DE2324402B2

DE2324402B2 - Stossdaempfer

Info

Publication number: DE2324402B2
Application number: DE19732324402
Authority: DE
Inventors: Gerald R. Hillsburgh Ontario Miller (Kanada)
Original assignee: Gabriel Of Canada Ltd., Toronto, Ontario (Kanada)
Priority date: 1972-05-15
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1977-06-02
Also published as: CA949596A; DE2324402A1; US3870130A; DE2324402C3; JPS4954780A; SE400819B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sioßdämpfer nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Gattung.

Zum Dämpfen von Stoßkräften sind bisher zwei Gruppen von Stoßdämpfern bekannt, närrlich solche mit sich ändernden und solche mit konstanten Durchflußkanälen, so daß sie bisher auch so klassifiziert wurden:

variabler Druck — konstanter Durchtrittskanal
konstanter Druck — sich ändernder
Durchtrittskanal.

In den bisher bekannten Stoßdämpfern mit sich ändernden Durchtrittskanälen werden als Arbeitsmedium Flüssigkeiten, wie z. B. Hydraulik-Öle, bzw. Gase oder auch beide, verwendet. Es entsteht ein mäßiger konstanter Druck im Arbeitszylinder, und die dadurch notwendige Gegenkraft ermöglicht eine verhältnismä-Big geringe Belastung des Systems. Die Kalibrierung des Durchtrittskanals reicht dabei von einer festen Ausgangsgröße bis zu einem Bereich, in dem sie sich im Zusammenhang mit der Größe des Stoßes in Art einer Exponentialkurve erweitert. Der Kanal kann dabei z. B. in der Wandung der Druckkammer des Arbeitszylinders angeordnet sein. Diese Stoßdämpfer sind zwar grundsätzlich leicht abzudichten. Eine geringe Undichtigkeit wirkt sich aber sofort in erheblichem Maße leistungsmindemd aus. Weiter ist die Bandbreite der zu absorbierenden Stöße verhältnismäßig eng begrenzt. Außerdem kommt es leicht zur sogenannten »Peitschenhiebverletzung« (»Schleudertrauma«), wenn derartige Stoßdämpfer bei Kraftfahrzeugen verwendet werden, nämlich bei Kraftfahrzeug-Auffahrunfällen durch Vorschleudern und anschließendes Zurückfedern des Kopfes bei relativ fixierter Brustwirbelsiiule des im Kraftfahrzeug Sitzenden zu einer abnormen Beugung und Überstreckung der Halswirbelsäule, so daß die Halswirbelsäule und deren benachbarte Weichteile verletzt werden.

Bei einem Stoßdämpfer der eingangs erwähnten Gattung, der zu der zweiten Gruppe der Stoßdämpfer, nämlich mit konstantem Durchtrittskanal, gehört (US-PS 34 42 501), wird zur Vermeidung deir Nachteile der ersten Gruppe der Stoßdämpfer ein nicht-newtonsches thixotropes Arbeitsfluid vorgesehen. Durch die besondere Hysteresekurve dieser Dämpfungsflüssigkeit treten bei der reversiblen Strukturveränderung meßbare Zeiteffekte auf, wenn z. B. die scherende Beanspruchung zu einer Abnahme des Fließwiderstandes führt Bei dem bekannten Stoßdämpfer dieser Gattung sollen die bneren Scherkräfte nicht linear mit der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsdurchtritts verlaufen. Wohl vsrird dabei eine verhältnismäßig gute Dämpfung eines breiten Bandes von Stoßkräften erzielt und wirken sich geringe Undichtigkeiten im System nicht so gravierend auf die Leistung aus, doch kann auch mit diesem Stoßdämpfer keine gleichmäßige Dämpfung ohne deutlich zunehmende Verformungskraft erreicht wer-

⁶Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Stoßdämpfer der eingangs erwähnten Gattung so auszubilden, daß eine völlig konstante Verformungs- bzw. Gegenkraft dem Stoß entgegengesetzt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird diese Änderung in Anlehnung an bekannte Ausbildungen vorgenommen.

Mit dem Stoßdämpfer gemäß der Erfindung ist während des wesentlichen Teils des auf ihn wirkenden Stoßes eine konstante Gegenkraft mit einer Verzögeruni'Sgeschwindigkeit erreichbar, die selbst nichtlinear ist. Wenn ein derartiger Stoßdämpfer z. B. zwischen der vorderen oder hinteren Stoßstange eines Kraftfahrzeugs und dessen Fahrgestell angeordnet wird, können Stöße beim Auffahren auf ein Hindernis so aufgefangen werden, daß die Verzögerung des auffahrenden Fahrzeugs durch eine konstante Kraft trotz abnehmender Beschleunigung (nach dem Aufprall) erfolgt so daß die eingangs geschilderte »PeitschenhiebVerletzung« vermieden wird. Als thixotropes Fluid wird insbesondere e η Fett verwendet.

AiIe Teile der Beschreibung, die über die Erläuterung des Inhalts der Patentansprüche hinausgehen, sind nicht Gegenstand der Erfindung, sondern dienen lediglich zu dessen allgemeinem Verständnis.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Aus Führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Länggschnitt durch die bevorzugte Aus^:ührungsform des Stoßdämpfers mit automatischer Rüc<stellung unter Verwendung eines thixotropen Fluids in der Ruhestellung vor Einleitung des Stoßes,

F i g. 2 ein Ablaufdiagramm, und zwar die Abhängigkeit der Kraft vom Weg und der Kraft von der Geschwindigkeit, und

Fig.3 Kurven der Scherkraftcharakteristik bei Verwendung verschiedener Materialien.

Gemäß Fig. 1 weist der Stoßdämpfer 10 zunächst einen Druckzylinder 11 auf, in dem eine Büchse 12 mit einem sich ändernden Durchtrittskanal vorgesehen ist Der Druckzylinder besitzt eine Abschlußkappe 13, an der Anschlußteile 14 für die Befestigung am Fahrgestell eines Automobils oder dergleichen (nicht gezeigt) vorgesehen sind. Im Druckzylinder befindet sich ein thixotropes Fluid 16.

Im Druckzylinder 11 bzw. in der in ihm angeordneten Büchse 12 ist ein Dämpfungskolben 20 gleitend gelagert Er ist an dem sich nach außen erweiternden Ende des Sammelzylinders 22 mittels eines Gewindes 24 befestigt Das andere Ende des Sammelzylinders ist mit einer Platte 25 abgeschlossen, die an der Stoßstange eines Automobils (nicht gezeigt) befestigt werden kann. Der Sammelzylinder 22 besitzt so eine Kammer 26, in der ein

schwimmender Kolben 27 angeordnet ist Dieser weist einen Ringkanal 28 auf, in dem ein O-Ring 29 zur Abdichtung des Kolbens gegen die Zylinderwand eingesetzt ist

Ein Sicherungsring 30 hä!t zusammen mit einer Dichtung 31 und einer Buchse 32 den Sammelzylinder 22 im Druckzylinder fest, so daß er in ihm gleiten kann. Die Büchse, die ihrerseits durch einen eingezogenen Rand 34 des Druckzylinders 11 gehalten wird, und der Ring 30, der durch Punktschweißung gehalten ist, dienen ι ο als Anschlag für den Kolben 20 in der ausgefahrenen Stellung.

Der Dämpfungskolben 20 weist einen hohlen Innenraum 40 und zwei radial nach außen gerichtete Kragen 41 und 42 auf, die einen äußeren Ringkanal 43 einschließen. Dieser Ringkanal 43 steht über eine Durchtrittsöffnung 44 mit dem Innenraum 40 in Verbindung und steht damit unter der Krafteinwirkung des schwimmenden Kolbens 27. In einem der Kragen 41 ist ein Ringraum 46 angeordnet, in dem ein Kolbenring eingebettet ist Der Kolbenring gleitet an der Innenseite der Büchse 12. In der Büchse 12 ist ein thixotropes Fluid untergebracht, dessen Arbeitsweise und dessen Fließen durch den Ringkanal 43, die Durchtrittsöffnung 44 und den Innenraum 40 nachfolgend beschrieben werden. Im Sammelzylinder 22 ist ein Gas mit Überatmosphärendruck eingepreßt

Die Büchse 12 weist einen sich in seiner Größe ändernden Kanal 55 auf, dessen eine Seite gerade und dessen andere Seite nach einer Exponentialkurve verläuft Vorzugsweise liegt dabei der Bereich der größeren Ausnehmung zum Sammelzylinder hin.

Wenn auf den Stoßdämpfer ein Stoß einwirkt, wird das thixotrope Fluid bei der Bewegung des Dämpfungskolbens nach links (vgl. F i g. 1) unter Druck gesetzt. Das Fluid fließt aus der Druckkammer 50 nun über den Kragen 41 und den Kolbenring 47 in den Sammelkanal bzw. Ringkanal 43 und wandert durch die öffnung 44 in den Innenraum 40. Durch den Zufluß des Fluids in diesen Raum wird der schwimmende Kolben 27 in Richtung auf die Platte 25 gedrückt und preßt dabei das Gas im Druckraum 26 des Sammelzylinders 22 weiter zusammen. Der Druckunterschied im Innenraum 40 und der Kammer 50 ist durch die sich laufend vergrößernde Abmessung des Durchtrittskanais 55 bestimmt. Die Größe dieses Durchtrittskanals ändert sich in einem genau festgelegten Wert in bezug auf seine Länge. Der Druckunterschied bestimmt die Kraft, die zum Zusammendrücken des Stoßdämpfers erforderlich ist. Nach dem Stoß wirkt der Gasdruck in der Kammer 26 auf den schwimmenden Kolben 27 und drückt das Fluid vom Innenraum 40 in die Druckkammer 50 und erreicht so das Ausfahren in die Ausgangsstellung.

Die Menge des thixotropen Fluids wird dabei durch die laufende Abnahme des Kanals 55 geregelt, durch den sie fließen muß. Um diesen Vorgang in seinem ganzen Umfang erkennen zu können, muß man zunächst die Eigenschaften eines thixotrupen Fluids betrachten. Bei einer linearen Änderung des auf ein thixotropes Fluid wirkenden Druckes ändert sich dessen Fließgeschwindigkeit in nichtlinearer Weise. Umgekehrt, wenn ein thixotropes Fluid einer konstanten Scherkraft unterworfen wird, fließt es bei der Einleitung des Stoßes langsamer als zu einem späteren Zeitpunkt Weiter, wenn die Scherkraft kontinuierlich über eine bestimmte Zeit erhöht wird, ist das Ausmaß der Änderung unterschiedlich von der, die bei einer kontinuierlichen Abnahme entsteht Die Verwendung eines thixotropen Fluids ermöglicht also ein breites Band von Absorptionscharakteristiken über eine Vielzahl von Stoßkräften.

Die Vereinging eines sich ändernden Durchflußkanals und eines thixotropen Fluids ermöglicht also einen Stoßdämpfer mit der in Fig.2 gezeigten dynamischen Empfindlichkeitskurve.

Bei diesem Ausführungsbeispiel zeigen eine Kurve 60 die Stoßkraft (diese Strichkurve zeigt das tatsächliche Ansprechen in Verbindung mit den beispielsweise nachstehend genannten Abmessungen), aufgetragen über dem Einfederungswert, wobei die Kraft als Ordinate und der Weg als Abszisse eingetragen sind, und eine Kurve 61 die Geschwindigkeit des Dämpfungskolbens, aufgetragen über die Ansprechzeit (das Zeitintervall ist annähernd 0,008 s) des Dämpfers, wobei die Geschwindigkeit auf der Ordinate und die Zeit auf der Abszisse aufgetragen ist Bei diesem Beispiel hat der Stoßdämpfer folgende Abmessungen:

Die Büchse mit dem Durchtntlskanal hat einen Innendurchmesser von I¹Vi* Zoll, einen Außendurchmesser von 2'/i6 Zoll, einen sich ändernden Durchflußkanal mit einer maximalen Breite von 0,60 Zoll und einer Länge von 4¹A Zoll.
Das thixotrope Fluid wurde aufgrund der Besonderheiten seiner Viskosität ausgewählt, die von Temperaturänderungen nicht ernsthaft berührt wird und tatsächlich keinen Fließpunkt hat. Die hohe Viskosität macht die Abdichtung leichter als bei Flüssigkeiten. Sollte die Dichtung 31 schadhaft werden, so wird nur eine geringe Menge des thixotropen Fluids (Fett) austreten, und diese Menge ist kontrollierbar durch den Abstand der Kolben 20 und 27. Wenn genug Fluid 50 über die Dichtung 31 ausgetreten ist, um eine Berührung des schwimmenden Kolbens mit dem Dämpfungskolben zu ermöglichen, läßt der innere statische Druck nach, und das Fluid wird nicht weiter fließen im Gegensatz zu einer reinen Flüssigkeit. Es reagiert wie ein viskoses Fett Der Stoßdämpfer wird äußerlich keine Zeichen einer Leckage zeigen, da das Fluid 50 zwischen der Wand des Sammelzylinders und der Büchse zurückgehalten wird. Da ein thixotropes Fluid eine Ansprechcharakteristik in der Art der in Fig.3 dargestellten Hysterese hat, hat die Viskosität des Fluids bei niedriger Scherbeanspruchung einen größeren Einfluß auf die totale Dämpfung, als das sonst möglich wäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stoßdämpfer mit einem Druckzylinder, in dem ein Dämpfungskolben gleitend geführt ist, der mit einem Sammelzylinder fest verbunden ist, in dem seinerseits ein schwimmender Kolben gleitet, wobei am Dämpfungskolben mindestens ein Durchtrittskanal zum Durchtritt eines thixotropen Dämpfungsfluids in den Innenraum des Sammelzylinders vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Durchtrittskanals (55) in Hubrichtung des Kolbens ändert

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckzylinder (11) eine Büchse (12) eingesetzt ist, in deren Innenwand sich in Richtung auf den Abschluß des Druckzylinders (11) in ihrem Querschnitt stetig verkleinernde Ausnehmungen als Durchtrittskanal eingearbeitet sind.

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