DE8427945U1 - Bumpers for all types of vehicles - Google Patents
Bumpers for all types of vehiclesInfo
- Publication number
- DE8427945U1 DE8427945U1 DE19848427945 DE8427945U DE8427945U1 DE 8427945 U1 DE8427945 U1 DE 8427945U1 DE 19848427945 DE19848427945 DE 19848427945 DE 8427945 U DE8427945 U DE 8427945U DE 8427945 U1 DE8427945 U1 DE 8427945U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- springs
- spring
- collision
- bumper
- impact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002984 plastic foam Substances 0.000 claims 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
- B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
- B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
- B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
- B60R19/28—Metallic springs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Vibration Dampers (AREA)
Description
Jüttemann, Friealielm, 5030 Hürth.Jüttemann, Friealielm, 5030 Hürth.
1 Federausführung bei Stoßfänger von Kraftfahrzeugen jeglicher Art.1 spring design for bumpers of motor vehicles of any kind.
2.1 Kraftfahrzeugwesen2.1 Motor vehicle engineering
2.2 Bisherige Ausführung der Stoßfänger:2.2 Previous design of the bumpers:
f 5 Stoßfänger sollen die Karosserie vor Beschädigung f 5 Bumpers are designed to protect the bodywork from damage
bei leichtem Anstoß schützen und das Verhaken zweier Fahrzeuge beim Parken verhindern. Ferner sollen sie das Anschieben eines Fahrzeuges im Notfall ermöglichen. protect against minor impacts and prevent two vehicles from getting caught when parking. They should also enable a vehicle to be pushed in an emergency.
10 Auch bei Fußgängerunfällen kommt ihnen eine gewisse Schutzfunktion zu.10 They also have a certain protective function in pedestrian accidents.
Diese Definition zeigt, daß sie eine Funktion haben und kein stilistisches Element sind. -s Leider sind die heute verwendeten Formen hierfürThis definition shows that they have a function and are not a stylistic element. -s Unfortunately, the forms used today are
15 wenig geeignet, weil sie zu nah an den Karosserieblechteilen angebracht sind und zu schwach sind,15 not very suitable because they are mounted too close to the body panels and are too weak,
j Stöße aufzunehmen.j to absorb shocks.
I Stoßfängeranbringung ( Höhe ) :I Bumper mounting (height):
I Eine einheitliche Höhenlage ist Voraussetzung fürI A uniform altitude is a prerequisite for
f 20 die Schutzfunktion.f 20 the protective function.
Dieses Gebot bestehender Normen wird oft mißachtet,This requirement of existing standards is often disregarded,
I weil die Fahrzeuge zu verschieden in Größe undI because the vehicles are too different in size and
• Federkennung sind.• Spring detection.
[ Nach gegenwärtigem Stand und gemäß ISO-Norm [ According to current status and ISO standard
) 25 2958/73 gilt eine Bezugshöhe ( Ebene ) von 445mm ) 25 2958/73 a reference height ( level ) of 445mm applies
über dem Boden für Betriebsgewicht leer und mitabove ground for operating weight empty and with
&igr;: &igr; ) 3 Personen Zuladung von je 750 N for 4- bis 5sit-&igr;: &igr; ) 3 persons payload of 750 N each for 4- to 5-seater
zige Fahrzeuge ( nach Einigung mit den USA wahrscheinlich 330/350 mm ) 30 Ab 1980 wird die Einhaltung dieser Norm nach demvehicles (after agreement with the USA probably 330/350 mm) 30 From 1980, compliance with this standard will be
. ECE - Entwurf verlangt. Das Problem liegt in der. ECE - draft required. The problem lies in the
; Einhaltung der Bezugsebenen für beide Belastungs-; Compliance with the reference levels for both load
f fälle. Sie ist nur möglich durch sehr hohe (breite)f cases. It is only possible through very high (wide)
Stoßfänger und / oder vertikal angeordnete Uber-Bumpers and / or vertically arranged over-
I 35 deckungsglieder ( Hörner ) , deren Funktion aberI 35 covering elements (horns), whose function
\l unsicher ist, vor allem bei Schräganstoß. \l is unsafe, especially in the case of diagonal impact.
tt · It (Mt Il · H * t · It (Mt Il · H * t
tt ** · · · I I f I· · · I I f I
• · ♦ · «t » I f M *• · ♦ · «t » I f M *
4 » ■ I · · t 4 » ■ I · · t HI IMI ·HI IMI ·
*4 ·*4 ·
II * II *
Ausführung und FestigkeitDesign and strength
Bei einem Auf schlagveirsüch ( Pendelschlag ) vorn, hinten und auf die Ecken dürfen Weder bleibende Be-Schädigungen entstehen, noch die Einsteilung der Scheinwerfer und die Funktionen von Hauben - und Kofferverschlüssen beeinträchtigt Werden. Außerdem sollten die Kontaktflächen mit Gummi - oder Plastikschutz Versehen sein.In the event of an impact (pendulum impact) at the front, rear and corners, no permanent damage should occur, nor should the adjustment of the headlights or the functions of the hood and trunk locks be impaired. In addition, the contact surfaces should be provided with rubber or plastic protection.
Diese Bedingungen können nur erfüllt werden, wenn die Aufnahme der Stoßenergie nicht nur vom Stoßfänger selbst/ sondern auch von seiner Befestigung ( plastisch verformbare Träger ) erfolgt. Aus diesem Grund muß der Stoßfänger ausreichenden Abstand ( Mindestabstand 70 mm ) von, bzw. durch ^ entsprechende Gestaltung der anschließenden Karosserieteile haben zur Möglichkeit Her Verschiebung. Als Befestigungselemente können hydraulische Dämpfer vorgesehen werden, wie sie für USA &tgr; Fahrzeuge Ver-These conditions can only be met if the impact energy is absorbed not only by the bumper itself but also by its fastening (plastically deformable supports). For this reason, the bumper must have sufficient clearance (minimum clearance 70 mm) from, or through appropriate design of the adjoining body parts to allow for displacement. Hydraulic dampers can be provided as fastening elements, as used for USA &tgr; vehicles.
Wendung finden; leichter und billiger aber sind ver- jfind a way; easier and cheaper, however, are ver- j
formbare Bleche oder schaumgefüllte Kunststoffteile, die leicht auswechselbar sind ( siehe unter 2.6 ). Mit Darstellung 1 ist schematisch ein solcher Stoßfänger samt Befestigungselement gezeigt.malleable sheets or foam-filled plastic parts that are easily replaceable (see 2.6). Figure 1 shows a schematic of such a bumper including the fastening element.
( Konstruktionsvorschlag für Stoßfänger mit"begrenzter Energieaufnahme {ISO 2958 bzw, FM VSS 215). ) Es erhebt sich die Frage, ob es überhaupt richtig ist, an dem bisherigen Konzept eines Stoßfängers ^- festzuhalten, oder stattdessen die Karosserie be-(Design proposal for bumpers with "limited energy absorption" (ISO 2958 or FM VSS 215).) The question arises whether it is right at all to stick to the existing concept of a bumper ^- or to modify the bodywork instead.
sonders vorn so zu gestalten, daß sie sowohl den Anforderungen einer Kleinstkollision wie auch dem Fußgängerschutz besser entspricht. Vor allem in |especially at the front so that it better meets the requirements of a small collision as well as pedestrian protection. Especially in |
den USA sind solche verformbaren Plästikvörderteile schon verwirklicht. (Darstellung 2 Plastisch verformbare Vorderpartie auf Stahlträger).In the USA, such deformable plastic front parts have already been implemented. (Figure 2: Plastically deformable front section on a steel support).
Ich habe mich für die unter 2.6 dargestellte Lösung entschieden.I chose the solution shown in 2.6.
inin
2.3 Beim Aufprall ( Stoß ) zweier Kraftfahrzeuge soll die Verformung aus einem plastischen Stoß in einen elastischen Stoß " transformiert " werden.2.3 When two motor vehicles collide, the deformation should be "transformed" from a plastic impact into an elastic impact.
2.4 Gewerblich nutzbar ist der oben genannte Gegen^ stand der Erfindung in jedem Zweig der Aütomobilindustrie. 2.4 The above-mentioned subject matter of the invention can be used commercially in every branch of the automobile industry.
2.5 Die Erfindung dient der Erhöhung der Sicherheit von Fahrzeug und Fahrzeuginsassen, sowie der Senkung von Unfallkosten und Schadensaufwendungen von Seiten der Versicherungen.2.5 The invention serves to increase the safety of the vehicle and its passengers, as well as to reduce accident costs and damage expenses for insurance companies.
Bei der herkömmlichen Stoßfängerbefestigung kommt es bei Auffahrunfällen und Frontalzusammenstößen zu Deformationen der Karosserie erheblichen Ausmasses* Dies führt zu folgenschweren Personenschäden.With conventional bumper attachment, rear-end collisions and head-on collisions result in significant deformation of the bodywork*. This leads to serious personal injuries.
2.6 Grundsätzlich gilt für Energieabsorption durch Verformung folgendes:2.6 The following applies in principle to energy absorption by deformation:
Beim Maueraufprall wird die kinetische Energie des FahrzeugesWhen hitting a wall, the kinetic energy of the vehicle
&Dgr;&Egr; = lmv2 Q Δε = lmv 2 Q
m = Fahrzeugmasse ( U = 1 Nm )m = vehicle mass ( U = 1 Nm )
V0= AufprallgeschwindigkeitV 0 = impact speed
praktisch nur vom Fahrzeug absorbiert, und zwar durch kinetische und elastische Umformungen sowie
durch plastische Verformungen ( Formänderungsarbeit ) .
Mathematisch ausgedrückt ist:practically only absorbed by the vehicle, namely through kinetic and elastic deformations as well as through plastic deformations (strain work).
Expressed mathematically:
Gl.1 Delta E = Imv* = &Sgr;( Eelast>
+ Eplaste ) ( J )
Beim Unfallstoß ist der Anteil der elastischen Energieaufnahme gering. Es tritt vor allem plast.
Verformung auf, welche hauptsächlich die Energieaufnahme darstellt.
Anmerkung: Der rechte Term der Gl.1 soll durch die Federn auf Delta E , . reduziert werEq.1 Delta E = Imv* = Σ( E elast> + Eplaste ) ( J ) During an accident impact, the proportion of elastic energy absorption is small. It is mainly plastic deformation that occurs, which represents the main energy absorption.
Note: The right term of Eq.1 should be reduced by the springs to Delta E , .
den, d.h. Wegfall von Delta Ethe, i.e. elimination of Delta E
4 · &Lgr; i * 4 · Λ i *
IVIV
Anzumerken ist folgendes;The following should be noted;
Def.: Stoßvorgänge sind dadurch gekennzeichnet, daß/ Verglichen mit dem Bewegüngsvorgang vor und nach dem Stoß, auf die am Stoß beteiligten Korper während einer sehr kurzen Zeit sehr große Kräfte wirken und den Bewegungszustand der Körper stärk ändern. Mit S- und S_ sind die Schwerpunkte der Körper bezeichnet. Def.: Collision processes are characterized by the fact that/ compared to the movement process before and after the collision, very large forces act on the bodies involved in the collision during a very short time and significantly change the state of motion of the bodies. S- and S_ denote the centers of gravity of the bodies.
Man nennt den Stoß zentral, wenn die Stoßnormale durch die Schwerpunkte der beiden Körper verläuft. Ist das nicht der Fall, so spricht man von einem exzentrischen Stoß. Ferner unterscheidet man zwischen geradem und schiefem Stoß, je nachdem, ob V/ die Geschwindigkeitsvektoren der BerührungspunkteThe collision is called central if the collision normal passes through the centers of gravity of the two bodies. If this is not the case, it is called an eccentric collision. Furthermore, a distinction is made between straight and oblique collisions, depending on whether V/ the velocity vectors of the contact points
der Körper mit der Stoßrtormalen zusammenfallen oder nicht.the body will coincide with the collision normal or not.
Beim Stoß erleiden die Körper Verformungen. Gehen die Verformungen nach dem Stoß vollständig zurück, so daß die Körper ihre ursprüngliche Gestalt wiedererhalten, so heißt der Stoß elastisch. Gehen die Verformungen nicht zurück, so heißen die Verformungen plastische Verformungen. Gerader zentraler Stoß:When impacted, bodies are deformed. If the deformations disappear completely after the impact so that the bodies return to their original shape, the impact is called elastic. If the deformations do not disappear, the deformations are called plastic deformations. Straight central impact:
Aus dem Vorhergesagten folgt;From what has been said it follows;
durch einen geraden zentralen Stoß kann keine Dreh-, ·. bewegung eingeleitet werden.A straight central impact cannot initiate a rotational, ·. movement.
Ferner gilt für den elastischen Stoß:Furthermore, the following applies to elastic collision:
Die beiden sich stoßenden Körper bilden ein abgeschlossenes mechanisches System, und es aelten der Impuls - und der Energieerhaltungssatz. Es ist:The two colliding bodies form a closed mechanical system, and the momentum and energy conservation laws apply. It is:
PA=PE=P0=COnSt· '" EkA=EkE=Ek0=COnSt· Beim elastischen Stoß unterscheidet man zwei Stoßabschnitte: PA =P E =P 0 =COnSt · '" E kA =E kE =E k0 =COnSt · In elastic collisions, two collision sections are distinguished:
Erster StoßabschnittFirst shock section
Durch die an der Berührungsstelle auftretenden Kräfte, die nach dem Reaktionsaxiom entgegengesetzt gleich sind, wird der Körper 2 beschleunigt und der Körper 1 verzögert. Dabei werden beide Körper durch die Berührungs - und Massenkräfte verformt. Am Ende des ersten Stoßabschnittes sind die Verformungen am größten, und die beiden Körper haben die gleiche Ge-Due to the forces occurring at the point of contact, which are equal and opposite according to the reaction axiom, body 2 is accelerated and body 1 is decelerated. Both bodies are deformed by the contact and mass forces. At the end of the first impact section, the deformations are greatest and the two bodies have the same weight.
150 schwindiakeit V1 =vn =v150 speed V 1 =v n =v
1p 2p &rgr;1p 2p &rgr;
Zweiter StoßabschnittSecond shock section
Dje Verformungen gehen teilweise oder ganz zurück. Dabei wird der Körper 2 weiter beschleunigt und der Körper 1 weiter verzögert. Der zweite Stoßvorgang ist ·} .r-\ 155 beendet, wenn die Körper sich nicht mehr berühren.The deformations disappear partially or completely. Body 2 is further accelerated and body 1 is further decelerated. The second collision is completed when the bodies no longer touch each other.
Ihre Geschwindigkeit nach dem Stoß bezeichne ich mit V1E und v2E beim elastischen Stoß. Gehen die Verformungen nach dem ersten Stoßabschnitt nicht zurück (plastischer Stoß), so entfällt der zweite Stoßabschnitt und die beiden Körper bewegen sich nach demTheir speed after the collision is denoted by V 1E and v 2E for elastic collision. If the deformations do not decrease after the first collision phase (plastic collision), the second collision phase is omitted and the two bodies move after the
ersten Stoßabschnitt mit der gemeinsamen Geschwindigkeit &ngr; weiter.first collision section with the common velocity &ngr;.
Anwendung des Impulserhaltungssatzes:Application of the law of conservation of momentum:
Pp=Pbe
Pp=P
P V
P
Gl. 2thus
Eq. 2
Ferner gilt für den elastischen Stoß: V1A-Vp=Vp"V1E ; V2A-Vp=VV2EFurthermore, the elastic collision is: V 1A- V p =V p" V 1E ; V 2A- V p = V V 2E
und Subtraktionand subtraction
V1A - V2A = V2F - V1E V1A - V2A = V2F - V1E
d.h. die Relativgeschviindigkeiten zueinander sind vor und nach dem elastischen Stoß entgegengesetzt gleich.i.e. the relative velocities to each other are inversely equal before and after the elastic collision.
Am Ende des ersten Stoßabschnxttes beträgt die kinetische Energie der KörpersystemsAt the end of the first collision section, the kinetic energy of the body system is
v2 v2
Ekp = (m1+m2) 2 E kp = (m 1 +m 2 ) 2
Nach dem Energieerhaltungssatz folgt, daß die C 180 Differenz aus der kinetischen Energie E, . = E,-According to the law of conservation of energy, the C 180 difference from the kinetic energy E, . = E,-
vor dem Stoß und der kinetischen Energie E, ambefore the collision and the kinetic energy E, at
Ende des ersten Stoßabschnxttes gleich der maximalen elastischen Energie E' ist,end of the first collision section is equal to the maximum elastic energy E',
"max"Max
- 1 (m1+m2 )vp- 1 (m 1 +m 2 )v p
mit \o - \ »I*? * \ Vl «nd vp with \o - \ »I*? * \ Vl «nd v p
3 . l(m &ngr; 2 + m &ngr; 2- (m n. ) ~lIlAi-2!2Ai-Pmax 2( 1 1A 2 2A C 1 2> <"&Iacgr;+&Igr;&eegr;2) 3 . l( m ν 2 + m ν 2 - (m n. ) ~lIl A i- 2 ! 2A i-Pmax 2 ( 1 1A 2 2A C 1 2> <"&Iacgr;+&Igr;&eegr; 2)
wie man leicht siehtas you can easily see
1 m1m2 1m 1m 2
■ I I · t ItII I■ I I · t ItII I
Plastischer StoßPlastic impact
Beim plastischen Stoß zweier Körper gilt wie beim elastischen Stoß der Iinpulserhaltungssatz, jedoch nicht der Energieerhaltungssatz. Die Formänderungen gehen beim plastischen Stoß nicht zurück, d.h. verglichen mit dem elastischen Stoß entfällt beim plastischen Stoß der zweite Stoßabschnitt. Nach dem plastischen Stoß bewegen sich die beiden Körper mit derselben Geschwindigkeit &ngr; . Diese kann nach der aus dem Impulserhaltungssatz folgenden Gleichung 2 berechnet werdenIn the case of a plastic collision between two bodies, the law of conservation of momentum applies as in the case of an elastic collision, but not the law of conservation of energy. The changes in shape do not decrease in the case of a plastic collision, i.e. compared to the elastic collision, the second collision phase is eliminated in the case of a plastic collision. After the plastic collision, the two bodies move at the same speed v. This can be calculated using equation 2, which follows from the law of conservation of momentum.
m1v1A
· &ngr; = 1-1™ m 1 v 1A
· ν = 1-1−
m2 m2
Der beim elastischen Stoß aufgespeicherten maximalen Energie nach Gleichung 3 entspricht beim plastischen Stoß die verrichtete FormänderungsarbeitThe maximum energy stored during elastic impact according to equation 3 corresponds to the deformation work performed during plastic impact
2 *2 *
)2 ) 2
Die rechte Seite der Gleichung 1 beinhaltet eine plastische Verformung des Fahrzeuges nach einem Stoß, infolge der plastischen Energie.The right side of equation 1 includes a plastic deformation of the vehicle after an impact, due to the plastic energy.
■ t · ti lilt I) I IXt■ t · ti lilt I) I IXt
t · t t t t i I I I t · tttt i III
t*tt t tt liflttt*tt t tt lifltt
« I Mit * t 4IiMtI t« I With * t 4IiMtI t
■ ·»· ■ B Il · I■ ·»· ■ B Il · I
a ■« a* a ■ · &igr; t · · · »a ■« a* a ■ · &igr; t · · · »
■ ■■■ ·■ &igr; · * ■· ·· ··■··■« >b i■ ■■■ ·■ &igr; · * ■· ·· ··■··■« >b i
VTIIVTII
Meine Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß der rechte Ausdruck der Gleichung 1 um Delta Epjast reduziert wird, d.h.My design is characterized by the fact that the right-hand term of equation 1 is reduced by Delta E pj ast , ie
Delta E = Delta E ·, t (siehe Anmerkung)Delta E = Delta E ·, t (see note)
Dieses wird folgendermaßen erreicht: Es werden anstatt der üblichen Stoßfängerbefestigung zwischen Stoßfänger und Karosserierahmen Federn montiert. Diese Federn werden an Front und Keck angebracht. Durch sie habe ich eine sogenannte 'Stoßtransformation' vorgenommen, d.h. es giltThis is achieved as follows: instead of the usual bumper attachment, springs are mounted between the bumper and the body frame. These springs are attached to the front and rear. With them I have carried out a so-called 'shock transformation', i.e.
Delta E = W„ ( W= Federenerqie ). r F Delta E = W” (W= spring energy). r F
Der Raum, der die sogenannte 'Transformation1 vornimmt, nenne ich JÜTTEMANN-RAUM ( ~&Pgr;).The space that performs the so-called 'transformation 1 ' I call JÜTTEMANN SPACE (~&Pgr;).
Bei der Vielzahl der Federarten habe ich mich für die zylindrische Schraubendruckfeder mit rundem Querschnitt entschieden. Ebensogut könnte man zylindrische Schraubendruckfedern mit rechteckigem Querschnitt, oder nichtzylindrische Schraubendruckfedern mit rundem oder rechteckigem Querschnitt, sowie Tellerfedern, oder auch B]attfedern verwenden. Diese zum Einsatz kommenden Federn werden auf Druck beansprucht. Dabei ist darauf zu achten, daß der Schlankheitsfaktor A einen gewissen Wert nicht wesentlich übersteigt, damit die Feder nicht ausknickt.Given the large number of spring types, I decided on the cylindrical helical compression spring with a round cross-section. You could just as well use cylindrical helical compression springs with a rectangular cross-section, or non-cylindrical helical compression springs with a round or rectangular cross-section, as well as disc springs or leaf springs. These springs are subjected to compression. It is important to ensure that the slenderness factor A does not significantly exceed a certain value so that the spring does not buckle.
Es gilt: ( —.-— )2 < --!— Av 6,935The following applies: ( —.-— ) 2 <--!— Av 6.935
für Werte von &ngr; A < 2,635 besteht keine Knickgefahr,
da in diesem Falle keine reelle Lösung existiert.
Mit v=1 folgt daraus für A '· For values of &ngr; A < 2.635 there is no danger of buckling, since in this case no real solution exists.
With v=1 it follows for A '·
A < 2,635A < 2.635
Diese Bedingung ist erfüllt, da in den Berechnungen A = 2/5 ist.This condition is met because in the calculations A = 2/5.
«I 41«! t t I ■(*!«I 41«! t t I ■(*!
a &Lgr; a &Lgr; * &igr; « &igr; III * &igr; « &igr; III
4 * IfItMI *4 * IfItMI *
• * &igr;* *• * &igr;* *
»&bgr; * · * ft i &igr; mi»&bgr; * · * ft i &igr; mi
&idiagr;&khgr;&idiag;&khgr;
Feder ( allgemein ) Spring (general)
Aufgabenbereiche : 1. EnergiespeicherungAreas of responsibility: 1. Energy storage
2. Energieübertragung2. Energy transfer
3. Energieumwandlung bzw. Energievernicht.ung Die von mir gestellte Anforderung an die Federn be steht in der Energieumwandlung.3. Energy conversion or energy destruction The requirement I have for the springs is energy conversion.
Voraussetzung: Es gilt das lineare Kraftgesetz. Dann ist F = es ; dabei ist c die Federkonstante ( Federrate )Prerequisite: The linear force law applies. Then F = es ; where c is the spring constant (spring rate)
W„ = FederspannarbeitW” = spring tension work
- JfIs) ds = J1C- JfIs) ds = J 1 C
es2 it 2
csds = —csds = —
S0 S0
Beim Spannen der Feder ist die Federkraft der Verschiebung entgegengesetzt, d.h.When the spring is tensioned, the spring force is opposite to the displacement, i.e.
es2 it 2
w = - .— F= Belastung * 2 w = - . — F= load * 2
s,f = Federwegs,f = spring travel
Federsteifigkeit c = f FederkennlinieSpring stiffness c = f spring characteristic
( s. Darstellung 3 Federkennungen ) Schraubendruckfedern sind rotationssymmetrischgewundene Drehstäbe mit Kreis- oder Rechteckquerschnitt. Die Verformungen werden durch die Federachsrichtung ( Rotationsachse ) angreifender Kräfte erzielt. Das Federmaterial wird auf Torsion beansprucht. ( s. Darstellung 4 ) Spannungsverteilung im Stabquerschnitt einer Schi'aubendruckfeder (schematisch).(see illustration 3 spring characteristics) Helical compression springs are rotationally symmetrically wound torsion bars with a circular or rectangular cross-section. The deformations are achieved by forces acting in the direction of the spring axis (axis of rotation). The spring material is subjected to torsion. (see illustration 4) Stress distribution in the bar cross-section of a helical compression spring (schematic).
Kräfte und Momente, die im Stabgurrschnitt einer SchraubendruGkfeder auftreten, sind am Querschnitt einer Schraubendruckfederwindung veranschaulicht. ( s. Darstellung 5, Kräfte Und Momente an einer Schraübenf ederwinduiig ) .Forces and moments that occur in the bar cross-section of a helical compression spring are illustrated in the cross-section of a helical compression spring coil. (see Figure 5, Forces and moments on a helical compression spring coil).
= ora/s ; c_ = 44,44 m/s &ngr; 9- m = 40000 kg ; v_„ = 44,44 m/s= ora/s ; c_ = 44.44 m/s &ngr; 9-m = 40000kg; v_” = 44.44 m/s
1 m1m2
Es ist m1 = ^ """m" m" wird 9rößer' Je . 1m 1m 2
It is m 1 = ^ """m" m " will be 9 bigger ' Je .
größer iru und nu istbigger iru and now is
Da dei· Stoßfänger uiid somit auch die Federn in der Praxis weniger als 10000 Beläsfeungsfallen ausgesetzt ist/ kann man nicht Von einer dynamischen Belastung sprechen. Man spricht hier von statischer Beanspruchung.Since the bumper and therefore also the springs are exposed to less than 10,000 impacts in practice, one cannot speak of dynamic loading. This is referred to as static loading.
Für die Berechnung der Feder muß die Kraft F, die die Feder auf Druck beansprucht bekannt sein, bzw. berechnet werden. Dabei muß mit der maximal auftretenden Kraft F gerechnet werden. Damit ist |To calculate the spring, the force F that the spring is subjected to pressure must be known or calculated. The maximum force F that occurs must be taken into account. This means that |
max 3 (· max3 (·
die Feder für die theoretische Kraft ( Fmax th ) ausgelegt.the spring is designed for the theoretical force ( F max th ).
Der eigentliche Stoßablauf beträgt einen Bruch- ( teil einer Sekunde.The actual shock sequence takes a fraction of a second.
Annahme : t = 0,2s
Es ist : F = ma bzw. F = cs_,„ bei c = const.Assumption: t = 0.2s
It is: F = ma or F = cs_,” where c = const.
Diskussion dieser Formel: F = maDiscussion of this formula: F = ma
F wird größer, wenn m größer ; bei a = const* oderF increases if m increases ; if a = const* or
F wird größer, wenn a größer ; bei m = const.F increases when a increases; with m = const.
Da Delta &ngr; = V1 - V2 nicht so groß ist, wie DeltaSince Delta ν = V 1 - V 2 is not as large as Delta
m = m1 - mo , so folgt daraus F_=„ bei m undm = m 1 - m o , it follows that F_ = „ at m and
I Z IUaX UIO.XI Z IUaX UIO.X
zum Beispiel : m.. = Mauer
m1» m_; m0 = 40000 kg ( LKW ) n for example: m.. = wall
m 1 » m_; m 0 = 40000 kg ( truck ) n
maxMax
Demnach ist : F ^u = 8888,88 kN = 9000 kN max tn.Therefore: F ^u = 8888.88 kN = 9000 kN max tn.
Es gibt auch 50t oder 60t Autokrane, diese haben aber eine Geschwindigkeit von 11 >. 1T m/s oderThere are also 50t or 60t mobile cranes, but these have a speed of 11 >. 1T m/s or
16,66 m/s . Sie erreichen kein F und fallen16.66 m/s . They do not reach F and fall
maxMax
somit aus der Betrachtung heraus.thus out of consideration.
Diskussion der Gleichung 3: \ Discussion of equation 3: \
_ 1 mim2 , _. „ l2 _ 1 m i m 2 , _. „ l2
&Ggr;&Pgr;3.&KHgr;&Ggr;&Pgr;3.&KHgr;
E - 1 es2 E - 1 es 2
Pmax 2 max Pmax 2 max
XI
m^ = m^ ,' m1, m0 beliebig, aber festXI
m^ = m^ ,' m 1 , m 0 arbitrary, but fixed
V1= 70 m/s und m1 = 2500kg ( PKW )V 1 = 70 m/s and m 1 = 2500kg (car)
V2= 44/44 m/s und m2 = 40000 kg (LKW)V 2 = 44/44 m/s and m 2 = 40000 kg (truck)
Ferner ist Delta v2 = (V 1A"V2A)2, hierfür gilts
Je größer die Differenz der beiden Geschwindigkeiten ist, desto größer wird der Klammerausdruck, d.h.
mit 1* V1 = 70 m/s und &ngr;&Ogr;&Lgr; = &ogr; m/s
oder v1A = 0 m/s und v2A =70 m/sFurthermore, Delta v 2 = ( V 1A "V 2A ) 2 , for this the following applies: The larger the difference between the two speeds, the larger the expression in brackets becomes, ie with 1* V 1 = 70 m/s and ν �Ogr;�Lgr; = γ m/s
or v 1A = 0 m/s and v 2A =70 m/s
und 2. V1 = 44,44 m/s und v_ = 0 m/s oder V1A = 0 m/s und v2A=44,44 m/sand 2. V 1 = 44.44 m/s and v_ = 0 m/s or V 1A = 0 m/s and v 2A =44.44 m/s
Der Klammeraüsdruck ist immer positiv, da dieserThe expression in brackets is always positive, since this
quadriert wird.is squared.
Somit ergibt sich folgendes EThis results in the following E
Wie man sieht, sind die unter 2. aufgeführten |As you can see, the items listed under 2. |
Werte Extremwerte für den Klammerausdruck. ' " |Values Extreme values for the bracket expression. ' " |
Mit mmax und vmax erhält man With m max and v max we get
( 44,44 ) Nm( 44.44 ) Nm
= 19749136 Nm = 2-1010 Nmm= 19749136 Nm = 2-10 10 Nmm
Sind die Geschwindigkeiten V1 und v2 beim Stoß j*If the velocities V 1 and v 2 at the collision j*
entgegengesetzt gerichtet, d.h. daß die Kräfte |oppositely directed, i.e. that the forces |
, ebenfalls entgegengesetzt gerichtet sind, so muß , are also directed in opposite directions, then
ich den FederWeg der Stoßpartner voneinander subtrahieren. Das gleiche gilt auch, wenn V1 und v2 gleichgerichtet sind, aber v_ größer als v^ ist. Treffen sich die Stoßpartner unter einem Winkel « so ist E kleiner EI subtract the spring path of the collision partners from each other. The same applies if V 1 and v 2 are in the same direction, but v_ is larger than v^. If the collision partners meet at an angle « then E is smaller than E
P PP P
rmax rmax
Grundsätzlich gilt: Gleichmäßige KraftübertragungThe basic principle is: uniform power transmission
auf die gesamte Stoßfängerbreite Es ist Delta E = Ek ; Ek = Wp (lineare Kennung)to the entire bumper width It is Delta E = E k ; E k = W p (linear identifier)
Und Ek = \ csmax = WF And E k = \ cs max = W F
711711
Da es sich um 40 ( 20 pro Stößpartner ) gleichbeanspruchte Federn handelt, "beträgtSince there are 40 (20 per impact partner) equally stressed springs, "is
E ' " * 40 OS E ' " * 40 OS
. * 20 "max. * 20 " max
Die Federn sind zweireihig mit 10 Federn pro Reihe angeordnet.The springs are arranged in two rows with 10 springs per row.
TJITJI
Der Federweg ist: &rgr;The suspension travel is: &rgr;
2 max -vr«« , _&ngr;&pgr;}2}_ &ngr;2 max -vr«« , _&ngr;&pgr;}2}_ &ngr;
max 2Ö~c K N7mn~ 'max 2Ö~c K N7mn~ '
- 2 - 1010 - 2 - 10 10
(y J 2ÖT72638,88 ( y J 2Ö T 72638,88
13766,73 mm2 = 117,33171 mm 117,3mm 13766.73mm2 = 117.33171mm 117.3mm
Die maximal auftretende Federkraft ist dann c = 73000 N/mmThe maximum spring force is then c = 73000 N/mm
Dieses c = 73000 N/mm läßt sich herabsetzen, indem man zusätzlich zu zwei Reihen eine dritte Reihe anbringt. This c = 73000 N/mm can be reduced by adding a third row in addition to two rows.
Fmax = csmax ( 1^ N/mm } F max = cs max ( 1 ^ N/mm }
= 73000-117,3
= 8562900 N = 8/6-106 N ist kleiner 9-106 N= 73000-117.3
= 8562900 N = 8/6-10 6 N is less than 9-10 6 N
(siehe Fmax th.} (see F max th. }
Da smax nur auftritt, wenn ein Stoßpartner in Ruhe ist ( &ngr; = 0 ) ,so reduziert sich der Federweg smax ke'^ Kollision um s, bei entsprechender Masse der Stoßpartner und entsprechender Energie. Es istSince s max only occurs when one of the collision partners is at rest ( ν = 0 ), the spring deflection s max k e '^ collision is reduced by s, with the corresponding mass of the collision partners and corresponding energy. It is
1V-. = sm=v + Ln ' Ln = Blocklänae der Feder 1 V-. = s m= v + L n ' L n = block length of the spring
= (117,3 + 164 )mm LQ = Gesamtlänge der = (117.3 + 164 )mm L Q = total length of
Feder = 281,3 mmSpring = 281.3 mm
Gewählte Federlänge: 300 mmSelected spring length: 300 mm
• · · 4 · ff* 4 * «• · · 4 · ff* 4 * «
lit. «<·· » 4 ·lit. «<·· » 4 ·
• « 4 · 4 a ·<·«• « 4 · 4 a ·<·«
• 4 4 · · < · «t «lilt 4 4 4« ·· ··· • 4 4 · · < · «t «lilt 4 4 4« ·· ···
* 4 #4 « M 4 « 4 4 4 44 t* 4 #4 « M 4 « 4 4 4 44 t
I XI11 IXI11
I ' i - i^. + 2*0,75 ; iQ = GesamtwindungszahlI ' i - i^. + 2*0.75 ; i Q = total number of turns
=3+1,5 i^ = Anzahl der federnden=3+1.5 i^ = number of spring
WindungenWindings
&ogr; 300mmω 300mm
= D" = 120mm = 2'5 ' d\h* keine Knickciefahr, da 370 m vA ^ 2,635 = D" = 120mm = 2 ' 5 ' d \ h * no risk of buckling, since 370 m vA ^ 2.635
A =A =
SchlankheitsfaftorSlimming factor
m 12 0rpm ^ · ,■,»■,-< ^»-ij w= -^ = ~4Öinm = ■ w = Wickelverhältnis m 12 0rpm ^ · ,■,»■,-< ^»-ij w = -^ = ~4Öinm = ■ w = winding ratio
(siehe Darstellung 6)(see Figure 6)
Da die Federn einen Vorgegebenen beliebioen aber 375 festen Raum einnehmen sollen, müssen sie folgende Bedinqunaen erfüllen:Since the springs are to occupy a given arbitrary but fixed space, they must fulfill the following conditions:
( siehe Berechnung und( see calculation and
Darstellung 6 ) 380Illustration 6 ) 380
aD
a
i .&ngr; Zur Erläuterung sei ein Beispiel ausgeführt:i .&ngr; To explain, let us give an example:
i 385 Voraussetzung: Zentraler Stoß i 385 Prerequisite: Central impact
! Es sei m1 = 2500 kg und V1 = 70 m/s! Let m 1 = 2500 kg and V 1 = 70 m/s
i m_ = 2500 kg und v2 = 0 m/si m_ = 2500 kg and v 2 = 0 m/s
I ' bie beiden Fahrzeuge stoßen zusammen. li Es ist dannI ' both vehicles collide. li It is then
I 390 En = \ -1-2- (v -v)2 = 3062500 NmI 390 E n = \ -1-2- (v -v) 2 = 3062500 Nm
&rgr; 2 In1+m2 12&rgr; 2 In 1 +m 2 12
Ferner sei m1 = 40000 kg und V1 = 44,44 m/s m„ = 40000 kg und v„ = 0 m/s Dann istFurthermore, let m 1 = 40000 kg and V 1 = 44.44 m/s m„ = 40000 kg and v„ = 0 m/s Then
• · m &igr;• · m &igr;
f, < · ■f, < · ■
XIVXIV
1 mi'm2 21 m i' m 2 2
E = I —L-£- (v^-v^) = 19749136 NmE = I -L-£- (v^-v^) = 19749136 Nm
^ mi+m ^ m i +m
= 2-107 Nm= 2-10 7 Nm
Da es sich um 40 gleichbeanspruchte Federn handelt, 20 pro FahrzeugSince there are 40 equally stressed springs, 20 per vehicle
? 9 E? 9 E
En = W- * 20 csz -^s* = p E n = W- * 20 cs z -^s* = p
&rgr; &Ggr;&rgr;&Ggr;
s2 = 3062500000 Nmm 1452777,77N/mms 2 = 3062500000 Nmm 1452777.77N/mm
s2 = 2108,030604 mm2 s2 = 2108.030604mm2
s = 45,91329441 mm = 46 mms = 45.91329441mm = 46mm
2 £inax.2 £inax.
max 2Ö cmax 2Ö c
_2· 1o2° Nmm_2· 1o2° Nmm
T452777,77 K7mm'T452777,77K7mm'
smax = 117.33171 mm = 117,3 mm smax = 117.33171mm = 117.3mm
Durch den Stoß der beiden Kraftfahrzeuge ist s von smax zu subtrahieren.Due to the collision between the two vehicles, s must be subtracted from s max .
AlsoSo
s> = s ma« ** s = 117,3 mm - 46 mm = 71,3 mm s> = s ma « ** s = 117,3 mm - 46 mm = 71,3 mm
&Pgr;&Igr; &agr;. &KHgr;&Pgr;&Igr;&agr;.&KHgr;
s1 ist der Federweg, der beim Stoß beanspruchten Federn des PKW's.s 1 is the spring deflection of the car's springs subjected to impact.
Dagegen beträgt der Federweg der beanspruchten Federn beim LKW 46 mm. Fährt ein LKW gegen eine Malier/ so ist s s 117,3 mm, d.h. es ist genug Federweg vorhanden ( 156 mffi)In contrast, the spring travel of the stressed springs on a truck is 46 mm. If a truck drives into a Malier/, s s is 117.3 mm, i.e. there is enough spring travel (156 mffi)
I I &igr; < I 1 I I I &igr;I I &igr; < I 1 I I I &igr;
I I I 1 I I I · · I · Ii *I I I 1 I I I · · I · Ii *
t iKii &igr; &eegr; im mi ■t iKii &igr;&eegr; im mi ■
XVXV
Die Federn sind ausgelegt beim PKW für eine Geschwindigkeit ( vm=^ ) von 250 km/h.The springs in the car are designed for a speed ( v m= ^ ) of 250 km/h.
vmax für den LKW v max for the truck
160 km/h. 160km /h.
Die Feder soll aus .51 CrMoV4 - Federstahl gefertigt werden.The spring should be made of .51 CrMoV4 spring steel.
Il # * I 4 I # * I 4
it*it*
XVIXVI
Anordnung und Ausführung der Federn am Kraftfahrzeug Arrangement and design of the springs on the motor vehicle
Die Voraussetzung für die Anordnung der Federn am KFZ ist das Anbringen der Stoßfänger in gleicher Höhe.The prerequisite for arranging the springs on the vehicle is that the bumpers are attached at the same height.
Anordnung der Federn am KFZ:Arrangement of the springs on the vehicle:
1. Die Federn sind über die gesamte Fahrzeugbreite so anzubringen, daß sie sich berühren. {Mindestbreite des Fahrzeuges 1600 mm).1. The springs must be installed across the entire width of the vehicle so that they touch each other. {Minimum width of the vehicle 1600 mm).
2. Die Federn werden zweireihig (für LKW eventuell drei- oder vierreihig) übereinander angebracht.2. The springs are mounted in two rows (or possibly three or four rows for trucks) one above the other.
3. Dje Federn sollen möglichst den<Zwischenraum von Stoßfänger und Karosserie beanspruchen.3. The springs should, if possible, take up the space between the bumper and the body.
4. An der Karosserie wie auch an den Stoßfängern müssen Federführungen angebracht werden. Dies ist sinnvoll, damit die Federn nicht ausknicken und beschädigt werden.4. Spring guides must be fitted to the body and bumpers. This is useful to prevent the springs from buckling and becoming damaged.
5. Zusätzlich zu den Federn können auch noch Gasdruckdämpfer zum Einsatz kommen, die im Innenraum der Feder lokalisiert sind. Die Federn werden dadurch zusätzlich entlastet, was eine Verkürzung des Federweges zur Folge hat.5. In addition to the springs, gas pressure dampers can also be used, which are located inside the spring. This relieves additional load on the springs, which results in a shortening of the spring travel.
6. Der übrige Raum ist mit Schaumstoff auszufüllen. Alles zusammen bildet eine Einheit.6. The remaining space is to be filled with foam. Everything together forms a unit.
5 Die Kraftfahrzeuge, die damit ausgerüstet sind, leisten somit einen großen Beitrag für die Sicherheit der Insassen, und die der anderen Verkehrsteilnehmer. 5 The vehicles equipped with them therefore make a major contribution to the safety of their occupants and that of other road users.
Zur besonderen Sicherheit von Kraftfahrzeug und Insassen kann man die Federn auch an den Seitenpartien zusätzlich zu Front und Heck als Stoßschütz anbringen.For the extra safety of the vehicle and its occupants, the springs can also be attached to the sides in addition to the front and rear as impact protection.
H HtI Il ·
• I I I I I H HtI Il ·
• IIIIII
• I I lit • « I I · t I I «• I I lit • « I I · t I I «
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19848427945 DE8427945U1 (en) | 1984-09-22 | 1984-09-22 | Bumpers for all types of vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19848427945 DE8427945U1 (en) | 1984-09-22 | 1984-09-22 | Bumpers for all types of vehicles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8427945U1 true DE8427945U1 (en) | 1988-10-06 |
Family
ID=6770969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19848427945 Expired DE8427945U1 (en) | 1984-09-22 | 1984-09-22 | Bumpers for all types of vehicles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8427945U1 (en) |
-
1984
- 1984-09-22 DE DE19848427945 patent/DE8427945U1/en not_active Expired
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011053158B4 (en) | Bumper system for a motor vehicle | |
EP3668777B1 (en) | Vehicle longitudinal beam arrangement | |
EP0909681B1 (en) | Shock absorber for motor vehicle | |
DE69931422T2 (en) | Impact beam for motor vehicles | |
DE2610001A1 (en) | BUFFER DEVICE FOR VEHICLES | |
EP1451041A1 (en) | Front structure of a motor vehicle | |
DE19603953C1 (en) | Collision damper for energy uptake during front or rear collision of road vehicle | |
DE2313588A1 (en) | FLOOR FRAME FOR MOTOR VEHICLES | |
DE10136300C1 (en) | impact absorbers | |
DE2151827A1 (en) | Motor vehicle | |
DE19615985C1 (en) | Floor group of road vehicle with devices for increasing protection of occupants | |
EP1398222A2 (en) | Apparatus for the protection of legs of a car occupant | |
DE102013001585B4 (en) | bumper assembly | |
DE3839976C2 (en) | ||
WO1992011166A1 (en) | Bearing structure for the bodywork of a passenger car | |
DE2310574A1 (en) | ELASTOMER BRACKETS | |
DE3919031C2 (en) | ||
DE102010052794B4 (en) | Device for improving occupant protection in a vehicle | |
DE19802702B4 (en) | Component for a motor vehicle | |
DE19851496A1 (en) | Impact absorption appliance has deformation element with honeycomb structure of hexagonal cells | |
DE10023112A1 (en) | Vehicle bodywork is provided with at least one additional load transfer path at a level differing from the level of the beams forming the original load transfer path of the bodywork | |
DE8427945U1 (en) | Bumpers for all types of vehicles | |
DE19829566A1 (en) | Impact damper for in motor vehicle bumper bar | |
DE10232799B4 (en) | Front structure of motor vehicles | |
WO2019110732A1 (en) | Motor vehicle |