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Energieabsorbierende Vorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf energieabsorbierende
Vorrichtungen und richtet sich insbesondere auf Vorrichtungen dieser Art zur Verwendung
bei der Montage von Kraftfahrzeugstoßdämpfern.
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Die Erfindung schlägt eine energieabsorbierende Vorrichtung vor,
die gekennzeichnet ist durchbin Gehäuse, welches wenigstens teilweise aus gummiartigem
Material besteht, durch Federn, die von dem Gehäuse gebildet werden oder innerhalb
des Gehäuses oder außerhalb desselben angeordnet sind, durch ein Arbeitsstrdmungsmedium
innerhalb des Gehäuses und durch verengte dffnungsvorrichtungen,
durch
welche das strömende Medium während der Zusammenziehung der Feder gedruckt wird.
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Das strömende Arbeitsmedium kann ein Gas, eine Flüssigkeit, eine Paste
oder ein Gel sein und die verengten Öffnungen können derart gewählt sein, daß ihr
Bereich fortschreitend mit der Zunahme des Ausmaßes der Zusammendrückung der Feder
verringert wird.
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Die Feder kann aus einem wesentlichen Teil des Gehäuses bestehen und
beispielsweise einen im allgemeinen zylindrischen Körper aus gummiähnlichem Material,
beispielsweise Natur- oder Kunstgummi aufweisen. Die Feder kann gegebenenfalls auch
aus einer Wendeldruckfeder bestehen, die innerhalb eines Gehäuses sitzt oder dieses
ungibt, welches von einem Paar starrer teleskopartig miteinander in Eingriff stehender
Glieder gebildet wird, die durch eine biegsame, im allgemeinen zylindrische Hülse
verbunden sind.
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Die verengte Öffnung kann durch Kolben und Zylinder gebildet werden,
die innerhalb der Feder angeordnet sind oder sie enthalten. Die Feder selbst kann
ein Paar starrer Endglieder aufweisen, die an ihr befestigt sind und die verengte
Öffnung kann durch eine Vielzahl von Öffnungen gebildet sein, die in Längsabständen
auf der Wandung des Zylinders angeordnet sind, welcher auf einem der Endglieder
mit dem Kolben befestigt ist der mit leichten Spiel im Zylinder ein greift, der
am anderen Endglied befestigt ist. Bei
einer abgeänderten Ausführungsform
wird die verengte Öffnung durch den radialen Spielraum zwischen Kolben und Zylinder
gebildet.
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Wenn die Feder ein im allgemeinen zylindrischer gummiähnlicher Körper
ist, kann sie vollständig mit dem Medium gefüllt sein und zwischen ihren Enden eine
Verengung in wenigstens einer Querebene aufweisen, wobei die Verengung dazu dient,
der Fähigkeit der Feder in der Querebene bei Belastung der Feder in Richtung zwischen
den Enden derselben zu expandieren, entgegenzuwirken. Die Verengung wird vorzugsweise
durch eine ringförmige und V-förmige Eindrückung in einem Teil des Zylinderkörpers
gebildet, welcher verstärkte Wandstärke im Vergleich mit den benachbarten Teilen
des Körpers aufweist, wobei die V-förmige Eindrückung begrenzenden Oberflächen relativ
zueinander und einem spitzen Winkel geneigt sind, die Außenoberflächen des Zylinderkörpers
bilden, und die inneren Oberflächen der Wandteile in der Nähe der Eindrückung entweder
unter einem stumpfen Winkel zueinander stehen oder durch ineinander übergehende
Kurven gebildet werden.
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Der im allgemeinen zylindrische Körper kann gegebenenfalls auch die
Form einer Hülse haben, dewnEndteile an den Endteilen eines Paares teleskopartig
ineinander greifender rohrförmiger Glieder befestigt sind, wobei das Innere des
Paares von rohrförmigen Gliedern mit einer Reihe im Abstand angeordneter Öffnungen
versehen ist, die die verengte Öffnung bilden, durch welches das strömende Medium
aus dem Inneren des inneren rohrförmigen Gliedes in eine Kammer zu strömen
veranlasst
wird, die durch die Hülse um das innere rohrförmige Glied bei Bewegung des inneren
rohrförmigen Gliedes in Längsrichtung und innerhalb relativ zum äußeren rohrförmigen
Glied gebildet wird. Die Kammer kann Kugeln oder Körner aus einem gummiähnlichem
Material enthalten, die solche Größenabmessungen aufweisen, daß sie nicht durch
die Öffnungen im inneren rohrförmigen Glied hindurchtreten können. Diese Kugeln
dienen der Absorbierung des Schlages von Strahlen des strömenden Mediums, die durchdie
öffnungen bei der teleskopartigen Bewegung zwischen den beiden rohrförmigen Gliedern
hindurchtreten.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert
werden. Die Zeichnungen zeigen vier Ausführungsformen von energieabsorbierenden
Vorrichtungen als Teile der Befestigung von Kraftfahrzeugstoßdämpfern.
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Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform mit einem
Paar von starren Endplatten, die Jeweils an dem Fahrzeugstoßdämpfer bzw. an einem
festen Teil des Fahrzeugkörpers befestigt werden; Fig. 2, 3 und 4 sind Schnitte
einer zweiten , dritten bzwa vierten AusfUhrungAa:form.
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Die energieabsorbierende Vorrichtung nach Fig0 1 enthält eine gunirniähnliche
Hülse 10, wie sie beispielsweise in Fig. 2 der britischen Patentschrift 755 186
dargestellt ist. Die Hülse 10 bildet eine federnde Einrichtung , deren Belastungs-/Durchbiegungscharakteristiken
ebenfalls
in dieser Patentschrift dargelegt sind.
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Die Hülse 10 erstreckt sich zwischen einem Paar von Endplatten 11
und 12. Jede Endplatte enthält einen ebenen Mittelteil im Anschlag mit der benachbarten
Endfläche der Feder und einen Umfangsrandteil lla, 12a, welcher eine Verstärkung
für den benachbarten Teil der Feder bildet, um ein Spreizen derselben nach auswärts
unter Belastung zu verhindern.
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Der Mittelteil der Endplatte 12 weist eine größere Stärke auf. An
ihm ist ein Zylinder 13 angeschweißt.
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Das benachbarte Ende des Zylinders 13 besitzt eine Endwandung 14,
die koplanar zum mittleren Teil der Endplatte 12 angeordnet ist. Die Abschlußwandung
14 des Zylinders weist eine Mittelgewindebohrung auf, welche einen mit Außengewinde
versehenen Stift aufnimmt, der eine durchgehende Bohrung 16 besitzt, die das Innere
der Hülse 10 mit dem Inneren eines Behälters 17 verbindet, der durcheine Kugel aus
gummiähnlichem Material mit einer starren Scheibe 18 in Gewindeeingriff mit dem
Stift 15 gebildet ist.
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An der anderen Endplatte 11 ist eine Kolbenstange 19 befestigt, die
ein Gewindeende aufweist, auf welchem eine Mutter 20 aufgezogen ist, um die Kolbenstange
19 in Eingriff mit der Endplatte 11 zu halten. Die Kolbenstange verläuft durch eine
Öffnung in der Endwand der Federeinrichtung, wobei eine Büchse 21 den Teil der Kolbenstange
19 umgibt, der in der Nähe des Endteiles liegt. Die Büchse 21 sitzt zwischen einem
Flansch 22 auf der Kolbenstange 19 und der Endplatte 11 um sicherzustellen, daß
die Mutter 20 nicht überzogen wird, und damit die Endwandung der federnden Einrichtung
deformiert
wird oder bricht. Die Kolbenstange 19 weist einen Kopf
23 auf, der eng in der Bohrung des Zylinders 13 sitzt. Der Kopf 23 hat Halbkugelform
und während des LauSes des Kolbenkopfes 23 innerhalb des Zylinders 13 ergibt sich
eine geringfügige Strömung des Strömungsmittels huber den Kolbenkopf. Das von der
Federvorrichtung 10 gebildete Gehäuse und der Behälter 17 sind beide vollständig
mit dem strömungsfähigen Medium gefüllt.
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Die Endplatte 11 ist an dem nicht gezeichneten Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeuges
befestigt, während die Endplatte 12 an einem Teil 24 der Karosserie oder eines sonstigen
Fahrzeugteiles angebracht ist, wobei der Behälter auf der Innenseite dieses Teiles
24 vom Stoßdämpfer abgewendet sitzt. Dadurch ist der Behälter 17 gegen Schläge geschützt.
Wird der Stoßdämpfer einem Stoß ausgesetzt, dann neigt die Endplatte 11 dazu, sich
in Richtung der Endplatte 12 zu bewegen, wobei sich der Kolben innerhalb der Bohrung
des Zylinders 13 bewegt und das strömungsfähige Medium in den Behälter durch den
verengten Strömungskanal 16 rückt.
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Der Hauptteil der vom Schlag kommenden kinetischen Energie wird durch
das strömungsfähige Medium absorbiert und ein kleiner Teil durch die gummielastische
Federeinrichtung 10 und die gummielastische Wandung des Behälters 17, wobei der
Behälter sich etwas dehnt, während die Federeinrichtung 10 sich zusammenzieht. Die
Federeinrichtung 10 und der Behälter 17 bilden eine Rückstellkraft, die das strömungsfähige
Medium durch den Kanal 16 in das Innere der
federnden Einrichtung
10 zurückkehren läßt und den Kolben aus dem Zylinder 13 herausdrückt, so daß die
Vorrichtung in ihren Ausgangszustand zurückkehrt.
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Die in Fig. 2 wiedergegebene zweite AusfUhrungsform enthält eine Anzahl
von Bauteilen, die mit den entsprechenden Bauteilen der Ausführungsform nach Fig.
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1 identisch sind, so daß zur Bezeichnung dieser identischen Bauteile
die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet
sich von derJenigen nach Fig. 1 dadurch, daß kein Behälter vorgesehen ist. Vielmehr
ist ein radiales Spiel zwischen dem Kolbenkopf (25) und der Wandung des Zylinders
26 vorhanden und es gibt eine Vielzahl von in Längsrichtung im Abstand angeordneten
Öffnungen 27 in der Wandung des Zylinders 26.
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Die Endplatte 11 ist am Fahrzeugstoßdämpfer und die Endplatte 12 an
einem festen Teil des Fahrzeuges befestigt.
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Wird der Stoßdämpfer einem Schlag ausgesetzt, dann bewegen sich die
Endplatten 11 und 12 zusammen, so daß sich der Kopf des Kolbens längs der Bohrung
des Zylinders 26 bewegt und damit das strömende Medium, mit dem das Gehäuse gefüllt
ist, durch die Öffnungen 27 in der Wandung des Zylinders 26 und den radialen Spielraum
zwischen dem Kolbenkopf 25 und dem Zylinder 26 fließen läßt. Wenn sich der Kolben
in den Zylinder bewegt, dann werden die Öffnungen 27 in der Wandung des Zylinders
fortschreitendvom Kolben abgedeckt und damit wird die gesamte wirksame Öffnungsfläche
entsprechend reduziert. Die Öffnungen 27 sind so angeordnet, daß die Geschwindigkeit,
mit der das stsömungsfähie Medium
aus dem Zylinder austritt derart
ist, daß der Druck des strömungsfähigen Mediums im wesentlichen konstant bleibt,
das heißt es ist eine veränderliche Öffnung vorgesehen, welche die Änderungen in
der Geschwindigkeit des Kolbens relativ zum Zylinder kompensiert.
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Wie man aus Fig. 2 erkennt, nehmen die Öffnungen fortschreitend in
ihren Abmessungen vom offenen Ende des Zylinders her ab, das heißt die dem offenen
Ende des Zylinders nächstgelegene Öffnung ist größer als die benachbarte Öffnung
und so weiter.
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Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 wird das Gehäuse von
einem gummiähnlichen Körper gebildet, der als Feder dient. Bei der Ausführungsform
nach Fig. 3 wird die Feder jedoch durch eine Wendeldruckfeder innerhalb eines Gehäuses
dargestellt. Wie man aus Fig; 3 erkennt, enthält die energieabsorbierende Vorrichtung
die Wendelfeder 28 innerhalb eines Gehäuses das durch ein Paar teleskopartig ineinandergesteckter
Glieder 29 und 30 und eine gummiähnliche Hülse 43 gebildet wird. Das Glied 29 umfaßt
ein rohrartiges Element 32, welches eine verstärkte Wanddicke in der Nähe eines
Endes aufweist, so daß eine innere Ringschulter 33 entsteht. Eine Endplatte 34 ist
auf das andere Ende des rohrförmigen Elementes 32 aufgeschweißt und weist eine Mittelgewindebohrung
35 zur Aufnahme einer Gewindebefestigungsvorrichtung zum Anschluß des Gliedes 39
an den nicht gezeichneten Fahrzeugstoßdämpfer auf.
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Das Glied 30 passt in das Glied 29 und enthält ein rohrförmiges Element
36, welches mit einer vergrößerten
Wandstärke in der Nähe eines
Endes versehen ist, so daß eine äußere Ringschulter 37 entsteht. Die Schultern 33
und 37 wirken zusammen und begrenzen das Ausmaß der Relativbewegung zwischen den
Gliedern 29 und 30 und verhindern so ihre Trennung. Eine Reihe von im Längsabstand
angeordneten Öffnungen 38 ist in der Wandung des Elementes 36 in der Nähe von dessen
anderem Ende vorgesehen, wobei das andere Ende des Elementes 36 eine Verschlußplatte
39 enthält, die nach innen ein kurzes Stück von der Endfläche des Elementes 36 versetzt
ist.
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Dadurch wird am äußeren Ende des Elementes 36 eine Ausnehmung definiert
und diese Ausnehmung nimmt den Boden eines schalenförmigen Verbindungsgliedes 40
auf, welches an das Element 36 angeschweißt ist. Das Glied 40 ist mit diametral
gegenüberliegenden Öffnungen 41 zur Aufnahme nicht gezeichneter Befestigungseinrichtungen
zum Anschluß der Vorrichtung an einem festen Teil des Fahrzeuges versehen. Der Fuß
42 des Verbindungsgliedes 40 ist mit einer Mittelschraubenöffnung versehen, die
als Einfüllöffnung zur Füllung des Gehäuses mit einem strömungsfähigen Medium, vorzugsweise
einer Flüssigkeit, dient und normalerweise durch einen Gewindestopfen verschlossen
ist.
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Eine Gummihülse 43 ist an den beiden Elementen 32 und 36 befestigt
und durch eine Bandage 44 mit dem Ende des Elementes 32 verbunden, welches eine
vergrößerte Wandstärke aufweist. Durchdie Bandage 45 ist es mit dem Ende des Elementes
36 verbunden, an dem die Verschlußplatte 39 angeordnet ist.
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Die Hülse 43 weist im allgemeinen zylindrische Form auf und ist über
den Umfang gewellt. Die Wendelfeder 28, die innerhalb der teleskopartig in Eingriff
stehenden Teile 29 und 30 sitzt, legt sich mit ihren Enden an die Platten 34 und
39, wobei ein zylindrisches Führungsrohr 46 an der Platte 39 befestigt ist.
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Wenn der an der Endplatte 34 befestigte Stoßdämpfer einem Stoß ausgesetzt
wird, dann bewegen sich die beiden Glieder 29 und 30 aufeinander derart zu, daß
das gesamte Innenvolumen der Glieder reduziert wird.
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Somit wird das strömungsfähige Medium gezwungen aus den Öffnungen
38 herauszufließen und die Anordnung ist derart getroffen, daß bei fortgesetzter
Relativbewegung zwischen den beiden Gliedern 29 und 30 die Öffnungen 38 fortschreitend
durch den Teil des Gliedes 29 mit vergrößerter Wandstärke abgedeckt wird und damit
die Gesamtöffnungsfläche fortschreitend vermindert wird. Eine Kompensation für Änderungen
in der relativen Geschwindigkeit der Glieder wird somit im wesentlichen in der gleichen
Weise erzielt, wie es oben im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert worden ist.
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Bei der besonderen Ausführungsform nach Fig. 3 dient die gummiähnliche
Hülse 43 zur Bildung einer Kammer, in welche das strömende Medium beim Zusammendrücken
der Feder 28 gedruckt wird, wobei die Feder innerhalb des durch die beiden Glieder
29 und 30 um die Hülse 43 definierten Raumes eingesperrt ist. Bei einer abgeänderten
Ausführungsform sind die Glieder 29 und 30 mit nach außen vorstehenden Endflanschen
versehen und die
Feder ist in Form einer Wendelfeder außerhalb
des Gehäuses angeordnet und wirkt zwischen den Endflanschen. Obwohl vorzugsweise
das strömende Mittel innerhalb des Gehäuses eine Flüssigkeit ist, beispielsweise
Glykol, kann man das Gehause gegebenenfalls auch mit einer Paste, mit Gas oder mit
Gel füllen, wobei die Öffnungen dann von der Art des Mittels abhängen und so ausgebildet
sind, daß die gewünschte Verengung der Strömung auftritt, um Einrichtungen für die
Kompensation eines auf den Stoßdämpfer aufgebrachten Schlages zu schaffen.
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Fig. 4 zeigt die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß
der Erfindung. Sie enthält ein Paar teleskopartig miteinander in Eingriff stehender
rohrförmiger Glieder 47 und 48 und eine Feder in Form einer gummiähnlichen Hülse
49, die mit Hilfe einer Bandage 50 mit den beiden Glieder 47 und 48 verbunden ist.
Das äußere Glied 47 der beiden Glieder weist einen Teil mit vergrößerter Wandstärke
an einem Ende auf, so daß eine Innenringschulter 51 entsteht. Am anderen Ende ist
ein Gewindeteil 52 vorgesehen. Der Gewindeteil 52 wird mit dem Gewindeteil einer
Abschlußkappe 53 mit einem Rand zur Aufnahme des Endes des Gliedes 47 zusammen,
wobei ein Abdichtelement 54 in einer Rille im Fuß dieser Wand in Eingriff mit der
Endfläche des Gliedes 47 vorgesehen ist. Die Abschlußkappe 53 besitzt eine mittlere
Gewindebohrung, welche eine Füllöffnung bildet und normalerweise durch einen Stopfen
55 verschlossen ist. Die Kappe 53 weist eine Vielzahl von nicht gezeichneten Blindbohrungen
in der Fläche 56 zur Aufnahme von Gewindebefestigungsmitteln
und
damit zum Anschluß der Vorrichtung an einen Fahrzeugstoßdämpfer auf.
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Das innere Glied 48 der beiden Glieder weist einen Endteil mit vergrößerter
Wandstärke auf, so daß eine äußere Ring--schulter 57 entsteht, die mit der Schulter
51 des Gliedes 43 ähnlich wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, zusammenwirkt.
Zwischen den ineinandergreifenden Oberflächen der beiden Glieder 47 und 48 ist ein
kleines Spiel vorhanden, so daß das strömende Medium allmählich zwischen diesen
Oberflächen in den Raum zwischen den beiden Schultern 51 und. 57 austreten kann,
wenn diese Schultern aus einanderbewegt werden. Ein entsprechendes Spiel ist bei
der Ausführungsform nach Fig. 3 vorhanden.
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Ein Verbindungsglied 58, äquivalent dem Verbindungsglied 40 nach Fig.
3 ist an das innere Glied 48 angeschweißt.
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Ein Bund 59 ist durch Madenschrauben an dem Verbindungsglied 58 befestigt
und so angeordnet, daß das benachbarte Ende der Hülse 49 auf den Bund 59 trifft.
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Ein weiterer Bund 60 ist an dem äußeren Glied 47 so befestigt, daß
das andere Ende der Hülse 49 dagegen anstößt.
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In dem Innenglied 48 ist eine Reihe von im Längsabstand angeordneten
Öffnungen 61 vorgesehene Der Abstand zwischen jedem Paar benachbarter Öffnungen
61 nimmt fortschreitend in Richtung von dem Ende der Reihe ab, das näher an dem
verstärkten Wandungsteil des Gliedes -47 liegt. Die Abnahme erfolgt in Richtung
zu dem EndeS an dem das Verbindungsglied 58 angeordnet iste Der Raum innerhalb der
Hülse 49 außerhalb des inneren Gliedes 48 ist mit Gummikugeln gefüllt und diese
Kugeln dienen zur Verteilung der
Energie der Strahlen des strömenden
Mediums, die durch die Öffnungen 61 bei einer entsprechenden Bewegung zwischen den
Gliedern 47 und 48 als Ergebnis der Aufbringung eines Schlages auf den Fahrzeugstoßdämpfer
strömen. Die Gummihülse 49 ist somit gegen Beschädigung durch jeden Strahl geschützt,
wobei die Hülse 49 als Feder wirkt, welche sich unter den Stoßbedingungen zusammenzieht.
Bei dieser Ausführungsform wird, ebenso wie bei den anderen oben erwähnten Ausführungsformen
der Hauptteil der vom Schlag stammenden kinetischen Energie durch das strömungsfähige
Medium absorbiert und teilweise auf die Gummikugeln bertragen, während ein geringerer
Anteil durch die Feder selbst absorbiert wird, welche Jedoch eine Rückstellkraft
für die RUckstellung der Vorrichtung in ihren Ausgangszustand liefert.
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Patentansrüche: