NL9401417A - Pneumatische- hydraulische schok- en trillingsdemper. - Google Patents

Description

Pneumatisch- hydraulisch· schok- en trillingsdempar

De uitvinding heeft betrekking op een flexibel pneumatisch-hydraulisch drukveersyateem, vervaardigd uit versterkt rubber of ander vormveranderlijk materiaal, uaarin het hydraulisch deel functioneert ala belasting overdragend orgaan en het pneumatisch deel ala varend orgaan, tezamen een schaken trillingadempend element vormend·

Het hydraulische deel bestaat uit tuee, ten opzichte ven elkaar evenwijdige vlakken of concentrische schijven, die langs de omtrek met elkaar zijn verbonden door middel van •en in doorsnede gezien cirkel- of torusvormige wand, waarin de aansluitingen voor vulling en ontluchting zijn aangebracht. In aan bepaalde fase van de vervaardiging, is in de trammel een holle ring of slang aangebracht, welke eventueel voorzien kan worden van een ventielaansluiting of tube-lure, die daarna door de wand van het hydraulisch compartiment gevoerd wordt. Alvorens de trommel te vullen met een vloeistof of een zich als vloeistof gedragende stof, wordt de ring gevuld met een gas, waarbij de druk zodanig gekozen wordt, dat deze groter is dan de te veruechten hydraulische druk in de rusttoestand. Oie rusttoestand wordt op haar beurt bepaald door het quotient van vaerbelasting en schijfepper-vlak. Als vloeistof zal in veel gevallen gebruik gemaakt worden van gedistilleerd water en ale gas zal veelal een inert gas, bijvoorbeeld stikstof dienen. Na het vullen van de trommel mat vloeistof - waarbij voor volledige ontluchting wordt zorggedragen - is een pneumatisch- hydraulisch orgaan verkregen, dat alleen dan samendrukbaar is indien de hierin heersende pneumatisohe druk, door de hydraulische druk wordt overschreden. Hierbij is de pneumatische druk dus gelijk aan de hydraulische druk, afgezien van een verwaarloosbaar kleine verschildruk, noodzakelijk voor de verver-ming van de holle ring of slang. Zolang derhalve de drukken in de beide compartimenten met elkaar in evenwicht zijn, heerst ar een evenwichtstoestand in het systeem en vindt er geen axiale verplaatsing van de evenwijdige vlakken ten opzichte van elkaar plaats. Zodra echter de hydraulische druk groter wordt dan da pneumatischs druk, zal er indrukking wan het met gas gevulde orgaan plaats vinden, waarbij de evenwijdige vlakken of concentrische schijven dichter tot elkaar zijn genaderd, de straal van de cirkel» of torusver-mige buitenuand ia verkleind en de met gas gevulde ring of slang in axiale richting waterleliebladachtig ie vervormd.

Het materiaal waaruit de pneumatische ring en de hydraulische trammel wordt vervaardigd, dient een grotecmate van flexibiliteit te paren aan een zeer geringe rek, ter verkrijging van een optimael vormveranderlijk, niet elastisch element, zodat de gewenste veerkracht uitsluitend ef nagenoeg uitsluitend wordt bepaald door de in de holle, flexibele ring of slang aanwezige gasdruk.

Op de boven omschreven wijze is een orgaan verkregen dat -indien ingeklemd tussen twee niet flexibele vlakken - een instelbare verende werking heeft, welke bij een gegeven be--*· lasting wordt bepaald door de verhouding tussen de inhoud van de gasring en de daarin heersende druk enerzijds en het oppervlak van de met het drukvlak in contact zijnde drukplaat anderzijds. Bierbij kan worden opgemerkt dat, naarmate het oppervlak van dit drukvlak groter wordt, de druk per op-pervlakte’eenheid - dit is de hydrostatische druk - kleiner wordt, terwijl tegelijkertijd de druk in de ring of slang -ten gevolge van de volumevermindering - toeneemt. Indien de druk in de gasring of slang niet van buitenaf wordt beïnvloed, kan voor een bepaalde veer volgens de uitvinding een veerkarakteristiek geconstrueerd worden.

Een belangrijke toepassing voor de veer volgens de uitvinding, is in combinatie met een buffer dienend voor het beschermen van gebouwen tegen aardbevingen, zoals bekend uit het Amerikaanse patent 4,887,390, op deze wijze een buffer vermand die zowel horizontale als verticale grondbewegingen compenseert. De combinatie van de pneumatische veer volgens de uitvinding met de genoemde torusbuffer, resulteert in een universele buffer voor zowel zware schokken als lichte trillingen. Omdat lichte trillingen met hoge frequentie met deze buffer vrijwel volledig geamortiseerd worden, leent de buffer volgens de uitvinding zich ook voor het dempen van trillingen in geluidsboxen of luidsprekerboxen.

Ale één van de belangrijkste voordelen ven de pneumatisch-hydraulische veerconsructie volgens de uitvinding ten epzic-hte ven bestaande vearsystemen is, dat de pneumetische druk in de ring niet alleen zodanig gekozen kan werden dat bij rustende belasting geen indrukking plaats véndt, doch dat deze pneumatische druk desgewenst traploos en op afstand instelbaar is. Oit is bijvoorbeeld voor moeilijk toegankelijke plaatsen - zoals onder de fundering van gebouwen - een groot voordeel, nede hierdoor is de pneumatisch hydraulische druk-veer volgens de uitvinding in het bijzonder geschikt veor de pretectie van gebouwen tegen aardbevingen. Oe toepassing van de conventionele drukveei - de zogenaamde spiraal-drukveer vervaardigd uit'staal of een metallische legering - heeft als nadeel dat, althans zonder bijkomende en vaak kostbare voorzieningen er zelfs bij geringe bevingen, bewegingen van het bouwweek in verticale richting mogelijk zijn, terwijl de windbelasting het bouwwerk doet schommelen, omdat de veren aan lijzijde worden ingedrukt, terwijl de veren aan de wind-zijde het gebouw optillen. Dit bezwaar nu wordt door toepas-s ing van de veerconstructie volgens de uitvinding opgeheven of tenminste aanzienlijk verminderd. Bovendien worden de trillingen met grotere frequentie en kleinere amplitude in de hydraulische veerconstructie geamortiseerd, wat vooral na een hevige beving gedurende de destructieve natrillingen als een belangrijk voordeel kan worden aangemerkt·

Bij toepassing als drukveersystaem van de pneumatisch- hye·^) draulische schok- en trillingsdemper, kan ook besloten worden om ventielen en vulopeningen, direct na fabricage dicht te lassen. Dit kan bijvoorbeeld gedaan worden indien nastel-baarheid niet vereist is. Het zal duidelijk zijn dat de pneumatisch* hydraulische schok- en trillingsdemper volgens de uitvinding een grote mate van stabiliteit en instelbaarheid verschaft en schokken en trillingen binnen zeer ruime grenzen ken amortiseren, elimineren en dempen. Voor de toepassing in autebumpers kan als belangrijk voordeel werden aangemerkt dat een zeer groot deel van de botsenergie in het systeem ep niet destructieve wijze wordt omgezet in drukverhoging in het pneumatisch orgaan. De bij een frontale botsing optredende schok, uordt in het pneumatisch- hydraulischs schok-dempingeelemant volledig opgevangen en gedempt.

Oe uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een uit-veeringsvoorbeeld, met behulp van de tekening, baarbij voor de verklaring van het principe is uitgegaan van cirkelvormige doorsneden, waarin: fig. 1 een doorsnede van de pneumatisch- hydraulische veer, waarbij de pneumatische druk groter is den de hydraulische druk en er derhalve nog geen indrukking heeft plaats gevonden van de pneumatische organen.

Fig. 2 een doorsnedetekening, waarbij de vaar over aan bepaalde afstand is ingedrukt en dubbel-uaterleliebladachtige vervorming van de pneumatische ring heeft plaats gevonden. Fig. 3 een doorsnede toont van het ontluchtingskanaal.

Fig. 4 een aantal tot een pakket gestapelde veren toont.

Fig. 5 een aanzichttekening van de veer volgens de uitvinding, geplaatst binnen een spiraal- drukveer.

Fig. 6 een doorsnedetekening van een aardbevingsbuffer, aangeduid met torusbuffer en bekend uit het Amerikaanse octrooi-schrift 4,667,398, in de eerste plaats bedoeld voor het compenseren van horizontale grondbewegingen zoals optredend tijdens aardbevingen, gecombineerd met de pneumatisch- hydraulische veer volgens de uitvinding, tezamen een universele aardbevingsbuffer vormend.

Fig. 7 een doorsnedetekening met een helf bovenaanzicht van een hydraulische schok- en trillingsdemper overeenkomstig het Amerikaanse octrooi 4,867,396, waarin het pneumatisch element volgens de vinding is aangebracht.

Fig.6 een doorsnede en eanzichttekening van een autobumper, waarin de pneumatisch- hydraulische schok- en trillingsdemper volgens de uitvinding is toegepast en in dit geval uit drie elementen bestaat.

Fig. 9 een vergroot eanzichtsdetail van de bumperdemper.

Fig. 10 een doorsnede ever de lijn A*A van fig. 9, zijnde een duersdoorsnede over de bumperbu^fer. Hierbij is de rechterkant van de figuur de bovenzijde van de bumper.

Fig. 11 de toepassing wan de drukveer els schok- an tril-lingsdamping voor machines·

Oa pneumatisch- hydraulische vaar volgens da uitvinding is samengesteld uit tuea compartimenten, te ueten:

Can dooavormig vloeistofcompartiment 1, zijnde een ruimte emsloten door een bovenplaat 2, ean hiermede evenwijdig ge-paaitioneerde onderplaat 3 an een in doorsnede toruevermige wand 4, vervaardigd uit vormveranderlijk materiaal en zoda-nig met inlagen versterkt dat de rek bij maximale belasting in radiale richting vrijwel nihil is en in axiale richting zeer gering of nihil. In de ruimte 1 bevindt zich het gescompartiment 5, gevormd door de helle ring 6, welke uit vermveranderlijk materiaal is vervaardigd en zódanig met inlagen versterkt dat de rek, zowel radiaal als axiaal vrijwel nihil is. De holle ring 6 is voorzien van een slang 7, welke door de torusvormige wand 4 gevoerd is en uitmondt in het ventiel Θ. In de onderplaat 3 van het vloeistof- of hydraulisch compartiment, bevindt zich de vulopening 9 voor de vloeistof. In de bovenplaat 2 bevindt zich het ontluchtings-respectivelijk het beluchtingskanaal 10, voorzien van ope-ningen 11, terwijl het kanaal 10 uitmondt in het ventiel 12. Het vullen van de pneumatisch- hydraulische schok- en tril-lingsdemper vindt als volgt plaats:

De ruimte 5 in de holle ring of slang 6, wordt via het ventiel Θ en de slang 7 gevuld met een gas, bij voorkeur een inert gas zoals stikstof, tot een druk dia groter is dan de te verwachten hydraulische druk in rusttoestand in het compartiment 1. Tijdens het vullen van compartiment 5, kan beluchting plaats vinden via de openingen 11 en ventiel 12 van kanaal 10. Vervolgens wordt het compertimont 1 mot vloeistof gevuld vis ventiel 9, waarbij ontluchting kan plaats vinden via de openingen 11, kanaal 10 en ventiel 12. Bij het vullen kan gebruik gemaakt worden van een vaste inhoudavulmaat of een hoeveelheidsmeter, om te voorkomen dat or in gevulde toestand uitstulping van het vloeistofcompartiment 1 plaats vindt. Als vulvloeistof komt vooral gedistilleerd en sntgast water in aanmerking, doch in geen geval een vloeistof die het materiaal van de pneumatisch- hydraulische buffer aan- tast, of aan kookpunt heeft dat niet ruim boven de te ver» wachten, hoogat optredende uerktemperatuur ligt· Voorts zij opgemerkt dat de dimensionerfcng zodanig ia dat de ring 6 in de uerktoestand nimmer druk kan uitoefenen op de binnenzijde van de onderplaat 3 van compartiment 1v zodat onder alle bedrijfsomstandigheden uitsluitend de hydrostatische druk van de vloeistof bepalend is voor de draagkracht.

Fig· 1 toont de veer volgens de uitvinding in de cirkelvormige constructie, in een toestand waarbij nog geen indrukking heeft plaats gevonden, terwijl fig. 2 deze vaar toont na indrukking, waarbij de pneumatische druk exact gelijk is aan de hydraulische druk en deze evenwichtstoestand zal bij elke indrukking existeren, althans indien de span- respective-lijk ontspansnelheid gelijk is aan 0. Indien de bovenplaat 2 en de onderplaat 3 zich ten opzichte van elkaar verplaatsen, zal ét verschildruk zijn tussen de pneumatische druk in compartiment 5 en de hydraulische druk in compartiment 1.

Fig. 2 teont tevens hoe het compartiment 5 als gevolg van de indrukking, uaterleliebladachtig is vervormd. Deze geometrische vorm kan bevorderd worden door ter plaatse van de vervorming, in de richting van de grootste doordieping het materiaal van het gascompartiment een verdunning ie-laten' ondergaan. Dank zij de evenwichtstoestand zal de ring vrijwel spanningsloos vervormd worden, terwijl buigingsvermoeid-heid binnen het beoogde toepassingsgebied geen rol van betekenis speelt.

Fig. 3 toont een detail van ventiel 12.

Fig. 4 toont een toepassingsvoorbeeld van 5 op elkaar gestapelde pneumatisch- hydraulische dempers met cirkelvormige doorsnede, ingeklemd tussen een drukplaat 13 en een reactie-plaat 14.

In fig. 5 is het veerpakket volgens de uitvinding emsloten door een spiraal- drukveer 15. Deze veer is zódanig gedimensioneerd dat bij rustende belasting - dus indien er geen trillingen, schokken of bevingen plaats vinden - slechts een geringe indrukking is gerealiseerd, doch wel voldoende es, indien drukplaat 13 en reactieplaat 14 zich van elkaar ver- wijderen, voldoende aandrukkracht beschikbaar ia om contact-verlies te voorkomen en een voldoende bijdrage te leveren aan de traagheid als toevoeging aan de maeeatraagheid van de constructie waarvoor het veerpakket dient ter ondersteuning. In fig. 6 wordt da poer 16 uolko do meeea M steunt, gedregen door de drukplaat 13 en wordt de reactiekracht via het beschreven veersysteem overgebracht op de reactieplaat 14, uel-ke deel uitnaakt van de eerder genoemde toruebuffer, bekend uit het Amerikaanse ectrooischrift 4,867,398 en de internationale PCT-octrooiaanvraag CP87/00794, welke buffer is getekend met een dunne lijn en als geheel in de figuur is aangeduid met het cijfer 17.

Het zal duidelijk zijn dat de veer volgens de uitvinding een groot schek- en trillingdempend vermogen bezit, terwijl de pneumatische voorinsteldruk voorkomt dat ongewenste vering plaats vindt beneden een bepaalde belasting, bijvoorbeeld de som van de statische belasting van een bouwwerk en de druk-spanning aan lijzijde tijdens zware storm.

Met hst oog op de veiligheid - in het bijzonder voor toepassing in buffers ter bescherming van gebouwen tegen aardbevingen - ia het van groot belang dat - indien één van de tot een veerpakket behorende afzonderlijke pneumatische hydraulische veer ondanks zijn grote sterkte bezwijkt - hst te steunen bouwwerk slechts over een geringe hoogte omlaag zakt en daarbij door de resterende veren in het algemeen voldoende wordt gebufferd. Bij het aanbrengen van de veren wordt veel voordeel ondervonden van het geringe gewicht, omdat pas na het in positie brengen van de veren, het vullen met vloeistof plaats vindt. Door gebruikmsking van moderne recentelijk ontwikkelde zeer sterke vezels voor de inlagen van het rubber, wordt een buitengewoon sterke constructie verkregen. Fig. 7 toont hoe het pneumatisch orgaan is ingebouwd in de -uit het Amerikaans octrooi 4,BB7,398, bekende - torusbuffer. Op deze uijze een bijzondere toepassing illustrerend van de demper velgens de vinding.

De figuren 8, 9 en 10 geven de bijzondere toepassing van de buffer volgens de vinding in autobumpers en fig 11 voor de ephanging van machines, in het bijzonder motoren.

Claims (16)

1. Flexibele pneumatisch- hydraulische schok- en trillings-demper - tevens toepasbaar als drukveer - vervaardigd uit vermveranderli jk materiaal, met het kenmerk dat het doosvormig, van een - in een verticale duersdoor-enede gezien - torusvormige wend voorziene hydraulisch compartiment, uitsluitend functioneert als balastingopnemend orgaan, terwijl het zich binnen het hydraulisch compartiment bevindende - in een verticale deeredoorsnede gezien - in onbelaste toestand ringvormige pneumatische deel functioneert als veerkracht leverend orgaan, tezamen een schok- en tril-lingdsmpend element vormend.

2. Demper volgens conclusie 1,met het kenmerk dat de gasdruk in de holle ring of buis na montage - al dan niet continu - instelbaar is.

3. Demper volgens conclusie 1,met het kenmerk dat meerdere dempers zijn gestapeld en functioneren als een pneumatisch- hydraulisch veerpakket.

4. Demper volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het veerpakket omgeven is door een metallieke spiraal-drukveer.

5. Demper volgens conclusies 3 en 4, met het kenmerk dat het veerpakket wordt gecombineerd met de torusbuffer, bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4,007,398, verleend op 19 december 1909 ten name van Hendrik Lenten, op deze wijze een universele aardbevingsbuffer of algemene buffer vormend, speciaal geschikt voor het compenseren van zware schokken en trillingen. 6* Demper volgens een der conclusies 1 tot en met 5, m e t het kenmerk dat beide schijven of strippen - al dan niet geprofileerd - of een der beide schijven of strippen zijn, respectievelijk is, ve rstijfd met een uit een niet flexibel materiaal vervaardigde cirkelvormige plaat of lini-aire strip of plaat, aan de uiteinden al dan niet voorzien van een straalsgewijze afronding. 7« Demper volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de verstijvingsplaten zijn doorgediept of omgehaald·

8. Demper volgens conclusie 7, met het kenmerk dat één- of meerdere apiraaldrukveren tussen de schijven of strippen zijn gemonteerd aen de binnenzijde, en uel zódanig dat deze spiraal-drukveren innontapannen toestand, het met gas gevulde holle orgaan volkomen ontlasten.

9. Domper volgens conclusie 6 of 7, met het k β n -merk dat spiraal-drukveren aan de buitenzijde van de als veer toegepaste demper geplaatst 2ijn.

10. Demper volgens één der conclusies 1 tot en met 5, m e t het kenmerk dat de al dan niet van een rechtstand voorziene - in een verticale dwarsdoorsnede geziene - torusvormige wand is .gevulcaniseerd aan niet-f laxibele schijven of strippen.

11. Demper volgens één of meerdere van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat meerdere tot een veer-pakket samengestelde veren, ondeeling zijn gescheiden deor een drukluchtveer van een bekend type of bekende constructie.

12. Demper volgens conclusie 1, mee t het kenmerk dat het hydraulisch compartiment geheel of gedeeltelijk gevuld is met een elastische stof, zoals schuimrubber of een andere sponsachtige stof.

13. Demper volgens conclusie 1,met het kenmerk dat het hydraulisch compartiment geheel of ten dele is gevuld met zand, poeder of granulaat.

14. Demper volgens conclusie 6, met het kenmerk dat een voorziening is aangebracht voor concentrische- of liniaire positionering, bijvoorbeeld een richel- en groef-censtructie, zoals toegepast voor apparaat- en leidingflen-zen voor drukvaten en leidingen.

15. Demper volgens één der conclusies 3 en 4, met het kenmerk dat een volgens conclusie 3 samengesteld veerpakket, is voorzien van een rechtgeleiding, die concen-triciteit en evenwijdigheid van de schijven Af strippen bewerkstelligt, echter zonder afbreuk te doen aan het in conclusie 1 vervatte kenmerk, bijvoorbeeld door middel van een verticale, centrale geleidingspen, glijdend in overeenkom- stigo glijbusaen in het hart van da schijven, of ep tuaa of naardere plaatsen in de niet-cirkelvormige boven- of onderplaat of strippen.

16. Denper volgens conclusie 1, m e t het kenmerk dat de vormgeving van het hydraulisch compartiment ontleend is aan de torusbuffer» overeenkomstig de beschrijvingen an tekeningen» vervat in het Amerikaanse octrooischrift 4,807,390, zijnde een universele demper of buffer voor het compenseren van schokken en trillingen in alle richtingen, deor combinatie met de demper volgens de uitvinding of geheel zelfstandig toepasbaar, als een bijzondere uitvoering van de demper volgens^de uitvinding.

17. Demper volgens conclusie 1,met het kenmerk dat de demper uordt toegepast in de bijzondere uitvoering volgens conclusie 16, met het kenmerk dat deze niet-cirkelvormig is uitgevoerd en ingebouud is in autobum-pers of bumpers van botsauto's van da bekende kermisattractie of treinbumpars. 1B. Demper volgens conclusie 16, met het kenmerk dat de torusvormige buffer uordt toegepast voor hot trilüng-vrij ophangen, respectievelijk steunen of ondersteunen van machines en apparaten, in het bijzonder voor automotoren.

19. Demper volgens een de voorgaandexconclusies, met het kenmerk dat de demper is gekenmerkt door zeer geringe afmetingen, voor het amortiseren van trillingen tussen luid-sprekerboxen en de grond en het verkrijgen van een optimale trillingsisolatie ter plaatse van de oplegpunten.