DE2245590A1

DE2245590A1 - Hydropneumatischer pralldaempfer mit in der kolbenstangenbohrung angeordnetem federraum

Info

Publication number: DE2245590A1
Application number: DE2245590A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Kreuzer
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1972-09-16
Filing date: 1972-09-16
Publication date: 1974-03-21
Also published as: JPS5751843U; FR2200456B3; BE804859A; JPS4970066A; GB1434408A; FR2200456A1; IT994702B; US3944270A

Description

FICKTEL & SACHS AG», Schweinfurt/Main Patent- und Cebrauchsmusterhilfsanmeldung

Ilydropneuinatischer Pralldämpfer mit in der Kolbenstan^enbohrung angeordnetem Federrauui

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydropneumatischen Pralldämpfer, insbesondere für Stoßstangen von Kraftfahrzeugen, welcher einen flüssigkeitsgefüllten Zylinder aufweist, in welche» ein Kolben axial verschiebbar angeordnet ist und die Kolbenstange einen Hohlraum zur Aufnahme einer Druckgasfüllung besitzt, während sich ebenfalls in der hohlen Kolbenstange ein Raum mit Flüssigkeitsfüllung befindet und ein ständig geöffneter Durchlaßquerschnitt eine Verbindung zwischen dem Hohlraum in der Kolbenstange und dem flüssigkeitsgefüllten Zylinder herstellt·

Derartige Pralldämpfer sind zwischen der Stoßstange eines Kraftfahrzeuges und dem Aufbau angeordnet und sollen bei geringer Geschwindigkeit den Aufprall eines Fahrzeuges auf ein Hindernis derart verzögern, daß weder die Fahrzeuginsassen zu Schaden kommen noch die Karosserie nennenswert beschädigt wird. bei den bekennten Pralldämpfern 1st dabei eine eaesgieaufbrauchend® Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die beispieleweise durch Überdruckventile im Kolben gebildet wirct» Di© la gyll&dci? befindliche Flüesigkeitafüllung gelangt über die Überdruckventile in den Niederdruckraum, d. h., diese ¥e»t£le bringen atm zum Ver-

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zögern erforderliche Dämpfkraft auf. Ferner wurde vorgeschlagen, dato außer den Überdruckventilen ein «tändig geöffneter Durchlaß zwischen dem flUssigkeltsgefUllten Zylinder und dem Niedardruckraum besteht, der durch eine mit einem Längsschlitz versehene hülse gebildet wird, wobei diese Hülse In einer BoIiruni; des Kolbens gleitet. Nachteilig bei diesen Systemen ist, daß die Aufprallenergie fast ausschließlich - zumindest 9Oivon der Dämpfungselnrichtung aufgenommen wird, während die in den bekannten Pralldampfern vorhandenen federnden Elemente lediglich zur Erzeugung der notwendigen Rückstellkraft verwendet werden· Außerdem sind derartige Dämpfungseinrlchtungen mit einem hohen Bauaufwand behaftet, wenn ein befriedigend gleichmäßiger Kraftverlauf über den Verzögerungsweg und damit ein guter Wirkungsgrad erzielt werden soll, so daß diese Konstruktionen sehr teuer in der Herstellung werden· Da zudem die Dämpf- und Ausfahrkraft in hohem Maße temperaturabhängig ist und die hydraulischen Dämpfungselnrichtungen die Aufprallenergie In Wärme umwandeln, ist eine einwandfreie und gleichmäßige Funktion dieser bekannten Pralldämpfer nicht gewährleistet· Bedingt durch den relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Dämpfungsflüssigkeiten führen die bei der Energieumwandlung auftretenden hohen Temperaturen zu sehr hohen Innendrucken der Pralldämpfer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung 1st es, einen Im Aufbau einfachen Pralldämpfer zu schaffen, der die Aufpralienergie bei einer bestimmten Geschwindigkeit aufnimmt bzw. vernichtet und nach dem Stoß wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt· Ferner

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besteht die Aufgabe darin, daß dieser Pralldämpfer in «inen

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Temperaturbereich von »40 C bis +60 C keine wesentliche Ab-* weichung in der Dämpfkraft besitzt und die Reaktionekraft über den Weg ungefähr konstant bleibt, um einen guten Wirkungsgrad 2u erreichen* Außer den Aufbau aus leicht herstellbaren Teilen wird eine einwandfreie Funktion über «inen langen Zeitraum gefordert«

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender, zum Teil an sich bekannter Merkmale gelöst·

a) Der flüssigkeitsgefüllte Zylinder ist ventillos mit dem Kaum in der hohlen Kolbenstange verbunden;

b) der Orosselquerschnitt ist in Kolben angeordnet und über den gesamten Kolbenhub konstant;

c) der Gasdruck im Hohlraum 4er Kolbenstang· 1st so gewählt, daß mindestens 20 Z der Aufprallenergie von der Gasfeder aufgenommen werden«

Die Dämpfungseinrichtung besteht nur aus einem Drosselquerschnitt im Kolben, d. h·, es wird auf jedes andere komplizierte Ventileystem sowie auf einen hubabhängigen üroeselquerschnitt verzichtet, wodurch sich ein saht einfacher Aufbau des Pralldämpfers ergibt* Ebenso wird durch die Wahl der Gasfeder in der hohlen Kolbenstange eine Energiespeicherfeder geschaffen, die mindestens 20 2, vorzugsweise aber 30 bis 50 X der Aufprallenergie aufnimmt· Durch diese Kombination von Energiespeicherader und Drossel wird sowohl eine geschwindigkeitsabhängig· als auch eine wegabhängige Steuerung der Dämpfkraft erzielt·

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Entsprechend einen Merkmal der Erfindung 1st das Gasvolunen und der Gasdruck in der hohlen Kolbenstange so bemessen, daß bei ausgefahrenem Pralldämpfer die geforderte Auefahrkraft vorhanden 1st, während bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit und voll eingefahrenem Pralldämpfer am Ende des VerEttgerungsweges der Haxiraaldruck in Innenraum nicht überschritten wird. Durch diese Bemessung von Gasvolumen und Gasdruck wird eine Überbeanspruchung des Pralldämpfers bei der vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit mit Sicherheit vermieden, so daß ein· einwandfreie Funktion gewährleistet wird· Ferner wird die Wärmeentwicklung infolge der Energieaufnahme im Pralldämpfer sehr gering gehalten, da nur ein Teil der Aufprallenergie durch die Dämpfungeeinrlchtung in Wärme umgewandelt wird, während die Gasfeder den Rest der Aufprallenergie aufnimmt.

Erf indungsgeinäs verbindet in an sich bekannter Weise der Drosselquerschnitt den flUssigkeltsgeftillten Zylinder mit der Flüssigkeit β füllung in der hohlen Kolbenstange. Damit wird auch bei den AusfUhrungsformen, welche in der hohlen Kolbenstange keine Trennwand zwischen der Gas- und FlUssigkeltsftillung aufweisen, mit Sicherheit eine einwandfreie Funktion gewährleistet. Die erfindungsgemäße Verbindung des flüssigkeitsgefüllten Zylinders mit der FlUsslgkeitsfüllung in der Kolbenstangenbohrung erfordert bei diesen AusfUhrungsformen,unter Umständen die Drossel-Öffnung exzentrisch zur Kolbenachse anzuordnen.

Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhafte Wirkungen

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ergeben sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden beispielsweise dargestellten AusfUhrungaform der Erfindung. Es zeigt:

Fig* 1 einen Längsschnitt durch einen Pralldämpfer, wobei ein Trennkolben zwischen der Fl lissigkeitafüllung und der Gasfüllung in der hohlen Kolbenstange angeordnet ist;

Fig. 2 einen Pralldämpfer ohne Trennelement zwischen der Flüssigkeitsfüllung und der Gasfüllung in der hohlen Kolbenstange in schematischer Darstellung;

Fig, 3 das Kraft-Weg-Diagramm für die maximal vorgegebene KoI-bengeschwindigkeit und

Fig. 4 die Kraft-Weg-Diagramme für einen Pralldämpfer bei verschiedenen Kolbengeschwindigkeiten·

Die in den Figuren I und 2 dargestellten Pralldämpfer sind bei» spielsweiae alt dem Boden des Zylinders 1 an einem festen Bauteil des Fahrzeugaufbaues befestigt, während die Abschlußplatte der Kolbenstang· 2 mit der Stoßstange verbunden ist« Auf dies« Weise ist jede Stoßetange mit zwei dieser Pralldämpfer mit dem Aufbau verbunden. Diese Pralldämpfer nehmen die bei leicht:®» Auffahren mit Geschwindigkeiten bis etwa 8 km/h entstehende Aufprallenergie auf und verhindern dadurch ein Beschädigen des Fahrzeuges.

Bei dem in Flg« 1 gezeigten Pralldämpfer let der mit Amt Kolben« stange 2 verbundene Kotben 3 verschiebbar im Zylinder 1 geführt«

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Di· Kolbenstange 2 besitzt denselben Außendurchraesser wie der Kolben 3 und weist im Hohlraum die Druckgasfüllung 7 auf, die durch den Trennkolben A von der FlüseigkeitsfUllung 6 in der hohlen Kolbenstange getrennt ist· Dieser Trennkolben 4 trägt den Trennkolben-Dicht ring 9 zur Abdichtung zwischen dem Druckgasraufit 7 und dem Niederdruckraum 6· Damit eine hohe Be-* laetbarkeit quer sur Pralldampftrachse sowie eine gute Führung des Kolbens 3 la Zylinder 1 ersielt wird, überlappen sich Zylinder 1 sowie Kolben 3 und Kolbenstange 2 in ausgefahrenen Zustand des Dämpfers in einem relativ großen Bereiche Zur Abdichtung des Pralldämpfer* nach außen ist zwischen Kolben 3 und der Innenwand des Zylinders 1 die Kolbendichtung 8 angeordnete Zwischen der FlUssigkeltsfUllung 5 la Zylinder 1 und der FlUssigkeltsfüllung 6 in der hohlen Kolbenstange 2 befindet sieh ein ständig offener Durchlas in Kolben 3, der iureh die Droaaelbohrung 10 gebildet wird* Zuai Einbringen der Dsruckgasf ill lung 7 befindet sich in der AbschluSplatte der KoIben·«;enge 2 das Füllventil II.

Hinsichtlich dea Aufbaues unterscheidet sich die AusfUhrungsfor« nach Fig. 2 von der nach Fig. 1 dadurch,, amä «wischen «Ur Druckgasfüllung 7 und der FlUssigkeltsfUllung 6 in de? hohlen Kolbenstange 2 kein Trennelement engeordnet ist. Fernes befindet sich die Drosselbohrung 10 exzentrisch zur Achse de» Kolbens 3_S so daß der Drosselquerschnitt in Jedem Fall unterhalb dea FlUesig» keitssplegels der FlüssigkeitsfUllung 6 mündet:·» leim Einbau

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eines solchen Dämpfers ist darauf zu achten, daß die vorgeschriebene Einbaulage eingehalten wird, denn würde der Drosselquerschnitt 10 in den Gasraun 7 münden, so würde beim Betätigen des Pralldämpfer» Gas in den Raum 5 gelangen, was eine öettinträchtigung der Funktion dieses Pralldäinpfera zur Folge hätte.

Kollidiert ein Fahrzeug, welches mit derartigen hydropneumatischen Pralldäiupf ern ausgerüstet ist, mit einem Hindernis, so fährt der Kolben 3 in den Zylinder 1 ein. Dabei wird die Flüssigkeitsfüllung 5 im Zylinder 1 durch die Drosselbohrung 10 in den Raum 6 der hohlen Kolbenstange 2 gedrückt· Diese durch die Drosselbohrung 10 gedruckte Flüssigkeit ist im wesentlichen inkompressibel und bewirkt deshalb eine Volumenvergrößerung des Raumes 6 und damit eine axiale Verschiebung des Trennkolbens 4, wodurch der Druckgasraun 7 eine Volumenverkleinerung und damit eine Druckerhöhung erfährt. Die Reaktionskraft des hydropneumatischen Pralldänpfers setzt sich sonit zusaanen aus der sich bei der Drosselung der Flüssigkeitsströmung durch die Drosselbohrung ergebenden Dämpfkraft und der sich infolge der Druckerhöhung im Raum 7 ergebenden Gasfederkraft. Wird das Gasvolumen und der Gasdruck im Raun 7 to gewählt, daß sich in ausgefahrenem Zustand des Kolbens die gewünschte Auefahrkraft ergibt, und aui Ende des Verzögerungsweges, d. h·, im eingefahrenen Zustand des Kolbens die geforderte Maximalkraft nicht überschritten wird und gleichzeitig die ürosselbohrung so dimensioniert, daß bei der vorgegebenen Aufprallgeschwindigkeit die Reaktionskraft

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den Maximalwert nicht überschreitet, so ergibt «ich für den Pralldämpfer ein verhältnismäßig gleichmäßiger Verlauf der Reaktionskraft Über den Verzögerungeweg. UIe Dämpfungeeinrichtung besteht lediglich aus der Drosselbohrung IO Ik Kolben 3 und wandelt einen Teil der Aufprallenergie in wärmeenergie um. Der Rest der Aufprallenergie wird von der Gasfeder, die durch die Druckgasfüllung 7 in der hohlen Kolbenstange gebildet wird, gespeichert. Diese von der Feder aufgenommene Aufprallenergie wird nach dem Stoß ebenfalls gedrosselt wieder freigegeben, indem infolge der Federkraft die Flüssigkeit aus dem Raum 6 Über die Drossel IU in den Raum S gedrückt wird. Dabei kehrt die mit dem Kolben 3 verbundene Kolbenstange 2 In Ihre Auegangelage zurUck. Durch die Kombination von Drosselbohrung und Gasfeder wird bei diesen Pralldämpfern sowohl eine geschwindigkeitsabhängige wie auch eine wegabhängige Steuerung der Reaktionskraft erzielt.

Den Verlauf der Reaktionskraft Über den Kolbenweg «eigt Fig. 3. Dabei 1st die Kennlinie der Gasfeder mit 13 bezeichnet, während die Kennlinie für die Dämpfeinrichtung die Bezugsilffer IA trägt* Die Reaktionskraft 12 entsteht durch Aufsuomleren der Kennlinien 13 und IA. In diesen Diagramm 1st die Auslegung der Gasfeder deutlich erkennbar. Das Volumen und der Druck der Gasfüllung 1st so gewählt, daß am Anfang des Dämpferhubes die

Auefahrkraft F erreicht wird« während am Ende des Dämpferhu-AUS

bes der Druck im Gaafederraum der maximalen Dämpfkraft F

^r MAX

entspricht*

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Die Abhängigkeit der Dämpfkraft und des Dämpferhubes von der Aufprallgeschwindigkeit zeigt das Kraft-iVeg-Diagramm nach Fig. 4. Die Dumpfkraftlinie 12 entspricht dabei einer Aufprallgesctujindigkeit von S km/li_t vrährend die Kennlinie 15 der Aufprallgeschwindigkeit von 6,5 km/h entspricht. Bei einer Aufprallgeschwindigkeit von 5,8 km/h ergibt sich die Kennlinie und die Kennlinie 17 bei einer Aufprallgeschwindigkeit von 5 km/h. Eine Aufprallgeschwindigkeit von 4,3 km/h ergibt die Dämpfkraftkennlinie 18 und bei 3,6 km/h erhält man die Kennlinie 19. Diese Dämpfkraftkennlinien zeigen ganz deutlich die Abhängigkeit der Dämpfkraft von der Aufprallgeschwindigkeit, während die Kennlinie 13 der Gasfeder die Abhängigkeit vom Dämpferhub aufzeigt·

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Figuren dar-* gestellten Ausführungsformen, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedanken· weitgehend abgewandelt werden. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, den Drosselquerschnitt IO durch mehrere üroseelbohrungen im Kolben 3 zu realisieren· Ebenso kann anstelle des in Fig* 1 zwischen der Druckgasfüllung 7 und der Flilssigkeitsfüllung 6 angeordneten Trennkolbens 4 auch ein an** deres Trennelement, wie eine elastische Membrane, ein Faltenbalg, aaa Ba, Verwendung finden·

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Claims

Patentanspruch·

j I .)Hydropneumatischer Pralldämpfer, insbesondere für Stoßstangen von kraftfahrzeugen, welcher einen flUseigkeitsgefUllten Zylinder aufweist, in welchem ein Kolben axial verschiebbar angeordnet iat und die Kolbenstange einen hohlraum tür Aufnahm· einer Druckgasfüllung besitzt, während sich ebenfalle In der hohlen Kolbenstang· ein Rau» rait Flüssigkeitsfiillung befindet und ein ständig geöffneter Durchlaßquerschnitt •ine Verbindung zwischen den Hohlraum in der Kolbenstang· unt dem flUsslgkeitsgeftillten Zylinder herstellt/ gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden, zum Teil an sieh bekann** ten Merkmal·t

a) Der flüssigkeitsgefüllt« Zylinder (1) 1st ventllloa mit dem Raum (6) in der hohlen Kolbenstang· (2) verbunden!

b) dar Oroaselquerschnitt (IU) 1st im Kolben (3) angeordnet und über den gesamten Kolbenhub konstant}

c) der Gasdruck la Hohlraum der Kolbenstange (7) ist so gewählt» dafl mindestens 20 Z der Aufprallenergie von dar Gasfeder aufgenommen werden·

2« Hydropneumatlscher Pralldämpfer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Casvolumen und der Gasdruck im Hohlraum (7) der Kolbenstange (2) so bemessen 1st« daß bei ausgefahrenem Pralldämpfer die geforderte Ausfahrkraft (F _1IC) vorhanden

AUS

ist, wahrend bei einer vorgegebenen ilaximalgeschvindigkeit

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und voll eingefahrenem Pralldämpfer am Ende des Verzögerungswertes der Maximaldruck der Druckgasfüllung (7) der maximalen Dämpfkraft (F ) entspricht·

MAX

3. Hydropneuiaatischer Pralldämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Heise der Droßselquerschnitt (10) die Flüssigkeitsfüllung (5) im Zylinder (1) mit der Flüssigkeitefüllung (6) in der hohlen Kolbenstange (2) verbindet*

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