Dämpfungsvorrichtung für Stoßbelastungen

Die Erfindung betrifft eine energieabsorbierende Däm¬ pfungs orric tung für Stoßbelastungen, bei der ein Grundkörper aus elastisch verformbarem Material be¬ steht, elastisch zusammendrückbar ist und eine mit Flüssigkeit gefüllte Kammer begrenzt, bei der im Grundkörper vorgesehene venti lfreie Kanäle von der Kammer ausgehen, an der Außenseite des Grundkörpers jewei ls eine Außenmündung bi lden und eine Verbindung zu einem unter F lüs s i gke i t sdruc k elastisch nachgeben¬ den Medium bi lden, bei dem zwischen der Kammer und dem elastisch nachgebenden Medium Hydraulikdrosseln vorgesehen sind und bei dem der Grundkörper eine Stützfläche und eine Lastfläche bi ldet, die einander gegenüberliegen, wobei die Kanäle im wesentlichen in Ri chtung dieser Flächen verlaufen.

Bei einer bekannten (DE-PS 12 03 578) Dämpfungsvor¬ richtung dieser Art sind die Kanäle als Verbindungs¬ kanäle weit ausgebildet. Die Ve rbi ndungskanä l e gehen mit den Außenmündungen in eine Rohrleitung über, an die Gaspolster angeschlossen sind, die elastisch kom¬ primiert werden, wenn der Grundkörper belastet wird. Die in die Gaspolster über Einwegventi le eingetretene Flüssigkeit fließt über Drosselvent le in die Rohr- Leitung zurück. Di ese Dämpfungsvorrichtung ist wegen der Rohrleitung, des Gaspolsters und der Venti le auf¬ wendig.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dämpfungsvo r- richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die weniger auf endig ist. Di e erfindungsgemäße Däm¬ pfungs orri chtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch

gekennze chnet, daß die Kanäle als rossel kanä le eng ausgebildet sind und das elastisch nachgebende Medium eine elastisch dehnbare Membran ist, die rundum ab¬ dichtend festgelegt ist und die d e Außenmündungen der Drosselkanäle überdeckt.

Die Energieabsorbierung erfolgt, indem durch die Energie eines Stoßes oder Schlages die Flüssigkeit durch die engen D rosse lkanä le gedrückt wird und die elastische Membran gedehnt wird. Die Dämpfungsvor¬ richtung ist wenig raumauf endig und vereinfacht, da statt vieler zusätzlicher Teile, w e Ringleitung, G-aspolster und Ventile nur die dehnbare Membran vor¬ gesehen ist. Die Dämpfung erfolgt unter sukzessivem Energieabbau und ohne Schwingung. Die Dämpfungs ir¬ kung erfo gt anfangs nicht impulsartig stark, sondern allmählich ansteigend.

B der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung han- delt es sich -um ein elastisches, hydraulisches Ener¬ gieabsorptionssystem, bei dem aus der Le stungsbezo- gen ausgeformten elastischen Kammer Flüssigkeit durch die Drosselkanäle ausgepreßt wird. Die ausgepreßte Flüssigkeit sammelt sich in der Membran und wird im Arbeitstakt in die Kammer zurückgeführt, die durch den Stoß bzw. Schlag gestaucht worden ist. Durch die Parameter: Elastizität, Volumen und Drosseln wird e ne genau definierte Leistung bewirkt. Die bei star¬ ren Systemen auftretenden trägheitsbedingten Spitzen- kräfte sind vermieden. Die Dämpfungsvorrichtung läßt sich bei konstanter stat scher Belastung als gedämpft schwingendes System nutzen.

Die Membran bzw. Folie besteht z.B. aus elastischem Kunststoff oder Kunstkautschuk. Der Grundkörper be¬ steht z.B. aus gesc lossenze l li gern Polyurethan, Sili¬ konkautschuk oder aus Moosgummi. Der Durchmesser der Drosselkanäle richtet sich nach der jeweiligen Ver-

endung der Dämpfungsvorrichtung und dem gewünschten Dämpfungsverlauf. Der Grundkörper ist in der Regel einstückig. Das erfindungsgemäße Gebilde ist, in ei¬ ner Ebene gesehen, kreisrund, oval oder auch recht ^¬ eckig.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft i st es, wenn mehr als zwei Drosse l kanä le vorgesehen sind. Eine größere Anzahl, z.B. mehr als drei D ros se l kanä l e, verbessern die Wi rksamkeit der Dämpfungsvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung ist auf ei ^¬ nen von einer hohen Anfangsschwingung freien, allmäh¬ lich ansteigenden Dämpfungsverlauf abgestimmt. Beson- ders zweckmäßig und vortei lhaft ist es, wenn der Grundkörper, die Drosse l kanä le und die Membran auf einen pa rabe l ahn l i chen Dämpfungsve r l auf abgestimmt sind. Ein solcher Dämpfungsverlauf, d.h. eine solche in Abhängigkeit von der Zeit gemessene Kraft an der Stützfläche bei schlagartiger Belastung der Last¬ fläche ist für viele Anwendungsfälle bevorzugt.

Eine besonders zweckmäßige und vortei lhafte Ausfüh¬ rungsform liegt vor, wenn der Grundkörper ein langge ^¬ strecktes Zylindergebi lde ist und die Sti rnseiten des Zylindergebi ldes geschlossen sind und die Drosselka¬ näle im Zylindermantel vorgesehen sind. Di e Stütz- und Lastflächen sind langgestreckt. Die Rückstellung dieser Dämpfungsvorrichtung, d.h. der Rückfluß der Flüssigkeit aus der Auswölbung der Membran in die Kammer, erfolgt durch die ros se l kanä l e langsam. Der Zylindermantel bietet der Membran Platz für eine großflächige Auswölbung.

Eine weitere besonders zweckmäßige und vortei lhafte Ausfüh rungs fo rm liegt, wenn die Kammer von einer Mulde des Grundkörpers und einem die Mulde überspan-

nenden Bereich der Membran begrenzt ist, .die sich über einen die Mulde bildenden Wulst bis über die Außenmündungen der Drosselkanäle erstreckt. Bei die¬ ser Ausführungsform strömt die Flüssigkeit bei Been- digung des Schlages aus der bei den Drosse lkana l- Außen ündungen befindlichen Auswölbung der Membran sehr rasch über den Wulst in die Kammer zurück.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Drosselkanäle völlig im Grundkörper angeordnet und von diesem rundum umschlossen, wobei die Drosselka¬ näle sowohl von der Stützfläche als auch von der Lastfläche Abstand aufweisen. Eine erfindungsgemäße Ausfü rungsform liegt jedoch vor, wenn die Kammer von einer Mulde begrenzt ist, die an der Stütz- oder der Lastfläche des Grundkörpers vorgesehen ist, wenn die Drosselkanäle an der die Mulde bildenden Last- oder Stützfläche des Grundkörpers einseitig offen vorge¬ sehen sind und von einem Abdeckgebilde überdeckt sind und wenn die Drosse Ikanä Le seitlich von, von dem Grundkörper gebildeten Graten begrenzt sind, deren Querschnitt sich zu deren freien Ende hin verringert.

Bei dieser erf ndungsgemäßen Ausführungsform wird der Gruπdkörper unter Stoß weniger gewalkt und weniger im

Durchmesser vergrößert. D e Reibung der Membran am

Grundkörper bei den durch Belastung und Entlastung bedingten Formänderungen ist vermindert. Es ist gleichgültig, ob die Fläche, die mit der Mulde und den Graten bzw. Simsen versehen ist, die Lastfläche oder d e Stützfläche ist und ob die Grate nach oben oder nach unten angeordnet sind. Das Material des

Grundkörpers kann weniger weich und weniger kompresi- bel sein, so daß Verwalkung und Instabilität vermin- dert und praktisch vermieden sind. Die Grate werden bei Stoß oder Schlag zusammengedrückt und über die

D mensionierung der Grate lassen sich Ausmaß und Ver-

lauf der Energieabsorbierung verbessert berechnen und einstellen. Da der Grundkörper in der Regel in einer Ebene gesehen, rund oder oval ist, verlaufen die Grate in der Regel radial.

Besonders zweckmäßig und vortei lhaft ist es, wenn bei dem sich im Querschnitt zum freien Ende hin verjün¬ genden Graten die eine Gratflanke flacher ansteigt als die andere. Diese Grate legen sich bei Stoß oder Schlag zur Seite der stei leren Flanke hin um, wodurch di Energieabsorbierung verbessert einstellbar ist. Der Effekt des Umlegens Läßt sich durch Einstellung der stei leren und der flacheren Flanke beein lussen.

Besonders zweckmäßig und vortei lhaft ist es weiter¬ hin, wenn die Grate an einer im wesentli chen planen Rumpffläche des Grundkörpers sitzen und die von der Rumpffläche egragende Höhe der Grate sich in Rich¬ tung zum Außenrand der Rumpffläche unter Bi ldung der Mulde vergrößert. Hierbei sind die Drosselkanäle zu¬ nächst nur im Bereich der größten Grathöhe von dem Abdeckgebi lde geschlossen und entfalten die Drossel¬ kanäle nur in dem geschlossenen Bereich die dros¬ selnde Wi rkung. Mit wachsendem, durch den Stoß be- dingten Eindruck erstreckt sich der Kanalschluß auch auf geringere Grathöhen, wodurch die drosselnd wi r¬ kende Länge der D rosse L kanä Le zunimmt.

Besonders zweckmäßig und vortei lhaft ist es sodann, wenn die Länge der Grate mindestens 1/3 des halben in Gratrichtung verlaufenden Durchmessers der Stütz¬ oder Lastfläche ausmacht. Ab dieser Mindestlänge der Grate haben die D ros se l kanä l e eine Länge, die bei ei¬ ner Vielzahl von Anwendungsf l L en brauchbare Ergeb- nisse liefert.

Besonders zweckmäßig und vortei lhaft ist es eben-

falls, wenn die Flüssigkeit Silikonöl ist. Das Sili- konöl ist nicht toxisch und bei einem breiten Tempe¬ raturbereich von minus 70 bis plus 200 brauchbar. Die Dimension erung der Energieabsorbierung st bei Verwendung von Silikonöl vereinfacht.

Wenn die erfindungsgemäß mit den Graten versehene Dämpfungsvorrichtung einen gerichteten Kraftstoß ei— fährt, kommt es zu folgendem Ablauf: Es kommt in der Flüssigkeit zu einem Druckaufbau, wo¬ durch eine Beschleunigung der Flüssigkeit nach außen und ein Durchströmen der Grat-Struktur erfolgt. Gleichzeitig kommt es durch die äußere Belastung zu einer Verformung der Grat-Struktur, z.B. zu einer Ei nkrüm ung der äußeren Gratkämme; die Du rchf Lußwege werden mit zunehmender Belastung immer enger, es liegt Drosselfunktion vor und es ergibt sich ein Druckaufbau mit exponentiell gesteigertem Energiever¬ brauch. Am Ende der Belastung sammelt sich der größte Teil der Flüssigkeit an der Außenseite des Grundkörpers; es liegt eine Ausdehnung der Membran vor. Bei de r anschließenden Entlastung richtet sich die Grat-Struktur sofort wieder auf; dies und die Kraft der ausgedehnten embran führen die Flüssigkeit gleichlaufend mit der Entlastung in die Mulde zurück.

Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung läßt sich, insbesondere wenn s e die Grate aufweist, mit beson- derem Vorteil im Unterteil, insbesondere im Hackenbe¬ reich, eines Schuhes an enden. Die Dämpfungseinrich¬ tung steigert den Benutzungskomfort des Schuhes mit einfachen Mitteln.

in der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigt Fig. 1 einen Schnitt einer Dämpfungsvorr chtung für

Stoßbelastungen im unbelasteten Zustand,

Fig. 2 die Dämpfungsvorric tung gemäß Fig. 1 bei Stoßbelastung,

Fig. 3 die Dämpfungsvorrichtung gemäß Fig. 1 bei Be- endigung der Stoßbelastung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Dämpfungsvorrichtung gemäß Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 den zeitabhängigen Kraftaufbau an einer Stützfläche einer Dämpfungsvorrichtung mit s toßbe Lasteter Lastfläche,

Fig. 6 einen Schnitt einer weiteren Dämpfungsvor¬ richtung für Stoßbelastungen im unbelasteten Zustand,

Fig. 7 die Dämpfungsvorrichtung gemäß Fig. 6 bei Stoßbelastung,

Fig. 8 einen Schnitt gemäß Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 9 einen Schnitt gemäß Linie IX-IX in Fig. 7,

Fig. 10 - 13 jewei ls einen Querschnitt einer dritten Dämpfungsvorrichtung für S oßbe L a s tungen, und zwar in verschiedenen Zuständen der Belastung und Entlastung, und

Fig. 14 - 16 jewei ls einen Ausschnitt der Dämpfungs¬ vorrichtung gemäß Fig. 10 bei versc iedenen Be L astungszus t nden von Graten.

Die Dämpfungsvorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4 umfaßt einen einstükkigen Grundkörper 1, der einen kreisrun¬ den Umfang aufweist und nach einer Seite eine ebene Stützfläche 2 bi ldet, die auf einem Untergrund 3 auf¬ liegt. Auf der der Stützfläche 2 gegenüberliegenden Seite bi ldet der Grundkörper 1 einen in sich ge¬ schlossenen Wulst 4, der eine muldenför ige Kammer 5 umschließt. Der ulst 4 des Grundkörpers 1 bi ldet auf der der Stützfläc e 2 gegenüberliegenden Seite eine ringförmige Lastfläche 6, auf die ein Lasttei l 7 ein¬ wirkt. Versenkt in dem Grundkörper sind vier gerade,

Er

radial verlaufende, längliche, rundum geschlossene Drosse l kanä le 8 vorgesehen, die an dem äußeren Stirn¬ rand des Grundkörpers jeweils eine Außenmündung 9 bilden und deren Innenmündung 10 sich m Mittenbe¬ reich der muldenförmigen Kammer 5 an deren Grund be¬ findet. Es ist eine Membran 11 vorgesehen, die an der Stützfläche 2 und zwar an deren Randbereich flüssig¬ keitsdicht befestigt ist. Die Membran 11 erstreckt sich über den äußeren Stirnrand des Grundkörpers 1 und die darin vorgesehenen Außenmündungen 9 und liegt lose an dem Stirnrand an. Die Membran ist gemäß Fig. 1 etwas gespannt und dichtet die Außenmündungen 9, 10 ab, daß von alleine keine Flüssigkeit aus der Mulde an den äußeren Stirnrand des Grundkörpers 1 gelangen kann.

Die Membran 11 erstreckt sich sodann lose anliegend bis zum Kamm des Wulstes und deckt sodann mit einem Bereich 12 die Kammer 5 ab. Die Kammer 5 und die Drosselkanäle 8 sind mit einer Flüssigkeit, z.B. as¬ ser gefüllt. Wenn das Lastteil 7 gemäß den Pfeilen 13 schlagartig bzw. stoßartig auf die Dämpfungsvorrich¬ tung einwirkt, dann wird der Grundkörper 1 in sich selbst unter Materialkompression zusammengedrückt und das Volumen der Kammer 5 vermindert. An den Außen¬ mündungen 9 tritt Flüssigkeit aus, so daß die Membran 11 sich gemäß Fig. 2 zu einer umlaufenden Auswölbung 14 ausdehnt. Wenn gemäß Fig. 3 die Entlastung von dem Stoß stattfindet, braucht die Flüssigkeit nicht durch die engen Drosselkanäle 8 zurück in die Kammer 5 zu fließen, sondern schwappt über den Wulst 4 zurück in die Kammer, wobei die Membran 11 etwas vom Wulst ab¬ gehoben ird.

in Fig. 5 ist die an der Stützfläche 2 gemessene, durch die Stoßbelastung gemäß den Pfeilen 13 verur¬ sachte Kraft in Abhängigkeit von der Zeit aufgetra-

gen. Die Stoßbelastung wird gedämpft übertragen, d.h. sie gelangt ohne hohe Anfangsspitzen auf die Stütz¬ fläche 2 und geht stetig auf das Maximum zu. Das zu Fig. 1 bis 4 Ausgeführte trifft weitgehend auch auf Fig. 6 bis 9 zu, soweit nachfolgend nicht Abweichendes angegeben ist.

Gemäß Fig. 6 bis 9 ist der Grundkörper 1 zylindrisch länglich und weist an den Enden Stirnwände 15 auf. Die Stützfläche 2 ist gemäß Fig. 8 im unbelasteten Zustand ein schmaler Streifen. Di e Kammer 5 ist läng ^¬ lich zylindrisch und nimmt, wie auch in Fig. 1 bis 4, keinen Körper auf. Auch die Lastfläche 6 ist gemäß Fig. 8 im unbelasteten Zustand ein schmaler Streifen. Es sind zwei einander gegenüberliegende Reihen von kurzen Drosse l kanä len 8 vorgesehen. Die Membran 11 umschließt den gesamten Grundkörper 1, ist an dessen beiden Endstücken befestigt und ist im Bereich der D ros se l kanä l e 8 vom Grundkörper lose. Bei Belastung entsteht an den beiden Seiten des Grundkörpers ent ^¬ lang den Drosse l kana l-Re i hen je eine Auswölbung 14, von der die Flüssigkeit durch die rosse l kanä le 8 zu¬ rück in die Kammer 5 fließt. Gemäß Fig. 9 wi rd der Grundkörper unter der Stoßbelastung 9 ohne Material- kompression nur in der äußeren Form verformt.

Die hier erörterte Dämpfungsvorrichtung wird z.B. in einer Kopfstütze für einen Sitz eines Fahrzeuges an¬ gewendet. Di e Kopfstütze wi rd oberhalb der Lehne des Sitzes angeordnet und stützt den Hinterkopf der sitzenden Person beim Zurücksc lagen ab. Bei diesem Rückschlag ist die Dämpfung, die mit der hier erör¬ terten Dämpfungsvorrichtung erreichbar ist, sehr er¬ wünscht .

Di e Dämpfungsvorrichtung gemäß Fig. 10 - 16 umfaßt einen einstükkigen Gruπdkörper 1, der einen kreisrun-

den Umfang aufweist und nach einer Seite eine unebene Stützfläche 2 b ldet, die auf einem nicht gezeigten Untergrund aufliegt. Im Bereich der Stützfläche bil¬ det der Grundkörper 1 einen unterbrochen umlaufenden Wulst 4, der eine muldenförmige Kammer 5 umschließt. Der Wulst 4 ist von radial verlaufenden Graten 16 ge¬ bildet, die mittig einen Nebenraum 17 aussparen und sich von innen zum Außenrand des Grundkörpers 1 in der Höhe relativ zu einer ebenen Rumpffläche 18 ste- tig vergrößern. Auf der der Stützfläche 2 gegen¬ überliegenden Seite des Grundkörpers 1 st eine ebene Lastfläche 6 vorgesehen, auf die ein nicht näher ge¬ zeigtes Lastteil gemäß Pfeilen 18 einwirken kann. An der Oberfläche des Grundkörpers 1 sind eine Vielzahl von geraden, radial verlaufenden, länglichen, einsei¬ tig offenen Drosselkanälen 8 vorgesehen, die an dem äußeren Sti ^' rnrand des Grundkörpers jeweils eine Außenmündung 9 bilden und deren Innenmündung 10 sich im Mittenbereich der muldenförmigen Kammer 5 an- deren Grund bei dem Nebenraum 17 befinden. Es ist eine Mem¬ bran 11 vorgesehen, die an der Lastfläche 6 flächig flüssigkeitsdicht befestigt ist. Die Membran 11 er ^¬ streckt sich über den äußeren Stirnrand des Grund¬ körpers 1 und die darin vorgesehenen Außenmündungen 9 und ist lose von dem Stirnrand. Die Membran 11 ist gemäß Fig. 10 etwas locker und weist gegenüber der Stirnseite des Grundkörpers etwas Spiel auf und be¬ sitzt auch gegenüber dem Kamm des Wulstes 4 Spiel.

Die Drosselkanäle 8 sind jeweils seitlich von je ei¬ nem Grat 16 begrenzt, dessen Querschnitt aus Fig. 14 ersichtlich ist. Da die Grate 16 radial verlaufen, nimmt ihre umfangsmäßi ge Querschnittsabmessung von innen zum Außenrand des Grundkörpers 1 hin zu. Der Querschnitt jedes Grates 16 nimmt gemäß Fig. 10 zu dessen freien Ende bzw. Kamm hin ab. Die Abnahme ist gemäß Fig. 10 relativ stark und winkelig. Es ist auch

ein abgerundeter oder trapezförmig abnehmender Quer¬ schnitt mögli ch. Jeder Grat 16 bi ldet eine flachge¬ neigte Flanke 19 und eine stei l genei gte Flanke 20.

Die Membran 11 erstreckt sich an dem Stirnrand des Grundkörpers nicht nur lose anliegend, sondern lok- ker, mit Spiel 21 bis zum Kamm des Wulstes 4 und deckt sodann mit einem Bereich 12 die Kammer 5 ab. Die Kammer 5, die D rosse l kanä l e 8 und der Spiel-Raum 21 sind mit einer Flüssigkeit, z.B. Si likonöl, ge¬ füllt. Wenn das Lastteil gemäß den Pfeilen 18 schlagartig bzw. stoßartig auf die Dämpfungsvorrich¬ tung gemäß Fig. 10 einwi rkt, dann wi rd der Grund¬ körper 1 samt dessen Graten 16 unter Ma te r i a l komp re s- sion zusammengedrüc , wobei die Grate gemäß Fig. 15 und 16 verformt werden. Das Volumen der Kammer 5 wird vermindert und die D rosse l kanä l e 8 werden vom Außen ^¬ rand des Grundkörpers 1 her radial nach innen wan¬ dernd abgeschlossen und im Querschnitt verengt. An den Außenmündungen 9 tritt Flüssigkeit aus, so daß die Membran 11 sich gemäß Fig. 12 zu einer umlaufen ^¬ den Auswölbung 14 in radialer Richtung ausdehnt. Wenn gemäß Fig. 13 die Entlastung von dem Stoß stattfin ^¬ det, fließt die Flüssigkeit durch die Drosselka- näle 8 zurück, die sich sehr rasch auf ihren vollen, wenn auch engen Querschnitt unter Aufrichtung der Grate 16 wieder hergestellt haben.

Gemäß Fig . 10 - 13 ist die Membran 11 aus einem scheiben örmigen Tei l und einem napfförmigen Tei l zu¬ sammengesetzt, die entlang einem umlaufenden Randbe¬ reich 22 dicht miteinander verschweist sind. Gemäß Fig. 10 - 13 ist ein die Kanäle 8 abdeckendes Abdeck¬ gebi lde 23 von einem Tei l der Membran gebi ldet. Es ist denkbar in einer gemeinsamen umhüllenden Membran zwei oder mehr Grundkörper so aufeinander zu legen, daß die Grate des einen Grundkörpers an der ebenen

Lastfläche des benachbarten Grundkörpers anliegen, wobei diese Lastfläche ein Abdeckgebilde darstellt.