PL 214514 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 214514 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 393571 (51) Int.Cl. B60R 19/18 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 04.01.2011 (54) Wirnikowe urządzenie do przejmowania energii zderzenia (43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.07.2012 BUP 15/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.08.2013 WUP 08/13 (73) Uprawniony z patentu: CENTRUM BADAWCZO-ROZWOJOWE EPAR SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Kowary, PL (72) Twórca(y) wynalazku: PRZEMYSŁAW ŁĄGIEWKA, Karpacz, PL STANISŁAW GUMUŁA, Kraków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jerzy Ziółkowski
2 PL 214 514 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest wirnikowe urządzenie dc przejmowania energii zderzenia mające zastosowanie do zamiany energii kinetycznej ruchu postępowego w energię kinetyczną ruchu obrotowego. Rozwiązanie może być wykorzystywane w szczególności w pojazdach samochodowych oraz w innych obiektach narażonych na skutki niespodziewanego zderzenia. Znane jest z opisu zgłoszenia wynalazku WO2004028864 wirnikowe urządzenie do przejmowania energii zderzenia, w którym energia kinetyczna nagle wytworzona w wyniku zderzenia ulega zamianie na energię kinetyczną mas wirujących. W znanym rozwiązaniu element bijakowy połączony jest z dwiema listwami zębatymi, które za pośrednictwem kół zębatych napędzają wirnikowe akumulatory energii kinetycznej o określonym momencie bezwładności. Znane jest również z opisu zgłoszenia wynalazku WO2005121593 wirnikowe urządzenie do przejmowania energii kinetycznej, zawierające element bijakowy współpracujący z zespołem rozpraszania energii w postaci listwy zębatej wprowadzającej masy obrotowe w ruch wirujący, powodując zamianę energii kinetycznej ruchu postępowego powstałej w wyniku zderzenia w energię kinetyczną ruchu obrotowego. Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie wirnikowego urządzenia zapewniającego sprawne przejmowanie dużych energii przez wirnikowe akumulatory energii kinetycznej, a przez to na przykład skuteczne wyhamowywanie pojazdów w trudnych warunkach zderzenia. Dodatkowym celem jest zastosowanie elementów bijakowych o zwiększonej powierzchni, zapewniając lepsze osłanianie części pojazdu lub innych obiektów narażonych na zderzenia. Wirnikowe urządzenie do przejmowania energii zderzenie zawiera element bijakowy połączony przez elementy amortyzujące energię zderzenia z zębatkami będącymi w zazębieniu z kołami zębatymi napędzającymi wirnikowe akumulatory energii kinetycznej o określonym momencie bezwładności, przetwarzające energię kinetyczną ruchu postępowego na energię kinetyczną ruchu obrotowego, i którym element bijakowy napędza co najmniej dwie oddalone od siebie zębatki, umieszczone przesuwnie względem płyt korpusowych, napędzające koła zębate wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że pomiędzy elementem bijakowym i zębatkami napędzającymi koła zębate wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej są utworzone odstępy zapewniające skok jałowy elementu bijakowego względem zębatek, przy czym w przestrzeni zdefiniowanej przez wymienione odstępy są osadzone elementy amortyzujące energię zderzenia o zróżnicowanej sztywności. Korzystnie element bijakowy ma prowadnice współpracujące ślizgowo z płytą korpusową. Korzystnie, prowadnice są osadzone ślizgowo w otworach płyty korpusowej. Korzystnie, prowadnice są zamocowane prostopadle do elementu bijakowego. Korzystnie, sąsiadujące ze sobą prowadnice element bijakowego są połączone usztywniającym łącznikiem. Korzystnie, element bijakowy ma postać belki. Korzystnie, koła zębate wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej są osadzone obrotowo w płytach korpusowych. Korzystnie, wirnikowy akumulator energii kinetycznej ma sprzęgło jednokierunkowe. Korzystnie, zębatki są umieszczone przesuwnie względem płyt korpusowych za pomocą prowadnic. Poprzez połączenie elementu bijakowego z wieloma oddalonymi od siebie zębatkami napędzającymi koła zębate wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej uzyskano możliwość przejmowania większej energii kinetycznej przez stopniowe wykorzystanie kilku oddalonych od siebie wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej. Przez osadzenie amortyzatorów w przestrzeniach pomiędzy elementem bijakowym a zębatkami zmniejsza się udarowe obciążenie współpracujących elementów urządzenia przy uruchamianiu wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej. Natomiast zastosowanie elementów amortyzujących energię zderzenia o zróżnicowanej sztywności zwiększa elastyczność pracy urządzenia zapewniając łagodne przejmowanie energii kinetycznej zarówno w przypadku wystąpienia zderzenia o małej energii kinetycznej jak i w przypadkach zderzeń o większej energii. W pierwszym przypadku urządzenie według wynalazku zapewnia skuteczne i łagodne zamortyzowanie zderzenia, ponieważ w pierwszym etapie przejmowania energii kinetycznej ruchu postępowego następuje wykorzystanie tylko jednego wirnikowego akumulatora energii kinetycznej współpracującego z amortyzatorem o największej sztywności. W drugim przypadku urządzenie według wynalazku
PL 214 514 B1 3 zapewnie także odpowiednio skuteczne i łagodne zamortyzowanie zderzenia, ponieważ przejmowanie większej energii kinetycznej ruchu postępowego następuje przez coraz większą liczbę kolejno uruchamianych wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej, zapewniając coraz większą zdolność przejmowania energii. Większą skuteczność sprzęgania ze sobą oddalonych od siebie wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej uzyskano przez zastosowanie dodatkowych prowadnic, za pomocą których element bijakowy jest połączony ślizgowo z płytami korpusowymi. Takie rozwiązanie zwiększa sztywność postaciową całego urządzenia, przez co możliwe jest zastosowanie elementów bijakowych o zwiększonej powierzchni, zapewniając lepszą ochronę pojazdu przed skutkami zderzenia. Przez ślizgowe osadzenie prowadnic elementu bijakowego w otworach płyt korpusowych jeszcze bardziej zwiększa się sztywność postaciową całego urządzenia. Podobny dodatkowy efekt zwiększenia sztywności całego urządzenia uzyskano przez połączenie sąsiadujących ze sobą prowadnic usztywniającym łącznikiem. Zastosowanie sprzęgła jednokierunkowego zapewnia swobodny obrót wirnikowego akumulatora energii kinetycznej po osiągnięciu przez niego maksymalnej prędkości obrotowej, co umożliwia wytracenie nagromadzonej w nim energii. Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wirnikowe urządzenie do przejmowania energii zderzenia w widoku aksonometrycznym, fig. 2 - urządzenie w widoku z góry, fig. 3 - przekrój poprzeczny rozwiązania z fig. 2 wzdłuż linii A-A, fig. 4 - odmianę urządzenia według wynalazku z prowadnicami osadzonymi w otworach płyt korpusowych, fig. 5 - przekrój poprzeczny przez wirnikowy akumulator energii kinetycznej w powiększeniu, zaś fig. 6 - urządzenie w widoku z góry podczas przejmowania energii zderzenia z zaznaczeniem kierunku obrotu i przesuwu poszczególnych części urządzenia podczas pracy. Jak przedstawiono w przykładzie wykonania na fig. 1 wirnikowe urządzenie do przejmowania energii zderzenia według wynalazku ma element bijakowy 1 w postaci belki przekazujący energię zderzenia za pomocą zębatek 2 i kół zębatych 3 na wirnikowe akumulatory energii kinetycznej 4. Pomiędzy elementem bijakowym 1 a zębatkami 2 utworzone są odstępy 5 umożliwiające skok jałowy elementu bijakowego 1 względem zębatek 2, przy czym dla zmniejszenia udaru w początkowym etapie zderzenia, w odstępach 5 pomiędzy elementem bijakowym 1 i zębatkami 2 są osadzone elementy amortyzujące energię zderzenia 5a w postaci sprężyn. Element bijakowy 1 ma postać belki i jest sprzężony suwliwie z płytami korpusowymi 6 za pomocą prowadnic 7, zamocowanych prostopadle do elementu bijakowego 1, współpracujących ślizgowo z bocznymi ścianami płyty korpusowej 6. Ponadto, do każdej płyty korpusowej 6 zamocowana jest prowadnica 8 umożliwiająca przesuw zębatki 2 w zazębieniu z kołem zębatym 3, przy czym każda płyta korpusowa 6 jest przeznaczona do zamocowania w konstrukcji nośnej pojazdu narażonego na skutki zderzenia. Przez zastosowanie prowadnic 7, zamocowanych sztywno do elementu bijakowego 1 i ślizgających się po obu stronach każdej płyty korpusowej 6 urządzenia według wynalazku, uzyskano większą sztywność postaciową całego urządzenia, co umożliwiło współpracę z elementem bijakowym 1 o dużej powierzchni, zapewniając w ten sposób lepsze osłanianie części pojazdu narażonych na skutki zderzenia. Dalsze zwiększenie sztywności postaciowej urządzenia zostało uzyskane przez połączenie sąsiadujących ze sobą prowadnic 7 łącznikami 9. Szczególnie korzystny efekt zwiększenia sztywności urządzenia uzyskano przez połączenie prowadnic 7 łącznikami 9 w pobliżu osi kół zębatych 3. Usytuowanie łączników 9 pomiędzy prowadnicami 7 jest dokładniej pokazane na fig. 2. Jak przedstawiono na fig. 2, wirnikowe urządzenie według wynalazku ma element bijakowy 1 w postaci podłużnej belki, który jest przeznaczony do umieszczenia zasadniczo przed elementami pojazdów narażonymi na skutki zderzenia. W przykładzie wykonania element bijakowy 1 współpracuje poprzez trzy zębatki 2 z trzema wirnikowymi akumulatorami energii kinetycznej 4. W zależności od potrzeb element bijakowy może współpracować także z większą liczbą wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej 4 uruchamianych jednocześnie albo stopniowo przy zastosowaniu elementów amortyzujących energię zderzenia 5a w postaci sprężyn o zróżnicowanej sztywności. Jak pokazano na fig. 3, w każdym otworze 10 płyt korpusowych 6 jest ciasno osadzona oś 11, na której jest osadzone obrotowo koło zębate 3, przy czym oś 11 jest zabezpieczona przed wypadaniem z otworu 10 płyt korpusowych 6 za pomocą sprężystego pierścienia osadczego 12. Na osi 11, po drugiej stronie kołnierza dystansowego 13, jest osadzone obrotowo koło zębate 3 zespolone z wewnętrzną tuleją 14 wirnikowego akumulatora energii kinetycznej 4, przy czym osiowy przesuw koła zębatego 3 zespolonego z wewnętrzną tuleją 14 jest ograniczony pierścieniem dystansowym 15
4 PL 214 514 B1 i sprężystym pierścieniem osadczym 16. Wirnikowe akumulatory energii kinetycznej 4 mają ponadto sprzęgło jednokierunkowe 17 o znanej konstrukcji umieszczone w pierścieniowej przestrzeni nad wewnętrzna tuleją 14. Fig. 4 przedstawia inny przykład wykonania wynalazku, w którym element bijakowy 1 ma prowadnice 18 o przekroju kołowym osadzone ślizgowo w otworach wykonanych w płytach korpusowych 6. Takie rozwiązanie zapewnia zwiększoną sztywność postaciową całego układu bez konieczności stosowania łączników 9 pomiędzy sąsiadującymi ze sobą prowadnicami. Fig. 5 przedstawia sprzęgło jednokierunkowe 17 o znanej konstrukcji umieszczone pomiędzy wewnętrzną tuleją 14 i wewnętrzną powierzchnią wirnikowego akumulatora energii kinetycznej 4. Sprzęgło jednokierunkowe 17 ma za zadanie przekazanie momentu obrotowego z wewnętrznej tulei 14 na wirnikowy akumulator energii kinetycznej 4. Po przejęciu energii, gdy prędkość kątowa wewnętrznej tulei 14 będzie mniejsza od prędkości kątowej wirnikowego akumulatora energii kinetycznej 4, sprzęgło jednokierunkowe 17 rozłączy się pozwalając na swobodny obrót wirnikowego akumulatora energii kinetycznej 4. W ten sposób energia kinetyczna zgromadzona podczas krótkiego czasu zderzenia ma możliwość rozpraszania się w znacznie dłuższym okresie czasu. Fig. 6 przedstawia wirnikowe urządzenie według wynalazku podczas przejmowania energii zderzenia. Ruchy posuwiste i obrotowe poszczególnych części urządzenia zostały pokazane na tej figurze odpowiednio liniami strzałkowymi. Aby umożliwić przejmowanie energii zderzenia przez urządzenie według wynalazku, płyty korpusowe 6 są przytwierdzone do konstrukcji nośnej pojazdu (nie pokazanego na rysunku) za pomocą mocowania oznaczonego odnośnikiem cyfrowym 19. W zależności od wielkości energii możliwej do przejmowania przez urządzenie według wynalazku, mocowanie 19 płyt korpusowych do konstrukcji nośnej pojazdu może być zrealizowane poprzez spawanie, nitowanie, klejenie, połączenie śrubowe i wszelkie inne połączenia możliwe do zastosowania w konstrukcji obiektu chronionego przed skutkami zderzenia. Siła działająca na element bijakowy 1 podczas zderzenia zostaje wstępnie zamortyzowana przez elementy amortyzujące 5a energię zderzenia i następnie przeniesiona na wirnikowe akumulatory energii kinetycznej 4 poprzez zębatki 2. Po przejęciu energii kinetycznej, sprzęgło jednokierunkowe 17 rozłącza się, pozwalając na obrót wirnikowego akumulatora energii kinetycznej 4, aż do całkowitego wytracenia nagromadzonej energii. Element bijakowy 1 jest zasadniczo przeznaczony do zabudowy w zderzakach obiektów narażonych na skutki gwałtownego zderzenia, takich jak na przykład pojazdy samochodowe. Największą sprawność przejmowania energii zderzenia przez urządzenie według wynalazku uzyskuje się, gdy siła zderzenia jest równoległa do kierunku przesuwu zębatek 2, zatem urządzenie według przykładu wykonania przedstawionego na fig. 7 powinno być tak wmontowane w zderzak pojazdu samochodowego, aby oczekiwana siła zderzenia była zasadniczo prostopadła do powierzchni zewnętrznej elementu bijakowego 1. Zastrzeżenia patentowe 1. Wirnikowe urządzenie do przejmowania energii zderzenia zawierające element bijakowy połączony przez elementy amortyzujące energię zderzenia z zębatkami będącymi w zazębieniu z kołami zębatymi napędzającymi wirnikowe akumulatory energii kinetycznej o określonym momencie bezwładności, przetwarzające energię kinetyczną ruchu postępowego na energię kinetyczną ruchu obrotowego, w którym element bijakowy napędza co najmniej dwie oddalone od siebie zębatki umieszczone przesuwnie względem płyt korpusowych, napędzające koła zębate wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej (4), znamienne tym, że pomiędzy elementem bijakowym (1) i zębatkami (2) są utworzone odstępy (5) zapewniające skok jałowy elementu bijakowego (1) względem zębatek (2), przy czym w przestrzeni zdefiniowanej przez odstępy (5) są osadzone elementy amortyzujące energię zderzenia (5a) o zróżnicowanej sztywności. 2. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element bijakowy (1) ma prowadnice (7, 18) współpracujące ślizgowo z płytą korpusową (6). 3. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że prowadnice (18) są osadzone ślizgowo w otworach płyty korpusowej (6). 4. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że prowadnice (7, 18) są zamocowane prostopadle do elementu bijakowego (1).
PL 214 514 B1 5 5. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 2 albo 4, znamienne tym, że sąsiadujące ze sobą prowadnice (7) elementu bijakowego (1) są połączone usztywniającym łącznikiem (9). 6. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element bijakowy (1) ma postać belki. 7. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że koła zębate (3) wirnikowych akumulatorów energii kinetycznej (4) są osadzone obrotowo w płytach korpusowych (6). 8. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wirnikowy akumulator energii kinetycznej (4) ma sprzęgło jednokierunkowe (17). 9. Wirnikowe urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zębatki (2) są umieszczone przesuwnie względem płyt korpusowych (6) za pomocą prowadnic (8). Rysunki
6 PL 214 514 B1
PL 214 514 B1 7
8 PL 214 514 B1
PL 214 514 B1 9
10 PL 214 514 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)