PT92310B

PT92310B - Peca de montagem para a absorcao de energia

Info

Publication number: PT92310B
Application number: PT92310A
Authority: PT
Inventors: Klaus Drefahl
Original assignee: Kolbenschmidt Ag
Priority date: 1988-11-15
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1997-02-28
Also published as: EP0369521B1; EP0369521A2; PT92310A; US5005863A; BR8905785A; JPH02186140A; ES2070170T3; DE3838594A1; EP0369521A3; DE58909030D1; TR24804A; MX172246B

Description

KOLBENSCHMIDT AKTIENGESELLSCHAFT

PEÇA DE MONTAGEM PARA A ABSORÇÃO DE ENERGIA

A presente invenção diz respeito a uma peça de montagem para a absorção de energia, constituída por várias barras metálicas rectilíneas, deformáveis de maneira não elástica, dispostas coaxialmente numa circunferência e ligadas entre si, nas suas extremidades, rigidamente, por um flange metálico respectivo, em especi al para a integração em volantes da direcção de veículos motorizados, com o cubo do volante da direcção embebido relativamente ao plano da coroa do volante da direcção, com o qual a peça de montagem é ligada rigidamente, tapa, da do lado do volante por uma placa de choque feita de material plástico deformável.

As peças de montagem para a absorção de energia incorporadas nos sistemas da direcção para veículos moto rizados que funcionam segundo o princípio da deformação de compressão de estruturas mecânicas, devem, no caso de uma colisão, absorver o impacto do corpo do condutor arre messado contra o volante da direcção, mediante um trabalho de deformação, isto é, a energia cinética intrínseca do condutor deve ser dissipada num trajecto o maior possível e, portanto, com pequena força, evitando assim lesões gra ves do condutor.

-2Assim, na patente de invenção DE-B-1 912 528 des. creve-se um volante da direcção para veículos motorizados cuja peça que funciona como superfície de choque no caso de acidentes colabora com uma peça de montagem tubu lar ligada ao cubo do volante da direcção para absorção da energia. A peça de montagem possui uma estrutura de rede, que é formada por pares de barras gue partem de um ponto comum formando espiras helicoidais com a mesma inclinação e subindo em sentidos opostos, estando os pontos de cruzamento dos pares de barras distribuídos uniformemente pela periferia. Numa tal peça de montagem, uma parte substancial do trajecto de deformação perde-se através dos pares de barras e dos seus pontos de cruzamento, visto que estes, sob a acção de uma carga de compressão, acumulam-se uns sobre os outros formando um pacote, reduzindo desse modo a extensão da deformação. 0 mesmo inconveniente possui também a peça de montagem tubular descrita na paten te de invenção DE-a-2 623 521 para absorção de energia com inúmeras aberturas dispostas sistematicamente, devendo as secções de parede activas guando da deformação ter uma dimensão aproximadamente igual.

Na patente de invenção DE-A-2 614 041 oreviu-se uma peça de montagem para a absorção de energia que é constitui da por um corpo metálico deformável elástica ou plasticamen te, o qual é formado por elementos de apoio, tais como nervuras, escoras, barras ou similares dispostos em círculo uns ao lado dos outros, e gue, no caso de uma carga de compressão

-3do volante da direcção, devido à disposição de nontos de dobragem privilegiada dirigidos para fora, devem provocar a dobragem para fora dos elementos de apoio. O inconveniente de uma peça de montagem deste género reside no facto de, no caso de valores de ponta elevados da força de pressão parcialmente perigosos, se dissipar muito pouco energia no trajecto de deformação. Este inconveniente existe de res to também para todas as peças de montagem de estrutura tubular atrás indicadas para a absorção de energia.

objecto da presente invenção consiste portanto em em dar à peça de montagem para absorção da energia descrita na introdução uma estrutura tal gue, no caso de uma colisão, a força de deformação suba inicialmente de maneira relativa, mente rápida e se mantenha depois aproximadamente constante na maior parte do trajecto de deformação, de modo que a cur va característica da força de compressão em função do trajecto resultante seja um trapézio situado por baixo da curva que caracteriza uma peça de montagem com capacidade de absorção de energia ideal.

Este problema é resolvido se as dimensões transversais das barras metálicas prismáticas forem pequenas em relação às duas dimensões longitudinais, se as barras metálicas forem susceptíveis de se dobrar no sentido do maior momento de inércia principal sob a influência de uma força de compressão que actua no sentido axial e nas quais, em ceio menos um dos lados maiores que se estendem oerpendicularmen te ao eixo do maior momento de inércia e fazem um ângulo recto com o raio da peça de montagem, estão colocados den/

-4teados rectilíneos que se estendem perpendicularmente à direcção longitudinal.

Uma peça de montagem assim formada possui, quer numa condição de carga de compressão estática, quer dinâmica, uma capacidade ideal de absorção de energia, visto que a curva característica da força de deformação em função da extensão da deformação apresenta, em ambas as condições de carga, uma forma aproximadamente trapezoidal.

No caso de uma carga de compressão do género de cho que aplicada na direcção axial, verifica-se uma dobragem das várias barras metálicas individuais da peça de montagem, com pequenas flexões sinusoidais na zona dos seus segmentos livres de dobragem, subindo inicialmente a força de deformação de maneira comparativamente rápida e mantendo-se constante no maior comprimento da extensão de deformação, visto que os dentes do denteado rectilineo vão-se encostando sucessivamen te uns aos outros na zona da dobragem, a começar no seu máxi. mo.

O sentido de dobragem das barras metálicas, a qual se verifica na direcção de seu momento de inércia princinal maior, pode ser pré-determinado, de acordo com uma característica particular da presente invenção, colocando-se o den teado segundo a presente invenção no lado maior onosto à di. recção de dobragem desejada, de preferência no seu comprimento de dobragem livre.

-5Pode obter-se uma capacidade óptima de absorçao de energia se se colocar o denteado das barras metálicas quer no lado maior oposto à direcção de dobragem prevista, na zona do seu comprimento de dobragem livre, quer nas zonas entre os seus pontos de fixação nos flanges e os pontos de inflexão da dobragem no lado maior voltado na direcção de dobragem desejada.

Em regra o denteado rectilineo das barras metálicas estende-se pelos seus lados mais largos.

Para aumentar a força de deformação das barras metálicas há a possibilidade de prever um denteado rectilíneo, que se estenda apenas a menos de 50%, de preferência de 20% a 40% dos lados menores, colocado nos lados mais estreitos que se situam paralelamente ao plano que contém os eixos dos dois momentos de inércia principais.

No quadro da estrutura preferida da presente invenção, colocam-se em um ou nos dois lados mais estreitos das barras metálicas dentes ligados numa só peça com as mesmas, dispostos como um pente, e dobrados sobre os lados maiores.

Numa variante desta configuração, os dentes colocados como um pente para a formação do denteado rectilineo são dobrados para cima de tal modo que formam um ângulo rec to com os lados mais largos das barras metálicas.

Numa outra forma das barras metálicas, os dentes do denteado rectilineo possuem um perfil em forma de evolvente,

-6de cicloide, de arco de circunferência ou de um U, com os flancos dos dentes perpendiculares ou inclinados.

A peça de montagem segundo a presente invenção pa ra a absorção de energia está representada a título de exemplo nos desenhos anexos e vai ser descrita com mais pormenor a seguir.

Na fig. 1 está ilustrado, numa representação esquemática, um corte longitudinal feito pelo eixo de um vo lante da direcção, passando por uma peça de montagem para absorção da energia e na fig. 2, numa vista de lado, uma peça de montagem depois de verificada a sua deformação, a peça de montagem (1) é constituída por várias barras metá licas (2) deformáveis não elasticamente colocadas coaxial, mente numa circunferência, feitas de aço do tipo St37, que estão ligadas rigidamente umas às outras, nas suas extremi dades por um flange de aço (3,4), respectivamente. No flange do lado do volante de direcção (3) estão fixados os raios (6) do volante de direcção ligados com a coroa (5) do volan te de direcção. No flange do lado da coluna da direcção (4) está fixado o cubo (8) colocado na coluna (7) da direcção.

Na barra metálica (9), representada na fig. 3 numa vista lateral do sentido do momento de inércia maior, e que está reproduzida na fig. 4, numa vista de lado numa direcção perpendicular à direcção do eixo do momento de inércia principal maior, as duas faces mais largas dispostas perpendicularmente ao eixo do momento de inércia principal maior estão providas de um denteado rectilíneo (11), com dentes rectangu /

(

-7-/ _ lares, entre os pontos de fixação (10) de ligação aos flanges. A fig. 5 representa a dobragem da barra metálica (9) depois de ser carregada em compressão.

A barra metálica (12) representada na fig. 6 numa vista lateral no sentido do eixo do momento de inércia principal maior, e que na fig. 7 está representada numa vista lateral numa direcção perpendicular ao eixo do momento de inércia maior, possui na zona do segmento de dobragem livre (13), no lado mais largo oposto ao da direcção de dobragem, um denteado rectilíneo (14) com dentes rectangulares. Na zona entre os pontos de fixação (15) da barra metálica (12) nos flanges e os pontos de inflexão (16) da dobragem estende-se o denteado (14) no lado mais largo voltado no sentido da dobragem. Na fig. 8 está repre sentada a barra metálica (12) depois de ser sujeita à carga de compressão.

A fig 9 representa em perspectiva um segmento de uma barra metálica (17), na qual o denteado rectilineo é formado por dentes (18) colocados em forma de pente nos seus dois lados menores e dobrados sobre os lados maiores.

Na fig. 10 está representado em perspectiva o segmento de uma barra metálica (19) na qual os dentes (20) que actuam como denteado rectilíneo, colocados como um pen te nos seus lados mais estreitos, são dobrados de modo tal que formam com os lados mais largos um ângulo de 90°.

No diagrama da força de compressão em função da ex tensão da deformação representado na fig. 11 está represen /

tada a força de deformação em função da extensão da deformação, indicando a linha a tracejado o comportamento de de formação ideal para a absorção da energia e a linha a cheio o comportamento de deformação de uma peça de montagem segun do a presente invenção. Verifica-se que a capacidade de absorção de energia da peça de montagem (1) construída segundo a presente invenção se desvia da curva ideal da caraCterística da força de compressão-extensão de deformação de uma peça para absorção da energia de maneira comparativamen te insignificante.

Claims

1.- Peça de montagem para a absorção da energia, constituída por várias barras metálicas rectilíneas deformáveis, não elásticas, dispostas coaxialmente numa circunferência e ligadas por um flange metálico rigidamente umas com as outras, em especial para volantes de direcção de veículos motorizados com o cubo do volante de direcção embebido relativamente à coroa do volante de direcção, com o qual está ligada rigidamente a peça de montagem tapada do lado do volante por uma placa de choque feita de material plástico deformável, caracterizada por as dimensões transversais das barras metálicas prismáticas (2,9,12,17,19) serem pequenas em relação ãs suas dimensões longitudinais, por as barras metálicas serem susceptíveis de se dobrar no sentido do maior momento de enércia principal sob a influência de uma força de compressão que actua no sentido axial, e nas quais, em pelo menos um dos lados maiores, que se estendem perpendicularmente ao eixo do maior momento de inércia principal e fazem um ângulo recto com o

10^ raio da peça de montagem (1), estão colocados dentes rectilíneos (11,14,18,20) que se estendem perpendicularmente à direcção longitudinal.

2. - Peça de montagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os dentes rectilíneos (14,18,20) das barras metálicas (12,17,19) estarem colocados no lado maior oposto à direcção da flexão desejada.

3. - Peça de montagem de acordo com as reivindicações

1 ou 2, caracterizada por os dentes rectilíneos (14) das barras metálicas (12) serem colocados na zona (13) do comprimento de dobragem do lado maior.

4. - Peça de montagem de acordo com as reivindicações 2 e 3, caracterizada por os dentes rectilíneos (14) das barras metálicas (12) serem colocados nas zonas entre os seus pontos de fixação (15) e os pontos de inflexão (16) de dobragem, no lado maior voltado na direcção da flexão desejada.

5. - Peça de montagem de acordo com uma ou várias das reivindicações 1 a 4, caracterizada por os dentes rectilíneos (11,14) das barras metálicas (9,12) se estenderem pelos lados maiores.

6.6. - Peça de montagem de acordo com uma ou várias das reivindicações 1 a 4, caracterizada por os dentes rectilíneos (18) colocados a partir dos lados menores das barras metálicas (17) situados paralelamente ao plano que contém os eixos dos dois momentos de inércia principais se estenderem por menos de 50 %, de preferência por 20 a 40 %, dos lados menores.

7. - Peça de montagem de acordo com uma ou várias das reivindicações 1 a 6, caracterizada por os dentes rectilíneos serem formados por dentes (18) colocados como um pente num ou nos dois lados menores das barras metálicas (17), com elas ligados formando uma sõ peça e dobrados sobre os lados maiores.

8.- Peça de montagem de acordo com uma ou várias das reivindicações 1 a 6, caracterizada por os dentes rectilíneos serem formados por dentes (20) colocados como um pente, num ou nos dois lados menores das barras metálicas (19), com elas ligados formando uma sõ peça e dobrados perpendicularmente aos lados maiores.

9.- Peça de montagem de acordo com uma ou várias das reivindicações 1 a 8, caracterizada por os dentes rectilíneos das barras metálicas possuírem um perfil em forma de evolvente, de cicloide, de arco de circunferência ou de U, sendo os flancos dos dentes perpendiculares ou inclinados,