DE2341463A1 - Stossdaempfer - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE HENKEL- KERN — FEILER — HÄNZEL—MÜLLER

DR. PIHl-. DIPL.-ING. DR. RIR. NAT. DIPL.-ING, DIPL.-ING. TMiX: ι" 2« »n; iiNKi ii E O UA R D - S CII M ID STRAS SE 2 bayerische Hypotheken- und

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Sumitomo Chemical Company, Limited 2341463

■e, Japan

1 a AÜG. 1973

Stoßdämpfer

Die.Erfindung betrifft einen bei Automobilen und dergleichen verwendbaren Stoßdämpfer in Form eines säulenförmigen Hohlkörpers aus Metall, der beim Zusammenstoßen der Automobile und dergleichen als solcher eine plastische Deformierung erfährt und dadurch die betreffenden Automobile und dergleichen vor einer Beschädigung bewahrt.

Zur Stoßdämpfung bzw. zum Abfangen von Stoßen sind bereits die verschiedensten Maßnahmen bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, Stöße durch elastische Deformierung von Federn zu mildern. Ferner ist es bekannt, die Stoßenergie auf Kosten einer Zerstörung spröder Materialien zu absorbieren. Ferner nutzt man den Widerhalt, der durch Hindurchströmen einer in einen Behälter gefüllten Flüssigkeit durch feine Löcher erzeugt wird, aus. Weiter bedient man sich der Kompressibilität von Gasen und einer Absorption der Stoßenergie durch Druckverformung verschiedener Schaumstoffe. Schließlich ist es auch noch bekannt, die Stoßenergie durch plastische Deformierung plastischer Substanzen zu absorbieren«

Von den geschilderten Maßnahmen werden diejenigen, bei denen -Stoßdämpfer verwendet werden, die den Stoß milde ab-

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sortieren und sich selbst über längere Zeit hinv.-eg mit relativ niedriger und praktisch konstanter 'Deformationsspannung verformen können, in den Fällen bevorzugt, in welchen ein Sekundäreinfluß infolge elastischen Rückstoßes von Stoßdämpfern, wie beispielsweise bei Stoßdämpfern für Automobile, vermieden werden soll. Folglich .werden Maßnahmen, die eine Druckdeformation oder eine plastische Deformation ausnutzen, als besonders vorteilhaft angesehen«

Als eine der geschilderten Maßnehmen ist ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Stoßdämpfer aus einem säulenförmigen Metallhohlkörper verwendet wird. Dieser Metallhohlkörper kann bei Druckbelastung parallel zur Längsrichtung (des Metallhohlkörpers im Stoßdämpfer) eine plastische Deformierung erfahren. Vorteilhaft an einem solchen Stoß- . dämpfer ist, daß er auf beliebige Druckbelastungen eingestellt werden kann, indem die Stärke des zu verwendenden Metalls und die Bemessung des Querschnitts senkrecht zur Belastungsrichtung (im folgenden nur noch als "Querschnitt" bezeichnet) gesteuert werden, und daß die Menge der absorbierten Energie durch Steuern der Länge der Fläche parallel zur Druckbelastungsrichtung (im folgenden nur noch als "Länge" bezeichnet) eingestellt werden kann. Wenn jedoch die Länge des Hohlkörpers größer gemacht wird, um eine größere Energiemenge absorbieren zu können, erfährt der Stoßdämpfer unvermeidlich zx Beginn der Druckverformung eine solche Biegungsdeformation, daß er im Mittelteil der Länge gebogen und deformiert wird* Wenn der säulenförmige Hohlkörper eine solche Biegungsdeformation erfährt, wird seine Druckfestigkeit stark erniedrigt und seine Funktionsfähigkeit als Stoßdämpfer so stark beeinträchtigt, daß er die gewünschte Energiemenge nicht mehr zu absorbieren vermag« Es wäre somit höchst zweckmäßig, eine Stoß-

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dämpfung mit Hilfe eines keine Biegungsdeformation erfahrenden säulenförmigen Hohlkörpers größtmöglicher Länge zu gewährleisten.

Ein durch Verarbeiten eines Iletallblechs (oder einer flachen Metallplatte) oder durch Extrudieren eines Metalls hergestellter säulenförmiger Hohlkörper ist andererseits mit dem Nachteil behaftet, daß er zu Beginn der Druckdeformation eine hohe Streckfestigkeit zeigt. Nachdem die Verformung einmal eingesetzt hat, nimmt die Deformationsbelastung auf etwa 1/2 bis 2/3 des Ausgangswerts ab, wobei die Druckverformung mit einer praktisch ebenso kleiner werdenden Deformationsbelastung vor Beendigung des Drucks fortschreitet. Ein Stoßdämpfer mit einer hohen Deformationsbelastung bei Druckbeginn produziert einen starken Schlag und ist folglich zum Schutz von Material oder des menschlichen Körpers unzweckmäßig. Als Gegenmaßnahme wurde bereits ein Hohlkörper verwendet, der nicht aus einem Metallblech (oder einer flachen Metallplatte), sondern aus einem gerippten Metallblech (oder einer gerippten Metallplatte) mit Rippen in Parallelrichtung zur Richtung der Druckbelastung hergestellt wurde. Nachteilig an solchen Hohlkörpern ist jedoch, daß ihre Be- und Verarbeitung schwierig ist, so daß ein großer Bedarf nach einem einfacher herstellbaren Stoßdämpfer dieses Typs mit entsprechendem Wirkungsgrad besteht.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt stellt das sogenannte Extrusionsverfahren das beste Verfahren .zur Herstellung von Metallhohlkörpern dar. Da der Hohlkörper in langgestreckter Form extrudiert wird, kann er auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden. Derartig extrudierte Hohlkörper wurden auch bereits als Stoßdämpfer für Automobile verwendet.

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Auch hierbei treten aber zwangsläufig die geschilderten Probleme bezüglich Biegungsdeformation und sehr hoher Deformationsbelastung zum Zeitpunkt der Verformung auf, so daß eine Beseitigung dieser Probleme höchst wünschenswert ist.

Es wurde nun erfindungsgemäß überraschenderweise gefunden, daß sich die geschilderten Schwierigkeiten mit einem Stoßdämpfer in Form eines säulenförmigen Hohlkörpers aus Metall lösen lassen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er an mindestens einem Ende längs seiner Umfangsrichtung eine die Festigkeit vermindernde Behandlung erfahren hat.

Erfindungsgemäß werden lediglich die Enden eines durch Extrudieren eines Metalls oder durch Bearbeiten eines Netallblechs (oder einer flachen Metallplatte) hergestellten, säulenförmigen Hohlkörpers einer die Festigkeit des Hohlkörpers an diesen Stellen vermindernden Behandlung unterworfen. Hierbei wird der Hohlkörper derart verbessert, daß seine Länge ohne die Gefahr einer Biegungsdeformation stark erhöht werden und die Deformationsbelastung zu Beginn des Verformungsdrucks in Axialrichtung mit der anschließend fortschreitenden Belastung der Druckverformunp; identisch gemacht werden kann.

Zur Verminderung der.Festigkeit der Endstücke des säulenförmigen Hohlkörners aus Iletall können erfindungsgemäß die verschiedensten Haßnahmen durchgeführt v/erden. Die grundlegende Idee dieser Behandlung besteht darin, die Festigkeit der Endstücke des säulenförmigen Körpers so stark zu erniedrigen, daß von den Endstücken eine örtlicheDruckverformung ausgeht, bei der die Belastung niedriger ist

+) des Beginns

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nls die Belastung, die eine Biegungsdeformation im zentralen Teil des säulenförmigen Körpers hervorruft. Auf_%diese ./eise erreicht man gleichzeitig; eine Abnahme der Deformationsbelastung zu Beginn der Verformung.

Zur Verringerung der Streckfestigkeit der Endstücke des lletallhohlkörpers eignet sich beispielsweise ein Verfahren, bei \/elchem die Stärke der Ketallvand an Stellen nahe den Enden des Hohlkörpers schrittweise gegen das Ende hin verringert wird. Ferner können in der Metallwand an Stellen nahe den Enden des Hohlkörpers örtlich Löcher oder Einschnitte ausgebildet werden. Schließlich kann (können) lediglich an jedem Endstück der Metallwand eine (oder mehrere) Rippe(n) vorgesehen werden. Die geschilderten Maßnahmen können entweder einzeln oder in Kombination miteinander angewandt werden. In jedem Falle ist sämtlichen Maßnahmen eine Schwächung der Enden des Hohlkörpers gemein.

Zur Schwächung der Enden von als Stoßdämpfer verwendbaren Ketallhohlkörperii muß nicht unbedingt eine mechanische Behandlung durchgeführt werden. Wenn diese "Schwächungsbehandlung" über die ganze Längsrichtung des Hohlkörpers erfolgt, ist es unmöglich, eine Biegungsdeformation im zentralen Teil des Hohlkörpers zu vermeiden. Im Falle eines Hohlkörpers mit zylindrischem Querschnitt werden in der Metaliwand Löcher oder Einschnitte ausgebildet, und zwar derart, daß sie längs des Umfangs gleichmäßig verteilt sind. Dies ist für eine (spätere) gleichmäßige Verformung von wesentlicher Bedeutung. Im Falle eines Hohlkörpers mit polygonalem Querschnitt werden die Löcher oder Einschnitte derart ausgebildet, daß sie auf jeder Fläche praktisch in gleicher Weise verteilt sind. Wenn Einschnitte längs der Umfangsrichtung in den Winkelteilen ausgebildet werden, erhält der Hohlkörper einen günstigen Verformungszu-

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stand. Die Größe und Anzahl der Löcher oder Einschnitte und ihr Abstand von den Endstücken kann je nach der Stärke des Metallhohlkörpers, der Bemessung und Form des Querschnitts des Hohlkörpers und der Art der. verwendeten Metalls (bzw. der verwendeten Metallegierung) sehr verschieden sein. Auf jeden Fall sollten jedoch diesbezügliche Vorversuche durchgeführt werden, da bisher noch keine allgemein gültige Empfehlung zur Schaffung der geeignetsten Bedingungen entwickelt wurde. Auch im Falle ~ von Maßnahmen, bei denen die Stärke der Metallwand an Stellen nahe den Enden des Hohlkörpers gegen die Enden hin schrittweise vermindert wird, sollten die jeweils geeignetsten Bedingungen ebenfalls durch Vorversuche ermittelt werden.

Im Hinblick auf die stoßabsorbierende Wirkung ist es gleichgültig, ob die die Festigkeit vermindernde Behandlung lediglich an einem oder an beiden Enden des Hohlkörpers durchgeführt wird. Aus Gründen der Zuverlässigkeit erfolgt diese Schwächungsbehandlung jedoch zweckmäßigerweise an beiden Enden. Wenn die Schwächungsbehandlung aus irgendwelchen Gründen nur an einem Ende erfolgen kann, sollte sie vorzugsweise an dem dem Stoß ausgesetzten Ende erfolgen.

Erfindungsgemäß können nun durch Extrudieren erhaltene Produkte und ähnliche säulenförmige Hohlkörper aus Metall mit glatter Oberfläche in hervorragender Weise als Stoßdämpfer für beispielsweise Automobile, Transporteinrichtungen und Bauzwecke verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung grundsätzlich mit Metallhohlkörpern befaßt. Die mindestens an einem Ende

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einer erfindungsgemäßen Schwächungsbehandlung unterzogenen Metailhohlkörper können jedoch ohne weiteres auch mit Kunstharz- oder Metallschäumen, z.B. Urethan- oder Aluminiumschäumen, gefüllt werden, wobei dann die Hohlkörper hinsichtlich ihres Schwere- oder Volumenwirkungsgrades der Energieabsorption eine Verbesserung erfahren.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Ein aus einem Stahlband (SPHT 1, der Vorschrift JIS G 3132 warmgewalztes Kohlenstofipand für Röhren und Leitungen entsprechend) gefertigter elektrischer Hohlleiter eines Durchmessers von 51 mm und einer Stärke von 1,6 mm wurde einer Druckverformung unterworfen. Die Deformationsbelastung zu Beginn der Verformung betrug etwa 9 t, daran anschließend schritt die Verformung unter einer Last von etwa 6 t fort. Die Längengrenze für den elektrischen Hohlleiter, innerhalb der er ohne Auftreten einer Biegungsverformung in seinem zentralen Teil druckverformt werden konnte, betrug etwa 300 mm.

An jedem Ende des genannten elektrischen Hohlleiters wurden in gleichmäßiger Verteilung auf einem Umfangsteil 15 mm vom Höhlleiterende entfernt sechs Löcher eines . Durchme.esers von 9 rom gebohrt. Hierauf wurde der Hohlleiter druckverformt, wobei die Druckbelastung zu Beginn der Verformung auf etwa 6 t abnahm und die Verformung unter einer Last von etwa 5,3 t fortschritt. Wenn beide Enden des genannten elektrischen Hohlleiters der geschilderten Schwächungsbehandlung ausgesetzt wurden, konnte' der Hohl-

+) stahl ~⁸~

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körper ohne die Gefahr einer Biegungsdeformation in seinem zentralen Teil auf etwa 900 mm verlängert werden.

Beispiel 2

Ein quadratisches Stahlrohr (geschweißtes Stahlrohr; Querschnitt-Abmessungen 50 mm χ 50 mm, Stärke 2,3 nun) für Bauzwecke wurde einer Druckverformung unterworfen, wobei die Verformungsbelastung zu Beginn der Verformung etwa 20 t betrug und die Verformung anschließend unter einer Last von etwa 10 t fortschritt. Die Längengrenze für das quadratische Stahlrohr, innerhalb der es ohne Auftreten einer Biegungsverformung in seinem zentralen Teil druckverformt werden konnte, betrug etwa 500 mm.

Beide Enden des genannten quadratischen Stahlrohrs wurden derart linear zugespitzt, daß die Stärke des Rohrs von einer Stelle 6 mm vom Rohrende entfernt bis zum Rohrende schrittweise abnahm. Die Ausbildung der Schräge erfolgte durch Scheuern des Rohres, vom Ende zum Rohririneren hin. Die Stärke des Rohrs in einer Entfernung 6 mm vom Rohrende betrug 2,3 mm; beim Scheuervorgang wurde versucht, die Rohrstärke am Ende so weit zu vermindern, daß sie nahe O war. Dieselbe Behandlung erfolgte bei sämtlichen vier Seiten des quadratischen Rohrs. Nach der geschilderten Behandlung wurde das Rohr einer Druckverformung unterworfen, wobei die Deformationsbelastung zu Beginn der Verformung auf etwa 13 t abnahm und die Deformation daran anschließend unter einer Last von etwa 10 t fortschritt. Wurden beide Enden des quadratischen Stahlrohrs der geschilderten Schwächungsbehandlung unterworfen, konnte das quadratische Stahlrohr ohne die Gefahr einer Biegungsverformung in seinem zentralen Teil auf etwa 900 mm verlängert werden. '

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Beispiel 3

Ein durch Extrudieren einer Al-Mg-Si-Aluminiumlegierung (6063 Alloy of Aluminum Association Designation, USA; Querschnitt-Abmessungen 50 mm χ 50 mm, Stärke 3,0 mm) erhaltenes quadratisches Rohr wurde einer Dru clever formung unterworfen, wobei die Deformationsbelastung zu Beginn der Verformung etwa 13 t betrug und die Verformung daran anschließend unter einer Last von etwa 6,5 t fortschritt. Die Längengrenze für das quadratische Rohr, innerhalb der'es ohne Auftreten einer Biegungsverformung in seinem zentralen Teil druckverformt werden konnte, betrug etwa 300-mm.

Jedes Ende des genannten quadratischen Rohrs aus der Aluminiumlegierung wurde in der in Beispiel 2 geschilderten Weise von einer Stelle 6 mm vom Rohrende entfernt zum Rohrende hin linear abgeschrägt. Weiterhin wurden auf einer Ümfangslinie an einer Stelle 15 mm vom Rohrende entfernt in dem Rohr mittels eines Bohrers und einer Säge Löcher und Einschnitte ausgebildet. Die Löcher wurden derart in die\vier Seitenflächen des Rohrs gebohrt, daß ein Loch eines Durchmessers von 5 mm im Zentrum jeder eine Breite von 50 mm aufweisenden Seitenfläche entstand» Die Einschnitte wurden dadurch ausgebildet, daß die Rohrkan-· te mit einer Säge behandelt wurde,- wobei auf zwei Oberflächen ein Einschnitt von jeweils 10 mm entstand. Bei der Ausbildung dieser Einschnitte biMete die Säge mit den · beiden Oberflächen einen Winkel von 45°. Die gebildeten Kinsöhnitie besaßen eine Breite von 1 mm und wurden an sämtlichen vier Winkeiteilen auf einer peripheren Linie in ein«'r' Entfernung 15 mm vom Rohrende ausgebildet,

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Nach der geschilderten Behandlung wurde das Rohr einer Druckverformung unterworfen, wobei die Deforuiationsbelastung zu Beginn der Verformung auf etwa 9,6 t abgenommen hatte und die Deformation daran anschließend unter einer Last von etwa 7t fortschritt.

Wurden beide Enden des quadratischen Rohres aus der Aluminiumlegierung der geschilderten Schwächungsbehandlung unterworfen, konnte das Rohr ohne Gefahr einer Biegungsr deformation in seinem zentralen Teil auf etwa 900 mm verlängert v/erden.

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Claims (6)

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   Patentansprüche

   ι 1.'Stoßdämpfer in Form eines säulenförmigen Hohlkörpers ^v ~ aus Hetall, dadurch gekennzeichnet, daß der säulenförmige Hohlkörper an einem oder beiden Ende(n) längs seiner Umfangsrichtung eine die Festigkeit vermindernde Behandlung (Schwächungsbehandlung) erfahren hat.
2. 2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächungsbehandlung bei seiner Herstellung darin bestanden hat, daß die Stärke der Metallwand an Stellen nahe den Enden des säulenförmigen Körpers zum Ende hin schrittweise vermindert wurde.
3. 3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächungsbehandlung bei seiner Herstellung darin bestanden hat, daß in die Hetallwand an Stellen nahe den Enden des säulenförmigen Körpers örtlich Löcher oder Einschnitte ausgebildet wurden.
4. 4. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächungsbehandlung bei seiner Herstellung darin bestanden hat, daß lediglich an jedem Endstück der Metallwand eine (oder mehrere) Rippe(n) ausgebildet wurde(n).
5. 5. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden des säulenförmigen Körpers eine Schwächungsbehandlung erfahren haben.
6. 6. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der säulenförmige Hohlkörper mit einem Harz- oder Heta11schaum gefüllt ist.

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