DE19917218A1

DE19917218A1 - Shock absorber for damping high forces

Info

Publication number: DE19917218A1
Application number: DE1999117218
Authority: DE
Inventors: Bruno Domange
Original assignee: JARRET ASNIERES
Current assignee: JARRET ASNIERES
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 1999-10-28
Also published as: FR2777614A1; FR2777614B1; JP2000002284A; JP4146028B2

Abstract

The shock absorber has and comprises a cylinder (1) filled with a compressible elastomeric fluid, in whose end a piston is guided, and whose depth of immersion is designated by the pressure in the cylinder. An escape opening is opened for the fluid when a predetermined depth of immersion is reached. One area (9) of the piston rod has a smaller diameter and is longer than an area (3) without a reduced diameter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der auf der Basis einer kompressiblen elastomeren Flüssigkeit funktioniert, die in einem Zylinder enthalten ist, durch dessen eines Ende ein Kolben geführt ist, dessen Eintauchtiefe den Druck in dem Zylinder bestimmt.The present invention relates to a shock absorber based on a compressible elastomeric fluid that works in a cylinder is included, through one end of which a piston is guided, the immersion depth determines the pressure in the cylinder.

Solche Stoßdämpfer werden insbesondere dort verwendet, wo sehr hohe Drücke auftreten, wie zum Beispiel im Eisenbahnwesen oder anderen Anwendungsgebieten, bei denen gelegentlich sehr starke Stöße auftreten können, die zu beträchtlichen Schäden an Material oder bei Benutzern führen.Such shock absorbers are used in particular where very high pressures occur, such as in the railroad or other Areas of application in which very strong shocks can occasionally occur that cause significant damage to equipment or to users.

Bei solchen Stoßdämpfern wird üblicherweise ein Kolben verwendet, der nur teilweise in die mit der elastomeren Flüssigkeit gefüllten Zylinderkammer eindringt, wobei diese Einschränkung daher rührt, daß ab einer bestimmten Eintauchtiefe der sich steigernde Druck zu einer Zerstörung des Zylinders führen würde. Daher wird in der Praxis die Eintauchtiefe so begrenzt, daß der Druck nicht zu stark ansteigt.In such shock absorbers, a piston is usually used, which only partly in the cylinder chamber filled with the elastomeric liquid penetrates, this limitation stems from the fact that from a certain Immersion depth the increasing pressure lead to destruction of the cylinder would. Therefore, in practice the immersion depth is limited so that the pressure does not rise too much.

Fig. 7 der beiliegenden Zeichnungen zeigt einen derartigen Stoßdämpfer, bei dem in einem Zylinder 1 ein Kolben 2, bestehend aus einer Kolbenstange 3 und einem Kolbenkopf 4, 4' zwischen einer zurückgezogenen Stellung (strichliert dargestellt) und einer eingeschoben Stellung (durchgezogene Linie) um einen Weg 11 bewegt wird. Es ist zu erkennen, daß theoretisch ein größerer Weg 12 in dem Zylinder zurückgelegt werden könnte. Der Zylinder 1 ist mit einer elastomeren Flüssigkeit gefüllt, die unter einem Druck von zwischen 1 und 1000 bar steht. Durch die progressive Volumenverringerung der Zylinderkammer 5 durch das Eintauchen des Kolbens 2 wird die Flüssigkeit einem steigenden Druck ausgesetzt, der zwischen 1000 und 3000 bar betragen kann. Ein solcher Stoßdämpfer kehrt automatisch in seine Ausgangsposition (strichliert dargestellt) zurück, wenn der abnehmende Druck den Kolben zurückgehen läßt. Fig. 7 of the accompanying drawings shows such a shock absorber, in which in a cylinder 1, a piston 2 , consisting of a piston rod 3 and a piston head 4 , 4 'between a retracted position (shown in dashed lines) and an inserted position (solid line) around a path 11 is moved. It can be seen that theoretically a larger path 12 could be covered in the cylinder. The cylinder 1 is filled with an elastomeric liquid which is under a pressure of between 1 and 1000 bar. The progressive reduction in volume of the cylinder chamber 5 by immersing the piston 2 exposes the liquid to an increasing pressure, which can be between 1000 and 3000 bar. Such a shock absorber automatically returns to its starting position (shown in broken lines) when the decreasing pressure causes the piston to go back.

Bei diesen Stoßdämpfern bedient man sich der Umwälzungs- und Reibungskräfte zwischen der elastomeren Flüssigkeit und dem Kolben, wobei die Flüssigkeit von der einen Seite des Kolbenkopfs 4 auf dessen andere Seite gelangt. Die Umwälzung kann durch einen Ringspalt e zwischen dem Kolbenkopf 4 und der Zylinderinnenwand erfolgen oder auch durch Bohrungen 6 im Kolbenkopf 4. Wenn Bohrungen verwendet werden, werden sie zur gleichmäßigen Kräfteverteilung regelmäßig angeordnet, z. B. drei Bohrungen in einem Winkel von jeweils 120°.These shock absorbers use the circulation and frictional forces between the elastomeric liquid and the piston, the liquid passing from one side of the piston head 4 to the other side. The circulation can take place through an annular gap e between the piston head 4 and the cylinder inner wall or also through bores 6 in the piston head 4 . If holes are used, they are arranged regularly for even force distribution, e.g. B. three holes at an angle of 120 °.

Erfindungsgemäß wird ein solcher Stoßdämpfer so abgewandelt, daß er wenigstens zwei Wirkungsbereiche besitzt, indem eine größere Eintauchtiefe bis hin zu der gesamten Länge der Zylinderkammer ausgenutzt wird. Hierfür wird in der Zylinderkammer ein Abflußweg für die Flüssigkeit geschaffen. Es wird dadurch möglich, die Eintauchtiefe des Kolbens in dem Zylinder zu erhöhen ohne einen kritischen Druck zu erreichen.According to the invention, such a shock absorber is modified so that it has at least two areas of action by a greater immersion depth up to is used to the entire length of the cylinder chamber. For this, in the cylinder chamber created a drainage path for the liquid. It will thereby possible to increase the immersion depth of the piston in the cylinder without to reach a critical pressure.

Vorzugsweise ist der Abflußweg im Bereich der Kolbenstange angeordnet, die bei einer bestimmten Eintauchtiefe mit einem verringerten Durchmesser durch das Zylinderende geführt ist und die zwischen sich und der Zylinderwand den Abflußweg freimacht.The discharge path is preferably arranged in the region of the piston rod, which at a certain immersion depth with a reduced diameter through the Cylinder end is guided and the between itself and the cylinder wall Cleared drainage path.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen: In the following the invention with reference to the accompanying drawings described in more detail by way of example. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer; Figure 1 is a schematic longitudinal section through a shock absorber according to the invention.

Fig. 2 eine grafische Darstellung verschiedener Kurven des Ansteigens und Sinkens der Kräfte in der Ordinate in Funktion der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder in der Abszisse; Fig. 2 is a graphical representation of various curves of the increase and decrease of the forces in the ordinate as a function of the movement of the piston in the cylinder in the abscissa;

Fig. 3 wie Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Stoßdämpfers in seinem ersten Wirkungsbereich; FIG. 3, like FIG. 1, an embodiment of a shock absorber in its first effective range;

Fig. 4 ein Kraft/Wegdiagramm der Wirkung des Stoßdämpfers in seinem ersten Wirkungsbereich; Figure 4 is a force / distance diagram of the effect of the shock absorber in its first area of influence.

Fig. 5 den Stoßdämpfer von Fig. 3 in seinem zweiten Wirkungsbereich; FIG. 5 shows the shock absorber of Figure 3 in its second area of influence.

Fig. 6 ein Kraft/Wegdiagramm des Stoßdämpfers in seinem zweiten Wirkungsbereich; Fig. 6 is a force / distance diagram of the shock absorber in its second area of influence;

Fig. 7 den bereits beschriebenen Stoßdämpfer gemäß dem bekannten Stand der Technik. Fig. 7, the already described shock absorber according to the known prior art.

Fig. 1 zeigt einen Kolben 2, bestehend aus einer Kolbenstange 3 und einem Kolbenkopf 4, der in der Kammer 5 eines Zylinders 1 geführt ist. Die Kolbenstange 2 ist dichtend durch die Wand 7 an dem Ende des Zylinders 1 geführt, das dem Zylinderboden 8 entgegengesetzt ist. Die Kolbenstange 2 ist um einen Abschnitt 9 verlängert, dessen Durchmesser geringer ist, als der des vorderen Abschnitts der Kolbenstange 3 und bietet daher einen Abflußweg zwischen dem verlängerten Abschnitt 9 und der Kolbenwand 7. Fig. 1 shows a piston 2 , consisting of a piston rod 3 and a piston head 4 , which is guided in the chamber 5 of a cylinder 1 . The piston rod 2 is sealingly guided through the wall 7 at the end of the cylinder 1 , which is opposite the cylinder base 8 . The piston rod 2 is extended by a section 9 whose diameter is smaller than that of the front section of the piston rod 3 and therefore offers a drainage path between the extended section 9 and the piston wall 7 .

Die Zylinderkammer 5 ist durch den Kolbenkopf 4 in zwei Kammer 51 und 52 aufgeteilt. Wie zu Fig. 7 beschrieben, stehen die Kammern 51 und 52 durch Durchflüsse miteinander in Verbindung, wie zum Beispiel den Ringspalt e zwischen dem Kolbenkopf 4 und der Zylinderkammer oder Bohrungen 6 (Fig. 7) im Kolbenkopf 4.The cylinder chamber 5 is divided into two chambers 51 and 52 by the piston head 4 . As described in relation to FIG. 7, the chambers 51 and 52 are connected to one another by flows, such as the annular gap e between the piston head 4 and the cylinder chamber or bores 6 ( FIG. 7) in the piston head 4 .

In seinem ersten Wirkungsbereich funktioniert der Stoßdämpfer folgendermaßen:In its first sphere of action, the shock absorber works as follows:

Die elastomere Flüssigkeit befindet sich in den Kammern 51 und 52 und steht unter einem Druck P0, wenn sich der Kolbenkopf 4 ganz links befindet (wie zu 4' bei Fig. 7 beschrieben). Wird der Kolben nach rechts verschoben (Eintauchen des Kolbens) stellen sich diesem verschiedene Kräfte entgegen:
The elastomeric liquid is in the chambers 51 and 52 and is under a pressure P0 when the piston head 4 is on the far left (as described for 4 'in FIG. 7). If the piston is moved to the right (immersion of the piston), various forces oppose it:

- Frictional forces, especially on the tight fit of the piston rod 3 in the cylinder wall 7 ;
- Flow resistances due to the circulation of the liquid in the flows between the chambers 51 and 52 ;
- and finally the increase in pressure by decreasing the volume of the chambers 51 and 52 , the decrease in volume taking place through the penetration of the piston rod 3 into the chamber.

Andererseits sind die Drücke in den beiden Kammern 51 und 52 ungleich, wobei der Druck P2 in Kammer 52 größer ist, als der Druck P1 in Kammer 51.On the other hand, the pressures in the two chambers 51 and 52 are unequal, the pressure P2 in chamber 52 being greater than the pressure P1 in chamber 51 .

Wenn der Querschnitt der Kolbenstange mit S1 und der des Kolbenkopfs mit S2 bezeichnet werden, so stellt sich die resultierende Kraft F auf den Kolben dar als
If the cross-section of the piston rod is designated S1 and that of the piston head S2, the resulting force F on the piston is shown as

F = P2.S2 - P1.(S2 - S1) + Fg = S2(P2 - P1) + S1.P1 + Fg (1)
F = P2.S2 - P1. (S2 - S1) + Fg = S2 (P2 - P1) + S1.P1 + Fg (1)

wobei Fg die seitlich von der Flüssigkeit auf den Kolben wirkende Kraft + die mechanischen Reibungskräfte ist. Fg ist im wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit der Kolbenbewegung und kaum beeinflußt von dem Druck P2.where Fg is the force acting laterally from the liquid on the piston + the mechanical frictional forces. Fg is essentially independent of the Speed of piston movement and hardly influenced by the pressure P2.

Dagegen verändern sich die Drücke P1 und P2 durch die Kolbengeschwindigkeit beträchtlich, wobei der Faktor S2(P2 - P1) im wesentlichen den Umwälzungswiderstand darstellt, der mit der Geschwindigkeit wächst. Wenn sich der Kolben mit einer Geschwindigkeit V bewegt, hängt V eng von (P2 - P1) ab, jedoch ebenso von dem Querschnitt des Durchflusses zwischen den Kammern 51 und 52. Wenn V steigt, oder er Durchfluß enger ist, steigt P2 - P1. Wenn der Kolben dagegen anhält und V = = wird, glichen sich die Drücke P1 und P2 in den Kammern 51 und 52 progressiv aus.In contrast, the pressures P1 and P2 change considerably due to the piston speed, the factor S2 (P2 - P1) essentially representing the circulation resistance, which increases with the speed. When the piston moves at a speed V, V depends closely on (P2 - P1), but also on the cross section of the flow between the chambers 51 and 52 . As V increases or flow is narrower, P2 - P1 increases. On the other hand, when the piston stops and V = =, the pressures P1 and P2 in the chambers 51 and 52 progressively equalize.

Fig. 2 zerlegt die Faktoren der Gleichung F = S2(P2 - P1) + S1.P1 + Fg. Fig. 2 decomposes the factors of the equation F = S2 (P2 - P1) + S1.P1 + Fg.

Bei einem herkömmlichen Stoßdämpfer ist es der Faktor P1.S1, der am schnellsten steigt. Wenn man einen Auslaß schafft, wie beschrieben, wird es ab einer bestimmten Eintauchtiefe des Kolbens möglich, den Faktor S1 - P1 zu verkleinern (indem P1 sogar zu Null wird, wenn der Auslaß ausreichend ist und daher den Faktor (P2 - P1)S2 zu maximieren, was dazu führt, daß der Stoßdämpfer auf der gesamten Länge als solcher wirkt.In a conventional shock absorber, the factor P1.S1 is the one that fastest increases. If you create an outlet as described, it will go off a certain immersion depth of the piston, factor S1 - P1 decrease (by P1 even going to zero if the outlet is sufficient and therefore maximize the factor (P2 - P1) S2, resulting in the Shock absorbers act as such along the entire length.

In seinem zweiten Wirkungsbereich funktioniert der Stoßdämpfer wie folgt:
Man unterstellt jetzt, daß der Kolben tiefer eingetaucht ist und der erste Abschnitt der Kolbenstange 3 die Zylinderwand verlassen hat. Der Kolben nimmt jetzt die strichliert gezeigte Position 4' in Fig. 1 ein. Unter diesen Umständen bildet sich ein Auslaß zwischen dem verlängerten Abschnitt 9 der Kolbenstange 3 und der Zylinderwand. Je nach Auslegung des Auslasses wird der Druck in der Kammer 51 fallen und um so schwächer werden, je größer der Auslaß ist.In its second sphere of action, the shock absorber works as follows:
It is now assumed that the piston is immersed deeper and the first section of the piston rod 3 has left the cylinder wall. The piston now assumes the position 4 'shown in broken lines in FIG. 1. Under these circumstances, an outlet is formed between the extended portion 9 of the piston rod 3 and the cylinder wall. Depending on the design of the outlet, the pressure in chamber 51 will drop and become weaker the larger the outlet.

Unter diesen Umständen tendiert die Reaktionskraft auf den Kolben gegen Fg +
Under these circumstances, the reaction force on the piston tends to Fg +

S2.P2: F → Fg + S2.P2. (2).S2.P2: F → Fg + S2.P2. (2).

Das Funktionieren des Stoßdämpfers hängt dann im wesentlichen von S2.P2 ab. Der Faktor S2.P2 kann durch die Einstellung des Umwälzungsspiels e zwischen dem Kolbenkopf 4 und der Zylinderinnenwand geregelt werden, sowie durch das Spiel des Auslasses zwischen der Verlängerung 9 und der Zylinderwand 7, das den Druck P1 bestimmt. Die Auslegung kann zunächst in Abhängigkeit der für den zweiten Wirkungsbereich gewünschten Leistung errechnet und dann experimentell ermittelt werden. The functioning of the shock absorber then essentially depends on S2.P2. The factor S2.P2 can be regulated by setting the circulation play e between the piston head 4 and the cylinder inner wall, as well as by the play of the outlet between the extension 9 and the cylinder wall 7 , which determines the pressure P1. The design can first be calculated as a function of the power desired for the second effective range and then determined experimentally.

In Bezug auf die Fig. 3 bis 6 wird jetzt ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Die folgenden Parameter wurden gewählt:
Innendurchmesser der Kammer 5 : 90 mm;
Weg des ersten Wirkungsbereichs: 80 mm:
Weg des zweiten Wirkungsbereichs: 300 mm;
Durchmesser des vorderen Abschnitts der Kolbenstange 3 : 46 mm;
Durchmesser der Verlängerung 9 : 45 mm;
Einfülldruck der elastomeren Flüssigkeit: 800 bar;
Ausgemittelter Maximaldruck des ersten Wirkungsbereichs: 1900 bar.An exemplary embodiment is now shown with reference to FIGS. 3 to 6. The following parameters were chosen:
Inside diameter of the chamber 5: 90 mm;
Path of the first effective range: 80 mm:
Path of the second effective range: 300 mm;
Diameter of the front portion of the piston rod 3: 46 mm;
Extension 9: 45 mm;
Filling pressure of the elastomeric liquid: 800 bar;
Averaged maximum pressure of the first effective range: 1900 bar.

Bei einer Stoßgeschwindigkeit von 15 Km/h ist die Kraft/Wegkurve in Fig. 4 mit einem Maximum von etwa 1200 KN (Kilonewton) angegeben. Diese Funktion ist wiederholbar, da der Kolben nach Ende des Stoßes in seine Ausgangslage zurückgeht.At an impact speed of 15 km / h, the force / displacement curve is indicated in FIG. 4 with a maximum of approximately 1200 KN (kilonewtons). This function can be repeated since the piston returns to its original position after the impact.

Die Wirkungsweise mit einem Auslaß für die Flüssigkeit ist bei einer höheren Geschwindigkeit als 15 Km/h in Fig. 6 dargestellt. In diesem Fall ist die Funktion nicht wiederholbar, da die unter Druck stehende Flüssigkeit durch den Auslaß zwischen der Verlängerung 9 und der Zylinderwand 7 ausgetreten ist.The operation with an outlet for the liquid is shown in Fig. 6 at a speed higher than 15 km / h. In this case, the function cannot be repeated since the liquid under pressure has escaped through the outlet between the extension 9 and the cylinder wall 7 .

Im ersten Fall konnte eine Energie von 75 kJ gedämpft werden, während im zweiten Fall im ersten Wirkungsbereich 75 kJ und im zweiten Wirkungsbereich 275 kJ, also zusammen 350 kJ gedämpft werden konnten.In the first case, an energy of 75 kJ could be dampened, while in second case in the first effective range 75 kJ and in the second effective range 275 kJ, i.e. a total of 350 kJ could be damped.

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer kann daher dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo von Zeit zu Zeit sehr viel höhere Drücke auftreten können, als sie ein herkömmlicher Stoßdämpfer abzufangen vermag. Wenn der erfindungsgemäße Stoßdämpfer nicht zerstört wird, kann er erneut gefüllt und verwendet werden.The shock absorber according to the invention can therefore advantageously be used there where, from time to time, much higher pressures can occur than they do conventional shock absorber can intercept. If the invention If the shock absorber is not destroyed, it can be refilled and used.

Es gibt vorteilhafte Veränderungen und Ausführungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet werden können. So wählt man für eine bessere Führung vorteilhafterweise ein geringes Spiel e zwischen dem Kolbenkopf 4 und der Zylinderinnenwand, zum Beispiel von einem Zehntel Millimeter und vergrößert statt dessen die Bohrungen 6 oder wählt äußere Nuten. Die Verlängerung 9 kann auch ohne Spiel in der Zylinderwand geführt werden, wobei der Abfluß durch Bohrungen oder Längsnuten in dem Kolben erfolgt.There are advantageous changes and designs that can be used within the scope of the present invention. For better guidance, one advantageously selects a small play e between the piston head 4 and the cylinder inner wall, for example of a tenth of a millimeter, and instead enlarges the bores 6 or selects outer grooves. The extension 9 can also be guided without play in the cylinder wall, the outflow taking place through bores or longitudinal grooves in the piston.

Claims

1. Shock absorber with a compressible elastomeric liquid, consisting of a cylinder containing the liquid into which a piston is guided through one end, the immersion depth of which determines the pressure in the cylinder, characterized in that at a specific immersion depth of the piston in the cylinder ( 1 ) a drainage path for the liquid is open.

2. Shock absorber according to claim 1, characterized in that the discharge path is arranged in the region of the piston rod which is guided at a certain immersion depth with a reduced diameter through the cylinder end ( 7 ).

3. Shock absorber according to claim 2, characterized in that the region ( 9 ) of the piston rod with a reduced diameter is longer than the region ( 3 ) of the piston rod with a non-reduced diameter.

4. Shock absorber according to one of the preceding claims, characterized in that the piston rod carries at its end a piston head ( 4 ), the diameter of which is larger than the regions ( 3 , 9 ) of the piston rod and the one flow (e) for the liquid between one and the other side of the piston head ( 4 ).

5. Shock absorber according to claim 4, characterized in that at least one flow is arranged between the circumference of the piston head ( 4 ) and the cylinder inner wall.

6. Shock absorber according to claim 4 or 5, characterized in that at least one flow is arranged in the piston head ( 4 ).

7. Method for shock absorption with a shock absorber of one of the preceding claims, characterized in that
that during a first phase of shock absorption, this takes place by compression of the liquid by the piston ( 2 ),
and that in a second phase from a certain immersion depth of the piston ( 2 ) in the cylinder ( 1 ), the shock absorption essentially takes place by circulating the liquid from one side of the piston head ( 4 ) to the other side.