DE3118081A1

DE3118081A1 - Selbsteinstellbarer, abgestufter stossdaempfer

Info

Publication number: DE3118081A1
Application number: DE19813118081
Authority: DE
Inventors: John A. 73034 Edmond Okla. Domek
Original assignee: Autoquip Corp
Current assignee: Autoquip Corp
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1982-11-25
Also published as: GB2097894A; CH657194A5; US4284177A; FR2505003B1; FR2505003A1; GB2097894B

Description

PATENTANWÄLTE. _: : ' -./...' '-" Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE . Dipl.-Chem. "Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Autoquip Corporation, 1058 West Industrial Avenue, Guthrie, Oklahoma 73 044, USA.

Selbst-einstellbarer, abgestufter Stoßdämpfer

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoßdämpfer zur Verzögerung darauf einwirkender Lasten, bestehend aus einem geschlossenen hydraulischen Zylinder, aus einem darin zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung um einen vorbestimmten Hub bewegbaren Kolben, aus einer Druckmittelleitung für das aus dem Teil des Zylinders austretende Druckmittel, der sich stromauf von dem unter Einwirkung der Last aus der Ausgangsstellung verschieblichen Kolben befindet, und aus einer Steuereinrichtung an der Druckmittelleitung zur Steuerung der Austrittsgeschwindigkeit des Druckmittels in Abhängigkeit von der Verstellung des Kolbens aus der Ausgangsstellung.

Stoßdämpfer sind normalerweise so ausgebildet, daß sie eine Last, d.h. eine bewegte Masse, ohne Beschädigung bis zum Stillstand verzögern. Die meisten Lasten haben eine obere Grenze für die Verzögerung, die als Vielfaches der Schwerkraft in g ausgedrückt ist. Wird durch zu plötzliches Arretieren die g-Grenze erreicht oder überschritten, kann die Last selbst erheblichen Schaden nehmen. Bei zu abrupter Verzögerung können hydraulische Stoßdämpfer bersten. Darüberhinaus muß, da der Stoßdämpfer auf den Aufbau, an dem er befestigt ist, Kraft überträgt, der mechanischen Festigkeit dieses Aufbaus ebenfalls Rechnung getragen werden, besonders dann, wenn eine Last am Ende des Hubs des Stoßdämpfers

eine positive Geschwindigkeit haben kann und strukturelle oder mechanische Arretierungen zur Positionierung solcher Lasten verwendet werden, durch die die verbleibende Energie dieser Lasten von der Halterungsstruktur elastisch absorbiert wird.

In vielen industriellen Anwendungsbereichen, z.B. bei der Eisenbahn oder in Gießereien, werden sehr schwere Lasten angetroffen, die sehr große Arretierungskräfte erfordern. In einer Gießerei, in der z.B. große Metallgußstücke hergestellt werden, werden die als "Oberform" und "Unterkasten" bezeichneten Sandformen, in die das geschmolzene Metall eingegossen wird, auf einem "Förderer" zwischen ihren jeweiligen Stellungen hin- und herbewegt. Diese Förderer, die in der Größenordnung von 22t (50000 Ib) wiegen, werden gewöhnlich durch pneumatische Zylinder, die Kräfte in der Größenordnung von c?j. 6,8t (150001b) aufbringen, auf Geschwindigkeiten von ca. 1,5 m/s (5 ft/s) beschleunigt. Für diese Anwendungsart verwendete typische hydraulische Stoßdämpfer (US-PS 3 301 AlO) haben Bohrungsdurchmesser von ca. 7,6 bis 10,2 cm (3 bis 4 in) und einen Kolbenhub oder -versteJlweg von ca. 15,2 bis 20,3 cm (6 bis 8 in). Üblicherweise sind bei dieser Art von Stoßdämpfern Mittel zur Verringerung des Durchtrittsquerschnitts vorgesehen, durch den der Druckmitteldurchfluß bei Betätigung des Kolbens vom Zylinder in einen Vorratsbehälter gesteuert wird. Dies kann durch eine Vielzahl von in axialem Abstand angeordneten Löchern in der Zylinderwandung erreicht werden. In dem Maße, in dem sich der Kolben an diesen Löchern vorbeibewegt, werden sie abgedeckt und stehen als Austrittsöffnungen für das druckmittel nicht mehr zur Verfügung. Größe und Abstand der verw ndeten Austrittsöffnungen bestimmen die Verzögerungscharakteristik solcher Anordnungen.

Eines der Probleme industrieller Anwendung z.B. in Gießereien ist die Anpassung an die anzutreffende breite Vielfalt der Lasten, sei es durch Veränderung allein der Masse und/oder Geschwindigkeit oder in Verbindung mit konstanten oder veränderlichen Vortriebskräf-

ten. Sehr vereinfacht gesagt, wird für Lasten einer schweren Masse hoher Intensität ein relativ steifer und für Lasten einer leichten Masse niedriger Intensität ein relativ weicher Stoßdämpfer erforderlich. Die üblichen Stoßdämpfer sind für Lasten konstanter Masse und Intensität geeignet.

Gewöhnlich wird /ur Anpassung an verschiedene Lasten konstanter Masse und Intensität ein sogenannter "einstellbarer" Stoßdämpfer mit Mitteln zur mechanischen Einstellung oder Voreinstellung der relativen Größe der Austrittsöffnungen eines hydraulischen Stoßdämpfers mit vielen Austrittsöffnungen verwendet (vgl. z.B. US-PS 4 071 122). Während nach allgemeinem Verständnis die wirksamste Weise zur Arretierung von Lasten konstanter Masse und Intensität darin besteht, daß ein konstanter Widerstand über den gesamten Hub des Stoßdämpfers und dadurch eine konstante Verzögerung vorgesehen wird, wird die Wirksamkeit im Aufbau konventioneller einstellbarer Stoßdämpfer durch die Unmöglichkeit, eine optimale Voreinstellung zu erreichen, ernsthaft beeinträchtigt. Eine solche Voreinstellung erfordert nicht nur eine vorherige Kenntnis der genauen Masse und Intensität der anzutreffenden Last und die Möglichkeit, die erforderliche Voreinstellung ohne aufwendige elektronische Instrumente vornehmen zu können, sondern auch, daß die Intensität der Last über den gesamten Verzögerungsweg konstant bleibt. Ist der übliche Stoßdämpfer einmal auf eine spezifische Last konstanter Masse und Intensität eingestellt, kann er nur geringe Abweichungen von der genauen Masse und Intensität dieser Last bewältigen. Er kann z.B. eine Last nicht wirksam arretieren, deren Masse kleiner oder größer ist als die, auf die die Einstellvorrichtung eingestellt worden ist, oder deren Intensität sich durch Einwirkung einer zunehmenden Vortriebskraft über den Hub verändert. Darüberhinaus sind konventionelle einstellbare Stoßdämpfer mit nur einer Einstellmöglichkeit versehen, d.h., daß zwar die Größe ihrer Austrittsöffnungen, nicht aber deren Anordnung eingestellt werden kann. Daher kann der konventionelle einstellbare Stoßdämpfer nur auf Lasten konstanter

Masse und Intensität eingestellt werden, indem z.B. durch Verdrehung einer Hülse die Austrittsöffnungen in einem System von Öffnungen in festen Abständen abgedeckt werden (s.z.B. US-P5 4 071 122). Diese Art von Hülsenkonstruktiqn verursacht durch Leckverluste auch einen temperaturabhängigen Fehler, da etwas von dem aus den Austrittsöffnungen austretenden Druckmittel zwischen die Außenseite des die Austrittsöffnunyen enthaltenden Druckrohres und die Innenweite der die Fins!el J öffnungen enthaltenden Stellhülse fließt und dadurch die Steueröffnungen umgeht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen hydraulischen Stoßdämpfer der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen erheblich vergrößerten Arbeitsbereich besitzt und ohne strukturelle Änderungen an einen weiten Bereich einwirkender Lasten angepaßt ist. Insbesondere soll ein solcher Stoßdämpfer für jede Masse innerhalb des Bereiches eine in vorbestimmter Weise gesteuerte Verzögerung in besonders wirksamer Weise dadurch ergeben, daß zur Arretierung der jeweiligen Masse der gesamte Verstellweg nutzbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die einstellungsfreie Steuereinrichtung einen ersten Steuerungsbereich, der an ein vorbestimmtes Verzögerungsprofil für eine erste Nennmasse angenähert ist und in dem sich die Druckmittel-Austrittsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Verstellung des Kolbens in einem vorgegebenen ersten Teil seines Hubs ständig verringert, und einen zweiten Steuerungsbereich aufweist, der an ein vorbestimmtes Verzögerungsprofil für eine zweite Nennmasse angenähert ist und in dem sich die Druckmittel-Austrittsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Verstellung des Kolbens in einem vorgegebenen zweiten Teil seines Hubes ständig verringert, und daß die erste und zweite Nennmasse an der Einwirkungsstelle und danach im Fall einer anliegenden Vortriebskraft durch Masse, Geschwindigkeit und Vortriebskraft bestimmte unterschiedliche Ä'quivalentmassen haben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekenn2eichnet.

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer mit fester Anordnung von Austrittsöffnungen gestattet gleichwohl eine Anpassung zur Steuerung zweier oder mehrerer Massen konstanter oder variabler Intensität. Die Anordnung von Austrittsöffnungen enthält eine Folge von Steuerungsbereichen, die sich in der Größe der Durchtrittsquerschnitte deutlich unterscheiden, wobei die Querschnittgröße jedes Steuerungsbereichs kontinuierlich vom Beginn der Folge (Null-Position des Kolbenhubs) bis zum Ende des Hubs ständig abnimmt. Jeder Steuerungsbereich spricht dabei auf eine entsprechende Masse und ihre jeweilige Intensität an. Die A'quivalentmasse der Masse liefert ein Maß für die Intensität der Masse. Die angesprochene Folge basiert auf der Ordnung aller innerhalb des ausgewählten, durch den Aufbau gegebenen Bereichs der Vorrichtung betrachteten Massen oder Ä'quivalentmassen, und die dieser Masse oder A'quivalentmasse auferlegte Verzögerungsrate entspricht dem Aufbau. Die Abnahme der Flächengröße jedes Steuerungsbereiches entsprechend dem Verstellweg kann durch die der jeweiligen Masse auferlegte Verzögerungsrate entsprechend dem jeweiligen Aufbau bestimmt werden. Jeder Steuerungsbereich hat vorzugsweise für die zugehörige Masse eine konstante Verzögerungsrate. Die Steuerungsbereiche für von außen bewegte oder vorgetriebene Massen sind vorzugsweise in Anpassung an die höchsten Intensitäten solcher Massen während ihrer Verzögerungsphasen ausgebildet. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch als Verzögerungssteuerung bezeichnet werden.

Da jeder Steuerungsbereich der Vorrichtung nach der Erfindung so ausgebildet ist, daß eine spezifische Verzögerungsrate für die jeweils entsprechende Masse vorgesehen ist, muß die Ordnung dieser Steuerungsbereiche der Ordnung der Massen entsprechen, die nach der Erfindung von der kleinsten Masse geringster Intensität bis zur größten Masse höchster Intensität reicht. In diesem Aufbau besteht zum Beispiel in dem ersten Steuerungsbereich, den der Kolben von seiner Ausgangsstellung aus durchsetzt, eine konstante

Verzögerungsrate für die kleinste Masse geringster Intensität, während der letzte Steuerungsbereich eine konstante Verzögerungsrate für die größte Masse höchster Intensität vorsieht. Wenn der verfügbare Durchtrittsquerschnitt für den gesamten Hub gegen den Kolbenhub aufgetragen wird, ergibt sich als graphische Darstellung eine ununterbrochene Reihe verbundener Abschnitte verschiedener Exponentialkurven, die zu Beginn des Hubs den gesamten Durchtrittsquerschnitt aller Austri1'söffnungen umfaßt und am Ende des Hubs gegen Null geht.

Bei Verwendung einer Reihe von in axialem Abstand angeordneten Austrittsöffnungen ergibt sich eine Stufenfunktion als Näherung an die Abschnitte von Exponentialkurven. Bei Verwendung eines mit einer speziellen Umfangsf1äche versehenen, sich verjüngenden und mit einer Durchtrittsöffnung zusammenwirkenden Zumeßkörpers oder dergl. kann eine glatt durchgehende Austrittsöffnungskurve erhalten werden. In einem Ausführungsbeispiel wird der Durchmesser der Austrittsöffnungen in einem bestimmten Steuerungsbereich konstant gehalten, und der exponentielle Abfall entsteht allein durch den axialen Abstand der Austrittsöffnungen, wobei der Durchmesser der Austrittsöffnungen von Bereich zu Bereich verändert oder nicht verändert werden kann.

In der Vorrichtung nach der Erfindung "sucht" sich eine einwirkende Hasse gewissermaßen ihren entsprechenden Steuerungsbereich. Ist die Masse eine mittlere Masse mittlerer Intensität, so wird sie ihre maximal zulässige Verzögerung in dem ihr entsprech nden mittleren Steuerungsbereich zu erreichen suchen.

Die Eigentümlichkeit der Erfindung besteht darin, daß eine einzige Vorrichtung ohne die Notwendigkeit von Einstellmechanismen eine vorbestimmte Verzögerungssteuerung und vollständige Arretierung zweier oder mehrerer verschiedener Massen bewirken kann, wobei diese Massen konstante oder variable Intensität haben können, und eine solche Verzögerungssteuerung sehr wirksam durch die Ausnutzung des vollen Hubs der Vorrichtung die Arretierung jeder der

Massen erreichen. Dabei ist der Gesamthub der Vorrichtung abhängig von (a) der Gesamtzahl verschiedener gesteuerter Massen, (b) der Geschwindigkeit jeder dieser Massen in der Ausgangsstellung des Kolbenhubs und (c) den diesen Massen durch den Aufbau aufgezwungenen Verzögerungsraten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden nachfolgend an Hand der ßezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers;

Fig. 3 graphische Darstellungen I bis IV für die Dämpfungskraft F_R (x), die Geschwindigkeit V(x) und den Durchtrittsquerschnitt A(x) als Funktion des Verstellweges χ und die Gleichungen 1 bis 5 bei einem Stoßdämp fer;

Fig. 4 graphische DarstelJungen V bis VII für den Durchtrittsquerschnitt A(x), die Verzögerung a(x) und die Geschwindigkeit v(x) als Funktion des Verstellwegs χ bei einem Stoßdämpfer nach Fig. 1 oder 2, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung VIII für den tatsächlichen Durchtrittsquerschnitt A als Funktion des Verstellweges χ bei einem Stoßdämpfer nach Fig. 1 mit zwei Steuerungsbereichen.

Der Stof-dämpfer nach Fig. 1 enthält eine Zylinderanordnung 10 mit einem äußeren Zylinderkörper oder -gehäuse 11 und einem axial dazu angeordneten Innenzylinder 12. Eine Kolbenanordnung 13 weist einen

abdichtend innerhalb des Innenzylinders 12 gleitenden Kolben auf. Am Kolben 14 ist axial dazu eine Kolbenstange 15 befestigt, die sich durch eine in einem aufnehmenden Druckglied 17 endende, koaxial dazu angeordnete Öffnung in der Zylinderanordnung 10 erstreckt. Die anderen Enden der Zylinder 11 und 12 sind verschlossen. Eine Schraubendruckfeder 18 umgibt den außen liegenden Teil der Kolbonstange 15 und stützt sich an der Außenfläche der Zylinderanordnung 10 und der von dem Druckglied 17 gebildeten ringförmigen Schulter ab und drückt so die Kolbenstange 15 aus der Zylinderanordnung 10 heraus, wodurch der Kolben 14, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Ausgangsposition 1 einnimmt. Der Ringraum zwischen den Zylindern 11 und 12 bildet einen Vorratsbehälter für das Druckmittel. Im Druckmittel vorratsbehälter 19 befindet sich ein aus Zellen aufgebautes, federndes Druckkissen 20, wie in Gummi eingeschlossener Stickstoff. Der Innenzylinder 12 ist ebenfalls mit Druckmittel gefüllt und steht über axial und in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete Austrittsöffnungen 21 und 21d, die im Hubteils des Zylinders, d.h. zwischen den Ausgangsund Endstellungen I und K der Stirnseite des Kolbens 14 in der Wandung des Innenzylinders 12 ausgebildet sind, in Verbindung mit dem Druckmittelvorratsbehälter 19.

Der Innenzylinder 12 weist einen oder mehrere Durchgänge 22 auf, die während des Kompressionshubs des Kolbens 14 das Füllen des Innenzylinders 12 hinter dem Kolben 14 mit Druckmittel gestatten. Zum Abdichten während des Kompressionshubs ist in dem Kolben typischerweise ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil angeo dnet. Bei der Zurückstellung öffnet sich das Rückschlagventil una läßt das Druckmittel von dem hinter dem Kolben befindlichen Teil des Innenzylinders 12 durch den Kolben 14 in den vor dem Kolben 14 befindlichen Teil des Innenzylinders 12 fließen. Durch (gestrichelt gezeichnete) Durchtritte 22a, die die Kolbenstange 15 am Ende des Innenzylinders 12 umgeben, steht der hinter dem Kolben 14 befindliche Teil des Innenzylinders 12 in ständiger Flüssigkeitsverbindung mit dem Druckmittel vorratsbehälter 19. Der hinter dem Kolben 14 befindliche Teil des Innenzylinders 12 bildet somit im

Endeffekt einen Teil des Druckmittelvorratsbehälters 19.

Abgesehen vom Aufbau der Austrittsöffnungen kann der Aufbau des in Fig. 1 gezeigten Stoßdämpfers konventionell sein (s. US-PS 3 301 410, 4 071 122).

Im Betrieb ist die Zylinderanordnung 10 in typischer Weise an einem festen Aufbau befestigt. Gegebenenfalls kann jedoch die Kolbenanordnung 13 an einem festen Aufbau befestigt und die gegenüberliegende Fläche der Zylinderanordnung 10 zur Aufnahme der Stoßkraft freigelassen werden.

Beim Auftreffen eines Gegenstandes oder einer Masse auf das Druckglied 17 wird ihr Moment auf die Kolbenanordnung 13 übertragen, die dieses Moment ihrerseits auf das im Innenzylinder enthaltene Druckmittel überträgt. Aus dieser Momentübertragung ergibt sich eine Beschleunigung der Kolbenanordnung 13 und des anliegenden, von dem Kolben beaufschlagten Flüssigkeitskörpers. Die resultierenden Geschwindigkeiten von Gegenstand oder Masse, der Kolbenanordnung und dem anliegendem Flüssigkeitskörper hängen von der Geschwindigkeit ab, mit der der Flüssigkeitskörper unter dem einwirkenden Moment des Gegenstands oder der Masse durch die Austrittsöffnungen 21 und 21a verdrängt werden kann. In dem Maße, wie sich der Kolben 14 von seiner Ausgangsposition im Innenzylinder 12 wegbewegt, wird das-Druckmittel durch die Austrittsöffnungen 21 und 21a in den Druckmittelvorratsbehälter 19 gepreßt. Zu Beginn des Kompressions- oder Arbeitshubs des Kolbens wird der an den Austrittsöffnungen 21 und 21a auftretende Widerstand von dem Gesamtquerschnitt dieser Austrittsöffnungen bestimmt. Sind z.B. η Austrittsöffnungen mit einem jeweiligen Durchmesser d vorhanden, dann beträgt der Gesamt querschnitt, durch den Druckmittel aus dem Innenzylinder 12 austreten kann,

η Jl d /4. Wenn der Kolben 14 Druckmittel durch die Austrittsöffnungen preßt, erreicht er schließlich einen Punkt, an dem die

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Stirnseite des sich nähernden Kolbens 14 die am nächsten liegende Austrittsöffnung passiert und verschließt. Nach dem Passieren dieser ersten Austrittsöffnung einer Anordnung mit η Austrittsöffnungen würde der für das Austreten von Druckmittel noch

2 zur Verfugung stehende Querschnitt (η-Ι)τΐ d /A betragen, da eine Austrittsöffnung des Austrittsöffnungsmusters oder -aufbaus weggefallen ist. Bei Fortsetzung des Arbeitshubs des Kolbens IA werden die Austrittsöffnu-gen vom Kolben IA nacheinander passiert und verschlossen, wodurch die Anzahl der für den Austritt des Druckmittels vom Innenzylinder 12 in den Duckmittelvorratsbehälter 19 zur Verfugung stehenden Austrittsöffnungen ständig verringert wird. Aus der Abnahme des zur Verfügung stehenden Querschnitts gegenüber dem einwirkenden Moment des Gegenstandes oder der Masse ergibt sich eine Abnahme der Geschwindigkeit des Austritts von Druckmittel aus dem Zylinder, wodurch der bewegte Gegenstand oder die Masse in gesteuertem Maße bis zum Stillstand verzögert wird, bevor der Kolben IA bei K das Ende seines Hubs erreicht.

Der axiale Abstand der Austrittsöffnungen 21 ermöglicht, den Durchschnittsquerschnitt in Abhängigkeit von dem Verstellweg des Kolbens schrittweise abnehmen zu lassen. Der Abstand der Austrittsöffnungen in Umfangsrichtung hat auf die Arbeitsweise der Austrittsöffnungen keinen Einfluß. Einzig ihr axialer Abstand und ihr Durchmesser bestimmen die Abnahme des Durchtrittsquerschnitts. Fünf solcher Abstände in Umfangrichtung, jeweils um 15 versetzt, sind in Fig. 1 willkürlich mit A,B,C, D und E bezeichnet. E- gibt dazu noch andere bekannte Ausgestaltungen der Austrittsöffnungen, einige mit glattem, durchgehenden, andere mit stufenweisern Verlauf (vgl. z.B. US-PS 3 3A8 703, 3 568 856, 3 693 768, 3 729 101, 3 774 885). Fig. 2 zeigt eine davon schematisch. Wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 enthält der Stoßdämpfer nach Fig. 2 eine Zylinderanordnung 10' mit einem ähnlichen Zylindergehäuse 11 und einem veränderten, axial dazu angeordneten Innenzylinder 12', wobei der Ringraum zwischen ihnen wiederum einen ähnlichen Druck-

mittelvorratsbehälter 19 bildet. Anstelle der Austrittsöffnungen weist die Zylinderanordnung 10' einen gleichachsigen, sich gegen ein äußeres Ende hin verjüngenden Zumeßkörper 23 auf. Das breitere Ende des Zumeßkörpers 23 ist in unmittelbarer Nähe der Endstellung K des Gesamthubs gleichachsig am geschlossenen Ende des Innenzylinders 12' ausgebildet. Das spitze Ende des Zumeßkörpers 23 wird in einer gleichachsigen offenen Zylinderbohrung 24 aufgenommen, die so bemessen ist, daß sie die gesamte Arbeitslänge des Zumeßkörpers 23 aufnehmen kann. Wenn die Kolbenanordnung 13' ihren Arbeitshub ausführt, steht die Zylinderbohrung 24 über die Durchgänge 25 und 26 in der Kolbenanordnung 13' bzw. in dem Innenzylinder mit dem Druckmittel vorratsbehälter 19 in Verbindung. In dem Maße, wie sich die Kolbenanordnung 13' aus ihrer Ausgangsposition entfernt, vergrößert sich die mit der Öffnung in Kolben 14' zusammenwirkende Querschnittsfläche des Zumeßkörpers ständig. Der Zumeßkörper 23 kann jeder gegebenen mathematischen Beziehung zum Kolbenhub 14' entsprechend geformt sein.

Sofern nicht anders angegeben, umfaßt der Ausdruck Austrittsöffnungsaufbau oder Austrittsöffnungsmittel in der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen in axialem Abstand angeordnete Austrittsöffnungen und sich verjüngende Zurneßkörper. Darüberhinaus soll der Ausdruck Schlitze, Nuten, Nasen und andere Arten Strukturmerkmale bei einem hydraulischen Stoßdämpfer umfassen, die die Wirkung haben, in Abhängigkeit vom l/erstellweg des Kolbens die Geschwindigkeit zu reduzieren·, mit der das Druckmittel aus dem Zylinder austreten kann. Jeder Aufbau oder jede Aufbaukombination mit dieser Eigenschaft kann zur Verwirklichung der hier beschriebenen Erfindung verwendet werden.

Fig. 3 zeigt vier graphische Darstellungen, die die Grundlagen des Zusammenhangs zwischen dem Durchtrittsquerschnitt für den Durchtritt des Druckmittels in Abhängigkeit von dem Verstellweg des Kolbens bei hydraulischen Stoßdämpfern zeigen. Ein zu verzögernder Gegenstand mit der Masse M und der Vortriebskraft P treffe

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mit einer Anfangsgeschwindigkeit Vr_n\ = V„ auf die Kolbenanordnung eines hydraulischen Stoßdämpfers. Der Gegenstand hat eine durch den Aufbau bestimmte Verzögerungsgrenze von a(x)£=L, die während der Verzögerung des Gegenstandes von V„ auf Null über einen gegebenen Weg oder einen Hub X,. nicht überschritten werden darf.

Am besten wird die maximale Verzögerung dadurch niedrig gehallen, daG die Anordnung so aur;^riobi ldet wird, daß die Verzögerung so konstant wie möglich erfolgt. Aus den graphischen Darstellungen 1,11 und der Gleichung(2) ist erkennbar, daß, um a(x) konstant zu halten, das Verhältnis F_R(x)/M (x) konstant bleiben muß. Die graphische Darstellung III und die Gleichung (4) veranschaulichen bildlich und mathematisch das Geschwindigkeits- Verstellweg-Profil V(x) für konstante Verzögerung. Die graphische Darstellung IV und Gleichung (6) veranschaulichen bildlich und mathematisch das Durchschnittsquerschnitt-Verstellweg-Profil A(x), das zur Verzögerung der in der graphischen Darstellung I dargestellten Äquivalentmasse H (x) mit konstanter Geschwindigkeit erforderlich ist. Gleichung (6) ist aus der Gleichung (5) für M (0) = M (x) = M (x_T) = konstant abgeleitet, und V(x) und A(x) nehmen mit gleicher Exponentialgeschwindigkeit gegenüber dem Verstellweg ab, sofern dies stimmt. Hersteller von gewöhnlichen Stoßdämpfern mit festen und einstellbaren Austrittsöffnungen bilden die Austrittsöffnungsanordnungen zur Anpassung an solche Massen und/oder an Äquivalentmassen aus; das heißt an Massen, bei denen F (x) und damit M (x)

P β

über den gesamten angestrebten Verzögerungshub x_T konstant bleiben .

Für eine Abstandsanordnung von Austrittsöffnungen gleicher Größe in einem einzigen Steuerungsbereich mit

d r Durchmesser der Austrittsöffnung
N = Gesamtzahl der Austrittsöffnunqen
η = n-te Austrittsöffnung und

A(n) = verbleibender Durchtritt.* _Muerschnitt in Abhängigkeit von der Position der η-ten Austrittsöffnung gilt

A(n) = (N-n) * d²/4 (7).

Nach Gleichung (5), (6) und (7) kann der Abstand der Austrittsöffnungen folgendermaßen ausgedrückt werden:

= ^Χτ{-

"-S)²M-? ⁽⁸⁾

X-X Jl - (1 - -)² *> - - (9)

TlN \ 2 ^}

wobei in den Gleichungen (8) und (9) die Position der Achse jeder Austrittsöffnung durch die Subtraktion ihres halben Durchmessers -j bestimmt wird.

Beim Dosiertn nach konventionellen Methoden, das heißt unter Verwendung eines einzigen Steuerungsbereiches, und unter der Annanme, daß die A'quivalenzrnasse in Abhängigkeit von dem Verstellweg χ konstant bleibt, das heißt, Me(x) = Me(O) = Me(X₁-) = konstant, wobei X=O den Anfang und X=X das Ende oder die Gesamtausdehnung des Steuerungsbereiches definiert, ergibt sich nach Gleichung (8), daß der Abstand der Austrittsöffnungen allein von der Anzahl und Größe der Austrittsöffnungen abhängig wird, wie sie in Gleichung (9) angegeben sind.

Nach diesem Prinzip bilden die Hersteller konventioneller, einstellbarer Stoßdämpfer die Austrittsöffnungsanordnungen aus, nämlich eine Austrittsöffnungsanordnung mit festen Abständen bei gleichzeitiger Variation des Durchtrittsquerschnitts ,aller Austrittsöffnungen um gleiche Beträge, um das in Gleichung (9) angegebene n/N-Verhältnis konstant zu halten. Das gestattet solchen Herstellern, mit einer Einst.ellweise eine Einstellung auf verschiedene Massen vorzunehmen und eine konstante Verzögerungsrate für solche Massen vorzusehen, deren Äquivalenzmasse über den Verzögerungsweg konstant bleibt.

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Dies ist auch der Grund dafür, daß konventionelle einstellbare Stoßdämpfer nicht so eingestellt werden können, daß sie Massen, deren Vortriebskräfte sich mit dem Verstellweg verändern, wie in der graphischen Darstellung II dargestellt, konstant verzögern, und dafür, daß solche Anordnungen nicht leistungsfähig sind.

Um die Erklärung der Grundlagen der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, wird die Intensität der Masse als Maß für ihre Äquivalenzmasse angesehen, wobei dieses Maß in Gleichung (1) von Fig. 3 gegeben ist.

Die vorliegende Erfindung verwendet abgestufte Steuerungsbereiche als Kontinuum innerhalb einer gewöhnlichen Hubsteuerungseinheit. Die Steuerungsbereiche sind spezifisch so ausgebildet, daß sich eine konstante Verzögerungsrate für die jeweilige oder entsprechende Masse in einer spezifischen Folgeordnung ergibt. Diese Folgeordnung reicht für solche Massen von niedrigster bis zu höchster Intensität oder, bei nicht vorgetriebenen Massen, von leichtesten bis zu schwersten Massen.

Dieses Verfahren gestattet die Steuerung von Massen konstanter Intensität ebenso wie die von Massen zunehmender oder variabler Intensität innerhalb eines durch den Aufbau gegebenen Bereichs.

Innerhalb dieses durch den Aufbau gegebenen Bereiches erreichen solche Massen schließlich in dem Maße ihren jeweiligen Steuerungsbereich, in dem sie sich in der gemeinsamen Hubsteuerungseinheit in die gemeinsame Position vollständiger Arretierung, d.h. ium Hubende hin, fortbewegen.

Fig. 4 (graphische Darstellung V - VII) erläutert die Grundlagen der vorliegenden Erfindung. Die graphische Darstellung V zeigt den Durchtrittsquerschnitt bei einem hydraulischen Stoßdämpfer in Abhängigkeit von dem V^rstellweg des Kolbens aus einer Ausgangs-

stellung des Kolbens bei χ = 0, die dem Auftreffpunkt eines zu verzögernden Gegenstandes entspricht. Der Anfangsabschnitt der Durchtrittsquerschnittskurve 27 ist eine Parabel von derselben Form wie in der graphischen Darstellung IV/. Zusammen mit der gestrichelt gezeichneten Verlängerung 27a der Durchtrittsquerschnittkurve 27 stellt sie die Abnahme des Durchtrittsquerschnitts A_n über einen Hub der Länge S, dar. Statt die ursprüngliche Kurve über den verlängerten Abschnitt 27a bei S. gegen Null gehen zu lassen, wird der Verlauf der Parabel 27 bei S¹. unterbrochen. Die Trennungsstelle S¹, definiert den Anfang einer neuen Parabel mit der Amplitude A¹«. Die bei S¹,- beginnende Abnahme des Durchtrittsquerschnitts folgt dem Verlauf 28. Bei S¹, verläuft die Kurve des Durchtrittsquerschnitts A kontinuierlich, ändert aber abrupt die Richtung zu einer niedrigeren Abnahme. Der Durchtrittsquerschnitt nimmt entlang der Kurve 28 ab und würde, wenn er wie in der graphischen Darstellung IV weitergehen könnte, dum gestrichelt gezeichneten verlängerten Verlauf 28a folgen und bei S„ gegen Null gehen, d.h. bei der Hublänge von dem Anfang der Parabel 28 bei S' aus. Statt die Parabel 28 ihren Verlauf vollenden zu lassen, wird ihr Verlauf bei der Trennungsstelle S' unterbrochen, wo eine neue Parabel mit einer Anfangsamplitude von A'_n beginnt. Wenn dies die letzte der Stufenparabeln ist, kann der Durchtrittsquerschnitt über den vollständigen Verlauf der Kurve 29 hin gegen Null gehen. Der Durchtrittsquerschnitt geht schließlich bei S,, gemessen vom Beginn des Kurvenabschnittes bei S'„, gegen Null.

Die verbundenen Parabe]abschnitte 27,28, und 29 in der graphischen Darstellung V definieren Steuerungsbereiche 1, 2 und 3. Durch die Bestimmung des Ausgangsdurchtrittsquerschnitts A_n und der Trennungsstelle S¹ kann jeder Sleuerungsbereich zur konstanten Verzögerung einer anderen Masse ausgebildet werden. Der Steuerungsbereich 1 mit der Durchtrittsquerschnittskurve 27 ist für die konstante Verzögerung einer Masse niedrigster Intensität ausgebildet.

Die Steuerungsbereiche 2 und 3 sind für die konstante Verzögerung einer Masse mittlerer bzw. höchster Intensität ausgebildet.

In den graphischen Darstellungen VI und VII der Verzögerungbzw. Geschwindigkeit-Verstellweg-Profile haben drei zu verzögernde, als Last 1, 2 und 3 bezeichnete Lasten verschiedene Massen und dieselbe Auftreffgeschwindigkeit V_n. Jeder Gegenstand hat auch dieselbe durch den Aufbau bestimmte obere Grenze L für die Verzögerung und keine Vortriebskraft. Bei gemeinsamer Betrachtung der Kurven in den graphischen Darstellungen VI und VII findet man, daß sich die Folge der Lastintensitäten von oben nach unten umkehrt. Im Steuerungsbereich 1 unterliegt die Last mit der allgemeinen Geschwindigkeit V_n und der niedrigsten Masse konstanter Verzögerung, wie die Kurve 31 in der graphischen Darstellung VI und die entsprechende Kurve 35 in der graphischen Darstellung VII zeigt. Die Kurve 35 bildet mit ihrer Verlängerung 35a bis zum virtuellen Hub S, eine Parabel. Gegenstand 1 (Last niedrigster Intensität) unterliegt, indem er der entsprechenden Verzögerungskurve 31 in der graphischen Darstellung VI folgt, konstanter Verzögerung über den Steuerungsbereich 1 und abnehmender Verzögerung in den Steuerungsbereichen 2 und 3. In ähnlicher Weise zeigen für die Last mittlerer Intensität, d.h. für Gegenstand 2, die Verzögerungskurve 32 und die Geschwindigkeitskurve 36 an, daß die Last in dem Steuerungsbereich 2 der konstanten Maximal verzögerung L unterliegt, und daß die Verzögerung außerhalb des Steuerungsbereiches 2 kleiner als L ist. In der graphischen Darstellung VII ist die Kurve 36 zwischen den ^Trennungsstellen S' (d.h. Kurvenabschnitte in dem Steuerungsbereich 2) somit eine Parabel. In ähnlicher Weise zeigen für die Last höchster Intensität die Verzögerungskurve 33 in der graphischen Darstellung VI und die Geschwindigkeitskurve 37 in der graphischen Darstellung VII an, daß die durch den Aufbau bestimmte obere Verzögerungsgrenze L nur im letzten Steuerungsbereich 3 verwirklicht wird, in dem, d.h. von S*2 bis S.,, die Geschw.indigkeitskurve parabolisch ist.

Hinsichtlich der niedrigen Masse, für die der Steuerungsbereich 1 ausgebildet ist, setzt sich die Kurve 27 nicht ihrem geplanten Verlauf 27a gemäß fort; bei X=S¹. "verlangsamt" sich die Geschwindigkeit des Verschlusses der Austrittsöffnungen zu Beginn des Kurvenabschnitts 28, einer Verminderung des Drucks auf ein Bremspedal nicht unähnlich. Daher fällt die Verzögerungsrate, wie in der graphischen Darstellung VI gezeigt.

Die graphischen Darstellungen von Fig. 4 sind aus Deutlichkeitsgründen übertrieben dargestellt. Die vom Stoßdämpfer zum Arretieren des Gegenstandes aufgewendete Gesamtenergie ist dessen Masse direkt proportional und muß letztendlich all dessen beim Auftreffen vorhandene kinetische Energie (1/2 mv ) vernichten. Dies spiegelt sich in der graphischen Darstellung VI wider, da das Produkt aus dt'T Fläche unter jeder der Kurven und der jeweiligen Masse die

2
gesamte kinetische Energie (1/2 mv ) der jeweiligen Masse ergibt, das heißt

(10)

wobei die Intensität der Masse m = me(x) konstant ist, a(x) die Verzögerungsrate dieser Masse in Abhängigkeit von dem Verstellweg bezeichnet und S₁- ~ S.' + S«¹ + S, oder der in der graphischen Darstellung V dargestellte Gesamthub ist.

Wichtig ist auch, daß die aufeinanderfolgenden Steuerungsbereiche mit Bezug auf die Intensität der Last am Anfang des Steuerungsbereiches ausgebildet sind. Der zweite Steuerungsbereich für die Last mittlerer Intensität ist somit für die Verzögerung eines Gegenstandes mittlerer Intensität ausgebildet, der, nachdem er durch den Steuerungsbereich 1 bereits verzögert worden ist, jetzt die Geschwindigkeit von V_n ¹ hat. In ähnlicher Weise ist der dritte Steuerungsbereich für die konstante Verzögerung einer Last, die unter allen dreien die größte Masse und die höchste Intensität besitzt, ausgebildet, die, nachdem sie durch die beiden vorausgehenden Steuerungsbereiche verzögert worden ist, jetzt die Geschwin-

digkeit von V_n ¹' hat.

Der anfängliche Gesamtdurchtrittsquerschnitt A„ wird einzig nach der Last leichtester Masse und/oder geringster Intensität ausgewählt. Die erste Trennungsstelle S¹., die das Ende des ersten Steuerungsbereiches und den Anfang des zweiten Steuerungsbereiches markiert, wird durch denjenigen Kolbenhub markiert, bei dem die erste mittlere Masse (Last mittlerer Intensität), wie in der graphischen DarstellungVl gezeigt, ihre maximal zulässige Verzögerung L erreicht. Würde die Schließgeschwindigkeit der Durchtrittsöffnungen weiterhin dem verlängerten Kurvenverlauf 27a in der graphischen Darstellung V folgen, dann würde, wie der verlängerte Kurvenverlauf 32a in der graphischen Darstellung VI zeigt, die Verzögerungskurve 32 der mittleren Masse die Verzögerungsgrenze überschreiten. Stattdessen beginnt zur Steuerung der Verzögerung der mittleren Masse bei S' eine neue parabolische Abnahme des Durchtrittsquerschnitts. In ähnlicher Weise wird die letzte Trennungsstelle S*₂ durch denjenigen Kolbenhub bestimmt, bei dem der Gegenstand mit der größten Masse (die Last höchster Intensität) zuerst ihre obere Verzögerungsrate L erreicht. Wenn der Durchtrittsquerschnitt weiter nach der Kurve 28a in der graphischen Darstellung V abnimmt, würde die Last mit großer Masse ihre Verzögerungsgrenze, wie durch die verlängerte Verzögerungskurve 33a angezeigt, überschreiten.

Die oben in Verbindung mit Fig. 4 beschriebene Anordnung kann auf jede gewünschte Anzahl von Steuerungsbereichen erweitert werden. Bei bestimmten industriellen Anwendungen können Lasten kon tanter und sich verändernder Intensitäten bestimmten vorhersehbaren Gruppen zugeordnet werden. Der in einem bestimmten Verfahrensablauf zu verzögernde Gegenstand kann z.B. ca. 5,4t (12,0001b) oder ca. 13,6t (30,0001b) wiegen und eine Geschwindigkeit von ca. o,61 oder 2,44 rn/s (2 oder 8 ft/s) haben und mit einer Vortriebskraft von ca. 2,7 oder 3,6t (6000 oder 8000 Ib) vorgetrieben werden, wobei die den Gegenstand vortreibende "ortriebskraft von 0 bis zu einem der angegebenen Maximalwerte variieren oder bei einem der beiden gegebenen Werte konstant bleiben kann. Die sechzehn ver-

- Zii -

schiedenen Kombinationen von Gewicht (Masse), Geschwindigkeit und Vortriebskraft können in dem Durchtrittsmuster nach der Erfindung spezifisch aufgenommen werden. Ebenfalls IaQt sich zeigen, daß die einer mittleren Last, d.h. einer nicht definierten Last, deren Intensität aber zwischen den Minimal- und Maximalwerten der dafür ausgelegten Vorrichtung liegt, auferlegte Verzögerungsrate die durch den Aufbau bestimmten Höchstgrenzen nicht überschreiten soll, wenn die Auftreffgeschwindigkeit dieser mittleren Last in den durch den Aufbau bestimmten Bereich fällt.

Ein erfindungsgemäßer Stoßdämpfer kann auch so ausgebildet sein, daß er nur zwei Steuerungsbereiche hat. Da dies die am wenigsten komplexe Anordnung darstellt, wird ein spezifischer Stoßdämpfer mit zwei Steuerungsbereichen detailliert beschrieben.

- 25 -

Beispiel

In diesem Beispiel ist die Austrittsöffnungsanordnung nach der Erfindung bei Stoßdämpfern für zwei Lasten deutlich verschiedener Intensitäten oder Äquivalentmassen ausgebildet. Der Einfachheit halber wird das Gewicht der auftreffenden Gegenstände 1 und 2 willkürlich mit ca. 4,5 bzw. 9,1t (10,000 bzw. 20,000 Ib) angesetzt.

2

Die Massen dieser Gegenstände, M₁ = 462,14 kg s /m und M₉ = 924,29 kg s /m

2
(310,56 bzw. 621,12 Ib s /ft), werden durch Division ihrer jewei-

2 2

ligen Gewichte durch 9,81 m/s (32,2 ft/s ) erhalten. Es seien v, und v„ die wechselnden Geschwindigkeiten der Gegenstände 1 und 2 während des Hubs. An der Auftreffstelle x=0 haben beide Gegenstände dieselbe definierte Auftreffgeschwindigkeit won ν, = V₉ = v„ = 1,22 m/s (4 ft/s). Zur weiteren Vereinfachung sei

2 2

die Verzögerungsgrenze L = 7,32 m/s (24 ft/s ) für beide Gegenstände, und es sei angenommen, daß keine Vortriebskräfte auftreten.

Da keine Vortriebskräfte auftreten, können die Intensitäten dieser beiden Lasten durch ihre jeweiligen Ruhemassen,j vg]. Gleichung (1) in Fig. 3J, definiert werden. Die zur Anpassung an diesp beiden Lasten erforderliche Durchtrittsanordnung erfordert daher zwei aufeinanderfolgende Steuerungsbereiche 1 und 2. Bezogen au die graphische Darstellung VIII von Fig. 5 ist S, die gesamte virtuelle Hublänge des Steuerungsbereiches 1, und S', der tatsächliche Hub des Steuerungsbereiches 1, d.h. die Trennungsstelle für die erste Abnahme des Durchtrittsquerschnitts. 5„ ist die tatsächliche Hublänge des letzten Steuerungsbereiches 2.

Verbunden mit dem Steuerungsbert^ch 1 kann die virtuelle Hublänge S₁

2
aus der Formel S. = v„ /(2L) erhalten werden, s. Gleichung (11),

wobei S, = 10,16 cm (4 in), wie in Fig. 5 gezeigt. Obwohl der Steuerungsbereich 1 für konstante Verzögerung des Gegenstandes 1 ausgebildet ist, ist die die Ausdehnung oder Länge des Steuerungsbereiches 1 definierende Trennungsstelle S¹, durch den Punkt bestimmt, an dem der zweite, getrennt auf den Stoßdämpfer aufteffende Gegenstand 2 die Verzögerungsgrenze L gemäß der folgenden Formel erreicht:

^S'l = ⁵I

1 -

2m₂S₁L\ ^m2^/(ml - ^m2⁾ ^ml^V0

(12)

Beim Einsetzen der numerischen Werte ist S¹, 7,62 cm (3 in), wie in Fig. 5 gezeigt.

Als nächstes ist der Hub S„ des zweiten und letzten Steuerungsbereiches zu bestimmen. Diese Bestimmung kann jedoch nicht in gleicher Weise wie die Bestimmung des mit dem Steuerungsbereich verbundenen virtuellen Hubs S, vorgenommen werden, da jetzt eine unbekannte Geschwindigkeit in Betracht gezogen werden muß. Somit wird, bei χ = S¹., die Geschwindigkeit des zweiten Gegenstandes nach seiner Verzögerung durch den ersten Steuerungsbereich gemäß der folgenden Formel bestimmt:

= V_n Il - --M ^ml^/(2m2⁾ (13)

^sl

Beim Einsetzen der numerischen Werte ist v'„ bei χ = S', (dem Anfang des zweiten Steurrungsbereiches) 0,862 m/s (2,828 ft/s). Da die Verzögerungsgrenze für den zweiten Gegenstand die gleiche ist, ist der Hub im zweiten Steuerungsbereich S = (v ')²/(2L), siehe Gleichung (14), wobei S₂ = 5,08 cm (2 in), d.h. 7,62 bis 12,7 cm (3,0 bis 5,0 in), wie in Fig. 5 gezeigt. Die Gesamthublänge ist

natürlich S' + S„ = S_T oder 12,7 cm (5 in).

Als nächstes müssen die Werte von A_n, dem zu Beginn des Hubs verfügbaren Gesamtdurchtrittsquerschnitt, und von A_n ¹, dem bei x=S' verbleibenden Gesamtdurchtrittsquerschnitt bestimmt werden. Die Formel für den Durchtrittsquerschnitt in Abhängigkeit vcm Verstellweg im ersten Steuerungsbereich ist

(15)

Bei χ = ο, A, = A_n ist k, eine auf der Massendichte des Druckmittels, auf der Kolbenfläche und auf dem Austrittskoeffizienten der Austrittsöffnungen beruhende Konstante. Für einen Stoßdämpfer mit einer 5,1 cm (2 in)-Bohrung mit Druckmittel von der Massendichte

88,14 kg s²/m⁴ (1,677 slug/ft³) gilt k, = 0,07488 . 10"⁵ kg m² s²

-5 2 2
(1,777.10 Ib ft s ). Beim Einsetzen der numerischen Werte ist A_n = 0,1814 . 10~^A m² (1,953 . 10"⁴ft²) oder 0,1814 cm² (0,02812 in²), wie in Fig. 5 dargestellt.

Die Formel für den Durchtrittsquerschnitt im zweiten Steuerungsbereich ist

1/2 / x-S A₂ = V₂ /^ \ /1 - M (16)

Darin ist v' die Geschwindigkeit des Gegenstands am Anfa¹ q des zweiten Steuerungsbereiches und k„ = k,. Bei χ = S¹, ist A„ = A' = 0,9071 . 10~⁵ m² ( 9,764.10~⁵ ft²) oder o,09071x cm (0.01406 in ), vgl. Fig. 5.

Nachdem das Durchtrittsquerschnitt-Verstellweg-Profil nun für das Beispiel bekannt ist, muß es verwirklicht werden. Dieses kann direkt in dem Ausführungsbeispiel mit 'sm Zumeßkörper von Fig. 2 geschehen. Um das zu erreichen, ist die Zylinderbohrung 24 im Kolben 14" in

Verbindung mit dem gleichachsigen Zumeßkörper 23 so bemessen, daß eine zylindrische Druckmittelaustrittsöffnung 24a von der Größe A_Q in der Stellung I entsteht. Von der Stellung I aus muß sich der Zumeßkörper 23 in Richtung auf die Fndstellung K des Hubs ständig verjüngen, damit die gemäß der Kurve von Fig. 5 erforderliche Veringerung des Durchtrittsquerschnitts eintritt. Bei X=S¹, sollte z.B. der nach der Subtraktion der Querschnittsfläche des Zumeßkörpers 23 in dieser Stellung von der Durchtrittsfläche der Zylinderbohrung 24 an der Stirnseite des Kolbens 14' verbleibende zylindrische Durchtrittsquerschnitt gleich A' sein.

Wegen der höheren strukturellen Anforderungen des Ausführungsbeispiels mit dem Zumeßkörper wird jedoch, zur Annäherung an die durchgehende Durchtrittquerschnittkurve, vorzugsweise eine Folge von Öffnungen durch die Zylinderwand verwendet, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Für die Verwendung bestimmter Öffnungen müssen die genaue Gesamtzahl der Öffnungen und ihr jeweiliger genauer Durchmesser oder der Durchschnittsdurchmesser festgestellt werden. In der Anordnung von Fig. 5 ist es z.B. offensichtlich, daß jeweils die Hälfte des Gesamtdurchtrittsquerschnitts einem der Steuerungsbereiche zugeordnet ist. Auf diese Weise können Öffnungen desselben Durchmessers verwendet und jeweils eine Hälfte von ihnen dem einen und die andere Hälfte dem anderen Steuerungsbereich zugeordnet werden. Werden mehrere Steuerungsbereiche benutzt, bestimmt der Gesamtdurchtrittsquerschnitt am Anfang jedes Steuerungsbereiches die Verteilung der Anzahl der Öffnungen auf die jeweils gegebenen Steuerungsbereiche. Ist der Durchtrittsquerschnitt für einen Bereich gegeben, kann die Anzahl der Öffnungen und ihr Durchmesser für diesen Steuerungsbereich nach Wunsch gestaltet werden. Obwohl der Durchmesser der Öffnungen von Steuerungsbereich zu Steuerungsbereich verändert werden kann, ist es zweckmäßig, innerhalb eines gegebenen Steuerungsbereiches Öffnungen mit gleichem Durchmesser zu verwenden.

Die Formel für den axialen Abstand D jeweils aufeinanderfolgender Öffnungen mit dem Durchmesser d in einem gegebenen Steuerungsbereich kann von der Gleichung (9) folgendermaßen abgeleitet werden:

X-. sei der virtuelle Gesamthub jedes Steuerungsbereiches S,, S „ . · . υ s w. X sei dargestellt durch D, den At)stand zwischen dem Anfang jedes Steuerungsbereiches und der η-ten Öffnung dieses Steuerungsbereiches. N sei dargestellt d ,rch A_n, der am Anfang jedes Steuerungsbereiches erforderliche Gesamtdurchtrittsquerschnitt oder der am Anfang jedes Steuerungsbereiches bezüglich einer Austrittsöffnungsanordnung mit im Abstand voneinander angeordneten Öffnungen erforderliche verbleibende Durchtrittsquerschnitt, wobei, bezogen auf den jeweiligen Steuerungsbereich, A_n = A_n, A'_n, A¹'„...usw. ist. Ist η durch η w d /4 dargestellt, also die Flächengröße von η

2 2

Öffnungen mit dem Durchmesser d, so gelten η,κ d , /., n„ d /A,... usw. für die spezifischen Steuerungsbereiche. Nach Gleichung (9) geht dann

D₁ = S₁

1 -

^dl (17)

wobei der Index 1 für die Beziehung zum Steuerungsbereich 1 in Gleichung (17) steht.

Bei willkürlicher Verwendung von drei Öffnungen mit dem Durchmesser 0,1961 cm (0,07721 in) bei einem virtuellen Hub von 10,16 cm (4 in) für den ersten Steuerungsbereich kann der Verstellweg ausc -hend von x=0 für die ersten drei Öffnungen aus dem vorstehenden Ausdruck zu D gleich 1,1856, 2,1836 bzw. 2,9614 bestimmt werden.

Für den zweiten Steuerungsbereich (d.h. A_n') beträgt der Gesamt-

2 2

durchtrittsquerschnitt 0,03568 cm (0,014046 in ). Wenn für diesen Steuerungsbereich willkürlich eine Bohrergröße für den Durchmesser von vier Öffnungen mit 0,1698 cm (0,06686 in) angesetzt wird,

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sind deren Verstellwege ausgehend von X=S', (dem Anfang des zweiten Steuerungsbereichs) 0,8416, 1,4666, 18416 bzw. 19666. Das bringt den axialen Abstand der letzten zwei Öffnungen im Steuerungsbereich 2 in den Bereich innerhalb von 0,1477 cm (0,05814 in). Wenn dieser oder einer der anderen axialen Abstände zu klein ist, können die Öffnungen in Umfangsrichtung versetzt werden.

Gestützt auf die vorstehende Offenbarung und auf die Gesichtspunkte praktischer Verwendbarkeit und wirtschaftlicher Herstellbarkeit wurde festgestellt, daß eine Vorrichtung nach dieser Erfindung mit einem Gesamthub von 15,24 cm (6,0 in) zur Steuerung von wenigstens 2 und höchstens 64 deutlich verschiedenen Lasten eingerichtet werden kann. Außerdem kann eine Vorrichtung nach dieser Erfindung mit größerem Gesamthub für die Steuerung einer größeren Anzahl von deutlich verschiedenen Lasten rationell hergestellt werden.

Mit dem hier beschriebenen Stoßdämpfer wird eine Verzögerungssteuerung eines breiten Spektrums deutlich verschiedener Lasten erreicht, wobei sich jede Last durch ihre Ruhemasse, Geschwindigkeit, obere Verzögerungsgrenze und Vortriebskraft definiert, wobei solche Vortriebskräfte sich im Endeffekt verändern oder konstant bleiben können. Ohne jeden Finstellmechanismus sieht diese Art Stoßdämpfer eine eigene Ver/ögerungssteuerung und vollständige Arretierung aller in den durch den Aufbau bestimmten Bereich fallenden Lasten vor, wobei diese Lasten von konstanter oder sich verändernder Intensität sein können, und erreicht dies höchst wirksam durch Ausnutzung des Gesamthubs der Vorrichtung für die Arretierung jeder Last. Der hier beschriebene hydraulische Stoßdämpfer sieht somit proportionale Arretierungskräfte vor: niedrige Arretierungskräfte für Lasten niedrigen Momentes und höhere Arretierungskräfte für Lasten höheren Momentes. Ebenso kann sich der hydraulische Stoßdämpfer an mittlere Lasten anpassen, d.h. an Lasten, die nicht spezifisch berechnet sind, deren Intensität aber zwischen dem durch den Aufbau bestimmten Minimal- und Maximalwert

liegt, wenn die Auftreffgeschwindigkeiten solcher mittlerer Lasten in den durch den Aufbau bestimmten Bereich fallen.

Da die Anordnung keine Einstellmechanismen zur Veränderung des Durchtrittsquerschnitts benötigt, wird die Leistungsstabilität des Stoßdämpfers in Bezug auf Temperatureinflüsse erhöht, da
keine inneren Leckverluste auftreten. Da, Versuchslaufe
und Einstellarbeiten unr,tig sind, solange die zu verzögernden Lasten bekannt sind und in den durch den Aufbau bestimmten Bereich fallen, ist die Montagezeit verkürzt. Da der Stoßdämpfer bereits zur Bewältigung eines weiten Bereiches von Lastintensitäten ausgebildet ist, fällt die Schätzung bei der Lastverzögerungssteuerung weg.

Claims

Patentansprüche

Hydraulischer Stoßdämpfer zur Verzögerung darauf einwirkender Lasten, bestehend aus einem geschlossenen hydraulischen Zylinder, aus einem darin zwischen einer Ausgangs- und einer Endstellung um einen vorbestimmten Hub bewegbaren Kolben, aus einer Druckmittelleitung für das aus dem Teil des Zylinders austretende Druckmittel, der sich stromauf von dem unter Einwirkung der Last aus der Ausgangsstellung verschieblichen Kolben befindet, und aus einer Steuereinrichtung an der Druckmittelleitung zur Steuerung der Austrittsgeschwindigkeit des Druckmittels in Abhängigkeit von der Verstellung des Kolbens aus der Ausgangsstellung,

dadurch gekennzeichnet,

daß die einstellungsfreie Steuereinrichtung einen ersten Steuerungsbereich (1), der an ein vorbestimmtes Verzögerungsprofil für eine erste Nennmasse angenähert ist und in dem sich die Druckmittel-Austrittsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Verstellung des Kolbens (14,14') in einem vorgegebenen ersten Teil (S.) seines Hubs ständig verringert, und einen zweiten Steuerungsbereich (2) aufweist, der an ein vorbestimmtes Verzögerungsprofil für eine zweite Nennmasse anger ähert ist und in dem sich die Druckmittel-Austrittsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Verstellung des Kolbens (14,14') in einem vorgegebenen zweiten Teil (S_?) seines Hubes ständig verringert, und (aß die erste und zweite Nennmasse an der Einwirkungsstelle und danach im Fall einer anliegenden Vortriebskraft durch Masse, Geschwindigkeit und Vortriebskraft bestimmte unterschiedliche A'quivalentmasse^r, haben.
2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene erste Teil (S,) ein Anfangsbereich und der vorgegebene zweite Teil (S_) ein Endbereich des Hubs ist und daß die erste Nennmasse, die in dem Anfangsbereich des Hubs durch die Steuereinrichtung dem vorgegebenen ersten Verzögerungsprofil unterworfen ist, die kleinste Intensität einer Vielzahl von Massen hat, für die der Stoßdämpfer ausgelegt ist, und die zweite Nennmasse, die in dem Endbereich des Hubs durch die Steuereinrichtung dem vorgegebenen zweiten Verzögerungsprofil unterworfen ist, die größte Intensität der Vielzahl von Massen hat, für die der Stoßdämpfer ausgelegt ist.
3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bestimmte Verzögerungsprofil von einer konstanten Verzögerung bestimmt ist.
4. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Teile (S,, S„) des Hubs aneinander anschließen und die Steuerungsbereiche (1,2) kontinuierlich aufeinanderfolgen.
5. Stoßdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endpunkt des ersten der aufeinanderfolgenden Steuerungsbereiche (1) durch den Punkt bestimmt ist, an dem die Verzögerung einer Last zum ersten Mal einen vorgegebenen Wert annimmt, für welche Last in dem darauf folgenden Steuerungsbereich (2) ein vorbestimmtes Verzögerungsprofil vorgesehen ist.
6. Stoßdämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Steuerungsbereiches (1,2) die Beziehung zwischen der Druckmittel-Austrittsgeschwindigkeit und dem Verstellweg des Kolbens (14,14') entsprechend der Geschwindigkeit einer Last beim Eintritt in den jeweiligen

Steuerungsbereich (1;2) bestimmt ist, die an der Einwirkungsstelle und im Falle einer anliegenden Vortriebskraft auch danach jeweils eine Äquivalenzmasse hat, für die in dem jeweiligen Steuerungsbereich (1;2) das vorbestimmte Verzögerungsprofil vorgesehen ist.
7. Stoßdämpfer nach einom der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerungsbereich (1,2) einen Durchtritt mit einem ständig abnehmendem Durchtrittsquerschnitt aufweist und daß die ungefähre Abnahme des Durchtrittsquerschnittes als Funktion des Verstellweges des Kolbens (14,14') am Ende des einen Steuerungsbereiches (1) von der Abnahme am Anfang des anderen Steuerungsbereiches (2) verschieden ist.
8. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt innerhalb eines bestimmten Steuerungsbereiches (1;2) exponentiell mit zunehmendem Verstellweg des Kolbens (14,14') abnimmt.
9. Stoßdämpfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtritt eine Vielzahl von über den Innenzylinder (12) axial im Abstand voneinander angeordneten Austrittsöffnungen (21,2Id) bildet.
10. Stoßdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einem bestimmten Steuerungsbereich (1;2) entsprechenden Austrittsöffnungen (21,2Id) in axialem Abstand über den .-ntsprechenden Teil (S,;S₂) angeordnet sind.
11. Stoßdämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (21,2Id) in einem bestimmten Steuerungsbereich (1;2) jeweils die gleiche Austrittsgeschwindigkeit ergeben und die Abnahme des Durchtrittsquerschnitts durch einen ständig engeren axialen Abstand der Austrittsöffnungen (21,21d

in Richtung auf die Endstellung des Kolbens (14,14') gegeben ist.
12. Stoßdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsgeschwindigkeit durch die jeweiligen Austrittsöffnungen (21,2Id) in verschiedenen Steuerungsbereichen (1;2) unterschiedlich ist.
13. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtritt Zumeßmittel enthält, die innerhalb eines bestimmten Steuerungsbereiches (1;2) zu einer ungefähr parabolischen Abnahme des gesamten Durchtrittsquerschnitts mit zunehmendem Verstellweg des Kolbens (14¹) für den Austritt des Druckmittels aus dem Innenzylinder (12') eingerichtet sind.
14. Stoßdämpfer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Steuerungsbereiche (1,2) aufeinanderfolgen, die ersten bzw. zweiten aneinander anschließenden Teilen (S,, S„) des Hubs entsprechen, daß der Durchtritt den Endpunkt der jeweils vorhergehenden ungefähr parabolischen Beziehung zwischen der Abnahme des Durchtrittsquerschnitts und des Kolben-Verstellweges an einer Trennstelle zwischen dem ersten und zweiten Steuerungsbereich (1,2) bildet, und daß in dem zweiten Steuerungsbereich (2) eine neue parabolische Beziehung dieser Art mit einer anfänglich geringeren Abnahme des Durchtrittsquerschnitts im Vergleich zu der unmittelbar vorhergehenden Abnahme beginnt.
15. Stoßdämpfer nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtritt eine Druckmittelaustrittsöffnung (24a) und einen Zumeßkörper (23) mit ständig abnehmendem Querschnitt aufweist, dessen verjüngtes Ende in dem Durchtritt aufgenommen ist, und daß eine Vortriebseinrichtung zum axialen Vortrieb des Zumeßkörpers (23) in dem Durchtritt mit zunehmender Verstellung des Kolbens (14') aus der Ausgangsstellung vorgesehen ist, wobei der Durchtritt mehr und mehr durch den

Zumeßkörper (23) versperrt und der Durchtrittsquerschnitt für den Austritt des Druckmittels aus dem Innenzylinder (12·) über den Hub des Kolbens (14') ständig verringert wird.
16. Stoßdämpfer zur Verzögerung darauf einwirkender Lasten, bestehend aus einem hydraulischen Zylinder, aus einem darin befindlichen Kolben, der darin einen vorbestimmten Hub von einer ersten Stellunq an einem Ende bis zu einer zweiten Stellung am anderen Ende des Zylinders ausführt, aus einer von dem Kolben her aus dem Zylinder nach außen verlaufenden Kolbenstange, aus Vorspannmitteln, die den Kolben federnd in die erste Stellung vorspannen, aus einem Druckmittelvorratsbehälter und einer von dem Zylinder dahin führenden Druckmittelleitung, durch die bei Einwirkung einer zu dämpfenden Stoßkraft auf den Kolben und bei dessen dadurch verursachter Verstellung in Richtung auf die zweite Stellung Druckmittel aus dem Zylinder in den Druckmittelvorratsbehälter fließt, aus einem Durchtritt in der Druckmittelleitung zur Steuerung der Durchflußrate des Druckmittels zum Druckmittelvorratsbehälter und zur Einstellung des Widerstandes des Stoßdämpfers gegen Stoßkräfte, welcher Durchtritt in verschiedenen Bereichen des Hubs des Kolbens bei dessen Verstellung aus der ersten in die zweite Stellung unterschiedliche Durchflußraten aufweist, wobei der Stoßdämpfer mit Stoßkräften einer Vielzahl verschiedener Äquivalentmassen, darunter einer maximalen und einer minimalen Masse, beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Durchtritts eine zu dem Druckmittelvorratsbehälter (19) gerichtete Durchf ußrate einstellbar ist, bei der in einem Anfp.ngsbereich des Hubs des Kolbens (14,14·) aus dessen erster Stellung die der minimalen Masse zugeordnete Last eine konstante Verzögerung erfährt und bei der in einem Endbereich des Hubs des Kolbens (14,14') in dessen zweiter Stellung die der maximalen Masse zugeordnete Last eine konstante Verzögerung erfährt.