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Hydropneumatischer Stoßdämpfer Zusatz zum Patent 1012 379 Die
Erfindung betrifft die Weiterbildung eines hydropneumatischen Stoßdämpfers mit einem
Kolben, der den Zylinder in zwei miteinander verbundene Arbeitsräume unterteilt,
wobei Hilfskolben kleineren Durchmessers vorgesehen sind, die an den Mantelflächen
sich nach den Stirnflächen hin verbreiternde Kanäle aufweisen und die an dein Enden
der Kolbenbewegung in Kammern eintauchen, die mit dem als Ausgleichsraum dienenden
Behälter und über Kanäle und ein Drosselventil in Verbindung stehen, nach Patent
1012 779.
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Bei einem derartigen Stoßdämpfer können Zylinder mit Kolben, Drosselventil
und Flüssigkeitsbehälter, welcher mit einer bestimmten, in ihrem Druck regel-1:aren
Luftmenge überlagert ist, an verschiedenen Stellen des Fahrzeuges angeordnet sein..
Diese Teile sind durch ein Leitungsnetz miteinander verbunden.
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Die Weiterbildung besteht in einer besonderen Ausbildung des Stoßdämpfers,
bei welcher die verschiedenen Teile in einer einzigen Einheit angeordnet sind, wobei
ein zusätzlicher Luftbehälter verwendet werden oder auch ganz entfallen kann. Dies
wird dadurch erreicht, daß die Kolbenstange mit dem unteren 11ilfskolben in an sich
bekannter Weise hohl ist und als Ausgleichsraum für die Flüssigkeit dient und da.ß
der obere Hilfskolben durch einen ringförmigen Fortsatz einer Ko@lt>enstangenfü
hrungshülse am Zylinderende, die Kammer durch einen an der Kolbenoberseite vorgesehenen,
von der Kolbenstangenaußenfläche begrenzten Ringraum gebildet ist.
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Die Zusammenfassung nach der Weiterbildung hat unter anderem den Vorteil,
daß sie wirtschaftlicher ist und dem Einzelsystem eine bestimmte Selbständigkeit
verleiht. Dieser hydrapneumatische Federstoßdämpfer kann in Verbindung mit einer
gebräuchlichen Feder angewandt werden, welche ihm bzw. welcher ihr eine Zusatzelastizität
verleiht, wobei der Stoßdämpfer zugleich das Ausgleichsorgan für Überbelastung darstellt,
da er für diese Funktion besonders geeignet ist.
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Im Falle der alleinigen Anwendung ohne Zusatz zu einer gewöhnlichen
Feder hat die Vorrichtung gleichzeitig die drei Funktionen Federung, Stoßdämpfung
und Überbelastungsausgleich auszuüben.
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An Hand der Zeichnungen soll der Gegenstand der Erfindung an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt im senkrechten Schnitt den Gesamtaufbau eines Stoßdämpfers
in seiner mittleren Gleichgewichtsstellung ohne Überbelastung; Fig. 2 zeigt den
senkrechten Schnitt einer ähnlichen Vorrichtung, jedoch in Endstellung und weiterhin
zur Zusammenarbeit mit einem Hilfsbehälter ausgebildet.
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Der Zylinder 1, dessen Querschnitt entsprechend den im Inneren auftretenden
Drücken berechnet ist, ist an seinen Enden durch zwei Schraubstopfen 2 und 3 verschlossen,
welche zwei Abdichtungen 4 und 5 in Form von Dichtringen aus plastischem Material
oder Gummi aufweisen.
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Der untere Stopfen 3 weist innen eine Kammer 3 a auf.
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Die Stopfen 2 und 3 können mit lochartigen Vertiefungen 9 zum Auf-
und Abschrauben mit Hilfe eines Gabelsteckschlüssels versehen sein. Der untere Stopfen
3 ist mit einem äußeren Augenansatz 3 b versehen, in welchem zwei Metallbuchsen
6 und 8 mit Zwischenverbindung 7 aus Gummi angeordnet sind. Die Bohrung der
Buchse 6 dient zur Aufnahme eines nicht dargestellten Balzens zur Befestigung an
einem nicht starr mit dem Fahrzeug verbundenen Teil, beispielsweise an der Achse
eines Rades.
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Die hohle Kolbenstange 10 trägt an ihrem unteren Ende den Kolben 10a,
dessen äußerer Durchmesser dem Innendurchmesser des Zylinders 1 entspricht und welcher
eine Dichtungsgarnitur 11 mit Ringrillen für eine leichtere Schmierung aufweist.
Der Kolben 10a bildet mit seinem oberen Teil einen von der Kolbensta.ngenaußenfläche
begrenzten Ringraum 10 b.
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Der Kolben ist durch ein hohles Kopfstück 12 abgeschlossen, welches
in beliebiger Weise, beispiels,-weise durch Gewinde, mit ihm verbunden ist. Der
Durchmesser und die Höhe der herausragenden Teile des Kopfstückes 12 sind derart,
daß es sich fast vollständig in die Kammer 3 a des unteren Schraub, stopfens 3 einführen
läßt und den unteren Hilfskolben
12a bildet, wie aus Fig.2 zu ersehen
ist. Man kann natürlich auch den Kolben 10a und das Kopfstück 12 mit dem Hilfskolben
12a aus einem einzigen Stück herstellen und das Ganze auf der hohlen Kolbenstange
10 befestigen.
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Wie ersichtlich, weist der Kolben 10a eine Reihe von strahlenartig
angeordneten Kanälen 13 auf, die von dem Inneren des Kolbens in den Ringraum
10b
einmünden.
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Zwischen dem unteren äußeren, und den oberen inneren Teil des Kopfstückes
12 sind zwei Verbindungssysteme angeordnet; einmal sind strahlenartig angeordnete
Kanäle 14 vorgesehen, welche von einer elastischen Membran 25 verschlossen gehalten
sind, und weiterhin eine zentrale kalibrierte Mündung 15a in dem Teil 15, welches
in den Boden des Kopfstückes 12 eingesetzt ist und gleichzeitig die Membran 25 hält.
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Das Kopfstück 12 weist weiterhin an seinem den Hilfskolben 12a bildenden
Teil Rinnen 26 von nach unten sich vergrößerndem Querschnitt auf, so daß beim Eindringen
des Hilfskolbens 12a in die Kammer 3a die eingeschlossene Flüssigkeit durch Kanäle
entweicht, deren Querschnitt sich entsprechend dem Hub des Hilfskolbens 12a verringert.
Man erhält so einen Endanschlag von sich steigerndem Widerstand und von hoher Wirksamkeit.
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Die hohle Kolbenstange 10 gleitet mit ihrem oberen Teil in
einer Stopfbuchse 17, welche durch die abgesetzte Kolbenstangenführungshülse 16
gehalten wird. Diese Kolbenstangenführungshülse 16 hat einen ringförmigen Fortsatz
16e zum Eingreifen in den Ringraum lob bei einem größten Hub des Kolbens 10a. Dies
ist erforderlich, damit bei Bewegung der Auflagefläche des Kolbens 10a gegen die
entsprechende Stirnfläche 30 der Führungshülse 16 im Endteil des größten Hubes kein
Verschluß des Kanals 16a erfolgt, sondern vielmehr eine ständige Verbindung mit
dem Ölinhalt über die Kanäle 13 am Boden des Ringraumes 10b, in welche der
ringförmige Fortsatz 16e der Führungshülse 16 eingreift, aufrechterhalten
wird.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind in der Führungshülse 16
Kanäle 16a, 16b, 16c und 16d vorgesehen, die dazu dienen, die Dichtungsgarnitur
unter Druck gegen die gleitende Kolbenstange 10 zur Vermeidung von Undichtigkeiten
zu halten. Wie fernerhin ersichtlich, ist der Kanal 16a praktisch parallel zur Hauptachse
in dem ringförmigen Fortsatz 16e der Kolbenstangenführungshülse 16 angebracht. Der
ringförmige Fortsatz 16e weist am Umfang Längsrinnen 27 auf, die den Rinnen des
Hilfskolbens 12a entsprechen.
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Die hohle Kolbenstange 10 ist an ihrem oberen Teil 10d mittels der
Verschraubung 19, welche eine Ringdichtung 20 aufweist, verschlossen. Die Verschraubung
19 setzt sich entweder nach oben in ein Anschlußstück 21 (Fig. 2), welches die Verbindung
mit einem nicht dargestellten zusätzlichen Luftbehälter über eine Leitung ermöglicht,
oder in ein Ventil 23 (Fig. 1) fort, welches ein Aufpumpen des Inneren der Einrichtung
ermöglicht. Das Ventil ist durch eine Verschraubung 28 und Dichtungsscheiben 29
gehalten. In diesem Fall dient ein Kugelventil 31 zur zusätzlichem Abdichtung und
Unterstützung des Ventils 23. Die Kolbenstange 10 soll über die Verschraubung 19
in Verbindung mit dem Wagenkasten des abzufedernden Fahrzeuges stehen, beispielsweise
durch einen nicht dargestellten Tragarm, der auf der Schulter 19a mittels zweier
Schellenteile befestigt wird.
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Im Inneren der hohlen Kolbenstange 10 befindet sich ein Schwimmer
18, welcher mit leichter Reibung in demselben gleitet. Er weist Anschläge 18a auf
und ist durch eine Aushöhlung 18 b entlastet.
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Während die Teile 1 und 10 vorzugsweise aus sehr widerstandsfähigem
Metall hergestellt werden, kann der Schwimmer 18 aus einem Material von geringerer
Dichte als diejenige des Öls, z. B. aus künstlichem Kautschuk, aus Plastik oder
aus Holz bestehen. Er hat keine Öffnung für den Durchgang des Öls und dient zur
Trennung der beiden Mittel Flüssigkeit und Gas und damit zur Vermeidung jeglicher
schädlichen Emulgierung.
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Die Zwischenräume zwischen den Zylinder 1 und der Kolbenstange 10
und Kolben 10a sowie auch das Innere der Kolbenstange 10 bis zum Schwimmer
18
und der untere Teil des Zylinderraumes 1 unter dem Kopfstück 12 sind vollständig
mit einer Flüssigkeit, wie Öl oder Silikon, gefüllt, deren Eigenschaften einer guten
Stoßdämpfung entsprechen. und die sich nicht unter dem Einfluß der Temperatur, des
Druckes, der Feuchtigkeit und von chemischen Mitteln ändern.
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Die Anordnung arbeitet wie folgt: Sobald der Kolben 10a seine Zwischenstellung
in der Nähe der dargestellten Lage der Fig. 1, welche man durch Aufpumpen auf einen
entsprechenden Druck im Hohlkörper 10 eingestellt hat, beispielsweise infolge eines
Stoßes von oben verläßt, nähert er sich dem Boden bzw. dem Schraubstopfen 3. Hierbei
wird die Flüssigkeit durch die kalibrierte Öffnung 15 gedrückt und kann nicht durch
die Kanäle 14 verlaufen, da diese durch den von der Flüssigkeit ausgeübten Druck
von unten nach oben auf die Membran 25 verschlossen sind. Die Flüssigkeit verläuft
somit ganz durch die kalibrierte Öffnung 15 a mit stark beschränkter Durchflußmenge.
Die Einrichtung übt jetzt die Funktion eines Stoßdämpfers aus. Die Flüssigkeit kann
dann unter Durchtritt durch die Kanäle 13 den Zwischenraum zwischen der Kolb-ensta.nge
10 und dem Zylinder 1 ausfüllen. Hieraus würde sich ergeben, daß unter Wirkung des
Stoßes eine einfache Bewegung der Flüssigkeit ohne Änderung des Niveaus oder der
Stellung des Schwimmers 18 erfolgt.
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Aber die durch den Ringquerschnitt der Kolbenstange 10 verdrängte
Flüssigkeit muß in derem Innerem Platz finden. Es ergibt sich, wenn die entsprechenden
Querschnitte der Wandung und der Höhlung der Kolbenstange 10 z. B. im Verhältnis
2 zu 1 stehen, daß jeder Zentimeter des Absteigens der Kolbenstange 10 im Verhältnis
zu dem Zylinder 1 zu einem relativen Steigen des Schwimmers 18 im Innern der Kolbenstange
10 um 5 mm führt.
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Die oberhalb des Schwimmers 18 befindliche Luft wird dabei in dem
entsprechenden Verhältnis komprimiert. Die Wirkung einer bestimmte Verschiebung
der Kolbenstange 10 wirkt sich um so mehr auf den Druck aus, je geringer die Kapazität
eines etwa vorgesehenen äußeren Luftbehälters im Verhältnis zum Raum der Kolbenstange
10 oberhalb des Schwimmers 18 ist. Wenn daher der Behälter weggelassen ist, wie
dies bei Fig. 1 der Fall ist, wird die Wirkung um so größer sein.
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Der Flüssigkeitsdruck vermehrt sich nach einer Hyperbelfunktion der
Relativverlagerung der Kolbenstange 10 gegen den Boden. Die Einrichtung hat also
die Eigenschaften einer Feder mit veränderlicher Kennlinie.
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Wenn der Kolben 10a bei seinem Verlauf sich dem Boden nähert, greift
der Hilfskolben 12a des Kopfstückes 12 in die Kammer 3 a ein. Zu der Anfangsdämpfung,
hervorgerufen durch die Reibung der Flüssigkeit in der Öffnung 15 und in den Kanälen
13,
tritt nunmehr die Wirkung der Flüssigkeit hinzu, welche zwischen
dem Absatz 10c des Kolbens und der Stirnfläche 5 b der Verschraubung eingeschlossen.
ist. Die Flüssigkeit hat als Ausgänge nur die Rinnen. 26
in dem Kopfstück
12 mit sich verringerndem Querschnitt in Hubrichtung. Durch die Zahl und;
den Querschnitt der Rinnen 26 ist also die Endbremsung regelbar, und auf diese Weise
kann ein starker Stoß der Kolbenstange 10 gegen die Stirnfläche
5 b mit den, sich daraus ergebenden Nachteilen vermieden werden.
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Wenn die Wirkung der Überbelastung durch einen Stoß (Erhöhung, Bordkante)
aufhört, nimmt der Stoßdämpfer unter normaler Belastung seine Anfangsstellung wieder
ein, und zwar unter Wirkung der komprimierten Luft zwischen den Teilen 18 und 19.
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In diesem Augenblick ist der Durchtritt des. Öls infolge der Durchbiegung
der elastischen Membran 25 erleichtert, da hierbei die Kanäle 14 geöffnet
werden. Die Dämpfungswirkung ist jetzt geringer und die Rücklaufgeschwindigkeit
in die Mittellage größer.
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Wenn dagegen unter Wirkung einer starken Entlastung, z. B. durch in
eine Rinne schlagendes Rad, der Stoßdämpfer derart ausfährt, da,ß der Kolben 10a
sich der Führungshülse 16 nähert, ist am oberen Punkt ein ähnliches Bremssystem
wie am unteren Totpunkt vorgesehen.
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Die Flüssigkeit wird zwischen der Fläche 30 der Führungshülse
16 und der oberen Stirnfläche des Kolbens 10a im Ringraum 10b komprimiert
und hat als Durchlaß nur die Rinnen 27 in dem Ringfortsatz der Hülse 16.
Auf diese Weise ist jeder starke Stoß der Teile 10a und 16 aufeinander vermieden.
An dem oberen Hubende ist das aufgehängte Rad stark abgebremst und hat nur noch
einen sehr schwachen Aufschlagstoß auf den Boden der die Störung verursachenden
Rinne.