DE2409946C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Stoßdämpfer, bestehend aus einem Hohlzylinder mit einer Wandstärke, die über eine bestimmte wählbare Höhe konstant ist und dessen Wand eine mehrzahl runder Löcher aufweist, deren Achsen auf senkrecht zur Hohlzylinderachse angenommenen kreisringförmigen Schnittebenen liegen, die zueinander parallel sind, wobei die Achsen der jeweils auf der gleichen Erzeugenden des Zylinders liegenden Löcher jeder zweiten Schnittebene zugeordnet sind.

Die US-PS 34 79 902 beschreibt einen derartigen Stoßdämpfer in seiner Anwendung bei einer Sicherheitsvorrichtung in der Steuersäule eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist eine hohle Säule vorgesehen, die mit länglichen oder kreisförmigen Durchbrechungen versehen ist. Diese hohle Säule wirkt nicht als Aufprallstoßdämpfer, sondern sie soll durch plastische und elastische Verformung Energie verzehren und als Reibungsbremse wirken.

Die US-PS 30 10 540 betrifft einen Stoßdämpfer, der aus einem Block aus Schaumkunststoff mit quer durchgehenden Bohrungen besteht. Es handelt sich somit nur um einen Dämpfer für verhältnismäßig kleine Kräfte.

Wenn es darum geht, die Energie eines aus gewisser Höhe herabfallenden Körpers durch Verformung aufzuzehren, müssen besondere Überlegungen angestellt werden.

Dies ist insbesondere in Atomkernreaktoren, z. B. solchen mit schnellen Neutronen, der Fall. Die einzelnen Brennstoffstäbe, welche den Reaktorkern bilden, sind in Brennelementkästen gruppiert, die an ihrem unteren Ende verjüngt sind. Diese Kästen sind in ihrem oberen Teil mittels Scherstifte an einem Ring aufgehängt, der in einer stählernen Wanne angeordnet ist, die mit Natrium gefüllt ist, das als Kühlmittel für die Brennelemente dient. Wenn ein Brennelementkasten im Laufe der Betätigung sich zufällig von der Aufhängevorrichtung, an der er befestigt ist, löst, kann er in die Wanne herabfallen. Wenn eine Masse in der Größenordnung von 500 kg nach dem Abscheren der Stifte aus einer Höhe von etwa 10 m herabstürzt, kann der Boden der Wanne durchschlagen werden, was sehr schwerwiegende Folgen haben kann. Man muß also die entsprechende Energie mittels eines verformbaren Stoßdämpfers aufzehren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verformbaren Stoßdämpfer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch sehr große Stoßkräfte in einem verformbaren Stoßdämpfer aufgefangen werden können und daß die tatsächliche Verformung der idealen Verformungskurve sehr nahe kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentanspruch angeführten Merkmale.

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer weist eine Verformungskurve auf, die der in Fig. 1 gezeigten idealen Verformungskurve viel näher kommt. Außerdem ist der erfindungsgemäße Stoßdämpfer, von der Herstellungsweise aus gesehen, viel leichter ausführbar als der herkömmliche.

In den Zeichnungen ist der erfindungsgemäße Stoßdämpfer bekannten Bauarten gegenübergestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Kurve, welche für einen idealen Stoßdämpfer die Kraft als Funktion der Verformung anzeigt,

Fig. 2 einen Stoßdämpfer herkömmlicher Art,

Fig. 3 die Kurve, welche für den in Fig. 2 dargestellten Stoßdämpfer die Kraft als Funktion der Verformung anzeigt,

Fig. 4 eine schematische Teil-Ansicht des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers,

Fig. 5 ein perspektivisches Bild des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers in Form eines Zylinders,

Fig. 5′ die Verformungskurve des in Fig. 5 dargestellten Stoßdämpfers.

Fig. 2 zeigt einen Stoßdämpfer herkömmlicher Art, der durch axiale Zusammenpressung wirkt.

In einem Teil des rohrförmigen Stoßdämpfers 2 sind rechteckige Löcher 4 a, 4 b, 4 c usw. eingearbeitet. Zum Beispiel bilden Löcher 4 a, 4 b, 4 c einen in der Zeichnung mit punktierten Linien umrissenen Balken 6. Dieser Balken ist an jedem seiner Enden A und B im Rest des Rohres eingespannt und erfährt in seinem zwischen den Löchern 4 a und 4 b gelegenen Punkt C eine Kraft.

Fig. 3, in der als Funktion der Verformung des Rohres die Kraft (als Ordinate) aufgezeichnet ist, zeigt eine Kurve, die von der in Fig. 1 gezeigten idealen Verformungskurve stark abweicht. Bei der idealen Kurve ist für eine gegebene aufzuzehrende Energie (proportional der von der Kurve umgrenzten Fläche) die Kraft über die ganze Verformung hin gleich groß und ihr Wert der kleinste mögliche. Dagegen wird gemäß Fig. 3, je größer die Verformung wird, die Kraft um so größer; dies ist also sehr viel anders als erwünscht.

Das läßt sich daraus erklären, daß die Verformung des aus den Balken 6 bestehenden Ganzen durch Biegung geschieht.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform des Stoßdämpfers. Er hat die Form eines hohlen Zylinders 8 von gleichbleibender Wanddicke e. Dieser Zylinder ist oben durch eine ebene Schnittfläche 10 und unten durch eine ebene Schnittfläche 12 begrenzt. Im Gebrauch hält die der oberen Schnittebene 10 entsprechende Stirnfläche den fallenden Gegenstand am Ende seines Fallweges auf. Die Stirnfläche 12 ruht auf der Unterlage, die vor dem fallenden Gegenstand geschützt werden soll. Der Zylinder 8 ist mit kreisrunden Löchern 14 versehen. Diese Löcher sind regelmäßig auf Kreisen des Zylinders, wie dem Kreis 16, angeordnet.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Teil des Zylinders abgewickelt, damit die Stellung der kreisrunden Löcher 14 relativ zueinander sichtbar ist. Es soll nämlich in Richtung der Erzeugenden des Zylinders eine für alle Erzeugenden wesentlich gleichbleibende Menge an Leerraum, d. h. eine für alle Erzeugenden gleichbleibende Menge an Werkstoff erzielt werden. Die Entfernung f zwischen zwei Löchern in zur Achse senkrechter Ebene soll gleich bleiben. Die Entfernung g zwischen zwei Reihen von (auf einem und demselben Kreis 16 angeordneten) Löchern soll so sein, daß die schräge Entfernung h zwischen zwei Löchern nur wenig verschieden von der Entfernung zwischen zwei in einer und derselben Reihe angeordneten Löchern ist. Ferner soll auf der Erzeugenden Δ₁, welche die Kreise auf den Durchmessern von der Länge a schneidet, und auf der Erzeugenden Δ₁, welche die Löcher 14 auf Teilen von der Länge b und c schneidet, die Beziehung

2a ≈ 2c + 2b

herrschen.

Die Wanddicke e des Zylinders ist durch die aufzuzehrende Energie bestimmt. Die aufgezehrte Energie ist im wesentlichen zur Dicke e dieser Wand verhältnisgleich.

Zum Beispiel beträgt bei einem ausgeführten Stoßdämpfer der Außendurchmesser 185 mm, die Wanddicke 25 mm und die Höhe 112 mm. Dieser Stoßdämpfer hat zwei Reihen von zwölf gleichen, voneinander gleich weit entfernten Löchern und an jedem Ende eine Reihe halber Löcher. Jedes Loch hat einen Durchmesser a von 36 mm, und die Achsen der Löcher zweier aufeinanderfolgender Löcherreihen sind gegeneinander um 15° im Winkel versetzt.

Dieser Stoßdämpfer ist aus nichtrostendem Stahl hergestellt. Die erreichte Kurve ist in Fig. 5′ dargestellt; sie kommt, wie ersichtlich, der idealen Kurve ziemlich nahe. Die bei langsamem Zusammenquetschen aufgezehrte Arbeit hat 47 900 J, die größte Kraft beim Zusammenquetschen hat 116 t und der aufgezeichnete größte Verformungsweg hat 50 mm betragen.

Man kann die dem Gesamt-Zusammenquetschhub entsprechende aufgezehrte Energie solchen Stoßdämpfers verändern, indem man die Durchmesser der Löcher entsprechend wählt.

Wenn E₁ die von einem gegebenen Stoßdämpfer aufgezehrte Energie und E₂ die Energie eines von diesem Dämpfer extrapolierten Stoßdämpfers ist, so ist, wie Versuche ergeben haben,

Diese Beziehung gilt für zwei Stoßdämpfer, welche gleiche geometrische Merkmale haben und aus nichtrostendem Stahl bestehen.

Der Index 1 bezieht sich auf den ursprünglichen und der Index 2 auf den extrapolierten Stoßdämpfer.

Die Kurven der Verformung zweier sich nur durch den Durchmesser der Löcher voneinander unterscheidenden Stoßdämpfer sind in einem gewissen Bereich im wesentlichen gleich gelagert, und die Höchst-Kräfte der Verformung sind fast im gleichen Verhältnis zueinander wie die entsprechenden Energien.

Die aufgezehrte Energie und die größte Verformungskraft eines Stoßdämpfers hängen von der Schnelligkeit des Zusammenquetschens ab.

Für solche Stoßdämpfer können verschiedene Arten von Werkstoffen verwendet werden, sofern sie eine große Verformbarkeit aufweisen. Außer nichtrostendem Stahl kann man Weichstähle oder nichtrostende austenitische Stähle, wie z. B. Stahl der Sorte Zo3CN 18-10, verwenden. Man könnte auch Metall, wie z. B. Weichkupfer, Silber, Aluminium, verwenden.

Indem man mehrere Stoßdämpfer in Reihe hintereinander anordnet, läßt sich die Länge des Dämpfungsweges vergrößern. Man kann aber auch, indem man mehrere Dämpfer parallel nebeneinander anordnet, beträchtliche Kräfte auffangen, ohne besondere Vorrichtungen anfertigen zu müssen.

Claims (1)

1. Mechanischer Stoßdämpfer, bestehend aus einem Hohlzylinder mit einer Wandstärke, die über eine bestimmmte wählbare Höhe konstant ist und dessen Wand eine Mehrzahl runder Löcher aufweist, deren Achsen auf senkrecht zur Hohlzylinderachse angenommenen kreisringförmigen Schnittebenen liegen, die zueinander parallel sind, wobei die Achsen der jeweils auf der gleichen Erzeugenden des Zylinders liegenden Löcher jeder zweiten Schnittebene zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

   • - daß die Reihen der Löcher (14) voneinander einen gleichen Abstand (g) haben und
   • - daß die Entfernung (f) zwischen zwei benachbarten Löchern der gleichen Schnittebene im wesentlichen gleich der Entfernung (h) zwischen einem auf einem der Schnittkreise liegenden Loch und dem auf dem benachbarten Schnittkreis gelegenen beachbarten Loch ist.