DE3110814A1 - Hydraulischer stossdaempfer zur daempfung der energie einer sich bewegenden masse - Google Patents

Description

CREUSOT-LOTRE
75oo8 Paris, Frankreich

Hydraulischer Stossdampfer zur Dämpfung der Energie einer sich bewegenden Masse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen hydraulischen Stossdämpfer, der sogar nach einem Buhezustand unbegrenzter Dauer sofort nach der ersten Erregung sogar bei sehr kleinen Hüben und in allen Stellungen sicher arbeitet.

Derartige Vorrichtungen sind auf verschiedenen Gebieten anwendbar, insbesondere bei Sicherheitsvorrichtungen für Gebäude, industriellen, hafentechnischen und eisenbahntechnischen Anlagen, Puffern, aussergewohnlichen oder unvorhergesehenen Bewegungen ausgesetzten Konstruktionen, und auch Dämpfern für Schwingungen und Vibrationen geringer Amplitude, z. B. für auf Schienen rollendes Material.

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Man weiss, dass die bisherigen Stossdämpfer, die die mechanische Energie durch die Drosselung von Öl als Wärme ableiten, das von einem Kolben durch verengte Querschnitte gedrückt wird, nicht alle erforderlichen Eigenschaften gleichzeitig vereinen. Trotz ihrer extremen Spezialisierung haben sie häufig eine unzureichende Wirksamkeit und Zuverlässigkeit.

Ihre Hauptnachteile ergeben sich im allgemeinen aus dem gleichzeitigen Vorliegen von Öl und Umgebungsluft in den verschiedenen Arbeitskammern, was beim Stillstand oder bei zu geringen Bewegungsamplituden eine Unwirksamkeit der Vorrichtung durch den Tiefstand des ölniveaus hervorruft, was Kavitationserscheinungen erzeugt. Ausserdem erzeugt die fortwährende Bewegung der Vorrichtung die übermässige Bildung einer üaulsion, die auf die Dauer die Qualität des Öls beeinträchtigt. Schliesslich veranlasst die Anwesenheit von Luft oder anderen normalerweise im öl bei Atmosphärendruck gelösten Gasen auch durch ihre Freisetzung während des Saughubs des Kolbens die Kavitationserscheinung, die die Dämpfung kleiner Bewegungen behindert. Der Betrieb in waagerechter Stellung oder in der Nähe dieser Stellung ist ohne Hinzufügung eines ölzusatzbehälters mit ausreichend hohem Niveau völlig unmöglich.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Stossdämpfers der eingangs angegebenen Art unter Vermeidung der angegebenen Nachteile.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Gemäss der Erfindung ist der ßtossdämpfer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt, wobei wenigstens eine der Arbeitskammern mit einer im ßtossdämpfer angeordneten und ebenfalls vollständig mit Flüssigkeit gefüllten Zwischenkammer in Verbindung steht, die wenigstens eine elastische Wand aufweist, die in der HLIfskammer einen Mindestdruck aufrechterhält. Die Verbindung zwischen der Hilfskammer und der oder den Arbeitskammern erfolgt über ein System mit eingestellten Klappenventilen, die einen freien Durchtritt von der Zwischenkammer zur Arbeitskammer gestatten, jedoch den umgekehrten Durchtritt nur unter der Wirkung eines durch den Kolben in der Arbeitskammer erzeugten höheren Drucks gestatten.

Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Zwischenkammer in der eigentlichen Dickenerstrekkung des Kolbens ausgebildet und besteht aus zwei Teilen, die jeweils eine der Arbeitskammern begrenzen und die Zwischenkammer einschliessen. Jeder der beiden Kolbenteile hat wenigstens ein Klappenventil, das einen freien Durchtritt der Flüssigkeit nur von der Zwischenkammer zur geweiligen Arbeitskammer gestattet und hat wenigstens einen verengten Kanal mit einem eingestellten Klappenventil, das einen Durchtritt unter Dx^osselung von der Arbeitskammer zur Zwischenkammer und von dort aus zur anderen Arbeitskammer gestattet.

Gemäss einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Zwischenkäufer eine den Arbeitszylinder aussen umgebende ringförmige Kammer, die mit einer der Arbeitskammern über das System mit Klappenventilen in Verbindung steht, die in deren festen Boden angeordnet sind.

Isa folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 einen Axialschnitt eines waagerechten Stossdämpfers mit einem zweiteiligen Kolben, der eine Ausgleichsvorrichtung für thermische Volumenveränderungen der Flüssigkeit aufweist;

Fig. 2 eine Variante mit einem ebenfalls zweiteiligen Kolben und einer Vorrichtung, die ebenfalls die Volumenveränderung der Flüssigkeit auf Grund von Bewegungen der Kolbenstange ausgleicht;

Fig. 3 eine Variante mit einem einteiligen Kolben und einer äusseren Hilfs- oder Zwischenkammer.

Der Stossdämpfer nach der Erfindung besteht gemäss Fig. aus einem Zylinder 1, der an einem seiner Enden durch einen Boden 2 mit einem rohrförmigen Ansatz 3 und einer Befestigung 4- dicht verschlossen ist. Eine einen aus zwei Teilen 7 und 8 bestehenden Kolben tragende Stange 5 ist durch eine weitere Stange 9 mit demselben Durchmesser verlängert. Zwischen den beiden Halbkolben 7 und 8, die den Raum in drei Kammern 10, 11 und 12 teilen, befindet sich eine ringförmige dichte und biegsame Hülle 13 aus beispielsweise Gummi, die auf einer Hülse 14 geklemmt und mit Luft oder einem anderen unter Druck stehenden Gas gefüllt ist. Dieser Druck kann durch Lösen einer Schraube 16 mit Spitze von aussen her über einen geeigneten Anschluss durch einen Kanal 15 geliefert werden. Der Druck kann auch während des Zusammenbaus durch Verschrauben des Bodens 17 erzeugt werden, der mit Dichtungen 18 und 19 versehen ist, einen Teil der Flüssigkeit in die Kammer 11 drückt, hierbei das Volumen der Hülle 13 verringert und auf diese Weise die von ihr enthaltene Luft zusammendrückt. Ein oder mehrere durch Federn 21 belastete Klappenventile 20 öffnen verengte Kanäle für die in der Kammer 10 enthaltene Flüssigkeit, wenn die Stange 5 in Richtung des Pfeils f^ nach links gezogen wird.

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Ein oder mehrere Ventile 22, die durch sehr schwache Federn 23 gehalten werden und während dieser Bewegung geschlossen sind, öffnen sich bei Bewegungsumkehr leicht, um die Flüssigkeit frei durchtreten zu lassen. Der Halbkolben 8 ist mit zweckmässig eingestellten ähnlichen Klappenventilen und Ventilen 24- bzw. 25 versehen.

Der ßtossdämpfer nach der Erfindung arbeitet in folgender Weise. Wenn auf die Befestigung 6 in Richtung des Ausfahrens gemäss dem Pfeil f^ eine Kraft ausgeübt wird, kann die in der Kammer 10 enthaltene Flüssigkeit nur in die Kammer 11 unter Zurückdrücken des Klappenventils 20 gegen seine Feder 21 entweichen. Dies öffnet der Flüssigkeit einen in Abhängigkeit von der Einstellung der Feder 21 verengten Kanal. Diese Einstellung bestimmt durch den von ihr hervorgerufenen Druckabfall den Druck in der Kammer 10, d. h. die Reaktion oder den Widerstand des Stossdämpfers entsprechend dem Hub und der Bewegungsgeschwindigkeit .

Die Flüssigkeit strömt dann von der Kammer 11 durch das Ventil 25 frei in die Kammer 12. Die beiden Kammern befinden sich dann auf demselben verringerten Druck, der gleich demjenigen des Ruhezustands ist. In umgekehrter Richtung wird unter Zusammendrückung gemäss dem Pfeil fg die in der Kammer 12 enthaltene Flüssigkeit durch das Klappenventil 2M- des Halbkolbens 8 zunächst zur Kammer 11 hin gedrosselt und strömt dann ohne Widerstand durch das Ventil 12 zur Kammer 10. Somit steht die zwischen den Kammern 10 und 12 befindliche Hilfs- oder Zwischenkammer 11 stets unter einem geringen Anfangsdruck, ohne die hohen Drücke aufzunehmen, die von den Arbeitsflächen der beiden Halbkolben 7 und 8 erzeugt werden, die die beiden Arbeitskammern 10 und 12 begrenzen. Die ringförmige Hülle 13, die mit Luft unter geringem Druck gefüllt ist, der Jedoch höher als der Atmosphärendruck ist, erfährt

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hier somit nur geringe durch die Wärmedehnung der Flüssigkeit bedingte Änderungen unter der Wirkung ihrer eigenen Erwärmung durch die Arbeit und unter der Wirkung der Veränderung der Umgebungstemperatur.

Die Hülle 13 bildet eine elastische Wand für die Zwischenkammer 11, was es ermöglicht, die »it Flüssigkeit gefüllte Kammer 11 und hierdurch ebenfalls die Arbeitskammern 10 und 12 unter einem geringen Druck zu halten. Hierdurch kann der Stossdämpfer in jedem Augenblick, in allen Stellungen selbst bei geringen Hüben und ohne Gefahr der Kavitation oder Unwirksamkeit wirkungsvoll arbeiten, und zwar unabhängig von der Quantität und Qualität der von Anfang an in der Flüssigkeit gelösten Gase.

Der Stossdämpfer von Fig. 2 besteht ebenfalls aus einem Zylinder 26, der an seinen Baden durch einen Boden 27 und einen Gegenkolben 28 dicht abgeschlossen ist, in dem eine hohle Stange 29 gleitet. Die Stange trägt einen aus zwei Teilen 30 und 31 bestehenden Kolben. Diese Teile unterteilen den Zylinder 26 in zwei Arbeitskammern 32 und 34· und in eine Eülfs- oder Zwischenkäufer 33.

In der Kammer 33 befindet sich ein hohler Ring 35 aus elastischem Material, z. B. aus Gummi, der mit Luft oder irgendeinem anderen unter geringem Druck stehenden Gas gefüllt ist. Ein mit dem Boden 27 fest verbundener Dorn 36 gleitet abgedichtet in der hohlen Stange 29. Bie Halbkolben 30 und 31 sind mit ähnlichen Klappenventilen 37 bzw. 38 und mit Ventilen 39 bzs. 30 versehen, die dieselben Funktionen wie diejenigen in Fig. 1 erfüllen.

Der Betrieb dieses Stossdämpfers gleicht demjenigen der ersten Variante, wobei aber hier der Ring 35 eine zusätzliche Wirkung hat. Wenn der Stossdämpfer in Richtung des Pfeils I₇. zusammengedrückt wird, kann die in der Kammer 34·

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eingeschlossene Flüssigkeit nicht vollständig in die Kammer 32 strömen, da sich diese nur tan ein geringeres Volumen vergrössert auf Grund des Durchmesserunterschieds der Stange 29 und 36.

Das überschüssige Flüssigkeitsvolumen muss Platz in der Zwischenkammer 33 finden, und zwar unter Zusammendrückung des hohlen Rings 35» der unter Zunahme seines Innendrucks die Form 35' annimmt.

Bei einem Zug an der Stange 29 in Sichtung des Pfeils f^ findet das Gegenteil statt. Der hohle Hing 35 bläht sich unter der Wirkung seines Innendrucks auf und verdrängt die zusätzliche Flüssigkeit von der Kammer 33 über das Ventil 40 zur Kammer 34, deren Volumen schneller zunimmt, als dasjenige der Kammer 32 abnimmt.

Bei dieser Variante ermöglicht der hohle Ring 35 nicht nur einen Ausgleich der Flüssigkeitsvolumenänderungen auf Grund der Änderungen der inneren und umgebenden Temperaturen, sondern auch derjenigen auf Grund der Bewegungen der Stange. Somit werden die Arbeitskammern 32 und 34 stets voll und bereit gehalten, um in allen Fällen und Stellungen zu funktionieren. Der Dorn 36, der nur der Verringerung des auszugleichenden Flüssigkeitsvolumens dient, kann in gewissen Fällen weggelassen werden, s. B. wenn die Bewegungen eine geringe Amplitude haben oder wenn die zu dämpfenden Kräfte gering sind und eine Verringerung des Durchmessers der Stange 29 gestatten.

Der in Fig. 3 gezeigte Stossdärapfer hat einen Zylinder 41, in dem sich ein einteiliger Kolben 4-2 bewegt_s der an einer Stange 43 befestigt ist und den lanenraum des Zylinders 42 in zwei Arbeitskammern 44 und 45 teilt. Ein äusseres Rohr 46 mit grösserem Durchmesser bildet mit dem Zylinder 41 einen Ringraum_c Eine elastische Hülle, z. B.

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aus Gummi, ist abgedichtet mit ihrem oberen Rand 48 am Zylinder 41 und mit ihrem unteren Rand 4-9 am Rohr 4-6 befestigt und bildet zwei ringförmige Kammern 50 und 51· Der Boden 52, der gleichzeitig das Rohr 46 und den Zylinder 4-1 schliesst, verbindet die Arbeitskammer 44- mit der HLlfs- oder Zwischenkammer 51 über ein Klappenventil 53 mit hohem Widerstand und in entgegengesetzter Richtung über Ventile 54-, die aus einer von einer sehr schwachen Feder gehaltenen Scheibe bestehen. Ein Gegenkolben 55 verschliesst die Kammer 4-5 abdichtend. Er ist mit einer Schraube 56 versehen, die beim Zusammenbau zur Entlüftung und zum Pullen mit Flüssigkeit dient. Her Kolben 4-2 hat auf jeder seiner beiden Seiten ein oder mehrere Klappenventile 57 und 801 die zweckmässig durch austarierte Federn belastet werden, die, wie bei den vorhergehenden Varianten, die jeweiligen Widerstände des Stossdämpfers beim Zug- und Druckhub bestimmen.

Die elastische Hülle 47 ist vorgeformt, um der Zwischenkammer 51 ein Mindestvolumen derart zu geben, wie es im unteren Teil der Figur gestrichelt dargestellt ist, was der oberen Maximalstellung des Kolbens 42 entspricht. Bei Verformung der Hülle lässt sie ihre Elastizität ihre Anfangsform annehmen. Falls erforderlich, kann zur Erhöhung ihrer Elastizität eine Verstärkung durch metallische Federn vorgesehen werden.

Bei einer Zusammendrückkraft bewegt sich der Kolben 42 nach unten und drückt einen Teil der Flüssigkeit aus der Kammer 44 zur Kammer 45 in Verbindung mit einer Drosselung beim Durchströmen des Klappenventils 58 und der von ihr bedeckten verengten öffnung. Auf Grund des Eindringens der Stange 45 ist aber das aus der Kammer 44-verdrängte Volumen grosser als die Volumenzunahme der Kammer 45, so dass nur ein Teil der Flüssigkeit unter

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Öffnung des Klappenventils 53 in die Kammer 51 gelangen kann. Die elastische Hülle 47 dehnt sich aus und nimmt die Form 47' an. Der durch die Elastizität der Hülle 47 erzeugte Druck, der auf das Äquivalent des Querschnitts der Stange 43 wirkt, fügt natürlich seinen Widerstand demjenigen auf Grund der Klappenventile 58 und 53 hinzu.

Umgekehrt erzeugt eine Zugwirkung an der Stange 43 eine Zusammendrückung der Flüssigkeit in der Kammer 45 und ein Strömen von Flüssigkeit in die Kammer 44 in Verbindung mit einer Drosselung durch die vom Klappenventil 57 gebildete verengte Öffnung. Zum Ausgleich des Rückzugs der Stange 43 strömt eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge von der Kammer 51 über das Ventil 54 zur Kammer 44. Diese Zusatzflüssigkeit wird nicht angesaugt, sondern durch Zusammendrückung der elastischen Hülle 47 verdrängt, woraus sich eine ständige Füllung der beiden Arbeitskammern 44 und 45 ohne Unterdruck und ohne Kavitation ergibt.

Der Stossdämpfer eignet sich denn für einen wirksamen Betrieb in jedem Augenblick und in allen Stellungen. Ein derartiger Stossdämpfer kann auch bei sehr kleinen Verschiebungen arbeiten und nach sehr langen Perioden der Ruhe, ohne irgendein Einsetzen zu benötigen.

Anstelle der Hüllen 13» 35 oder 47 aus Gummi kann eine aus einem dichten metallischen Balg gebildete elastische Wand der Zwischenkammern 11, 33 oder 51 vorgesehen sein.

In der Version von Fig. 3 können als Zwischenkammer jeder ringförmige Raum zwischen Rohren 41 und 46 und in diesem Raum ein oder mehrere hohle Ringe nach Art derjenigen bei 35 in Fig. 2 vorgesehen werden.

Bei all diesen Varianten steht die Zwisehenkammer stets unter einem geringen Druck und ist durch ein Klappenventil

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oder eine Drosselstelle vor den hohen Drücken getrennt, die bei Ausübung eines Stosses auf den Stossdämpfer in den Arbeitskammern erzeugt werden. Jedoch gestattet der ständige Druck in der Zwischenkammer, aufrechterhalten durch deren elastische Wand, das ständige Füllen unter geringen Druck der Arbeitskammern selbst im Ruhezustand. Das öl ist somit stets von der Luft getrennt, wobei die Freisetzung der gelösten Gase praktisch unmöglich gemacht ist.

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Claims (3)

1. Patentanwälte

   BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
   8QQQ München 22 « Steinsdorfstr. 10

   31O-32 . I79P(32. 18oH) 19. März 1981

   AnSprüche

   Hydraulischer Stossdämpfer zur Dämpfung der Energie einer sich bewegenden Masse,

   - mit einem Zylinder, der eine Flüssigkeit enthält und durch einen mit der Masse verbundenen Kolben in zwei Arbeitskamtnern unterteilt ist,

   - wobei die Bewegung des Kolbens entsprechend der Bewegungsrichtung einen Druck in der einen der beiden Arbeitskammern erzeugt und einen Teil der Flüssigkeit veranlasst, in die andere Kammer durch verengte Kanäle zu strömen, in denen die Flüssigkeit unter Umformung von mechanische Energie in Wärmeenergie gedrosselt wird,

   dadurch gekennzeichnet ,

   - dass die beiden Arbeitskammer (10, 12) durch eine Zwischenkammer (11) getrennt sind, die in der eigentlichen DickenerStreckung des Kolbens ausgebildet ist, der aus zwei Teilen (7* 8) besteht, die jeweils eine der Arbeitskammern (10, 12) begrenzen, die die Zwischenkammer (11) einschliessen und die .jeweils wenigstens ein Klappenventil (22, 25) aufweisen, das einen freien Durchtritt der Flüssigkeit nur von der ZwisckenkaEmes¹ (11) zur · Jeweiligen Arbeitskammer und wenigstens einen verengten Durchtritt mit eines eingestellten Klappen-

   310-(80/4O)

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   ventil (20, 24) gestattet, das einen gedrosselten Durchtritt von der Arbeitskammer zur Zwischenkammer und von dort aus zur anderen Arbeitskammer gestattet , und

   - dass der Stossdämpfer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, die selbst im Ruhezustand mittels einer elastischen Wand der Zwischenkammer (11) auf einem Druck gehalten wird, der höher als der Umgebungsdruck ist.
2. 2. Stossdämpfer nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass die elastischen Wände der Zwischenkammer (11) aus einer dichten biegsamen Hülle (13» 15) bestehen, die durch ein kompressibles Gas mit einem Druck aufgeblasen ist, der wenigstens gleich dem in der Flüssigkeit aufrecht zu erhaltenden Mindestdruck ist.
3. 3. Stossdämpfer nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - dass die elastischen Wände der Zwischenkammer (11) aus einem dichten metallischen Balg bestehen.

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