DE2702373A1

DE2702373A1 - Vorrichtung zur absorption von stoessen, insbesondere stossdaempfer fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE2702373A1
Application number: DE19772702373
Authority: DE
Inventors: Christian Casse
Original assignee: Paulstra SNC
Current assignee: Paulstra SNC
Priority date: 1976-01-27
Filing date: 1977-01-21
Publication date: 1977-07-28
Also published as: GB1572736A; FR2339784A1; JPS5293877A; FR2339784B1

Description

A 16 H72
Ä 16 473

Anmelder:

PAULSTRA 0804 76 B

Vorrichtung zur Absorption von Stössen, insbesondere Stoßdämpfer

für Fahrzeuge.

Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zur Aufnahme von Kräften, insbesondere einer Stoßenergie, wobei dieser letztere Ausdruck keine Beschränkung darstellt und insbesondere auch Erschütterungen umfassen kann. Die Erfindung betrifft unter anderen Anwendungen die Stoßdämpfer für Fahrzeuge.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, die Absorptionsmöglichkeiten dieser Vorrichtungen zu steigern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, zu deren Bildung Blocks von Zellen aus einem Elastomer benutzt werden, deren Mantellinien normalerweise den aufzunehmenden Kräften zugewandt sind, ist wesentlich dadurch gekennzeichnet, daß diese Zellen einen Vieleckquerschnitt haben und miteinander zusammenhängen, d.h. gemeinsame Wände haben, wobei die Anordnung bei der Aufnahme von Stößen zunächst elastisch und dann hauptsächlich durch Knickverformung bis zur schließlichen vollständigen Zusammendrückung arbeitet.

Die Aufnahme der Stöße erfolgt daher hauptsächlich durch Knicken. Venn man die Kurve der jederzeit an dem Fahrzeug oder an dem den Stoßdämpfer tragenden Gebilde angreifenden Kräfte in Funktion der Ausschläge des Elastomers zeichnet, besitzt diese Kurve einen Absatz, dessen Fläche der aufgenommenen Stoßenergie entspricht. Während dieses Absatzes bleiben diese Kräfte angenähert konstant. Für eine gegebene (z.B. einer gewissen Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechende) Stoßenergie ist man dann sicher, daß die angreifende Kraft nicht eine gefährliche Grenze übersteigt.

Diese Zellen, welche im wesentlichen offen sind, so daß die Luft aus ihnen bei der durch die Absorption von Energie verur-

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sachten Verformung entweichen kann, haben insbesondere einen Sechs— eckquerschnitt _t was jedoch nur beispielshalber angegeben ist·

Es kann insbesondere ein Netz mit zwei Zellen der Dicke nach in der Richtung der Kraft vorgesehen werden, so dass man abwechselnd bei Fortschreiten in der Längsrichtung senkrecht zu der Kraft abwechselnd zwei nebeneinanderliegende Zellen und hierauf eine mittlere Zelle zwischen zwei halben Zellen und wieder zwei Zellen usw. antrifft.

Die Wände der Zellen können veränderliche Dicken haben, wobei diese Wände eine grossere Dicke in der mittleren Zone haben und in den beiden Nachbarzonen dünner sind.

Der Fachmann kann ausserdem die Form und die Wandstarke oder beliebige andere Faktoren verändern, um die Knickwirkung zu erleichtern und zu verlängern.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht eines mit einem erfindungsgemässen Stossdämpfer versehenen Fahrzeugs.

Fig. 2 und 3 zeigen schematisch in einer waagrechten Projektion bzw. in einer Ansicht auf das Ende ein erfindungsgemässes StossdSmpferelement.

Fig. 4 und 5 zeigen in einer schematischen Schnittansicht zwei aufeinanderfolgende VerformungszustSnde eines Zellen— blocks aus Elastomer der in Fig. 2 dargestellten Art bei einem Stoss

Fig. 6 und 7 sind zwei Arbeitsdiagramme eines derartigen Blocks.

Fig. 8 zeigt schematisch mehrere Ausführungsabwandlungen eines derartigen Blocks zur Veränderung der Eigenschaften bei einer Knickverformung.

Fig. 9 und 10 zeigen in gleicher Darstellung wie Fig. 2 zwei weitere Ausfuhrungsformen eines erfindungsgemässen Zellenblocks

Die erfindungsgemSsse Vorrichtung wird durch eine dreidimensionale Anordnung aus Elastomer gebildet, welche die Form eines Netzes von Zellen 1, 2 hat, deren Mantellinien normalerweise der Richtung der aufzunehmenden KrSfte zugewandt sind, d.h. welche z.B. bei einem Stossdämpfer lotrecht liegen.

Da diese Kräfte im allgemeinen waagrecht liegen, haben diese Zellen Wände, welche nach Befestigung des Stossdampfers oder eines jeden Stossdampfers (z.B. 3, Fig. 1) an dem Fahrgestell des

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Fahrzeugs 4 lotrecht liegen, so daß die Zellen durch hohle Prismea · gebildet werden (Fig. 2, 4, 5).

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, Zellen mit einem waagerechten Querschnitt zu benutzen, welcher wenigstens zwei Reihen in dem Sinn der Tiefe ρ (Fig. 2) besitzt, und zwar derart, daß man bei Betrachtung von in der Querrichtung aufeinanderfolgenden Zonen A, B, A usw. abwechselnd in den Zonen A auf zwei vollständige Zellen 1, hierauf in den Zonen B auf eine vollständige Zelle 1 zwischen zwei halben Zellen 2, hierauf von neuem auf zwei vollständige Zellen und so fort trifft.

Vorne und hinten wird die Anordnung durch eine Stirnwand 5 und eine Rückwand 6 begrenzt, welche ihrerseits an einem an dem Fahrgestell des Fahrzeugs zu befestigenden Halter 7 (oder 7-Fig. 9) befestigt werden kann.

Die Abmessungen der Anordnung, d.h. die Tiefe ρ sowie die Höhe h der Zellen und die Dicke e der Wände werden zweckmäßig entsprechend der zu verwirklichenden Dämpfungskurve und der aufzunehmenden Energie bemessen. Es kann zweckmäßig sein, für die halben Zellen 2 eine kleinere Wandstärke e als für die vollständigen Zellen 1 vorzusehen, wie dies bei e. aus Fig. 2 hervorgeht.

Nachstehend sind nur beispielshalber die Abmessungen angegeben, welche zwei vorne an einem Personenfahrzeug angebrachten Stoßdämpfern gegeben wurden, welche aus einem Elastomer bestanden, z.B. Polyurethan mit einer Shore-Härte D von 50 bis 60, wobei die vorgeschriebene Bedingung darin bestand, daß das Fahrzeug ohne Schaden einen Stoß mit einer Geschwindigkeit von größenordnungsmäasig 8 bis 10 km/h aushalten kann.

Die länge L eines jeden Elements (in dem Fall von zwei Elementen): größenordnungsmäßig 650 mm.

Breite d der Seiten der Zellen: etwa 50 mm

Waagerechte Tiefe ρ des Stoßdämpfers: etwa 180 mm

Höhe h der Zellen: etwa 120 mm

Wandstärke e: etwa 12 mm

Kleinste Wandstärke e,: etwa 8 mm

Wie man sieht, beträgt bei diesem besonderen Beispiel die größte Wandstärke e etwa ein Viertel der Breite der Seiten, was jedoch nur ein Hinweis ist.

Die kleinste Wandstärke e. ist im allgemeinen größen-

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(θ

ordnungsmäßig um 25 bis 50 % kleiner als die größte Wandstärke e.

Diese Abmessungen stellen natürlich keine Beschränkung dar.

Das Arbeiten der so ausgebildeten Stoßdämpfer geht aus den Kurven der Fig. 6 und 7 hervor, in welche als Abszissen 0-X die Ausschläge, d.h. der Verformungshub des Stoßdämpfers, und als Ordinaten die von dem Halter des Stoßdämpfers oder der Stoßdämpfer, d.h. von dem Fahrzeug, aufgenommenen Kräfte eingetragen sind.

Die Absorption eines Stoßes enthält zunächst eine elastische Phase, während welcher die Anordnung ihre allgemeine Zellenform beibehält. Dieser Phase entspricht eine sehr steile Kurve 0-M, welche fast eine Gerade ist. Es ist zweckmäßig, daß diese Kurve dank der besonderen Ausbildung des Zellenblocks eine möglichst große Steilheit hat.

Die eigentliche Verformung dieser ersten Phase ist in Fig. 4 dargestellt, wo man von dem feinen Strich auf den dickeren Strich übergeht.

Nach dieser ersten Phase tritt für heftigere Stöße die in Fig. 5 dargestellte Khickphase auf, d.h. eine Verformung der Anordnung durch Veränderung der Form der Wände der Zellen. Es findet eine Drehung der Knoten um ihre Mantellinien und eine bogenförmige Verformung der Wände statt, wie dies diese Figur zeigt.

Dieser Knickerseheinung entspricht eine Abplattung der Kurve gemäß M-N (Fig. 6 und 7), d.h. das Auftreten eines Absatzes, worauf die Kurve bei N-N₁-P wieder ansteigt.

Der Absatz M-N ist gemäß der Bemessung der Wände der Zellen (Länge, Zahl, Höhe, Dicke, Form) mehr oder weniger veränderlich, und die Erfahrung ermöglicht die Wahl der besten Abmessungen für den gewünschten Zweck. Fig. 6 zeigt einen leicht abwärtsgehenden Absatz, es ist jedoch zweckmäßig, diesen Absatz parallel zu 0-X zu machen, wie in Fig. 7 dargestellt.

Bekanntlich stellt die Oberfläche des Absatzes, d.h. die bei 0-M-N-M, in Fig. 6 straffierte Fläche, die Stoßenergie dar, für welche die auf das Fahrzeug oder das Gebilde wirkende Kraft angenähert konstant bleibt. Je größer diese Fläche ist, umso bedeutendere Stöße kann das Fahrzeug ohne Schaden aufnehmen.

Der schräge Abschnitt M-N (Fig. 6) entspricht nur einem Sonderfall, und man kann es durch die Bemessung der Zellen so

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einrichten, daß er praktisch parallel zu der Achse O-X ist, vie in Fig. 7 bei M-N oder M₁-N₁ sichtbar.

Fig. 8 zeigt sehr schematisch verschiedene Mittel zur Verbesserung der Kurve und zur Vergrößerung der Fläche des Absatzes durch Verstärkung der Khickmöglichkeiten.

Man kann insbesondere die Dicke gewisser Wände verändern, wie bei 13 sichtbar, wo eine von ihnen geschwächt ist, oder ihre Form, wie schematisch bei 14 dargestellt, wo das Knicken begünstigende Wülste vorgesehen sind, oder bei 15, wo man ihnen eine Krümmung gegeben hat, oder auch ihre Schräglage, wie bei 16 in der gleichen Figur sichtbar.

Es ist wohlverstanden, daß diese Figur rein schematisch ist und nur verschiedene Ausführungsformen darstellen soll, welche getrennt benutzt werden können.

In Fig. 9 ist eine konkretere Ausfuhrungsform mit Wulsten 14 dargestellt. Der gesamte Stoßdämpfer ist vorne durch eine metallische Schutzbewehrung 5. geschützt, wobei ein hinterer Halter an dem Fahrzeug bei 7.. vorgesehen ist.

In Fig. 9 sieht man auch Löcher 17 an der Stelle der Knoten der Zellen, welche ihre Verformbarkeit vergrößern.

Durch diese verschiedenen zusätzlichen Mittel, über die man zur Begünstigung des Knickens verfügt, hat man die Möglichkeit, für die von dem Knicken herrührenden Ausschläge einen bedeutenden Bruchteil der Tiefe ρ des Elastomerblocks zu erreichen. So beträgt dieser Ausschlag O-x (Fig. 7) in dem Fall eines Blocks der in Fig. 2 dargestellten Art etwa 0,4 p, während er bis zu 0,6 ρ und mehr bei Benutzung der insbesondere in Fig. 9 dargestellten Art gehen kann. Durch 0-M-N-P ist die Kurve dargestellt, die mit einem einfachen Block der in Fig. 2 dargestellten Art erhalten würde, wobei diese Kurve mit dem Block der Fig. 9 oder einem ähnlich behandelten Block durch 0-M₁-N₁-P₁ dargestellt würde.

Es ist zu bemerken, daß die Sechseckform keineswegs unerläßlich ist, wie dies die AusführungsabWandlung der Fig. 10 zeigt, bei welcher der Querschnitt fünfeckig ist, wobei gewisse Scheitel der Fünfecke auf den Basen 5 und 7 angeordnet sind.

Ferner ist noch zu bemerken, daß die Zellen an ihren Enden offen sind, so daß die Luft bei der Verformung nicht zusammengedrückt wird. Dies verhindert jedoch nicht, Wände aus einem

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Elastomer oder einem anderen Werkstoff vorzusehen, welche die Zellen an den Enden wenigstens teilweise schließen. Eine teilweise Verdichtung der Luft in den Zellen ist übrigens nicht ausgeschlossen.

Ferner ist es noch wohlverstanden, daß die Zellen, anstatt senkrecht zu der Länge der Vorrichtung zu liegen, d.h. lotrecht bei der Anwendung auf Stoßdämpfer, sich in der Längsrichtung erstrecken können, d.h. bei dieser Anwendung waagerecht, oder auch schräg.

Die oben erwähnte Anwendung auf Stoßdämpfer ist am interessantesten, da sie gestattet, die ganze Stoßenergie mit einem verhältnismäßig geringen Volumen bei Stoßen mit geringer Geschwindigkeit und einer bestimmten aufgenommenen größten Kraft ohne irgendeinen Schaden für das Fahrzeug aufzunehmen.

Diese Anwendung stellt jedoch keine Beschränkung dar, und es ist eine große Zahl von anderen möglich.

Die erfindungsgemäßen Dämpfervorrichtungen finden insbesondere eine interessante Anwendung in allen Fällen, wo es sich darum handelt, nicht nur Stoßenergien, sondern auch Erschütterungen aufzunehmen.

Die dem Kurvenabschnitt 0-M entsprechende Phase der elastischen Absorption ermöglicht nämlich die bequeme Absorption von Erschütterungskräften.

Eine interessante Anwendung in dieser Hinsicht besteht darin, die erfindungsgeraäßen Vorrichtungen die Aufgabe von zwischen dem Gestell 8 eines Fahrzeugs und einem Container oder einer anderen von diesem Gestell getragenen Last angeordneten Unterlagen erfüllen zu lassen. In der ersten elastischen Phase (Kurve 0-M) nehmen nämlich diese Unterlagen alle Erschütterungserscheinungen auf. In der zweiten und gegebenenfalls zu Beginn der dritten Phase ermöglichen sie die Dämpfung der Stöße beim plötzlichen Anhalten oder bei beliebigen anderen Ursachen.

Die Dämpfer können auch als Unterlagen für Motoren oder andere Maschinen benutzt werden, insbesondere für Schiffsmotoren, oder als Abfederungsvorrichtungen für Fahrzeuge oder andere Maschinen dienen.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen besitzen gegenüber den bereits bekannten zahlreiche Vorteile, insbesondere folgende:

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- Möglichkeit, bei einem bestimmten Platzbedarf die Absorption einer größten Energie zu gewährleisten;

- Möglichkeit zahlreicher Anwendungen;

- Möglichkeit der Absorption nicht nur von Stößen, sondern auch von Erschütterungen;

- und Möglichkeit, eine verhältnismäßig einfache Herstellung zu erlauben.

Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So können insbesondere die beiden in Fig. 1 dargestellten Stoßdämpfer durch einen einzigen, sich über die ganze Breite des Fahrzeugs erstreckenden Stoßdämpfer ersetzt werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

(1 .)> Vorrichtung zur Absorption der Stoßkräfte oder dgl., z.B. Stoßdämpfer für Fahrzeuge, Mit Hilfe einer Anordnung von Zellen aus einem Elastomer, deren Mantellinien senkrecht zu den aufzunehmenden Kräften liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1, 2) einen Vieleckquerschnitt haben und miteinander zusammenhängen, d.h. gemeinsame Wände haben, wobei die Anordnung bei der Aufnahme der Stöße zunächst elastisch, dann durch Khickverformung und schließlich durch Abplattung und ZusammendrUckung arbeitet.

2. Einen Stoßdämpfer für Fahrzeuge bildende Vorrichtung mit Zellen, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie so bemessen ist, daß die Kurve der Änderung der von dem durch die Vorrichtung geschützten Gebilde aufgenommenen Kraft in Funktion des Ausschlags dieser Vorrichtung zunächst einen einer ersten elastischen Phase entsprechenden etwa geradlinigen schrägen Abschnitt (0-M), hierauf ein dem Knicken der Wände entsprechenden Absatz (M-N) und schließlich einen Abschnitt (N-N.-P) aufweist, welcher schnell aufwärts geht und einer etwaigen Zusammendrtlckphase der Anordnung aus Elastomer entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, insbesondere für Stoßdämpfer für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1, 2) lotrecht liegen, d.h. quer zu der Länge der Vorrichtung.

4· Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1, 2) in der Längsrichtung der Vorrichtung liegen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1, 2) Sechseckquerschnitt haben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an gewissen Wänden der Zellen Mittel (14» 15» 16» 17) zur Begünstigung ihrer Khickverformung vorgesehen sind.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» insbesondere mit sechseckigen Zellen, dadurch gekennzeichnet» daß die Wandstärke größenordnungsmäßig ein Viertel der Breite der SeI-

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ten des Querschnitts der Zellen beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 6 und 7, insbesondere mit sechseckigen Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine Serie von vollständigen Zellen (1) und wenigstens seitlich halbe Zellen (2) aufweist, und daß die Wandstärke (e.) der letzteren gegenüber der Wandstärke (e) der vollständigen Zellen (1) verringert ist, um ihre Knickung zu erleichtern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenverringerung größenordnungsmäßig 25 bis 50 i» beträgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (M-N) der Kurve der dem Knicken der Zellen entsprechenden Kräfte 60 % der Gesamttiefe des Zellenblocke erreicht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erleichterung des Knickens an gewissen Wänden das Knicken einleitende Wülste (14) umfassen.

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