DE10043140A1 - Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie - Google Patents
Vorrichtung zur Absorption von StoßenergieInfo
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- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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- F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
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Abstract
Bei einer Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie durch bleibende Verformung und/oder Zerstörung von Deformationselementen (2, 3, 4, 5), weisen ein Deformationselement (2) eine sich in Richtung der Stoßkraft verjüngende Öffnung auf, in die ein sich in die gleiche Richtung verjüngender Druckkörper (1) eingreift, der unter der Wirkung der Stoßkraft mit seinem verjüngten Ende voran gegen den Verformungswiderstand des Deformationselements in dessen Öffnung hinein bewegbar ist. An das eine Deformationselement (2) schließen sich mehrere, in Reihe hintereinander angeordnete Deformationselemente (3, 4, 5) mit jeweils einer sich in Richtung der Stoßkraft verjüngenden Öffnung und einer sich in der gleichen Richtung verjüngenden Mantelfläche an, wobei das verjüngte Ende eines Deformationselements in die sich in der gleichen Richtung verjüngende Öffnung des folgenden Deformationselements eingreift. Die Deformationselemente (2, 3, 4, 5) sind unter der Wirkung einer Stoßkraft bei gleichzeitiger Überwindung ihres Verformungswiderstands ineinander bewegbar.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption von
Stoßenergie durch bleibende Verformung und/oder Zerstörung
eines Deformationselements.
Vorrichtungen der angegebenen Art werden vor allem im
Kraftfahrzeugen verwendet, um im Falle eines Aufpralls
eines Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis einen Teil der Stoß
energie zu absorbieren und die auf das Fahrzeug einwirken
den Stoßkräfte klein zu halten.
Aus DE 196 27 061 A1 ist ein Deformationselement bekannt,
das einen aus Kohlestoffasern und Aramidfasern bestehenden
Rohrabschnitt umfaßt, welcher zur Energieumwandlung nach
dem Stülpprinzip verformbar ist. Zur Einleitung des Um
stülpvorgangs schließt sich an das freie Rohrende ein Bau
teil mit einer konkaven, den äußeren Stülpradius bestim
menden Hohlkehle an. Der Rand des Rohrabschnitts ist in
Richtung zur Hohlkehle hin abgeschrägt, wodurch die anfäng
liche Umfangskraft beim Verformen des Rohrabschnitts redu
ziert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche sich durch ein geringes
Gewicht, eine einfache Herstellbarkeit und eine gute Mate
rialausnutzung auszeichnet und welche eine günstige Kraft-
Wege-Kennlinie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
gelöst, bei welcher das Deformationselement eine sich in
Richtung der Stoßkraft verjüngende Öffnung aufweist, in die
ein sich in die gleiche Richtung verjüngender Druckkörper
eingreift, der unter der Wirkung der Stoßkraft mit seinem
verjüngten Ende voran gegen den Verformungswiderstand des
Deformationselements in dessen Öffnung hinein bewegbar ist.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung meh
rere, in Reihe hintereinander angeordnete Deformationsele
mente mit jeweils einer sich in Richtung der Stoßkraft ver
jüngenden Öffnung und einer sich in der gleichen Richtung
verjüngenden Mantelfläche auf, wobei das verjüngte Ende
eines Deformationselements in die sich in der gleichen
Richtung verjüngende Öffnung des folgenden Deformationsele
ments eingreift und die Deformationselemente unter der Wir
kung der Stoßkraft bei gleichzeitiger Überwindung ihres
Verformungswiderstands ineinander bewegbar sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Kraftniveau
und der Kraft-Weg-Verlauf bei der Aufnahme eines Stoßes
durch die Formgestalt, Größe, Festigkeit und Anzahl der
Deformationselemente sowie durch das zu ihrer Herstellung
verwendete Material beeinflußt werden. Der Konstrukteur hat
daher viele Möglichkeiten, um die erfindungsgemäße Vorrich
tung an die Erfordernisse des jeweiligen Anwendungsfalls
anzupassen, und es ist ihm dadurch möglich, ein breites
Feld unterschiedlicher Anwendungen mit der erfindungsgemä
ßen Vorrichtung zu bedienen. Hinsichtlich der Formgestalt
der Deformationselemente kann insbesondere durch die Wahl
des Neigungswinkels der Öffnungen und der Mantelflächen der
Deformationselemente die Energieabsorption in starkem Maße
beeinflußt werden. Die Neigungswinkel der Öffnungen und der
Mantelflächen können konstant sein oder auch in Längsrich
tung gesehen zunehmen oder abnehmen, um auf diese Weise die
Kraft-Weg-Kennlinie im Sinne eines linearen, progressiven
oder degressiven Verlaufs zu beeinflussen. Die Mantelflä
chen und die Bohrungsflächen der Deformationselemente und
die Mantelfläche des Druckelements werden vorzugsweise
rotationssymmetrisch ausgeführt. Sie können aber auch
abweichend davon gestaltet sein und beispielsweise einen
elliptischen oder vieleckigen Querschnitt haben.
Zur Herstellung der Deformationselemente werden vorzugs
weise Faserverbundstoffe verwendet, es kommen hierfür aber
daneben auch Metalle und Metallegierungen sowie für ein
zelne Teile der Vorrichtung, z. B. das Druckelement, Metall
schäume in Betracht.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung können mehrere
in Reihe hintereinander angeordnete und ineinander grei
fende Deformationselemente innen und/oder außen von einem
Hüllkörper umgeben sein. Der Hüllkörper kann geschlossen
oder als Käfig ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht der
Hüllkörper aus einem elastomeren Material. Anstelle eines
Hüllkörpers kann der Raum innerhalb der Öffnungen der
Deformationselemente auch mit einem kompressiblen Füllmate
rial, beispielsweise einem Schaumstoff, ausgefüllt sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich einerseits zur
Herstellung von Stoßdämpfern, Pralldämpfern oder Crash-Ele
menten, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, und ande
rerseits zur Herstellung stoßabsorbierender Verformungszo
nen von Fahrzeugen, die vor oder hinter einer als formsta
biler Raum ausgelegten Fahrgastzelle angeordnet sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die hinterein
ander geschalteten Deformationselemente gleichzeitig wirk
sam, wobei sich Unterschiede im Energieabsorptionsverhalten
der einzelnen Elemente nivellieren und steile Änderungen
des Kraftverlaufs vermieden werden. Weiterhin ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorrichtung eine vor allem für Ein
zelanwendungen vorteilhafte Modulbauweise, indem je nach
Anforderung vorgefertigte Deformationselemente in geeigne
ter Zahl und Größe miteinander verbunden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt
sind. Es zeigen
Fig. 1 eine für den Einbau in die Nase eines Rennsport
fahrzeugs bestimmte Vorrichtung gemäß der Erfin
dung,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit degressiver
Kraft-Weg-Kennlinie und
Fig. 3 eine erfindungsgemäß Vorrichtung mit progressiver
Kraft-Weg-Kennlinie.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem
Druckelement 1 und vier Deformationselementen 2, 3, 4, 5,
die in Reihe hintereinander angeordnet sind. Das Druckele
ment 1 hat die Form eines Kreiskegelstumpfs mit erhaben
gewölbter Bodenfläche 6, einer Mantelfläche 7 und einer
ebenen Kopffläche 8. Die Deformationselemente 2 bis 5 sind
als kegelstumpfartige Ringe ausgebildet, die kegelige Man
telflächen 21, 31, 41, 51 und zu diesen aequidistante kege
lige Bohrungsflächen 22, 32, 42, 52 haben. An den Stirnsei
ten weisen die Deformationselemente 2 bis 5 stumpfe Kegel
ringflächen auf. Die axiale Länge der Deformationselemente
2 bis 5 ist im wesentlichen gleich. Ihr mittlerer Durchmes
ser nimmt jedoch mit der Entfernung vom Druckelement 1 zu.
Das Druckelement 1 und die Deformationselemente 2 bis 5
sind in gleichsinniger Ausrichtung axial hintereinander
derart angeordnet, daß jeweils das zur Kegelspitze weisende
Ende des einen Elements in das von der Kegelspitze weg wei
sende Ende des folgenden Elements hineinragt und mit einem
Abschnitt seiner Mantelfläche 7, 21, 31, 41 an der Boh
rungsfläche 22, 32, 42, 52 des jeweils folgenden Deforma
tionselements anliegt. Die Elemente 1 bis 5 können entweder
durch Reibkontakt miteinander verbunden sein, sie können
aber auch miteinander verklebt sein, um zu erreichen, daß
erst bei einer durch den Scherwiderstand der Klebeverbin
dung gegebenen Anfangskraft die Elemente 1 bis 5 relativ
zueinander bewegbar sind. Zur Bildung einer glatten Augen
kontur sind die Elemente 1 bis 5 von einem Hüllkörper 9
umgeben, der die Elemente 1 bis 5 ebenfalls in ihrer inein
andergreifenden Anordnung hält, jedoch zur Energieabsorp
tion nicht nennenswert beiträgt. Auf ihrer freiliegenden
Innenseite sind die Deformationselemente 2 bis 5 von einem
hohlen Hüllkörper 10 abgedeckt.
Die beschriebene Vorrichtung ist für eine Anordnung im
Frontbereich eines Rennsportfahrzeugs bestimmt und wird bei
dieser Anwendung mit ihrer Längsachse in Fahrzeuglängsrich
tung ausgerichtet, wobei das Druckelement 1 vorzugsweise in
Fahrtrichtung vorne angeordnet wird. Fährt das Fahrzeug
gegen ein Hindernis, so wird die dabei auftretende Stoß
kraft von dem Druckelement 1 aufgenommen und über die
Deformationselemente 2 bis 5 auf die formsteife Fahrerzelle
übertragen. Durch diese Belastung werden die Elemente 1 bis
5 ineinander geschoben, wobei die Deformationselemente 2
bis 5 einer Zugbeanspruchung ausgesetzt sind und dadurch
gedehnt und gegebenenfalls in ihrer Struktur zerstört wer
den. Bei diesem Vorgang wird die Stoßkraft auf einen im
wesentlichen gleichbleibenden Maximalwert begrenzt, der so
bemessen ist, daß die Fahrerzelle nicht zerstört wird.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung besteht wie die Vor
richtung gemäß Fig. 1 aus einem Druckelement 1 und vier
Deformationselementen 2 bis 5, die teilweise ineinander
greifen. Im Unterschied zur Vorrichtung gemäß Fig. 1 sind
hierbei jedoch zur Erzielung einer degressiven Kraft-Weg-
Kennlinie die Mantelflächen 7, 21, 31, 41, 51 nach außen
derart gewölbt, daß ihre Neigung zur Längsachse 11 in Rich
tung des Druckelements 1 abnimmt. Hierdurch wird erreicht,
daß bei einem Ineinanderdrücken der Elemente 1 bis 5 durch
eine axiale Stoßbelastung mit zunehmendem Verformungsweg
der Verformungswiderstand und damit die übertragbare Stoß
kraft abnimmt.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Man
telflächen 7, 21, 31, 41, 51 der Elemente 1 bis 5 nach
innen gewölbt sind, ihr Neigungswinkel zur Längsachse 11
also in Richtung auf das Druckelement 1 zunimmt. Die mit
den Mantelflächen zusammenwirkenden Bohrungsflächen 22, 32,
42, 52 sind entsprechend nach außen gewölbt. Diese Ausge
staltung führt zu einem Anstieg des Verformungswiderstands
und damit der übertragbaren Stoßkraft mit zunehmendem Ver
formungsweg.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie durch blei
bende Verformung und/oder Zerstörung eines Deforma
tionselements, wobei das Deformationselement eine sich
in Richtung der Stoßkraft verjüngende Öffnung aufweist,
in die ein sich in die gleiche Richtung verjüngender
Druckkörper eingreift, der unter der Wirkung der Stoß
kraft mit seinem verjüngten Ende voran gegen den Ver
formungswiderstand des Deformationselements in dessen
Öffnung hinein bewegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch meh
rere, in Reihe hintereinander angeordnete Deformations
elemente mit jeweils einer sich in Richtung der Stoß
kraft verjüngenden Öffnung und einer sich in der glei
chen Richtung verjüngenden Mantelfläche, wobei das ver
jüngte Ende eines Deformationselements in die sich in
der gleichen Richtung verjüngende Öffnung des folgenden
Deformationselements eingreift und die Deformationsele
mente unter der Wirkung der Stoßkraft bei gleichzeiti
ger Überwindung ihres Verformungswiderstands ineinander
bewegbar sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mantelflächen und die Bohrungs
flächen der Öffnungen Kegelstumpfflächen sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel der Man
telflächen und der Bohrungsflächen gleich sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Mantelflä
chen und/oder der Bohrungsflächen in Richtung der
Längsachse zunimmt oder abnimmt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Reihe hinterein
ander angeordnete, ineinander greifende Deformations
elemente innen und/oder außen von einem Hüllkörper
umgeben sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Raum innerhalb der der
Deformationselemente mit einem kompressiblen Füllmate
rial, beispielsweise einem Schaumstoff, ausgefüllt ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000143140 DE10043140A1 (de) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE2000143140 DE10043140A1 (de) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Vorrichtung zur Absorption von Stoßenergie |
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DE10043140A1 true DE10043140A1 (de) | 2002-03-21 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE10043140A1 (de) |
WO (1) | WO2002018816A1 (de) |
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2000
- 2000-08-31 DE DE2000143140 patent/DE10043140A1/de not_active Withdrawn
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2001
- 2001-08-31 WO PCT/DE2001/003294 patent/WO2002018816A1/de active Application Filing
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