DE1149581B - Fluessigkeitsfeder mit einem fluessigkeitsgefuellten Zylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsfeder mit einem flüssigkeitsgefüllten Zylinder, der mit dem einen der beiden abzufedernden Teile verbunden ist und in den ein Kolben einfährt.

Die hier in Vorschlag gebrachte neuartige Flüssigkeitsfeder findet insbesondere Anwendung bei der Abfederung der Landegestelle von Flugzeugen sowie der Abfederung von Kraftfahrzeugen. In dieser Flüssigkeitsfeder findet eine kompressive Flüssigkeit Anwendung.

Es sind bisher verschiedene Flüssigkeitsfedern bekanntgeworden, die eine Hochdruckkammer und eine Niederdruckkammer aufweisen, die beide mit Flüssigkeit gefüllt sind und in denen ein Kolben verschiebbar angeordnet ist.

Gegenüber dieser bekannten Ausführungsform ist die neuartige Flüssigkeitsfeder dadurch gekennzeichnet, daß der in den flüssigkeitsgefüllten Zylinder einfahrende Kolben hohl ist und in seinem Inneren eine zweite Flüssigkeitsfeder enthält, die mittels eines zweiten Kolbens komprimiert ist, der mit dem anderen abzufedernden Teil verbunden ist.

Weitere erfindungsgemäße Kennzeichen bestehen darin, daß die untere Arbeitskammer der zweiten Flüssigkeitsfeder durch eine Verlängerung des Zylinders der ersten Flüssigkeitsfeder begrenzt wird sowie durch einen Boden am Ende der Zylinderverlängerung und durch einen mit Außendichtungen versehenen Flansch am unteren Ende des hohlen Kolbens.

Die neuartige Flüssigkeitsfeder zeigt weitere Merkmale dahingehend, daß der zweite Kolben am Außenumfang mit Durchlässen für die Flüssigkeit versehen ist und eine im Durchmesser kleinere Kolbenstange vorgesehen ist sowie der Raum zwischen dem Flansch des hohlen Kolbens und dem Boden der ersten Flüssigkeitsfeder mit Druckluft gefüllt ist.

Bei Flugzeugen und Kraftfahrzeugen sind bisher Ölstoßdämpfer in Anwendung gebracht worden, bei denen ein Öl ein Gas zusammendrückt, und durch eine Öffnung Öl zur Stoßdämpfung abgegeben wird. Bei Flugzeugen sind derartige Ölstoßdämpfer in einigen Fällen durch eine wirksamere Flüssigkeitsfeder ersetzt worden, die eine kombinierte Flüssigkeitsfeder mit Stoßdämpfer aufweist, wobei die gesamte Flüssigkeit in der Flüssigkeitsfeder zum Stoßdämpfen durch eine Öffnung gedrückt wird.

Der hydropneumatische Ölstoßdämpfer weist ein schlankes und teleskopartig ineinander verschiebliches röhrenförmiges Bauteil auf. Dieser Ölstoßdämpfer hat auf Grund seines Luftkopfes kleine Federkonstanten und zeigt ein hydraulisches Dämpfen übermäßiger Einfederung oder übermäßigen Rück-Flüssigkeitsfeder
mit einem flüssigkeitsgefüllten Zylinder

Anmelder:

Paul Hollis Taylor,
North Tonawanda, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin 33, Herbertstr. 22,
und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Patentanwälte

Paul Hollis Taylor, North Tonawanda, N. Y.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

pralls. Zu den Nachteilen eines derartigen Ölstoßdämpfers gehören Veränderungen der Federkonstanten auf Grund eines Vermischens von Öl und Luft, hohe Vorbelastungen, ziemlich großes Gewicht und Reibungsdämpfung. Auf Grund eines Gasaustritts müssen derartige Stoßdämpfer sehr oft gewartet werden. Diese Stoßdämpfer sind durch Flüssigkeitsfedern bei einer Reihe von Flugzeugen ersetzt worden, da derartige Flüssigkeitsfedern bei gleichem Gewicht und gleicher Raumbeanspruchung einen höheren Wirkungsgrad bei großen Federkonstanten für eine gegebene Energieabsorption zeigen. Bei Flüssigkeitsfedern müssen jedoch Federkonstanten von über 360 kg/cm Durchfederung angewandt werden.

Kleinere Flugzeuge und Kraftfahrzeuge bedürfen im allgemeinen nur einer maximalen statischen Belastung von 340 kg pro Rad und etwa der fünffachen Schwerkraft oder 1700 kg bei einer Durchfederung von etwa 13 cm, wodurch sich eine Federkonstante von nur 130 kg/cm ergibt. Flüssigkeitsfedern können in derartigen Flugzeugen oder Fahrzeugen nur durch eine erhebliche Übersetzung oder Vergrößerung der Durchfederung der Federn angewandt werden, so daß die entsprechenden Bauelemente massiv ausgeführt sein müssen. Insbesondere ist eine derartige Übersetzung mittels Hebelanordnung zu beanstanden, da hierdurch eine Vergrößerung des Gewichtes, Raumbedarf und Kosten erfolgen und die Anordnung

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sich weiterhin schwer befestigen, entfernen und unterbringen läßt. Weiterhin kann eine mit mechanischen Hebeln arbeitende Übersetzung nicht austauschbar mit vorhandenen hydropneuniatischen Ölstoßdämpfern oder Aufhängungssystemen von Fahrzeugen angewandt werden, da hierbei unterschiedliche Bedingungen bezüglich der Befestigung und Unterbringung vorliegen. Das Vergrößern der Innendämpfung der Feder bedingt eine Erhöhung des Innendruckes in einer bereits stark belasteten Federanordnung.

Alle derzeitig bekannten Flüssigkeitsfedern sind kritisch bezüglich der Temperaturanforderungen, wie sie bei Flugzeugen auftreten, und zwar im Temperaturbereich von — 54 bis + 74° C, sowie der Temperaturunterschiede, die bei Kraftfahrzeugen auftreten. Diese Temperaturunterschiede führen zu einem Zusammenziehen oder Ausdehnen der Flüssigkeiten in der Feder, wodurch die Länge der Feder verändert wird. Hierdurch ergeben sich entsprechend vergrößerte Veränderungen in dem Hub. Bei kombinierten Flüssigkeitsfeder-Dämpfungsanordnungen ergeben sich Schwierigkeiten beim Anwenden der wirksameren stark kompressiven Flüssigkeiten, da bei dem Zusammendrücken einer Flüssigkeit deren Viskosität erhöht wird, wodurch die Öffnungscharakteristiken und der Dämpfungseffekt schwanken. Die kompressiven Flüssigkeiten sind außerordentlich leicht, und dieser Effekt ist bei stark kompressiven Flüssigkeiten wesentlich größer, und dies trifft ebenfalls für diejenigen Flüssigkeiten zu, die unter Druck eine Strukturänderung erleiden oder in feste Stoffe übergeführt werden können. Auf Grund der in Anwendung kommenden hohen Drücke in der Flüssigkeitsfeder sind die Kolbenflächen und Pleuel mit sehr kleinem Durchmesser ausgeführt, und jede Bewegung in der Größenordnung von mehr als etwa 2,5 cm bedingt, daß die Säulenlänge des Kolbens kritisch ist. Deshalb müssen die derzeitigen Flüssigkeitsfedern als ein Kompromiß zwischen Flüssigkeitsfedern hohen Wirkungsgrades bezüglich der Federkonstante unter kurzem Arbeitshub und langhubigen Anordnungen kleiner Federkonstante betrachtet werden. Selbst bei kurzen Säulen führt die Durchfederung der Kolben in dem stark belasteten Kolbenpleuel zu Undichtigkeiten in der bogenförmigen, nicht elastischen Abdichtung der Hochdruckkammer. Weitere Schwierigkeiten sind bei der Hochdruckabdichtung zu erwarten, da dieselbe Umweltseinflüssen, wie der Einwirkung von schleifendem Staub u. dgl., unterworfen ist. Da ein Kompromiß dahingehend bei dieser Anordnung vorliegt, daß lange Hubwege in Anwendung kommen, hat die Abdichtung nur kurze Lebenszeit, da dieselbe proportional dem linearen Abdichtungsweg ist.

Kurze Bewegungsstrecken sind somit zweckmäßig, um eine lange Lebensdauer zu erzielen. Weiterhin wird die Reibung der Dichtung bei Zunahme des Innendruckes erhöht, und bei einer Kompromißlösung unter Anwendung einer Hebelanordnung müssen die Drücke höher sein, so daß eine Zunahme der Dichtungsreibung und Reibungsdämpfung erfolgt. Die Hebelanordnung in einem Fahrzeug bedingt, daß die Feder in der Nähe der Mittellinie des Fahrzeugs zu liegen kommt, wodurch das Rollmoment des Fahrzeugs vergrößert wird, und die kurzhubige Dämpfung bedingt einen Wärmeaufbau und eine nicht vorausbestimmbare Arbeitsleistung der Feder. Bekannte derartige Flüssigkeitsfedern und Aufhängungssysteme sind mit dem Nachteil behaftet, daß dieselben nicht zwischen einem Fallen in ein Loch, h. h. Wegfallen des Rades von dem Chassis, und einem Rückprallen des Chassis von dem Rad unterscheiden können. In dem ersten Fall ist ein Dämpfen nicht erwünscht, während dies bei dem zweiten Fall erwünscht ist.

Diese arteigenen Schwierigkeiten, die mit den derzeitigen Flüssigkeitsfedern oder anderen Aufhängungso systemen verbunden sind, sind bei Flugzeugen trotz der relativ kurzzeitigen Anwendung einer derartigen Anordnung bei Flugzeugen kritisch. Die gleichen Überlegungen treffen auf Landfahrzeuge zu.

Beim Gegenstand der Erfindung werden diese mit den bekannten Flüssigkeitsfedern verbundenen Nachteile überwunden und wird eine Feder geschaffen, die bei kleinstem Platzbedarf zwei hintereinandergeschaltete Flüssigkeitsfedern enthält.

Die neuartige Flüssigkeitsfeder wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch die Flüssigkeitsfeder;

Fig. 2 ist ein waagerechter Schnitt durch die Feder; Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch die Feder ähnlich demjenigen nach Fig. 1, wobei hier der zweite Kolben in der eingefahrenen Lage gezeigt ist; Fig. 4 zeigt Federkennlinien;
Fig. 5 bis 11 zeigen schaubildlich die verschiedenen Bedingungen und die relativen Lagen der Federanordnung unter diesen Bedingungen; Fig. 5 zeigt die Feder im unbelasteten Zustand; Fig. 6 zeigt die Feder unter der statischen Belastung des abzufedernden Flugzeugs oder Kraftfahrzeugs;

Fig. 7 zeigt die Feder, die durch eine kleine Straßenunebenheit beaufschlagt wird;

Fig. 8 zeigt die Feder unter einer langsam beaufschlagten maximalen Belastung;

Fig. 9 zeigt die Feder, die nach einer schnellen Stoßbelastung wieder in ihre ursprüngliche Lage zurückkehrt;

Fig. 10 zeigt die Wirkung eines schnellen Zurückspringens auf die Feder;

Fig. 11 zeigt die Feder bei dem Durchfahren eines Straßenlochs;

Fig. 12 ist ein Schnitt durch einen abgewandelten Kolbenkopf mit einem Dämpfungsventil; Fig. 13 ist eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 12.

Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Flüssigkeitsfeder 20, die bei 29 an dem einen abzufedernden Teil und bei 69 an dem Rad eines Flugzeugs oder Kraftfahrzeugs befestigt wird, das hierdurch abgefedert wird. Durch diese Feder werden die bereits bekannten hydropneumatischen Ölstoßdämpfer oder lange weiche Fahrzeugfedern ersetzt. Die Feder kann somit benachbart zu einem Fahrzeugrad angeordnet werden, wodurch die Rollwirkung vermindert wird. Es sind eine Hochdruckstufe 30 und eine Niederdruckstufe 40 vorgesehen. Die Hochdruckstufe 30 besteht aus einer Hochdruckkammer 31 in dem Zylinder 21, der eine kompressive Flüssigkeit 32, wie z. B. Dimethylsiloxan, enthält, das bei einem Druck von 1400 kg/cm² eine Volumenveränderung von 5,5% zeigt. Weiterhin liegt in der Hochdruckstufe ein Hochdruckkolben 33 vor. Der Hochdruckkolben 33 bildet einen Teil eines kappenförmigen Gliedes 50,

das eine Außenwand 51 und eine Bohrung 52 zur Aufnahme und zum Führen des Kolbens 61 aufweist. Der Flansch 54 und die Dichtung 55 des Gliedes 50 begrenzen die durch die Bohrung 52 gebildete Niederdruckkammer 40, in der eine kompressive Flüssigkeit 41 vorliegt, die bei einem maximalen Druck in der Niederdruckstufe von 280 kg/cm² sich um etwa 3% ihres Volumens zusammendrücken läßt. Die Kammer 40 unterteilt sich in die Kammer 40 a über und die Kammer 40 b unter dem Kolben 61. Die Kammern 40 stehen im wesentlichen unter dem Druck der Kolbenstange 60, die mittels der Dichtungen 63 und 64 abgedichtet ist. Die Verschlußkappen 27 und 24 des Zylinders halten zusammen mit dem Führungsstöpsel 22 und den Dichtungen 28 und 23 die kompressive Flüssigkeit in den Kammern 30 bzw. 40 eingeschlossen. Der Boden 25 mit Dichtung 26 bildet das andere Ende der Hochdruckkammer 30 und die Führung für den Kolben 51.

Im Prinzip besteht die neuartige Flüssigkeitsfeder aus einer Hochdruckfeder, die in der Kammer 30 die kompressive Flüssigkeit 32 enthält, sowie dem Kolben 33, der diese Flüssigkeit unter Druck setzt.

Ein kleiner Kolben 61 wirkt über die kompressive Flüssigkeit 41 gegen den Flansch 54 des Kolbens 33. Auf Grund der Durchlässe 62 in dem Kolben 61 ergibt sich eine Stoßdämpfung. Der Hochdruckkolben 33 wird durch den Boden 25, die Dichtung 26 und den Flansch 54 geführt, und auf Grund des kurzen Hubes ergibt sich eine lange Lebensdauer der Abdichtung sowie kein Auftreten seitlicher Belastungen auf das zähe, harte und wenig elastische Abdichtungsmaterial.

Eine Kammer 70 wird durch den Boden 25 und den Flansch 54 gebildet, die mittels des Rohrs 81 von einer Druckquelle, wie den hydraulischen Luftsystemen des Motors, aus unter Druck gesetzt werden kann, wodurch dem Flansch 54 ein zusätzlicher Druck zum Kompensieren unterschiedlicher Gewichte vermittelt wird, wodurch sich gleichmäßige Fahreigenschaften ergeben. Da die Kolbenstange 60 in entsprechender Weise gedrungen ausgeführt werden kann, kann die Feder leicht gegen vorhandene Federn ausgetauscht werden.

An Hand der Fig. 5 bis 11 wird die Verhaltensweise der neuartigen Flüssigkeitsfeder unter den üblicherweise auftretenden Fahrbedingungen erläutert. Die Fig. 5 zeigt die Lage der Bauelemente, wie sie in der Fig. 1 gezeigt sind, d. h., die Feder steht nicht unter Belastung und entspricht somit einem Zustand, wenn das Fahrzeug aufgebockt oder die Feder nicht eingebaut ist. Die Fig. 6 zeigt die Feder unter einer normalen statischen Belastung, wie es das Gewicht des Flugzeugs oder Kraftfahrzeugs darstellt, wobei durch die kleinen χ angezeigt wird, daß die Flüssigkeit sich bereits im beginnenden Zustand des Zusammendrückens befindet, wie es dem Punkt P der Kennlinien nach Fig. 4 entspricht. Die Feder 20 kann auf den Punkt P mittels des von außen der Kammer 70 in der oben beschriebenen Weise beaufschlagten Druckes eingestellt werden.

Die Fig. 20 zeigt die Wirkung von kleineren Stoßen, die durch Straßenunebenheiten bewirkt werden, wobei die Flüssigkeit 32 nicht, jedoch die Flüssigkeit 41 zusammengedrückt wird, die die Bewegung aufnimmt, wobei gegebenenfalls eine Stoßdämpfung mittels der Durchlässe 62 des Kolbens 61 erfolgt.

Die Fig. 8 zeigt einen Zustand, wie er ebenfalls in den Fig. 3 und 4 durch die Kurve a₂ wiedergegeben ist. In diesem Zustand ist die Flüssigkeit 32 vollständig zusammengedrückt, und die weitere Bewegung führt sodann zu den hohen Federkonstanten der Linie ög nach Fig. 4, wobei nun die geringfügige Kompressibilität der Flüssigkeit nach deren Volumenverringerung zu einer starken Stoßdämpfung führt.
Die Fig. 9 zeigt eine mit hoher Geschwindigkeit

ίο erfolgte Stoßbelastung, wobei nur eine geringfügige Dämpfung auf Grund der Volumenverringerung der Flüssigkeit auf Grund der Durchlässe 62 des Kolbens 61 erfolgt, so daß der Kammer 40 a hohe Drücke vermittelt werden. Hierdurch wird der Druck direkt auf den Hochdruckkolben 33 und die Flüssigkeit 32 übertragen, wodurch der Stoßwiderstand sehr stark vergrößert wird. Dieser Vorgang ist durch die Kurve C₁ in der Fig. 4 wiedergegeben. Eine dazwischenliegende Stoßbelastung entsprechender Geschwindigkeit würde zu der Kurve ^₁ nach der Fig. 4 führen.

Die Fig. 10 zeigt das schnelle Zurückspringen aus der Lage nach Fig. 9, wobei der in der Kammer 40 b vorliegende Druck plötzlich erhöht wird, so daß der Druck plötzlich auf die Flüssigkeit 32 durch den Flansch 54 wirkt. Hierdurch ergibt sich eine entsprechende prozentual größere Volumenverringerung der Flüssigkeit 32, wodurch der Rückprall aufgenommen wird, und zwar entsprechend der Kurve c_i der Fig. 4.

Da die Zeitspanne der Volumenveränderung direkt derjenigen der Druckbeaufschlagung proportional ist, ergibt sich eine Volumenveränderung in dem gleichen Maß, wie der Druck wirkt. Gegenüber einer einfach wirkenden Feder führt dies nun zu einer doppelten Stoßdämpfung, wie durch die Kurven b_v a₄ in der Fig. 4 gezeigt.

Die Fig. 11 zeigt einen Zustand, der dann auftritt, wenn das Rad des abzufedernden Fahrzeugs in ein Straßenloch fällt. Da die hierbei auftretenden Druckbedingungen nicht zu einer Volumenveränderung der Flüssigkeit führen, kann sich das Rad leicht und schnell nach außen bewegen. Es ergibt sich somit, daß die erfindungsgemäße Flüssigkeitsfeder den Unterschied zwischen einem schnellen Zurückfedern aus einem zusammengedrückten Zustand und einem Fallen in ein Straßenloch unterscheiden kann.

In dem letzteren Fall wird eine gewisse Bewegung des Flansches 54 nach oben eintreten, wodurch sich auf Grund der im Zusammenhang mit der Fig. 10 erläuterten Überlegungen ein geringer Stoßwiderstand auf die nach außen gerichtete Bewegung ergibt, und es erfolgt schließlich ein Anschlagen gegen den Nylonblock 64.

Die Fig. 12 zeigt einen abgewandelten Kolbenkopf 161, der ein einstellbares Ventil 162 für die Steuerung eines konstanten nebengeleiteten Flüssigkeitsfiusses aufweist. Entsprechend der Einstellung der Einstellschraube 166 verschließt das Klappenventil 163 teilweise den Kanal 164, wenn die Kolbenstange 60 einfährt, das Klappenventil verschließt den Kanal 165 vollständig bei dem Zughub, so daß nur das einen konstanten Fluß abgebende Ventil 162 arbeitet.

In der Niederdruckkammer 40 kann ein Silikon

oder ein Fluorkohlenwasserstoff Anwendung finden, der bei einem Druck von 280 kg/cm² eine Volumenveränderung von 3¹Vo erfährt, wobei auf Grund dieses Druckes nur eine geringfügige Viskositätsveränderung eintritt. Es stehen verschiedene Viskositäten der-

artiger Produkte zur Verfügung und können in der Kammer 40 in Abhängigkeit von der gewünschten Dämpfung angewandt werden. Die Flüssigkeiten können zwecks Anpassen auf verschiedene Fahrzeuggewichte oder bei Auftreten von extremen Temperaturwerten ausgewechselt werden.

Die veränderlichen Federkonstanten und die absorbierte Energie für gegebene Wege und Geschwindigkeiten der Kolbenstange 60 sind in der Fig. 4 gezeigt, die Kennlinien für die Belastung von 700 kg/cm² pro Rad eines durchschnittlichen Jagdflugzeugs oder Lastwagens zeigt. Die physikalischen Eigenschaften dieser Flüssigkeitsfeder können für verschiedene Gewichte und Bedingungen geändert werden, indem die Flüssigkeiten in entsprechender Weise ausgetauscht werden.

Die Flüssigkeitsfeder kann auch der Anwendung bei Werkzeugmaschinen leicht angepaßt werden, bei denen Federn mit längeren Wegen notwendig sind.

Claims (4)

20 PATENTANSPRÜCHE:

1. Flüssigkeitsfeder mit einem flüssigkeitsgefüllten Zylinder, der mit dem einen der abzufedernden Teile verbunden ist, in den ein Kolben einfährt, dadurch gekennzeichnet, daß der KoI-ben (51) hohl ist und in seinem Inneren eine zweite Flüssigkeitsfeder (41) enthält, die durch einen zweiten Kolben (60, 61) beaufschlagt ist, der mit dem anderen abzufedernden Teil verbunden ist.

%l.) Flüssigkeitsfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Arbeitskammer (40) der zweiten Flüssigkeitsfeder (41) begrenzt ist durch eine Verlängerung des Zylinders (21) der ersten Feder (30), durch einen Boden (22) am Ende der Verlängerung und einen mit Außendichtung (55) versehenen Flansch (54) am unteren Ende des Hohlkolbens (51).

3. Flüssigkeitsfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (61) am Außenumfang mit Durchlässen (62) für die Flüssigkeit versehen ist und in eine im Durchmesser kleinere Kolbenstange (60) eingreift.

4. Flüssigkeitsfeder nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (70) zwischen dem Flansch (54) des hohlen Kolbens (51) und dem Boden (25) der ersten Flüssigkeitsfeder (30) mit Druckluft gefüllt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 005 268;
britische Patentschrift Nr. 629 565;
USA.-Patentschrift Nr. 2 460 116.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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