DE7142324U - Stossfänger für die Befestigung einer Stoßstange an Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Dipl.-lr.n. K. Wither

1 BERLiN 13 Bolivai al *e 9 Tel. ^04 Λ2 «·5

W/Vh-2802 5.11.71

General Motors Corporation, Detroit, Mich., Y.S±.A.

Stossfäager für die Befestigung einer Stoßstange an Kraftfahrzeugeη

Sie Neuerung bezieht sich auf einen Stossfanger für die Befestigung einer Stoßstange an Kraftfabrzeugen, der aus PIuidfederη enthaltenden teleskopartig zusammenarbeitenden Streben besteht, die rohrförmige Gestalt haben uad in ihre gestreckte Lage zueinander vorbelastet und durch eine Zusammenstosskrüft ineinanderschiebbar sind.

Ein derartiger Stossfänger ist beispielsweise durch die US-FS 3 378 149 bekannt. Bei diesem ist jed<^h den einander sich widersprechenden Bedingungen nicht Rechnung getragen, dass nämlich eine verhältnisuirässig freie gleitende Bewegung der Streben zueinander bei geneigt zu ihrer Acbse

ausgeübten Kräften gewährleistet sein muss und der Notwendigkeit oiusr ausreichendes steifigkeit Is der gsstreok*??* La^Sj damit durch die fahrt über eine rauhe fahrbahn angefachte Schwingungen unterdrückt werden und Kräfte aufgenommen werden, die auf die Stoßstange beim Ziehen oder Schieben des Fahrzeugs ausgeübt werden.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stossfänger der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, dass beide Bedingungen in zufriedenstellender Weise erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäss dadurch gelöst, dass die die Streben in die gestreckte Lage bela»*e*>Äen Teile auf Stabilisierungselemente einwirken, die die Streben in der gestreckten Lage gegen Querverlagerungen festlegen, indem zur Längsachse der Streben geneigte Flächen zur Anlage gegeneinander gebracht sind. Hierdurch wird dem Stossfänger eine ausreichende Steifigkeit in der gestreckten Lage der Streben erteilt, während die freie Relativbewegung der Streben zueinander selbst bei zur Achse der Streben geneigter fcusammenstosskraft gegeben ist.

In weiterer Ausgestaltung der Neuerung ist vorgesehen, dass die Vorbelastung der Streben durch eine Kame_r ■veränderlichen Volumens in der inneren rohrförmigen Strebe erfolgt, die mit einem Druckgas gefüllt ist, dessen Druck so

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eingestellt ist, dass die Streben bis zur gegenseitigen Anlage der geneigten Flächen der Stabilisierungselemente voneinandez fort gedrückt werden.

Iq der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Neuerung dargestellt. Es zeigen

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils

eines Kraftfahrzeugs mit einem Stossfanger

nach der Erfindung,

en Pig. 2 einTvergrösserter Längsschnitt nach der

Linie 2-2 in Pig. I,

en Pig. 3 ein7Schnitt nach der Linie 3-3 in Pig. 2

und Pig. 4 einen der Pig. 2 ähnlichen Längsschnitt

durch eine abgewandelte Sauform.

Ein Kraftfahrzeugrahmen IO weist die üblichen Querabstand voneinander aufweisenden Seitenträger 12 auf, die an ihrem vorderen Ende durch einen Querträger 14 miteinander verbunden sind.

An der Vorderseite des Fahrzeugs ist eine

Stoßstange 16 befestigt, die auf ihrer Innenseite eine Verstärkungsplatte 18 enthält. Sie Stoßstange 16 ist über Stossfanger 20 mit dem Fahrzeugrahmen verbunden, die an die Vorderenden 22 der Seitenlanger 12 und an der Verstärkungsplatte 18 befestigt sind. Die Stoßfänger 20 dienen nicht nur der Verbindung der Stoßstange mit dem Fahrzeugrahmen, sondern nehmen auch im Falle

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ti Ku

eines Zusammenstosses die Zusammenstosskraft auf.

Jeder Stossfanger 20 bestebt aus einem äusseren

Zylinder 24 und bat eine seinen Mantel umgebende Stütze 26 mit einem radialen Flansch, der mit Löchern zur Aufnahme von Befestigungsschrauben versehen ist. Am rückwärtigen Eade ist der Zylinder24 durch einen Deckel 28 verschlossen, an dem ein in der Achse des Zylinders liegender Schraubbolzen 30 befestigt ist An der Spitze 22 der Seitenträger 12 sind mit Abstand voneinander L-förmige Halter befestigt, von denen der vordere Halter 32 einen Durebbruch zur Aufnahme des Zylinders 24 aufweist und mit dem der flansch 26 des Zylinders durch Schrauben 36 verscbraubt ist· _Der hintere Halter 34 enthält ein Loch zur Aufnahme des Schraubbolzens 30» a*if den zur Befestigung eine Mutter aufgeschraubt v'^a.

Der Stossfanger 20 enthält ferner eic«η inneren

Zylinder 38, der in dem nach vorn offenen Zylinder 24 verschiebt lieh ist und an der Vorderseite eine Stirnplatte 40 trägt, die mit ihm verschwelest ist· Hit der Stirnplatte 40 ist eine Büchse 42 mit senkrecht liegender Achse verschwelest, die ein futter 44 aus elastischem Werkstoff, beispielsweise Gummi, enthält, das mit der Büchse in geeigneter Weise verbunden ist. Innerhalb des Futters liegt eine Befestigungsstange 46, deren flach aufeinanderliegende Enden Löcher enthalten, durch die Befemtigungsschj^aben 50 treten, ferner ist mit der Verstärkungs

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platte 18 der Stoßstange ein U-förmiger Befestigungsstreifen 48 verschv/eisst, der uniaitterbar gegen die Büchse 42 anliegt und

' mit abgewinkelten Lappen gegen die Befestigungsstange 46 an-

\ liegt, um dort durch die Schrauben 50 mit der Befestigungsstange

j verbunden zu werden. Die rückwärtige Stirnseite des Zylinders

! 38 ist durch eine Sappe 52 verschlossen, die innerhalb des

Stossfängers zwei mit einer geeigneten Flüssigkeit;, beispielsweise Öl, gefüllte Kammern voneinander trennt. Sie Kappe 52 ist durch eine Laufbüchse 54 aus glasfaserverstärktem Nylon oder anderem Kunststoff abgestützt, die geringe Reibung und geringe Abriebmöglichkeit sowie grosse Formhaltigkeit aufweist, so dass die freie axiale Relativbewegung der Teile des Stossfängers 20 ermöglicht ist und andererseits die starken radialen Kräfte im falle eines Zusammenstossee oder beim Stossen oder Ziehen des Kraftfahrzeugs über die Stoßstange 16 aufgefangen werden können. Zwischen dem Zylinder 24 und der Laufbuchse 54 ist ein geeignetes Spiel vorgesehen. Bei einem Innendurchmesser des Zylinders 24 beispielsweise von 63,5 aim ist ein Spiel zur Laufbüchse 54 von 0,25 mm vorgesehen. Durch nicht dargestellte zusätzliche flache Hüten in der Laufbuchse kann eine ausreichende Flüssigkeitsverfcinäung mit der Rückseite der Kappe 52 hergestellt werden, so dass ein Ringraum 56, der den ineren Zylinder 38 umgibt, ein Teil der rechten Arbeitskammer des Stossf ängers ist.

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Ια dem inneren Zylinder 38 gMtet ein Kolben

58 aus Metallblech, der durch einen O-Ring 60 abgedichtet ist. Der Kolben 58 begrenzt die eine Seite der Arbeitskammer im Zylinder 38 auf der linken Seite der Kappe 52, die mit Öl gefüllt ist, -während auf der anderen Seite zwischen dem Kolben 58 und der Stirnplatte 40 eine Gaskammer gebildet ist. Diese wird über eine Öffnung in der Stirnplatte 40 mit Gas gefüllt, worauf diese Öffnung durch eine eingesetzte Kugel 62 durch

Verschweissen geschlossen wird. Im Ausführungsbeispiel ergibt

2 sich eine beaufschlagte Fläche im Zylinder 24 von etwa 32 cm ·

Bei einem Anfangsdruck des Gases, vorzugsweise Stickstoff, von

beispielsweise 10,5 kg/cm übt dieses eine Kraft von etwa 340 kg auf den inneren Zylinder 38 aus, um den Stossfanger in die gestreckte Lage zu bringen.

In einer Öffnung 66 in der Kappe 52 ist ein

Drosselstück 64 eingesetzt. Dieses hat im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und greift mii, radialen Planschen um die Zylinderkappe, wobei zwischen den Planschen eine scharfe Kante 68 gebildet ist, die den Durchtrittsquerschnitt bestimmt. Das Drosselstück 64 hat hierbei in radialer Richtung ein gewisses Spiel, so dass es sich in radialer Richtung frei einstellen kann.

Eine Zumeßstange 70 ist mit ihrem einen Ende in der Mitte des Deckels 28 befestigt und erstreckt sich nach vorn in das Drosselstück 64. Die Stange 70 hat im wesentlichen zylin-

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arische Form und weist an der Mantelfläche drei gleichmäasig über den Umfang verteilte Abflachungen 72 auf, die zur Achse der Stange geneigt sind, so dass sich die Tiefe der Abflachung von der Mantelfläche laufend zur Spitze hin vergrössert. Wie i"ig. 3 zeigt, ist der Durchmesser der Stange so gewählt, dass der volle Durchmesser nahezu dem Durchmesser des Drosselstücks 64 im Bereich der scharfen Kante 68 entspricht, so dass eine j Führung beider Teile erfolgt. Im Falle eines Zusammenstosses bewegt sich der Zylinder 38 und seine Kappe 52 einwärts und Abweichungen in der axialen Ausrichtung zwischen der Zumessstange 70 und der öffnung 66 werden durch die radiale Ausweichmöglichkeit des Dross-elstücks 64 ansgeglichen. In abgewandelter Weise könnte das Drosselstück auch fest mit der Kappe ver bunden sein, während das innere Ende der Zumeßstange 70 mit dem Deckel 28 durch einen Wirbel verbunden ist.

Im weiterer Abwandlung kann das Drosselstück 64 auch mit einer Zumeßstange zusammenarbeiten, die anstelle der ebenen Abflachungen konisch ausgebildet ist, so dass eine ausgesprochene Zentrierung der beiden Elemente zueinander nicht eintritt· Auch bei dieser Sauart ergibt sich infolge der in radialer Richtung freien Beweglichkeit des Drosselstücks ein voraussagbarer Durchflusskoeffizient, der unabhängig von Abweichungen in der axialen Ausrichtung ist, so dass gleiche Werte innerhalb einer Baureihe und gleiche Werte innerhalb eines

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Stossfängers bei aufeinanderfolgenden Zusammenstößen erhalten v/erden. Die endgültige Lage des Drosselstücks wir«* offensichtlich durch die Flüssigkeitsdrücke der durch die Öffnung 66 tretenden Flüssigkeit "bewirkt. Es ist nicht "bekannt, ob das Drosselstück in eine konzentrische lage zur Zumeßstange oder in eine maximale exzentrische Lage bewegt wird, jedoch zeigten Versuche, dass in jedem Falle ein voraussagbarer Durchflusskoeffizient erhalten wird.

Im Falle eines Zusammenstoßes, bei dem die Zusammenstosskraft gleichmässig über die Länge der Stoßstange verteilt einwirkt, gestatten die Stossfanger 20 durch axiale Einwärtsbewegung' ihrer Zylinder 38 eine Rückwärtsverlagtung der Stossstange parallel zu ihrer Normallage· Ist die Zusammenstosskraft genügend gross, um den Druck in der Gaskammer hinter dem Kolben 58 zu überwinden, so erfolgt eine Verlagerung der Flüssigkeit aus den rechten Kammern der Zylinder 24 durch die Drosselöffnung

zur linken Kammer in den Zylindern 38. Durch das Hindurchtraten der Zumeßstange 70 durch das Drosselstück 64 kann ein allmählich ansteigender Durchlasswiderstand zum Zylinder 38 eingestellt werden, so dass in der rechten Kammer ein im wesentlichen konstanter Druck aufrechterhalten wird, wenn die Geschwindigkeit der Verlagerung der Zylinder des Stossfängers abnimmt. Es wird eine Charakteristik angestrebt, in der die Kräfte in quadratischer Abhängigkeit von der Verlagerung sind, so dass das Produkt

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der Kraft auf die beaufschlagte Fläche des Zylinders 38 mit der Verlagerung den Wert der aufzunehmenden Zusammenstossenergie infolge des Dnrchfcritts der Flüssigkeit durch die Drosselöffnung entspricht. Die beiden Stossfanger 20 werden so ausgelegt, dass sie eine maximale Kraft a.n Bezug zu der Festigkeit des Fahrzeugrahmens 10 aufweisen, an dem sie befestigt sind, wobei diese Kraft der Zusammenstosskraft "bet einer bestimmten j Aufprallgeschwinäigkeit des Fahrzeugs gegen einen festen Wider- | stand entspricht. Die Formgebung der Abflachungen 72 kann auf diese maximale Zusammenstossgeschwindigkeit abgestimmt werden Bei geringeren Zusammenstossgeschwindigkeiten werden geringere Kräfte entwickelt, jedoch wird trotzdem die gesamte kinetische Energie des Zusammenstosses aufgenommen.

Es können beliebige Kennlinien der Zusammenstosskraft erzielt werden, indem der Winkel oder die liefe der Abflacbungen 72 über die Länge der Zumeßstange 70 entsprechend gewählt werden. Bei einer bevorzugten Ausfübrungeform sind die Abllachungen 72 mit einer konstanten Tiefe über das erste Fünftel der Länge der Zumeßstange ausgebildet, worauf die fortschreitend flacher werden, um entsprechend den drosselnden Querschnitt zu verringern. A.uf diese Weise wird ein niedriger Anfangsdruck erzielt, der zusätzliche innere Beladungen oder Widerstandskräfte der Stossfänger ausgleicht, die zu Beginn eines Zusammenstosses auftreten können, worauf dann die eigent-

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liehe Aufnahme der Zusammenstosskraft erfolgt, die la der bereits "beschriebenen Weise verläuft.

Nach der Aufnahme der Zuesammenstosskraft unter Einwärtsverlagrung der Zylinders 38 ist ein fcröeeerer Teil der Flüssigkeit in der linken Arbeitskammer jedes Stossfängers enthalten, wobei sich die in ihnen befindlichen Kolben 58 A nach links verlagert haben, so dass das Gas in der Gaskammer auf einen höheren Druck verdichtet ist. Beim Nachlassen der Zusammenstosskraft bewirkt das verdichtete Gas eine Vergrösserung der Gaskammer, wodurch die Flüssigkeit Rus dem Zylinder 38 in den Zylinder 24 verlagert und der Stoesfänger die ursprüngliche Lage wieder einniet, womit auch die Stoßstange ihre Anfangslage wieder erhält. Damit ist die Anlage für einen neuen Zusammenstoss vorbereitet.

Wie bereits erwähnt, ist der Anfangsdruck des Gases in der Gaskammer hinter dem Kolben 58 ausreichend gross gewählt, um den Stossfängar 20 in der ge streuet en Lage zu halten, so dass auch in dieser noch eine in dieser Richtung wirkende Kraft wirkt. Um ia dieser Lage der Stossfanger eine ausreichende Steifigkeit zwischen den Zylindern 38 und 24 zu erhalten, sind Stabilisierungselemente eingegliedert, die die von dem Gas in der Gaskammer ausgeübte Kraft aufnehmen und mittels geneigter Flächen eine Verriegelung der beiden Zylinder bewirken. Wie Fig. 2 zeigt, ist das freie Ende 73 des Zylinders 24 mit einer einwärts geneig-

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	schrägen	Fläche	ι · · » · ' r ι ι ιι··	L ·	• 4 - - w * - ·· t * m	nach	dem
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Zusammenbau gebildet wird. Der Zylinder 33 trägt an. seinem Umfang ein Stabilisierungselement in Form eines Ringes 74» dessen Aussenmantel eine in gleicher Weise geneigte Fläche 76 aufweist. Bei zylinderischer Ausgestaltung des Stossfängers 20 sind diese Flächen Segelflächen, die eine ti Winkel von nicht mehr als 10° zur Längsachse aufweisen, damit eine mechanische Verblockung vermieden wird, \

Durch die von dem Gas hinter dem Kolben 53 ausgeübte KraftT*irä der Zylinder 33 nach links gedrückt, wodurch die Fläche 76 des Ringes 74 gegen die Innenfläche 78 des geneigten Endteils 73 des Zylinders 24 gedruckt wird, wodurch die beiden Zylinder 24 und 33 in radialer Richtung gegneinander abgestützt sind, so dass Stösse oder Schwingungen der Sto6stange 16 nicht angefacht werden können. Der Grösstdurcbmesser des Ringes 74, der die Lagerfläche bei der axialen Relativbewegung des Zylinders zueinander bildet, und die mit gleichem Spiel arbeitende Laufbuchse 54 sind entsprechend kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders 24 gewählt, so dass nach dem Trennen der geneigten Flächen beim Zusammenschieben infolge eines Zusammenstosses die Relativbewegung der beiden Zylinder zueinander im wesentlichen ungehindert erfolgt. Im Anschluss an die Aufnahme der Zusammenstosskraft bewirkt die Kraft des Gases aus der Gaskammer erneut einen Eingriff der geneigten Flächen 76 und 78, um die

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gewünschte Steiflgfceit in radialer Richtung zwischen den beiden Zylindern wieder herzustellen· Der Aussenuereicb äe» Klage» 74 kann aus einem geeigneten glasfaserverstärkten Nylon oder anderem Kunststoff in Form einer Büchse ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel ist ein derartiger Einsatz 80 dargestellt, der in einer Ringnut des Ringes 74 sitzt und über dessen

en innenliegende Kante hinaus ragend ein7Tell des Ringraumes 56 ausfüllt. Dieser Einsatz kann mit einer konkaven Fläche zur Aufnähe eines Dichtungs-O-Ringes 82 versehen sein, um Flüssigkeitsleckagen um den Ring 74 in das Innere des Zylinders 24 zu verhindern Der Q-Ring und der Ring 74 bestimmen einen Teil der Seitenfläche, die durch dis Kappe 52 gsgetsen ist. Der Werkstoff und die Gestalt des Einsatzes 80 kann so gewählt-: werden, dass er zugleich als Dichtung wirkt, wozu er die geneigten Flächen überdecken kann und bei deren gegenseitiger Anlage zusammengedrückt wird.

Die Stabilisierungeelemente an dem Stossfänger liegen in einem Bereich, der verhältnismässig dicht neben der Stoßstange 16 liegt, so dass Durchbiegungen des Zylinders 38 auf die Lage der Stoßstange 16 keinen Einfluss haben. Da die geneigten Flächen 76 und 78 und der O-Ring 82 dicht beieinander liegen, eifblgt eine einwandfreie Abdichtung über den ganzen Ringraum 56 mit gleichmässiger Kraft, so dass örtliche Drücke vermieden sind und damit Anfressungen unterbunden werden. Durch

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den O-Ring 82 1st es auch möglich, den Ritigraum 56 mit Flüssigkeit zu füllen, so dass kein 3?lüssigkeitsvolumen freiliegt und Schmutz u.dgl. aufnehmen kann.

Bei der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Einsatz 80 uud der Ring 74 sowie die Laufbüchse 54 entbehrlich, um einen stärkeren Yerformungswiderstand in den Werkstoff des Stabilisierungsringes 74· und der Blappe 52' zu legen. Um den Abrieb bei der Bewegung infolge der Zusammenstosskraft zu verringern, können diese Teile aus Messing oder Aluminium hergestellt v/erden. Ein zusätzlicher Packungsring 84 liegt gegen den Stabilisierungsring 74' an.

In beiden Ausführungsformen haben beide Lagerstellen in Längsrichtung des Zylinders 38 einen beachtlichen Abstand, so dass zusammen mit der Biegefestigkeit des Zylinders 38 eine starre Halterung auch für schwere Stoßstangen 16 erzielt wird.

Wenn auch im Ausführungsbeispiel nur die Verhältnisse bei einer im wesentlichen in Längsrichtung des Fahrzeugs wirkenden Zusammenstosskraft auf die Stoßstange 16 beschrieben sind, so ist eindeutig, dass durch die Ausbildung der Ekstase ! mit dem elastischen Futter am vorderen Ende des Zylinders 38 \ die Stossfanger auch über Eck auftretende Zusammenstosskräfte ^: aufnehmen können, wobei dann im wesentlichen nur ein Zurückdrücken der Stoßstange und eines Stossfängers auf der einen Seite eintritt. Die elastische Verbindung gestattet dies, ofaae

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Beansprucbuagea auf der aaderen Seite der Stoßstaage auszulösea.

WeQn auch im AusfütarungslBeispiel die Stoßstaage an einem Fahrzeugrahmen "befestigt ist, so ist die Erfindung ia gleicher Weise auch "bei selbsttragenden Fahrzeugkörpern anwendbar·

Claims (2)

- 15 Sc fautzansprüche:

1. Stossfänger für die Befestigung einer Stoßstange an Kraftfahrzeugen, der aus Fluidfedern enthaltenden teleskopartig zusammenarbeitenden Streben besteht, die rohrförmige Gepcalt haben und in ihre gestreckte Lage zueinander vorbelastet und durch eine Zusammenstosskraft ineinanderschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die die Streben (24,38) in die gestreckte Lage belastenden Teile (58) auf Stabilisierungselemente (73,74) einwirken, die die Streben (24,38) in der gestreckten Lage gegen Querverlagerungen festlegen, indem zur Längsachse der Streben geneigte Flächen (76,78) zur Anlage gegeneinander gebracht sind.

2. Stossfänger nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Vorbelastung der Streben (24)38) durch eine Kammer (58) veränderlichen Volumens in der inneren rohrförmigen Strebe (38) erfolgt, die mit einem Druckgas gefüllt ist, dessen Druck so eingestellt ist, dass die Streben bis zur gegenseitigen Anlage der geneigten Flächen (76,78) der Stabilisierungselemente voneinander fort gedrückt werden.