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Teleskoprohrartiger Flüssigkeitsstoßdämpfer für Flugzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf einen teleskoprohrartigen Flüssigkeitsstoßdämpfer für Flugzeuge,
der sich durch rasches Ansprechen und sichere Abdämpfung auch kurz aufeinanderfolgender
S töße auszeic net.
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Flüssigkeitsstoßdämpfer für Flugzeuge werden durchweg so ausgebildet,
daß in Druckräumen, die mit einer Flüssigkeit, z. B. COl, angefüllt sind, ein Kolben
beweglich angeordnet ist, der unter dem Stoßdrucgüber enge Durchlässe aus einem
Druckraum in einen zweiten überdruckt, der nachher die Rückbewegung des Kolbens
bewirkt. Zwischen den Druckräumen kann ein Ausgleichsraum vorgesehen sein. Durch
das -Überdrücken der Flüssigkeit wird die Stoßenergie aufgenommen und vernichtet.
Die bisher bekannten Ausführungen solcher Vorrichtungen haben den Nachteil, daß
Ansprechgeschwindigkeit und Dämpfung nicht ausreichen, um rasch aufei:nanderfolgende
Stöße auszugleichen. Die Ursache liegt darin, daß die Rückbewegung des Dämpfungskolbens
in die Arbeitsstellung, die zwecks Aufnahme neuer Stöße möglichst rasch erfolgen
muß, gehemmt wird, weil sich die Druckräume nicht genügend rasch mit der Flüssigkeit
wieder anfüllen können. Die während des Dämpfungshubes, z. B. zwischen zwei Druckräumen,
durch enge Durchlässe übergedrückte Flüssigkeit muß ich beim Rückhub wieder durch
diese zurückströmen. Da das Zurückströmen langsamer erfolgt als- das unter dem Stoßdruck
erfolgte Hineindrücken, braucht der Kolben beim Rückhub längere Zeit, bis er sich
wieder in der Ausgangs- oder Arbeitsstellung befindet.
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Ein weiterer Nachteil bekannter Vorrichtungen besteht darin, daß insbesondere
beim schnellen Wechsel der Bewegungsrichtung des Dämpfungskolbens in den Druckräumen
ein Unterdruck entsteht, der harte Stöße, sogenannte Ölstöße, auslöst. Diese können
gemildert werden, wenn zum Tragen der ruhenden Last des Flugzeuges Druckluft angewendet
wird, die in dem die Rückbewegung des Dämpfungskolbens bewirkenden Druckraum auf
der Flüssigkeit lastet: Der Druck der Luft unterstützt nach beendetem Dämpfungshub
das Zurückströmen der vom Kolben verdrängten Flüssigkeit in den Dämpfungsdruckraum.
Werden jedoch zur Aufnahme der ruhenden Last Gummipolster, Federn o. dgl. angeordnet,
muß durch besondere Maßnahmen für Milderung bzw. Beseitigung der Ölstöße gesorgt
werden.
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Man hat vorgeschlagen, die Dämpfungsflüssigkeit über besondere zusätzliche
Rückströmöffnungen- in den Ausgangsdruckraum zurückzuführen. Dabei muß dafür Sorge
getragen werden, daß während des Dämpfungshubes diese zusätzlichen Üffnungen verschlossen
werden.
Zu diesem Zweck werden in die Rückströmdurchlasse federnde Ventile eingesetzt, die
sich während des Dämpfungshubes schließen. Solche Ventile bestehen aus mit Federn
belasteten Kugeln. Die Ansprechgeschwindigkeit solcher Ventile ist jedoch gering,
so daß schnell wechselnde Stöße mit kleinem Hubweg nicht gedämpft werden. Kugelventile
weisen ein ungünstiges Verhältnis zwischen abgedecktem Querschnitt und der Masse
des Ventilkörpers auf, wodurch sie eine gewisse Trägheit erhalten. Damit wird aber
auch der Dämpfer in seiner Wirkung träge und eignet sich nicht zur Aufnahme schnell
aufeinanderfolgender Stöße. Ferner ist es (durch die französische Patentschrift
75d.307) bekannt, einen teleskoprohrartigenFlüssigkeitsstoßdämpfer mit je einem
Druckraum für den Dämpfungshub und den Rückhub des Kolbens sowie einem mit beiden
Druckräumen in Verbindung stehenden Ausgleichsraum zu versehen, wobei für jeden
Druckraum Durchlässe mit verschieden großen Querschnitten vorgesehen sind, die durch
einen zwischen Anschlägen axial bewegbaren Ventilkörper entsprechend der Bewegungsrichtung
des Dämpfungskolbens selbsttätig so gesteuert werden, daß die Flüssigkeit bei Belastung
des Druckraumes durch einen engen Durchlaß austritt, jedoch bei Entlastung des Druckraumes
durch einen weiten Durchlaß eintritt. Die Steuerung der Durchlässe erfolgt dabei
durch einen als Schieber ausgebildeten Ventilkörper, der so gestaltet ist, daß er
unter starker Reibung auf der Kolbenstange des Dämpfungskolbens aufsitzt, z. B.
unter Zwischenschaltung einer Dichtung. Die Kolbenstange selbst weist Durchlässe
auf und ist hohl als Ausgleichsraum ausgebildet. Während des Dämpfungshubes und
des Rückhubes wird der Ventilschieber von der Kolbenstange mitgenommen und jeweils
in die Endstellung bewegt, in der die zu schließenden Durchlässe abgedichtet werden.
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Die Arbeitsweise eines derartigen Dämpfers ist abhängig von einer
hinreichend großen Reibung zwischen Ventilschieber und Kolbenstange. Damit sind
aber Nachteile verbunden; denn bei Änderung der Reibung, z. B. durch geänderte Ölviscosität
oder Änderung der Oberflächenbeschaffenheit der Dichtung oder der Kolbenstange,
wird der Schieber nicht mehr in der beabsichtigten Weise mitgenommen und die Abdichtung
der Durchlässe wird ungenügend oder unterbleibt. Es ist auch naheliegend, daß sich
die Dichtung des Ventilschiebers mit der Zeit stark abnutzt. Wird die Abnutzung
sehr stark, so kann unter Umständen die Flüssigkeit zwischen Dichtung und Kolbenstange
durchtreten. Auch kamt in diesem Fall wegen der verlangsamten Mitnahme des Ventilschiebers
die Abdichtung der Durchlässe zu spät erfolgen, .womit wiederum die Dämpfung aussetzen
kann. Der Hauptnachteil besteht aber darin, daß der Druck und die Strömung der Flüssigkeit
der dichtenden Wirkung des Schiebers an den Durchlaßöffnungen entgegenwirkt. Sitzt
nun infolge abgenutzter Dichtung zwischen Schieber und Kolbenstange der Ventilkörper
bereits lose, so erfolgt überhaupt keine Abdichtung der Durchlässe mehr und die
Dämpfung unterbleibt vollkommen. Umgekehrt kann ein Hängenbleiben des Ventilkörpers
an den Durchlaßöffnungen beim Rückhub zur Folge haben, daß im Druckraum ein Unterdruck
entsteht und dadurch Ölstöße auftreten.
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Durch die Erfindung werden die geschilderten Nachteile vermieden,
indem der weite . Durchlaß jedes Druckraumes durch in einem ringförmigen Bund des
Dämpfungskolbens parallel zu und in gleichem Abstand von der Kolbenachse vorgesehene
Bohrungen oder durch einen zwischen der zylindrischen Wandung des Druckraumes und
einem Bund des Dämpfungskolbens vorgesehenen Ringspalt gebildet ist, und indem der
zur Steuerung des weiten Durchlasses dienende Ventilkörper lediglich durch einen
ebenen Ring mit rechteckigem Querschnitt gebildet ist, dessen Axialbewegung nach
oben und unten durch je einen Bund am Dämpfungskolben begrenzt ist. Bei der Ausbildung
des weiten Durchlasses als Ringspalt kann der zu seiner Steuerung dienende Ventilkörper
nach Art der bekannten Kolbenringe als geteilter, nach außen federnder Ring ausgebildet
sein, der an der zylindrischen Wandung des Druckraumes mit Vorspannung anliegt.
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Dadurch, daß erfindungsgemäß der Ventil- i körper außerordentlich
einfach als ebener Ring mit rechteckigem Querschnitt oder als geteilter, nach außen
federnder Ring nach Art eines Kolbenringes gestaltet ist, wird vermieden, daß sich
der Ventilkörper v erklemmt oder die Abdichtung unvollkommen ist.
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Die Durchlässe und ihre Abdichtung durch den Ventilkörper werden durch
die Bewegung des Dämpfungskolbens so gesteuert, daß während des Dämp.fungshubes
jeweils nur die engen Öffnungsquerschnitte freigelegt sind, die für die Flüssigkeit
einen dämpfenden Widerstand bilden. Während des Rückhubes des Kolbens werden weitere
Öffnungen freigelegt, über die sich der Druckraum rasch wieder mit Flüssigkeit auffüllen
kann. Dadurch kann der Dämpfungskolben rasch wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehren.
Aber auch für den Fall, daß der Kolben seine Ausgangsstellung noch nicht erreicht
hat, ist er trotzdem befähigt, neue Stöße aufzunehmen und zu dämpfen; denn der Kolben
befindet
sich in jeder Lage in Arbeitsstellung. Zum Umschaltvorgang
wird nur ein sehr kleiner Kolbenweg benötigt, der lediglich von dem Abstand der
Ringquerschnitte des Kolbens abhängig ist. Dieser Abstand ist aber denkbar klein.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Flüssigkeitsdruck auf den
längs der Kolbenstange beweglichen Ventilkörper so einwirkt, daß er die Abdichtung
der Durchlässe bzw. das gegenseitige Andrücken der Dichtflächen begünstigt oder
selbsttätig bewirkt. Wieterhin wird erreicht, daß die Bewegung des Ventilkörpers
unabhängig ist von der Reibung oder Abdichtung an der Kolbenstange. Ein Hängenbleiben
des Ventilkörpers an der Zylinderwand, an der Kolbenstange öder an den Durchtrittsöffnungen
kann selbst im ungünstigsten Fall in den Druckräumen keinen Unterdruck auslösen
und verursacht auch kein Aussetzen der Dämpfung.
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Der Flüssigkeitsstoßdämpfer gemäß der Erfindung wirkt auch nach längerer
Zeit einwandfrei. Er. nimmt rasch aufeinanderfolgende Stöße, wie sie z. B. beim
schnellen Rollen des Flugzeuges über den Boden entstehen können, einwandfrei auf.
Da sich in den Druckräumen kein Unterdruck ausbilden kann, werden auch Ölstöße sicher
vermieden.
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Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung,
und zwar in den Abb.-i bis q. in schematischer Darstellung und in den Abb. 5 bis
7 als Konstruktionsbeispiele.
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Der Flüssigkeitsstoßdämpfer gemäß Abb. i besteht aus dem Zylinder
i, in den die Kolbenstange 2 hineinragt. Der eigentliche Kolben wird von den beiden
Scheiben 3 und q. gebildet, die die Druckräume 5 und 6 voneinander trennen, während
der Hohlraum 7 der Kolbenstange 2. den Ausgleichsraum darstellt.
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Die Kolbenscheiben 3 und ¢ weisen über ihren Umfang verteilt eine
Anzahl enger Bohrungen 8 bzw. io sowie eine Anzahl weiter Öffnungen g bzw. i i auf.
Vor den Kolbenscheiben sind innerhalb der Räume 5 und 6 die Ventilkörper 12 und
13 angeordnet, deren Hub durch Anschläge 1q. bzw. 15 begrenzt wird. Der Zwischenraum
16 zwischen den Kolbenscheiben 3 und q. ist mit dem Ausgleichsraum 7 verbunden,
und zwar über die Bohrungen 17. .
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Beim Hingangshub (Kolbenbewegung in Richtung des Pfeiles I) kann die
Flüssigkeit von dem Raum 5 nur durch die engen Bohrungen io hindurchgepreßt werden,
da die weiten Öffnungen i i entsprechend der Darstellung auf der linken Seite des
Stoßdämpfers durch den Ventilkörper-i2 verschlossen sind. Gleichzeitig ist beim
Hingangshub der Durchlaß des Ventilkörpers 13 geöffnet und gibt die Öffnungen 9
frei, so daß sich der Raum 6 sowohl über diese Öffnungen als auch über die Bohrungen
8 mit Flüssigkeit füllen kann. Da der Querschnitt des Raumes 5 größer ist als der
des Raumes 6, strömt die überschüssige Flüssigkeit in den dritten Raum, den Ausgleichsraum
7 hinein. Die Flüssigkeit strömt beim Hingangshub entsprechend den Pfeilen auf der
linken Seite von Abb. i.
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Beim Rückhub (Kolbenbewegung in Richtung des Pfeiles II) schließt
der Ventilkörper 13 gemäß der Darstellung auf der rechten Stoßdämpferseite die weiten
Öffnungen g. Die Flüssigkeit kann somit nur durch die engen Bohrungen 8 aus dem
Raum 6 herausgepreßt werden. Anderseits öffnet sich das Ventil 12, und der Raum
5 wird durch die Öffnungen i i sowie die Bohrungen io mit Flüssigkeit aufgefüllt,
wobei gleichzeitig ein Teil der Flüssigkeit aus dem Ausgleichsraum 7 zuströmt. Die
Flüssigkeit strömt also beim Rückgangshub in der Weise, wie dies die Pfeile auf
der rechten Seite der Abb. i zeigen.
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In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das nach dem gleichen
Prinzip arbeitet und lediglich baulich anders gestaltet ist und bei dem außerdem
noch eine Schraubenfeder 18 zwischen der oberen Fläche des Zylinders i und dem Gegenschlagteil
ig am oberen Ende der Kolbenstange 2 eingefügt ist. Als Kolben dient hier der Körper
2o, der in einfachster Weise sämtliche Flüssigkeitsdurchgangsquerschnitte in sich
vereinigt und gleichzeitig zur Führung der zweckmäßig als handelsübliche Kolbenringe
ausgebildeten Ventilkörper 2 i und 22 dient.
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Beim Hingangshub (Kolbenbewegung in Richtung des Pfeiles I) schließt
der Ventilring 22 den Ringspalt 23, so daß die Flüssigkeit aus dem Raum 5 nur durch
die engen Bohrungen 2,4 herausgepreßt werden kann, von wo sie dann- über den Kanal
25 einer-
seits nach dem Ausgleichsraum 7 und anderseits durch den
Ringspalt 23 und die Bohrungen 26 und 27 in den Raum 6 gelangt. Die Pfeile auf der
linken Seite der Abb.2 geben den Verlauf der Flüssigkeitsströmung für diesen Hingangshub
wieder.
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Umgekehrt schließt beim Rückgangshub (Kolbenbewegung in Richtung des
Pfeiles II) der Ventilring 2i den Ringspalt 23, und die Flüssigkeit kann aus dem
Raum 6 nur durch die engen Bohrungen 26 austreten. Gleichzeitig wird der Raum 7
über den Kanal 25 und den Ringspalt 23 sowie über die Bohrungen 24 mit dem Raum
5 verbunden, so daß dieser sich rasch wieder mit der Flüssigkeit anfüllen kann und
somit für den nächsten Hingangshub arbeitsbereit ist.
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Bei dem Stoßdämpfer gemäß Abb. 3 wird für die statische Last komprimierte
Luft verwendet, zu deren Aufnahme der dritte Raum,
das ist der Ausgleichsraum
7, dient. An dessen oberem Ende ist eine Verschlußschraube 28 a.ngcbraclit, die
einerseits das Auffüllen des Raumes 7 mit komprimierter Luft und anderseits das
Entweichen von Luft während der Füllung des Stoßdämpfers mit der Flüssigkeit ermöglicht.
Es ist weiterhin ein Steigröhrchen 29 vorgesehen, das durch den Stöpsel
30 verschließbar ist und dazu dient, den richtigen Stand des Flüssigkeitsspiegels
31 zu gewährleisten und von außen nachprüfen zu können. Das Steigröhrchen :29 ist
am unteren Ende mit dem Raum 6 verbunden.
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Die Öffnung 32 für den Flüssigkeitsdurchtritt beim Hingangshub des
Kolbens 2o (Bewegungsrichtung ini Sinne des Pfeiles I) ist hier in den Kolbenboden
verlegt. Hierdurch wird in Verbindung niit dein Dorn 33, der gegen Ende des Hubes
die Öffnung 32 teilweise oder ganz verschließt, der Vorteil erreicht, daß die gegen
Ende des Hubes auftretenden dynamischen Gegenkräfte nicht zu sehr abfallen.
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Der Verlauf der Flüssigkeitsströmungen für die beiden Bewegungsrichtungen
wird in Abb. 3 für den Hingangshub durch die Pfeile auf der linken Seite, für den
Rückhub durch die Pfeile der rechten Seite dargestellt.
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Das in Abb. 4. dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
den übrigen gegenüber dadurch, daß der Zylinderteil i des Stoßdämpfers nach oben
und der Kolbenteil nach unten verlegt ist. Dies bedingt eine Trennung des Kolbenkörpers
20 in Abb. 2 in der "-eise, daß der eine Teil 34., der für die Steuerung der Durchlässe
des Hingangdruckrauznes 5 notwendig ist, an das untere Ende des zusätzlichen Hohlzylinders
35 angeschlossen ist, @viihrend der zweite Teil 36, der zur Steuerung der
Durchlässe des Rückgangdruckraunies 6 dient, im Innern des nunmehr als Ausgleichsraum
zu betrachtenden Raumes 7 liegt. Der Teil 34. trägt die Öffnung 32, die in der bereits
geschilderten Weise gegen Ende des Htzbes durch den Dorn 33 teilweise oder ganz
verschlossen «-erden kann.
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Beim Hingangs hub wird die Flüssigkeit aus dein Raum ; durch die Öffnung
32 in den Izinenrauzn 37 des Hohlzylinders 35 gepreßt und fließt von hier aus durch
die Bohrungen 38 in den Ausgleichsraum 7. Gleichzeitig legt der als Ventil wirkende
Kolbenring 21 den Ringspalt 39 frei, wodurch die " Flüssigkeit über diesen
und die Bohrungen .I1 sowie durch die Öffnungen .Io in den Raum 6 einströmen kann.
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Beim Rückgangshub tritt die gleiche Strömungsunischaltung ein wie
bei der Anordnung gemäß Abb. 2. Der Ventilkörper 21 verschlief t den Ringspalt 39
und die Flüssigkeit kann nur über die engen Bohrungen .fi aus dem Raum 6 in den
Ausgleichsraum 7 austreten. Anderseits gibt der als Kolbenring ausgebildete Ventilkörper
22 den Ringspalt 42 frei. so daß die Flüssigkeit über diesen und die Bohrungen 4.3
in den Raum 5 eintreten kann.
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Die Bohrungen 38 in dein Hohlzylinder 35 können vorteilhaft zugleich
als Kontrolle für den Flüssigkeitsspiege13i verwendet werden. Für diesen Zweck wird
das oberste Bohrungspaar .I6 in der Höhe angeordnet, die der Höhe des Flüssigkeitsspiegels
entspricht, und die Flüssigkeit durch eine der Öffnungen ..1-. oder 4,5 eingefüllt.
Führt man dann durch die öffnung 4.5 Preßluft ein, so drückt diese auf- den Flüssigkeitsspiegel,
die überschüssige Flüssigkeit steigt in dein Zylinderraum 37 empor und tritt aus
der Öffnung .I4 aus, und zwar so lange, bis der Flüssigkeitsspiegel 31 die durch
(las oberste Bohrungspaar .46 gegebene Grenze erreicht. Von diesem Augenblick ab
entweicht aus der Öffnung .:1.I Luft zum "Leichen, daß der Flüssigkeitsspiegel die
genannte Grenze erreicht hat. Nach Verschließen der Öffnung 44 kann dann die weitere
Prellluft durch die Öffnung 45 eingefüllt werden.
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Das in Abb. 5 dargestellte KonstruktiOnsbeispiel entspricht hinsichtlich
der Anordnung und Wirkungsweise der Erfindungsmerkmale dem Schema nach Abb. 2. Der
Stoßdämpfer besteht aus dein Zylinder i, in den von obea die Kolbenstange 2 eintaucht.
Am unteren Ende der Kolbenstange .2 sitzt (las als Kolben dienende Drehstück 2o.
oberhalb dessen die Ventilkörper in Gestalt der Kolbenringe 21 und 22 angeordnet
sind. Zur Vermeidung von Flüssigkeitsverlusten dient die Packung 47 über der oberen
Abschlußkante des Zylinders i, die von dem Ring 48 gehalten und mittels der Mutter
.I9 angezogen wird. Zur leichten Einfüllung der Flüssigkeit sowie zur Kontrolle
des Flüssigkeitsspiegels 31 dient entsprechend der schematischen Darstellung nach
Abb. 3 ein Steigröhrchen 29, das mit seinem unteren Ende mit dem Ringraum 6 verbunden
ist. Gleichzeitig wird hierdurch erreicht, daß stets genügend Speicherflüssigkeit
zum einwandfreien Arbeiten des Stoßdämpfers vorhanden ist.
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Ein besonderes Merkmal der Ausführung gemäß Abb.5 ist die im unteren
Teil des Zylinders i untergebrachte Schraubenfeder 5o, deren Zweck einerseits darin
besteht, die ruhende Last während des Standes des Flugzeuges am Boden aufzunehmen,
anderseits als Anschlag beim Durchfedern des Stoßdämpfers beim Landungsvorgang zzz
dienen.
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Bei dem Konstruktionsbeispiel gemäß Abb.6 ist an Stelle der Schraubenfeder
Preßluft getreten, die den oberen Teil des Raumes 7 der Kolbenstange 2 erfüllt.
Im übrigen entspricht
die Anordnung - der Flüssigkeitsdurchlässe
sowie der Ventilkörper dem Schema nach Abb. 3, bei welchem sich die Öffnung 32 für
den Flüssigkeitsdurchtritt beim Hingangshub des Kolbens ao im Kolbenboden befindet
und dabei zurmVermeidung des Durchschlagens des Kolbens auf das Zylinderabschlußstück
durch einen Dorn 33 kurz vor Beendigung der Hubbewegung allmählich verschlossen
wird. Zur Kontrolle des Flüssigkeitsstandes 31 dient ein' von oben eingeführtes
Tauchrohr 5i, dessen Wirkungsweise zusammen mit der Lufteinführung durch die Öffnung
45 derjenigen des Hohlzylinders 35 in Abb. 4 gleicht.
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Das Konstruktionsbeispiel nach Abb. 7 entspricht genau dem Schema
gemäß Abb. 4. Der Zylinderteil r des Stoßdämpfers ist hier nach oben verlegt und
greift über die unten gelegene Kolbenstange 2. Die Kontrolle des Flüssigkeitsspiegels
31 erfolgt durch die oberste Bohrung 46 in dem kombinierten, als Tauchrohr und Innenkolbenstange
dienenden Rohr 35# Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Weise
verwirklichen, sofern nur dafür Sorge getragen ist, daß durch Anordnung entsprechender
Bohrungen, Kanäle o. dgl. sowie von Ventilkörpern beim Hingangshub die Flüssigkeit
aus dem einen Druckraum durch besonders kleine Durchgangsquerschnitte hindurch gepreßt
wird, während sich gleichzeitig der für den Rückhub dienende Druckraum durch Freigabe
großer Durchgangsquerschnitte ungehindert mit der Flüssigkeit auffüllt und umgekehrt.