DE3522449A1 - Daempfungselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement nach Art eines mechanischen Stoßabsorbers, bei dem die Bewegung einer in einem als Kolbenraum ausgebildeten Gehäuse gehaltenen Kolbenstange durch die Verrichtung von Verformungsarbeit gedämpft und durch Anschläge begrenzt wird.

Dämpfungselemente dieser Art, die in erster Linie dort eingesetzt werden, wo eine einmalig auftretende Stoß­ energie aufgefangen werden soll, sind seit langem be­ kannt und für eine Vielzahl von Zwecken im Einsatz. Die Dämpfung der Kolbenbewegung wird dabei häufig durch die Verformung von im Gehäuse angeordneten Federn realisiert. Trotz ihres relativ einfachen und robusten Aufbaus sind die bekannten Dämpfungselemente jedoch nicht für jeden Anwendungsfall geeignet, insbesondere nicht dort, wo ein möglichst geringes Gewicht erwünscht ist und wo beispiels­ weise aufgrund häufig wechselnder klimatischer Bedingungen eine erhöhte Korrosionsgefahr gegeben ist. Dies gilt ins­ besondere für den Bereich der Luft- und Raumfahrttechnik, wo hinzukommt, daß aufgrund der oft sehr beengten Platzverhältnisse ein System benötigt wird, das mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad arbeitet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Dämpfungs­ element der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es bei einfacher Bauweise, geringen Abmessungen und Gewicht ein Höchstmaß an Energieabsorption er­ möglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Das erfindungsgemäße Dämpfungselement bietet dabei den Vorteil, daß es einfach und preisgünstig herzustellen ist, einen nur geringen Wartungsaufwand erfordert und zugleich bei vorgegebenem Einbauraum eine möglichst große Energieaufnahme aufweist. Da es in offener Bauweise ausgeführt werden kann, kann zu­ dem eindringende Feuchtigkeit wieder ablaufen bzw. verdunsten. Darüber hinaus bietet es den Vorteil, daß seine Dämpfungswirkung im Gegensatz zu den ebenfalls häufig verwendeten hydraulischen Dämpfungssystemen geschwindigkeitsunabhängig ist.

Während in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 13 Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes angegeben sind, die eine weitere Optimierung im Hinblick auf seine Funktionstüchtigkeit sowie die Vielseitigkeit seiner Einsatzmöglichkeiten zum Ziel haben, ist im Patent­ anspruch 14 ein spezieller Anwendungsfall angegeben, für den sich das erfindungsgemäße Dämpfungselement in ganz besonderem Maße eignet, ohne daß hiermit eine Be­ schränkung des Einsatzbereiches der Erfindung verbunden sein soll. Das Dämpfungselement gemäß der Erfindung ist vielmehr überall dort einsetzbar, wo eine aus einem einmaligen Stoßvorgang resultierende Energie auf kürzest möglichem Wege und bei einem möglichst geringem Hub absorbiert werden soll. In der in den Patentan­ sprüchen 13 und 14 behandelten Form als Koppelstrebe findet es vor allem dort Anwendung, wo eine gewisse Beweglichkeit zwischen zwei benachbarten Bauteilen erwünscht ist, andererseits aber eine feste Verbindung beider Bauteile gewährleistet sein soll. Neben dem bereits angesprochenen Einsatz in Klappensystemen, bei­ spielsweise Landeklappen, ist daher unter anderem auch ein Einsatz als Dämpfer für Tail Bumper in Flug­ zeugen möglich. Darüber hinaus aber kann, in abge­ wandelter Form, das erfindungsgemäße Dämpfungselement beispielsweise auch als Überlastsicherung in Antrieben, anstelle eines Scherstiftes, eingesetzt werden. Er­ wähnt sei in diesem Zusammenhang noch, daß das er­ findungsgemäße Dämpfungselement bei Druck- und Zugbe­ anspruchung gleichermaßen wirkungsvoll arbeitet.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes in geschnittener Darstellung,

Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Beanspruchungs­ situationen der in Fig. 2 darge­ stellten Anordnung und

Fig. 4 einen Schnitt durch ein zweites Aus­ führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes.

In den Figuren sind jweils gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten erstem Ausführungs­ beispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes handelt es sich um eine Koppelstrebe, die als Aus­ fallsicherung in der in der Figur angedeuteten Weise zwischen zwei Klappen 1 und 2 eines Landeklappen­ systems für ein Flugzeug eingebaut ist. Das Dämpfungs­ element besteht dabei im einzelnen aus einem Gehäuse 3, das in seinem Innern einen Kolbenraum 4 aufweist, in dem eine Kolbenstange 5 gleitend verschieblich ge­ haltert ist. Im Innern des Kolbenraumes 4 sind, kon­ zentrisch zur Kolbenstange 5, eine Hülse 6 sowie ein Formkörper 7 ebenfalls längsverschieblich ange­ ordnet. Der Formkörper 7 weist dabei eine im wesent­ lichen zylindrische Gestalt auf mit einer angenähert kugelförmigen Verdickung 8 in seinem der Hülse 6 zuge­ wandten Endbereich. Die Hülse 6, die aus einem plastisch verformbaren Werkstoff besteht, weist im Bereich des Formkörpers 7 zunächst eine schalenförmige Erweiterung auf, deren Form auf die Gestalt und Größe des Form­ körpers 7 abgestimmt sind. Der zylindrische Mittel­ teil der Hülse 6 besitzt einen Innendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser der kugelförmigen Verdickung 8 des Formkörpers 7. Der dem Formkörper 7 ab­ gewandte Endbereich der Hülse 6 schließlich weist, bei gleichem Außendurchmesser wie der übrige Teil, einen ständig abnehmenden Innendurchmesser auf.

Wie ferner aus der Figur ersichtlich ist, ist die Hülse 6 mit einem Führungsring 9 versehen, der außer­ dem einen Ansatz 10 trägt, der sich durch eine lang­ lochartige Ausnehmung 11 des Gehäuses 3 seitlich aus diesem erstreckt. Durch eine zweite derartige Aus­ nehmung 12 ragt ein gleichartiger, mit dem Form körper 7 verbundener Ansatz 13 ebenfalls aus dem Gehäuse 3 heraus. Der Ansatz 10 trägt dabei einen Schaltfinger 14, der auf einem am Ansatz 13 ge­ halterten elektrischen Schalter 15 wirkt.

Zwischen dem Formkörper 7 und der Hülse 6 ist im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels der Er­ findung auf der Kolbenstange 5 eine Druckfeder 16 angeordnet, die sich an der Hülse 6 sowie am Form­ körper 7 abstützt. Das Gehäuse 3 ist durch einen Deckel 17 verschlossen, der gleichzeitig das Gegenlager für die Hülse 6 bildet. Ein Anschlag 18 im mittleren Teil des Kolbenraumes 4 dient als Gegenlager für den Form­ körper 7. Des weiteren weist die Kolbenstange 5 einen Anschlagring 19 sowie eine von einer Mutter 20 ge­ haltene Anschlagscheibe 21 auf, wobei der Anschlag­ ring 19 durch eine entsprechend dimensionierte Bohrung 22 Gehäusedeckel 17 mit der Hülse 6 in Anlage zu bringen ist und die Anschlagscheibe 21 in eine entsprechende rückwärtige Ausnehmung 23 des Formkörpers 7 einführ­ bar ist.

Schließlich weisen sowohl die Kolbenstange 5 als auch das Gehäuse 3 jeweils in ihren äußeren Endbereichen ein mit einem Gelenklager versehenes Auge 24 bzw. 25, mit denen die Koppelstrebe an entsprechenden Ansätzen 26 und 27 der beiden Klappen 1 und 2 befestigt ist. Die Einbaulänge der Kolbenstange 5 kann dabei dadurch variiert werden, daß diese Stange zweigeteilt ausgebildet ist und die Position des äußeren, das Auge 24 tragenden Endbereiches durch ein Gewinde 28 bzw. eine Kontermutter 29 fixierbar ist.

Erwähnt sei an dieser Stelle, daß die Hülse 6 auch in bereits vorgestauchten Zustand eingebaut werden kann, um zu erreichen, daß von Beginn an die volle Dämpfungs­ kraft zur Verfügung steht. Ferner kann die Wandstärke der Hülse 6 auch im mittleren Bereich unterschiedlich dick ausgeführt werden, um auf diese Weise die Dämpfungs­ kraft über den Weg zu variieren.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen An­ ordnung soll nun anhand der Fig. 2 und 3 näher er­ läutert werden. Im normalen Betriebszustand werden die Hülse 6 und der Formkörper 7 durch die Druckfeder 16 auf Distanz gehalten, ebenso der Schaltfinger 14 und der elektrische Schalter 15. Erst bei Auftreten eines Störfalles, in dem Fall einer Störung im Antriebs­ system einer der beiden Landeklappen 1 und 2, werden durch Verfahren der Kolbenstange 5 aus ihrer mittleren Einbaulage die Hülse 6 und der Formkörper 7 aufeinander zu bewegt, desgleichen der Schaltfinger 14 und der elek­ trische Schalter 15. Hierbei ist es gleichgültig, ob das erfindungsgemäße Dämpfungselement, bedingt durch die Relativbewegung der beiden Klappen 1 und 2 zuein­ ander, auf Zug (Fig. 2) oder auf Druck (Fig. 3) bean­ sprucht wird. Im Fall des vorstehend beschriebenen Aus­ führungsbeispiels der Erfindung wird, bedingt durch die gewählte Dimensionierung, zunächst durch Betätigen des elektrischen Schalters 15 ein Fehlersignal ausgelöst, bevor noch der Formkörper 7 die Hülse 6 erreicht. Dies hat den Vorteil, daß auch in solchen Störfällen, in denen nur kleine Unregelmäßigkeiten in einem der beiden Klappen­ antriebe auftreten, bereits eine entsprechende Fehler­ meldung erfolgt, auch wenn in diesem Fall kein stärkerer Stoß mit hohen Lasten auftreten sollte.

Sobald bei Vorliegen einer gravierenden Störung eines der Klappenantriebe, der Formkörper 7 in die Hülse 6 gedrückt wird, wird diese verformt und die vorhandene Stoßenergie durch Umwandlung in Verformungsarbeit absorbiert, d. h. die Last­ spitze wird durch die plastische Verformung der Hülse abgebaut. Bei der in Fig. 2 dargestellten Zugbeanspruchung läuft dieser Vorgang dadurch ab, daß die sich aus dem Gehäuse 3 bewegende Kolben­ stange 5 über die Anschlagscheibe 21 den Form­ körper 7 mitnimmt und diesen in die Hülse 6 drückt, die dabei ihrerseits gegen den Gehäusedeckel 17 gepreßt wird,wodurch letztlich eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Kolbenstange 5 und dem Ge­ häuse 3 hergestellt wird.

Im Falle der in Fig. 3 dargstellten Druckbeanspruchung nimmt die Kolbenstange 5 bei ihrer Einfahrbewegung zunächst die Hülse 6 durch den Anschlagring 19 mit und drückt diese gegen den Formkörper 7, der dann seinerseits gegen den Anschlag 18 gepreßt wird. Hier­ bei verhindert der Führungsring 9 zugleich ein Aus­ knicken der Dämpfungseinheit.

Bei Anwendungsfällen, in denen in jedem Fall mit hohen Lasten und damit mit einer Deformation der Hülse 6 zu rechnen ist, kann die Druckfeder 16 entfallen und die Betätigung des elektrischen Schalters 15 während des eigentlichen Dämpfungsvorganges erfolgen. Selbstver­ ständlich ist es weiterhin auch möglich, die elektrische Anzeigeeinrichtung vollständig fortzulassen und das er­ findungsgemäße Dämpfungselement mit einem gekapselten Gehäuse zu versehen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungs­ beispiel des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes schließlich handelt es sich um eine Überlastsicherung, wie sie beispielsweise in Antrieben einsetzbar ist.

In diesem Fall ist im Innern eines Gehäuses 30 in einem Kolbenraum 31 eine Kolbenstange 32 längsver­ schieblich gehaltert. Diese trägt an ihrer Spitze einen kugelförmigen Formkörper 33, der durch eine Mutter 34 gehaltert wird. Ebenfalls im Kolbenraum 31 ist eine Hülse 35 angeordnet, die aus einem plastisch verformbaren Werkstoff besteht. Die im wesentlichen zylindrische Hülse 35 weist in ihrem mittleren Be­ reich eine ebenfalls kugelförmige Erweiterung 36 auf, die auf den Durchmesser des Formkörpers 33 abgestimmt ist und in der dieser in der Ausgangslage ruht. Die Hülse 35 ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zwei­ geteilt ausgebildet, wobei ihre beiden Teilabschnitte 35′ und 35′′ an der Stelle des größten Querschnittes der kugelförmigen Erweiterung 36 aneinanderstoßen. Die bei­ den Teilabschnitte werden durch eine den Gehäusedeckel bildende Überwurfmutter 37 in ihrer Einbaulage im Kolbenraum 31 fixiert. Wie weiter aus der Fig. 4 her­ vorgeht, ist der Kolbenraum 31 mit einer Belüftungs­ bohrung 38 zur Herstellung eines Druckausgleichs ver­ sehen. Die Kolbenstange 32 schließlich trägt einen Führungsring 39 und weist an ihrem außerhalb des Ge­ häuses 30 liegenden Endbereich ein mit einem Gelenk­ lager versehenes Auge 40 auf. Schließlich ist durch den Pfeil 41 noch die Richtung des wirksam werdenden An- bzw. Abtriebes angedeutet.

Die Dämpfungswirkung dieser Anordnung stellt sich auch in diesem Fall dadurch ein, daß der Formkörper 33, sei es durch Druck- oder durch Zugbeanspruchung, in einen der beiden Teilabschnitte 35′, 35′′ der Hülse 35 gepreßt und dieser dadurch wiederum deformiert wird.

Claims (14)

1. Dämpfungselement nach Art eines mechanischen Stoßab­ sorbers, bei dem die Bewegung einer in einem als Kolbenraum ausgebildeten Gehäuse gehalterten Kolben­ stange durch die Verrichtung von Verformungsarbeit gedämpft und durch Anschläge begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses (3, 30) ein Formkörper (7, 33) sowie eine zur Aufnahme des Formkörpers (7, 33) ausgebildete Hülse (6, 35) an­ geordnet sind, von denen wenigstens ein Teil aus einem verformbaren Werkstoff besteht und deren relative Lage zueinander durch die Bewegung der Kolbenstange (5, 32) veränderbar ist und wobei das Innenmaß der Hülse (6, 35) zumindest in einem Teilbereich ihrer Längserstreckung geringer ist als das Außenmaß des Formkörpers (7, 33).

2. Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hülse (6) und der Formkörper (7) sowohl in bezug auf die Kolbenstange (5) als auch in bezug auf den Kolbenraum (4) in axialer Richtung beweglich gehaltert sind.

3. Dämpfungselement nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) sowohl an ihrem im Gehäuse (3) liegenden Endbereichals auch in denjenigem Bereich, der nur im angenähert vollständig komprimierten Zustand in das Gehäuse (3) eintaucht jeweils eine Anschlagfläche (19, 21) aufweist.

4. Dämpfungselement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Innern des Gehäuses (3), etwa im mittleren Bereich, eine weitere, den Hub des Form­ körpers (7) bzw. der Hülse (6) begrenzende Anschlag­ fläche (18) vorgesehen ist.

5. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Formkörper (7) und der Hülse (6) eine Druckfeder (16) vorge­ sehen ist.

6. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6, 35) aus einem verformbaren Werkstoff besteht und ihre Wand­ stärke über ihre axiale Erstreckung variabel ausge­ bildet ist.

7. Dämpfungselement nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandstärke der Hülse (6, 35) in dem dem Formkörper (7, 33) abgewandten Endbereich am größten ist.

8. Dämpfungselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6, 35) in vorge­ stauchtem Zustand eingebaut ist.

9. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6, 35) sowie der Formkörper (7) radial­ symmetrisch ausgebildet sind.

10. Dämpfungselement nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Formkörper (7, 33) in seinem der Hülse (6, 35) zugewandten Endbe­ reich angenähert kugelförmig ausgebildet ist.

11. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (3) zusätzlich eine durch eine Lageveränderung der Kolbenstange (5) betätigbare Schaltvor­ richtung (14, 15) angeordnet ist, die zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ein elektrisches Signal auslöst.

12. Dämpfungselement nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung aus einem mit dem Formkörper (7) verbundenen elektrischen Schalter (15) sowie einem mit der Hülse (6) ver­ bundenen Schaltfinger (14) besteht, die parallel zum Kolbenraum (4) angeordnet und durch langloch­ artige Ausnehmungen (11, 12) des Gehäuses (3) mit diesem in Verbindung stehen.

13. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden sowohl der Kolbenstange (5) als auch des Gehäuses (3) jeweils ein mit einem Gelenklager versehenes Auge (24, 25) aufweisen.

14. Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere Ausfallsicherung für Klappensysteme an Flugzeugtragflügeln, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) sowie das Gehäuse (3) jeweils derart an den Seitenflächen zweier benachbart liegender, durch separate Antriebs- und Führungssysteme synchron und in angenähert paralleler Richtung ein- und ausfahrbarer Klappen (1, 2) angeordnet sind, daß die dadurch bewirkte Kopplung nur eine begrenzte Abweichung der von den Klappen (1, 2) zurückgelegten Wegstrecken voneinander zuläßt.