DE1803071A1 - Energieabsorbierende,teleskopartige rohrfoermige Teile mit der Faehigkeit zur UEbertragung von Drehmomenten - Google Patents

Description

dipl-ing. martin licht
dr. reinhold schmidt
'dipl.-wirtsch.-img. hansmann
dipl-phys. seq. herrmann

MÜNCHEN 2
THERESIENSTRASSE 33

München, den 11. Oktober 1968

AHA, INC.

Vest Covlna, Kalifornien West Garvey Avenue 2017 V. St.A.

"Energieabsorbierende, teleskopartige rohrförmige Teile alt der Fähigkeit zur übertragung von Drehmomenten."

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Vorrichtungen zur Absorbierung von Energie, die bei der Energieabsorption nicht zerstört werden, in Verbindung Bit teleskopartig ineinander sitzenden rohrförmigen Teilen, und genauer gesagt auf eine derartige Kombination, die eine verbesserte Vorrichtung der in der USA-Patentschrift 3 251 offenbarten Art umfasst, bei der mechanische Energie durch die periodische plastische Verformung eines Stoffes in festem Aggregatzustand absorbiert wird.

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Obwohl die Vorrichtungen zur Absorbierung von Enegie von der in der USA-Patentschrift 3 231 049 offenbarten Art im allgeneinen zufriedenstellend sind, haben sie den Nachteil, daß das HaO der Änderung der Energieahsorbierung während der Huboder Stoßstrecke des Dämpfers im wesentlichen konstant bleibt, d.h., die Dämpfungskraft ist Über die Hub- oder Stoßstrecke konstant.

In Anbetracht dessen ist es die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein neuartiges, energieabsorbierendes Teleskopteil zu schaffen, das die Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten hat, und das eine Energieabsorbierungsvorrichtung enthält, die dem obigen Nachteil nicht unterworfen ist, und die eine Einrichtung zur Erhöhung des Maßes der Änderung der Energieabsorbierung durch Erhöhung oder Verringerung der Dämpfung während der Hub- oder Stoßetrecke des Fämpfers umfasst. Ferner soll erfindungsgemäß ein neuartiges, energieabsorbierendes Teleskopteil geschaffen werden, das eine linear wirkende Vorrichtung zur Energieabsorbierung der beschriebenen Art umfasst, die besonders für die sichere und wirkungsvolle Absorbierung von Energie bestimmt ist, ohne die Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten des Teleskopteiles in unangemessener Weise zu begrenzen.

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Ferner soll erfiuduugsgemäß eiu neuartiges Teleekopteil geschaffen werden, das eine Energleabsorbienngevorriehtung der beschriebenen Art enthält und während eines Energieabsorbierungszyklus* nicht zerstört wird.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Teleekopteil geschaffen werden, das eine Energieabsorbierungsvorrichtung enthält, in ___- der die Energie durch eine periodische plastische Zugverformung und Druckverfomung in einem Energieabsorbierungskörper absorbiert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Teil mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten erste und zweite rohrförmige Teile, die teleskopartig ineinander sitzen, in ^ betrieblicher Zuordnung zu einer periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung in Form eines festen Körpers, der in der Lage ist, Energie durch zyklische plastische Zugverformung und Druckverformung auf die Übertragung von mechanischer Energie durch mindestens eines der rohrförmigen Teile hin zu absorbieren. Drei AuefUhrungsformen werden offenbart. Jede AusfUhrungsform weist eine Einrichtung zur Erhöhung des Maßes der Änderung der von der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung auf der Stoß— bzw. Hubstrecke der Vorrichtung durch Erhöhung oder Verringerung der Dämpfungskraft über die Stoß- oder Hubetrecke auf. Jedes Ausführungsbeispiel weist ferner Mittel

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auf, die die einzelneu Teile teleskopartig so miteinander verbinden, daß sie die Fähigkeit zur Übertragung von Drehmoment haben, ohne ihre Teleskopeigenschaft zu verlieren. Ein Ausführungsbeispiel ist zum Zwecke der Veranschaulichung, jedoch nicht der Begrenzung, in Form einer Lenksäule gezeigt. Die anderen beiden Aueführungebeispiele sind in Form von Antriebswellen für Motorfahrzeuge gezeigt.

Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Ausdruck "mechanische Energie" kann gemäß seiner herkömmlichen Definition definiert werden, d.h., er bezieht eich auf eine Kraft, die über eine Strecke wirkt. Ferner bezieht sich der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Ausdruck "periodische plastische Verformung" auf die Verformung eines in festem Aggregatzustand befindlichen Stoffes um eine Hysteresiskurve, wie in Figur 21 der genannten USA-Patentschrift 3 231 049 veranschaulicht. Außerdem sollen die Ausdrücke "gekrümmter Körper", "ringförmiger Körper" und "spiralförmiger Körper" jeden Körper umfassen, auf den eingewirkt werden kann, um eine periodische plastische Zugverformung und Druckverformung hervorzurufen.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neuartig gehalten werden, sind besondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die vorliegende Erfindung geht sowohl hinsichtlich

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ihrer Ausbildung als auch hinsichtlich ihrer Wirkungsweise zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen aa deutlichsten aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang Bit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen gleiche Bezugeseichen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen.

In deu Zeichnungen, in denen die Ausführungebeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind, sind

Figur 1 ein Diagram, in dem die Beschleunigung gegenüber der Zeit dargestellt ist,

Figur 2 ein Diagramm, in dem ein diaensionsloser Hubwert gegenüber einem dimensionslosen Eingangsbeschleunigungsparameter dargestellt ist,

Figur 3 ein Diagramm, in dem ein dimensionsloser Eingangsbeschleunigungsparameter gegenüber der anfänglichen Stoßge-EChwindigkeit dargestellt ist,

Figur 4 ein Diagramm, in dem der Hub gegenüber der Geschwindigkeit dargestellt ist,

Figur 5 ein Kräftediagraaa, in dea etwas «cheaatisch eine Energieabsorbierungsvorrichtung geaäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wenn sie nichtaxialen StQssen unterworfen wird,

Figur 6 eine Längsschnittansicht eines Teiles einer Torrichtung zur Absorbierung von Energie, die in Verbindung alt rohrförmigen Teleskopteilen geaäO der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, 909833/1166

Figur 7 eine vergrösserte Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 7-7 in Figur 6,

Figur 8 eine der Figur 7 ähnliche Ansicht, in der ein Teil in erheblich vergrössertem Maßstäbe dargestellt ist, ura bestimmte Ausbildungseinzelheiten deutlicher zu veranschaulichen,

Figur 9 eine vergrösserte ^uerschnitteansicht entlang der Linie 9-9 in Figur 6,

Figur 10 eine vergrösserte Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 10-10 in Figur 6,

Figur 11 eine Draufsicht mit hinweggebrochenen Teilen zur Darstellung der inneren Ausbildung einer Lenkungseinrichtung, in der die rohrförmigen Teile gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden,

Figur 12 eine vergrösserte Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in Figur 11,

Figur 13 eine vergrösserte Teilquerschnittsansicht entlaug der Linie 13-13 In Figur 12,

Figur lh eine Ansicht von unten eines Kraftwagens, der eine Antriebswelle verwendet, die ein zweites AusfUhrungsbeispie) der vorliegenden Erfindung darstellt,

Figur 15 eine vergrösserte Querschnittansicht entlang der Linie 15-15 in Figur 14,

Figur 16 eine Querschnittsansicht entlang der Linie l6-l6 in Figur 15,

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Figur 17 eine Teilquerechnittsansicht, die der Figur i6 ähnlich ist und eine Antriebswelle zeigt» die eine dritte Aus· führungsform der vorliegenden Erfindung bildet, und

Figur 18 eine vergrösserte Querschnitteinsicht entlang der Linie 18-18 in Figur 17.

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Es ist bekannt; daß bei dem Aufprall eines Kraftwagens auf einen ortsfesten Gegenstand der Kraftwagen eine gewisse Dämpfung dee Stosses infolge der bleibenden Verformung der Stoßstange ₉ des Kühlers, des Fahrgestells und dergleichen selbst dann hervorruft, wenn der Kraftwagen keine besondere Einrichtung zur Absorbierung von Energie aufweist. Wenn an der Verbindung zwischen der Lenksäule und dem Rad ein Be-

ψ schleunigungsmesser angebracht wird, beschreibt die während des Stosses gemeaaene Beschleunigung voraussichtlich die Form einer Halsimiswelle, die der in Figur 1 gezeigten ähnlich ist» Wenngleich es schwierig ist₉ die genaue "Form der gezeigten SingaiigsbeBchleunigtmg genau au beschreiben_t .scheint diese Art der Eingangsliosefeletmigimg zwei Parameter at&fznwelBen» Biese sind die Spitzenbeechleuttlgung a und- dia Zeitdauer der Beschleunigung & t. Aue einer Analyse &@r saliireielaeia auf dem Wasser und auf dem Land ausgeführten Versuche ergibt

. sich, daß die Halbsimiswellenfora die Eingasgst»@eehi@wig»iige"> kurve aufgrund der Zerstörung des VerauchskSrners während des Stoseee darzustellen scheint. Wenn man annimmt₉ da0 die Verformungsiaechanik für den Kraftwagen ähnlich ist, kann man eine mathematische Analyse der Erfordernisse für die Vorrieh« tung zur AbBorblenng von Energie oder die Dämpfungsvorrichtung in Anwendung auf die Lenksäule des Kraftwagens aufstellen.

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In Figur 1 iat die Besohleunigungekurve einer Energieabsorbierungsvorrichtung der Halbsinuswelle überlagert, na die drei zusätzlichen Parameter zu veranschaulichen, dl· war Beschreibung der mathematischen Charakteristiken der Vorrichtung erforderlich sind. Diese drei Parameter sind die folgendem Bei der Zeit t_± wird die Vorrichtung alt eines Besehleunigmngswert a_g betätigt, der während der Eingangsbeschleunigunf des Aufpralle auftritt. Die Vorrichtung wird solange Bit dieser Beschleunigung betätigt, bis die Geschwindigkeit der Vorrichtung gleich Hull 1st, was in de« Seitpunkt t„ der Fall ist.

Auf der Grundlage der in Figur 1 gezeigten Beschleunigung·-' charakteristiken kann eine Lösung für die Huberfordernisse der Energieabsorbierungsvorriohtung als eine Funktion von drei veränderlichen Größen entwickelt werden: Das Verhältnis der Beschleunigung der Vorrichtung zu. der Spitzeneingangsbesohleu nigung &₈/&_o» ein diaensionsloses Beechleunlgungsrerhältnis

^ao Λ t

, wobei ν der ursprünglichen StoBgeechwlndigkeit

Ir * ο y B

entspricht; und ein dimensions loser Bubparaaeter — *

β' wobei β der Hub der energieabsorbierenden Vorrichtung ist. Der diaensionslose Hubparaaeter ·£· für die Vorrichtung ist in Figur 2 als Funktion der anderen beiden Parameter dargestellt. Die Prüfung der Ergebnisse dieser Figur zeigt, daß wenn von der durch die Verformung des Kraftwagens hervorgerufenen Däap-

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fung Vorteile hergeleitet werden sollen, ein Wert ·_βΑ₀ ersielt werden HuQ₉ der gleich oder größer als 0,5 1st. Venn ferner die

a -

Werte fur kleiner als i sind, kann es schwierig sein,

T-.

Kutssen ans der infolge der Verformung des Kraftwagens auftre« tenden Dämpfung an ziehen, es sei denn_v das Verhältnis a_e/a_@ 1st nahe an i, was außerordentlich unpraktisch ist. Da die

technische Bedeutung des Bnufteters a_/a_Ä sich τοη seiest a β ο

versteht, eind die einsigen Paraaeter, die einiger 13 retell wag bedürfen, der Bingangehesohleuniguageparaaeter and der

Hubparaneter j ■■■ · Der erste Parameter, der ans vertinderliehen Größen besteht, die sur Blldnng der Elngangsfieeehleaiigwig»*

karre geaäß Figur 1 verwendet werden, kann dnreb die etofigesehwlndigkeit r_Q und den Paraseter bestiasit werden, der ▼on des Produkt der Spitzen-"gⁿ-KrSfte, g_o, vnd der Stred» ^ ₈ abhängt, die ein MaB der Anfangsgeschwindigkeit τ »At ist, was die Dauer der Eingangsbeeoblennlgnng beschreibt. Die Charakteristiken des Beschleunigungsparasieters sind in

Figur 3 als Funktion der AnfangestoBgesehwindlgkelt t_q and des Produktparaaeters g_o .A₈ dargestellt. Die Prüfung der Ergebnisse der Figur 3 zeigt, daß bei einer Stofigeschwlndigkelt von weniger als etwa 6 a/sec. and bei angeaessenen Werten für g_ · _ die Werte für den StoBbeschleunlgungsparaaeter

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größer als i sind.

Bei Stoßgeschwindigkeiten von 12 bis 30 m/sec. müssen jedoch Werte für g_ Jl _ erreicht «erden, die größer ale 100 sind, sonst werden die von der in Figur 2 gezeigten Hubverringerung aufgrund des Eingaugsbeschleunigungsparameters hergeleiteten Vorteile nicht verwirklicht. Physikalischer ausgedrückt muß bei einen Auftreten von einer Eingangsspitzenbeechleunigung von 100 g während eines Aufpralls sie gesamte bleibende Ver-. formung durch die Stoßstange, den Kühler, das Fahrgestell des Kraftwagens und die Leitpmnke u.dgl. mindestens etwa 30 cm überschreiten und möglicherweise bei hohen Geschwindigkeiten größer als 1,5 η sein. Die Ergebnisse der Figur 3 zeigen deutlich, daß bei Stössen mit hohen Geschwindigkeiten (im Bereich zwischen 12 und 30 m/sec.) die Dämpfung des Stoßes für den Fahrer durch die Lenksäule durch zusätzliche Dämpfungsvorrichtungen, wie z.B. eine energieabsorbierende Stoßstange oder Leitplanke unterstützt werden kann, um die Höhe der Belastung und die Stoßstrecken des Fahrer· so gering wie möglich zu halten.

Um die für die Lenksäule erforderliche eigentliche Hübet recke aus dem Parameter s gemäß Figur 2 zu bestimmen, 1st in Figur 4 der Hubparameter ν o/2a_e als Funktion der Stoßgesohwindigkeit vo und verschiedener vorgeschriebener g-Verte

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des in der Lenksäule angeordneten ringförmigen Dämpfungagliedes dargestellt. Nachdem ein Wert für die dimensions lose Hübet recke 1. aus Figur 2 bestinoit worden ist, wird die für das Dämpfungsglied erforderliche eigentliche Hubstrecke erhalten, indem man den aus Figur h erhaltenen Wert für ν o/2a_, der

eine Funktion der Stoßgeschwindigkeit vo und der Betriebs-g-

1, Kraft der Vorrichtung _ΰ g_ß9 ist, mit 's multipliziert.

Es sei angenommen, daß durch entsprechende Auebildung des Kraftwagens und/oder der Leitplanken dor Wert s" "~ 0,5 Figur 2 erhalten werden kann. Für eine Stoßgeschwindigkeit von 24 m/eec, die einer Geschwindigkeit von 86,4 km/h entspricht, und bei einem g-Wert der Energieabsorbierungsvorrichtung oder Dämpfungsvorrichtung von 30, die ohne Schaden für den Fahrer gemäß den festgestellten Kriterien für das menschliche Aushai te vermögen annehmbar 1st (in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung), ist ein Huberfordernis von 3 x 0,5 == i»5 FuO (0,45 ■) für die Dämpfungsvorrichtung der Lenksäule erforderlich. Wenn der Wert von s" " 0,5 durch entsprechende Ausbildung des Kraftwagens und/oder der Leitplanke nicht erhalten werden, würde ein Wert von s" ⁼ 0,9 verwirklicht werden, und infolgedessen wUrd« die Dämpfungsvorrichtung der Lenksäule eine Hubstrecke von nahezu 0,91 m für dieselben Aufprallbedingungen erfordern. Es 1st offensichtlich, daß, wenn eine Hubstrecke von 0,45 ■ in der Lenksäule praktisch durchführbar und Werte von 0,9 η

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oder mehr praktisch undurchführbar sind, die Verhinderung der Verletzung eines Fahrers bei verhältnismässig hoher Geschwindigkeit, nämlich bei 24 ra/sec. oder 86,4 km/h für keine Lenksäulen~Dämpfungeanlage durchführbar ist, es sei denn, die Dämpfung des Stosses wird von anderen Dämpfungsquellen unterstützt.

Eine derartige Däiapfungsquelle besteht in der Autobahn-Leitplanke, die in einem weiteren Vorschlag der Anmelderin (Patentanmeldung Az.: P 15 75 076.2 vom i6. Juni 1967) bei 10 gezeigt ist. Diese Leitplanke itfoist eine periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12 und eine Energieübertragungseinrichtung 14 auf, wie sie in den Figuren 5 bis 10 der vorliegenden Anmeldung gezeigt sind.

Die Suergieübertragungseinrichtung 14 umfasst eine Stoßaufnahmeeinrichtung 16, ein inneres rohrföreiges Glied 18, ein erstes Verbindungsmittel 20 und eine Halterung 22, Die Halterung 22 umfasst eine feste Stütze 24 und ein äusseree rohrförraiges Teil 34, das die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12 in betrieblicher Zuordnung am dem inneren rohrförmigen Teil 18 hält und die Ausrichtung des Teiles 18 auf die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12 aufrechterhält. Die Halterung 22 weist ferner eine «weite Ver-

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bindungseinrichtung 36 auf, mit der das aus8ere rohrförmige Teil 34 mit der Stütze 24 verbunden ist Das iuere rohrförmige Teil 18, das äussere rohrfurmige Teil 34 und die periodisch wirkende Energieabsorbierungseii.richtung 12 bilden eine Dämpfungsanordnung 42.

Jede Dämpfungsanorduung 42 hat einen Hub von etwa 609»6 W von ihrer vollständig ausgefahrenen Stellung in ihre vollständig zusammengedrückte Stellung, in der sich das innere rohrförmig e Teil 18 nahezu vollständig innerhalb des äusseren rohrförmigen Teiles 34 befindet. Die Dämpfungeanordnungen 42 absorbierec die Energie in einer weiter unten beschriebenen Weise dadurch, daß sie zusammengedrückt werden, wenn die Stoßaufnahmeeinrichtung 16 einen Stoß von einem Kraftwagen oder dergleichen aufnimmt Die Energieabsorbierungsfähgceit der Dämpfungseinrichtungen 42 ist derart, daß der Dämpfungshub eines . besonderen Dämpfers beginnt, ohne daß dem Fahrer oder einem sonstigen Insassen des Kraftwagens ein wesentlicher Schaden zugefügt würde.

Jedes Verbindungsmittel 36, 20 weist einen Augbolzen 44 mit einem mit Außengewinde versehenen Ende 46 und einem Buchsenende 48 auf. Das Buchsenende 48 weist eine Buchse 50, in der ein Kugelglied 52 durch eine Schrauben- und Mutteranordnung 54 (Figur 10) gelenkig angebracht 1st, das der Verbindung mit

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einer zugeordneten Stütze 24 oder einer zugeordneten Stoßaufuahmeeinrichtung 16 dient. Wenn die Stoßaufnaheeeinrichtung 16 die Stellung einnimmt, in der sie sich vor dem Stoß befindet, bilden die Dämpfungsvorrichtungen 42 einen Winkel von etwa 45° mit der Stoßaufnähmevorrichtung 16. Die Gelenkigkeit der Verbindungemittel 20, 36 und die Stellung der Stoßaufnahmeeinrichtung 16 vor dem Stoß gewährleisten, daß der Hub der Stoßaufnahmeeinrichtung 16 fast nur durch die Strecke eingeschränkt wird, die dem Durchmesser der Dämpfungsvorrichtungen 42 zugeordnet ist, und nicht durch ihre zusammengedrückte Länge. Ferner gewährleistet diese Anordnung, daß die Dämpfungseinrichtungen 42 und die Verbindungsmittel 20, 36 unabhängig von dem Stoßwinkel intakt bleiben.

Unter nunmehriger besonderer Bezugnahme auf Figur 5 sollte, wenn eine optimale Energieabsorbierung erzielt werden soll, die Kraft F des Stosses während der gesamten Hubstrecke des Dämpfens .42 eine konstante sein. Zu diesem Zweck muß die Kraft F des

Dämpfers notwendigerweise mit dem Hub mit der Änderung von

1 cos O zunehmen, wobei sich Q möglicherweise während d«s Hubes zwischen 45° und 75° ändern würde. Diese mit d«m Hub zunehmende Kraft wird in weiter unten beschriebener V«lse bei der Herstellung der Dämpfungseinrichtung*n 42 vorgesehen. Da die Stoßaufnahmeeinrichtung 16 so ausgebildet ist, daß sie sich während des Hubes der Dämpfungseinrichtung 42 nicht für

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dauernd verfortat, und da die Dämpfungseinrichtungen sowohl mit Zug- als auch Druckhüben arbeiten, ist jeder Dämpfer unabhängig von dem Winkel der Stoßkraft betriebswirksam. Damit wird die Stoßkraft Über eine grösstmögliche Fläche der Stoß» aufnahineeiurichtung i6 verteilt, und es ergibt eich daraus eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß irgendeine der Dämpfungeeinrichtungen zerstört wird.

Der Ii;iieijdurchmesser des äusseren rohrförmigen Teiles 34 ist genügend grosser als der Außendurchmesser des innereü rohrförmigen Teiles 18, so daß ein Ringraum oder eine Kammer 70 ztvlsebon den Teilen 34 und 1Θ gebildet wird. Die periodisch wirken vif Energieabsorbierungseiurichtung 12 ist in der Säumer 70 in jtrieblicher Zuordnung zn dem äusseren rohrförmigen Teil 34 ναι', dem inneren rohrförmigen Teil 18 angeordnet, um durch periodische plastische Verformung und die Umkehr dieser Verformung auf die durch die Energieübertragungseinrichtung Ik auf sie übertragene mechanische Energie hin Energie zu absorbieren. Die periodisch wirkende Energieabsorbierungeeinrichtung 12 umfasst einen Arbeitskäfig 72 und einen Staukäfig 73 und einen festen, nichtelastomeren, in radialer Richtung nicht zusammengedrückten gekrümmten Körper in Form einer spiralförmigen Spule 74 mit einer Vielzahl von Windungen- 76. Jede Windung 76 stellt einen gekrümmten Körper dar, der einer periodischen plastischen Zugverformung und Druckverformung durch die

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Drehung jeder Windung 76 um ihre innere Achse unterworfen werden kann. Die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12 wird durch eine Haltekappe 80 daran gehindert, sich Über das Ende 78 des rohrförmigen Teiles 18 hinauszubewegen. Die Ilaltekappe 80 weist eine Seitenwand 81 auf, die das Ende 78 des rohrförmigen Teiles 18 umgibt und an diesem durch geeignete Schweißstellen 82 befestigt ist, sowie eine Bodenwand 84, deren Funktion weiter unten beschrieben wird. Die Seitenwand 81 weist einen oberen Rand 86 auf, an dem der Arbeltskäfig 72 angreifen kann, um zu verhindern, daß er an dem Ende 78 vorbeibewegt wird.

Der Arbeitskäfig 72 und der Staukäfig 73 weisen je ein das innere rohrförmige Teil 18 umgebendes Band 88 und mittlere gekrümmte Körper 90 auf, die in länglichen Öffnungen 92 angeordnet sind, die in einem zugeordneten Band 88 vorgesehen sind.

Der Betrag der durch jede Dämpfungseinrichtung 42 absorbierten Energie hängt teilweise von der Anzahl der Windungen 76 ab, die während eines besonderen llubes um ihre Innenachsen gedreht werden. Die Anzahl der Windungen 76, die gedreht werden, hängt davon ab, ob sie während eines besonderen Arbeitshubes in Arbeitseingriff mit dem inneren rohrförmigen Teil und dem äusseren rohrförmigen Teil 34 gebracht werden oder

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nicht. Die Windungen 76 werden während eines Arbeitshubes in Arbeitooingriff mit dem inneren rohrförmigen Teil 18 und dem äuseeren rohrförmigen Toil Vi gebracht, um die sich alt dein Arbeitehub erhöhende Kraft zu erzeugen, wie es bei der Herstellung jeder Dämpfungseinrichtung k2 vorgesehen ist. Dies wird dadurch erreicht, daß man das innere rohrfarmige Teil 18 von seinem Ende 78 zu seinem anderen Ende Sk hin um ein bestimmtes Maß konisch verjüngt ausbildet. Eine derartige konische Verjüngung des inneren rohrförmigen Teiles 18 bildet eine veränderliche Kammer 70, die sine Erhöhung der Kraft während des Arbeitshubee zur Folge hat. Das Haß der konischen Verjüngung hängt von der Länge des inneren rohrförmigen Teiles 18, seinem Durchmesser und dem Durchmesser der Windungen 76 ab, wie es weiter unten ausführlich beschrieben wird.

Während eines besonderen Arbeitshubes absorbiert der Arbeitskäfig 72 aufgrund der Drehung der gekrümmten Körper $0 um ihre Innenachse nicht nur Energie, sondern er bewegt auch die Windungen 76 des spiralförmigen Körpers lh In Arbeitaelngriff mit dem äusseren rohrförmigen Teil 34 durch Verschiebung der Windungen 76 an dem inneren rohrförmigen Teil 18 entlang in Richtung des Pfeiles 96. Eine bestimmte Anzahl von Windungen 76 befindet sich von Anfang an in Arbeitseingriff mit dem inneren rohrförmigen Teil 18 und dem äusseren rohrförmigen TeIi 34, so daß die periodisch wirkende EnergieabsorbieruBg8©iBxich-

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tung 12 bei Beginn des Aufprallstosses eine bestimmte Energiemenge absorbiert Uei die Windungen 76 in Arbeitseingriff mit dera inneren rohrförmigen Teil 18 und dem äusseren rohrförmigen Teil 34 zu bringen, müssen die Innenwand 98 des äusseren rohrförmigen 'feiles 34 und die Außenwand 100 des inneren rohrförmigen Teiles 18 eine ausreichende Ueibungskraft auf die Windungen 76 ausüben, um sie um ihre Innonachsen zu drehen. Am Ende des Hubes kann die periodisch Tfirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12 zu dem Ende 78 des inneren rohrförmigen Teiles 18 durch die Ausfahrbewegung der zugeordneten Dämpfungseinrichtung 42 zurückgebracht werden. Während dieser Ausfahrbewegung gewährleistet der Staukäfig 73, daß die Windungen 76 ordniHTgogemäss aneinandergereiht bleiben.

Wenn eine besondere Dämpfungseinrichtung 42 vol ständig ausgefahren ist, wird die periodisch wirkende Energieab,orbierungseinrichtung 12 durch eine Mutter 104 daran gehindert, aus dem offenen Ende 102 des rohrförmigen Teiles 34 auszutreten. Die Mutter 104 sitzt auf einem mit Außengewinde versehenen Ring 106, der an dem Ende 102 des rohrfömigen Teiles 34 durch geeignete Schweissungen 108 befestigt ist.

Obwohl für die verschiedenen Einzelteile jeder Dämpfungseinrichtung 42 eine Reihe von verschiedenen Parametern zur

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Geltung kommt, können die folgenden Werte als veranschaulichendes Beispiel angegeben werden:

Das innere rohrförmige Teil 18 kann ein hohler zylindrischer Körper aus wärmeoehandeltem rostfreiem Stahl 17-7 PH sein. Die» ser Körper kam ein© Wanddicke von O₉6J5 ram» wie ee durch die

Pfeile IiO in Figur 8 angedeutet ist, eine effektive lÄage to» P 30%,8 ma und einen Außendurchmesser aufweisen, tier an äem lsi© 9¹* 69j(O% mm beträgt und sich mit einer Ändertingsrate v&a 0,5 wo. pro Meter in Richtung auf das Ende 78 sn einem kurze·» ren Durchmesser verjüngt.

Das äussere rohrförmige ^f£,n\ "5k kann dη hohler zylindrischer Körper aus wärmebehandeltem rostfreiem Stahl 17-7PH mit einer Wanddicke von 0,635 mm und einem Außondurc'ümesser von 72,21 ms sein.

Die Ringkammer 70 hat zwischen dem äusseren rohrförmigen

Teil 34 und dem Inneren rohrförmigen Teil 18 an dem Ende 9h des inneren rohrförmigen Teiles 18 eine lichte Weite von etwa 0,94 mm mit einer entsprechenden Zunahme mit einer Änderungsrate von 0,5 mm pro Meter in Richtung auf das Ende 78 zu einer höchsten Zunahme von 0,381 mm.

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Die gekrümmten Körper 90 in den Käfigen 72 und 73 bestehen aus einem rostfreien Stahldraht 302 und haben je einen Durchmesser von etwa 1,18 mn und eine Länge von 22,098 ma. In jeden der Käfige 72, 73 sind sechs derartige Körper vorgesehen, und zur Bewegung jedes Käfigs ist eine Kraft von etwa 81,646 kp erforderlich«

Die spiralförmige Spule 74 besteht aus einem rostfreien Stahldraht 302 mit einem Durchmesser von etwa 1,143 mm, und weist etwa 80 Windungen 76 auf. Es sind etwa 90,718 kp erforderlich um jede Windung um ihre innere Achse zu drehen. Da die lichte Weite der Ringkammer 70 eine höchste Zunahme von 0,038 mm hat und die gekrümmten Körper 90 einen um 0,038 mm grösseren Durchmesser als die Windungen 76 haben, stehen die Käfige 72, 73 stets in Arbeitseingriff an den rohrförmigen Teilen 18 und 34. Dadurch wird gewährleistet, daß die Käfige 72, 73 während des Arbeitshubes der Dämpfungseinrichtung 42 stets eine bewegende Kraft auf die Windungen 76 ausüben.

Das Verbindungsteil 20 ist an dem Ende 94 einer zugeordneten Dämpfungseinrichtung 42 mittels eines Stifte» 112 befestigt, der in dem offenen Ende 94 des inneren rohrförmigen Teiles durch geeignete Schweissungen 114 befestigt ist und eine alt Innengewinde versehene Bohrung 116 aufweist, die das mit Außengewinde versehene Ende 46 des Augbolzen* 44 aufniMt,

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Das Verbindungsteile 36 ist mit dem Ende 118 des äusseren rohrförmigen Teiles 34 durch eine Abschlußkappe 120 verbunden, die in dem offenen Ende 118 durch geeignete Scnweissungen 122 befestigt ist und eine mit Innengewinde vereehene Bohrung 124 aufweist, die das mit Außengewinde versehene Ende 46 des Augbolzens 44 aufnimmt. Ein Lufteinlaßventil 126 ist in der Abschlußkappe 120 angebracht und dient der Einführung von Preßluft in das Innere des äusseren rohrförmigen Teiles 34 zur Ausübung einer gegen die geschlossene Bodenwand 84 der Abschlußkappe 80 gerichteten Kraft, die dazu äient, die Dämpfungseinrichtung 42 wieder auszufahren, wenn sie zuvor zusammengedrückt worden ist

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Ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines energieabsorbierenden rohrförmigen Teleskopteiles mit der Fähigkeit zur Übertragung von Dreimomenten wird nun in Zusammenhang mit den Figuren ii bis 13 beschrieben, in denen eine Lenkungeeinrichtung 146a eine Stoßaufnahmeeinrichtung l6d in Form einer Lenkrades umfasst, das drehfest mit einem inneren rohrförmigen Teil 18d verbunden 1st, das teleskopartig in einem äusseren rohrförmigen Teil 34d sitzt, das eine Verschiebewelle 216 aufweist, die an dem Ende 218 des auseeren rohrförmigen Teiles befestigt ist. Die Verschiebewelle 216 ist den üblichen Lenkungszahnrädern (nicht gezeigt) betrieblich zugeordnet, die in einem Gehäuse untergebracht sind, das durch die gestrichelten Linien 220 gezeigt ist.

Die Lenkungseinrichtung 146a umfasst ferner eine periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12d, die der oben beschriebenen periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung 12 gleich sein kann, mit der Abweichung, daß eine bestimmte Anzahl von Windungen 76d mit kugelförmigen Teilen 222 versehen sein kann, die in rillenförmigen Kammern 224 angeordnet sind, um das innere rohrförmige Teil 18d mit dem äusseren rohrförmigen Teil 14d drehfest zu verbinden und dabei die relative Hin- und Herbewegung zwischen diesen beiden Teilen zu gestatten. Die rillenförmigen Kammern 224 können durch in axialer Richtung vei>laufende, gekrümmte Kanäle 226 gebildet werden, die in dem

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äusseren rohrförmigen Teil 34d ausgebildet sind, sowie durch in dem inneren rohrförmigen Teil ISd ausgebildete entsprechen·» de Kanäle 228.

Eine zweite Ausführungβform für ein energieabsorbierendes rohrförmiges Teleskopteil mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten wird nun in Verbindung mit den Figuren 14 | bis 16 beschrieben , in denen ein Kraftwagen 230 ein Chassis 232 mit einem Rahmen 234, ein Hinterachsgehäuse 238, ein Diffemtial 240 und ein Getriebe 242 umfasst. Eine Antriebswellenanordnung 244 verbindet das Getriebe 242 mit dem Differential 240 und umfasst ein inneres rohrförmiges Teil ISe₉ das teleskopartig in einem Unseren rohrförmigen Teil 34e sitzt.

Die Antriebswelle 244 umfasst ferner eine periodisch .wirkende Energieabsorbierungeeinrichtung 12d, die der oben in Verbindung mit den Figuren il bis 13 beschriebenen periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung gleich sein kann. Die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12d weist mindestens eine Windung 76d auf, die mit kugelförmigen Teilen 222 versehen ist, die in rillenförmigen Kammern 246 angeordnet sind, um das innere rohrförmige Teil ISe drehtest mit dem äusseren rohrförmigen Teil 34e zu verbinden und gleichzeitig die relative Bewegung in axialer Richtung bzw. die re-

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lative Hin- und Herbewegung zwischen diesen beiden Teilen zu gestatten. Die rillenförmigen Kammern 246 kennen durch in axialer Richtung verlaufende, gekrttnmte Kanäle 248 gebildet werden, die in dem ausseren rohrförmigen Teil 34e ausgebildet sind, sowie durch entsprechende Kanäle 250, die in den inneren rohrförmigen Teil 18e ausgebildet sind.

Wie es in den Figuren 17 und 18 gezeigt ist, kann eine Antriebswelle 244 a mit der Antriebswelle 44 identisch sein, Bit der Abweichung, daß die kugelförmigen Teile 222 und die rillenförmigen Kammern 246 durch mehrere abscherbare Teile 222a bzw. in ümfangerichtung verlaufende Schlitze 246a ersetzt werden können. -

Die Antriebswelle 244a weist eine periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12f auf, die der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung 12d gleich sein kann, mit der Abweichung, daß die kugelförmigen Elemente 222 weggelassen sind, wodurch die Windungen 76f den in Verbindung alt den Figuren 7-8 beschriebenen Windungen 76 gleich sind.

Die abscherbaren Teilen 222a verbinden ein inneres rohrförmiges Teil 18f drehfest mit einem äusseren rohrförmigen Teil 34f, lassen sich aber ohne weiteres abscheren, um eine relative axiale Bewegung bzw. Hin- und Herbewegung zwischen

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diesen beiden Teilen zu gestatten. Jedes abscherbare Teil 222a kann in dem ihm zugeordneten Schlitz 246a durch eine Schweissung 108a an Ort und Stelle gehalten werden* die auch ein mit Außengewinde versehenes Teil 106a au dem üussaren rohrförmigen Teil 3ht befestigt. Vier abscherbare Teile 222a können verwendet werden, und jedes Teil kann aus eine« 5O₈8 ram χ 0,0503 mm großen UiSsingheilageblech o. dgl. bestehen. Die Anessung von 50,8 mm wird in radialer Richtung angeordnet, so daß Jedes Teil 222a unter normalen Drehmomeiitsbelastungen, die während der Drehung der Antriebswelle 2kka. auftreten* nicht abgeschert wird. Die Abmessung von O_s0508 mm gestattet das Abscheren ohne unangemessene Erhöhung d®r Mrapfungskiaft, wenn die Antriebswelle 2kh& einer axialen Belastung von ausreichender Grüße unterworfen wird, um die periodische Wirkung der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung 12f auszulösen.

Während die hier ausführlich gezeigten und beschriebenen besonderen rohrförmigen Teile in der Lage sind, die oben angegebenen Ziele zu erreichen und Vorteile zu bieten, sei darauf hingewiesen, daß sie nur der Veranschaulichung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dienen, und daß die hier gezeigten Einzelheiten der Ausbildung oder Konstruktion nur durch den Rahmen der beigefügten Anbrüche begrenzt werden sollen, die einen Teil der vorliegenden Offen« barung bilden*

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Claims (1)

1. München, den Ii. Oktober 1968

   AlU, IXiC.

   !feet Covina, Kalifornien
   West Garvey Avenue 2017
   V. St. A.

   Patentanmeldung; "Energieabsorbierende, teleskopartige rohrförmig© Teile mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten."

   PATENTANSPRÜCHE

   Iv Energieabsorbierendes Teleskopteil mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten, gekennzeichnet durch ein inneres Teil (l8), das teleskopartig in einem äusseren Teil (34) mit genügendem Zwischenraum zur Bildung einer ringförmigen Kammer (70) zwischen den beiden Teilen sitzt, eine periodisch wirkende Energieabsorblerungseinrichtung (12), die in der Kammer angeordnet ist, um Energie zu absorbieren, die auf die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung durch eine relative

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   axiale Bewegung der beiden Teile (i8, 34) übertragen wird, wobei die periodisch wirkende Energieabsorbierungeeinriehtung Mittel zur Absorbierung von Energie durch eine plastische Verformung und die Umkehr der plastischen Verformung derselben Teile aufweist, wobei die plastische Verformung durch die übertragung mechanischer Energie von den Teilen (i8, Jk) auf die energieabsorbieimde Einrichtung hervorgerufen wird, und Mjttel (222, 246) die die Teile (l8, 34) zur Verhinderung der relativen Drehung zwischen ihnen miteinander verbindet, ohne die relative axiale Bewegung zwischen den beiden Teilen wesentlich zu behindern.

   2. Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Teile der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung bei ehern bestimmten, in einer Richtung wirkenden Betrieb der Teile (i8, 34) einer periodischen Verformung unterworfen werden, wodurch die Kraft, die zur Bewegung der Teile erforderlich ist, allmählich geändert wird, bis sie einen vorgeschriebenen Wert erreicht, woraufhin sie bei der weiteren Bewegung der Teile konstant ist.

   3· Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil (l8d) ein oberer Lenksäulenteil und das andere Teil (34d) ein unterer Lenksäulenteil ist.

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   4. Energieabsorbierendes feil nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil (l8e) mit dem Getriebe eines Kraftwagens verbunden ist und das andere Teil (34e) mit dem Differential des Kraftwagens verbunden ist.

   5 Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung aus einem festen, nichtelastomeren, in radialer Richtung nicht zusammengedruckten, gekrümmten Hrper besteht, der um seine Innenachse gedreht werden kann, um durch abwechseln" de plastische Zugverformung und plastische Druckverformung der gleichen Teile Energie zu absorbieren, die während jedes Zyklus¹ durch die Teile (18, 3h) auf sie Übertragen wird.

   6· Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch wirkende Energieabsorbierungselnrichtung einen Arbeitskäfig (72), einen spiralförmigen Körper (74) und einen Staukäfig (73) umfasst

   7. Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (70) eine veränderliche Breite hat, und daß die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung der mechanischen Energie in einem Haß unterworfen wird, das durch die veränderliche Breite der Kammer gesteuert wird.

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   β. Energieabsorbierendes Tell nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daS die Verbindungsmittel (222-, 246, 25©) »indee tens je eine in axialer Richtung -verlaufende Kasaer {2%6 bzw. 250) an jedem Teil (jhe bzw. iSe) und ein ils wesentlichen kugelförmiges Teil (222) umfassen, das in den Eammra. angeordnet ist.

   9. Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch I₉ dadiareli gekennzeichnet t daß die Verbindungsmittel mindestens oin alssclierbares Teil (223$ umfassen, das das innere Teil*(l8f) Bit üma äuseeren Teil (34f) verbindet.

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