DE1802310A1 - Stossdaempfungseinrichtung fuer Fahrzeuge - Google Patents

Description

• Stoßdämpfungseinrichtung für Fahrzeuge.
• Die Erfindung betrifft eine Stoßdämpfungseinrichtung bzw.
• Stoßfängereinri¢htung, die im Hinblick darauf besonders günstig ist, daß in der Automobilindustrie besonderer Nachdruck auf Sicherheit gelegt wird.
• Stoßdämpfer bzw. Stoßfänger wie Stoßstangen waren ursprünglich in Form einer schweren Metallstange oder schweren Metall stangen ausgeftihrt, die quer über die Vorderseite und die Hinterseite des Fahrzeugs ausgerichtet und am Rahmen abgestützt waren, um den atoß bei einem Zusammenstoß auf zunehmen und dadurch eine Beschädigung des Fahrzeugkörpers zu verhindern. Als Funktionalität bei der stilistischen Gestaltung berUaksichtigt wurde, wurde die Stoßstange mehr und mehr in die ästhetische Gestaltung des Fahrzeuges einbezogen, bis heutzutage die Stoßstange an vielen Fahrzeugen lediglich ein rudimentäres Ornament geworden ist.
• Es sind Versuche gemacht worden, StoßstangenausfUhrungen derart zu bilden, daß sie wiederum ihre Schutzfunktion ausüben können. Der meiste Aufwand auf diesem aebiet ist auf den Schutz des Fahrzeuges selbst gerichtet, wobei für die Insassen ungenügender Schutz geschaffen ist.
• Um die Beziehung der Erfindung zu dem Stand der Technik vollständig zu verstehen, ist es erforderlich, die Art der Stoßbelastung zu verstehen, d. h. die Art der Belastung, welcher die Stoßstange hauptsächlich ausgesetzt ist und weloher sie widerstehen muß, wenn sie merkbar zum Schutz des Fahrzeuges und der Insassen beitragen soll.
• Die Bezeichnung Stoß beinhaltet einen Stoß oder Schlag, der der Stoßstange oder dadurch die Stoßstange mit beträchtlicher Geschwindigkeit erteilt wird. Wenn die Geschwindigkeit des auf treffenden Körpers geändert wird, muß eine Energieübertragung stattfinden, d. h. es wird Arbeit geleistet Somit umfaßt die Mechanik des Stoßes nicht nur die Frage der induzierten Beanspruchungen, sondern auch eine Betrachtung der EnergieUbertragung, der Energieabsorption und der Energieaufzehrung.
• Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten, und ein sioh bewegender Körper besitzt zufolge seiner Bewegung kinetische Energie. PUr translatorische Bewegung ist die kinetische Energie des sich bewegenden Körpers das Produkt aus der Hälfte der Masse des Körpers mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Bei bekannten StoßstangenausfUhrungen fUhrte die Energie einer Stoßbelastung zu elastischer und/oder plastischer Verformung der Stoßstange oder ihrer Tragteile. Wenn elastische Verformung auftritt, ergeben sich die der Speicherung von Energie eigenen Probleme. Bei plastischer Verformung ist allgemein eine anfängliche elastische Verformung und dann eine dauerhafte Verformung vorhanden, die für plastische Verformung charakteristisch ist.
• Die Stelle des Uberganges von elastischer zu plastischer Verformung wird als Elasti-zitätsgrenze bezeichnet. D1e Energiemenge, die von einem Material bei einer Stoßbelastung bis zur Elastizitätsgrenze aufgenommen wird und die dann dann von dem Material zurUckgegeben wird, wird als elastische Federung bezeichnet. Die von dem Material Je Volumeneinheit an der Elastizitätsgrenze gespeicherte Energie wird als Elastizitätsmodul oder Federungsmodul bezeichnet, und sie ist die 1lastittätsenergiefestigkeit des Material, Nach dem ursprünglichen Konzept, Stoßstangen starr an dem Fahrzeugrahmen zu befestigen, wobei die gesamte Stoßenergie auf das Fahrzeug und die Insassen uebertragen wird, wurden AusfUhrungen entwickelt, bei denen die Stoßstangen mittels Federn an dem Fahrzeugrah-i befestigt sind. Eine solche Ausfuehrung isoliert das Fahrzeug und die Insassen während des antGnglichen Stoßes, d. h. bis zur Elastizitätsenergiefestigkeit der Feder, wenn Jedoch die gespeicherte Energie freigegeben wird, kann das so hervorgerufene ZurUakschlagen, d. h. eine änderung in der Richtung der Fahrzeugbewegung, selbst eine so große Wahrscheinlichkeit der Versetzung der Insassen hervorrufen wie der ungedämpfte ursprünghohe Stoß.
• Obgleich viele scheinbar verschiedene AusfUhrungen fUr Fahrzeugstoßstangen vorgeschlagen worden sind, wirken die meisten dahingehend, eine anfängliche elastische Verformung aufzunehmen, wobei nur ein geringer Versuch gemacht wurde, die gespeicherte Energie durch Dämpfungswirkung gesteuerter plastischer Verformung aufzuzehren.
• Es ist daher ein Hauptzweck der Erfindung, eine Fahrzeugstoßdämpfungseinrichtung zu schaffen, welche die Stoßenergie absorbiert und aufzehrt, anstatt sie lediglich zu speichern.
• Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Stoßstange gemäß vorstehender Beschreibung zu schaffen, welche die Stoßenergie absorbieren kann, die sich daraus ergibt, daß ein Kraftfahrzeug, das sich mit einer Geschwindigkeit von wenigstens bis zu 8 km/std bewegt, durch Zusammenstoßen zum Anhalten gebracht wird.
• Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Stoßstange gemäß vorstehender Beschreibung zu schaffen, bei welcher Stoßenergieabsorption durch Hysterese erhalten ist.
• Allgemein umfaßt eine Stoßdämpfungseinrichtung gemäß der Erfindung eine starre Gegenhalteplatte, an der ein Körper aus einem Urethanelastomeren befestigt ist. In dem Körper ist eine ausdehnbare und flUssigkeitsundurchlässige Kammer gebildet, die im wesentlichen sich in gleicher Richtung so weit wie der Körper erstreckt. Diese Kammer ist vollständig mit einer inkompressiblen FlUsslgkeit gefüllt.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
• Fig. list eine Draufsicht einer Stoßstange gemäß der Erfindung am Vorderende eines Kraftfahrzeuges.
• Fig. 2 ist einel in vergrößertem Maßstab gehaltene Querschnlttßanslcht nach Linie 2-2 der Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene waagerechte Schnittansicht eines Teiles der Stoßstange gemaß Fig. 1, wobei die Wirkung einer Stoßbelastung dargestellt ist, die durch Zusammenstoßen mit einem senkrechten Gegenstand erteilt wird.
• In der Zeichnung ist eine Stoßstange gemäß der Erfindung allgemein mit lo bezeichnet Die Stoßstange lo ist an dem Fahrzeug 11 mittels Tragarmen 12 und 13 befestigt, die sich vorzugsweise von dem Rahmen des Fahrzeuges 11 auswärts erstrecken. Die Tragarme 12 und 13 sind mittels Bolzen 14 mit einer starren Gegenhalteplatte 15 verbunden, die mit der Hinterseite eines Körpers 16 der Stoßstange lo verbunden ist.
• Der Körper 16 ist aus einem Urethanelastomeren gebildet.
• Urethanelastomere werden erzeugt dadurch Reaktion gewisser Polyisoc ; ate und Polyhydroxyverbindungen, um eine lange im wesentlichen MakromolekUlkette zu bilden, die dann kettenverlängert und querverkettet wird, um die Reaktion zu vervollständigen. Übliche Urethanelastomere werden durch ein Gießverfahren hergestellt, bei welchem Polyester, Polyisocyanate und Kettenverlängerer in flüssigem Zustand bei erhöhten Temperaturen zusammengemischt und in Formen gegossen werden.
• Naoh einer Verfestigungsperiode werden die Formen geöffnet und das feste, jedoch nicht gehärtete Elastomere wird herausgenommen. Vollständiges Härten dieses ft grünen" Materials wird durch Erhitzen in Oren erzielt.
• Neuerdings sind Urethanelastomere entwickelt worden, die durch Standardextrusion, Spritzguß oder UbertragungsguB-AusrUstung behandelt bzw. bearbeitet werden können.
• In Jedem Fall haben Urethanelastomere sehr großen Abrieb-, Schneid- und Reißwiderstand, und sie sind aus diesem Grunde zur Verwendung als Stoßstange oder Stoßdämpfungsglied außerordentlich geeignet. Außerdem ist gefunden worden, daß durch Verteilen der Stoßenergie auf die ganze Masse eines Stoßdämpfungsteils aus einem Urethanelastomeren die Stoßenergie durch Hysterese ohne Zurückschlagen innerhalb des gewünschten Geschwindigkeitsbereiches vollständig aufgezehrt werden kann.
• In dem Körper 16 ist eine Kammer 18 gebildet, die flüssigkeitsundurchlässige dehnbare Wände 19 hat. Die. Kammer 18 ist mit einer inkompressiblen Flüssigkeit 20 vollständig gefüllt.
• Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, kann der Körper 16 das uerschnittsprofi1 einer Parabel haben, deren Scheitelpunkt 21 von der Gegenhalteplatte 15 entfernt liegt. Bei einem solchen QuerschnittsproSil ist die Kammer 18 vorzugsweise zylindrisch. FUr leichte Herstellung und zum Schaffen der erforderlichen Flexibilität bzw. Biegsamkeit, wobei dennoch Undurchlässigkeit gegenüber Flüssigkeit vorhanden ist, kann die ringförmige Wand der Kammer 18 aus einem Vinylpolymerisat gebildet sein. Dieses thermoplastische Material ist flüssigkeitsundurchlässig, hat ausgezeichneten Widerstand gegen Chemikalien und schafft die erforderliche Wandfestigkeit, um inkompressible Flüssigkeit 20 bei Stoßbelastung zu enthalten bzw. zu halten. Weiterhin kann es durch Zugeben von Weichmachern, Stabilisatoren oder Füllern hinslchtlich der gewünschten Wirksamkeit formuliert werden, wobei durch die Zugabe von Weichmachern die Biegsamkeit bzw. Flexibilität des Materials vergrößert wird.
• Wie in Fig. 1 wiedergegeben, liegen die Stirnwände 22 und 23 der Kammer 18 in mäßigem Abstand einwärts der betreffenden Enden 24 und 25 des Körpers 16. Während somit die Kammer 18 von dem Urethanelastomeren des Körpers 16 vollständig umgeben ist, so daß sie vollständig darin eingebettet ist, erstreckt sich die Kammer 18 trotzdem im wesentlichen über die gleiche Länge wie der Körper 16.
• Gewöhnlich kann irgendeine inkompressible Flüssigkeit 20 verwendet werden, wenn Jedoch die Stoßstange lo in Klimaten verwendet werden soll, in denen die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt, ist ein Material wie Polyglykol oder ein anderes Frostschutzmittel zu empfehlen.
• Aus Fig. 3 ist die Arbeitsweise der Stoßstange lo beim Aufzehren von Stoßenergie ersichtlich. Selbst wenn der Gegenstand 30, mit dem die Stoßstange 10 zusammenstöBt, ine solche Abmessung hat, daß die volle Stoßenergie auf eine kleine Berührungsfläche 31 der Stoßstange lo lokal 1-siert ist, wird die -Vrformung des Körpers 16 unter dem Stoß des Gegenstandes 30 zu der Kammer 18 übertragen, die sich unterhalb des Stoßes zusammenzieht, wie es durch die Eindrückung 32 dargestellt ist. Das in der Kammer 18 befindliche Arbeibsmittel 20, das inkompressibel ist, behält konstantes Volumen bei, so daß die Verformung der Kammer 18 bei 32 zu einer entsprechenden Ausdehnung irgendwo anders führt, wie es durch die Ausdehnung der Wand 19 radial auswärts von ihrer normalen Stellung (dargestellt in Kettenlinien) an den Stellen 33, 34, 35 und 36 dargestellt ist. Die Stoßenergie wird dadurch durch den ganzen Körper 16 der Stoßstange lo verteilt. Um zu gewährleisten, daß die Stoßbelastung den aus einem Urethanelastomeren bestehenden Körper 16 zusammendrückt, ist es erforderlich, daß die Gegenplatte 15 genügend stark ist, um dem Stoß zu widerstehen, dessen Energie die Stoßstange lo aufzehren soll, ohne selbst übermässige elastische oder plastische Verformung zu erleiden.
• Mit einer Stoßstange lo mäßiger Abmessungen kann die energie eines Stoßes bei einem schweren Automobil, das mit etwa 8 knVstd fährt, vollständig aufgezehrt werden.
• Beispielsweise kann eine Stoßstange einer länge von etwa 58,5 cm (23") mit einem Körper 16, der sich geringfügig mehr als 5,9 cm (2 1/3 ") zwischen der Gegenhalteplatte 15 und dem Scheitelpunkt 21 mit einer größten Querabmessung von etwa 11,4 cm (4 1/2 ") und mit einer Kammer 18 eines Durchmessers von etwa 3,18 om (1 1/4 ), die mit Polyglykol gefüllt ist, die Energie eines Stoßes vollständig aufzehren, der durch plötzliches Anhalten eines Personenkraftwagens hervorgerufen ist, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 km/std fährt.
• Da die Stoßenergie sioh mit dem Quadrat der Geschwindigkeit direkt proportional vergrößert, muß berücksichtigt werden, daß die Aufzehrung von Energie für jede zusätzliche Geschwindigkeit von 1 km/std ein außerordentlioher Gewinn ist.
• Es ist nunmehr ersichtlich, daß eine Stoßstange gemäß der Erfindung Stoßenergie absorbiert und aufzebrt und nicht speichert.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Stoßdämpfungseinrichtung für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch einen aus einem Urethanelastomeren gebildeten Körper (16)> in den eine Kammer (18) eingebettet ist, welche ausdehnbar und flüssigkeitsundurchlässig ist und mit einer inkompressiblen Flüssigkeit (20) vollständig gefüllt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an ihr eine starre Gegenplatte (15) befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Körper (16) vollständig eingebettete Kammer (18) sich im wesentlichen über die gleiche Länge wie der Körper (16) erstreckt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inkompressible Flüssigkeit (20) in der Kammer (18) ein Frostschutzmittel ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsgestalt des Körpers (16) allgemein parabolisch ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (18) im wesentlichen zylindrisch ist.