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Stoßfänger
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Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für die Aufnahme kinetischer
Energie bei niedrigen Aufprallgeschndigskeiten von Kraftfahrzeugen, der im wesentlichen
aus einem ein elastisches Material aufnehmenden Außenrohr und einem im elastischen
Material angeordneten Innenrohr besteht.
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Aus der DE-AS 17 80 205 ist ein Stoßfänger bekannt, der aus einer
Gummibundbuchse besteht, die in einem Stahlrohr angeordnet ist und von einem Stößel
durchdrungen wird. Der Stößel ist als Rohr ausgeführt und weist Wellen auf, die
zum einen im unbelasteten Zustand den Stößel in der Gummibundbuchse in seiner Lage
fixieren, zum anderen bei der Belastung als Reibelement durch die Gummibundbuchse
gedrückt werden und so Energie vernichten. Die Energievernichtung erfolgt also durch
Reibung zwischen Stößel und Gummibundbuchse. Die Reibung ist jedoch ganz wesentlich
von der Oberfläche des Stößels und von ggf. vorhandenen Schmiermitteln abhängig,
wobei bereits ein dünner Wasserfilm, der sich durch Kondensation auf den Stößel
ablagert, ein hervorragendes Schmiermittel für die hier in Frage stehende Gummi-Metall-Verbindung
ist, wie es von wassergeschmierten Gummilagern her bekannt ist. Damit setzt ein
feuchter
Stößel beim Eindringen in das Gummilager dem Eindringen
einen erheblich geringeren Widerstand entgegen, wobei diese Widerstandsänderung
von der Menge des Schmiermittels, also des kondensierten Wassers abhängt. Auf der
anderen Seite führt die Wassereinwirkung auf den Stößel zur Oxidation, also normalerweise
zu Rostbildung, wodurch sich das Reibungsverhalten extrem zur anderen Seite verändert,
d. h., die Reibung erhöht wird. Damit ist die Aufnahme einer definierten Größe der
kinetischen Energie nicht möglich. Es ist auch nicht möglich, ohne Änderung von
Teilen, also ohne andere Formgebung des Stößels, den Stoßfänger für die Aufnahme
unterschiedlicher Energiegrößen auszulegen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, einen
Stoßfänger zu schaffen, der über seine Lebensdauer keinen Schwankungen in der Energieaufnahme
unterliegt, insbesondere unabhängig von Temperatur und Witterungseinflüssen ist,
es aber dennoch gestattet, in einem gewissen Bereich die Größe der aufzunehmenden
kinetischen Energie zu wählen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Stoßfänger gemäß Oberbegriff durch die
Kombination folgender Merkmale gelöst: a) das Außenrohr ist mit einem in ihm angeordneten
Federkörper aus elastischem Material unlösbar verbunden, b) der Federkörper aus
elastischem Material umgibt das Innenrohr und ist mit ihm unlösbar verbunden, c)
der Federkörper ist mit einer axialen Vorspannung versehen.
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Durch die unlösbare Verbindung der Rohre mit dem Federkörper aus elastischem
Material tritt keine unkontrollierbare Reibung auf, sondern es werden ausschließlich
die Materialeigenschaften des elastischen Materials ausgenutzt, um die kinetische
Energie aufzunehmen. Wesentliche Bedeutung kommt dabei dem Merkmal zu, daß der Federkörper
mit einer axialen Vorspannung versehen ist. Die Vorspannung wird dadurch erreicht,
daß das Innenrohr gegenüber -dem Außenrohr und vor dem Einbringen des Federkörpers
axial versetzt ist und erst nach dem Verbinden der beiden Rohre miteinander durch
den Federkörper, beispielsweise durch Vulkanisieren, aber auch durch Verklebenlder
Stoßfänger mit der Vorspannung versehen wird.
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Durch diese einfache Konstruktion werden gleich mehrere Vorteile erreicht.
Zum einen gestattet das Versetzen des Innenrohres gegenüber dem Außenrohr eine sehr
einfache Fertigung des Stoßfängers, zum anderen ermöglicht die Wahl des Versatzes
eine Abstufung des Bereichs der aufnehmbaren kinetischen Energie.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Innenrohr
des Stoßfängers mit einer Bohrung versehen ist, die im gespannten Zustand des Stoßfängers
einen Stift aufnimmt, der das Innenrohr in seiner Lage zum Außenrohr fixiert. Das
Einbringen der Bohrung in das Innenrohr erfolgt dabei zweckmäßig vor dem Zusammenvulkanisieren
des Federkörpers mit Innen- und'Außenrohr, d. h., daß die einzelnen Bauteile praktisch
schon vor der Vulkanisation fertig bearbeitet sein können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
das Innenrohr gegenüber dem Außenrohr mittels einer Schraube und einem Anzugsdeckel
vorgespannt ist. Der Anzugsdeckel kann dabei zweckmäßig Teil des Schraubenkopfes
sein. Mit diesen beiden Ausführungsformen ist es möglich, die aufnehmbare kinetische
Energie abzustufen und insbesondere eine Feineinstellung dieses Bereiches durch
Änderung der aufzubringenden Vorspannung, also durch Änderung des Versatzes zwischen
Innen- und Außenrohr beim Anziehen der Schraube vorzunehmen.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
das Innenrohr im vorgespannten Zustand des Stoßfängers umgebördelt ist und so das
Außenrohr übergreift. Vorteilhafterweise wird das Innenrohr dabei über einen als
Anschlag am Außenrohr dienenden Ring, den Anzugsdeckel, umgebördelt. Diese Konstruktion,
die gegenüber den beiden vorgenannten zwar keine weitere Feineinstellung des aufnehmbaren
Energiebereiches gestattet, bietet dafür den großen Vorteil äußerster Preisgünstigkeit,
da praktisch keine zusätzlichen Materialien eingesetzt werden müssen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die Vorspannung
des Federkörpers in axialer Richtung bei 20 % der Maximalspannung. Die Maximalspannung
beträgt zwischen 100 und 2.500 N/m. Als elastisches Material wird daher bevorzugt
ein synthetischer oder natürlicher Kautschuk eingesetzt, der eine kinetische Energie
von 30 bis 2.500 N/m aufnehmen kann. Der ungespannte Stoßfänger weist dabei außerhalb
des Außenrohres in Richtung der aufzunehmenden Belastung einen Ringwulst aus
elastischem
Material auf, der zur Beeinflussung der Abrollbewegung des elastischen Materials
zwischen Innen- und Außenrohr dient. Das Außenrohr selbst weist zweckmäßig einen
Flanschansatz auf, mit dem ein Ringwulst verbunden ist. Bei der Beaufschlagung des
Stoßfängers dient er als dämpfender Anschlag, wenn die Grenze der Verformbarkeit
erreicht ist.
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Die Breite des das Innenrohr ringförmig umgebenden Federkörpers aus
elastischem Material ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gleich
oder größer als 5 mm. Unterhalb 5 mm ist eine sinnvolle Verformungsarbeit des Federkörpers
nicht mehr möglich, es kommt im allgemeinen zum Reißen oder zum Lösen des Federkörpers
von Innen- bzw. Außenrohr.
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Die Obergrenze der Breite des Federkörperringes ist nicht kritisch
und lediglich durch konstruktive Maßnahmen begrenzt.
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Gemäß einer sehr zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der
Anzugsdeckel einen Begrenzungsansatz auf. Nachdem einmal der Versatz vom Außen-
zum Innenrohr des Stoßfängers für eine bestimmte Serie Stoßfänger festgelegt ist,
ist man bestrebt, mit möglichst einfachen Mitteln stets eine konstante Vorspannung
zu erreichen. Durch Anordnung eines Begrenzungsansatzes am Anzugsdeckel ist es möglich,
die Vorspannung immer dadurch konstant zu halten, daß die Schraube soweit angezogen
wird, daß der Begrenzungsansatz. und der Rand des Anzugsdeckels an Innen- bzw. Außenrohr
angreifen. Die Entfernung, die zwischen dem Begrenzungsansatz und dem Innen-
rohr
im ungespannten Zustand des Stoßfängers vorhanden ist, wird bei einer bestimmten
Stoßfängerserie konstant gehalten. Damit werden durch einfaches Anziehen der Schraube
alle Stoßfänger gleicher Konstruktion äuf ein und denselben Wert vorgespannt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Anmeldegegenstandes sieht
vor, das Innenrohr mit einem Gewinde zu versehen, so daß nicht mit einer Durchgangsschraube,
Deckel und Mutter gearbeitet werden muß, s-ondern die Schraube direkt durch den
Spanndeckel in das Innenrohrgewinde eingreifen kann. Zwischen dem Spanndeckel und
dem Gewinde wird dabei zweckmäßig wenigstens ein Zwischenstück angeordnet, wobei
durch die Wahl der Dicke dieses Zwischenstücks der Abstand zwischen Deckel und Innenrohr
festgelegt wird, d. h., daß durch Wahl unterschiedlich hoher Zwischenstücke die
auf den Federkörper aufgebrachte Vor spannung verändert werden kann. Die Erfindung
wird nachstehend an Hand der Zeichnungen erläutert: Fig. 1 zeigt im Schnitt einen
vorgespannten Stoßfänger, Fig. 2 im Schnitt den zwischen Innen- und Außenrohr eingebrachten
Federkörper in ungespanntem Zustand, Fig. 3 das Detail III, IV im Bereich des Xegelfußes
des Federkörpers, Fig. 4 eine alternative Ausgestaltung dieses Bereiches, Fig. 5
die alternative Ausgestaltung des rückwärtigen Bereiches eines Stoßfängersl
Fig.
6 einen vorgespannten Stoßfänger mit umgebördeltem Innenrohr, Fig. 7 einen Stoßfänger
im ungespannten Zustand mit Bohrung im Innenrohr, Fig. 8 den gleichen Stoßfänger
im gespannten Zustand.
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Das Außenrohr 2 des Stoßfängers ist mit einem Befestigungsflansch
3 versehen, der zur Befestigung des Stoßfängers am Kraftfahrzeug dient. Der Federkörper
4 besteht aus einem natürlichen Kautschuk und ist durch Vulkanisation mit dem Innenrohr
1 und dem Außenrohr 2 verbunden. In das Innenrohr 1 ist eine Führungsbuchse 7 eingesetzt,
die die Durchgangsschraube 6 aufnimmt. Die Durchgangsschraube 6 mit Kopf 23 erstreckt
sich gleichzeitig durch die Gabel 5, die zur Befestigung der StoBstange des Kraftfahrzeugs
dienen kann und durchdringt den Anzugsdeckel 8. Der Anzugsdeckel 8 liegt auf der
Stirnfläche 19 des Außenrohrs 2 auf. Durch Anziehen der Mutter 10, die durch eine
Federscheibe 9 gesichert ist, wird das Innenrohr 1 gegen den Begrenzungsansatz 17
des Anzugsdeckels 8 gezogen, wobei sich im Bereich des Kegelansatzes 13 des Federkörpers
4 die Hohlkehle 14 bildet. Der Federkörper 4 ist damit vorgespannt. Der Bereich
des Kegelansatzes 13 wird durch diese Vorspannung erheblich belastet, so daß wie
in Fig. 4 dargestellt, bei größeren aufzunehmenden kinetischen Energien und damit
höherer Vorspannung das Außenrohr 2 mit einem Flanschansatz 11 ausgeführt ist, auf
dem ein Ringwulst 12 aufliegt, der integrales Teil des Federkörpers 4 ist. Der Winkel
OC - in Fig. 3 dargestellt - ergibt sich aus dem Versatz des Innenrohres 1 zum Außenrohr
2 in Ver-
bindung mit der Breite des Federkörpers 4.
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Fig. 5 zeigt eine alternative Lösung zum Vorspannen des Federkörpers
4. Das Innenrohr 1 wird bei dieser Konstruktion beim Vorspannen nicht gedrückt,
sondern gezogen. Der Spanndeckel 8' ist im Außenrohr 2 zentriert. Die Begrenzung
des Anzugs, der über die Spannschraube 15 erfolgt, wird durch Einlage eines Zwischenstückes
18 vorgenommen, das ebenso durch die Spannschraube 15, die in das Gewindestück 16
eingreift, gehalten wird.
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Die Fig. 6 zeigt eine sehr preisgünstige Ausführung eines Stoßfängers.
In diesem Fall ist das Innenrohr 1 über den Anzugsdeckel 8 zu einer Umbördelung
21 umgeformt worden, wobei während dieser Umformungsarbeit der Stoßfänger unter
Spannung gehalten wurde. Als Befestigungsorgan für das Innenrohr 1 dient hier ein
Flansch 24. Der Anzugsdeckel 8 weist hier einen Begrenzungsansatz 26 zur Anlage
an der Stirnfläche 19 des Außenrohres 2 auf. Dadurch bildet sich zugleich ein Zentrierbund
27.
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Die Figuren 7 und 8 zeigen einen Stoßfänger, dessen Innenrohr 1 mit
einer Bohrung 22 versehen ist, die sich im rückwärtigen Bereich befinaet. Nach Aufbringen
der Spannung (Fig. 8) wird eine Spannscheibe 8' in diesem hinteren Bereich über
das Innenrohr 1 gesteckt und der Stift.20, in Fig. 8 als Kerbstift dargestellt,
in die Bohrung 22 eingepresst. Als Befestigungsorgan für das Innenrohr 1 ist hier
eine Hülse 25 vorgesehen.