DE6802244U - Energieabsorbierende, teleskopartige rohrfoermige teile mit der faehigkeit zur uebertragung von drehmomenten. - Google Patents

Description

"Energieabsorbierend^_t teleskopartige rohriörmige Teile mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten."

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Vorrichtungen zur Absorbierung von Energie _r die bei der Energieabsorption nicht zerstört werden, in Verbindung mit teleskopartig ineinander sitzenden rohrförmigen Teilen, und genauer gesagt auf eine derartige Kombination, die eine verbesserte Vorrichtung der in der USA-Patentschrift 3 231 offenbarten Art umfasst, bei der mechanische Energie durch die periodische plastische Verformung eines Stoffes in festem Aggregatzustand absorbiert wird.

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Obwohl die Vorrichtungen zur Absorbierung von Enegie von der in der USA-Patentschrift 3 231 049 offenbarten Art la allgemeinen zufriedenstellend sind, haben sie den Nachteil, daß das Haß der Änderung der Energieabsorbierung während der Huboder Stoßstrecke des Dämpfers im wesentlichen konstant bleibt, d.h., die Dämpfungskraft ist Über die Hub- oder Stoßstrecke konstant.

In Anbetracht dessen ist es die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein neuartiges, energieabsorbierendes Teleskopteil zu schaffen, das die Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten hat, und das eine Energieabsorbierungsvorrichtung enthält, die dem obigen Nachteil nicht unterworfen ist, und die eine Einrichtung zur Erhöhung des Maßes der Änderung der Energieabsorbierung durch Erhöhung oder Verringerung der Dämpfung während der Hui»- oder Stoßstrecke des Fämpfers umfasst. Ferner soll erfindungsgemüß ein neuartiges, energieabsorbierendes Teleskopteil geschaffen werden, das eine linear wirkende Vorrichtung zur Energieabsorbierung der beschriebenen Art unfasst, die besonders für die sichere and wirkungsvolle Absorbierung von Energie bestimmt ist, ohne die Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten des Teleskopteiles in unangemessener Weise zu begrenzen.

Ferner soll erfiudungsgemäß ein neuartiges Teleskopteil geschaffen werden, das eine Energieabsorbieungsvorrichtung der beschriebenen Art enthält und während eines Energieabsorbierungszyklus* nicht zerstört wird.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Teleskopteil geschaffen werdeu, das eine Energieabsorbierungsvorrichtung enthält, in der die Energie durch eine periodische plastische Zugverfor— mung und Druckverformung in einem EnergieabsorbierungskSrper absorbiert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Teil mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten erste und zweite rohrförmige Teile, die teleskopartig ineinander sitzen, in betrieblicher Zuordnung zu einer periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung in Form eines festen Ktfrpers, der in der Lage ist, Energie durch zyklische plastische Zugverformung und Druckverformung auf die übertragung von mechanischer Energie durch mindestens eines der rohrförmigen Teile hin zu absorbier« Drei AusfUhrungsformen werden offenbart. Jede ÄusXünrungsform weist eine Einrichtung zur Erhöhung des Maßes der Änderung der von der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung auf der Stoß- bzw. Hubstrecke der Vorrichtung durch Erhtthung oder Verringerung der Dämpfungskraft über die Stoß- oder Hubstrecke auf. Jedes Ausftihrungsbeispiel weist ferner Mittel

auf, die die einseinen Teile teleekopartig so miteinander verbinden, daß eie die Fähigkeit zur übertragung von Drehmoment haben, ohne ihre Teleskopeigeneehaft zu verlieren. Ein Ansftthrungsbeispiel ist zum Zwecke der Veranschaulichung, jedoch nicht der Begrenzung, in Fora einer Lenksäule gezeigt. Die and« ren beiden AusfUhrungsbeisplele sind in Form von Antriebiiwellen für Motorfahrzeuge gezeigt.

Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Ausdruck "mechanische Energie" kann gemäß seiner herkömmlichen Definition definiert werden, d.h., er bezieht sich auf eine !traft, die über eine Strecke wirkt. Ferner bezieht sich der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Ausdruck "periodische plastische Verformung" auf die Verformung eines in festem Aggregatzustand befindlichen Stoffes um eine Hysteresiskurve, wie in Figur 21 der genannten USA-Patentschrift 3 231 049 veranschaulicht. Außerdem sollen die Ausdrücke "gekrümmter Körper", "ringförmiger Körper" und "spiralförmiger Körper" jeden Körper umfassen, auf den eingewirkt werden kann, um eine periodische plastische Zugverformung und Druckverformung hervorzurufen.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neuartig gehalten werden, sind besonders in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die vorliegende Erfindung geht sowohl hinsichtlich

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Ihrer Ausbildung als auch hinsichtlich ihrer Wirkungsweise srosamnen mit weiteren Zielen und Vorteilen an deutlichsten aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen gleiche Bezugsseichen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen·

In den Zeichnungen, in denen die Aueführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind, sind

Figur 1 ein Diagramm, in dem die Beschleunigung gegenüber der Zeit dargestellt ist,

Figur 2 ein Diagramm, in dem ein dimensionsloser Hubwert gegenüber einem dimensionslosen Eingangebeschleunlgungeparameter dargestellt ist,

Figur 3 ein Diagramm, In dem ein dimensionsloser Eingangsbeschleunigungsparameter gegenüber der anfänglichen StoBgeschwindigkeit dargestellt ist,

Figur h ein Diagramm, in dem der Hub gegenüber der Geschwindigkeit dargestellt 1st,

Figi»r 5 ein Kräftediagrama, in des etwas schesatiseb eise Energieabsorbierungsvorrichtung geaäfi der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wenn sie nichtaxialen Stussen unterworfen wird,

Figur 6 eine Längsschnittansient eines Teiles einer Vorrichtung zur Absorbierung von Energie, die in Verbindung mit rohrförmigen Teleskopteilen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,

Figur 7 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 7-7 in Figur 6,

Figur 8 eine der Figur 7 ähnliche Ansicht, in der ein Teil in erheblich vergrössertem Maßstäbe dargestellt ist, m bestirnte Ausbildungseinzelheiten deutlicher zu veranschaulichen,

Figur 9 eine vergrösserte Querschnitteansich' entlang der Linie 9-9 in Figur 6,

Figur 10 eine vergrösserte Teilquerechnittsansicht entlang der Linie 10-10 in Figur 6,

Figur 11 eine Draufsicht mit hinweggebrochenen Teilen zur Darstellung der inneren Ausbildung einer Lenkungseinriehtung, in der die rohrförmigen Teile gem&B der vorliegenden Erfindung verwendet werden,

Figur 12 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in Figur 11,

Figur 13 eine vergrösserte Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 13-13 in Figur 12,

Figur 14 eine Ansicht von unten eines Kraftwagens, der eine Antriebswelle verwendet, die ein zweites AusführungsbeispieJ. der vorliegenden Erfindung darstellt,

Figur 15 eine vergrösserte Querschnittanslcht entlang der Linie 15-15 in Figur 14,

Figur l6 eine Querschnittsansietat entlang der Linie l6-l6 in Figur 15,

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Figur 17 eine Teilquerechnittsaneicht, die der Figur ±6 ähnlich let und eine Antriebswelle zeigt» die eine dritte Aueführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, und

Figur 18 eine vergrösserte Querschnittensicht eiitleng der Linie 18-18 in Figur 17.

Es ist bekannt, daß bei dem Aufprall eines Kraftwagens auf einen ortsfesten Gegenstand der Kraftwagen eine gewisse Dämpfung des Stosses infolge der bleibenden Verformung der Stoßstange, des Kühlers, des Fahrgestells und dergleichen selbst dann hervorruft, wej η der Kraftwagen keine besondere Einrichtung zur Absorbierung von Energie aufweist. Wenn an der Verbindung zwischen der Lenksäule und f*em Rad ein Beschleunigungsmesser angebracht wird, beschreibt die während des Stosses geneaaene Beschleunigung voraussichtlich die Form einer HaisinuswcHe, die der in Figur 1 gezeigten ähnlich ist· Wenngleich es schwierig ist, die genaue Form der gezeigten Eingangsbeschleunigung genau zu beschreiben, scheint diese Art der Eingangsbeschleunigung zwei Parameter aufzuweisen. Diese sind die Spitzenbeschleunigung a und die Zeitdauer der BeschleunigungA t. Aus einer Analyse der zahlreichen auf dem Wasser und auf dem Land ausgeführten Versuche ergibt sich, daß die Halbeinuswellenform die Eingangsbeechleunigungskurve aufgrund der Zerstörung des Versuchskörpers während des Stosses darzustellen scheint. Wenn man annimmt, daß die Verformungsmechanik für den Kraftwagen ähnlich ist, kann «an eine mathematische Analyse der Erfordernisse für die Vorrichtung zur Absorbienng von Energie oder die Dämpfungsvorrichtung in Anwendung auf die Lenksäule des Kraftwagens aufstellen.

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In Figur i ist die Beschleunigungskurve einer Energieabsorbierungsvorrichtung der Halbsinuswelle überlagert, um die drei zusätzlichen Parameter zu veranschaulichen, die zur Beschreibung der mathematischen Charakteristiken der Vorrichtung erforderlich sind. Diese drei Parameter sind die folgenden: Bei der Zeit t. wird die Vorrichtung mit einem Beschleunigungswert a_ betätigt, der während der Eingangsbeschleunigung des Aufpralls auftritt. Die Vorrichtung wird solange mit dieser Beschleunigung betätigt, bis die Geschwindigkeit der Vorrichtung gleich Null ist, was in dem Zeitpunkt t_g der Fall ist.

Auf der Grundlage der in Figur 1 gezeigten Beschleunigungscharakteristiken kann eine Lösung für die Huberfordernisse d>r Esiergieabsorbierungsvorrichtung als eine Funktion von drei veränderlichen Großen entwickelt werden: Das Verhältnis der Beschleunigung der Vorrichtung zu der Spitzeneingangsbeschleunigung a /a ; ein dimensionsloses Beschleunigungsverhältnis

SO

, wobei ν der ursprünglichen Stoßgeschwindigkeit °

/a

SO

ο Λ t

ο Λ t

* ^Ψο ° i ^s

entspricht; und ein dimensionsloser Hubparameter — ^s )

wobei β der Hub der energieabsorbierenden Vorrichtung ist. Der dimensionslose Hubparameter r- für die Vorrichtung ist in Figur 2 als Funktion der anderen beiden Parameter dargestellt. Die Prüfung der Ergebnisse dieser Figur zeigt, daß wenn von der durch die Verformung des Kraftwagens hervorgerufenen Dämp—

fung Vorteile hergeleitet werden sollen, ein Wert a /a erzielt werden muß, der gleich oder größer als 0,5 ist. Venn ferner die Werte iür ' kleiner als i sind, kann es schwierig sein,

Nutzen aus der infolge der Verformung des Kraftwagens auftretenden Dämpfung zu ziehen, es sei denn, das Verhältnis &₈/a_o ist nahe an 1, was außerordentlich unpraktisch ist. Da die technische Bedeutung des Jöraaeters a_s/a_Q eich von selbst versteht, sind die einzigen Parameter, die einiger Klarstellung

^ao A-t bedürfen, der Eingangsbeschleunigungsparameter ■ ^ι' ■■ und der

Hubparameter <g·■ . Der erste Parameter, der aus veränderlichen Größen besteht, die sur Bildung der Fingangsbeschleunigungskurve gemäß Figur i verwendet werden, kann durch die Anfangsstoßgeschwindigkeit v_Q und den Parameter bestimmt werden, der von dem Produkt der Spitzen-ⁿgⁿ-Kräfte, g , und der Strede α abhängt, die ein Maß der Anfangsgeschwindigkeit ν . A t ist, wan die Dauer der Eiiigangsbeschleunigung beschreibt. Die

Charakteristiken des Beschleunigungsparameters ■ ■ sind in

T ^vo Figur 3 als Funktion der Anfangsstoßgeschwindigkeit ν und des Produktparameters g_ ·Δ_ dargestellt. Die Prüfung der Ergetnisse der Figur 3 zeigt, daß bei einer Stoßgeschwindigkeit von weniger als etwa 6 a/sec. und bei angemessenen Werten für

a .^ t g . die Werte für den Stoßbeschleunigungsparameter

größer als 1 sind.

Bei Stoßgeechwindigkeiten von 12 bis 30 m/sec. müssen jedoch Werte für S₀ Ά _a erreicht werden, die größer als 100 sind, sonst werden die von der in Figur 2 gezeigten Hubverringerung aufgrund des Eingangsbeschleunigungsparanieters hergeleiteten Vorteile nicht verwirklicht. Physikalischer ausgedrückt muß bei einem Auftreten von einer Eingangsspitzenbeschleunigung von 100 g während eines Aufp^^Hs sie gesamte bleibende Verformung durch die Stoßstange, den Kühler, das Fahrgestell des Kraftwagens und die Leitphnke u.dgl. mindestens etwa 30 cm überschreiten und möglicherweise bei hohen Geschwindigkeiten größer als 1,5 m sein. Die Ergebnisse der Figur 3 zeigen deutlich, daß bei Stössen mit hohen Geschwindigkeiten (im Bereich zwischen 12 und 30 m/sec.) die Dämpfung des Stoßes für den Fahrer durch die Lenksäule durch zusätzliche Dämpfungsvorrichtungen, wie z.B. eine energieabsorbierende Stoßstange oder Leitplanke unterstützt werden kann, um die Höhe der Belastung und die Stoßstrecken des Fahrers so gering wie möglich zu halten.

Um die für die Lenksäule erforderliche eigentliche Hubstrecke aus dem Parameter s" gemäß Figur 2 zu bestimmen, ist in Figur 4 der Hubparameter ν o/2a als Funktion der Stoßgeechwindigkeit vo und verschiedener vorgeschriebener g-Werte

des in der Lenksäule angeordneten ringförmigen Dämpfungcigliedes dargestellt. Nachdem ein Wert für die dimensionslose Hubstrecke i, aus Figur 2 bestimmt worden ist, wird die für das

s"
Dämpfungsglied erforderliche eigentliche Hubetrecke erhalten,

indem man den aus Figur 4 erhaltene» Wert für ν o/2a - der

eine Funktion der Stoßgeschwindigkeit vo und der Betriebs-g-

I₁ Kraft der Vorrichtung, g_ß, ist, mit s" multipliziert.

Es sei angenommen, daß durch entsprechende Ausbildung des

i, Kraftwagens und/oder der Leitplanken der Wert s* "0,5 aus Figur 2 erhalten werden kann. Für eine Stoßgeschwindigkeit von 24 in/sec., die einer Geschwindigkeit von b6,4 km/h entspricht, und bei einem g-Wert der Euergieabsorbierungsvorrichtung oder Dämpfungsvorrichtung von 30, die ohne Schaden für den Fahrer gemäß den festgestellten Kriterien für das menschliche Aus— haltevermugen annehmbar ist (in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung), ist ein Huberfordernis von 3 χ 0,5 = 1,5 Fuß (0,45 ») für die Dämpfungsvorrichtung der Lenksäule erforderlich. Wenn der Wert von s" ⁼ 0,5 durch entsprechende Ausbildung des !Kraftwagens und/oder der Leitplanke nicht erhalten werden, würde ein Wert von s 0,9 verwirklicht werdeu, und infolgedessen würde die Dämpfungsvorrichtung der Lenksäule eine Hubstrecke von nahezu 0,91 m für dieselben Aufprallbedingungen erfordern. Es ist offensichtlich, daß, wenn eine Hubstrecke von 0,45 η in der Lenksäule praktisch durchführbar und Werte von 0,9 a

oder mehr praktisch undurchführbar sind, die Verhinderung der Verletzung eines Fahrers bei verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit, nämlich bei 24 m/sec. oder 86,4 km/h für keine Lenksäulen-Dämpfungsanlage durchführbar ist, es sei denn, die Dämpfung des Stosses wird von anderen Dämpfungsquellen unterstützt.

Eine derartige Dämpfungsquell© besteht in der Autobahn— Leitplanke, die in einem weiteren Vorschlag der Anmelderin (Patentanmeldung Az.: P 15 75 076.2 vom 16. Juni 1967) bei 10 gezeigt ist. Diese Leitplanke weist eine periodisch wirkende Energieabsorbierungselnrichtung 12 und eine Energietiber tragungs einrichtung 14 auf, wie sie in den Figuren 5 bis 10 der vorliegenden Anmeldung gezeigt sind.

Die Energieübertragungseinrichtung 14 umfasst eine Stoßaufnahmeeinrichtung 16, ein inneres rohrfSrmiges Glied 18, ein erstes Verbindungemittel 20 und eine Halterung 22. Die Halterung 22 umfasst eine feste Stütze 24 und ein äusseres rohrförmiges Teil 34, das die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12 in betrieblicher Zuordnung asu dem inneren rohrförmigen Teil 18 hält und die Ausrichtung des Teiles 18 auf die periodisch wirkende Energieabsorbierungeeinrichtung aufrechterhält. Die Halterung 22 weist ferner eine zweite Ver-

bindungseinrichtung 36 auf, mit der das äussere rohrförmige Teil 34 mit der Stütze 24 verbunden ist Das inere rohrförmige Teil 18, das äunsere rohrfönnige Teil 34 und die periodisch wirkende Energieabsorbierungseil, richtung 12 bilden eine Dämpfungsanordnung 42.

Jede Dämpfungsanordnung 42 hat einen Hub vor .„wa 609,6 um von ihrer vollständig ausgefahrenen Stellung in ihre vollständig zusammengedrückte Stellung, in der sich das innere rohrförmige Teil 18 nahezu vollständig innerhalb des äueseren rohrförmigen Teiles 34 befindet. Die Dämpfungsanordnungen 42 absorbierer die Energie in einer veiter unten beschriebenen Weise dadurch, daß sie zusammengedrückt werden, wenn die Stoflaufnahmeeinrichtung 16 einen Stoß von einem Kraftwagen oder dergleichen aufnimmt Die Energieabeorbierungsfähgceit der Dämpfungseinrichtungen 42 ist derart, daß der Dämpfungshub eines besonderen Dämpfers beginnt, ohne daß dem Fahrer oder einem sonstigen Insassen des Kraftwagens ein wesentlicher Schaden zugefügt würde.

Jedes Verbindungsmittel 36, 20 weist einen Augbolzen 44 mit einem mit Außengewinde versehenen Ende 46 und einem Buchsenende 48 auf. Das Buchsenende 48 weist eine Buchse 50, in der ein Kugelglied 52 durch eine Schrauben- und Mntteranordnung 54 (Figur 10) gelenkig angebracht ist, das der Verbindung mit

einer zugeordneten Stütze 24 oder einer zugeordneten Stoßaufnahmeeinrichtung 16 dient. Wenn die Stoßaufnahmeeinrichtung die Stellung einnimmt, in der sie sich vor dem Stoß befindet, bilden die Dämpfungsvorrichtungen 42 einen Winkel von etwa mit der Stoßaufnähmevorrichtung l6. Die Gelenkigkeit der Verbindungsmittel 20, 36 und die Stellung der Stoßaufnahmeeinrichtung 16 vor dem Stoß gewährleisten, daß der Hub der Stoßaufnahmeeinrichtung 16 fast nur durch die Strecke eingeschränkt wird, die dem Durchmesser der Dämpfungsvorrichtungen 42 zugeordnet ist, und nicht durch ihre zusammengedruckte Länge. Ferner gewährleistet diese Anordnung, daß die Dämpfungseinrichtungen und die Verbindungsmittel 20, 36 unabhängig von dem Stoßwinkel intakt bleiben.

Unter nunmehriger besonderer Bezugnahme auf Figur 5 sollte, wenn eine optimale Energieabsorbierung erzielt werden soll, die Kraft F des Stosses während der gesamten Hubstrecke des Dämpfen 42 eine konstante sein. Zu diesem Zweck muß die Kraft F des

Dämpfers notwendigerweise mit dem Hub mit der Änderung von

1
cos G zunehmen, wobei sich θ möglicherweise während des Hubes zwischen 45° und 75° ändern würde. Diese mit dem Hab zunehmende Kraft wird in weiter unten beschriebener Weise bei der Herstellung der Dämpfungseinrichtungen 42 vorgesehen. Da die Stoßaufnahmeeinrichtung l6 so ausgebildet ist, daß sie sicli während des Hubes der Dämpfungseinrichtung 42 nicht für

dauernd verformt, und da die Dämpfungseinrichtungen sowohl Bit Zug- als auch Druckhttben arbeiten, ist jeder Dämpfer unabhängig von dem Winkel der Stoßkraft betriebewirkean. Damit wird die Stoßkraft Über eine grösstutfgllche Fläche der Stoßauf nähme einrichtung 16 verteilt, und es ergibt sich daraus eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß irgendeine der Däaipfungseinrichtungen zerstört wird.

Der Innendurchmesser des aussereη rohrförmigen Teiles 34 ist genügend grosser als der Außendurchmeseer des inneren rohrförmigen Teiles 18, so daß ein Ringraum oder eine Kammer 70 zwischen den Teilen 34 und 18 gebildet wird. Die periodisch wirkende Enorgieabsorbierungseiurichtung 12 ist in der llbamer 70 in betrieblicher Zuordnung zu dem Uusseren rohrförmigen Teil 34 und dem inneren rohrförmigen Teil 18 angeordnet, um durch periodische plastische Verformung und die Umkehr dieser Verformung auf die durch die EnergieUbertragungselnrichtung 14 auf sie übertragene mechanische Energie hin Energie zu absorbieren. Die periodisch wirkende Energieabsorblerungseinrichtung 12 umfasst einen Arbeitskäfig 72 und einen Staukäfig 73 und einen festen, nichtelaetomeren, in radialer Richtung nicht zusammengedrückten gekrümmten Körper in Form einer spiralförmigen Spule 74 mit einer Vielzahl von Windungen 76. Jede Windung 76 stellt einen gekrümmten Körper dar, der einer periodischen plastischen Zugverformung und Druckverformung durch die

Drehung jeder Windung 76 um ihre innere Achse unterworfen werden kann. Die periodisch wirkende Energieabsorbierungselnrich— tung 12 wird durch eine Haltekappe 80 daran gehindert, eich über das Ende 78 des rohrförmigen Teiles 18 hinauszubewegen. Die Haltekappe 80 weist eine Seitenwand 81 auf, die das Ende 78 des rohrförmigen Teiles 18 umgibt und an diesem durch geeignete Schweißstellen 82 befestigt ist, sowie eine Bodenwand 84, deren Funktion weiter unten beschrieben wird. Die Seitenwand 81 weist eine» oberen Rand 86 auf, an dem der Arbeitskäfig 72 angreifen kann, um zu verhindern, daß er an dem Ende 78 vorbeibewegt wird.

Der Arbeitskäfig 72 und der Staukäfig 73 weisen je ein d**8 innere rohrförmige Teil 18 umgebendes Band 88 und mittlere gekrümmte Körper 90 auf, die in länglichen Öffnungen 92 augeorduet sind, die in einem zugeordneten Band 88 vorgesehen sind.

Der Betrag der durch jede Dämpfungseinrichtung 42 absorbierten Energie hängt teilweise von der Anzahl der Windungen 76 ab, die während eines besonderen Hubes um ihre Innenachsen gedreht werden. Die Anzahl der Windungen 76, die gedreht werden, hängt davon ab, ob sie während eines besonderen Arbeitshubes in Arbeitseingriff mit dem inneren rohrförmigen Teil und dem äusseren rohrförmigen Teil 34 gebracht werden oder

nicht. Die Windungen 76 werden während eines Arbeitehubes in Arbeitseingriff mit dem inneren rohrförmigen Teil 18 und dem äuseeren rohrförmigen Teil 34 gebracht, um die sich «it den Arbeitshub erhöhende Kraft zu erzeugen, wie es bei der Herstellung jeder Dämpfungseinrichtung 42 vorgesehen ist. Dies wird dadurch erreicht, daß man das innere rohrförmige Teil 18 von seinem Ende 78 zu seinem anderen Ende 94 hin um ein bestimmtes Maß konisch verjüngt ausbildet. Eine derartige konische Verjüngung des inneren rohrförmigen Teiles 18 bildet eine veränderliche Kammer 70, die eine Erhöhung der Kraft während des Arbeitsbubes zur Folge hat. Das Maß der konischen Verjüngung hängt von ά r Länge des inneren rohrförmigen Teiles 16, seinem Durchmesser und dem Durchmesner der Windungen 76 ab, wie es weiter unten ausführlich beschrieben wird.

Während ein«s besonderen Arbeitshubes absorbiert der Arbeitskäfig 72 aufgrund der Drehung der gekrümmten Körper 90 um ihre Innenachse nicht nur Energie, sondern er bewegt auch die Windungen 76 des spiralförmigen Körpers 74 in Arbeitseingriff mit dem äusserer rohrförmigen T^iI 34 durch Verschiebung der Windungen 76 an dem inneren rohrförmigen Teil 18 entlang in Richtung des Pfeiles 96. Eine bestimmte Anzahl von Windungen 76 befindet sich von Anfang an in Arbeitseingriff mit dem inneren rohrförmigen Teil 18 und dem äusseren rohrförmigen Teil 34, so daß die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrich-

tung 12 bei Beginn des Aufprallstosses eine bestimmte Energiemenge absorbiert Um die Windungen 76 in Arbeitseingriff mit dem inneren rohrförmigen Teil 18 und dem äusseren rohrförmigen Teil 34 zu bringen, müssen die Innenwand 98 des ausseren rohrförmigen Teiles 34 und die Außenwand 100 des inneren rohrförmigen Teiles 18 eine ausreichende Reibungskraft auf die Windungen 76 ausüben, um sie um ihre Innenachsen zu drehen. Aa Ende des Hubes kann die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinricütung 12 zu dem Ende 78 des inneren rohrförmigen Teiles 16 durch die Ausfahrbewegung der zugeordneten Dampfungseinrichtung 42 zurückgebracht werden. Während dieser Ausfahrbewegung gewährleistet der Staukäfig 73» daß die Windungen 76 ordnungsgemäss aneinandergereiht bleiben.

Wenn eine besondere Dämpfungseinrichtung 42 vollständig ausgefahren ist, wird die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12 durch eine Mutter 104 daran gehindert, aus dem offenen Ende 102 des rohrförmigen Teiles 34 auszutreten. Die Mutter 104 sitzt auf einest mit Außengewinde versehenen Ring 106, der an dem Ende 102 des rohrföniigen Teiles 34 durch geeignete Schweissungen 108 befestigt ist.

Obwohl für die verschiedenen Einzelteile jeder Dämpfungseinrichtung 42 eine Reihe von verschiedenen Parametern zur

Geltung kommt, können die folgenden Warte als veranschaulichendes Beispiel angegeben werden:

Das innere rohrförmige Teil 18 kann ein hohler zylindrischer Körper aus wärraebehandeltem rostfreiem Stahl 17-7 PH «ein. Dieser Körper kann eine Wanddicke von 0,635 nm» wie es durch die

Pfeile 110 in Figur 8 angedeutet ist, eine effektive Länge von

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304,8 mm und einen Außtindurchmeeser aufweisen, der an dem Ende 94 69,04 mm beträgt und sich mit einer ünderungsrate von 0,5 mm pro Meter in Richtung auf das Ende 78 zu einem kürzeren Durchmesser verjüngt.

Das ausser© rohrförmige Teil 34 kann ein hohler zylindrischer Körper aus wärmebehandeltem rostfreiem Stahl 17-7PH mit einer Wanddicke von 0,635 mm und einem Außendurchmesser von 72,21 mm sein.

Die Ringkammer 70 hat zwischen dem äusseren rohrförmigen Teil 34 und dem inneren rohrförmigen Teil 18 an dem Ende 94 des inneren rohrförmigen Teiles 18 eine lichte Weite von etwa 0,94 mm mit einer entsprechenden Zunahme mit einer Änderungsrate von 0,5 mm pro Meter in Richtung auf das Ende 78 zu einer höchsten Zunahme von 0,381 mm.

-Sl-

Die gekrümmten Körper 90 in den Käfigen 72 und 73 bestehen aus einem rostfreien Stahldraht 302 und haben je einen Durchmesser von etwa 1,18 mm und eine Länge von 22,098 mm. In Jedem der Käfige 72, 73 sind sechs derartige Körper vorgesehen, und zur Bewegung jedes Käfigs ist eine Kraft von etwa 81,646 kp erforderlich.

Die spiralförmige Spule 74 besteht aus einem rostfreien Stahldraht 302 mit einem Durchmesser von etwa 1,143 Bim, und weist etwa 80 Windungen 76 auf. Es sind etwa 90,718 kp erforderlich um jede Windung um ihre innere Achse zu drehen. Da die lichte Weite der Ringkammer 70 eine höchste Zunahme von 0,038 aim hat und die gekrümmten Körper 90 einen um 0,038 mm grösseren Durchmesser als die Windungen 76 haben, stehen die Käfige 72, 73 stets in Arbeitseingriff an den rohrförmigen Teilen 18 und 34. Dadurch wird gewährleistet, daß die Käfige 72, 73 während des Arbeitshubes der Dämpfungseinrichtung 42 stets eine bewegende Kraft auf die Windungen 76 ausüben.

Das Verbindungsteil 20 ist an dein Ende 94 einer zugeordneten Dämpfungseinrichtung 42 mittels eines Stiftes 112 befestigt, der in dem offenen Ende 94 dee inneren rohrförmigen Teiles 18 durch geeignete Schweissungen 114 befestigt ist und eine mit Innengewinde versehene Bohrung II6 aufweist, die das mit Außengewinde versehene Ende 46 des Augbolzens 44 aufnimmt.

Das Verbindungsteile 36 ist mit dem Ende 118 des ausβeren rohrförmigen Teiles 34 durch eine Abschlußkappe l£0 verbunden, die in dem offenen Ende 118 durch geeignete Schwel8Bungen 122 befestigt ist und eine mit Innengewinde versehene Bohrung 124 aufweist, die das mit Außengewinde versehene Lüde 46 des Augbolzens 44 aufnimmt. Ein Lufteinlaßventil 12f Ij in der Abschlußkappe 120 angebracht und dient der Einführung von Preßluft in das Innere des äusseren rohrförmigen Teiles 34 zur Ausübung einer gegen die geschlossene Bodenwand 84 der Abschlußkappe 80 gerichteten Kraft, die dazu dient, die Dämpfungseinrichtung 42 wieder auszufahren, wenn sie zuvor zusammengedrückt worden ist

Ö802244

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines energieabsorbierenden rohrförmigen Teleskopteile» mit der Fähigkeit zur übertragung von Drehmomenten wird nun Jim Zusammenhang mit den Figuren Ii bis 13 beschrieben, in denen eine Lenkungseinrichtung 146a eine Stoßaufnahmeeinrichtung l6d in Form eineν Lenkrades umfasst, das drehfest mit einem inneren rotorfttmigen Teil 16d verbunden ist, das teleskopartig in einem äusseren rohrförmigen Teil 34d sitzt, das eine Verechiebewelle 216 aufweist, die an dem Ende 218 des äusseren rohrförmigen Teiles befestigt ist. Die Verschiebewelle 2i6 ist den üblichen Lenkungszahnrädern (nicht gezeigt) betrieblich zugeordnet, die in einem Gehäuse untergebracht sind, das durch die gestrichelten Linien 220 gezeigt ist.

Die Lenkungseinrichtung 146a umfasst ferner eine periodisch wirkende Energleabsorbierungseinrichtung 12d, die der oben beschriebenen periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichttuqg 12 gleich sein kann, mit der Abweichung, daß eine bestimmte Anzahl von Windungen 76d mit kugelförmigen Teilen 222 versehen sein kann, die in rillenfureigen Kammern 224 angeordnet sind, um das innere rohrförmlge Teil 18d mit dem äusseren rohrförmigen Teil 14d dr^hfest zu verbinden und dabei die relative Hin— -■ und Hebewegung zwischen diesen beiden Teilen zu gestatten. Die rillenfö-rmigen Kammern 224 können durch in axialer Richtung verlaufende, gekrümmte Kanäle 226 gebildet "werden, 4Ie-In dem

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äueeeren rohrförmigen Teil 34d ausgebildet sind, sowie durch in den Inneren rohrförmigen Teil ISd auegebildete entsprechende Kanäle 228.

Eine zweite Aueführungsform für ein energieabsorbierendes rohrförmiges Teleekopteil mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten wird nun in Verbindung mit den Figuren 14 bis 16 beschrieben , in denen ein Kraftwagen 230 ein Chassis 232 mit einem Rahmen 234, ein Hinterachsgehäuse 238, ein Differntial 240 und ein Getriebe 242 umfasst. Eine Antriebswellenanordnung 244 verbindet das Getriebe 242 alt den Differential 240 und umfasst ein inneres rohrförasiges Teil 18a, das teleskopartig in einem äusseren rohrförmigen Teil 34e sitzt.

Die Antriebswelle 244 umfasst ferner eine periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12d, die der oben in Verbindung mit den Figuren 11 bis 13 beschriebenen periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung gleich sein kann. Die periodisch wirkende Energieabeorbierungseinrichtunig 12d weist mindestens eine Windung 76d auf, die mit kugelförmigen Teilen 222 versehen ist, die in rillenförmlgen Kammern 246 angeordnet sind, um das innere rohrförmige Teil 18e drehfeet mit dem äusseren rohrförmigen Teil 34« zu verbinden und gleichzeltig die relative Bewegung In axialer Richtung bzw. die re-

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lative Hin- und Herbewegung zwischen diesen beiden Teilen zu geetatten. Die rillenförmigen Kammern 246 können durch in axialer Richtung verlaufende, gekrümmte Kanäle 248 gebildet werden, die in dem äusseren rohrförmigen Teil 34e ausgebildet sind, sowie durch entsprechende Kanäle 250, die in den inneren rohrförmigen Teil 18e ausgebildet sind.

Vie es in den Figuren 17 und 18 gezeigt ist, kann eine Antriebswelle 244 a mit der Antriebswelle 44 identisch sein, mit der Abweichung, daß die kugelförmigen Teile 222 und die rillenförmigen Kammern 246 durch mehrere ebscherbare Teile 222a bzw. in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze 246a ersetzt werden können.

Die Antriebswelle 244a weist eine periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung 12f auf, die der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung 12d gleich sein kann, mit der Abweichung, daß die kugelförmigen Elemente 222 weggelassen sind, wodurch die Windungen 76f den in Verbindung mit den Figuren 7-8 beschriebenen Windungen 76 gleich sind.

Die abscherbaren Teilen 222a verbinden ein inneres rohr— förmiges Teil i8f drehfest mit einem äusseren rohrförmigen Teil 34f, lassen sich aber ohne weiteres abscheren, um eine relative axiale Bewegung bzw. Hin- und Herbewegung zwischen

diesen beiden Teilen zu gestatten. Jedes abscherbare Teil 222a kann in dem ihm zugeordneten Schlitz 246a durch eine Schweissung 108a an Ort und Stelle gehalten werdeu, die auch ein mit Außengewinde versehenes Teil 106a au dem äusseren rohrförmigen Teil 34f befestigt. Vier abscherbare Teile 222a können verwendet werden, und jedes Teil kann aus einem 50,8 mm χ 0,0508 mm großen Messingbeilageblech o. dgl. bestehen. Die Amessung von 50,8 ram wird in radialer Richtung angeordnet, so daß jedes Toil 222a unter normalen Drehmomentsbelastungen, die während der Drehung der Antriebswelle 244a auftreten, nicht abgeschert, wird. Die Abmessung von 0,0508 mm gestattet das Abscheren ohne unangemessene Erhöhung der Dämpfungski aft, wenn die Antriebswelle 244a einer axialen Belastung von ausreichender Größe unterworfen wird, um die periodische Wirkung der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung 12f auszulösen.

Während die hier ausführlich gezeigten und beschriebenen besonderen rohrförmigen Teile in der Lage sind, die oben angegebenen Ziele zu erreichen und Vorteile zu bieten, sei darauf hingewiesen, daß sie nur der Veranschaulichung der gegenwärtig bevorzugten AusfUhrungsformen der Erfindung dienen, und daß die hier gezeigten Einzelheiten der Ausbildung oder Konstruktion nur durch den Rahmen der beigefügten Aaqprtiche begrenzt werden sollen, die einen Teil der vorliegenden Offen-

barung bilden.

Claims (8)

PATENTANWÄLTE LICHT ■ :. il2 ,SSE 33 München,den 11. Oktober 1968 /De ARA, IXC. West Covina, Kalifornien West Garvey Avenue 2017 V. St. A. Gebrauchsmusteraraneldungt "Energieabsorbierende, teleskopartige rohrförmige Teile mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten." SCnUTZANSPRÜCHE

1. Energieabsorbierendes Teleskopteil mit der Fähigkeit zur Übertragung von Drehmomenten, gekennzeichnet durch ein inneres Teil (18), das teleskopartig in einem ausseren Teil (34) mit genügendem Zwischenraum zur Bildung einer ringförmigen Kammer (70) zwischen den beiden Teilen sitzt, eine periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung (£), die in der Kammer angeordnet ist, um Energie zu absorbieren, die auf die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung durch eine relative

axiale Bewegung der beiden Teile (18, 34) übertragen wird, wobei die periodisch wirkende EnergieabBorbierungseinrichtung Mittel zur Absorbierung von Energie durch eine plastische Verfonaung und die Umkehr der plastischen Verfermung derselben Teile aufweist, wobei die plastische Verformung durch die übertragung mechanischer Energie von den Teilen (ig _->■ ) auf die energieabsorbiexsade Einrichtung hervorgerufen uiu, und M₁ttel (222, 246) die die Teile (18, 34) zur Verhinderung der relativen Drehung zwischen ihnen miteinander verbindet, ohne die relative axiale Bewegung zwischen den beiden Teilen wesentlich zu behindern.

2. Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Teile der periodisch wirkenden Energieabsorbierungseinrichtung bei efoem bestimmten, in einer Richtung wirkenden Betrieb der Teile (18, 34) einer periodischen Verformung unterworfen werden, wodurch die Kraft, die zur Bewegung der Teile erforderlich ist, allmählich geändert wird, bis sie einen vorgeschriebenen Wert erreicht, woraufhin sie bei der weiteren Bewegung der Teile konstant ist.

3· Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil (l8d) ein oberer Lenksäulenteil und das andere Teil (34d) ein unterer Lenksäulenteil ist.

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4. Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil (l8e) mit den Getriebe eines Kraftwagens verbunden ist und das andere Teil (34e) mit dem Differential des Kraftwagens verbunden ist.

5 Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch wirkende Energieabsorblezungseimichtung aus einem festen, nichtelastomeren, in radialer Richtung nicht zusammengedrückten, gekrümmten Hrper besteht, der tun seine Innenachse gedreht werden kann, um durch abwechselnde plastische Zugverformung und plastische Druckverformung der gleichen Teile Energie zu absorbieren, die während jedes Zyklus' durcb die Teile (18, Jh) auf sie übertragen wird.

6. Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung einen Arbeitskäfig (72), einen spiralförmigen Kur«· per (74) und einen Staukäfig (73) umfasst

7. Energieabsorbierendes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (70) eine veränderliche Breite hat, und daß die periodisch wirkende Energieabsorbierungseinrichtung der mechanischen Energie in einem MaB unterworfen wird, das durch die veränderliche Breite der Kammer gesteuert wird.

-k-

8. Energieabsorbierendee Teil nach Ansprucä 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (222, 246, 250) mindestens je eine in axialer Richtung verlaufende Kammer (246 bzw. 250) an jedem Teil (34e bzw. 18e) und ein im wesentlichen kugelförmiges Teil (222) umfassen, das in den Kammern angeordnet ist.

9· Energieabsorbierendee Teil nach Anspruch 1, äadurch gekennzeichnet ρ daß die Verbindungsmittel mindestens ein abscher bares Teil (22ä) umfassen, das das innere Teil (I8f) mit den äusseren Teil (34f) verbindet.