DE2015184C3

DE2015184C3 - ölpneumatischer Stoßdämpfer

Info

Publication number: DE2015184C3
Application number: DE2015184A
Authority: DE
Inventors: J P Fullam
Original assignee: Menasco Aerospace Ltd
Current assignee: Menasco Aerospace Ltd
Priority date: 1969-04-02
Filing date: 1970-03-28
Publication date: 1980-06-04
Also published as: GB1306146A; DE2015184A1; JPS4736559B1; US3578303A; SE362794B; DE2015184B2; FR2042806A5

Description

Die Erfindung betrifft einen ölpneumatischen Stoßdämpfer mit einem Zylinder, in dem sich eine Hochdruckölkammer befindet, wobei im Zylinder ein Hohlkolben gleitbar geführt ist, in welchem sich eine Niederdruckölkammer und eine Luftkammer befinden, mit einem im Hohlkolben zwischen der Niederdruckölkammer und der Luftkammer vorgesehenen Trennkolben, dessen Stirnplatte die Hockdruckölkammer von der Niederdruckölkammer trennt, wobei in der Stirnplatte eine zentrale Öffnung vorgesehen ist, durch welche ein am Boden des Zylinders befestigter Einstellstifit ragt, und mit einem im Hohlkolben vorgesehenen ringförmigen Kolben am oberen Ende eines teleskopierenden Rohres, wodurch die Luftkammer im Hohlkolben eingeteilt wird in eine Hochdruckluftkammer zwischen dem Ringkolben, dem teleskopierenden Rohr und dem Hohlkolben und in eine

ίο Niederdruckluftkammer, die zwischen Trennkolben, Hohlkolben, Ringkolben und dem Innern des teleskopierenden Rohres gebildet ist

Bei dem aus der US-PS 29 59 410 bekannten Stoßdämpfer ist eine Niederdruckölkammer vermittels eines schwimmenden Kolbens abgedichtet, der dem Luftdruck in einer Hauptluftkammer auf seiner gegenüberliegenden Seite ausgesetzt ist Auch ist ein ringförmiger Kolben vorgesehen, der die Hauptluftkammer in eine Hochdruckzone und in eine Niederdruckzone unterteilt, wobei zwischen der Niederdruckölkammer und der Niederdruckzone der Luftkammer ein weiterer Kolben angeordnet ist Der dort vorgesehene massive Einstellstift weist einen verjüngten mittleren Abschnitt auf, wobei zwar verschiedene Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sind, jedoch sind diese Durchmesser abschnittsweise konstant, so daß dieser Stift der bekannten Stoßdän:pferausbildung keine dynamische Regelung der Flüssigkeit ermöglicht

in der US-PS 30 31 181 ist ein Stoßdämpfer beschrieben, bei welchem eine das öl und ein Gas gemeinsam aufnehmende Kammer angeordnet ist, wodurch zunächst die Gefahr einer Durchmischung und Schaumbildung des Öls besteht Hierdurch tritt eine Verschlechterung der stoßdämpfenden Eigenschaften dieses bekannten Stoßdämpfers ein. Außerdem ist ein Einbau des bekannten Stoßdämpfers in umgekehrter Lage zu der dargestellten nicht möglich, weil dann der Stoßdämpfer funktionsunfähig wäre bzw. sich eine andere Dämpfungscharakteristik ergibt Ein weiterer Kolben, der von einer Feder vorgespannt ist, verschließt und öffnet den Durchgang durch einen sich axial in dem Zylinder erstreckenden Stift. Durch dort vorgesehene öffnungen erfolgt bei quasi-stationären Stoßvorgängen stets ein Druckausgleich durch diese öffnungen auf beiden Seiten des Kolbens, so daß sich die Gefahr einer Zerstörung des Hohlkolbens und des Zylinders ergibt, weil ein Druckausgleich über die Zentralöffnung im Hohlkolben nicht schnell genug vonstatten gehen kann.

Bei einem in der FR-PS 8 73 881 beschriebenen Stoßdämpfer ist es bekannt, einen Einstellstift vorzusehen, der über seine Länge eine sich verändernde Querschnittsfläche aufweist. Dieser bekannte Stoßdämpfer ist jedoch nicht dazu geeignet, beispielsweise bei einem Flugzeug während der Landung auftretende hohe Übergangsbelastungen schnell zu dämpfen.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Stoßdämpfer der eingangs umrissenen Art so auszubilden, daß quasi-statische Überdruckerscheinungen und normale Belastungen überlagerte Stoßbeanspruchungen schnell und sicher gedämpft werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einstellstift hohl ist und mit einer öffnung an seinem freien Ende versehen ist, die in die Niederdruckölkammer ragt, daß im Bereich seines freien Endes ein Abschnitt mit kleiner Querschnittsfläche und öffnungen in der Nähe seines Befestigungsendes vorgesehen sind,

daß die Öffnungen des Einstellstiftes in der Nähe seines Befestigungsendes einer Verbindung des Innern des hohlen Einstellstiftes mit der Hochdruckölkammer dienen, daß ein Kolben axial im Be^reich des festen Endes des Einstellstiftes von diesem geführt ist und bis zu einer bestimmten Stoßbelastitng die Verbindung zwischen dem Innern des hohlen Einstellstiftes mit der Hochdruckölkammer unterbricht und sie ab einer bestimmten Stoßbelastung freigibt, daß der Kolben ein Ringkolben ist, der sowohl gegenüber dem Zylinder als auch gegenüber dem Einsteilstift abgedichtet ist und die Hochdruckölkammer von einer Hochdruckluftkammer zwischen Kolben, Zylinder und Einstellstift trennt, und daß der Kolben in Ruhestellung die öffnungen in der Nähe des Befestigungsendes des Einstellstiftes abdeckt

Dabei kann in an sich bekannter Weise der Einstellstift eine über seine Länge sich verändernde Querschnittsfläche aufweisen derart daß am Anschluß an die nach dem kleinen Querschnitt im Bereich des freien Endes des Einstellstiftes vorgesehene vergrößerte Querschnittsfläche ein sich dann allmählich verjüngender Abschnitt anschließt

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann der Ringkolben voll von dem Druck in der Hochdruckölkammer beaufschlagt werden und entsprechend schnell und sicher reagieren. Durch das Zusammenwirken des Ringkolbens und den Öffnungen am Befestigungsende des Einstellstiftes wird ein Ventil zur Dämpfung von hohen quasi-statischen Drücken und dynamischen Stoßbelastungen gebildet Dabei dient die Hochdruck- jo luftkammer bzw. die Luftfeder der Einstellung der Ansprechung des Ventiles. Die Trennung von der ölkammer durch den Ringkolben verhindert eine nachteilige Vermischung von Öl und Luft und dient somit der Sicherung einer einwandfreien Funktion des J5 Stoßdämpfers. Die Stoßdämpferlage ist darüberhinaus wählbar. Durch Trennung der ölkammer in eine Hochdruckölkammer und eine Niederdruckölkammer wird im wesentlichen das Dämpfungsverhalten des Stoßdämpfers erreicht. -to

Der Ringkolben wirkt somit als Überdruckventil, das durch einen hohen Luftdruck in der geschlossenen Lage gehalten wird, wobei der Druck je nach Wunsch auf die zu kompensierenden verschiedenen Belastungsbedingungen oder auf Luftverluste einstellbar ist. Der Vorteil der Verwendung einer solchen pneumatischen Feder in dem Stoßdämpfer ist niedrige Trägheit und Gewicht so daß der erfindungsgemäße Stoßdämpfer insbesondere für Flugzeuge geeignet ist

Aus der US-PS 30 31 181 ist es an sich bekannt, den Einstellstift hohl auszubilden und mit einer öffnung an seinem freien Ende zu versehen, die in die Niederdruckölkammer ragt wobei im Bereich seines freien Endes ein Abschnitt mit kleiner Querschnittsfläche vorgesehen ist Die Öffnungen in der Nähe des Befestigungsendes und die Wirkung dieser öffnungen zusammen mit einem Kolben, der axial von dem Einstellstift geführt ist und bis zu einer bestimmten Stoßbelastung die Verbindung zwischen dem Inneren des Einstellstiftes mit der Hockdruckölkammer unterbricht und sie ab einer bestimmten Stoßbelastn _t ii ergibt, ist ebenfalls aus dieser Voi-veröffentlichung bekannt

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Stoßdämpfer in ausgedehnten! Zustand,

Fig.2 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 1, jedoch mit zusammengefahrenem Stoßdämpfer,

Fig.3 eine graphische Darstellung, in welcher die statischen und dynamischen Eigenschaften des Stoßdämpfers wiedergegeben sind.

In F i g. 1 ist ein ölpneumatischer Stoßdämpfer gezeigt der zwischen der gefederten und ungefederten Masse eines Fahrzeugs, insbesondere zwischen dem Fahrgestell und dem Rumpf eines Flugzeugs angeordnet ist

Der Stoßdämpfer besteht aus einem Zylinder 10, der an seinem oberen Ende durch den Boden 11 verschlossen ist Ein hohler Einstellstift 20 ist zentrisch an dem Boden 11 angeordnet und ist an seinem freien Ende mit einer Öffnung 21 versehen, die in eine Niederdruckölkammer 45 in dem Zylinder 10 ragt Ein schwimmend gelagerter Ringkolben 30 bildet mit dem Zylinder 10, dem Boden 11 und dem Einstellstift 20 eine Luftkammer 31. Die Luftkammer 31 kann auch als Luftfeder bezeichnet werden. Der Ringkolben 30 liegt normalerweise auf einem Flansch 22 des Einstellstiftes 20, wobei die Innenfläche des Ringkolbens 30 Öffnungen 23 in der Wand des Einstellstiftes 20 abdeckt Die Öffnungen 23 sind so groß wie möglich ausgebildet um ein sehr schnelles Ableiten oder Oberführen von Flüssigkeit zu ermöglichen, öffnungen 24 sind in der Seitenwand des Einstellstiftes 20 in der Nähe seines offenen Endes gebildet

Ein axial beweglicher zylindrischer Hohlkolben 40 ist in dem Zylinder 10 gelagert Sein oberes Ende ist durch eine Stirnplatte 41 verschlossen, die Öffnungen 42 aufweist. Eine zentrale öffnung 43 in der Stirnplatte 41 gestattet den Durchgang des Einstellstiftes 20. Das untere Ende des Einstellstiftes 20 endet in einem ringförmigen Flansch 25.

Ein zweiter schwimmend gelagerter Trennkolben 50, der axial im Hohlkolben 40 bewegbar ist, bildet mit dem Zylinder 10, dem Ringkolben 30, dem Einstellstift 20 und dem Hohlkolben 40 eine Kammer, die eine hydraulische Flüssigkeit wie beispielsweise öl enthält Die Stirnplatte 41 trennt diese Kammer in eine Hochdruckölkammer 44 und Niederdruckölkammer 45, die miteinander verbunden sind.

Das untere Ende des Hohlkolbens 40 ist durch eine Bodenplatte 46 verschlossen. Das innere Teil 61 eines teleskopierenden Rohres 60 ist zentrisch auf der Bodenplatte 46 befestigt. Das äußere Teil 62 des Rohres teleskopiert auf dem inneren Teil 61 und erstreckt sich aufwärts. Sich gegenseitig erfassende Flansche 63 und 64 wirken als Anschläge und verhindern ein Lösen des Teiles 62 von dem Teil 61.

An dem oberen Ende des Teiles 62 ist ein ringförmiger Kolben 65 befestigt, der sich axial auf der Innenfläche 47 des Hohlkolbens 40 bewegt Auf diese Weise werden zwei getrennte Luftkammern gebildet Die Niederdruckluftkammer 66 wird von dem teleskopierenden Rohr 60, dem Trennkolben 50, dem ringförmigen Kolben 65 und dem Hohlkolben 40 begrenzt und die Hochdruckluftkammer 67 von dem Rohr 60, der Bodenplatte 46, dem Hohlkolben 40 und dem ringförmigen Kolben 65.

Im Betrieb ist die Niederdruckluftkammer 66 mit Luft unter einem Druck gefüllt, der in Bezug auf den Druck in der Luftkammer 67 niedrig ist. Beispielsweise kann in der Niederdruckluftkammer 66 ein Druck von etwa 10,5 kg/cm² herrschen, während der Druck in der Hochdruckluftkammer 67 bei etwa 85 kg/cm² liegt Beide Kammern werden über nicht gezeigte Ventile mit Luft gefüllt Die Hochdruckluftkammer 31 ist mit Luft

hohen Druckes, beispielsweise etwa 112 kg/cm², über ein Luftfüllventil 12 gefüllt. Ein Manometer 13 ist ebenfalls vorgesehen, öl wird den ölkammern 44 und 45 über den hohlen Einstellstift 20 und den Füllstopfen 14 in der Bodenplatte 11 zugeführt.

Die Form des Einstellstiftes 20 ist so gewählt, daß sich die gewünschte Dämpfungscharakteristik ergibt, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Der Einstellslift weist eine über seine Länge sich verändernde Querschnittsfläche auf, wobei im Anschluß an die nach dem kleinen Querschnitt 29" im Bereich des freien Endes des EinsteHstiftes 20 vorgesehene vergrößerte Querschnittsfläche 29' ein sich dann allmählich verjüngender Abschnitt 29 anschließt.

Eine Aufhängeöse 71 ist vorgesehen, um den Stoßdämpfer mit den Rädern des Flugzeuges zu verbinden. Die Aufgängeösen 72 und 73 dienen der Befestigung des Stoßdämpfers am Rumpf des Flugzeuges.

Beim Landen des Flugzeuges wird eine Last auf das Teil 71 übertragen, wodurch sich der Hohlkolben 40 teleskopartig in den Zylinder 10 bewegt, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist. Die Stirnplatte 41, die am Hohlkolben 40 befestigt ist, bewegt sich ebenfalls in den Zylinder 10, so daß eine Erhöhung des Öldruckes in der Hochdruckölkammer 44 eintritt Die Flüssigkeit aus der Hochdruckölkammer 44 fließt durch die öffnungen 42 und durch die öffnung 43 des EinsteHstiftes 22 in die Niederdruckölkammer 45. Dieser gedrosselte Ölstrom durch die öffnungen und an dem Einstellstift vorbei bewirkt die Dämpfung.

Wenn das öl aus der Hochdruckölkammer 44 in die Niederdruckölkammer 45 fließt, wirkt der steigende Druck in der Kammer 45 gegen Trennkolben 50. Dieser wiederum komprimiert die Luft in der Niederdruckluftkammer 66 und wird zurückgedrückt

Wenn die Luft in der Niederdruckluftkammer 66 so verdichtet ist, daß entweder der Druck in der Niederdruckluftkammer 66 dem Druck in der Hochdruckluftkammer 67 entspricht oder der Trennkolben 50 an dem ringförmigen Kolben 65 zum Stillstand kommt, bewirkt eine weitere Druckerhöhung in der Niederdruckölkammer eine Abwärtsbewegung des ringförmigen Kolbens 65 und damit eine Verkleinerung der Hochdruckluftkammer 67 und damit dort eine weitere Druckerhöhung der Luft.

Der normale Arbeitsablauf des Stoßdämpfers ist graphisch in Fig.3 gezeigt Während der sehr langsamen statischen Belastung zieht sich der Stoßdämpfer entsprechend der Kurve AB'C zusammen. Diese statische Dämpfung wird erreicht durch die Energiespeicherung in den Luftkammem 66 und 67 und ist in der US-PS 29 59 410 beschrieben. Die dynamische Antwort des Stoßdämpfers gemäß der Erfindung ist aber ganz verschieden von der Antwort unter statischen Belastungsbedingungen. Zunächst wird durch die Erzeugung von Wärme bei der dynamischen Arbeitsweise pro Hub mehr Belastung absorbiert Mithin ist die Funktion der Luftfedern der Luftkammern 66 und 67 durch eine Distanz AS' verschoben, und die Dämpfung folgt der Kurve ABC Der kleine Zuwachs des Hubes AS ist vorgesehen, um zu verhindern, daß die Kolben in der Luftkammer gegen den Boden laufen. Auch durch den schnellen Durchstrom der Flüssigkeit durch die öffnungen 42 und durch das Ventil mit dem Einstellstift 20 und der Öffnung 43 ergibt sich ein zusätzlicher Dämpfungseffekt, der in der graphischen Darstellung schraffiert oberhalb der Kurve ABC gezeigt ist. Die Gestalt dieser Fläche verändert sich mit der Gestalt des EinsteHstiftes, und die optimale Ausgestaltung wird eine

ίο gerade Linie liefern, wie sie bei D angedeutet ist.

Wenn das Fahrwerk eine rauhe Fläche, beispielsweise eine Vertiefung in der Landebahn berührt, kann eine scharfe, plötzlich auftretende Belastung vorhanden sein, wie sie bei X oder V in F i g. 3 gezeigt ist Wenn nur ein kleiner Teil des Hubes verwendet wird, wie beispielsweise bei λ', liegt diese vorübergehende Belastung innerhalb der Kapazität der Vorrichtung und wird absorbiert Der Grund dafür ist, daß die Luftfedern der Kammern 66 und 67 nicht vollständig komprimiert sind und der kleinste Durchmesser 29" des EinsteHstiftes 20 sich in der Öffnung 43 befindet Damit kann ein sehr schneller Übergang von ö! aus der Hochdruckölkammer 44 in die Niederdruckölkammer 45 stattfinden. Wenn die vorübergehende Last dann auftritt wenn mehr des verfügbaren Hubes verwandt worden ist, beispielsweise bei Y, kann der Stoßdämpfer diese vorübergehende Belastung nicht mehr absorbieren. Ohne zusätzliche Dämpfungsmittel wird die Last auf die ungefederte Masse oder auf den Rumpf des Flugzeuges übertragen.

Das von dem Ringkolben 30 gebildete Überlastungsoder Überdruckventil, die Hochdruckluftkammer 31 und die öffnungen 23 verhüten wirksam die Übertragung dieser vorübergehenden Belastung auf den Rumpf des Flugzeuges. Wenn eine vorübergehende Belastung auf die Stirnplatte 41 durch den Hohlkolben 40 und das Teil 71 übertragen wird, steigt der Druck in der Hochdruckölkammer 44 scharf an. Abhängig von der Stellung des EinsteHstiftes 20 in der Öffnung 43 und von der Größe der vorübergehenden Belastung kann die Strömungsgeschwindigkeit des öles durch die öffnung 43 bemessen werden. Dieser gleiche scharfe Druckanstieg in der Hochdruckölkammer 44 wirkt dabei auch auf den Ringkolben 30, der im wesentlichen dieselbe

Oberfläche dem öl ausgesetzt hat wie die Stirnplatte 41. Der Druck in der Hochdruckölkammer 44 wirkt auf den Ringkolben 30 und bewirkt eine Erhöhung des Luftdruckes, gibt die großen Öffnungen 23 frei und läßt Öl unter hohem Druck durch die öffnung 21 des Einstellstiftes 20 in die Niederdruckölkammer 45 fließen. Die Belastung wird also durch zwei zusätzliche Mittel absorbiert: Durch die Dämpfung oder direkte Federwirkung des Ringkolbens 30, der sich gegen die Luft in der Hochdruckluftkammer 31 bewegt, und durch die Dämpfung aufgrund der schnellen Abführung von Hochdrucköl durch die Öffnungen 23. Dies ist die Wirkung, durch die eine Übertragung hoher vorübergehender Belastungen auf den Flugzeugrumpf verhindert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ölpneumatischer Stoßdämpfer mit einem Zylinder, in dem sich eine Hochdruckölkammer befindet, wobei im Zylinder ein Hohlkolben gleitbar geführt ist, in welchem sich eine Niederdruckölkammer und eine Luftkammer befinden, mit einem im Hohlkolben zwischen der Niederdruckölkammer und der Luftkammer vorgesehenen Trennkolben, dessen Stirnplatte die Hochdruckölkammer von der Niederdruckölkammer trennt, wobei in der Stirnplatte eine zentrale öffnung vorgesehen ist, durch weiche ein am Boden des Zylinders befestigter Einstellstift ragt, und mit einem im Hohlkolben vorgesehenen ringförmigen Kolben am oberen Ende eines teleskopierenden Rohres, wodurch die Luftkammer im Hohlkolben eingeteilt wird in eine Hochdruckluftkammer zwischen dem Ringkolben, dem teleskopierenden Rohr und dem Hohlkolben und in eine Niederdruckluftkammer, die zwischen Trennkolben, Hohlkolben, Ringkolben und dem Innern des teleskopierenden Rohres gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellstift (20) hohl ist und mit einer Öffnung (21) an seinem freien Ende versehen ist, die in die Niederdruckölkammer (45) ragt, daß im Bereich seines freien Endes ein Abschnitt (29") mit kleiner Querschnittsfläche und Öffnungen (23) in der Nähe seines Befestigungsendes vorgesehen sind, daß die öffnungen (23) des Einstellstiftes (20) in der Nähe seines Befestigungsendes einer Verbindung des Innern des hohlen Einstellstiftes (20) mit der Hochdruckölkammer (45) dienen, daß ein Kolben (30) axial im Bereich des festen Endes des Einstellstiftes (20) von diesem geführt ist und bis zu einer bestimmten Stoßbelastung die Verbindung zwischen dem Innern des hohlen Einstellstiftes (20) mit der Hochdruckölkammer (44) unterbricht und sie ab einer bestimmten Stoßbeiastung freigibt, daß der Kolben ein Ringkolben (30) ist der sowohl gegenüber dem Zylinder (10) als auch gegenüber dem Einstellstift (20) abgedichtet ist und die Hochdruckölkammer von einer Hochdruckluftkammer zwischen Kolben (30), Zylinder (10) und Einstellstift (20) trennt, und daß der Kolben (30) in Ruhestellung die Öffnungen (23) in der Nähe des Befestigungsendes des Einstellstiftes abdeckt.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Einstellstift (20) eine über seine Länge sich verändernde Querschnittsfläche aufweist derart, daß im Anschluß an die nach dem kleinen Querschnitt (29") im Bereich des freien Endes des Einstellstiftes (20) vorgesehene vergrößerte Querschnittsfläche ein sich dann allmählich verjüngender Abschnitt (29) anschließt.