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Die
Erfindung betrifft einen Pralldämpfer
zur Absorption von Aufprallkräften
insbesondere bei einer Kraftfahrzeugkollision mit den im gattungsbildenden
Teil des Anspruches 1 genannten Merkmalen.
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Pralldämpfer dieser
Art sind zum Beispiel aus der
DE 34 19 165 A1 bekannt, in denen Pralldämpfer beschrieben
werden, die aus zwei ineinander verschiebbaren Rohren bestehen,
wobei ein nach außen
abgeschlossenes Innenrohr einen Gasraum aufweist, der mit einer
unter Hochdruck stehenden Gasfüllung
versehen ist. Ebenfalls im Innenrohr befindet sich ein erster Flüssigkeitsraum,
der vom Gasraum durch einen Trennkolben abgeschottet ist. Darüber hinaus
befindet sich im Innenrohr ein Drosselelement in Form einer Scheibe
mit einer Drosselöffnung,
die den ersten Flüssigkeitsraum
mit einem zweiten Flüssigkeitsraum
hydraulisch verbindet. Soll der Pralldämpfer Aufprallkräfte absorbieren,
die insbesondere bei der Kollision eines Kraftfahrzeuges mit einem
Hindernis entstehen, taucht das Innenrohr in das Außenrohr
ein. Hierbei wird die im zweiten Flüssigkeitsraum befindliche Hydraulikflüssigkeit durch
die Drosselöffnung
in den ersten Flüssigkeitsraum
verdrängt,
gleichzeitig wird das über
dem Trennkolben im Gasraum befindliche Gaspolster zusammengedrückt. Die
Volumenzunahme im ersten Flüssigkeitsraum
erfolgt entgegen der Kraft des eine Gasfeder bildenden Gasraumes,
die dadurch zusätzlich
vorgespannt wird. Die beim Eintauchen des Innenrohres in das Aussenrohr erzeugte
Vorspannung der Gasfeder bewirkt das Rückführen des Pralldämpfers in
die Ausgangsposition, sobald die von aussen auf das Innenrohr einwirkenden
Kräfte
nicht mehr wirksam sind. Der Absorptionsvorgang der Aufprallkräfte geschieht
ohne bleibende Schäden
am Pralldämpfer
bei Aufprallgeschwindigkeiten bis ca. 8 km/h.
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Bei
darüber
hinaus gehenden Aufprallgeschwindigkeiten übernimmt bei dem in der oben
genannten Schrift offenbarten Pralldämpfer ein Deformationskolben
den Energieabbau. Der Energieabbau erfolgt über eine Aufweitung des Außenrohres
in axialer Richtung. Dabei wirkt ein solcher Pralldämpfer, der
im Kraftfahrzeugbau vorzugsweise an steifen Fahrzeugträgerteilen
befestigt ist, auf Grund der geschwindigkeitsabhängig wirkenden Dämpfkraft
nahezu als starres Gebilde. Um die Knautschzone eines Fahrzeuges
in diesem Falle wirksam werden zu lassen, ist eine Wegbegrenzung
vorgesehen.
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Pralldämpfer der
gattungsgemäßen Art,
die in der beschriebenen Verfahrensweise ihre Aufgabe erfüllen, haben
sich prinzipiell im Stand der Technik bewährt. Der Aufbau derartiger
Pralldämpfer
ist jedoch trotz der überschaubaren
Anzahl der Bauteile mit einem nicht unbeträchtlichen fertigungstechnischen
Aufwand verbunden. Hier setzt die Aufgabe der Erfindung an, die
darin besteht, einen Pralldämpfer
der eingangs geschilderten Art bereitzustellen, der eine kostengünstige Herstellung
bei reduzierter Teilezahl ermöglicht.
Darüber
hinaus soll ein erhöhter Energie-Absorptionsgrad
erreicht werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen im kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 beschriebene technische Lehre gelöst.
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Erfindungswesentlich
dabei ist es, dass sich ein Pralldämpfer zur Absorption von Aufprallkräften, insbesondere
bei der Kollision eines Kraftfahrzeuges mit einem Hindernis, der
mit einem teleskopartig in ein Außenrohr einschiebbares Innenrohr,
welches an seinem aus dem Außenrohr
vorstehenden freien Ende mit einer Bodenplatte verschlossen ist,
wobei im Inneren des Innenrohres ausgehend von der Bodenplatte in
Richtung der Längsachse
des Pralldämpfers
ein mit unter Druck stehendem Gas gefüllter Gasraum und ein vom Gasraum
durch eine im Innenrohr verschiebliche Wandung getrennter erster mit
Fluid gefüllter
Flüssigkeitsraum
angeordnet sind, welcher durch ein Drosselelement mit einem zweiten mit
Fluid gefüllten
Flüssigkeitsraum
in Verbindung steht, der sich in Richtung der Längsachse an den ersten Flüssigkeitsraum
anschließt
und durch einen im Außenrohr
festgelegten Kolben flüssigkeitsdicht zum
freien Ende des Außenrohres
abgeschlossen ist, dadurch auszeichnet, dass das Drosselelement integraler
Bestandteil des Kolbens ist und der zweite Flüssigkeitsraum in einem Teilbereich
der Längsausdehnung
des Kolbens ringförmig
zwischen Innenwandung des Außenrohres
und Außenwandung
des Kolbens angeordnet ist.
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Durch
diese neuartige konstruktive Gestaltung wird zum einen eine besonders
kompakte Bauweise des Pralldämpfers
realisiert, wobei gleichzeitig das im Stand der Technik bekannte
Drosselelement als separates Bauteil nicht mehr hergestellt und
montiert zu werden braucht, da dessen Aufgabe durch die spezielle
Gestaltung des Kolbens von diesem Bauteil selbst übernommen
wird.
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Zusätzliche
vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben
sich ergänzend
aus den auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
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Das
am Kolben vorhandene Drosselelement kann dabei entsprechend einer
ersten vorteilhaften Ausgestaltung als schlitzförmige Öffnung an dem dem Innenrohr
zugewandten Ende des Kolbens zwischen innerer Wandung des Innenrohres
und Außenwandung
des Kolbens gestaltet sein, wobei die schlitzförmige Öffnung zum einen als umlaufender Ringspalt
und zum anderen als ein oder mehrere Nutspalte mit im Wesentlichen
rechteckförmigem Querschnitt
ausgebildet sein, wobei die Nutspalte in einem Teilbereich des Außenumfanges
des dem Außenrohr
zugewandten Ende des Kolbens als Ausnehmung eingebracht sind.
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Insbesondere
die Gestaltung des Drosselelementes als umlaufender Ringspalt hat
sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt, da dieser in
Zusammenhang mit einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung des Kolbens
dergestalt, dass der Kolben aus Kunststoffmaterial vorzugsweise
im Spritzgussverfahren gefertigt ist, ohne Nachbearbeitung in einem
Herstellungsgang produziert werden kann.
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Eine
ergänzende
weitere vorteilhafte Gestaltung des Gegenstandes der Erfindung sieht
vor, dass sich die schlitzförmige Öffnung im
Querschnitt während
des Einschiebens des Innenrohres in das Außenrohr verkleinert. Die Verkleinerung
führt zu
einer stetigen Versteifung des Pralldämpfers, je tiefer das Innenrohr
zur Aufnahme von Aufprallkräften
in das Außenrohr
eintaucht, so dass eine Erhöhung
des Energieabsorptionsgrades erzielt wird. Die Veränderung
der schlitzförmigen Öffnung und
somit des Drosselquerschnittes kann hierbei je nach Ausgestaltung der
schlitzförmigen Öffnung als
Ringspalt oder als Nutspalt in unterschiedlicher Weise vorgenommen werden.
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In
dem Fall, in dem die schlitzförmige Öffnung als
umlaufender Ringspalt gestaltet ist, wird der Kolben an seinem dem
Innenrohr zugewandten Ende als Kegelstumpf ausgebildet, wobei die
Differenz zwischen Kleinst- und Größtdurchmesser des Kegelstumpfes
an seinem oberen bzw. an seinem unteren Ende als Maß für die Veränderung
des Ringspaltquerschnittes gilt.
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In
den Fällen,
in denen die schlitzförmige Öffnung als
Nutspalt mit im Wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet
ist, wobei mehrere schlitzförmige Öffnungen
symmetrisch über
den Außenumfang
des Kolbens verteilt werden können, kann
die Verändeung
des Drosselquerschnittes dadurch herbeigeführt werden, dass sich die Nuttiefe des
bzw. der im Kolben eingebrachten Nutspalten in Richtung der Längsachse
des Kolbens von der Kolbenspitze zum Kolbenfuß hin verkleinert.
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Darüber hinaus
sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pralldämpfers vor,
dass das Außenrohr
an seinem dem Innenrohr abgewandten freien Ende einen zur Innenseite
vorstehenden Absatz aufweist, an dem das korrespondierende freie
Ende des Kolbens zur Anlage kommt. Der Absatz kann dabei als konische
Verkleinerung des Innenquerschnittes des Außenrohres ausgebildet sein, wobei
das korrespondierende freie Ende des Kolbens der Querschnittsverkleinerung
bzw. der Konizität
des Innenquerschnittes des Außenrohres angepasst
ist.
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Die
geschilderte konstruktive Gestaltung ermöglicht auf einfache Weise die
Versteifung des Pralldämpfers
in den Fällen,
in denen der Verschiebeweg des Innenrohres innerhalb des Außenrohres zur
Absorption von Aufprallkräften
aufgebraucht ist. In diesem Falle erfolgt eine direkte Übertragung
der weiteren Aufprallkräfte
vom Innenrohr auf den Kolben und von hier über den entsprechend ausgebildeten
Absatz direkt auf das Außenrohr
und in diejenigen Karosseriebauteile, an denen das Außenrohr kraft-
bzw. formschlüssig
festgelegt ist.
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Die
oben geschilderte Herstellung des Kolbens aus Kunststoffmaterial
im Spritzgussverfahren hat darüber
hinaus den Vorteil, dass durch die Auswahl eines geeigneten Kunststoffmaterials,
welches eine vorbestimmte Schmelztemperatur im Bereich oberhalb
von 150°C
aufweist, im Brandfall eines Kraftfahrzeuges der zugehörige Kolben
durch die Hitzeentwicklung nach dem Schmelzen ein Entweichen der
unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit ermöglicht,
so dass ein Explodieren des Pralldämpfers zuverlässig ausgeschlossen
wird.
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Darüber hinaus
kann die zwischen Gasraum und erstem Flüssigkeitsraum angeordnete Wandung ebenfalls
aus Kunststoffmaterial gefertigt sein, welches eine vorbestimmte
Schmelztemperatur im Bereich oberhalb von 150°C aufweist. Durch diese Gestaltung
kann im Brandfall das zusätzlich
unter Druck stehende Gaspolster zusätzlich bei Schmelzen der Wandung
in Folge der im Brandfall entstehenden erhöhten Temperaturen entweichen,
so dass auch eine Explosion des Pralldämpfers in Folge des Gasdruckes
ausgeschlossen wird.
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Im
Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele
des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die
Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich dabei vorrangig in der Gestaltung des als integraler
Bestandteil des Kolbens ausgebildeten Drosselelementes als Ringspalt
bzw. als Nutspalt.
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Es
zeigt:
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1 einen
Pralldämpfer
im Längsschnitt,
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2 einen
Querschnitt durch den Pralldämpfer
aus 1 entlang der Linie B-B aus 1, wobei
das Drosselelement als Ringspalt gestaltet ist, und
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3 einen
Querschnitt durch den Pralldämpfer
aus 1 entlang der Linie B-B, wobei das Drosselelement
aus vier über
den Umfang des Kolbens verteilten Nutspalten gebildet ist.
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Der
in 1 im Querschnitt gezeigte Pralldämpfer besteht
im Wesentlichen aus einem Innenrohr 1, welches in ein Außenrohr 2 teleskopartig
einschiebbar ist. An seinem aus dem Außenrohr 2 vorstehenden
freien Ende ist das Innenrohr mit einer Bodenplatte 3 verschlossen.
Im Innern des Innenrohres 1 befindet sich in Richtung der
Längsachse 4 des Pralldämpfers ausgehend
von der Bodenplatte 3 zunächst ein mit unter Druck stehendem
Gas gefüllter Gasraum 5.
Der Gasraum 5 ist an seiner der Bodenplatte 3 abgewandten
Seite durch eine im Innenrohr 1 verschiebliche Wandung 6 von
einem ersten mit Fluid gefüllten
Flüssigkeitsraum 7 abgetrennt.
Die Wandung 6 ist mit einem Dichtring 8 versehen,
so dass diese gegen die Innenwandung des Innenrohres 1 abgedichtet
ist.
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Der
erste Flüssigkeitsraum 7 ist
in seiner Ausdehnung begrenzt zum einen durch die Wandung 6 und
an seinem der Wandung 6 gegenüber liegenden Ende durch einen
Kolben 9, der wiederum fest innerhalb des Außenrohres 2 angeordnet
ist. Der Kolben 9 ist dabei so ausgebildet, dass er einen
dem Innenquerschnitt des Außenrohres 2 entsprechenden unteren
Bereich 10 aufweist, in dem zusätzlich eine als ringförmig umlaufende
Dichtung gestaltetes Dichtelement 11 angeordnet ist. An
den unteren Bereich 10 des Kolbens 9 schließt sich
in Richtung des Innenrohres ein oberer Bereich 12 an, der
gegenüber
dem unteren Bereich 10 einen reduzierten Querschnitt aufweist.
Durch den reduzierten Querschnitt im oberen Bereich 12 ergibt
sich ein ringförmiger
Spalt zwischen der Außenseite
des Kolbens 9 und der Innenseite des Außenrohres 2, der als
zweiter Flüssigkeitsraum 13 ebenfalls
mit einem Fluid, vorzugsweise einer Hydraulikflüssigkeit, gefüllt ist.
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Das
obere freie Ende des oberen Bereiches 12 des Kolbens 9 ist
dabei so ausgebildet, dass sich zwischen diesem und dem in das Außenrohr
einfahrbaren Innenrohr 1 eine schlitzförmige Öffnung 14 ergibt.
Diese schlitzförmige Öffnung 14 wirkt
als Drosselöffnung
und ermöglicht
einen Übergang
des im zweiten Flüssigkeitsraum 13 befindlichen
Fluids in den ersten Flüssigkeitsraum 7 in
dem Fall, in dem auf Grund von auf das Innenrohr 1 wirkenden
Aufprallkräften
das Innenrohr 1 in das Außenrohr 2 eintaucht.
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Wie
aus der 1 in Verbindung mit den 2 und 3 erkennbar
ist, kann die schlitzförmige Öffnung 14 zum
einen entsprechend der 2 als umlaufender Ringspalt
ausgebildet sein. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die schlitzförmige Öffnung 14 als
Nutspalt 15 auszubilden, wobei, wie dies aus der 3 deutlich
wird, vier Nutspalte 15 am Außenumfang des oberen Bereiches 12 des
Kolbens 9 symmetrisch angeordnet sind.
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In
beiden Ausführungsbeispielen
der 2 und 3 wird die schlitzförmige Öffnung 14 in
ihrer Größe verkleinert,
je tiefer das Innenrohr 1 im Falle der notwendigen Absorption
von Aufprallkräften
in das Außenrohr 2 eintaucht.
Die Verkleinerung des Drosselquerschnittes wird zum einen konstruktiv
dadurch realisiert, dass der obere Bereich 12 des Kolbens 9 im
Falle der Ausgestaltung der schlitzförmigen Öffnung 14 als Ringspalt
in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, wohingegen zum anderen bei
einer Gestaltung der schlitzförmigen Öffnung 14 als
Nutspalte) sich die Nuttiefe der am Außenumfang des Kolbens 9 angeordneten
vier Nutspalte 15 vom oberen, der Wandung 6 zugewandten
freien Ende des Kolbens 9 hin zum Ende des oberen Bereiches 12,
der dem unteren Bereich 10 benachbart ist, kontinuierlich
verkleinert. Die Verkleinerung der als Drossel fungierenden schlitzförmigen Öffnung 14 bewirkt eine
Erhöhung
des Energieabsorptionswirkungsgrades in Folge einer Versteifung
des Pralldämpfers durch
die Tatsache, dass je nach Größe der schlitzförmigen Öffnung 14 weniger
Flüssigkeit
vom unteren Flüssigkeitsraum 13 in
den oberen Flüssigkeitsraum 7 einströmen kann.
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Bei
der Funktionsweise des Pralldämpfers
ist allgemein zwischen zwei unterschiedlichen Betriebssituationen
zu unterscheiden. Bei der Absorption von Aufprallkräften, insbesondere
bei der Kollision eines Kraftfahrzeuges mit einem Hindernis, wobei
das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeit von unterhalb 8 km/h aufweist,
wird durch den Transfer von Hydraulikflüssigkeit vom zweiten Flüssigkeitsraum 13 zum ersten
Flüssigkeitsraum 7 gleichzeitig
das im Gasraum 5 befindliche Gasvolumen zusammengepresst, wodurch
vom Gasvolumen zusätzliche
Rückstellkräfte bereitgestellt
werden. Diese Rückstellkräfte bewirken
eine automatische Wiederausdehnung des Gaspolsters im Gasraum 5 in
dem Fall, in dem auf das Innenrohr 1 von außen keine
weiteren Druckkräfte
einwirken. Ist der Verschiebeweg des Innenrohres 1 innerhalb
des Außenrohres 2 in
Folge erhöhter
Geschwindigkeit oberhalb von 8 km/h und daraus resultierender erhöhter Aufprallkräfte aufgebraucht,
so gerät
die untere Kante des Innenrohres 1 mit dem unteren Bereich 10 des
Kolbens 9 in unmittelbaren Anlagekontakt. In diesem Falle
werden die noch wirkenden Aufprallkräfte direkt vom Innenrohr 1 über die Anlagefläche zwischen
Innenrohr 1 und Kolben 9 direkt auf das Außenrohr 2 übertragen.
Hierzu ist das Außenrohr 2 an
einer unteren, dem Innenrohr 1 abgewandten Ende mit einem
zur Innenseite des Außenrohres 2 vorstehenden
Absatz 16 versehen, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als konische Verkleinerung des Innenquerschnittes gestaltet ist.
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Der
untere Bereich 10 des Kolbens 9 ist dabei dem
Absatz 16 des Außenrohres 2 entsprechend angepasst,
so dass eine zuverlässige
Kraftübertragung
der auf den Kolben 9 mittels des Innenrohres 1 aufgebrachten
Kräfte
auf das Außenrohr 2 und
anschließend
auf karosserieseitige Elemente des Kraftfahrzeuges gewährleistet
ist.
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Abschließend ist
noch darauf hinzuweisen, dass sowohl der Kolben 9 als auch
die Wandung 6 aus Kunststoffmaterial gefertigt werden können, welches
eine vorbestimmte Schmelztemperatur im Bereich oberhalb von 150°C aufweisen
kann.
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Diese
besondere Maßnahme
dient dazu, um im Falle eines Brandes ein Explodieren des Pralldämpfers im
Wesentlichen durch Druckerhöhung
im Innenraum zu vermeiden, da beim Schmelzen des Kolbens 9 bzw.
der Wandung 6 sowohl die Dämpfflüssigkeit als auch das Gaspolster über eine
am freien Ende des Außenrohres 2 vorhandene Öffnung 17 nach
außen
entweichen kann.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass zwischen Innenrohr 1 und Außenrohr 2 aus
Dichtzwecken zusätzlich
eine umlaufende Dichtung 18 angeordnet ist. Eine Trennung
von Innenrohr 1 und Außenrohr 2 wird
ergänzend
nach dem Zusammenbau der Bauteile durch eine Bördelung 19 am oberen, dem
Innenrohr 1 zugewandten freien Ende des Außenrohres 2 verhindert.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.
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- 1
- Innenrohr
- 2
- Außenrohr
- 3
- Bodenplatte
- 4
- Längsachse
- 5
- Gasraum
- 6
- Wandung
- 7
- Flüssigkeitsraum
- 8
- Dichtring
- 9
- Kolben
- 10
- Unterer
Bereich
- 11
- Dichtelement
- 12
- Oberer
Bereich
- 13
- Flüssigkeitsraum
- 14
- Schlitzförmige Öffnung
- 15
- Nutspalt
- 16
- Absatz
- 17
- Öffnung
- 18
- Dichtring
- 19
- Bördelung