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Be schreibun, zu der Patentanmeldung Pneumatik-Stoßstange Die Erfindung
betrifft eine Pneumatik-Stoßstange mit einem Verbindungselement, das gegenüber einer
mit diesem abdichtend verbundenen biegsamen, Gas enthaltenden Hülle starr ausgebildet
ist.
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Die typische Stoßstange, beispielsweise eine Automobil-Stoßstange,
dient von der Konstruktion her hauptsächlich dem gefälligen Aussehen des Fahrzeuges
und erst in zweiter Linie zum Schutz des Fahrzeuges gegen mechanische Beschädigungen
und der Fahrzeuginsassen gegen vermeidbare Verletzungen. Die typische Stoßstange
ist sehr starr ausgebildet und fördert daher bei einer Fahrzeugkollision die weitgehende
Beschädigung der Stoßstange und des Fahrzeuges. Es sind biegsame bzw. nachgiebige
Stoßstangen bekannt, die Stoßkräfte besser aufnehmen
und daher für
Fahrzeug und Fahrzeuginsassen wie ein federndes Kissen bzw. Polster wirken. Einige
derartiger bekannter Stoßstangen sind mit federnden Verbindungselementen ausgestattet,
während bei anderen der Hauptkörper der Stoßstange biegsam bzw. nachgiebig ausgebildet
ist. Repräsentative Beispiele herkömmlicher Stoßstangen sind in den US-Patentschriften
2 089 500, 2 236 507, 2 731 289, 2 731 290, 2 890 904, 2 829 915 und 3 432 200 beschrieben.
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Eine der Schwierigkeiten bei gasgefüllte Stoßstangenkörper aufweisenden
herkömmlichen Stoßstangen liegt darin, daß das in den Stoßstangenkörper gefüllte
Gas bei Stoßbeanspruchung häufig einen Bruch des Stoßstangenkörpers verursacht und
damit eine Reparatur erforderlich macht.
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Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Stoßstangen ist darin zu sehen,
daß die zur Aufnahme der Hülle verwendeten verhältnismäßig scharfkantigen Bauteile
bei sehr kräftiger Stoßbeanspruchung die Hülle aufschneiden können.
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Herkömmlich ausgebildete Stoßstangen sind außerdem insofern nachteilig,
als die Stoßstange eines Fahrzeuges bei einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug
dazu neigt, über oder unter oder an der Stoßstange des anderen Fahrzeuges entlang
zu gleiten und dadurch die Karosserie des Fahrzeuges, beispielsweise dLe Eühlerverkleidung,
die Kotflügel oder den Kofferraumdeckel zu beschädigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einfachen Mitteln
wirtschaftlich herstellbare Stoßstange für Fahrzeuge zu schaffen, die den beschriebenen
Zwecken in besonders zuverlässiger Weise entspricht.
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Die Erfindung sieht eine Pneumatik-Stoßstange vor, die infolge ihres
Aufbaues unter Verwendung verbesserter Bauteile die
Stoß- bzw. Aufprallenergie
in besserer Weise dämpft und dadurch die Gefahr des Bruches der Stoßstange verringert.
Des weiteren soll eine Pneumatik-Stoßstange auch bei starkem Aufprall in hohem Maße
gegen Beschädigung der Hülle geschützt sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Stoßstange vor,
die eine mit Gas gefüllte federnde und unter Druck stehende Hülle aufweist, die
so unterteilt ist, daß bei einem Aufprall der Stoßstange an einem äußeren Hindernis
nicht alle Teilkammern an dem Aufprall beteiligt sind, so daß die verbleibenden
Kammern zur Aufnahme des aus den erstgenannten Kammern infolge der von diesen aufgenommenen
Aufprallenergie entweichenden Gases zur Verfügung stehen.
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Eine erfindungsgemäß ausgebildete Pneumatik-Stoßstange der eingangs
erwähnten Art zeichnet sich dadurch aus, daß. die Hülle durch Einrichtungen in Gas
enthaltende Kammern unterteilt ist und daß diese Einrichtungen normalerweise einen
Gasübergang verhindern, jedoch bei Stoß- bzw. Schlagbeanspruchung der Hülle Gasübergang
aus einer der Kammern in eine andere zulassen.
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Die Erfindung schlägt eine mit Luft gefüllte Stoßstange vor, die bei
Stoß- bzw. Aufprallbeanspruchung nur eine geringe Neigung zu Bruch aufweist. Die
erfindungsgemäß ausgebildete Stoßstange besitzt separate Pneumatik-Stoßdämpferkammern,
die durch Trennwände voneinander getrennt sind, welche einen Übergang von Luft aus
einer Pneumatik-Kammer in eine andere zulassen. Ein auf eine einzelne Kammer gerichteter
Stoß führt daher zum Übergang von Luft aus der beaufschlagten zu benachbarten Kammern,
wodurch ein Bruch des Stoßstangenhauptkörpers durch die zusammengepreßte Luft verhinderbar
ist.
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Ein weiterer Vorteil einer nach der Erfindung ausgebildeten Stoßstange
liegt darin, daß alles vermieden ist, was bei sehr starker Stoßbeanspruchung ein
Auf- bzw. Zerschneiden der Hülle hervorrufen könnte.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Stoßstange ist mit Vorteil mit einer
Profilfläche versehen, an der pyramidenähnlich geformte Gebilde ausragen, die eine
Gleitbewegung verhindern.
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Erfindungsgemäß ist ein Pneumatik-Stoßstangensystem vorgesehen, bei
dem Luft bzw. ein anderes Gas unter etwas größerem als atmosphärischem Druck in
einer hermetisch abgedichteten, federnden Hülle enthalten ist, die im Innern in
eine Vielzahl von Kammern unterteilt ist. Diese Kammern sind so aufgebaut und angeordnet,
daß sie nach den Umständen erste Stoßdämpfer-Kammern und nach den Umständen zweite
Kammern bilden, in die beim Zusammenstoß zwischen der Stoßstange und einem äußeren
Hindernis die aus den ersten Kammern herausgedrängte Luft hineingedrückt wird. Die
zum Übergang der Luft aus der einen in eine andere Kammer erforderliche Energie
wird durch den Zusammenprall erzeugt und kann sich infolge dieses Luftübergangs
entspannen, so daß sie, ohne Schaden anzurichten, vernichtbar ist. Sind an dem Zusammenprall
einander benachbarte Kammern in gleichem Umfang beteiligt, so kann der Druck dennoch
infolge der dynamischen Prallenergie aus einer Kammer in eine andere, und von dort
in eine bzw.
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mehrere weiter entfernt liegende Kammern mit geringerem Druck übergehen,
so daß die eingeschlossene Atmosphäre in Bereiche geringeren Druckes verdrängt wird,
bis annähernd ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
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Bei einer mit einem Räderfahrzeug verbundenen Stoßstange nach der
Erfindung ist eiremit überwiegender Längserstreckung ausgebildete Platte vorgesehen,
die sich in waagerecht er Richtung über die Breite des Fahrzeuges ausdehnt und mit
Hilfe
von Trägern mit dem Fahrzeug verbunden ist und eine biegsame
bzw. nachgiebige Gashülle aufweist, die an der Platte abdichtend anschließt und
sich zusammen mit der Platte in waagerechter Richtung erstreckt. Diese Hülle weist
eine Vielzahl von Gaskammern auf, wobei das in jeder Kammer enthaltene Gas von der
einen auf die anderen Kammern übergehen kann.
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Diese Kammern sind durch eine Vielzahl im Innern der Hülle angeordneter
Trennwände gegeneinander abgegrenzt.
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Die Erfindung sieht weiterhin an einer Fahrzeug-Stoßstange ein Sperr-
bzw. Fangprofil vor, das sich aus einer Vielzahl in Form und Größe miteinander identischer
Gebilde zusammensetzt, von denen jedes im wesentlichen pyramidenähnlich geformt
ist und von der Stoßstange in versetzt angeordneten Reihen in waagerechter Richtung
nach außen ausragt.
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Bei einer Pneumatik-Stoßstange nach der Erfindung ist eine in waagerecht
er Richtung sich erstreckende Verbindungsplatte vorgesehen, die mit einem Fahrzeug
verbindbar ist und an der mit waagerechter Erstreckung eine mit Gas gefüllte, biegsame
bzw. nachgiebige Hülle angeschlossen ist. Diese Hülle umschließt Gaskammern, die
durch im Innern der Hülle angeordnete Trenneinrichtungen gegeneinander abgegrenzt
sind. Diese Trenneinrichtungen lassen Gasübergang von einer der Kammern zu einer
anderen zu.
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In Weiterbildung der Erfindung sind vorgesehen: (1) eine Hülle zu
einer Pneumatik-Stoßstange mit einem biegsamen bzw.
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nachgiebigen Körper und mit diesem verbundenen Wänden, welche die
Hülle in Kammern unterteilen; (2) eine Stützplatte zu einer Pneumatik-Fahrzeugstoßstange
in starrer Ausbildung und überwiegender längserstreckung und mit einer ohne scharfe
Ränder oder Ecken ausgebildeten Außenkante, die zum Verbinden der Hülle mit der
Stützplatte an einer Pneumatikhülle angreift; (3) eine Verbindungsplatte zu einer
Pneumatik-Fahrzeugstoßstange
mit einem starren, mit überwiegender
Längserstreckung ausgebildeten Element, an dem in Längsrichtung sich erstreckende
Rippen geformt sind, sowie mit einer ohne scharfe Ränder oder Ecken ausgebildeten
Außenkante, die an einer Pneumatikhülle angreift, und (4) ein Stoßstangenrahmen
zur Verbindung einer Pneumatik-Stoßdämpferhülle mit einem Fahrzeug, mit einer mit
überwiegender Längsausdehnung und verrippt ausgeführten ersten Platte, einer Stützplatte,
welche in formschlüssiger Verbindung an die erste Platte anschließt, und mit Befestigungselementen,
die so einstellbar sind, daß sie zur Herstellung einer luftundurchlässigen Abdichtung
zwischen einer Hülle und dem Rahmen die genannten Platten gegeneinander bewegen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer
Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines mit einer Stoßstange nach der Erfindung ausgerüsteten
Fahrzeuges, Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie 2-2 in
Fig. 1 und mit Blickrichtung entsprechend den eingezeichneten Pfeilen, Fig. 3 einen
Schnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie 3-3 in Fig. 1 und mit Blickrichtung
entsprechend den eingezeichneten Pfeilen, Fig. 4 eine Ansicht in vergrößertem Maßstab
der in Fig. 2 durch einen Kreis 4 bezeichneten Einzelheit, Fig. 5 eine ähnliche
Ansicht wie Fig. 2, jedoch in verkleinertem Maßstab, mit Darstellung der Verhältnisse
beim Zusammenprall der Stoßstange mit einem Gegenstand,
Fig. 6 eine
Ansicht in vergrößertem Maßstab und mit Blickrichtung entsprechend den in Fig. 2
eingezeichneten Pfeilen 6-6 eines Teils des Sperr- bzw. Fangprofils, Fig. 7 einen
Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6 und mit Blickrichtung entsprechend den eingezeichneten
Pfeilen, Fig. 8 einen Teilschnitt von zwei mit erfindungsgemäßen Sperr- bzw. Fangprofilen
ausgestatteten Stoßstangen, der die beiden identisch ausgebildeten Profile im engen
gegenseitigen Eingriff zeigt, Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 6 in vergrößertem
Maßstab einer abgewandelten Ausführungsform des Sperr-bzw. Fangprofils, Fig. 10
einen Schnitt längs der Linie 10-10 in Fig. 9 und mit Blickrichtung entsprechend
den eingezeichneten Pfeilen, Fig. 11 eine Vorderansicht einer Stoßstange in der
bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, Fig. 12 einen Schnitt längs der
Linie 12-12 in Fig. 11 mit Blickrichtung entsprechend den eingezeichneten Pfeilen,
Fig. 13 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie 13-13 in Fig. 11 und
mit Blickrichtung entsprechend den eingezeichneten Pfeilen, Fig. 14 eine Ansicht
in vergrößertem Maßstab der in Fig. 12 durch einen Kreis 14 bezeichneten Einzelheit,
Fig.
15 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab eines Endabschnittes einer Teil einer
Stoßstange entsprechend Fig. 11 bis 14 bildenden Verbindungsplatte, Fig. 16 einen
Schnitt längs der Linie 16-16 in Fig. 15 und mit Blickrichtung entsprechend den
eingezeichneten Pfeilen, Fig. 17 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab eines
Endstückes einer Teil der Stoßstange entsprechend Fig. 11 bis 14 bildenden Stützplatte,
Fig. 18 einen Schnitt längs der Linie 18-18 in Fig. 17 und mit Blickrichtung entsprechend
den eingezeichneten Pfeilen und Fig. 19 eine Ansicht ähnlich Fig. 12 mit einer Darstellung
der Anordnung der bei den Versuchen verwendeten Druck-Meßwertwandlern.
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Zum besseren Verständnis des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens
sei nun auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung verwiesen,
die unter Zuhilfenahme besonderer Bezeichnungen beschrieben werden. Es versteht
sich jedoch, daß dadurch keinerlei Einschränkung des Erfindungsgedankens bewirkt
wird.
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Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 20, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, mit
dem herkömmliche Räder 21 und eine nach der Erfindung ausgebildete Stoßstange 22
verbunden sind. Die Verbindung zwischen der Stoßstange 22 (Fig. 2,3) und dem Fahrzeug
20 ist durch Träger 28 hergestellt, die an mit einer verrippten Verbindungsplatte
26 verbundenen Platten 27 gehaltert sind. Die in der Zeichnung dargestellte Stoßstange
weist die typische, nach hinten herumgezogene Ausbildung auf.
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Die Erfindung ist jedoch auch bei Stoßstangen beliebiger anderer Bauarten
anwendbar. Die Stoßstange 22 weist eine biegsame bzw. nachgiebige Hülle 37 auf,
die an einer Rippenplatte 26 und an einer Stützplatte 29 abdichtend gehaltert ist.
Die Hülle kann mit nichtelastischen Schnüren 37' (Fig. 3), beispielsweise mit Nylonschnüren,
ausgestattet sein, die bei einer Ausführungsform nach der Erfindung in Längsrichtung
durch die Hülle geführt sind und die Vorderwand der Hülle so verstärken, daß die
nach vorne weisende Seite der Hülle flach gehalten ist. Dies verhindert bei einem
Zusammenprall mit einer ähnlich ausgebildeten Stoßstange, daß die Stoßstangenhülle
über, unter oder an der anderen Stoßstange entlang gleitet. Die Schnüre sind an
ihren Enden mit den Kantenwülsten der Hülle verbunden. Für die Ausbildung der Erfindung
sind derartige Schnüre jedoch dann kein wesentliches Erfordernis, wenn die Hülle
aus einem Elastomer mit geeigneten Festigkeits-und anderen mechanischen Eigenschaften
hergestellt ist.
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Als Ausgangsmaterial für die Hülle 37 dient ein biegsamer Werkstoff,
beispielsweise Kautschuk bzw. bestimmte Kunststoffe.
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Nur beispielsweise und ohne jeden einschränkenden Charakter sei als
bevorzugter Werkstoff für die Herstellung der Hülle ein vergießbares Polyurethanelastomer
genannt, das optimale mechanische Eigenschaften aufweist und mit dem hervorragende
Ergebnisse erzielt wurden. Insbesondere besitzt dieser Werkstoff eine Zugfestigkeit
im Bereich zwischen etwa 1,13 und 1,27 kp/mm2, eine Bruchdehnung im Bereich zwischen
600 und 700 Prozent, eine Härte von 75 bis 80 nach der Durometer-A-Skala sowie einen
Zugelastizitätsmodul bei 100% Dehnung im Bereich zwischen etwa 0,30 und 0,35 kp/mm2.
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Die Hülle besitzt eine obre Wand 38 und eine untere Wand 39, die einstückig
über eine im wesentlichen senkrecht ausgerichtete Wand 40 ineinander übergehen.
Die Kanten der Hülle 37 sind nach innen gerichtet und bilden eine obere hakenförmige
Kante
44 und eine untere hakenförmige Kante 45. Diese hakenförmigen Kanten 44 und 45 erstrecken
sich längs des Umfanges der Hülle 37 und sind, wie in Fig. 2 im Bereich der Punkte
48 gezeigt, durch senkrecht sich erstreckende hakenförmige Kanten miteinander verbunden.
In ähnlicher Weise ist die Kante der Stützplatte 29 nach innen gebogen und bildet
eine obere hakenförmige Kante 42 und eine untere hakenförmige Kante 43. Die in senkrechter
Richtung verlaufenden Kanten der Stützplatte 29 sind ebenfalls hakenförmig ausgebildet,
wie in Fig. 2 im Bereich der Punkte 48 gezeigt. An der Stützplatte 29 ist eine Vielzahl
von Stehbolzen 46 fest gehaltert, die mit Gewindeschäften frei durch die Rippenplatte
26 hindurch geführt sind. An die Stehbolzen 46 sind Muttern 47 aufgeschraubt, die
zur Verbindung der Platte 26 mit der Platte 29 dienen und die hakenförmige Kante
der Hülle abdichtend an die hakenförmige Kante der Platte 29 anpressen. Mit den
Platten 26 und 29 ist ein gewöhnliches Luftventil 50 verbunden, wie es beispielsweise
an Kraftfahrzeugreifen verwendet wird, um die Füllung der Hülle 37 mit einem Gas,
beispielsweise mit Luft, zu ermöglichen. Die Platte 26 ist durch waagerecht verlaufende
Rippen 49 verstärkt. Die Platten 27 sind an der Platte 26 durch geeignete Befestigungsmittel,
beispielsweise mit Hilfe von Schweißverbindungen, angeschlossen.
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Die Hülle 37 und die Platten 26 und 29 besitzen ein Vorderteil 23,
das sich in waagerechter Richtung über die Breite des Fahrzeuges erstreckt, und
sind mit den nach hinten gezogenen Abschnitten 24 und 25 verbunden. Die Hülle 37
ist an den äußeren Enden der Stoßstange mit einem Paar luftgefüllter, seitlicher
Pneumatik-Stoßdämpferkammern 30 und 31 ausgestattet.
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An diese schließen sich beiderseits luftgefüllter, vorderer Pneumatik-Stoßdämpferkammern
34, 35 und 36 je eine luftgefüllte Pneumatik-Stoßdämpfer-Eckkammer 32 bzw. 33 an.
In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist eine Hülle sieben Luftkammern
auf. Es versteht sich jedoch, daß die Anzahl der
Luftkammern kleiner
bzw. größer als dargestellt und beschrieben gewählt sein kann. Benachbarte Kammern
sind jeweils durch eine wie ein Ventil wirkende Trennwand 51 voneinander getrennt.
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Diese Trennwände 51 können einstückig an die Hülle 37 angeschlossen
sein bzw. mit dieser durch geeignete Befestigungsmittel verbunden sein. Beispielsweise
sind die entsprechend der Zeichnung zum Verbinden der Trennwände 51 mit der Hülle
37 vorgesehenen Befestigungsmittel paarweise angeordnete, zueinander parallele Flansche.
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Es sei nun die die Kammern 35 und 36 voneinander trennende Trennwand
51 (Fig. 4) beschrieben. Eine ähnliche Beschreibung trifft selbstverständlich auch
auf die übrigen, die anderen Kammern gegeneinander abgrenzenden Trennwände zu. An
die untere Wand 39 der Hülle 37 schließt sich fugenlos ein Paar zueinander paralleler
unterer Flansche 55 (Fig. 3,4) an, die einstückig in senkrecht ausgerichtete Flansche
52 übergehen, welche mit der Vorderwand 40 der Hülle 37 verbunden sind. In ähnlicher
Weise schließt sich ein Paar oberer Flansche 54 (Fig. 3) einstückig an die Flansche
52 und an die obere Wand 38 an. Die Flansche sind im Abstand voneinander angeordnet
und bilden einen Luftspalt 53, in welchen die Trennwand 51 einsetzbar ist. Eine
senkrechte Kante 67 der Trennwand 51 ist weder mit der Hülle 37 noch mit der Platte
29 verbunden. Gas kann daher durch Bewegen der Trennwand 51 weg von der Platte 29
über den Bereich zwischen der Kante 67 der Trennwand 51 und der Platte 29 aus der
Kammer 35 in die Kammer 36 und umgekehrt strömen. Zur Vergrößerung der zwischen
benachbarten Kammern strömenden Gasmenge kann die Trennwand 51 mit Aus sparungen
56 versehen sein. Es ist erkennbar, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung die Gasströmung zwischen zwei benachbarten Kammern überwiegend, wenn nicht
ausschließlich, im Bereich zwischen der Trennwand und der Platte 29 erfolgt.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei nun auf Fig. 5 verwiesen,
die den Zusammenprall zwischen der weiter oben beschriebenen Stoßstange mit einem
mast- bzw. stangenähnlichen Gegenstand 58 darstellt. Die Vorderwand der Hülle wird
dabei nach innen bewegt und drückt damit in. der Kammer 35 befindliche Luft bzw.
Gas aus dieser hinaus und in Richtung der Pfeile 57 in die Kammern 34 und 36 hinein.
Analog erfolgt eine Bewegung der zwischen den Kammern 32 und 34 bzw. 36 und 33 angeordneten
Trennwände, so daß Luft bzw. Gas aus den Kammern 34 und 36 in Richtung der Pfeile
59 entweichen und in die Kammern 32 und 33 einströmen kann. Durch die Vielzahl der
Kammern wird die Aufprallenergie in einer von Kammer zu Kammer verlaufenden Kettenreaktion
aufgezehrt. Aus der zeitlichen Verzögerung in der Energieübertragung von einer Kammer
zur anderen ergibt sich eine allmähliche Aufzehrung der Energie. Die Biegsamkeit
bzw. Nachgiebigkeit der Hülle läßt ebenfalls eine Kammerverdrillung und/oder eine
Kammerausdehnung zu, wenn die einzelnen Kammern unter Berücksichtigung des bei einem
Aufprall entstehenden größeren als normalen Volumenbedarfs bemessen sind.
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Durch den vorbeschriebenen kettenreaktionähnlichen Vorgang verteilt
sich die Aufprallenergie auf die gesamte Länge der Stoßstange, wobei infolge des
verzögerten Ablaufs der Druck in der bzw. den am Aufprall beteiligten Kammer bzw.
Kammern aufrechterhalten bleibt, so daß bei optimalem Aufprallwiderstand eine allmähliche
Aufzehrung der Energie erfolgt. Durch Aufprall an einem schmalen, senkrecht stehenden
Gegenstand hervorgerufene Druckunterschiede innerhalb der Stoßstange führen in der
Tat zu einer Reihe sich von Kammer zu Kammer fortpflanzenden Auspuffungen. Nach
einem derartigen Stoß-bzw. Schlagimpuls wirken die Trennwände als Dämpfer, indem
sie das Zurückströmen des Druckes in die am Aufprall beteiligte Kammer bzw. Kammern
verzögern und damit eine Rückdrung bzw. einen Rückprall verhindern. Dieser Auspuffungs-
und Dämpfeffekt tritt auch bei Aufprall der Stoßstange senkrecht
auf
eine breite flache Fläche ein, da infolge ihrer Anordnung an der Stoßstange nicht
jede der Innenkammern unmittelbar den anfänglichen Stoß- bzw. Schlagimpuls erhält.
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In einer bevorzugten Ausführungsform eines Pneumatik-Stoßstangensystems
ist die federnde, einen Hohlraum umschließende Hülle durch ein verhältnismäßig starres
Verschluß glied, das die Stoßstange mit dem zugehörigen Fahrzeug verbindet, hermetisch
abgedichtet. Der Hohlkörper ist in eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Kammern
unterteilt, die normalerweise gegeneinander durch Trenneinrichtungen abgegrenzt
sind, welche statischen Druckunterschieden standhalten. Derartige Trenneinrichtungen
geben jedoch dynamischen Druckunterschieden zwischen benachbarten Kammern nach,
so daß sie ein Abströmen der höheren Drücke in Kammern mit geringerem Druck und
damit die Wiederherstellung eines annähernd vollständigen statischen Gleichgewichtszustandes
zwischen den Kammern bewirken.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Kammern unterschiedlich groß ausgeführt
sind. Beispielsweise ist die durch einen Abstand 68 dargestellte Tiefe der Kammer
30 geringer als die durch einen Abstand 69 angegebene Tiefe der Kammer 35. In vielen
Fällen wird die Stoßstange, wie in Fig. 5 gezeigt, senkrecht an einem Gegenstand
aufprallen, so daß die gesamte Prallkraft unmittelbar auf eine bzw. zwei der mittleren
Kammern der Stoßstange einwirkt. Um eine Beschädigung der Platte 29 zu vermeiden,
müssen die vorderen Kammern 34, 35 und 36 einen größeren inneren Luftraum aufweisen.
Typisch dagegen ist die Beteiligung der herumgezogenen Abschnitte 24 und 25 an Aufprallvorgängen,
die beim Einparken des Fahrzeuges auftreten, bzw. bei Diagonalzusammenstößen. Das
heißt, daß bei Aufprallen eines Gegenstandes auf die Kammer 30 bzw. 31, eine Kraftkomponente
in die Kammer, jedoch der überwiegende Kraft anteil in Richtung der Längsausdehnung
der Kammer gerichtet ist. Trotz ihres kleineren Innenhohlraums sind die seitlichen
Kammern in dieser Weise wirksam.
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Fig. 6 zeigt eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab eines an der
Vorderwand 40 der Hülle ausgebildeten Sperr- bzw.
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Fangprofils 41. Das Profil kann einstückig an das Gehäuse bzw. an
die Hülle angeformt bzw. getrennt hergestellt und mit der Hülle durch Kleben o.ä.
verbunden sein, so daß für Hülle und Profil unterschiedliche Färbungen gewählt werden
können. Das Profil weist im wesentlichen pyramidenähnlich geformte, in waagerechter
Richtung ausragende Vorsprünge bzw. vorspringende Gebilde auf, die in senkrechten
und waagerechten Reihen angeordnet sind. So sind Vorsprünge 64 beispielsweise in
senkrechten Reihen 71, 72 und 72' und in waagerechten Reihen 60 und 62 zusammengefaßt.
Analog sind Vorsprünge 70 in senkrechten Reihen 73 und 74 sowie in waagerechten
Reihen 61 und 63 gruppiert. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die senkrechten Reihen
der Vorsprünge 64 zwischen den senkrechten Reihen der Vorsprünge 70 angeordnet -sind.
In analoger Weise sind zwischen den waagerechten Reihen der Vorsprünge 70 die waagerechten
Reihen der Vorsprünge 64 eingesetzt. Die Vorsprünge 64 und 70 sind in Größe und
Form miteinander identisch und besitzen eine rauten- bzw. rhombusförmige Basis.
So weist beispielsweise der Vorsprung 80 eine rautenförmige Balls 81 auf, von der
vier Seitenwände 82, 83, 84 und 85 von gleichem Plächeninhalt seitlich nach außen
abgehen. Diese von der Basis ausgehenden Seitenwände vereinigen sich in einer Scheitelspitze
94. In dieser Weise sind zwischen den Vorsprüngen Freiräume bzw. Lücken 77 gebildet,
die in ihrer Form Gegenstücke zu jedem beliebigen derartiger Vorsprünge bilden.
Die zwischen den Vorsprüngen gebildeten Freiräume bzw. Lücken dienen zur engen Aufnahme
der von einer ähnlich ausgebildeten Stoßstange eines anderen Fahrzeuges ausragenden
Vorsprünge. Beispielsweise weist eine mit einem Fahrzeug verbundene Stoßstange 90
(Fig. 8) Vorsprünge 91 auf, zwischen denen bei einem Zusammenprall mit einem anderen
Fahrzeug an dessen Stoßstange 92 ausragende Vorsprünge 93 aufnehmbar sind. Es wurde
festgestellt, daß bei einem Zusammenstoß
zwischen zwei mit erfindungsgemäß
ausgebildeten Stoßstangen ausgerüsteten Fahrzeugen die beschriebenen Vorsprünge
ein Darüber- oder Darunterschieben bzw. ein Entlanggleiten der Stoßstange 90 an
der Stoßstange 92 verhindern.
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Fig. 9 und 10 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der pyramidenähnlich
geformten Vorsprünge. Dabei sind an der Vorderwand 40 ausragende Gebilde 86 mit
den weiter oben beschriebenen Vorsprüngen identisch ausgebildet, mit Ausnahme daß
diese Gebilde abgerundete Kanten und Scheiteispitzen und keine rauten- bzw. rhombusförmige
Basis besitzen.
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Scheitelspitzen 87 und Grundflächen 88 der zwischen den Vorsprüngen
gebildeten Freiräume bzw. Lücken sind gerundet und glattflächig ausgebildet. In
analoger Weise sind an jedem Vorsprung vier Seitenwände 89 gerundet ausgeführt und
in allmählichem Übergang an die Seitenflächen des in diagonaler Richtung benachbarten
Vorsprunges angeschlossen.
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An der vorbeschriebenen Vorrichtung sind viele Änderungen und Abwandlungen
möglich, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen würde. So sind beispielsweise
zur Herstellung der dichten Verbindung zwischen der Hülle und der Platte 26 und/oder
der Platte 29 zahlreiche unterschiedliche Maßnahmen anwendbar. Außerdem wurde die
Hülle in Verbindung mit der Verwendung von Luft beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich,
daß die Hüllenkammern mit einer Varietät von Gasen füllbar sind.
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Eine Stoßstange in der bevorzugten Ausführungsform zeigen Fig. 11
bis 18. Aufbau und Arbeitsweise der in diesen Figuren dargestellten Ausführungsform
sind, bis auf die nachstehend aufgeführten Ausnahmen, mit denen der weiter oben
beschriebenen Ausführungsformen identisch. An einer Hülle 150 ist eine Anordnung
von Vorsprüngen 151 vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorsprünge
von senkrecht ausgerichteten
Abschnitten 152 umgeben sind. Die
Hülle 150 ist durch Trennwände 155 in Gaskammern 156 bis 159 und 161 bis 167 unterteilt.
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Diese Trennwände weisen nahe einer freien Kante 168 einen Abschnitt
167' mit verringerter Dicke auf. Abweichend von den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen
besitzen die Trennwände 155 hier keine Aussparungen 56. Daher werden die Trennwände
155 erst dann von der Stützplatte weg bewegt, wenn sich in der Kammer ein hoher
Druck aufgebaut hat, so daß tatsächlich eine Auspuffung erfolgt. Bei einem Zusammenprall
begünstigt der mit verringerter Dicke ausgeführte Abschnitt 167' die Bewegung der
Trennwand. Sowohl eine Stützplatte 170 als auch eine verrippte Verbindungsplatte
171 sind aus extrudiertem bzw. gegossenem Werkstoff hergestellt. Zur Aufnahme von
Längsrippen 176 an der Verbindungsplatte ist die Stützplatte 170 vorteilhaft mit
Längsnuten 175 versehen. Die Rippen 176 ragen im rechten Winkel vom Mittelteil 177
der Verbindungsplatte ab.
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Ein Kantenabschnitt 180 an der Verbindungsplatte ist mit einer allmählichen
Krümmung von etwa 900 ausgeführt und steht daher im wesentlichen rechtwinklig vom
Mittelteil ab. Durch Ineinandergreifen des gekrümmten Kantenabschnittes 180 mit
einem mit entsprechender Krümmung ausgebildeten Abschnitt 181 der Stützplatte 170
ist eine formschlüssig wirkende Halterung für die Hülle 150 erreicht, wobei ein
Wulst 185 in eine in die Stützplatte eingearbeitete Einziehung 186 eingreift. Zur
sicheren Befestigung der Hülle sind in mit Gewindelöchern versehene Ansätze 190
Befestigungsmittel 187 einschraubbar.
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Hüllenwände 155 und Hauptkörper 195 der Hülle sind miteinander einstückig
geformt.
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Hervorragende Ergebnisse sind erzielbar, wenn Hülle und Trennwände
aus einem biegsamen bzw. nachgiebigen Werkstoff, beispielsweise aus Kautschuk bzw.
aus bestimmten Kunststoffen, wie z.B. dem bereits erwähnten Polyurethanelastomer,
hergestellt
sind. Der typische Werkstoff für die Platten 26, 29,
170 und 171 ist Metall. Der in der Hülle herrschende Druck ist von variablen Größen,
beispielswgse der Prallkraft, abhängig.
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In Verbindung mit einer Ausführungsform wurde festgestellt, daß bei
einem Zusammenprall mit einem Baum von etwa 35 cm Dicke bei einer Geschwindigkeit
von etwa 19,3 km/h ein Druck von etwa 0,56 kp/cm2 in der Hülle eine Beschädigung
des Fahrzeuges verhinderte. Aus mit erfindungsgemäß ausgebildeten Stoßstangen durchgeführten
Versuchen ergab sich, daß bei einem Zusammenprall zwischen der Stoßstange und einem
Gegenstand in einer der in Fig. 5 dargestellten ähnlichen Weise die dem Gegenstand
am nächsten liegenden Trennwände 155 fest gegen die Stützplatte 170 gepreßt werden,
wobei die zwischen den freien Kanten 168 und der Stützplatte auftretenden Reibkräfte
die freien Kanten in Lage halten und die Wände 155 sich ballonartig nach außen wölben.
Wird der Druck in der am Aufprall beteiligten Kammer sehr hoch, geht die Reibhaftung
zwischen den freien Kanten und der Stützplatte verloren, die freien Kanten geben
nach bzw. "schlagen um" und der in der am Aufprall beteiligten Kammer herrschende
höhere Druck strömt in benachbarte Kammern geringeren Druckes ab. Wie bereits erläutert
und in Abhängigkeit von der Stärke des Aufpralls, setzt sich die Auspuffung in einer
Kettenreaktion bis in die Endabschnitte der Stoßstange fort.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung
eine Pneumatik-Stoßstange mit Sperr- bzw. Fangprofil, insbesondere eine luftgefüllte,
biegsame bzw. nachgiebige Stoßstange schafft, die sich gegenüber herkömmlichen luftgefüllten
Stoßstangen durch voneinander getrennte, aneinander anschließbare Luftkammern unterscheidet.
Die Erfindung schafft weiterhin eine Stoßstange, die an einer Außenfläche ein neues
und verbessertes Sperr- bzw. Fangprofil aufweist.
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Die Stützplatte 29 bzw. 170 ist der an ihr befestigten Hülle mit einer
flachen Außenfläche zugewandt, so daß keine Gefahr besteht, daß die bei einem starken
Aufprall mit der Stützplatte in Berührung kommende Hülle aufgeschnitten wird. Dagegen
bildet die so ausgefuhrte Stützplatte eine gute Auflagefläche für die jeweilige
Hülle. Im Bereich zwischen der Verbindungsplatte 26 und den Platten 27 können zur
zusätzlichen Aufzehrung von Energie mit den Platten 27 verbundene Kautschukblöcke
vorgesehen sein. Die Trennwände wirken mit der Stützplatte so zusammen, daß sie
bei Erteilung eines Stoß- bzw.
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Schlagimpulses auf die Hülle anfänglich und normalerweise eine Gasströmung
aus der einen Kammer in eine andere verhindern, jedoch bei stark ungleichmäßigem
Gasdruck in den Kammern, und nur dann, eine kräftige Gas strömung zulassen. Die
freien Kanten der Trennwände sind in unmittelbarer Nachbarschaft der Stützplatte
und unter Anlage an dieser angeardnet.
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Zwischen den Wänden 195 und 155 und der Platte 170 geformte Druck-Rückförderlöcher
155' (Fig. 13) ermöglichen nach erfolgtem Stoßimpuls eine verzögerte Rückförderung
des Druckes.
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Die nichtelastische Hülle behält beim Aufprall ihre Höhe (von Wulst
zu Wulst) bei, während obere und untere Hullenwände sich weiter voneinander weg
und die Vorderwand sich auf die Platte 170 zu bewegen. Dadurch kommt im Augenblick
des Aufpralls die Kante 168 der Trennwand 155 in feste Anlage an der Platte 170
und begünstigt damit den vorbeschriebenen stoßdämpfenden Auspuffungsvorgang.
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Eine erfindungsgemäß ausgebildete Stoßstange mit einem Aufbau wie
in Fig. 11 bis 18 dargestellt, wurde Prallversuchen nach dem Pendelprinzip und mit
einer Prallwand unterworfen, wobei als Prallwand eine ebene, starre und unter den
Versuchsbedingungen unbewegliche Wand verwendet wurde, entsprechend den Vorschriften
der DO?-Verordnung, Teil 49, Kapitel V, Abschnitt 571, in der im Federal Register,
Ausgabe 74 und 120, Bd. 120, vom 16.4.1971 und 22.6.1971 veröffentlichten Fassung.
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Der Pendelversuch wurde ebenfalls entsprechend dieser Verordnung durchgeführt,
indem gegen die Stoßstange ein in spezieller Form ausgebildetes Pendel geschwungen
wurde. Das Gewicht des Pendels entsprach dem des Fahrzeuges, eines Buick Special,
der ein Gewicht von etwa 1410 kg und am vorderen Fahrzeugende eine Stoßstange in
Ausbildung entsprechend Fig. 11 bis 18 aufwies. Der statische Druck (Fülldruck)
der Pneumatik-Stoßstange war auf 8 engl.Pfund pro kp/cm2 Quadratzoll = etwa 0,56
kp/cm2 eingestellt. An den in Fig. 18 mit 200, 201 und 202 bezeichneten Meßstellen
waren drei Druck-Meßwertwandler an der Stoßstange angeordnet, und zwar der Wandler
200 an der Mittellinie der Stoßstange und die beiden anderen Wandler jeweils in
einem Abstand von diesem.
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Dabei betrug der Abstand 205 etwa 465 mm, der Abstand 206 etwa 717,5
mm.
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Die Versuchsergebnisse bewiesen die Leistungsfähigkeit der ,Stoßstange
nach der Erfindung und zeigten, daß bei den Prallversuchen sowohl an der Prallwand
als auch nach dem Pendelprinzip ein Druckgefälle von der Mitte zu den Endabschnitten
der Stoßstange hin bestand. In den nachstehenden Tabellen I und II ist die Abhängigkeit
des dynamischen Drucks (Überdruck in engl.Pfund pro Quadratzoll = kp/cm2 über dem
statischen Druck von 8 engl.Pfund pro Quadratzoll = etwa 0,56 kp/cm2) von der Zeit
(in s) bei einer Geschwindigkeit von 5,4 Meilen/h (Prallwanaversuch) bzw. v on 4,97
Meilen/h (Pendelversuch) dargestellt. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß die Platten
170 und 171 bei beiden Versuchsanordnungen um nicht mehr als 0,170" = etwa 4,318
mm verformt wurden, was durchaus noch im Bereich der elastischen Verformung des
Metalls liegt. Mit anderen Worten, es trat keine bleibende Verformung des Metalls
ein.
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TABELLE I Prallversuch an der Prallwand bei etwa 8,69 km/h (bzw.
5,4 mph) Druck-Zeit-Abhängigkeit Zeit Druck Meßstelle 200 Meßstelle 201 Meßstelle
202 s psi«- etwa kp/cm2 psi= etwa kp/cm2 psi= etwa kp/cm2 0 0,000 0,0000 0,00 0,0000
0,00 0,0000 0,00635 0,317 0,0222 0,16 0,0112 0,00 0,0000 0,01270 0,829 0,0582 0,69
0,0485 0,43 0,0302 0,01905 1,463 0,1028 0,98 0,0689 1,02 0,0717 0,02540 2,122 0,1491
1,80 0,1265 1,45 0,1019 0,03175 3,171 0,2229 2,20 0,1546 2,08 0,1462 0,03810 4,317
0,3035 2,72 0,1912 2,64 0,1856 0,04445 5,415 0,3807 3,46 0,2432 3,12 0,2193 0,05080
7,22 0,5076 4,10 0,2882 3,88 0,2728 0,05715 8,34 0,5863 5,05 0,3550 4,29 0,3016
0,0635 9,93 0,6981 5,98 0,4204 4,92 0,3459 0,06985 11,2 0,7874 6,53 0,4591 5,46
0,3838 0,07620 12,58 0,8844 7,43 0,5224 5,81 0,4085 0,08255 13,46 0,9463 7,91 0,5561
6,19 0,4352 0,08890 14,00 0,9843 8,17 0,5744 6,37 0,4478 0,09525 13,95 0,9808 8,49
0,5969 6,40 0,4499 0,10160 13,27 0,9330 8,02 0,5638 6,40 0,4499 0,10795 12,36 0,8690
7,67 0,5392 6,17 0,4338 0,11430 11,27 0,7823 7,09 0,4984 5,84 0,4106 0,12065 10,17
0,7150 6,38 0,4485 5,61 0,3944 0,1270 8,80 0,6187 5,79 0,4070 5,08 0,3571 0,13335
7,32 0,5146 4,87 0,3424 4,59 0,3227 0,1397 6,32 0,4443 4,26 0,2995 4,09 0,2875 0,14605
4,95 0,3480 3,60 0,2531 3,53 0,2481 0,1524 3,88 0,2728 2,94 0,2067 3,12 0,2193 0,15875
2,71 0,1905 2,59 0,1821 2,49 0,1750 0,16510 1,80 0,1265 2,17 0,1525 2,06 0,1448
0,17145 1,07 0,0752 1,56 0,1096 1,65 0,1160 0,1778 0,58 0,0407 1,22 0,0857 1,06
0,0745 0,18415 0,41 0,0288 0,63 0,0442 0,71 0,0499 0,19050 0,29 0,0203 0,26 0,0182
0,25 0,0175 0,19685 0,07 0,0049 0,11 0,0077 -0,05 -0,0035 0,20320 -0,20 -0,0140
-0,29 -0,0203 -0,20 -0,0140 = engl.Pfund pro Quadratzoll
TABELLE
II Prallversuch nach dem Pendelprinzip bei etwa 8,00 km/h (bzw. 4,97 mph) Druck-Zeit-Abhängigteit
Zeit Druck Meßstelle 200 Meßstelle 201 Meßstelle 202 s psi- etwa kp/cm2 psiW= etwa
kp/cm2 psiX= etwa kp/cm2 0 0,00 0,0000 0,00 0,0000 0,00 0,0000 0,00635 0,41 0,0288
0,37 0,0260 0,13 0,0091 0,01270 0,66 0,0464 0,69 0,0485 0,46 0,0323 0,01905 0,93
0,0653 0,85 0,0597 0,76 0,0534 0,02540 1,41 0,0991 1,16 0,0815 0,81 0,0569 0,03175
1,90 0,1335 1,40 0,0984 1,24 0,0871 0,03810 2,76 0,1940 1,77 0,1244 1,47 0,1033
0,04445 3,56 0,2503 2,09 0,1469 1,78 0,1251 0,05080 4,22 0,2967 2,25 0,1579 2,06
0,1448 0,05715 5,10 0,3585 2,59 0,1821 2,10 0,1476 0,0635 5,71 0,4014 2,75 0,1933
2,46 0,1729 0,06985 6,36 0,4471 3,02 0,2123 2,69 0,1891 0,07620 6,93 0,4872 3,23
0w2271 2,77 0,1947 0,08255 7,24 0,5090 3,28 0,2306 3,04 0,2137 0,08890 7,54 0,5291
3,46 0,2432 3,02 0,2123 0,09525 7,44 0,5231 3,54 0,2489 3,15 0,2214 0,10160 7,22
0,5076 3,46 0,2432 3,22 0,2264 0,10795 6,83 0,4802 3,57 0,2500 3,12 0,2193 0,11430
6,32 0,4443 3,44 0,2418 3,17 0,2228 0,12065 5,78 0,4063 3,33 0,2341 3,04 0,2137
0,1270 5,10 0,3585 3,15 0,2214 2,84 0,1996 0,13335 4,46 0,3135 3,02 0,2123 2,79
0,1961 0,1397 3,76 0,2643 2,91 0,2046 2,51 0,1764 0,14605 2,88 0,2024 2,64 0,1856
2,31 0,1624 0,1524 2,22 0,1558 2,38 0,1673 2,16 0,1518 0,15875 1,68 0,1181 2,25
0,1579 1,80 0,1265 0,16510 1,02 0,0717 1,90 0,1335 1,60 0,1125 0,17145 0,49 0,0344
1,61 021131 1,34 0,0941 0,1778 0,24 0,0168 1,35 0,0949 0,99 0,0696 0,18415 -0,12
-0,0084 0,95 0,0667 0,86 0,0604 0,19050 0,29 0,0203 0,74 0,0520 0,48 0,0337 0,19685
0,44 0,0309 0,45 0,0316 0,18 0,0126 0,20320 0,49 0,0344 0,10 0,0070 0,05 0,0035
0,20955 0,10 0,0070 0 0,0000 -0,23 -0,0161 # = engl. Pfund pro Quadratzoll
Es
sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die anhand der Zeichnung und der vorstehenden
Beschreibung erläuterten Einzelheiten der Erfindung nur beispielhaften und keinerlei
einschränkenden Charakter haben und daß hierbei nur bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben wurden. Alle Änderungen und Abwandlungen hieran bzw.
hiervon sind als in den Rahmen der Erfindung fallend zu betrachten.