DE2212685A1

DE2212685A1 - ENERGY ABSORBER

Info

Publication number: DE2212685A1
Application number: DE19722212685
Authority: DE
Inventors: Walther Prof Dr Dawihl; Hans-Christof Dipl Ing Klein
Original assignee: GSK GES fur SYSTEMENGINEERING
Current assignee: GSK GES fur SYSTEMENGINEERING
Priority date: 1972-03-16
Filing date: 1972-03-16
Publication date: 1973-09-27

Description

ENERGIE - ABSORBER Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur irreversiblen Umwandlung kinetischer Energie in andere Energieformen. ENERGY ABSORBER The invention relates to a device for the irreversible conversion of kinetic energy into other forms of energy.

Derartige Vorrichtungen werden als energieabsorbierende Sicherheits-Bauelemente zum Beispiel im KFZ- und Aufzugsbau eingesetzt, um in Gefahrensituationen bewegten Massen rück stoßfrei möglichst viel Bewegungsenergie zu entziehen.Such devices are used as energy-absorbing safety components Used for example in car and elevator construction to move in dangerous situations To withdraw as much kinetic energy as possible without recoil.

Es sind wiederverwendbare und nur einmal benutzbare Energien Absorber zu unterscheiden. Bekannte Lösungen der ersten Rate; gorie sind: - Federpuffer mit Rüekschlagsicherung - Reibungsdämpfer (mechanisch oder hydraulisch wirkend) - Reibungsdämpfer mit zusätzlicher Energie-Umwandlung durch Walken von Elastomer-Kdrpern Zu der zweitgenannten Kategorie rechnen: - Knautsch-Zonen, gebildet durch beul- und verformbare Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoffe - Stauch-Klötze Ein Nachteil der Federpuffer ist, daß die speicherbare Energie nur in Form elastischer Verformungen aufgenommen werden kanne Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig kleines Energie/Gewicht-Verhältnis. Auch der mechanische Aufwand für die Rückschlag-Sperre ist zu beachten. Reibungsdämpfer können im allgemeinen ebenfalls nur für die Absorption geringer Energie-Beträge eingesetzt werden. Sie besitzen darüberhinaus meist eine hohe Nullreibung, was einen unerwünschten Aufschlagstoß bedingt.They are reusable energy absorbers that can only be used once to distinguish. Well-known first-rate solutions; gorie are: - spring buffers with Anti-kickback device - Friction damper (mechanically or hydraulically acting) - Friction damper with additional energy conversion by flexing elastomer bodies. To the second mentioned Include category: - Crumple zones, formed by buckling and deformable metal-plastic composites - Upsetting blocks A disadvantage of spring buffers is that the energy only can be stored can be absorbed in the form of elastic deformations relatively small energy / weight ratio. Also the mechanical effort for the kickback lock must be observed. Friction dampers can in general can also only be used for the absorption of small amounts of energy. she In addition, they usually have a high level of zero friction, which creates an undesirable impact conditional.

Eine bekannte Konstruktion, weiche neben der Reibungsarbeit die Walkarbeit von Elastomeren zur Energie-Umwandlung benutzt, hat ebenfalls eine sehr hohe Nullreibung.A well-known construction that softens flexing work in addition to the friction work Used by elastomers for energy conversion, it also has a very high zero friction.

Knautsch-Zonen, deren Energie-Aufnahme durch Beul- und Biegevorgänge weitgehend bestimmt wird, haben bezogen auf Volumen und Gewicht einen sehr geringen Wirkungsgrad.Crumple zones, their energy absorption through buckling and bending processes largely determined, have a very low level in terms of volume and weight Efficiency.

Stauch-Klötze nehmen bezogen auf Volumen und Gewicht die meiste Energie auf. Der Stauchweg ist Jedoch sehr kurz und nicht beeinflußbar.Upsetting blocks take the most energy in terms of volume and weight on. However, the compression path is very short and cannot be influenced.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Energie-Absorbermit optimaler Gewichts-/Volumen-Ausnutzung sowie einer anpaßbaren Kraft-Weg-Charakteristik zu schaffen.The aim of the present invention is to provide a compact energy absorber with optimal weight / volume utilization as well as an adjustable force-displacement characteristic to accomplish.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht indem eine Vorrichtung zur irreversiblen Umwandlung kinetischer Energie in andere Energie formen, bestehend aus einem Hohlkörper und einem in diesen eindringenden Stempel vorgeschlagen wird, die dadurch gekennzeichnet ist daß der Hohlkörper ganz oder teilweise mit eine pulver ein Stoff ausgefüllt ist, der durch den eindringenden Stempel verdichtet wird.According to the invention this is achieved by a device for irreversible Conversion of kinetic energy into other forms of energy, consisting of a hollow body and a punch penetrating into this is proposed, which is characterized by is that the hollow body is completely or partially filled with a powder a substance which is compacted by the penetrating punch.

Es ist zweckmäßig, de. Hohlkörper in Form eines Zylinders auszubilden. Der Füllstoff nimmt durch die Verdichtung Energie auf, und zwar in Fo<^n plastischer Verformungs-Energie und sowohl innerer als auch Wandreibungsarbeit.It is appropriate to de. Form hollow body in the form of a cylinder. The filler absorbs energy as a result of the compression, in a more plastic manner Deformation energy and both internal and wall friction work.

Es ist bekannt, daß beim Verdichtern pulverförmiger Stoffe diese auf die sie umschließenden. Wände einen Druck ausüben.It is known that when compressing powdery substances this on those surrounding them. Walls exert pressure.

Dieser Effekt wird ir weiterer Ausbildung dieser Erfindung dazu benutzt, die Wand des Hohlkörpers bis in den Bereich plastischer Verformungen hineir zu beanspruchen. Dadurch wird auch der Baustoff der Vorrichtung selbst zur Energie-Absorption herangezogen, Der Füllstoff selbst wird so vorteilhaft ausgewählt, daß er eine hohe plastische Verformung zuläßt. Weiterhin können dem Pulver ebenfalls pulverisierte Stoffe zugeführt werden, welche die innere und Wandreibung erhöhen.This effect is used in the further development of this invention to to stress the wall of the hollow body up to the area of plastic deformations. As a result, the building material of the device itself is used for energy absorption, Of the The filler itself is selected so advantageously that it has a high plastic deformation allows. Furthermore, powdered substances can also be added to the powder, which increase the internal and wall friction.

Vorzugsweise werden Mischungen von Weicheisenpulver, Aluminiumpulver oder Kupfer-, Zinn- und Zinkpulver verwendet.Mixtures of soft iron powder and aluminum powder are preferred or copper, tin and zinc powders are used.

Durch geeignete Vorbehandlung in kontrollierter Gas-Atmosphäre ist eine Behandlung dieser Pulver zur Erzielung einer hohen inneren und Wandreibung möglich.Is by suitable pretreatment in a controlled gas atmosphere a treatment of these powders to achieve high internal and wall friction possible.

In der Zeichnung sind verschiedene Alias Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.In the drawing are various alias embodiments of the Invention shown.

Es zeigen Fig. 1 den Energie-Absorber schematisch, Fig. 2 u. 3 verschiedene Stempel, Fig. k, 5 u. 6 verschiedene Ausbildungsformen des Energie-Absorbers, Fig. 7 ein Schaubild der gewünschten Kraft -Weg-Charakteristik.1 shows the energy absorber schematically, and FIGS. 2 and 3 show different ones Stamp, Fig. K, 5 and 6 different forms of design of the energy absorber, Fig. 7 shows a diagram of the desired force-displacement characteristic.

Der einfachste Energ;Le-Absorber nach diesem Prinzip besteht aus einem zylindrischen Gefäß 1 und einem die ganze Zylinderfläche bedeckenden Stempel 2, der die Pulverfüllung 3 nach außen abschließt (Fig. 1).The simplest Energ; Le absorber according to this principle consists of one cylindrical vessel 1 and a die 2 covering the entire cylinder surface, which closes off the powder filling 3 to the outside (Fig. 1).

Zur Erzeugung einer radialen Pressung ist die Stirnfläche des Stempels kegelförmig (Fig. 2) oder parabolisch (Fig. 3) ausgebildet. Der Abschluß in axialer Richtung wird durch eine Kugelkalotte 5 gebildet.The end face of the punch is used to generate radial pressure conical (Fig. 2) or parabolic (Fig. 3). The conclusion in axial Direction is formed by a spherical cap 5.

Bei dem Energie-Absorber gemäß Fig. 4 bedeckt der Stempel die Zylinderfläche nur zum Teil. Der Stempel 7 dringt gleich einem Plunger-Kolben in den Füllstoff ein. Die Stirnfläche des Stem-.In the case of the energy absorber according to FIG. 4, the stamp covers the cylinder surface only partially. The punch 7 penetrates the filler like a plunger piston a. The face of the stem.

pels weist die in Fig. 2 und 3 dargestellte Form auf.pels has the shape shown in FIGS.

Um den Kraftanteil in radialer Richtung, d. h. die auf die Wandung wirkende Verformungskraft zu erhöhen, ist es vorteilhaft, den Füllstoff in Form eines Hohlkörpers einzubringen (Fig. 5). Die innere Kontur kann dabei der gewünschten Kraft-Weg-Charakteristik angepaßt werden. Die Formgebung der Stempeldruckseite ist ebenf'al. entsprechend der gewUnschten Kraft-Weg-Charakteristik auszubilden.To determine the force component in the radial direction, i. H. those on the wall To increase acting deformation force, it is advantageous to shape the filler to introduce a hollow body (Fig. 5). The inner contour can be whatever you want Force-travel characteristics can be adapted. The shape of the stamp printing side is also. to be trained according to the desired force-displacement characteristics.

In Fig. 7 ist die für einen derartigen Energie-Absorber gewünschte Kraft-Weg-Charakteristik dargestellt. Wie zu erkennen, sind grundsätzlich vier verschiedene Bereiche zu unterscheiden. Man wünscht mit einer kleinen Anfangskraft P0 innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Weges s1 einen bestimmten Kraftanstieg zu erreichen. In der zweiten Phase, d. h. zwischen und 52 soll dieses Anwachsen degressiv abnehmen und in der dritten Phase bis 53 sich mit nur einem geringen Anstieg fortsetzen Nach Uberschreiten dieses Punktes muß in der vierten Phase ein überprogressiver Kraft-Anstieg erfolgen.In Fig. 7 is the one desired for such an energy absorber Force-displacement characteristics shown. As can be seen, there are basically four different ones Distinguish areas. One wishes with a small initial force P0 within a relatively short path s1 to achieve a certain increase in force. In the second phase, i. H. between and 52 this increase should decrease degressively and continue in the third phase to 53 with only a slight increase This point must be exceeded in the fourth phase by an over-progressive increase in strength take place.

Durch entsprechende Abstimmung der an der Verformung und der Kraftaufnahme der beteiligten Bauteile und Stoffe ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, eine derartige op -timale Kraft-Weg-Charakteristik zu verwirklichen.By matching the deformation and the force absorption accordingly of the components and substances involved, it is in the device according to the invention possible to realize such an optimal force-displacement characteristic.

Um in Phase 4 einen ausreichend progressiven Anstieg der Kraft-Weg-CnaraX'.eristik zu erreichen, ist gemäß Fig. 6 die Pulverfüllung topt'fdrmig in den Hohlkörper eingebracht. Für die Ausbildung des Stempels gilt das bereits früher gesagte.In order to achieve a sufficiently progressive increase in the force-displacement CnaraX'.eristik in phase 4 To achieve this, according to FIG. 6, the powder filling is introduced into the hollow body in the shape of a top. What has already been said earlier applies to the formation of the stamp.

Um in dem gegebenen Bauvolumen die maximal mögliche Energie-Umwandlung unterzubringen, werden die Wandungen so dimensioniert, daß sie infolge der auftretenden Kräfte um 2-20 % verformt werden.In order to achieve the maximum possible energy conversion in the given building volume accommodate, the walls are dimensioned so that they as a result of the occurring Forces can be deformed by 2-20%.

Beim Pulververdichtungsverhältnis in der Größenordnung 1 : 3 bis 1 : 5 ist das Flächenverhältnis des Plungers zur Zylinderfläche verhältnismäßig groß. Mit anderen Worten, der Durchmesser des Plungers ist nur um 10 - 30 ffi kleiner als der Durchmesser des Zylinders. Es ist deshalb vorteilhaft, den Stempel selbst als Hohlkörper auszubilden und so zu dimensionieren, daß auch dieser infolge der auftretenden Verdichtungskräfte plastisch deformiert wird.With the powder compression ratio in the order of 1: 3 to 1 : 5 the area ratio of the plunger to the cylinder area is relatively large. In other words, the diameter of the plunger is only 10-30 ffi smaller than the diameter of the cylinder. It is therefore advantageous to use the stamp itself to be designed as a hollow body and dimensioned so that this too as a result of the occurring compression forces is plastically deformed.

Claims

PATENTAN'S PRICE

Device for the irreversible conversion of kinetic energy into others Forming energy, consisting of a hollow body and one that penetrates into it Stamp, characterized in that the hollow body (1) wholly or partially with a powdered substance (3) is filled and by the penetrating punch (2) is compressed.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the hollow body (1) Has the shape of a cylinder.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the hollow body consists of plastically deformable material.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the wall thickness of the hollow body is dimensioned so that it becomes plastic during powder compaction is deformed.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the filler (3) consists of plastically deformable material.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the filler (3) consists of a powder with high internal friction.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the filler (3) contains additives which increase the internal friction during compression.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the filler (3) is a powder with high wall friction.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the filler (3) contains additives which increase wall friction.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the filler consists of soft-annealed iron powder or correspondingly soft-annealed iron powder Consists of aluminum powder.

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized by a grain composition of the filler (3) that the closest possible storage the grain is reached.

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that that the filler (3) completely fills the cylindrical space and the punch ~ (2) the entire cylinder surface covered.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that that the filler (3) completely fills the cylinder space and the punch surface is smaller than is the cylinder area.

14. Device according to one of claims 1 to 13, marked in that the punch (7) has a shape that has a radial and axial powder pressing generated.

15. Device according to one of Claims 1 to 14, characterized in that that the powder filling has a hollow shape,

16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the inner contour is parallel to the wall of the hollow body or is conical.

17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that that the powder filling is pot-shaped with a parallel or conical inner contour.

18. A method for producing a device according to any one of the claims 16, 17, characterized in that the filler in a separate operation is produced with the addition of a binder.

19. A method for producing a device according to any one of the claims 1 to 17, characterized in that the filler is produced separately by pre-sintering will.

20. A method for producing a device according to any one of the claims 1 to 17, characterized in that the powder filling by one in tern in the Hollow cylinder is produced.

21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized in that that the shape of the stamp is matched to the inner contour of the powder filling is that the powder is compacted in the axial and radial directions.

22. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that that the largest diameter of the punch is dimensioned so that both a compression of the powder as well as a plastic expansion of the hollow body by 2 - 20 9 brought about will.

23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that that the stamp itself is designed as a hollow body and is dimensioned so that it is at the powder compaction is plastically deformed in the radial direction.