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Federung mit Stoßdämpfung für Fahrgestelle u. dgl. Die Erfindung bezieht
sich auf Einrichtungen für die Abfederung einer Bewegung, verbunden mit einer Dämpfungswirkung
durch Energieentziehung. Zu diesem Zweck wird mit Vorteil ein Flüssigkeitsvolumen
verwendet, mit dessen Hilfe sowohl die Energieentziehung als auch vermöge der elastischen
Rückstellkräfte der Flüssigkeit beim Zusammendrücken eine elastische Aufnahme von
Stößen erzielt wird.
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Es wird angestrebt, daß die Zusammendrückung der Flüssigkeit leim
Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung sehr hoch liegt. So wird beispielsweise
bei Vorrichtungen, die der Abfederung des Fahrgestells von Flugzeugen dienen, die
Flüssigkeit so stark zusammengedrückt, daß sie sich unter einem Druck von etwa
2800 bis 350o at befindet. Die Einrichtung für die Abfederung und Stoßdämpfung
von Fahrgestellen u. dgl. nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß in einer druckdichten Kammer enthaltene Flüssigkeit durch einen Tauchkolben
bei einer Relativbewegung unter Belastung zusammengedrückt wird und dabei der Bewegung
einen elastischen Widerstand entgegensetzt und daß ein auf dem Tauchkolben angebrachter
und in der Kammer gleitender Kopf Drosselkanäle aufweist, die bei Bewegung des Tauchkolbens
in beiden Richtungen die Flüssigkeit hindurchtreten lassen und dadurch Energie verzehren.
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Vorzugsweise ist der in der Kammer gleitende Kopf am äußersten inneren
Ende des Tauchkolbens befestigt oder ausgebildet, so daß durch die Bewegung
des
Kopfes bis an die Enden des nutzbaren Kammerraums die Grenzen für die Bewegung des
Tauchkolbens festgelegt sind. Es ist zu beachten, daß diese Anordnung ermöglicht,
die gesamte Flüssigkeit einer elastischen Zusammendrückung zu unterwerfen und fast
das ganze Flüssigkeitsvolumen, mit Ausnahme der Menge, die in den Drosselkanälen
an den Hubenden zurückbleibt, durch diese Kanäle zwecks Energieentziehung hindurchzutreiben.
Gemäß der Erfindung sind die Drosselkanäle vorzugsweise mit einem Rückschlagventil
. ausgerüstet; sie sind entweder an dem Tauchkolben oder teilweise oder ganz an
dem eigentlichen Kopf ausgebildet und umfassen vorzugsweise ein mit Differentialwirkung
arbeitendes Rückschlagventil, das ist ein Ventil, dessen Dämpfungsgrad in der einen
Bewegungsrichtung des Tauchkolbens von demjenigen in der anderen Dichtung abweicht.
Um außerdem unerwünschte Biegungsbeanspruchungen der Federungs- und Dämpfungsvorrichtung
nach der Erfindung zu vermeiden, für deren Aufnahme die Vorrichtung keineswegs geeignet
ist, sind die Verbindungen mit den Teilen, zwischen denen die Vorrichtung wirksam
sein soll, vorzugsweise durch Stifte hergestellt, die eine Winkelbewegung zulassen,
so daß es nicht möglich ist, irgendwelche oder wesentliche Biegungsbeanspruchungen
auf die Vorrichtungen zu übertragen, solange ein einwandfreies Arbeiten der Gelenkverbindungen
gewährleistet ist.
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Es :ist ersichtlich, daß, obgleich eine gewisse Ausdehnung der die
Flüssigkeit enthaltenden Kammer und ein gewisses Nachgeben der Teile stattfinden
muß und daher ein Teil des elastischen Widerstandes auf diese Faktoren zurückzuführen
ist, nicht anzunehmen ist, daß dieselben eine große Rolle spielen. Wenn in der Beschreibung
davon die Rede ist, daß die Federwirkung auf die elastischen Rückstellkräfte der
zusammengedrückten Flüssigkeit zurückzuführen ist, ist die Möglichkeit nicht ausgeschlossen,
daß eine Ausdehnung der Flüssigkeitskammer infolge Dehnung der Wände und ein Nachgeben
der Teile eintreten und eine gewisse elastische Rückstellkraft ausüben kann. Ferner
ist zu beachten, daß unter Flüssigkeit ein Stoff verstanden wird, der sich bei den
Arbeitsbedingungen in stabilem, flüssigem Zustand befindet. Flüssigkeit ist also
von Gas oder Dampf zu unterscheiden. Es hat sich gezeigt, daß sich solche Flüssigkeiten
eignen, die bei hydraulischen Antrieben oder bei Öl-Druckluft-Stoßdämpfern für Fahrgestelle
von Flugzeugen Verwendung finden. Es sind dies Flüssigkeiten in der Art von dünnen
leichten Ölen und Ölmischungen, doch ist die Möglichkeit, andere Flüssigkeiten zu
verwenden, nicht ausgeschlossen.
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Es ist ersichtlich, daß durch Anbringung der Drosselkanäle gänzlich
in dem mit Kopf versehenen Tauchkolben diese sich zusammen mit dem Tauchkolben bewegen
und über dem gesamten Bewegungsbereich desselben wirksam sind. Eine Änderung der
Dämpfung, die erwünscht ist, um mit steigender Steuerwirkung zu arbeiten, je größer
die Zusammendrückung wird, wird daher durch Steigerung der Viskosität der Flüssigkeit
bei höheren Druckstufen angestrebt; demnach ist es nicht erforderlich, Anordnungen
mit konischen Ventilen und Öffnungen für die Änderung des Querschnitts der Dämpfungsöffnung
heranzuziehen, die leicht zu Störungen führen könnten, falls bei den holen Arbeitsdrücken,
die bei der Vorrichtung nach der Erfindung auftreten können, irgendwelche Verformungen
stattfinden.
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Um das Verständnis und die praktische Anwendung der Erfindung zu erleichtern,
ist dieselbe nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben; dieselben
sind außerdem in den Zeichnungen dargestellt, und es zeigen Fig. i und 2 im Schnitt
eine erste Ausführungsform bzw. eine Einzelheit derselben und Fig. 3 den Längsschnitt
einer zweiten Ausführungsform.
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In Fig. i und 2 ist die Erfindung in Anwendung auf einen Stoßdämpfer
für Fahrgestelle von Flugzeugen dargestellt. Die Teile, zwischen denen die Vorrichtung
wirksam sein soll, sind ein Ausleger i am Untergestell und ein Hebel 2, der mit
demselben durch ein Drehlager 3 verbunden ist. Der Hebel 2 ist in bezug auf den
Ausleger rückwärts gerichtet und trägt an seinem äußeren Ende ein Laufrad 4 mittels
eines Lagers. Es ist ersichtlich, daß zwecks Stoßdämpfung das Rad .I sich heben
und senken muß und daher der Ilebel 2 schwingen muß. Für den Zweck der Stoßdämpfung
muß dieser Schwingbewegung elastisch und dämpfend Widerstand geleistet werden. Hierfür
ist ein Stoßdämpfer vorgesehen, der aus einem kräftig gebauten Stahlzylinder 5 besteht,
der durch einen Drehzapfen 6 gelenkig mit dem Ausleger i verbunden ist, der hohl
ist und daher den Zylinder 5 bequem aufnehmen kann. Das untere Ende des Zylinders
5 ist durch eine Dichtung abgeschlossen, in der ein Tauchkolben 7 flüssigkeitsdicht
gleitet. Bei dem Ausführungsbeispiel besteht die Dichtung aus einer Packung 8 aus
Gummi oder einem anderen nachgiebigen Werkstoff, der zwischen Ringscheiben 9 oben
und unten eingezwängt ist, wobei das Ganze durch eine am Boden des Zylinders 5 eingeschraubte
Ringmutter io festgehalten und unter Vorspannungsdruck gesetzt wird.
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Der Tauchkolben 7 ist durch einen Bolzen i i mit dem Hebel 2 an seinem
äußeren Ende verbunden. Am inneren Ende des Tauchkolbens 7, also innerhalb der Dichtung
des Zylinders 5, ist ein Kopf 12 an dem Tauchkolben befestigt oder ausgebildet,
der in dem Zylinder 5 gleitet. Es ist zu beachten, daß der Kopf 12 selbst nichts
mit dem Zusammendrücken der Flüssigkeit zu tun hat, mit welcher der maximal verfügbare
Raum zwischen dem Tauchkolben 7 und dem inneren Ende des Zylinders 5 ausgefüllt
ist; der Kopf 12 hat vielmehr die Aufgabe, die Kammer aufzuteilen und die Bewegung
des Tauchkolbens zu dämpfen, wie noch beschrieben wird. Die Nuten i2° können dazu
dienen, Kolbenringe oder gleichwertige dehnbare Dichtungsmittel unterzubringen,
um einen wirksamen Abschluß zwischen der einen und der anderen Seite des Kopfes
zu gewährleisten. Bei seiner Bewegung erzeugt der Kopf 12 einen Druckunterschied
beiderseits
von sich selbst; dieser Druckunterschied ist jedoch gewöhnlich von einer sehr viel
kleineren Größenanordnung als die Druckänderungen, die in dem Zylinder 5 durch die
Volumenverdrängung von seiten des Tauchkolbens 7 erzeugt werden. Ein Durchgang,
der der Flüssigkeitsströmung einen Widerstand entgegensetzt, verbindet die beiden
Seiten des Kopfes 12, wie am bestell aus Fig. 2 zu ersehen ist. Dieser Durchgang
umfaßt einen oder mehrere Kanäle 13, die von der Unterseite des Kopfes in eine zylindrische
Bohrung 14 führen, die teilweise durch einen eingeschraubten Stopfen i5A verschlossen
ist, der eine zentrale Öffnung 15 aufweist. In der Bohrung 14 gleitet *ein ventilartiges
Teil 16, das außen zylindrische Form hat. Wenn das Teil 16 in seiner unteren Lage
sich befindet, ruht es auf dem Boden der Bohrung i4, während in der oberen Lage
ein Vorsprung 16A teilweise in die Öffnung 15 eindringt und diese daher teilweise
verstopft, wobei der innere Eingang zii der Öffnung 15 etwas konisch ausgebildet
sein kaini. Zwischen dem Teil 16 und der Wandung der Bohrung 14 besteht ein Spielraum,
der sorgfältig ausgewählt ist, weil es sich hierbei um den Strömungsweg durch den
Kopf 12 handelt, der den Strömuri:;swiderstand erzeugen soll. Dieser von dem Spielraum
gebildete Durchgang ist also ringförmig, und es hat sich gezeigt, daß es praktischer
ist, einen bestimmten Strömungswiderstand auf diese Weise zu verwirklichen, als
beispielsweise eine winzige Öffnung mit Genauigkeit zu bohren. Außerdem trägt die
aufwärts oder abwärts gerichtete Bewegung des Teils 16 je nach der Richtung der
Flüssigkeitsströmung dazu bei, das Absetzen von Fremdstoffen in dem Spielraum zu
verhindern. jedenfalls ist es äußerst unwahrscheinlich, daß Fremdstoffe einen solchen
ringförmigen Spielraum verstopfen könnten. Die Bewegungen des Teils 16 bedingen
außerdem infolge des Zusammenwirkens des Vorsprunges 16A mit der Öffnung 15 einen
höheren Strömungswiderstand bei aufwärts gerichteter Strömung als bei abwärts gerichteter
und erzeugen daher eine stärkere Dämpfungswirkung während der abwärts gerichteten
Bewegungen des Kopfes 12 als während der aufwärts gerichteten Bewegung desselben,
insoweit es sich um den Eigenwiderstand des Durchgangs gegen die Flüssigkeitsströmung
handelt. Um einen vollständigen Abschluß der Drosselkanäle beim Rückprallen zu verhindern,
ist es wichtig, claß Kanäle 158 vorgesehen sind, die in diesem Fall in der Unterseite
des Stopfens 15A ausgebildet sind, um einen Durchgang von Flüssigkeit selbst dann
zu ermöglichen, wenn das Teil 16 gegen den Stopfen gedrückt wird. Zusätzlich oder
statt dessen können Kanäle 15R an der Oberseite des Körpers des Teils 16 vorgesehen
sein.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei einer aufwärts gerichteten
Relativbewegung des Hebels 2 der Tauchkolben 7 in den Zylinder 5 gedrückt wird.
Die dadurch erzeugte Zusammendrückung der Flüssigkeit in dem Zylinder widersetzt
sich elastisch der Aufwärtsbewegung des Hebels 2. Gleichzeitig wird jedoch durch
den Kopf 12, der sich mit dem Tauchkolben bewegt, Flüssigkeit von oben nach unten
verdrängt, wobei diese Verdrängung abhängig ist von dem Widerstand des Durchganges
;furch den Kopf 12, durch den ein Energieverbrauch verursacht wird. ImLaufe eines
vollständigen einwärts gerichteten Hubes des Tauchkolbens 7 wird praktisch die ganze
im Zylinder 5 enthaltene Flüssigkeitt durch den Kopf 12 hindurch verdrängt.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung für die
Abfederung und Dämpfung nach der Erfindung dargestellt, bei der von einem Tauchkolben
mit Differentialflächen Gebrauch gemnacht wird. Wie ersichtlich, hat der Zylinder
30 einen axialen Fortsatz in Form einer HÜlse 31, die in einer Gabel 31A für die
Herstellung einer gelenkigen Verbindung endigt. Ein Tauchkolben 32 tritt in den
Zylinder 3o durch eine Stirnplatte und Dichtung 33 ein, deren allgemeine Ausbildung
clcr Ausführung nach Fig. i entspricht. An seinem äußeren Ende trägt der Tauchkolben
32 eine Gabel 32A für die Herstellung einer gelenkigen Verbindung. Der Tauchkolben
32 bildet einen Differentialkolben. Sein inneres Ende 32R, welches Dichtungsringe
32C trägt, gleitet in der Hülse 31. Der Teil des Tauchkolbens, der in der Dichtung
33 gleitet, hat einen etwas größeren Durchmesser als der Teil 328; der Wechsel im
Durchmesser erfolgt am Absatz 32°, der die Arbeitsfläche des Tauchkolbens bildet
und außerdem als Anschlag für den Kopf 34 dient, der starr auf dem Tauchkolben 32
angebracht ist und dem Kopf 12 in der Anordnung nach Fig. i entspricht, indem er
ebenfalls die gestrichelt angedeuteten Hilfsmittel 35 zur Schaffung eines mit Strömungswiderstand
behafteten Durchgangs enthält. Das gesamte verfügbare Volumen im Zylinder
30 ist wie im vorigen Fall mit Flüssigkeit gefüllt. Die Gabeln 3iA und 32A
sind mit den beiden Teilen verbunden, die gegeneinander abgefedert werden sollen,
und durch die gegeneinandergerichtete Bewegung dieser Teile wird der Stoßdämpfer
auf Zusammendrückung beansprucht, wobei derTauchkolben 32 sich in der Achsrichtung
des Zylinders 3ö bewegt, so daß das Produkt aus der Fläche, die die Differenz der
Querschnitte des dickeren und dünneren Teils des Tauchkolbens darstellt, und der
Länge des Weges die Volumenänderung infolge der Bewegung des Tauchkolbens darstellt.
Die Abstützung des Tauchkolbens an zwei Stellen des Zylinders 3o ermöglicht, einen
verhältnismäßig schwachen Tauchkopien zu verwenden, der, wenn er nicht so abgestützt
würde, zu leicht verbogen oder gekrümmt würde.
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Bezüglich der Därnpfungswirkung des Kopfes und des mit Strömungswiderstand
behafteten Durchgangs ist es erwähnenswert, daß für eine gegebene Geschwindigkeit
der Ablenkung des Stoßdämpfers, cl. h. der Relativbewegung zwischen Fahrzeug oder
Flugzeug und Untergestell, die StrÖmungsgeschwindigkeit durch den Drosselkanal sich
mit der Stellung des Kopfes ändert. Zu Beginn eines Kompressionshuhes ist die Strömungsgeschwindigkeit,
bezogen auf die Ablenkungsgeschwindigkeit, niedrig im Verhältnis zur Strömungsgeschwindigkeit,
bezogen auf die Ablenkungsgeschwindigkeit gegen Ende des Kornpressionshubes
auf
Grund der Zusammendrückbarkeit der Flüssigkeit.