DE2415908A1 - Energieabsorbierender stossfaenger - Google Patents

Description

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dr. ing. E. LIEEpAU

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und

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Energieabsorbierender Stoßfänger

Die Erfindung bezieht sich auf energieabsorbierende Stoßfänger für Kraftfahrzeuge,

Es sind bereits energieabsorbierende Stoßfänger bekannt, die mit dem Chassis durch Dämpfungsvorrichtungen, zu Bruch gehende Bauteile o. dgl. verbunden sind,- Durch Einschaltung derartiger Einrichtungen sind bei solchen

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Anordnungen die Möglichkeiten zur Absorption von Energie erheblich verbessert gegenüber Anordnungen, bei denen eine unmittelbare Verbindung zwischen Stoßfängern und Chassis vorgesehen ist· Jedoch sind diese günstigen Eigenschaften erheblich von dem Anbringungsort solcher Einrichtungen und von dem Winkel zwischen der Auftreffrichtung des Stoßes und der Fahrzeuglängsachse abhängig. Wenn man nämlich annimmt, daß ein Stoß gegebener Intensität frontal auf die Mitte des Stoßfängers auftrifft und dabei absorbiert werden kann, so gilt für seitlich auftreffende Stöße und zwar umso mehr, je weiter man sich aus der Stoßfängermitte entfernt, daß das Absorptionsvermögen der Anordnung schnell abnimmt.

Die Erfahrung zeigt, daß, insbesondere wenn man sich aus der Mitte des Stoßfängers um ein Drittel der halben Stoßfängerlänge entfernt, die absorbierbare Stoßenergie nur noch die Hälfte der Energie beträgt, die in der Mitte absorbierbar wäre, während an den Enden selbst diese Energie nur mehr ein Viertel des Höchstwertes ausmacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile dadurch zu beseitigen, daß man den Stoßfänger mit einer energieabsorbierenden Einrichtung versieht, die den Stoß praktisch unabhängig von dem Ort seines Auftreffens auf den Stoßfänger absorbiert.

Gemäß der Erfindung ist der energieabsorbierende Stoßfänger, der aus einer einen Puffer bildenden Stange und zwei quer zu der Stange mit Abstand voneinander angeordneten hydraulischen Dämpfern besteht, die jeweils zwei relativ zueinander bewegbare Bauelemente, von denen jeweils eines an der Stange befestigt ist, während das andere an dem Fahrzeug befestigt werden soll, sowie min-

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destens eine Leitung aufweisen, die im Falle einer Stoßbelastung des Stoßfängers die zwischen diesen beiden Bauelementen befindliche Flüssigkeit verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsleitungen der beiden Dämpfer tangential und aus entgegengesetzter Richtung in eine Zelle einmünden, die insgesamt Kegelgestalt hat und an ihrer Spitze eine Austrittsöffnung aufweist und die der Ort einer Wirbelbewegung der Flüssigkeit ist, wenn ein Ungleichgewicht der in den Dämpfern verdrängten Flüssigkeit auftritt, so daß das Ausmaß der Stoßabsorption praktisch unabhängig von der Stelle des Stoßfängers ist, an der der Stoß au-f den Stoßfänger auftrifft.

Es ist auch schon bekannt, hydraulische Dämpfer zwischen einem Stoßfänger und dem verstärkten Abschnitt eines Kraftfahrzeugs vorzusehen, so daß die in dem Dämpfungszylinder befindliche Flüssigkeit unter der Wirkung des starr mit dem Stoßfänger verbundenen Kolbens durch kalibrierte Bohrungen hindurch, die über die Länge des Zylinders verteilt sind und von dem Kolben nach Maßgabe der Zusammenziehung des Dämpfers verschlossen werden, hinausgedrückt wird. Bei einem derartigen Prinzip hängt der Ausflußquerschnitt der Flüssigkeit von der Lage des Kolbens im Zylinder ab.

Beim Auftreten eines Stoßes hängt die auf die Abbremsung des Kolbens zurückzuführende Verzögerung von der öffnungsweite und der Verteilung der Bohrungen und von der Fahrzeugmasse ab. Wenn der Stoß mit einer geringeren Masse erfolgt als die Masse ist, für die der Dämpfer vorgesehen war, durchläuft die Verzögerung ein hohes Maximum und fällt sehr schnell ab. Umgekehrt, wenn die Masse grosser ist als die vorgesehene, so ist die Verzögerung zu Beginn des Eintauchvorgangs zu gering und wächst zu langsam an,

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und am Ende des Laufweges erfolgt ein heftiger Stoß.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die hohen Spitzenverzögerungen zu beseitigen.und eine während der Absorption des Stoßes praktisch gleichbleibende Verzögerung zu erzielen, wobeiaisserdem der sich ergebende gleichbleibende Verzögerungswert prportional der Energie des fraglichen Stoßes sein soll.

Zu diesem Zweck ist eine Kombination des oben definierten Stoßfängers mit den Anordnungen nach der französischen Patent Nr, 72/21439 der AnmeIderinnen vorgesehen.

Nachstehend werden zwei Ausführungsformen von erfindungsgemäßen energieabsorbierenden Stoßfängern anhand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig· 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugstoßdämpfers;

Fig, 2 einen Horizontalschnitt durch ein Element aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch das gleiche Element, geschnitten längs der Linie HI-III;

Fig. 4 einen horizontal geführten Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform von Stoßfängern;

Fig, 5 einen Vertikalschnitt längs der Linie V-V in Fig. H.

Der in Fig. 1 gezeichnete Stoßdämpfer besteht aus einer mit den Kolben 2, 3 starr verbundenen Stange 1; die KoI-

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ben werden in Zylindern 4, 5 verschoben, die an dem Fahrzeug anbringbar sind. Die Bauteilgruppen 2,4 und 3,5 stellen einfachwirkende hydraulische Dämpfer dar, aus denen durch Eintreiben der Kolben in die Zylinder die in ihnen befindliche Hydraulikflüssigkeit durch die Leitungen 6 und 7 in eine gemeinsame Auffangzelle 8 getrieben wird, an deren Boden die Leitungen 6 und 7 münden.

Die Zelle 8 ist so gebaut, daß in ihr eine Wirbelbewegung der in sie eintretenden Flüssigkeit entsteht, wenn die aus den Leitungen 6 und 7 eintretenden verdrängten Flüssigkeitsmengen ungleiche Geschwindigkeit haben.

Dazu erhält die Zelle 8 insgesamt KegelgesiaLt, wobei die Leitungen 6 und 7 tangential am Boden der Zelle und einander entgegengerichtet einmünden, während an der Kegelspitze eine Austrittsöffnung 9 vorgesehen ist, die mit einem Sammelraum 10 in Verbindung steht.

Die Intensität der Wirbelbewegung wird im wesentlichen durch die Ausmaße des großen Radius R am Boden der Zelle und des Radius r der Austrittsöffnung 9 bestimmt, und zwar ist die Intensität umso größer je größer R und je kleiner r ist.

Bei der praktischen Anwendung erfährt der Stoßfänger, je nach der Stelle, mit der er ein Hindernis berührt, einen Rückstoß, evtl. zusätzlich ein Drehmoment. In beiden Fällen kann man davon ausgehen, daß die in den Dämpfern 2, 4· und 3, 5 enthaltene Flüssigkeit in die Zelle 8 mit Geschwindigkeiten V^ bzw. V₂ gedrückt werden, von denen die eine Null sein kann.

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Die beiden eintreffenden Flüssigkeitsmengen beeinflussen sich gegenseitig und bei der daraus resultierenden Bewegung ergibt sich eine Flüssigkeitsgeschwindigkeit Δ V = V₁ - V₂, durch die die Flüssigkeit tangential zur Rotation in der Zelle 8 veranlaßt wird.

Das Moment der in Bewegung befindlichen Flussigkeitsmenge ist während der Verlagerung des Flüssigkeitsquantums in dem Wirbel ungefähr konstant. Die Geschwindigkeit kann in eine zu der Austrittsöffnung gerichtete Geschwindigkeit V_A und eine Tangentialgeschwindigkeit V„, zerlegt werden, die im Verlauf der Spiralbewegung» die die Flüssigkeit in der Zelle ausführt, zunimmt, so daß die Geschwindigkeit einen hohen Betrag erreicht und Zentrifugalkräfte hervorruft, die dadurch, daß die Flüssigkeit gegen die Wände der Zelle gedrückt wird, .dem Zustrom neuer Flüssigkeitsmengen durch die Leitungen 6 und 7 Widerstand entgegensetzt.

Wenn ein Stoß unsymmetrisch auftritt, also auf ein Ende des Stoßfängers trifft, so ist die Geschwindigkeit des dem Auftreffpunkt des Stoßes näher gelegenen Kolbens größer als die des anderen. Im Grenzfall, wenn beispielsweise V₁ = V und V₂ = 0, ist die Eintrittsgeschwindigkeit der in die Zelle 8 gelangenden Flüssigkeit groß. Die ihr proportionale Wirbelstärke ist demzufolge auch groß und sie widersetzt sich umso heftiger jedem Zutritt von weiterer Flüssigkeit aus dem durch den Stoß beaufschlagten Dämpfer, wodurch dem Kolben umso stärker Widerstand geleistet und er umso stärker verzögert wird, so daß dadurch das Ausbleiben oder die geringe Wirkung kompensiert wird, die von dem anderen Dämpfer herrührt.

Wenn der Stoß zentral auftrifft, ist V₁ = V₂, woraus sich

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ergibt, daß ΔV = O₉ so daß in der Zelle 8 kein Wirbel erzeugt wird. Der Druck in den Dämpfern hängt nur von den Abmessungen der Düsen am Eingang und Ausgang der Zelle ab. Die Vorrichtung arbeitet also in diesem Fall als einfaches System mit zwei Dämpfern.

Zwischen den beiden oben betrachteten Extremfällen liegen die anderen tatsächlichen Fälle, so daß der Stoßfänger ein praktisch gleichbleibendes Absorptionsvermögen an allen seinen Punkten hat.

Ein solcher energieabsorbierender Stoßfänger ergibt nicht nur eine Absorption^ von Stoßen unabhängig von deren Einwirkungsstelle, sondern er kann auch in Verbindung mit einer energieabsorbierenden Vorrichtung nach dem französichen Patent Nr. 72/214 39 der Anmelderinnen eine praktisch konstantbleibende Verzögerung bei der Absorption der betrachteten Stöße herbeiführen.

Eine solche Ausführungsform sind in den Fig. 4 und 5 wiedergegeben .

Der Stoßfänger weist eine Stange 11 auf, die mit den Kolben der beiden hydraulischen Dämpfer verbunden ist, die symmetrisch zu der Längsachse 12 des Fahrzeugs angeordnet sind· Ein einzelner Dämpfer ist durch seinen Kolben 13 mit dem Zylinder 14 verdeutlicht; der Zylinder 14 steht über eine Leitung 15, der andere Dämpfungszylinder über eine Leitung 16 mit der Zelle 17 in Verbindung; die Leitungen münden am Boden der Zelle, die im wesentlichen Kegelgestalt hat und die gleiche Funktion ausübt wie die Zelle 8 aus dem ersten Ausführungsbeispiel. In die Leitungen 15, 16 können geeichte Düsen 15a, 16a am

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Eintritt der Leitungen in die Zelle eingesetzt sein. Die Austrittsöffnung 18 der Zelle 17 führt in einen Sammelraum 19 von variablem Volumen, der durch eine Art Druckspeicher 20 gebildet wird, der normalerweise die gesamte hydraulische Dämpfungsleitung in gefülltem Zustand unter leichtem Druck halten soll.

Diese Funktion wird hier durch eine verformbare Membran 21 erfüllt, die an der der Flüssigkeit abgewandten Seite unter dem Druck eines in einen Raum 2 2 eingeschlossenen Gases steht.

Wie in der erwähnten französischen Patentschrift beschrieben, sind jenseits des Dämpferbodens bei jedem Dämpfer Mittel vorgesehen, die den bei dem Stoß erreichten maximalen Druckwert speichern.

Hierfür dient ein Ventil 23, das mit einer in den Boden des Zylinders 14 geschnittenen Austrittsöffnung 24 zusammenwirkt, die die Verbindung zwischen dem Zylinder 14 und der zu der Zelle 17 führenden Verdrängungsleitung herstellt, in diesem Fall der Leitung 15. Das Ventil ist in einer Wand 25, die die Verdrängungsleitung des Dämpfers von einem Raum 26 trennt, verschiebbar angeordnet. Der Zylinder 14 ist mit dem Raum 26 über ein Rückschlagventil verbunden; die Verbindung erfolgt vorzugsweise unmittelbar durch einen axial verlaufenden, in das Ventil 23 geschnittenen Kanal 27, der das Rückschlagventil 28 aufnimmt, das hier als von einem Sperrstift 29 gehaltene Kugel ausgeführt ist. Das Ventil 2 3 wird normalerweise von einer Druckfeder 30 in eine Stellung geschoben, in der es sich mit dem Rücken einer Schulter an die Wand 25 legt, wobei ein vorgegebener Querschnitt der Austrittsöffnung 24 freigehalten wird.

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Um die noch zu schildernde Wirkung zu erzielen, muß zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt sein, nämlich entweder an dem Raum 26 eine elastische Wand vorzusehen oder eine leicht komprimierbare Flüssigkeit zu verwenden. Die Arbeitsweise, die hier in Bezug auf den Dämpfer -13, 14 beschrieben werden soll, gilt ebenso für den anderen Dämpfer, unabhängig von den in den Dämpfern auftretenden Druckwerten, die, wie erwähnt, von dem Angriffspunkt des gegen den Stoßfänger gerichteten Stoßes abhängen. Bei einem Stoß steigt der Druck in dem Zylinder 14 des Dämpfers an, und die in ihm befindliche Flüssigkeit wird sofort und mit dem gleichen Druck durch die Austrittsöffnung 24 in die Zelle 17 und durch den Kanal 27 in Richtung zu dem Raum 26 und dem Rückschlagventil 28 verdrängt. Der Raum erhält auf diese Weise den Druck, der in dem Zylinder 14 aufgrund des Stoßes maximal erreichbar gewesen war, und sobald der Druck in dem Zylinder 14 abzunehmen beginnt, wirkt der in dem Raum 26 herrschende Druck auf das Ventil 23 und verschiebt es in Richtung auf die Verengung der Öffnung 24, wodurch sich in dem Zylinder während der gesamten Verdrängungsbewegung des Kolbens ein ungefähr gleichbleibender Druck einzustellen sucht. Am Ende dieser Bewegung verschließt das Ventil 23 die öffnung 24. Aus einer solchen Aufrechterhaltung des in dem Zylinder jedes Dämpfers erzielten maximalen Drucks als konstantem Druckwert ergibt sich, daß der Stoß mit praktisch gleichbleibender Verzögerung absorbiert wird. Um nach dem Auffangen des Stoßes den Stoßfänger in seine Ausgangslage zurückbringen zu können, erfolgt die Rückführung des in den Raum 19 verdrängten FlussigkeitsVolumens in die Dämpfer für jeden Zylinder durch einen Kanal 31 mit einem Rückschlagventil 32, das zusätzlich zur etwaigen-Schliessung der öffnung 24 durch das Ventil 23 bestimmt ist. Es ist

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auch zu beachten, daß der in dem Kaum 26 gespeicherte Höchstdruck nach der Absorption des Stoßes allmählich durch die verschiedenen Undichtigkeiten, die bei der Montage des Ventils 23 unvermeidlich entstehen, zum Dämpfer hin verschwindet·

Natürlich sind im Rahmen der Erfindung weitere Änderungen der Ausführung möglich.

Patentansprüche:

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Claims (5)

1. - li -

   Patentansprüche

   Inergieabsorbierender Stoßfänger, der aus einer einen uffer bildenden Stange und zwei quer zu der Stange mit Abstand νoneinanderaigeordneten hydraulischen Dämpfern besteht, die jeweils zwei-relativ zueinander bewegbare Bauelemente, von denen jeweils eines an der Stange befestigt ist, während das andere an dem Fahrzeug befestigt werden soll, sowie mindestens eine Leitung aufweisen, in die im Falle einer Stoßbelastung des Stoßfängers die zwischen diesen beiden Bauelementen befindliche Flüssigkeit verdrängt wird,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungsleitungen (6, 7; 15, 16) der beiden Dämpfer (2, 4; 3, 5; 13, I¹O tangential und aus entgegengesetzter Richtung in eine Zelle (8, 17) einmünden, die insgesamt Kegelgestalt hat und an ihrer Spitze eine Austrittsöffnung (9, 18) aufweist und die der Ort einer Wirbelbewegung der Flüssigkeit ist, wenn ein Ungleichgewicht der in den Dämpfern verdrängten Flüssigkeit auftritt, so daß das Ausmaß der Stoßabsorption praktisch unabhängig von der Stelle des Stoßfängers ist, an der der Stoß auf den Stoßfänger auftrifft.
2. 2. Energieabsorbierender Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an eines der Bauelemente

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   jedes Dämpfers (2, 4; 3, 5; 13, IM-) ein Raum (26) zum
   Speichern des maximalen Verdrängungsdrucks vorgesehen
   ist, mit welchem Raum (26) der Dämpfer über ein Rückschlagventil (28) verbunden ist und der ein Ventil (23) aufweist, das der in diesem Raum (26) herrschende Druck in eine eine ausserhalb des Dämpfers gelegene, für den
   Durchtritt verdrängter Flüssigkeit bestimmte Öffnung (24) verschliessende Lage drückt.
3. 3. Stoßdämpfer nach Anspruch 2, dadurdx gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (28) in einem Axialdurchlaß des
   Ventils (2 3) angeordnet ist.
4. 4. Stoßfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, -daß das Ventil (23> von einer Feder (30) in die Lage zum Offenhalten des Durchlasses (24) für verdrängte Flüssigkeit gezwungen wird.
5. 5. Stoßfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der genannten, ausserhalb jedes Dämpfers befindlichen Öffnung (24) für den Durchlaß verdrängter
   Flüssigkeit ein Kanal (31) vorgesehen ist, der die entsprechende erwähnte Leitung (15, 16) für die verdrängte Flüssigkeit mit dem Dämpfer über ein Rückschlagventil (32) verbindet.

   6, Stoßfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

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   durch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (9, 18) der genannten Zelle (8, 17) in einen unter einem gewissen Druck stehenden Flüssigkeitssammelraum (10, 19) mündet.

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