DE2642697A1 - Energiedaempfer - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Energiedämpfer und insbesondere Energiedämpfer,
die verwendet uierden können, um die Zug- oder Druckkräfte in einer
Konstruktion zu kontrollieren.
Es ist oft erwünscht, eine starre Konstruktion so auszulegen, daß, wenn sie
starken Druck- oder Zuglasten ausgesetzt ist, sie allmählich nachgibt. Dieses
Merkmal eines allmählichen Nachgebens gilt besonders bei Konstruktionen, in
denen es sich um ein Beförderungsmittel uie ein Kraftfahrzeug, ein Eisenbahnwaggon
oder ein Flugzeug handelt, die im Fall eines Unfalls hohen Belastungen
unterworfen sind. Um wirksam zu sein, müssen diese Mechanismen nachgeben,
wenn vorgegebene Kräfte auf ihnen lasten, und sie sollten gegenüber Umwelt-
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einflüssen, die bei solchen Beförderungseinrichtungen im allgemeinen auftreten
(beispielsuieise starke Schwingungen, Witterung usw.), unempfindlich sein,
In vielen Situationen und insbesondere dort, wo eine Rückprallkraft auftreten
kann, ist es wichtig, daß der Dämpfer sowohl Zug- als auch Drucklasten
aufnehmen kann.
Man hat in der Vergangenheit eine Uielzahl von Mechanismen als Energiedämpfer
eingesetzt. Einige von ihnen - wie die Scherbalzen in den Hupplungen von Eisenbahntüaggons
- sind verhältnismäßig billig und Witterungsunempfindlich und
können darauf ausgelegt werden, bei einer bestimmten Last zu brechen; sie bieten jedoch keine kontinuierliche Ansprech-Hubkraft ("stroking force").
Diejenigen Mechanismen, die dazu ausgelegt waren, eine Hubwirkung auszuüben,
wie hydraulische Stoßdämpfer, Schwungräder ("inerta reela'.1), sowie auch Biegsdrahtdämpfer
waren üblicherweise teuer und kompliziert und auch nicht zuverlässig und besonders empfindlich gegenüber der Witterung, Alterung und
Schwingungen. Die Dämpfer nach dem Stand der Technik führten oft ihre Arbeitshübe nicht aus, wenn die Nennlast aufgebracht wurde, sondern gaben unerwünscht
über einen breiten Bereich von Kräften unmittelbar nach, trotz einer mühsamen
und teuren Herstellung. Die meisten Dämpfer nach dem Stand der Technik
waren daraufhin konstruiert, auf Zug- oder Drucklasten anzusprechen, nicht
aber auf beide.
Folglich ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen lastbegrenzenden
Dämpfer anzugeben, der sich wirtschaftlich und leicht herstellen und so
konstruieren läßt, daß er den Hub ausführt, wenn Zug- oder Drucklasten oberhalb
eines bestimmten Grenzwerts aufgebracht werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft einen Energiedämpfer mit einem äußeren,
einen Hohlraum bildenden Gehäuse mit einem ersten Ende, das an eine Konstruktion
montiert uierden kann, und einem zweiten Ende, das zum Einsetzen eines
inneren Gehäuses offen liegt, mit einem einen Hohlraum bildenden inneren Gehäuse,
das ein erstes Ende, das an eine Konstruktion angebracht werden kann,
und ein zweites Ende aufmeist, das gleitend verschiebbar in den Hohlraum des
äußeren Gehäuses eingesetzt werden kann, wobei das innere Gehäuse einen Längsschlitz
aufweist, der eine Uerbindunr vom Hohlraum des inneren Gehäuses zur
Wandung des äußeren Gehäuses zuläßt, mit einem Draht der in Längsrichtung
durch den Hohlraum des inneren Gehäuses verläuft und fest am ersten und zweiten
Ende des inneren Gehäuses angebracht ist, mit einer Drahtbiegeeinrichtung
im Hohlraum des inneren Gehäuses, die betrieblich in Eingriff mit dem Draht steht, mit einer Verbindungseinrichtung, die die Drahtbiegeeinrichtung fest
am äußeren Gehäuse anbringt und durch den Längsschlitz im inneren Gehäuse verläuft,
wobei, wenn das innere und das äußere Gehäuse sich unter auf die Befestigungsenden
der Gehäuse aufgebrachter Zug- oder Drucklast relativ zueinander
bewegen, Energie unter Biegen des Drahtes verbraucht wird.
Die Besonderheiten der Erfindung sollen nun ausführlich unter Bezug auf diee ■
Zeichnungen beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Energiedämpfers in einem Personensitz
eines Militärfahrzeugs;
Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung der Drahtbiegeeinrichtung mit dem Draht;
Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Biegedraht-Energiedämpfers mit einer
Draufsicht der Drahtbiegeanordnung,· ;
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Fig. k ist eine Schnittdarstellung des Biegedraht-Energiedämpfers mit einer
Seitenansicht der Drahtbiege-Rallenanordnung;
Fig. 5 ist eine schematisierte Darstellungder Ausrichtung der Auflageflächen
der Drahtbiegeanordnung;
Fig. 6 ist eine schematisierte Darstellung der Ausrichtung der Lagerflächen
Der Drahtbiege-Rallenanordnung;
Fig. 7 zeigt die Hraft-Hub-Hennlinie des Biegedrahtdämpfers nach der vorliegenden
Offenbarung; und
Fig. S zeigt die Hraft-Hub-Kennlinie des Dämpfers nach dem Stand der Technik.
Der hier offenbarte Energiedämpfer läßt sich als Konstruktionselement unter
geldähnlichen Lastbedingungen einsetzen, übt aber bei einer vorbestimmten
Last seinen Arbeitshub aus.
Ein Beispiel für die Anbringung eines derartigen Energiedämpfers in einer
Konstruktion ist in der Fig. 1 gezeigt. üJie dargestellt, besteht die Konstruktion
aus einem Teil eines Sitzes für Militärflugzeuge, -lastwagen und
dergleichen ("troop seat"); es ist jedoch einzusehen, daß ein derartiger
Energiedämpfer eine Vielzahl andere Anwendungen findet. Beispiele sind Bruchlastdämpfer
für die Kupplungen von Eisenbahnuaggons, Kollisionsdämpfer in
Kfz-StoSstangen und dergleichen. Die bevorzugte Ausführungsform läßt sich
über einen breiten Bereich von Nennlastgrenzen und überall dort einsetzen,
ωό eine Konstruktion allmählich nachgeben soll, uienn seie einer Last ausgesetzt
wird. Die Tatsache, daß diese neuartige Dämpfungseinrichtung auf so-
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uichl Zug- als auch Drucklasten anspricht, macht eis besonders geeignet für
Fälle, in denen eine Rückprallkraft auftritt.
Wie in der Fig. 1 dargestellt, bildet die Energiedämpfanordnung 1oo normalerweise
einen starren Teil der Sitzkonstruktion. Der Energiedämpfer 1oo ist
fest an der SitzkonstruktiDn an den Punkten A und B festgelegt.
Unter normalen Bedingungen trägt die Basis des Sitzes 2oo das Gewicht der auf
dem Sitz sitzenden Person; infolgedessen wird der Energiedämpfer 1oo mit einer
Last beaufschlagt. Der Energiedämpfer ist so konstruiert, daß er unter diesen
Lastbedingungen starr bleibt. Falls der Sitz mit einer starren vorübergehenden dynamischen Last beaufschlagt wird (beispielsweise bei einer Notlandung,
bei der die Beschleunigungskräfte die auf dem Sitz lastende wirksame Kraft
(L) erheblich erhöhen), bewegt der Dämpfer sich teleskopartig in Richtung der
Linie F. Diese axiale Bewegung ist als "Hub" bekannt.
Die Hubeigenschaften dieses Energiedämpfers sollen unten ausführlich behandelt
werden. Wie ersichtlich, ist es der Zweck dieser Hubwirkung, hohe dynamische
Lastspitzen auszufiltern, indem man sie zeitlich dehnt. Die Hubwirkung
zeigt sich als Reaktion auf sowohl Zug- als auch Drucklasten.
Der Aufbau des Energiedämpfers läßt sich am besten unter Bezug auf die Fig. 3
und h verstehen. Wie in der Fig. 3 gezeigt, sind die Gehäuse 11o und 12a gleitend
verschiebbar ineinandergesetzt, so daß sie unter anliegender Last axial
teleskopartig sich gegeneinander verschieben können.
Ein Draht 13o ist an jedem Ende das inneren Gehäuses 12o befestigt. Folglich
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ist der Draht 13o im inneren Hohlraum des Gehäuses 12o aufgehängt. üJie in der
Fig. 3 gezeigt, ist eine Methode, den Draht festzulegen, ihn zu einer U-förmigen
Schleife wie eine Haarnadel zu biegen und durch die Öffnungen 121 und 122 in einem Ende des inneren Gehäuses 12a zu führen. Die beiden Enden des
Drahts 13a sind an einem Stutzen 123 im anderen Ende des Gehäuses 12d festgelegt,
wie dargestellt. Es ist einzusehen, daß hier viele Alternativen für
die Befestigung des Drahtes 13a im Gehäuse 12o möglich sind - beispielsweise durch Schweißen, Binden und dergleichen.
Die Drahtbiegeanordnung 2αα steht in Eingriff mit dem Draht 13a, wie es die
Fig. 3 und k zeigen. Die Laufrollenanordnung 2αα besteht aus den zwei Seitenplatten
22d und den drei Rollen 231, 232 und 233, die zwischen den beiden Seitenplatten 22o liegen. Der Draht 13a ist um die Rollen 231, 232 und 233
derart herumgeführt, daß die Laufanordnung bei einer Bewegung entlang des
Drahtes den Draht biegt. Die den Draht biegende Laufanordnung 22a ist mittels
eines Stiftes 21o an der äußeren Gehäuseanardnung 11a festgelegt. Der
Stift 21a verläuft durch Längsschlitze in der inneren Gehäuseanordnung 12o.
Diese - nicht gezeigten - Längsschlitze sind lang genug, daß das innere und
das äußere Gehäuse ihren Wennhub ausführen können.
Wenn das innere Gehäuse 12a und das äußere Gehäuse 11o sich teleskopartig
gegeneinander bewegen, biegt die Anordnung 2oa den Draht und verbraucht dabei
Energie. Die Höhe der Piraft, die erforderlich ist, damit die beiden Gehäuse
teleskopartig sich gegeneinander zu bewegen beginnen, ist ein Konstruktiansfaktor,
der von mehreren Einflußgrößen abhängt. Die Dicke und das Material
des Drahtes 13o lassen sich natürlich den unterschiedlichen Lastanforderungen
anpassen. Die Anzahl der Drähte im inneren Gehäuse sowie auch die
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Anzahl der am Draht anliegenden Rollen lassen sich ebenfalls variieren. Weiterhin
kann man auch die Ausrichtung der Rollen, die zum Biegen des Drahts
eingesetzt werden, ändern, um eine gewünschte Hublast zu erreichen. Diese
letztere Änderung ist besonders geeignet für eine Feinabstimmung des Dämpfers
auf eine gewünschte Nennlast.
Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene Ausrichtungen der Rollen 231, 232 und 233
des Drahtbiegewagens 2oo. In der Fig. 5 wird der Draht 13a um einen Winkel
B gebogen, während er um die Rollen 231 und 232 läuft. In der Fig. 6 wird
der Draht 13o während er um die Rollen 231 und 232 läuft, um den Winkele* gebogen,
der kleiner ist als der Winkelß. Da der Draht in der Fig. 6 um einen
kleineren Winkel gebogen wird als in Fig. 5, ist auch die im Beispiel der
Fig. 6 bei der Bewegung des LaufWagens auf dem Draht 13o verbrauchte Energie
geringer als im Beispiel der Fig. 5.
Es ist verhältnismäßig leicht, die von dem Energiedämpfer aufgebrachte Hubkraft zu ändern, indem man die Achsen der Rollen in der Laufanordnung entsprechend
anordnet. In vielen Situationen ist es erwünscht, einen Energiedämpfer herzustellen, dessen Hub bei genau einer bestimmten Last stattfindet. Die
Wahl des Drahtes 13a, der in dem Energiedämpfer verwendet werden sail, bestimmt
den möglichen Gesamtbereich der zu dämpfenden Hublasten. Sind diese
Wahlen getroffen, läßt sich ein Prototyp herstellen, bei dem die Rallen, wie
in Fig. 5 gezeigt, so ausgerichtet sind, daß der Draht unter einen großen Winkel gebogen wird und man daher eine größers als die gewünschte Dämpfungskraft erhält. Durch Versuche kann man dann den Schlitz in den Platten 22a,
durch die der Haltestift 21o so ragt, daß die Rolle 232 sich relativ zu den
anderen Rollen bewegt, allmählich verlängern. Hat man die gewünschte Hubkraft für den Energiedämpfer erreicht, ist auch die richtige Orientierung der RaI-
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len 231, 232 und 233 erreicht. Man kann dann sehr billig jede gewünschte Anzahl
der Energiedämpfer mit dieser Hubkraft herstellen, ohne daß jeder Dämpfer
einzeln ausgemessen werden muß, wie es nach dem Stand der Technik erforderlich
war.
Die Fig. 7 zeigt die Kraft-Hub-Kennlinien des neuartigen Biegedraht-Energiedärnpfers
nach der vorliegenden Erfindung. Die drei als "Erster l/ersuch" bezeichneten
Kurven zeigen, daß der Dämpfer eine sehr konstante Hubkraft über
einen erheblichen Hubbereich bietet. Hier ist die aus einer Zuglast resultierende
Kraft bei den verschiedenen Lastspielen sehr genau gleich, während die
Reaktion auf Drucklasten zwar schwächer, aber auch sehr konstant ist.
Die als "Zweiter Versuch" bezeichneten Kurven in Fig- 7 zeigen die Ergebnisse
von l/ersuchen am gleichen Dämpfer, nachdem die Orientierung der Rollen dahingehend
geändert worden war, den Draht stärker zu biegen. Diese Kurven, die
beide für die Reaktion auf eine Zugkraft gelten, zeigen, daß der Energiedämpfer
sich sehr genau auf eine bestimmte Hubkraft konstruieren läßt und es möglich
ist, den Dämpfer auf die gewünschte Hubkraft feinabzustimmen.
Die Fig. B ist ein Diagramm der Kraft-Hub-Kennlinien eines Dämpfers nach dem
Stand der Technik. Die Liierte gelten for eine Aluminiumstrebe, die mit einem
Torusdraht ("torus wire") aus nichtrostendem Stahl gedämpft wurde.
Die Kurven 1 bis 7 in der Fig. 8 zeigen die Ergebnisse von sieben gleichen
Dämpfern, die auf eine Ansprechlast von 617 kg (136o lbs) eingestellt waren.
Lüie sich aus der Schwankung des Ansprechpunkts der Dämpfer und den ungleichmäßigen
Kraft-Hub-Kennlinien zeigt, war keiner von ihnen zufriedenstellend.
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Diese Daten werden hier als Beispiel gebracht, um zu zeigen, daß der hier offenbarte
neuartige Dämpfer eins erhebliche Verbesserung bringt.
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Leerseite
Claims (1)
- Patentansprüche1.) Energiedämpfer, gekennzeichnet durch eineinen Hohlraum bildendes äußeres Gehäuse, mit einem ersten, an einer Konstruktion festlegbaren Ende und Einem zweiten, zum Einsetzen eines inneren Gehäuses offenen Ende, ein einen Hohlraum bildendes innere Gehäuse mit einem an einer Konstruktion festlegbaren ersten Ende, einem in den Hohlraum des äusseren Gehäuses gleitend verschiebbar einsetzbaren zweiten Ende und einem Längsschlitz, um eine Uerbindung zwischen dem Hohlraum des inneren Gehäuses zur Wandung des äußeren Gehäuses herzustellen, durch einen in Längsrichtung durch den Hohlraum des inneren Gehäuses verlaufenden Draht, der am ersten und zweiten Ende des inneren Gehäuses festgelegt ist, durch eine in den Hohlraum ' des inneren Gehäuses befindliche und betrieblich in Eingriff mit dem Draht |stehende Drahtbiegeeinrichtung und durch eine Uerbindungseinrichtung, die die ! Drahtbiegeeinrichtung fest mit dem äußeren Gehäuse verbindet, wobei die Uerbindungseinrichtung durch den Schlitz im inneren Gehäuse verläuft und bei einer Bewegung des inneren relativ zum äußeren Gehäuse unter einer auf die Befestigungsenden der Gehäuse aufgebrachten Zug- oder Druckkraft Energie beim Biegen des Drahtes verbraucht wird.2642897- vr-2. Energiedämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtbiegeeinrichtung zuei auf gegenüberliegenden Seiten des Drahtes liegende Seitenplatten und mindestens zwei rechtwinklig zu den Seitenplatten verlaufende und fest an den Seitenplatten angebrachte Auflagerflächen aufmeist, die sa mit dem Draht in Eingriff stehen, daß der Draht beim Lauf über die Auflagerflächen unter Führung durch die Seitenflächen gebogen ujird.3. Energiedämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Auflagerflächen am Stäbe handelt.k, Energiedämpfer nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß die Drahtbiegeeinrichtung zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Drahtes liegende Seitenplatten, zwei die beiden Seitenplatten fest miteinander verbindende Achsen souie auf jeder der Achsen eine Rolle aufweist, die betrieblich in Eingriff mit dem Draht stehen, sd daß der Draht beim Lauf über die Rollen unter Führung durch die Seitenplatten gebogen mird.5. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere und das äußere Gehäuse rohrförmig sind.6. Energiedänpfer, wie er im uesentliehen hier unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben ist.709813/0348
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