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Pneumatischer Pralldämpfer mit geknicktem Kraftverlauf,
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insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf einen
pneumatischen Pralldämpfer mit geknicktem Kraftverlauf, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, nach Hauptpatent (Patentanmeldung r 2 516
655.6).
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Bei dem Pralldämpfer nach dem Hauptpatent ist ein hubabhängig gesteuerter,
geknickter Kraftverlauf mit steilem Kraftanstieg und großem Arbeitsvolumen dadurch
verwirklicht, daß ein am Boden des äußeren Bechers befestigter Steuerstift hubabhängig
Verbindungskanäle zwischen den beiden Arbeitsräumen freigibt. In nachteiliger Weise
sind die vorgesehenen Mittel aufwendig. Es besteht die Aufgabe, den geknickten Kraftverlauf
mit einfachen Mitteln zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.
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Auf diese Weise erfolgt eine Vernichtung von Prallenergie zunächst
mit steilem Kraftanstieg durch Kompression der Druckgasfüllung des ersten Arbeitsraumes
allein und anschließend, sobald die Verbindungskanäle freigegeben sind, durch Kompression
der Druckgasfüllungen beider Arbeitsräume, wobei ein größtmögliches Arbeitsvolumen
bei vorgegebener Pralldämpferkraft erreichbar ist, wenn durch entsprechende Ausbildung
der Verbindungskanäle Druckgas aus dem ersten in den zweiten Arbeitsraum bei gleichbleibendem
Druck im ersten Arbeitsraum überströmt.
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in vorteilhafter Weise erfordert der geknickte Kraftverlauf keine
besonderen Zusatzteile, sondern es sind lediglich im äußeren Becher ein Steuerkanal
und im inneren Becher eine Steuerkante und ein Durchbruch vorzusehen. In der einfachsten
Form sind die Durchbrüche eine oder mehrere den Mantel des inneren Bechers durchbrechende
Steuerbohrungen die auf den selben Zylindermantellinien wie ein oder mehrere Steuerkanäle
des äußeren Bechers angeordnet sind, wobei auf einen entsprechend orientierten Einbau
zu achten ist. Ist dieser unerwünscht, weist der innere Becher zweckmäßig einen
in dem äußeren Becher geführten Kolbenmantel und einen anschließenden Ringraum auf,
von dem die Durchbrüche zum zweiten Arbeitsraum ausgehen, und ist der Kolbenmantel
mit umlaufenden Steuerkanten versehen.
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Dabei kann auch ein in einer Kingnute des Kolbenmantels gehaltener
Kolbenring eine umlaufende Steuerkante bilden.
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Ii einer an einen l'rallstoß anschließenden Ausfahrbewegung des Pralldämpfers
erfolgt eine Expansion der verbliebenen Druckgasfüllung des ersten Arbeitsraums
unter geringstmöglicher Arbeitsabgabe, falls der Kompressionsdruck im zweiten Arbeitsraum
voll erhalten bleibt und zu diesem Zweck die Verbindungskanäle Rückschlagventile
aufweisen, beispielsweise die Durchbrüche mit in den zweiten Arbeitsraum öffnenden
Kückschlagventilen versehen sind.
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Wenn bei der Ausfahrbewegung eine größere Arbeitsabgabe, verbunden
mit dem Überströmen von Druckgas aus dem zweiten Arbeitsraum in den ersten Arbeitsraum,
zulässig ist, erübrigen sich Rückschlagventile durch die Anwendung einer strömungstechnischen
Sperre in der Weise, daß die hubabhängige gesteuerten Verbindungskanäle in der Strömungsrichtung
vom ersten in den zweiten Arbeitsraum einen gerinen und in der Strömungsrichtung
vom zweiten in den ersten Arbeitsraum einen großen Strömungswiderstand aufweisen.
Dies kann in der jeweiligen Strömungsrichtung in einfacher Weise durch mit geringem
Strömungswiderstand
behaftetem, abgerundetem bzw. durch mit grol3em
Strömungswiderstand behaftetem, scharfkantigem Einlauf an Übergangsquerschnitten
der Verbindungskanäle erreicht werden.
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Die nach der Erfindung getroffenen, hubabhängigen Maßnahmen, die einen
Strömungsweg bei einer Einfahrbewegung freigeben und bei einer Ausfahrbewegung sperren,
können mit den Maßnahmen nach dem Hauptpatent kombiniert werden, wenn sich dadurch
ein gewünschter Kraftverlauf realisieren läßt.
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Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Pralldämpfern nach
der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Pralldämpfer mit einem Rückschlagventil,
Fig. 2 einen Pralldämpfer mit einer strömungstechnischen Sperre, Fig. 3 mögliche
Kraftverläufe der Pralldämpfer nach den Figuren 1 und 2.
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Nach Fig. 1 ist ein innerer Becher 3, der durch einen Boden 4 abgeschlossen
ist, in einem äußeren Becher 5 verschieblich geführt, der durch einen Hoden 6 abgeschlossen
ist.
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Die böden 4 und 6 stützen sich in nicht gezeichneter Weise an einer
Stoit3stange bzw. an einem Aufbau eines Fahrzeuges ab und nehmen bei einer Kollision
des Fahrzeuges mit einem Ilindernis anteilig einen Prallstoß auf. Eine undurchlässige
Zwischenwand 7 ist auf der dem Boden 4 des inneren Bechers 3 abgewandten Seite mit
dem inneren becher 3 verbunden und trennt einen ersten Arbeitsraum 1 in dem äußeren
becher 5 von einem zweiten Arbeitsraum z in dem inneren Becher 3.
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I)ie gezeichnete zugbegrenzte Ausgangsstellung des Pralldämpfers ist
durch einen nach innen gedrückten grand 8 des äußeren Bechers 5 festgelegt, an dem
ein Absdtz ) des inneren Bechers 3 anliegt. tin Dichtring 10 im Au3enmantel des
i nneren bechers 3 ist an derl Innenm.lntel des äußeren bechers 5 gepresst und dichtet
die durch nicht gezeichnete
Füllmittel eingebrachten Druckgasfüllungen
der Arbeitsräume 1 und 2 nach außen ab. Auf den Dichtring 10 folgt in de.
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ersten Arbeitsraum 1 zugewandter Richtung ein zwischen eines Mantelteil
3a des inneren Bechers 3 und dem äußeren Becher 5 gebildeter Ringraum 13 und ein
in dem äußeren Becher 5 geführten Kolbenmantel 11 im Bereich der Zwischenwand70it
eine Kolbenring 12. Der Ringraum 13 ist durch mit Rückschlagventilen 15 bestückte
Durchbrüche 14 des Mantelteils 3a it den zweiten Arbeitsraum 2 verbunden, wobei
die Rückschlagventile 15 in den zweiten Arbeitsraum 2 öffnen. Der Innenma:l+el des
äul3eren Bechers 5 weist einen als Längsnute ausgebildeten Steuerkanal 16 mit einem
Kanalbeginn 17 auf, der durch seinen Abstand von einer dem Ringraum 13 zugewandten
umlaufenden Steuerkante 19 des Kolbenmantels 11 eine vorbestimmte Anlaufstrecke
20 festlegt, nach dessen Zurücklegung die Steuerkante 19 den Kanal beginn 17 übersteuert.
Ein Kanalende 18 schließt den Steuerkanal 16 ab.
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In der gezeichneten Ausgangsstellung ist der Gasdruck in den Arbeitsräumen
1 und 2 durch vorgesehene Undichtheiten des Kolbenrings 12 und der Rückschlagventile
15 ausgeglichen.
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ei einer durch einen Pral lstoß verursachten Einfahrbewegung des inneren
Bechers 3 in den äußeren becher 5 besteht während der Anlaufstrecke 20 keine Verbindung
der Arbeitsräume 1 und 2 und wird ausschließlich die Gasfüllung des ersten Arbeitsraums
1 komprimiert. Bei einer darüber hinausgehenden Einfahrbewegung sind Verbindungskanäle
der Arbeitsräume 1 und 2 durch den Steuerkanal 16, den ringraum 13 und die Durchbrüche
14 geschaffen, wobei die Rückschlagventile 15 geöffnet sind, so daß Gas aus dem
ersten in den zweiten Arbeitsraum überströmen kann und der Druck im ersten Arbeitsraum
1 abgebaut wird. Durch entsprechende Bemessung und Gestaltung der genannten Verbindunyskanäle
kann die Anordnung so getroffen werden, daß während der Überströmphase der Druck
iin ersten Arbeitsraum 1 für bestimmte vorgegebene Nennwerte der anteiligen Fahrzeugmasse
und der Prallgeschwindigkeit konstant bleibt. Am LnJe der tI>erströmphase ist
der Druck in den beiden Arbeitsräumen 1 und 2 ause3eglichen.
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Die größtmögliche Einfahrbewegung wird durch metallischen Anschlag
der Zwischenwand 7 am Foden 6 begrenzt. or dem metallischen Anschlag kann durch
entsprechende festlegung des Kanalendes 18 die Verbindung der Arbeitsräume 1 und
2 unterbrochen und eine ausschl iei3l iche kompression des Gases im ersten Arbeitsraum
1 eingesclaltet werden. ei einer Ausfahrbewegung nach eine abgefangenen Prallstoß
aus einer in der Überströmphase liegenden Stellung exFBandiert ausschließlich die
Gasfüllung des ersten Arbeitsraums 1, wobei die Verbindung der beiden Arbeitsräume
1 und 2 durch Schließen der kückschlagventile 15 infolge der eingetretenen Druckumkehr
unterbrochen und außerdem während der Anlaufstrecke 20 ohnehin unterbunden ist.
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Der Pralldämpfer nach Fig. 2 weist einen inneren Becher 103 mit einem
Außenmantel 103a und einem horden 104, einen äul3eren Becher 105 mit einem hoden
106, eine Zwischenwand 107, einen ersten Arbeitsraum 101 und einen zweiten Arbeitsraum
102 auf. Im Bereich der Zwichenwand 107 steht ein Kolbenmantel 111 gegenüber dem
Außenmantel 103a vor und bildet einen Ringkolben 123, der im äußeren locher 105
verschieblich geführt ist und einen Kolbenring 112 aufweist.
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Lin Lagerring 121, der dieselbe kadialstärke hat wie der Ringkolben
123, ist mit dem Außenmantel 103a durch Schweißpunkte 126 verbunden und ebenfalls
im äußeren becher 105 verschiebl ich geführt. Die zugbegrenzte Ausgangsstellung
ist durch einen Rand 108 des äußeren bechers 105 festlegt, an den der Lagerring
121 bei einer Ausfahrbewegung des inneren Bechers 103 ansch 1 ägt. Zwischen dem
Außenmantel 103a und dem äußeren Becher 105 ist ein ringraum 113 gebildet, der durch
den Ringkolben 123 und einen in den Ringraum 113 mit Übermaß eingelegten, sich an
einem Zwischenring 122 abstützenden, dem Gasdruck ausgesetzten und den Pralldämpfer
nach außen dichtenden 0-Ring 110 axial begrenzt ist. Der Zwischenring 122 besteht
aus einem geeigneten Kunststoff und verlegt den Gleitbereich des O-Ringes 110 in
einen nicht verletzungsgefährdeten Oberflächenbereich des äußeren Bechers 105.
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Der Ringraum 113 ist mittels eines Durchbruchs 114 mit dem zweiten
Arbeitsraum 102 verbunden. Die mit dem Außenmantel 103a gemeinsame Kante des Durchbruchs
114 ist abgerundet, die mit dem Innenmantel 103b gemeinsame Kante des Durchbruchs
114 ist scharfkantig. Dadurch hat der Querschnitteübergang vom Ringraum 113 zum
Durchbruch 114 einen abgerundeten Einlauf 114a, und der Querschnittsübergang vom
zweiten Arbeitsraum 102 zum Durchbruch 114 hat einen scharfkantigen Einlauf 114b.
Der Innenmantel des äußeren Bechers 105 weist einen durch rrägung einer Längsnute
hergestellten Steuerkanal 116 mit einem Kanalbeginn 117 auf. Die dem ersten 101
Arbeitsraum zugewandte Kante des Kolbenmantels 111 ist abgerundet. Dadurch hat der
Querschnittsübergang vom ersten Arbeitsraum 101 zum Steuerkanal 116 einen abgerundeten
Einlauf 111a. Eine dem Ringraum 113 zugewandte Steuerkante 119 des Kolbenmantels
111 ist scharfkantig. Dadurch hat der Querschnittsübergang vom Ringraum 113 zum
Steuerkanal 116 einen scharfkantigen Einlauf 11 db.
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l;er innere Becher 103 ist in der gezeichneten Stellung um ein Maß
124 eingefahren, das aus dem Abstand des Ringlagers 121 vom Rand 108 abzulesen ist.
Die Steuerkante 119 hat den Kanal beginn 117 um ein Maß 125 übersteuert. Wenn die
gezeichnete Stellung als festyehaltener Moment einer noch nicht beendeten Einfahrbewegung
nach einer durch die Differenz der Maße 124 und 125 vorbestimmten Anlaufstrecke
betrachtet wird, während der keine Verbindung der beiden Arbeitsräume 101 und 102
bestanden hat, findet soeben ein Überströmen von Gas aus dem ersten Arbeitsraum
101 in den zweiten Arbeitsraum 102 statt, wobei der Strömungswiderstand an den abgerundeten
Einläufen llla und 114a gering ist. Wird die gezeichnete Stellung als festgehaltener
Moment einer Ausfahrbewegung betrachtet, so findet soeben ein Überströmen von Gas
aus dem zweiten Arbeitsraum 102 in den ersten Arbeitsraum 101 statt, wobei der Strömungswiderstand
an den scharfkantigen Einläufen 114b und 11 db groß ist.
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ei der Darstellung der Kraftverläute nach Fiq. 3 sind die Kraft F
als Ordinate und der Weg S als Abszisse aufgetragen.
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Auf der Abszisse entspricht S0 der Ausgangsstellung, S1 der Anlaufstrecke,
S2 dem Angenimmenen Ende einer Einfahrbewegung nach erfolgtem Prallstoß und S3 dem
Hubende bei voller Verkrängung des Gases aus dem ersten Arbeitsraum 1 bzw. 101.
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Eine durch den Druck der Gasfüllung und die verdrägte Kolbenfläche
des inneren Bechers 3 bzw. 103 festgelegte Ausgangs-Kraft F0 steigt während der
Anlaufstrecke von S0 nach S1 steil an auf einer Kurve A, die aus der kompression
des Gases im Arbeitsraum 1 bzw. 101 resultiert, und erreicht in S1 die Kraft F1,
die den Knickpunkt des Kraftverlaufs darstellt.
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Nunmehr bleibt die Kraft entlag einer Kurve h während der eben beschriebenen
Überströmphase von S1 bis S2 konstant, wobei ein der Überströmphase gleichbleibender
Druck im ersten Arbeitsraum angenommen ist, und erreicht in S2 den Wert F2 = F1.
Die bei der Einfahrbewegung vernichtete Prallenergie entspricht der Arbeitsfläche
S0F0F1F2S2 und ist in vorteilhafter Weise nahezu gleich der mit einer von Anfang
an konstanten, vorgegebenen Mximalkraft F1 maximal vernichtbaren Prallenergie, bei
einer dem Prallstoß folgenden Ausfahrbewegung findet für den Pralldämpfer nach Fig.
1 eine Rückfederung entlang der Kurve mit einer Endkraft F3 statt, die aus der Expansion
der verbliebenen Gasfüllung im ersten Arbeitsraum 1 resultiert. Die Arbeitsabgabe
entspricht der Fläche S0F1F2S2 und ist gegenüber der vernichteten Prallenergie sehr
klein. Bei der Ausfahrbewegung findet für den Dämpfer nach F i q. ! eine Rückfederung
ent 1 an(J der kurve mit einer Endkraft F4 statt, die infolge des Überstromens von
Gas aus dem zweiten Arbeitsraum 102 in den ersten Arbeitsraum 101 zwischen der Kraft
F2 und der Kraft F0 liegt. Die Arbeitsfläche entspricht der Fläche S0F4F2S2 und
ist gegenüber der Prallenergie relativ klein.