DE2642697A1

DE2642697A1 - Energiedaempfer

Info

Publication number: DE2642697A1
Application number: DE19762642697
Authority: DE
Inventors: Mason Joseph Reilly
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-20
Publication date: 1977-03-31
Also published as: NL7610544A; US3968863A; GB1510607A; SE434555B; SE7610198L; IT1073886B; FR2324947A1; FR2324947B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Energiedämpfer und insbesondere Energiedämpfer, die verwendet uierden können, um die Zug- oder Druckkräfte in einer Konstruktion zu kontrollieren.

Es ist oft erwünscht, eine starre Konstruktion so auszulegen, daß, wenn sie starken Druck- oder Zuglasten ausgesetzt ist, sie allmählich nachgibt. Dieses Merkmal eines allmählichen Nachgebens gilt besonders bei Konstruktionen, in denen es sich um ein Beförderungsmittel uie ein Kraftfahrzeug, ein Eisenbahnwaggon oder ein Flugzeug handelt, die im Fall eines Unfalls hohen Belastungen unterworfen sind. Um wirksam zu sein, müssen diese Mechanismen nachgeben, wenn vorgegebene Kräfte auf ihnen lasten, und sie sollten gegenüber Umwelt-

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einflüssen, die bei solchen Beförderungseinrichtungen im allgemeinen auftreten (beispielsuieise starke Schwingungen, Witterung usw.), unempfindlich sein, In vielen Situationen und insbesondere dort, wo eine Rückprallkraft auftreten kann, ist es wichtig, daß der Dämpfer sowohl Zug- als auch Drucklasten aufnehmen kann.

Man hat in der Vergangenheit eine Uielzahl von Mechanismen als Energiedämpfer eingesetzt. Einige von ihnen - wie die Scherbalzen in den Hupplungen von Eisenbahntüaggons - sind verhältnismäßig billig und Witterungsunempfindlich und können darauf ausgelegt werden, bei einer bestimmten Last zu brechen; sie bieten jedoch keine kontinuierliche Ansprech-Hubkraft ("stroking force").

Diejenigen Mechanismen, die dazu ausgelegt waren, eine Hubwirkung auszuüben, wie hydraulische Stoßdämpfer, Schwungräder ("inerta reela'.¹), sowie auch Biegsdrahtdämpfer waren üblicherweise teuer und kompliziert und auch nicht zuverlässig und besonders empfindlich gegenüber der Witterung, Alterung und Schwingungen. Die Dämpfer nach dem Stand der Technik führten oft ihre Arbeitshübe nicht aus, wenn die Nennlast aufgebracht wurde, sondern gaben unerwünscht über einen breiten Bereich von Kräften unmittelbar nach, trotz einer mühsamen und teuren Herstellung. Die meisten Dämpfer nach dem Stand der Technik waren daraufhin konstruiert, auf Zug- oder Drucklasten anzusprechen, nicht aber auf beide.

Folglich ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen lastbegrenzenden Dämpfer anzugeben, der sich wirtschaftlich und leicht herstellen und so konstruieren läßt, daß er den Hub ausführt, wenn Zug- oder Drucklasten oberhalb eines bestimmten Grenzwerts aufgebracht werden.

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Die vorliegende Erfindung schafft einen Energiedämpfer mit einem äußeren, einen Hohlraum bildenden Gehäuse mit einem ersten Ende, das an eine Konstruktion montiert uierden kann, und einem zweiten Ende, das zum Einsetzen eines inneren Gehäuses offen liegt, mit einem einen Hohlraum bildenden inneren Gehäuse, das ein erstes Ende, das an eine Konstruktion angebracht werden kann, und ein zweites Ende aufmeist, das gleitend verschiebbar in den Hohlraum des äußeren Gehäuses eingesetzt werden kann, wobei das innere Gehäuse einen Längsschlitz aufweist, der eine Uerbindunr vom Hohlraum des inneren Gehäuses zur Wandung des äußeren Gehäuses zuläßt, mit einem Draht der in Längsrichtung durch den Hohlraum des inneren Gehäuses verläuft und fest am ersten und zweiten Ende des inneren Gehäuses angebracht ist, mit einer Drahtbiegeeinrichtung im Hohlraum des inneren Gehäuses, die betrieblich in Eingriff mit dem Draht steht, mit einer Verbindungseinrichtung, die die Drahtbiegeeinrichtung fest am äußeren Gehäuse anbringt und durch den Längsschlitz im inneren Gehäuse verläuft, wobei, wenn das innere und das äußere Gehäuse sich unter auf die Befestigungsenden der Gehäuse aufgebrachter Zug- oder Drucklast relativ zueinander bewegen, Energie unter Biegen des Drahtes verbraucht wird.

Die Besonderheiten der Erfindung sollen nun ausführlich unter Bezug auf diee ■ Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Energiedämpfers in einem Personensitz eines Militärfahrzeugs;

Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung der Drahtbiegeeinrichtung mit dem Draht;

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Biegedraht-Energiedämpfers mit einer

Draufsicht der Drahtbiegeanordnung,· ;

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Fig. k ist eine Schnittdarstellung des Biegedraht-Energiedämpfers mit einer Seitenansicht der Drahtbiege-Rallenanordnung;

Fig. 5 ist eine schematisierte Darstellungder Ausrichtung der Auflageflächen der Drahtbiegeanordnung;

Fig. 6 ist eine schematisierte Darstellung der Ausrichtung der Lagerflächen Der Drahtbiege-Rallenanordnung;

Fig. 7 zeigt die Hraft-Hub-Hennlinie des Biegedrahtdämpfers nach der vorliegenden Offenbarung; und

Fig. S zeigt die Hraft-Hub-Kennlinie des Dämpfers nach dem Stand der Technik.

Der hier offenbarte Energiedämpfer läßt sich als Konstruktionselement unter geldähnlichen Lastbedingungen einsetzen, übt aber bei einer vorbestimmten Last seinen Arbeitshub aus.

Ein Beispiel für die Anbringung eines derartigen Energiedämpfers in einer Konstruktion ist in der Fig. 1 gezeigt. üJie dargestellt, besteht die Konstruktion aus einem Teil eines Sitzes für Militärflugzeuge, -lastwagen und dergleichen ("troop seat"); es ist jedoch einzusehen, daß ein derartiger Energiedämpfer eine Vielzahl andere Anwendungen findet. Beispiele sind Bruchlastdämpfer für die Kupplungen von Eisenbahnuaggons, Kollisionsdämpfer in Kfz-StoSstangen und dergleichen. Die bevorzugte Ausführungsform läßt sich über einen breiten Bereich von Nennlastgrenzen und überall dort einsetzen, ωό eine Konstruktion allmählich nachgeben soll, uienn seie einer Last ausgesetzt wird. Die Tatsache, daß diese neuartige Dämpfungseinrichtung auf so-

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uichl Zug- als auch Drucklasten anspricht, macht eis besonders geeignet für Fälle, in denen eine Rückprallkraft auftritt.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, bildet die Energiedämpfanordnung 1oo normalerweise einen starren Teil der Sitzkonstruktion. Der Energiedämpfer 1oo ist fest an der SitzkonstruktiDn an den Punkten A und B festgelegt.

Unter normalen Bedingungen trägt die Basis des Sitzes 2oo das Gewicht der auf dem Sitz sitzenden Person; infolgedessen wird der Energiedämpfer 1oo mit einer Last beaufschlagt. Der Energiedämpfer ist so konstruiert, daß er unter diesen Lastbedingungen starr bleibt. Falls der Sitz mit einer starren vorübergehenden dynamischen Last beaufschlagt wird (beispielsweise bei einer Notlandung, bei der die Beschleunigungskräfte die auf dem Sitz lastende wirksame Kraft (L) erheblich erhöhen), bewegt der Dämpfer sich teleskopartig in Richtung der Linie F. Diese axiale Bewegung ist als "Hub" bekannt.

Die Hubeigenschaften dieses Energiedämpfers sollen unten ausführlich behandelt werden. Wie ersichtlich, ist es der Zweck dieser Hubwirkung, hohe dynamische Lastspitzen auszufiltern, indem man sie zeitlich dehnt. Die Hubwirkung zeigt sich als Reaktion auf sowohl Zug- als auch Drucklasten.

Der Aufbau des Energiedämpfers läßt sich am besten unter Bezug auf die Fig. 3 und h verstehen. Wie in der Fig. 3 gezeigt, sind die Gehäuse 11o und 12a gleitend verschiebbar ineinandergesetzt, so daß sie unter anliegender Last axial teleskopartig sich gegeneinander verschieben können.

Ein Draht 13o ist an jedem Ende das inneren Gehäuses 12o befestigt. Folglich

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ist der Draht 13o im inneren Hohlraum des Gehäuses 12o aufgehängt. üJie in der Fig. 3 gezeigt, ist eine Methode, den Draht festzulegen, ihn zu einer U-förmigen Schleife wie eine Haarnadel zu biegen und durch die Öffnungen 121 und 122 in einem Ende des inneren Gehäuses 12a zu führen. Die beiden Enden des Drahts 13a sind an einem Stutzen 123 im anderen Ende des Gehäuses 12d festgelegt, wie dargestellt. Es ist einzusehen, daß hier viele Alternativen für die Befestigung des Drahtes 13a im Gehäuse 12o möglich sind - beispielsweise durch Schweißen, Binden und dergleichen.

Die Drahtbiegeanordnung 2αα steht in Eingriff mit dem Draht 13a, wie es die Fig. 3 und k zeigen. Die Laufrollenanordnung 2αα besteht aus den zwei Seitenplatten 22d und den drei Rollen 231, 232 und 233, die zwischen den beiden Seitenplatten 22o liegen. Der Draht 13a ist um die Rollen 231, 232 und 233 derart herumgeführt, daß die Laufanordnung bei einer Bewegung entlang des Drahtes den Draht biegt. Die den Draht biegende Laufanordnung 22a ist mittels eines Stiftes 21o an der äußeren Gehäuseanardnung 11a festgelegt. Der Stift 21a verläuft durch Längsschlitze in der inneren Gehäuseanordnung 12o. Diese - nicht gezeigten - Längsschlitze sind lang genug, daß das innere und das äußere Gehäuse ihren Wennhub ausführen können.

Wenn das innere Gehäuse 12a und das äußere Gehäuse 11o sich teleskopartig gegeneinander bewegen, biegt die Anordnung 2oa den Draht und verbraucht dabei Energie. Die Höhe der Piraft, die erforderlich ist, damit die beiden Gehäuse teleskopartig sich gegeneinander zu bewegen beginnen, ist ein Konstruktiansfaktor, der von mehreren Einflußgrößen abhängt. Die Dicke und das Material des Drahtes 13o lassen sich natürlich den unterschiedlichen Lastanforderungen anpassen. Die Anzahl der Drähte im inneren Gehäuse sowie auch die

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Anzahl der am Draht anliegenden Rollen lassen sich ebenfalls variieren. Weiterhin kann man auch die Ausrichtung der Rollen, die zum Biegen des Drahts eingesetzt werden, ändern, um eine gewünschte Hublast zu erreichen. Diese letztere Änderung ist besonders geeignet für eine Feinabstimmung des Dämpfers auf eine gewünschte Nennlast.

Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene Ausrichtungen der Rollen 231, 232 und 233 des Drahtbiegewagens 2oo. In der Fig. 5 wird der Draht 13a um einen Winkel B gebogen, während er um die Rollen 231 und 232 läuft. In der Fig. 6 wird der Draht 13o während er um die Rollen 231 und 232 läuft, um den Winkele* gebogen, der kleiner ist als der Winkelß. Da der Draht in der Fig. 6 um einen kleineren Winkel gebogen wird als in Fig. 5, ist auch die im Beispiel der Fig. 6 bei der Bewegung des LaufWagens auf dem Draht 13o verbrauchte Energie geringer als im Beispiel der Fig. 5.

Es ist verhältnismäßig leicht, die von dem Energiedämpfer aufgebrachte Hubkraft zu ändern, indem man die Achsen der Rollen in der Laufanordnung entsprechend anordnet. In vielen Situationen ist es erwünscht, einen Energiedämpfer herzustellen, dessen Hub bei genau einer bestimmten Last stattfindet. Die Wahl des Drahtes 13a, der in dem Energiedämpfer verwendet werden sail, bestimmt den möglichen Gesamtbereich der zu dämpfenden Hublasten. Sind diese Wahlen getroffen, läßt sich ein Prototyp herstellen, bei dem die Rallen, wie in Fig. 5 gezeigt, so ausgerichtet sind, daß der Draht unter einen großen Winkel gebogen wird und man daher eine größers als die gewünschte Dämpfungskraft erhält. Durch Versuche kann man dann den Schlitz in den Platten 22a, durch die der Haltestift 21o so ragt, daß die Rolle 232 sich relativ zu den anderen Rollen bewegt, allmählich verlängern. Hat man die gewünschte Hubkraft für den Energiedämpfer erreicht, ist auch die richtige Orientierung der RaI-

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len 231, 232 und 233 erreicht. Man kann dann sehr billig jede gewünschte Anzahl der Energiedämpfer mit dieser Hubkraft herstellen, ohne daß jeder Dämpfer einzeln ausgemessen werden muß, wie es nach dem Stand der Technik erforderlich war.

Die Fig. 7 zeigt die Kraft-Hub-Kennlinien des neuartigen Biegedraht-Energiedärnpfers nach der vorliegenden Erfindung. Die drei als "Erster l/ersuch" bezeichneten Kurven zeigen, daß der Dämpfer eine sehr konstante Hubkraft über einen erheblichen Hubbereich bietet. Hier ist die aus einer Zuglast resultierende Kraft bei den verschiedenen Lastspielen sehr genau gleich, während die Reaktion auf Drucklasten zwar schwächer, aber auch sehr konstant ist.

Die als "Zweiter Versuch" bezeichneten Kurven in Fig- 7 zeigen die Ergebnisse von l/ersuchen am gleichen Dämpfer, nachdem die Orientierung der Rollen dahingehend geändert worden war, den Draht stärker zu biegen. Diese Kurven, die beide für die Reaktion auf eine Zugkraft gelten, zeigen, daß der Energiedämpfer sich sehr genau auf eine bestimmte Hubkraft konstruieren läßt und es möglich ist, den Dämpfer auf die gewünschte Hubkraft feinabzustimmen.

Die Fig. B ist ein Diagramm der Kraft-Hub-Kennlinien eines Dämpfers nach dem Stand der Technik. Die Liierte gelten for eine Aluminiumstrebe, die mit einem Torusdraht ("torus wire") aus nichtrostendem Stahl gedämpft wurde.

Die Kurven 1 bis 7 in der Fig. 8 zeigen die Ergebnisse von sieben gleichen Dämpfern, die auf eine Ansprechlast von 617 kg (136o lbs) eingestellt waren. Lüie sich aus der Schwankung des Ansprechpunkts der Dämpfer und den ungleichmäßigen Kraft-Hub-Kennlinien zeigt, war keiner von ihnen zufriedenstellend.

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Diese Daten werden hier als Beispiel gebracht, um zu zeigen, daß der hier offenbarte neuartige Dämpfer eins erhebliche Verbesserung bringt.

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Claims

Patentansprüche

1.) Energiedämpfer, gekennzeichnet durch ein

einen Hohlraum bildendes äußeres Gehäuse, mit einem ersten, an einer Konstruktion festlegbaren Ende und Einem zweiten, zum Einsetzen eines inneren Gehäuses offenen Ende, ein einen Hohlraum bildendes innere Gehäuse mit einem an einer Konstruktion festlegbaren ersten Ende, einem in den Hohlraum des äusseren Gehäuses gleitend verschiebbar einsetzbaren zweiten Ende und einem Längsschlitz, um eine Uerbindung zwischen dem Hohlraum des inneren Gehäuses zur Wandung des äußeren Gehäuses herzustellen, durch einen in Längsrichtung durch den Hohlraum des inneren Gehäuses verlaufenden Draht, der am ersten und zweiten Ende des inneren Gehäuses festgelegt ist, durch eine in den Hohlraum ' des inneren Gehäuses befindliche und betrieblich in Eingriff mit dem Draht |

stehende Drahtbiegeeinrichtung und durch eine Uerbindungseinrichtung, die die ! Drahtbiegeeinrichtung fest mit dem äußeren Gehäuse verbindet, wobei die Uerbindungseinrichtung durch den Schlitz im inneren Gehäuse verläuft und bei einer Bewegung des inneren relativ zum äußeren Gehäuse unter einer auf die Befestigungsenden der Gehäuse aufgebrachten Zug- oder Druckkraft Energie beim Biegen des Drahtes verbraucht wird.

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2. Energiedämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtbiegeeinrichtung zuei auf gegenüberliegenden Seiten des Drahtes liegende Seitenplatten und mindestens zwei rechtwinklig zu den Seitenplatten verlaufende und fest an den Seitenplatten angebrachte Auflagerflächen aufmeist, die sa mit dem Draht in Eingriff stehen, daß der Draht beim Lauf über die Auflagerflächen unter Führung durch die Seitenflächen gebogen ujird.

3. Energiedämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Auflagerflächen am Stäbe handelt.

k, Energiedämpfer nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Drahtbiegeeinrichtung zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Drahtes liegende Seitenplatten, zwei die beiden Seitenplatten fest miteinander verbindende Achsen souie auf jeder der Achsen eine Rolle aufweist, die betrieblich in Eingriff mit dem Draht stehen, sd daß der Draht beim Lauf über die Rollen unter Führung durch die Seitenplatten gebogen mird.

5. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere und das äußere Gehäuse rohrförmig sind.

6. Energiedänpfer, wie er im uesentliehen hier unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben ist.

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