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Die Erfindung betrifft einen Pralldämpfer zur Absorption von Aufprallkräften insbesondere bei einer Kraftfahrzeugkollision mit den im gattungsbildenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmalen.
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Pralldämpfer dieser Art sind zum Beispiel aus der
DE 34 19 165 A1 bekannt, in denen Pralldämpfer beschrieben werden, die aus zwei ineinander verschiebbaren Rohren bestehen, wobei ein nach außen abgeschlossenes Innenrohr einen Gasraum aufweist, der mit einer unter Hochdruck stehenden Gasfüllung versehen ist. Ebenfalls im Innenrohr befindet sich ein erster Flüssigkeitsraum, der vom Gasraum durch einen Trennkolben abgeschottet ist. Darüber hinaus befindet sich im Innenrohr ein Drosselelement in Form einer Scheibe mit einer Drosselöffnung, die den ersten Flüssigkeitsraum mit einem zweiten Flüssigkeitsraum hydraulisch verbindet. Soll der Pralldämpfer Aufprallkräfte absorbieren, die insbesondere bei der Kollision eines Kraftfahrzeuges mit einem Hindernis entstehen, taucht das Innenrohr in das Außenrohr ein. Hierbei wird die im zweiten Flüssigkeitsraum befindliche Hydraulikflüssigkeit durch die Drosselöffnung in den ersten Flüssigkeitsraum verdrängt, gleichzeitig wird das über dem Trennkolben im Gasraum befindliche Gaspolster zusammengedrückt. Die Volumenzunahme im ersten Flüssigkeitsraum erfolgt entgegen der Kraft des eine Gasfeder bildenden Gasraumes, die dadurch zusätzlich vorgespannt wird. Die beim Eintauchen des Innenrohres in das Außenrohr erzeugte Vorspannung der Gasfeder bewirkt das Rückführen des Pralldämpfers in die Ausgangsposition, sobald die von außen auf das Innenrohr einwirkenden Kräfte nicht mehr wirksam sind. Der Absorptionsvorgang der Aufprallkräfte geschieht ohne bleibende Schäden am Pralldämpfer bei Aufprallgeschwindigkeiten bis ca. 8 km/h.
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Bei darüber hinaus gehenden Aufprallgeschwindigkeiten übernimmt bei dem in der oben genannten Schrift offenbarten Pralldämpfer ein Deformationskolben den Energieabbau. Der Energieabbau erfolgt über eine Aufweitung des Außenrohres in axialer Richtung. Dabei wirkt ein solcher Pralldämpfer, der im Kraftfahrzeugbau vorzugsweise an steifen Fahrzeugträgerteilen befestigt ist, auf Grund der geschwindigkeitsabhängig wirkenden Dämpfkraft nahezu als starres Gebilde. Um die Knautschzone eines Fahrzeuges in diesem Falle wirksam werden zu lassen, ist eine Wegbegrenzung vorgesehen.
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Weiterbildungen des vorgenannten Pralldämpfers sind den nachfolgend genannten Veröffentlichungen zu sehen. So zeigt die
DE 197 29 288 A1 eine Variante eines Pralldämpfers, bei der im Außenrohr im stirnseitigen Bereich eine Kunststoffscheibe mit angeformtem Kegel vorhanden ist, die bei einer vorbestimmten Temperatur schmilzt.
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Die
DE 197 29 286 A1 zeigt in ähnlicher Anordnung eine Drosselhülse, welche mit dem Außenrohr verbunden ist. Bei beide Varianten wirken die genannten Bauteile mit einer Zwischenwand zusammen, die jeweils ringförmig um diese Bauteile verlaufen. Hierdurch ist ein Schlitz gebildet, der sich bei zunehmendem zusammenfahren im Falle des Aufpralls verjüngt bzw. verkleinert. Die Zwischenwand wird durch eine in das Innenrohr eingebaute Hüllse gebildet.
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Bei der
DE 28 11 313 C2 wird ein ähnliches Prinzip wie oben genannt verfolgt, in dem am Boden des Außenrohres eine Drosselstange befestigt ist. Diese taucht beim Aufprall durch eine Hülse in einen Drosseleinsatz ein. Die Drosselstange ist am Umfang mit ebenen Abflachungen versehen, wodurch sich in Zusammenwirken mit dem Drosseleinsatz während des Eintauchens veränderliche Strömungsquerschnitte ergeben.
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Die
DE 39 01 449 C1 offenbart schließlich einen Pralldämpfer mit zwei ineinanderschieblichen Rohren, bestehend aus mindestens einem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Flüssigkeitsraum und/oder ein ein Gaspolster von hohem Druck aufnehmenden Gasraum, bei dem zum gezielten Druckabbau oberhalb einer Temperatur von ca. 100°C ein Sollschmelzelement einen Strömungsweg zur Atmosphäre freigibt.
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Pralldämpfer der gattungsgemäßen Art, die in der beschriebenen Weise ihre Aufgabe erfüllen, haben sich prinzipiell im Stand der Technik bewährt. Der Aufbau derartiger Pralldämpfer ist jedoch trotz der überschaubaren Anzahl der Bauteile mit einem nicht unbeträchtlichen fertigungstechnischen Aufwand verbunden. Hier setzt die Aufgabe der Erfindung an, die darin besteht, einen Pralldämpfer der eingangs geschilderten Art bereitzustellen, der eine kostengünstige Herstellung bei reduzierter Teilezahl ermöglicht. Darüber hinaus soll ein erhöhter Energie-Absorptionsgrad erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Pralldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungswesentlich dabei ist es, dass sich ein Pralldämpfer zur Absorption von Aufprallkräften, insbesondere bei der Kollision eines Kraftfahrzeuges mit einem Hindernis, der mit einem teleskopartig in ein Außenrohr einschiebbares Innenrohr, welches an seinem aus dem Außenrohr vorstehenden freien Ende mit einer Bodenplatte verschlossen ist, wobei im Inneren des Innenrohres ausgehend von der Bodenplatte in Richtung der Längsachse des Pralldämpfers ein mit unter Druck stehendem Gas gefüllter Gasraum und ein vom Gasraum durch eine im Innenrohr verschiebliche Wandung getrennter erster mit Fluid gefüllter Flüssigkeitsraum angeordnet sind, welcher durch ein Drosselelement mit einem zweiten mit Fluid gefüllten Flüssigkeitsraum in Verbindung steht, der sich in Richtung der Längsachse an den ersten Flüssigkeitsraum anschließt und durch einen im Außenohr festgelegten Kolben flüssigkeitsdicht zum freien Ende des Außenrohres abgeschlossen ist, dadurch auszeichnet, dass das Drosselelement integraler Bestandteil des Kolbens ist und der zweite Flüssigkeitsraum in einem Teilbereich der Längsausdehnung des Kolbens ringförmig zwischen Innenwandung des Außenrohres und Außenwandung des Kolbens angeordnet ist.
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Durch diese neuartige konstruktive Gestaltung wird zum einen eine besonders kompakte Bauweise des Pralldämpfers realisiert, wobei gleichzeitig das im Stand der Technik bekannte Drosselelement als separates Bauteil nicht mehr hergestellt und montiert zu werden, braucht, da dessen Aufgabe durch die spezielle Gestaltung des Kolbens von diesem Bauteil selbst übernommen wird.
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Zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich ergänzend aus den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
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Das am Kolben vorhandene Drosselelement ist dabei als schlitzförmige Öffnung an dem dem Innenrohr zugewandten Ende des Kolbens unmittelbar zwischen innerer Wandung des Innenrohres und Außenwandung des Kolbens gestaltet, wobei die schlitzförmige Öffnung als umlaufender Ringspalt ausgebildet ist.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die schlitzförmige Öffnung als ein oder mehrere Nutspalte mit im Wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei die Nutspalte in einem Teilbereich des Außenumfanges des dem Außenrohr zugewandten Ende des Kolbens als Ausnehmung eingebracht sind.
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Insbesondere die Gestaltung des Drosselelementes als umlaufender Ringspalt hat sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, da dieser in Zusammenhang mit einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des Kolbens dergestalt, dass der Kolben aus Kunststoffmaterial vorzugsweise im Spritzgussverfahren gefertigt ist, ohne Nachbearbeitung in einem Herstellungsgang produziert werden kann.
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Auf eine Zwischenwand, wie diese im oben genannten Stand der Technik offenbart ist und dort durch eine Hülse gebildet ist, kann dabei vollständig verzichtet werden. Somit entfällt auch die aufwändige Befestigung der Hülse in dem Innenrohr.
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Eine ergänzende weitere vorteilhafte Gestaltung des Gegenstandes der Erfindung sieht vor, dass sich die schlitzförmige Öffnung im Querschnitt während des Einschieben des Innenrohres in das Außenrohr verkleinert. Die Verkleinerung führt zu einer stetigen Versteifung des Pralldämpfers, je tiefer das Innenrohr zur Aufnahme von Aufprallkräften in das Außenrohr eintaucht, so dass eine Erhöhung des Energieabsorptionsgrades erzielt wird. Die Veränderung der schlitzförmigen Öffnung und somit des Drosselquerschnittes kann hierbei je nach Ausgestaltung der schlitzförmigen Öffnung als Ringspalt oder als Nutspalt in unterschiedlicher Weise vorgenommen werden.
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In dem Fall, in dem die schlitzförmige Öffnung als umlaufender Ringspalt gestaltet ist, wird der Kolben an seinem dem Innenrohr zugewandten Ende als Kegelstumpf ausgebildet, wobei die Differenz zwischen Kleinst- und Größtdurchmesser des Kegelstumpfes an seinem oberen bzw. an seinem unteren Ende als Maß für die Veränderung des Ringspaltquerschnittes gilt.
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In den Fällen, in denen die schlitzförmige Öffnung als Nutspalt mit im Wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet ist, wobei mehrere schlitzförmige Öffnungen symmetrisch über den Außenumfang des Kolbens verteilt werden können, kann die Veränderung des Drosselquerschnittes dadurch herbeigeführt werden, dass sich die Nuttiefe des bzw. der im Kolben eingebrachten Nutspalten in Richtung der Längsachse des Kolbens von der Kolbenspitze zum Kolbenfuß hin verkleinert.
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Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pralldämpfers vor, dass das Außenrohr an seinem dem Innenrohr abgewandten freien Ende einen zur Innenseite vorstehenden Absatz aufweist, an dem das korrespondierende freie Ende des Kolbens zur Anlage kommt. Der Absatz kann dabei als konische Verkleinerung des Innenquerschnittes des Außenrohres ausgebildet sein, wobei das korrespondierende freie Ende des Kolbens der Querschnittsverkleinerung bzw. der Konizität des Innenquerschnittes des Außenrohres angepasst ist.
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Die geschilderte konstruktive Gestaltung ermöglicht auf einfache Weise die Versteifung des Pralldämpfers in den Fällen, in denen der Verschiebeweg des Innenrohres innerhalb des Außenrohres zur Absorption von Aufprallkräften aufgebraucht ist. In diesem Falle erfolgt eine direkte Übertragung der weiteren Aufprallkräfte vom Innenrohr auf den Kolben und von hier über den entsprechend ausgebildeten Absatz direkt auf das Außenrohr und in diejenigen Karosseriebauteile, an denen das Außenrohr kraft- bzw. formschlüssig festgelegt ist.
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Die oben geschilderte Herstellung des Kolbens aus Kunststoffmaterial im Spritzgussverfahren hat darüber hinaus den Vorteil, dass durch die Auswahl eines geeigneten Kunststoffmaterials, welches eine vorbestimmte Schmelztemperatur im Bereich oberhalb von 150°C aufweist, im Brandfall eines Kraftfahrzeuges der zugehörige Kolben durch die Hitzeentwicklung nach dem Schmelzen ein Entweichen der unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit ermöglicht, so dass ein Explodieren des Pralldämpfers zuverlässig ausgeschlossen wird.
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Darüber hinaus kann die zwischen Gasraum und erstem Flüssigkeitsraum angeordnete Wandung ebenfalls aus Kunststoffmaterial gefertigt sein, welches eine vorbestimmte Schmelztemperatur im Bereich oberhalb von 150°C aufweist. Durch diese Gestaltung kann im Brandfall das zusätzlich unter Druck stehende Gaspolster zusätzlich bei Schmelzen der Wandung in Folge der im Brandfall entstehenden erhöhten Temperaturen entweichen, so dass auch eine Explosion des Pralldämpfers in Folge des Gasdruckes ausgeschlossen wird.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele unterscheiden sich dabei vorrangig in der Gestaltung des als integraler Bestandteil des Kolbens ausgebildeten Drosselelementes als Ringspalt bzw. als Nutspalt.
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Es zeigt:
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1 einen Pralldämpfer im Längsschnitt,
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2 einen Querschnitt durch den Pralldämpfer aus 1 entlang der Linie B-B aus 1, wobei das Drosselelement als Ringspalt gestaltet ist, und
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3 einen Querschnitt durch den Pralldämpfer aus 1 entlang der Linie B-B, wobei das Drosselelement aus vier über den Umfang des Kolbens verteilten Nutspalten gebildet ist.
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Der in 1 im Querschnitt gezeigte Pralldämpfer besteht im Wesentlichen aus einem Innenrohr 1, welches in ein Außenohr 2 teleskopartig einschiebbar ist. An seinem aus dem Außenohr 2 vorstehenden freien Ende ist das Innenohr mit einer Bodenplatte 3 verschlossen. Im Innern des Innenohres 1 befindet sich in Richtung der Längsachse 4 des Pralldämpfers ausgehend von der Bodenplatte 3 zunächst ein mit unter Druck stehendem Gas gefüllter Gasraum 5. Der Gasraum 5 ist an seiner der Bodenplatte 3 abgewandten Seite durch eine im Innenohr 1 verschiebliche Wandung 6 von einem ersten mit Fluid gefüllten Flüssigkeitsraum 7 abgetrennt. Die Wandung 6 ist mit einem Dichtring 8 versehen, so dass diese gegen die Innenwandung des Innenrohres 1 abgedichtet ist.
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Der erste Flüssigkeitsraum 7 ist in seiner Ausdehnung begrenzt zum einen durch die Wandung 6 und an seinem der Wandung 6 gegenüber hegenden Ende durch einen Kolben 9, der wiederum fest innerhalb des Außenrohres 2 angeordnet ist. Der Kolben 9 ist dabei so ausgebildet, dass er einen dem Innenquerschnitt des Außenrohres 2 entsprechenden unteren Bereich 10 aufweist, in dem zusätzlich eine als ringförmig umlaufende Dichtung gestaltetes Dichtelement 11 angeordnet ist. An den unteren Bereich 10 des Kolbens 9 schließt sich in Richtung des Innenrohres ein oberer Bereich 12 an, der gegenüber dem unteren Bereich 10 einen reduzierten Querschnitt aufweist. Durch den reduzierten Querschnitt im oberen Bereich 12 ergibt sich ein ringförmiger Spalt zwischen der Außenseite des Kolbens 9 und der Innenseite des Außenrohres 2, der als zweiter Flüssigkeitsraum 13 ebenfalls mit einem Fluid, vorzugsweise einer Hydraulikflüssigkeit, gefüllt ist.
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Das obere freie Ende des oberen Bereiches 12 des Kolbens 9 ist dabei so ausgebildet, dass sich zwischen diesem und dem in das Außenrohr einfahrbaren Innenrohr 1 eine schlitzförmige Öffnung 14 ergibt. Diese schlitzförmige Öffnung 14 wirkt als Drosselöffnung und ermöglicht einen Übergang des im zweiten Flüssigkeitsraum 13 befindlichen Fluids in den ersten Flüssigkeitsraum 7 in dem Fall, in dem auf Grund von auf das Innenrohr 1 wirkenden Aufprallkräften des Innenrohr 1 in das Außenrohr 2 eintaucht.
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Wie aus der 1 in Verbindung mit den 2 und 3 erkennbar ist, kann die schlitzförmige Öffnung 14 zum einen entsprechend der 2 als umlaufender Ringspalt ausgebildet sein. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die schlitzförmige Öffnung 14 als Nutspalt 15 auszubilden, wobei, wie dies aus der 3 deutlich wird, vier Nutspalte 15 am Außenumfang des oberen Bereiches 12 des Kolbens 9 symmetrisch angeordnet sind.
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In beiden Ausführungsbeispielen der 2 und 3 wird die schlitzförmige Öffnung 14 in ihrer Größe verkleinert, je tiefer das Innenrohr 1 im Falle der notwendigen Absorption von Aufprallkräften in das Außenrohr 2 eintaucht. Die Verkleinerung des Drosselquerschnittes wird zum einen konstruktiv dadurch realisiert, dass der obere Bereich 12 des Kolbens 9 im Falle der Ausgestaltung der schlitzförmigen Öffnung 14 als Ringspalt in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, wohingegen zum anderen bei einer Gestaltung der schlitzförmigen Öffnung 14 als Nutspalt(e) sich die Nuttiefe der am Außenumfang des Kolbens 9 angeordneten vier Nutspalte 15 vom oberen, der Wandung B zugewandten freien Ende des Kolbens 9 hin zum Ende des oberen Bereiches 12, der dem unteren Bereich 10 benachbart ist, kontinuierlich verkleinert. Die Verkleinerung der als Drossel fungierenden schlitzförmigen Öffnung 14 bewirkt eine Erhöhung des Energieabsorptionswirkungsgrades in Folge einer Versteifung des Pralldämpfers durch die Tatsache, dass je nach Größe der schlitzförmigen Öffnung 14 weniger Flüssigkeit vom unteren Flüssigkeitsraum 13 in den oberen Flüssigkeitsraum 7 einströmen kann.
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Bei der Funktionsweise des Pralldämpfers ist allgemein zwischen zwei unterschiedlichen Betriebssituationen zu unterscheiden. Bei der Absorption von Aufprallkräften, insbesondere bei der Kollision eines Kraftfahrzeuges mit einem Hindernis, wobei das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeit von unterhalb 8 km/h aufweist, wird durch den Transfer von Hydraulikflüssigkeit vom zweiten Flüssigkeitsraum 13 zum ersten Flüssigkeitsraum 7 gleichzeitig das im Gasraum 5 befindliche Gasvolumen zusammengepresst, wodurch vom Gasvolumen zusätzliche Rückstellkräfte bereitgestellt werden. Diese Rückstellkräfte bewirken eine automatische Wiederausdehnung des Gaspolsters im Gasraum 5 in dem Fall, in dem auf das Innenrohr 1 von außen keine weiteren Druckkräfte einwirken. Ist der Verschiebeweg des Innenrohres 1 innerhalb des Außenrohres 2 in Folge erhöhter Geschwindigkeit oberhalb von 8 km/h und daraus resultierender erhöhter Aufprallkräfte aufgebraucht, so gerät die untere Kante des Innenrohres 1 mit dem unteren Bereich 10 des Kolbens 9 in unmittelbaren Anlagekontakt. In diesem Falle werden die noch wirkenden Aufprallkräfte direkt vom Innenrohr 1 über die Anlagefläche zwischen Innenrohr 1 und Kolben 9 direkt auf das Außenrohr 2 übertragen. Hierzu ist das Außenrohr 2 an einer unteren, dem Innenrohr 1 abgewandten Ende mit einem zur Innenseite des Außenrohres 2 vorstehenden Absatz 16 versehen, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als konische Verkleinerung des Innenquerschnittes gestaltet ist.
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Der untere Bereich 10 des Kolbens 9 ist dabei dem Absatz 16 des Außenrohres 2 entsprechend angepasst, so dass eine zuverlässige Kraftübertragung der auf den Kolben 9 mittels des Innenrohres 1 aufgebrachten Kräfte auf das Außenrohr 2 und anschließend auf karosserieseitige Elemente des Kraftfahrzeuges gewährleistet ist.
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Abschließend ist noch darauf bin zuweisen, dass sowohl der Kolben 9 als auch die Wandung 6 aus Kunststoffmaterial gefertigt werden können, welches eine vorbestimmte Schmelztemperatur im Bereich oberhalb von 150°C aufweisen kann.
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Diese besondere Maßnahme dient dazu, um im Falle eines Brandes ein Explodieren des Pralldämpfers im Wesentlichen durch Druckerhöhung im Innenraum zu vermeiden, da beim Schmelzen des Kolbens 9 bzw. der Wandung 6 sowohl die Dämpfflüssigkeit als auch das Gaspolster über eine am freien Ende des Außenrohres 2 vorhandene Öffnung 17 nach außen entweichen kann.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass zwischen Innenrotor 1 und Außenrohr 2 aus Dichtzwecken zusätzlich eine umlaufende Dichtung 18 angeordnet ist. Eine Trennung von Innenrohr 1 und Außenrohr 2 wird ergänzend nach dem Zusammenbau der Bauteile durch eine Bördelung 19 am oberen, dem Innenrohr 1 zugewandten freien Ende des Außenrohres 2 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenrohr
- 2
- Außenrohr
- 3
- Bodenplatte
- 4
- Längsachse
- 5
- Gasraum
- 6
- Wandung
- 7
- Flüssigkeitsraum
- 8
- Dichtring
- 9
- Kolben
- 10
- Unterer Bereich
- 11
- Dichtelement
- 12
- Oberer Bereich
- 13
- Flüssigkeitsraum
- 14
- Schlitzförmige Öffnung
- 15
- Nutspalt
- 16
- Absatz
- 17
- Öffnung
- 18
- Dichtring
- 19
- Bördelung
