DE2915131A1

DE2915131A1 - Einrichtung zur absorption mechanischer energie, insbesondere bei sehr starken stoessen

Info

Publication number: DE2915131A1
Application number: DE19792915131
Authority: DE
Inventors: Jeremi Dipl Chem Maciejewski
Original assignee: Instytut Chemii Przemyslowej
Current assignee: Instytut Chemii Przemyslowej
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1979-10-25
Also published as: DD143298A5; CS241035B2; RO79260A; PL206170A1; PL127164B3; US4307794A; CS929281A2; CS241019B2; CS240679A2

Description

Einrichtung zur Absorption mechanischer Energie, insbesondere bei sehr starken Stößen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Absorption mechanischer Energie, insbesondere bei sehr starken Stößen, die eine Weiterentwicklung der zum gleichen Gebrauch bestimmten und in der polnischen Patentanmeldung 198005 beschriebenen Einrichtung ist. Die Einrichtung wird zur Absorption von Stoßenergie in Eisenbahnwagen, Kraftfahrzeugen und dergleichen, als Bewegungsbegrenzungspuffer für Fahrstühle, Brückenkräne und andere Einrichtungen sowie als Schwingungsdämpfer angewandt.

Die bekannte, in.der obengenannten Patentanmeldung beschriebene Einrichtung zur- Absorption mechanischer Energie ist dadurch charakterisiert, daß sie als Energieabsorber gleichzeitig als Dämpfer der Schwingungen mit veränderlichen Amplituden sowie als Bewegungsbegrenzer funktionieren kann. Diese Einrichtung besteht aus zwei Teilen - einem unbeweglichen Zylinder und einem in ihn eingeschobenen, beweglichen Teil, welcher aus mindestens einem beweglichen, an einer Seite mit einem Boden geschlossenen Zylinder und einem in den letzten Zylinder eingeschobenen, verschiebbaren Kolben besteht. Der Hohlraum zwischen den einzelnen Zylindern sowie zwischen dem letzten Zylinder und dem Kolben ist mit die Stoßenergie absorbierenden und schwingungsdämpfenden Medien gefüllt, denen elastische Eigenschaften sich in Richtung vom unbeweglichen Zylinder zum

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Kolben verringern und deren viskose Eigenschaften in derselben Richtung zunehmen, wozu vorzugsweise geeignete Polysiloxanpolymere verwendet werden.

Das sich mindestens in einem Zylinder befindende Medium ist eine Substanz, die sich im statischen Zustand wie eine viskose Flüssigkeit und im dynamischen Zustand wie ein hochelastischer Körper verhält.

Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Medium in den beweglichen Zylindern bei der Kompensation der beim Stoß gewaltig ansteigenden Drücke konventionell mit Hilfe eines Systems von Metallfedern, welche die Dichtungen zum sich in den Zylindern befindenden Medium zudrücken, in einem gespannten Zustand gehalten wird.

Das viskoelastische, Energie absorbierende, während der Arbeit des Absorbers komprimierte Medium wird beim Fließen zwischen den Zylinder- und Kolbenwänden entspannt. Da jedoch dieses Fließen einen plastischen Charakter hat, ist der Druck, welchen das Medium auf die Zylinderwand, den Kolben und die mit der Feder zugedrückte Dichtung ausübt, nicht an allen Stellen des Zylinders gleich, wodurch Gebiete mit höheren und niedrigeren Drücken entstehen. Die Feder, welche weder viskose Eigenschaften noch eine sich kontinuierlich ändernde Kompressibilität aufweist, verhält sich bis zum Moment der Überschreitung eines für die angewandte Feder charakteristischen Kraftwertes

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in einem dynamischen System wie ein steifer Körper, wodurch die absorbierte Energie erniedrigt und die Konstruktion des Absorbers beträchtlich kompliziert wird. Außerdem ist es notwendig, den Kolben und die Zylinder zu profilieren - den Kolben z.B. durch Abrundung der Ränder oder durch Ausbildung in Form eines auf einer Stange aufgesetzten Stempels und dergleichen -, um den Druck des fließenden Mediums auf die mit der Feder beaufschlagte Dichtung anstatt auf die Zylinderwände zu lenken.

Aufgabe der Erfindung ist die durch die Verwendung der Metallfeder entstehenden Nachteile zu vermeiden.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Es wurde nun unerwartet festgestellt, daß die Nachteile der in der Patentanmeldung 198005 beschriebenen Einrichtung durch die Modifizierung der als Kolben arbeitenden beweglichen Zylinder eliminiert werden können, was die unbequemen Federn zu beseitigen erlaubt.

Gemäß der Erfindung werden in ".er neuen konstruktiven Lösung die konventionellen Federn, welche in den Zylindern die viskoelastischen, die Energie absorbierenden Medien in einem gespannten Zustand halten, durch gezielt ausgewählte, viskoelastische Medien ersetzt, welche anfänglich auf über 1000 hPa, gewöhnlich

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bis zu dem durch die Federn gemäß der Patentanmeldung P-198005 ausgeübten Druck, komprimiert werden. Konstruktiv wurde das so gelöst, daß auf den beweglichen, die Funktion der Kolben ausführenden Zylindern sowie auf dem Kolben selbst zusätzliche Scheidewände aus Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Hartgummi der Metall, je nach der Bestimmung der Einrichtung und den in den Zylindern herrschenden Drücken, aufgesetzt werden. Die beweglichen Zylinder, in die die anderen Zylinder und der Kolben teleskopisch eingeschoben sind, werden durch diese Scheidewände in zwei Räume geteilt, wobei beide Räume mit demselben oder mit verschiedenen viskoelastischen Medien, wie z.B. mit PoIysiloxanpolymeren, flüssigen halogenoorganischen Polymeren, aliphatischen Alkoholen oder Polyalkoholen gefüllt sind. Das sich im ersten Raum des Zylinders, d.h. in dem Raum, in den der zweite Zylinder oder der Kolben während der Arbeit der Einrichtung eingeschoben wird, befindende Medium absorbiert die mechanische Energie, das Medium im zweiten Raum des Zylinders hinter der Scheidewand hat dagegen die Aufgabe, das Medium in dem ersten Raum in einem gespannten Zustand, wie das bei den bekannten Einrichtungen die Feder tut, zu halten. Diesen gespannten Zustand erhält man durch Komprimieren des Mediums im zweiten Raum bis auf einen Druck über 1000 hPa. Bei einer zielbewußt angepaßten Scheidewand sichert das im zweiten Raum des Zylinders komprimierte Medium einen selbsttätigen Rücklauf des Kolbens bzw. der verschiebbaren Zylinder.

Jede obengenannte Scheidewand teilt den Zylinder in zwei Räume

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im Volumenverhältnis von 1:1 bis 1:0,01. Das Verhältnis des Scheidewanddurchmessers zum inneren Zylinderdurchmesser beträgt von 0,999:1 bis 0,1:1.

Eine Abart der oben beschriebenen Einrichtung ist erfindungsgemäß ein Energieabsorber, der aus einem unbeweglichen und einem beweglichen, im Vergleich zur vorherigen Einrichtung konstruktiv modifizierten Teil besteht. Den unbeweglichen Teil bildet ein Zylinder. Der bewegliche Teil besteht aus einem in den unbeweglichen Zylinder eingeschobenen, auf einem elastischen Medium abgestützten Kolben und einem teleskopisch eingeschobenen Zylinder.

Der bewegliche Zylinder ist in zwei Räume mittels einer auf dem Kolben aufgesetzten Scheidewand geteilt, wobei beide Räume mit demselben oder mit verschiedenen viskoelastischen Medien, z.B. mit Polysiloxanpolymeren, flüssigen halogenoorganischen Polymeren, aliphatischen Alkoholen oder Polyalkoholen gefüllt sind. Im ersten Raum, d.h. zwischen dem Boden des verschiebbaren Zylinders und der Scheidewand befindet sich ein bis auf einen Druck über 1000 hPa komprimiertes, viskoelastisches Medium. Der zweite Raum hinter der Scheidewand ist mit einem die mechanische Energie absorbierenden Medium gefüllt. Die Scheidewand teilt den beweglichen Zylinder im Volumenverhältnis von 1:1 bis 1:0,1, wobei das Verhältnis des Scheidewanddurchmessers zum inneren Zylinderdurchmesser von 0,999:1 bis 0,1:1 beträgt.

Die Amtfendung einer Scheidewand in den oben beschriebenen,

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modifizierten Absorbern mechanischer Energie erlaubt den Strom des viskoelastischen Mediums während der Bewegung des Kolbens im Zylinder zu steuern.

Die vLskoelastischen Medien fließen unter der Einwirkung äußerer Kräfte anders als viskose Flüssigkeiten. Die Fließbewegung hat einen plastischen Charakter und das Medium fließt nicht entlang der Zylinderwände, sondern durch die Mitte der Ringspalte zwischen dem Zylinder und dem Kolben. Die Scheidewand nimmt also den Druck des fließenden Mediums auf und schon in der Anfangsphase des Kolbenhubes verteilt sie die Energie in dem die Feder ersetzenden Medium, auf welches sie mit ihrer ganzen Oberfläche drückt. Während des Rücklaufs des Kolbens drückt die Scheidewand auf das die Energie absorbierende Medium mit ihrer ganzen Oberfläche, wodurch der Rücklauf viel schneller als bei der in der Patentanmeldung P-198005 beschriebenen Einrichtung erfolgt.

Die Anwendung von zielgemäß ausgewählten, viskoelastischen, auf hohe Drücke komprimierten Medien in Absorbern hat noch den Vorteil, daß sie die Beständigkeit der Einrichtung beträchtlich verbessert. Das vielmalige Zusammendrücken von Metallfedern bewirkt deren dauerhafte Deformation, wodurch der auf das energieabsorbierende Medium ausgeübte Druck erniedrigt wird. Diese Erscheinung, d.h. die Änderung der Federcharakteristik, findet bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht statt.

Die Erfindung.wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen

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- 11 unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dreizylindereinrichtung mit einem verschiebbaren Kolben und

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Zweizylindereinrichtung mit einem verschiebbaren Zylinder.

In der Dreizylindereinrichtung gemäß Fig. 1 ist ein unbeweglicher Zylinder 4 mit einem Medium 1 mit elastischen Eigenschaften gefüllt, auf welchem sich ein beweglicher Zylinder 5 stützt. Der Zylinder 5 ist mit einem mechanische Energie absorbierenden, viskoelastischen Medium 2A und hinter einer Scheidewand 8 mit einem viskoelastischen, bis auf einen Druck von 50 000 hPa komprimierten Medium 2b gefüllt. Es ist vorteilhaft, die beiden Räume des Zylinders 5 mit demselben Medium, z.B. mit einem öl vom Typ der Polysiloxanpolymeren oder mit deren Mischungen zu füllen.

Ein in den Zylinder 5 hineinragender beweglicher Zylinder 6 ist mit einem vorwiegend viskosen Medium 3A vom Typ der PoIysiloxanpolymeren und hinter einer Scheidewand 9 mit einem viskoelastischen, bis auf 160 000 hPa komprimierten Medium 3B gefüllt. -Im Zylinder 6 bewegt sich ein Kolben 7, welcher die Stoß- und Schwingungsenergie übernimmt. Die Schwingungsenergie wird im Zylinder 6 durch das Medium 3A gedämpft. Die Energie von starken Stößen wird dagegen durch den Zylinder 6, welcher

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hier die Funktion eines Kolbens leistet, auf das sich im Zylinder 5 befindende Medium 2A übertragen. Das elastische Medium 1 dient als Absorber der überschüssigen Energie im Falle, wenn die für die gegebene Einrichtung zulässigen Energiewerte überschritten werden.

In der Zweizylindereinrichtung gemäß Fig. 2 ist ein unbeweglicher Zylinder -10 mit einem elastischen Medium 1 gefüllt. Auf dieses Medium stützt sich ein Kolben 11, welcher in einen beweglichen Zylinder 12 eingeschoben ist. Der bewegliche Zylinder 12 ist mit einem viskoelastischen Medium 2A vom Typ der Polysiloxanpolymeren gefüllt. Dieses Medium wird im gespannten Zustand durch ein viskoelastisches, bis auf 500 000 hPa komprimiertes und vom Medium 2A durch eine Scheidewand 13 getrenntes Medium 2B gehalten. Zur Absorption sehr großer Energiemengen dient der mit dem gleichen Medium gefüllte Zylinder 12. In dieser Einrichtung gemäß Fig. 2 wird die Schwingungsenergie durch ein elastisches Medium 1 und die Stoßenergie durch ein viskoelastisches Medium 2A gedämpft.

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Claims

PAT¹ENTANWaLTE.
ZELLENTIN

ZWEIBRÜCKENSTR. 15
8OOO MÜNCHEN 2

Instytut Chemii Przemyslowej

Warszawa, Polen RZ/Hu

CW 202

Patentansprüche

Einrichtung zur Absorption mechanischer Energie, insbesondere bei sehr starken Stößen, welche zwei Teile enthält,
einen unbeweglichen, zylindrischen Teil und einen in ihn
teleskopisch eingeschobenen, beweglichen Teil, der aus mindestens einem beweglichen an einer Seite durch einen Boden abgeschlossenen Zylinder und einem in diesen Zylinder eingeschobenen, beweglichen Kolben besteht, wobei die Hohlräume zwischen den einzelnen Zylindern sowie zwischen dem letzten Zylinder und dem Kolben mit Stoßenergie absorbierenden und schwingungsdämpfenden Medien, deren elastische Eigenschaften in Richtung vom unbeweglichen Zylinder zum Kolben abnehmen und deren viskose Eigenschaften in derselben Richtung zunehmen, vorteilhaft mit Polysiloxanpolymeren gefüllt sind und wobei sich ein Medium in mindestens einem Zylinder im statischen Zustand durch viskoses Fließen und im dynamischen

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Zustand durch eine hohe Elastizität charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, daß im beweglichen Teil der Einrichtung jeder bewegliche, die Rolle eines Kolbens leistende Zylinder (5,6) zusätzlich mit einer Scheidewand (8,9) versehen ist, welche jeden beweglichen Zylinder (5,6),in denen teleskopisch der Zylinder (6) bzw. der Kolben (7) eingeschoben sind, in zwei Räume teilt, die mit demselben oder verschiedenen viskoelastischen Medien, wie Polysiloxanpolymeren, flüssigen halogenoorganischen Polymeren, aliphatischen Alkoholen oder Polyalkoholen, gefüllt sind, wobei der erste Raum der Zylinder (5,6) in welchen während der Arbeit der Einrichtung der Zylinder (6) und der Kolben (7) eingeschoben wird, die Energie absorbierende Medien (2A und 3A) und der zweite, hinter der Scheidewand (8,9) sich befindende Raum ein bis zum Druck über 1000 hPa komprimiertes Medium enthält.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände (8,9) die Zylinder (5,6) in zwei Räume im Volumenverhältnis 1:1 bis 1:0,1 teilen und das Verhältnis des Durchmessers der Scheidewände (8,9) zum inneren Durchmesser der Zylinder (5 und 6) 0,999:1 bis 0,1:1 beträgt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand (8,9) entsprechend der Bestimmung der Einrichtung und/oder der darin herrschenden Drücke aus einem Material wie Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Hartgummi oder einem Metall hergestellt ist.

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4. Einrichtung zur Absorption mechanischer Energie, insbesondere bei sehr starken Stößen, welche zwei Teile enthält, einen unbeweglichen, zylindrischen Teil und einen in ihn teleskopisch eingeschobenen beweglichen Teil, der aus mindestens einem beweglichen, an einer Seite durch einen Boden abgeschlossenen Zylinder und einem in diesen Zylinder eingeschobenen, beweglichen Kolben besteht, wobei die Hohlräume zwischen den einzelnen Zylindern, sowie zwischen dem letzten Zylinder und dem Kolben mit Stoßenergie absorbierenden und schwingungsdämpfenden Medien, deren elastische Eigenschaften in Richtung vom unbeweglichen Zylinder zum Kolben abnehmen und deren viskose Eigenschaften in derselben Richtung zunehmen, vorteilhaft mit Polysiloxanpolymeren, gefüllt sind und wobei sich ein Medium in mindestens einem Zylinder im statischen Zustand durch viskoses Fließen und im dynamischen Zustand durch eine hohe Elastizität charakterisiert, dadurch gekennzeichnet, daß der unbewegliche Teil aus einem unbeweglichen Zylinder (10) und der bewegliche Teil aus einem in den unbeweglichen Zylinder (10) eingeschobenen und auf einem elastischen Medium (1) abgestütztem Kolben (11) und aus einem in den unbeweglichen Teil teleskopisch eingeschobenen, beweglichen Zylinder (12) besteht, der durch eine auf dem Kolben (11) aufgesetzte Scheidewand (13) in zwei Räume geteilt ist, die mit demselben oder mit verschiedenen viskoelastischen Medien vom Typ der Polysiloxanpolymeren, flüssiger, halogenoorganischer Polymere, aliphatischer Alkohole .und Polyalkohole gefüllt sind, wobei in dem'ersten Raum ■.

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das zwischen dem Boden des beweglichen Zylinders (12) und der Scheidewand (13) enthaltene Medium (2B) bis auf einen Druck über 1000 hPa komprimiert ist und das im zweiten Raum des beweglichen Zylinders (12) befindliche Medium (2A) als Absorber der mechanischen Energie dient.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand (13) den beweglichen Zylinder (12) in zwei Räume im Volumenverhältnis 1:1 bis 1:0,01 teilt und das Verhältnis des Durchmessers-der Scheidewand (13) zum inneren Durchmesser des Zylinders (12) 0,999:1 bis 0,1:1 beträgt.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand (13) entsprechend der Bestimmung der Einrichtung und/oder der darin herrschenden Drücke aus einem Material wie Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Hartgummi oder einem Metall hergestellt ist.

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