DE3637751A1 - Kunststoffdaempfer mit stossfaenger - Google Patents
Kunststoffdaempfer mit stossfaengerInfo
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- B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
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- B60R19/30—Elastomeric material
Description
Die Erfindung betrifft Kunststoffdämpfer für Stoßfänger
zur zerstörungsfreien Absorption von Stoßenergie beim
Auffahren eines Fahrzeuges bestehend aus einem Lager im
Bereich des Stoßfängers und einem Lager im Bereich der
Karosserie, zwischen denen ein federndes Element ange
ordnet ist.
Um Beschädigungen der Karrosserie eines Kraftwagens beim
Auffahren im Bereich niedriger Geschwindigkeiten zu ver
meiden, ist es erforderlich zwischen Stoßstange und
Karosserie ein Element einzubauen, welches die anfallen
de Energie möglichst weitgehend in Wärme umwandelt.
Bekannt sind als Elemente metallene hydraulische Stoß
dämpfer, bei denen das Öl über Düsen eines Kolbens in
den freien Zylinderraum gedrückt wird. Wegen der system
bedingten Kolbenführung in einer Richtung sind solche
Stoßdämpfer für schräge bzw. einseitige Stöße, wie sie
bei Auffahrunfällen häufig auftreten, ungünstig. Auch
ist der technische Aufwand sowie die Wartung groß, da
es sich um Präzisionsteile handelt.
Weiter sind Stoßdämpfer aus Kunststoff bekannt, die im
Kern eine Wabenstruktur besitzen, die sich unter Be
lastung bleibend verformen und dadurch die Stoßenergie
aufnehmen.
Aufgrund der zurückbleibenden Verformung der Konstruk
tion muß dann das Aggregat komplett ausgetauscht
werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kunststoffdämpfer
für einen Stoßfänger zu finden, der bei einer Aufprall
geschwindigkeit des Fahrzeuges bis 8 km/h und einem Ver
formungsweg kleiner als 50-70 mm auch schräge Stöße auf
nimmt, und bei dem trotz großer Energieumwandlung sowie
hoher Dämpfung nach der Entlastung keine bleibenden
Material- oder Formveränderungen auftreten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
mindestens ein elastisch verformbares Element aus Kunst
stoff, welches sich auf Gleitflächen abstützt, über zu
sätzlich angeordnete elastische Körper im Bewegungsab
lauf einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt es, die
Festigkeit des Kunststoffes unter der Belastung der Auf
prallkräfte bis in den zulässigen Grenzbereich auszu
nutzen, der aber nie überschritten wird, da dann die
verformbaren Elemente an den Gleitflächen ausweichen.
Weiter hat sich gezeigt, daß durch den elastischen
Körper ein Kraft-Weg Verlauf - die Kraft steigt auf
kurzem Weg steil an und nimmt nochmals auf einem langen
Weg leicht zu, um schließlich steil auf kurzem Weg ab
zufallen - eine Hystereseschleife ergibt, aus der her
vorgeht, daß beim Stoß eine erhebliche Energie umgewan
delt wird. Da die Bewegung des Elementes nur langsam
abgebremst wird, geht das Element, welches sich ja frei
bewegen kann, ohne große Schwingungen in die Ausgangs
lage zurück.
Für den Fachmann wird es somit möglich, den Kunststoff
dämpfer entsprechend den Anforderungen durch ent
sprechende konstruktive Maßnahmen und Auswahl der Werk
stoffe praxisgerecht auszulegen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
Bei einem Element mit Mittelsteg und beidseitig unter
einem Winkel von 60 bis 85° angebrachten Rippen ist es
möglich, durch elastische Körper sowie durch das Träg
heitsmoment bzw. die Krümmung der Rippen den Gleitbeginn
der Gleitflächen auf der Wand des Gehäuses im voraus
festzustellen, so daß der Kraft-Weg Verlauf im ersten
Abschnitt steil eingestellt werden kann. Danach tritt
eine Verformung ein, die schließlich mit einem weiteren
Kraftanstieg endet. Nach der Entlastung wird die Kraft
wieder auf kurzem Weg abgebremst. Da die elastischen
Körper diese Bewegung nicht behindern, sondern sogar
noch unterstützen, wird die Ausgangsform wieder er
reicht. Durch die Hysterese wird ein großer Teil der
Energie in Wärme umgewandelt, die dann unbehindert ab
fließen kann.
Bei einem anderen Kunststoffdämpfer gleiten die einander
zugewandten Schenkel von umgekehrt gegenüberliegenden
schräggestellten bzw. v-förmigen Elementen aufeinander,
wobei der seitliche Druck neben der durch Formgebung
erzeugten Vorspannung noch durch beiderseitiges Aus
schäumen mit Kunststoffschaum erhöht wird. Gleichzeitig
dämpft der Schaumstoff die Bewegungen, wodurch Auf
schwingungen des Systems vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Gleit
flächen durch Erhebungen (Höcker) oder Vertiefungen
(Rillen) strukturiert bzw. mit Reibmaterial beschichtet,
wodurch die Gleitreibungskoeffizienten entsprechend den
Erfordernissen variiert werden können.
Für elastische Körper hat sich insbesondere in situ ge
schäumter Kunststoffschaum als vorteilhaft erwiesen, da
er neben der Aufbringung der Stützkraft auch ein Über
schwingen bei Entlastung verhindert. Das Volumen und die
Dichte sollten so groß sein, daß bei vollständigem Zu
sammendrücken das eigentliche Kunststoff-Element noch
nicht beschädigt wird.
Denkbar sind gerade oder gebogene elastische Streifen,
die unter starker Beanspruchung sich krümmen. Durch Ver
änderung der Steifigkeit, beispielsweise durch minde
stens zwei Halterungen von parallelen, entgegengesetzt
verankerten Streifen, kann Zeit und Größe der Durchbie
gung genau eingestellt werden.
Eine weitere Verbesserung ist durch stufenweise An
bringung und/oder Kombination verschiedener elastischer
Körper möglich.
Die Stützkraft kann auch durch ein Zugglied aufgebracht
werden, wenn die gegenüberliegenden Schenkel des elasti
schen Elementes durch Zugorgane in Form von Seilen, Bän
dern und/oder Rippen verbunden sind. Nach dem Überstül
pen auf einen sich allmählich erweiternden Körper wird
beim Absenken das Zugorgan immer mehr gespannt, wodurch
die Anpreßkraft der Schenkel an den gemeinsamen Gleit
flächen erhöht wird. Die Schenkel bzw. das Auflager kann
dabei kurvenförmig ausgebildet sein, so daß durch Be
schränkung der Kontaktfläche in verschiedenen Zeit
punkten die Kraftaufnahme in gewünschter Weise beein
flußt werden kann.
Durch Schlitze im Auflager wird das Zugband bis zum
völligen Zusammendrücken des Kunststoff-Stoßdämpfers
nicht in seiner Funktion behindert.
Schließlich kann noch ein Rückstellorgan in Form eines
elastischen Schaumstoffes oder einer Feder eingebaut
werden, so daß der Stoßdämpfer nach Erledigung des Stoß
vorganges in die Ausgangsposition zurückgeht.
Weiter ist es vorteilhaft die Elemente in einem ge
schlossenen Rahmen oder einem Gehäuse anzuordnen, welches
dann als eine Einheit (Stoßdämpfer) zwischen Stoßfänger
und Fahrzeugrahmen angeordnet werden kann.
Ein Beispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 Kraft-Weg Diagramm
Fig. 2 Kunststoffdämpfer aus X-Element mit Kunst
stoffschaum
Fig. 3 Kunststoffdämpfer aus U-Element mit Kunst
stoffschaum
Fig. 4 Kunststoffdämpfer aus Trapez-Element mit
Kunststoffschaum
Fig. 5 Kunststoffdämpfer aus U-Element mit Kunst
stoffstreifen
Fig. 6 Kunststoffdämpfer mit Zugband in Schlitzen
Fig. 7 Kunststoffdämpfer mit trapezartiger Form
In Fig. 1 sind Diagramme gezeichnet, welche den Kraft-
Weg Verlauf von verschiedenen Kunststoffdämpfern
angeben. Bei Stoßdämpfern mit Kunststoff steigt die
Kurve a mit der 8elastung nahezu proportional zum Weg
an, um nach der Entlastung schnell abzufahren. Dagegen
weist die Kurve b der erfindungsgemäßen Konstruktion auf
dem ersten Stück des Weges einen steilen Anstieg auf,
der dann nahezu parallel verläuft, um schließlich wieder
in die Ausgangslage zurückzugehen. Hier wird deutlich,
daß die verbrauchte Arbeit, und damit die umgewandelte
Energie, bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wegen
der überstrichenen Fläche Kraft × Weg viel günstiger als
im ersten Fall ist.
In Fig. 2 ist ein Kunststoffdämpfer 1 mit x-förmigen
Elementen 2 in einem zweiteiligen Gehäuse 3 mit Verbin
dungsflansch 4 dargestellt. Das Element 2 besteht aus
einem Mittelsteg 5, der auf beiden Seiten schräg ge
stellte Rippen 6 besitzt, die am Ende mit einem abge
knickten Schenkel 7 mit Gleitflächen 8 versehen sind.
Die Schenkel 7 stützen sich gegen die innere Wand 9 des
Gehäuses 3 ab. Weiter sind als elastische Körper jeweils
zwischen den zueinander geneigten Rippen 6 Kunststoff
schäume 10 angeordnet.
In Fig. 3 ist ein Kunststoffdämpfer 11 mit spiegelbild
lich und versetzt angeordneten v- bzw. u-förmigen
Elementen 12 vorgesehen, die in dem Gehäuse 13 mit Ver
bindungsflansch 14 integriert sind. Die geneigten beid
seitig angeordneten Rippen 15 der als Wand des Gehäuses
13 ausgebildeten Querstückes 16 berühren sich an den
Gleitflächen 17. Der Zwischenraum ist mit einem Kunst
stoffschaum 18 ausgeschäumt.
In Fig. 4 ist ein Kunststoffdämpfer 19 mit trapezartig
zusammengesteckten Elementen 20 im Gehäuse 21 ein
schließlich Verbindungsflansch 22 wiedergegeben, in dem
innen gleich geneigte Rippen 23 angeordnet sind. Diese
berühren sich im Überschneidungsbereich an ihren ge
riffelten Gleitflächen 24. Beiderseits der Rippen 23 be
findet sich in den Zwischenräumen ein Kunststoffschaum
25.
In Fig. 5 ist eine Perspektive eines Kunststoffdämpfers
26 mit Elementen 27 gezeichnet, bei dem die Gleitflächen
28 der ineinandergreifenden Rippen 29 durch elastische
Körper in Form von Kunststoffstreifen 30 aneinander
gedrückt werden.
In Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausführung eines Kunst
stoffdämpfers 31 in Schnitt- bzw. Seitenansicht darge
stellt. Das elastische Kunststoff-Element 32 besteht aus
einem Riegel 33, der auf beiden Seiten mit nach außen
geneigten Schenkeln 34 versehen ist, wobei jeweils ge
genüberliegende Schenkel 34 durch ein Zugband 35 verbun
den sind, die von oben über Spalte 36 zur Ausformung
zugänglich sind. Die Enden der Schenkel 34 stützen sich
außen auf korrespondierende Neigungsflächen 37 des
festen Lagers 38 mit trapezartigem Querschnitt und
Rippen 39 ab. Die Schlitze 40 dienen zur Aufnahme des
Zugbandes 35 beim Absenken des Elementes 32, dessen Zug
spannung mit der Erweiterung des Schenkelabstandes zu
nimmt, wodurch die Reibkraft erhöht wird.
Claims (10)
1. Kunststoffdämpfer für Stoßfänger zur zerstörungs
freien Absorption von Stoßenergie beim Auffahren
eines Fahrzeuges bestehend aus einem Lager im
Bereich des Stoßfängers und einem Lager im Bereich
der Karosserie, zwischen denen ein federndes
Element angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein elastisch verformbares Element (2,
12, 20, 27) aus Kunststoff, welches sich auf Gleit
flächen (8, 17, 24, 28) abstützt, über zusätzlich
angeordnete elastische Körper (10, 18, 25, 30)
einstellbar ist.
2. Kunststoffdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Element aus einem Mittelsteg (5)
besteht, der auf beiden Seiten gegenüber der Haupt
stoßrichtung abwechselnd geneigte, verformbare
Rippen (6) besitzt, die am Ende mit Gleitflächen
(8) ausgerüstet sind.
3. Kunststoffdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zur Hauptstoßrichtung geneigten,
verformbaren Rippen (15, 23, 29) von gegenüberlie
genden Elementen (12, 20, 27) sich gegenseitig
seitlich über Gleitflächen (17, 24, 28) stützen.
4. Kunststoffdämpfer nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gleitflächen (8, 17, 24,
28) Strukturen besitzen.
5. Kunststoffdämpfer nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der elastische Körper aus einem
Kunststoffschaum (10, 18, 24) besteht.
6. Kunststoffdämpfer nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der elastische Körper aus einem
elastisch verformbaren Kunststoffstreifen (30)
zwischen einer Rippe (29) und einer gegenüberlie
genden Rippe (29) bzw. einer Gehäusewand besteht.
7. Kunststoffdämpfer nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Körper (10, 18, 25, 30)
verschiedener Elastizität in Stufen an einem
Element (2, 12, 20, 27) angeordnet sind.
8. Kunststoffdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das elastisch verformbare Element
(32) aus Kunststoff mit in Verschieberichtung nach
außen geneigten gegenüberliegenden Schenkeln (34),
die über ein Zugorgan (35) untereinander verbunden
sind, sich verschiebbar auf korrespondierende
Neigungsflächen (37) eines festen Lagers (38) ab
stützen.
9. Kunststoffdämpfer nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Zugorgan (35) Zugbänder aus
Kunststoff angeordnet sind, die neben den korres
pondierenden Neigungsflächen (37) in Verschiebe
richtung vorbeiführbar sind.
10. Kunststoffdämpfer nach Ansprüchen 8-9, dadurch ge
kennzeichnet daß Rückstellorgane, insbesondere
elastischer Schaumstoff, zwischen Element (32) und
festem Lager (38) angeordnet sind.
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