DE2356186A1

DE2356186A1 - Hydropneumatische vorrichtung zum energieverzehr

Info

Publication number: DE2356186A1
Application number: DE2356186A
Authority: DE
Inventors: Lamar Lafayette Kerr; James Mitchell Pees; Robert James Riner
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1972-11-24
Filing date: 1973-11-07
Publication date: 1974-05-30
Also published as: IT996480B; AU473028B2; FR2208072B1; JPS4981777A; AU6202573A; JPS5642781B2; US3820772A; DE2356186C2; GB1435616A; FR2208072A1

Description

-7. Nov. 1973

W/Vh-2997 General Motors Corporation, D e t r ο i t, Mich,, V.St.A.

Hydropneumatische Vorrichtung zum Energieverzehr

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydro-

pneumatische Vorrichtung zum Energieverzehr mit einem äusseren und einem inneren Zylinder, die teleskopartig zueinander bewegbar sind, und mit einem mit dem äusseren Zylinder verbundenen Zumeßstift, der mit einer Öffnung in einer Stirnwand des inneren Zylinders zusammenarbeitend eine Drosselstelle zwischen zwei mit Flüssigkeit gefüllten Kammern bildet, durch die bei Aufnähme einer Zusammenstosskraft unter teleskopischem Verkürzen der Vorrichtung Flüssigkeit verlagert wird.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise

durch die US-PS 3 700 273 bekannt. Bei dieser ist eine Druckgas enthaltende Kammer vorgesehen, die nach Beenden der Zusammen-

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stosskraft das Längen der Vorrichtung unter Rükverlagerung der Flüssigkeit zwischen den Kammern bewirkt.

Es besteht hierbei die Möglichkeit, dass die Rückbewegung der Vorrichtung zu schnell erfolgt, wodurch die gespeicherte Energie in schädlicher Weise Einflüsse ausüben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, dass bei dem Längen der Vorrichtung ein unerwünschtes zu schnelles Längen der Vorrichtung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemass dadurch gelöst, dass eine Ventilscheibe aus einem biegungsfähigen Werkstoff mit einer dem Durchmesser des Zumeßstiftes entsprechenden zentralen Öffnung versehen an dem inneren Zylinder festgelegt, auf der einen Seite durch den Druck in der ersten Kammer beaufschlagbar und mit dem sich durch die Öffnung erstreckenden Zumeßstift in abdichtender Anlage ist und beim teleskopartigen Verkürzen der Vorrichtung durch den Druck in der ersten Kammer vom Zumeßstift abgehoben den ungehinderten Durchstrom der Flüssigkeit durch die Drosselstelle gestattet und beim teleskopfartigen Längen der Vorrichtung unter dichtender Anlage gegen den Zunfßstift durch in der Ventilscheibe vorgesehene mit der ersten Drosselstelle in Verbindung stehende, Öffnungen eine zweite Drosselstelle bildet, die eine verringerte Geschwindigkeit der Teleskopbewegung bedingt. Auf diese Weise wird

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die Geschwindigkeit bei der Längung der Vorrichtung auf einen schädliche Einflüsse verhindernden Wert begrenzt. Ferner ergibt sich eine wirtschaftliche Herstellung und eine leichte Montage, die eine günstige Massenfertigung ohne Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Teils eines^ Kraftfahrzeugrahmens mit Vorrichtungen zur Energieverzehr nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Energieverzehr nach der Linie 2-2 in Fig, I,

Fig. 3 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. mit der Vorrichtung in der "verkürzten Stellung _r

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 3 mit der Vorrichtung in der gestreckten Stellung, Fig. 5 eine vergrösserte perspektivische Darstellung der Ventilscheibe und

Fig. 6 eine vergrösserte perspektivische Darstellung einer abgewandelten Bauform der Ventilscheibe*

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In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeugrahmen 10 dargestellt, der zwei Längsträger 12 und 14 und einen seine vorderen Enden miteinander verbindenden Querträger 16 enthält. Eine Stoßauffangeinrichtung 18 mit einer Stoßstange 20 ist mit dem Rahmen über zwei einander gleiche Vorrichtungen 22 zum Energieverzehr nach der Erfindung verbunden. Jede Vorrichtung 22 ist zwischen einem vorderen Winkel 24 und einem hinteren Winkel 26 angeordnet mit diesen verbunden. Erfindungsgemässe Vorrichtungen können auch bei anderen Kraftfahrzeugen mit zu einer Einheit vereinigtem Rahmen und Fahrzeugaufbau Verwendung finden.

Jede Vorrichtung 22 zum Energieverzehr besteht aus einem äusseren Zylinder 28 und einem inneren Zylinder 30, die teleskopartig zueinander beweglich sind. Das vordere Ende des inneren Zylinders 30 ist über ein Anschlußstück 32 mit der Stoßstange 20 verbunden. Eine an der Stoßstange 20 wirksam werdende Zusammens to sskraft wird über die Vorrichtungen 22 auf den Fahrzeugrahmen übertragen, wobei sich die Vorrichtungen 22 teleskopartig verkürzen und hierbei kinetische Energie gedämpft oder verzehrt wird.

Der äussere Zylinder 28 hat einen Mantel 34,

an dem nahe seinem vorderen Ende ein Flansch 36 angeschweisst ist, über den die Verbindung mit dem Winkel 24 am Rahmen 10 erfolgt. In diesem Bereich hat der Mantel 34 einen Teil 37 _;

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vergrösserten Durchmessers, der mit dem Teil kleineren Durchmessers durch einen kegelstumpfmanteiförmigen Teil 38 verbunden isto Auf der anderen Seite ist ein ähnlicher kegelstumpfmanteiförmiger Teil 40 vorgesehen, der als Anschlag dient. Die. rechte Stirnseite des Mantels 34 ist durch einen angeschweissten Deckel 42 verschlossen, der an seiner Innenseite zentral einen Zumeßstift 44 trägt, während auf der Aussenseite ein · Gewindezapfen 46 vorgesehen ist, der durch ein Loch im Winkel 26 tretend der Befestigung dient_o Auf den Gewindezapfen kann eine Mutter aufgeschraubt werden.

Wie die Fig. 2 bis 4 zeigen_? hat der innere Zylinder 30 einen Mantel 48, dessen rechte Stirnseite durch eine Stirnwand 50 verschlossen isto Die Stirnwand 50 hat eine zentrale Öffnung 52 _p in der radial verschieblich ein ringförmiger Ventileinsatz 54 angeordnet ist, der mit dem Zumeßstift 44 zusammenarbeitend eine ringförmige erste Drosselstelle 56 veränderlichen Querschnitts bestimmt_β In dem Mantel 48 gleitet ein Kolben 58, der gegen den Mantel durch einen 0~Ring 60 o.dgl« abgedichtet ist» Die Stirnwand 50 begrenzt mit dem Mantel 34 und dem Deckel 42 des äusseren Zylinders eine erste Kammer 62, während der Kolben 58 zusammen mit der Stirnwand 50 und dem Mantel 48 des inneren Zylinders eine zweite Kammer 62 begrenzt. Ferner ist durch den Kolben.58, den" Mantel 48 des inneren Zylinders sowie einen dessen linke Stirnseite verschliessenden

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Bügel 64 eine Gaskammer 68 begrenzt ₉ die mit einem Druckgas gefüllt ist. Mit dem Mantel 48 des Inneren Zylinders ist ein Anschlagring 70 beispielsweise durch Schwelssen starr verbunden, der einen erhöhten Bund hat, der einen Lagerring 72 aus Nylon hält. Der Anschlagring hat ferner eine kegelstumpfmantelförmige Anschlagfläche 74„ Der Mantel 48 des Inneren Zylinders ist von einem O-Ring 76 umgeben, der gegen den Lagerring 72 anliegt. Ferner ist ein Lagerring 78 an dar Stirnwand 50 gehalten, der gegen den Mantel 54 des äusseren Zylinders abdichtet, so dass der innere Zylinder als Kolben im äusseren Zylinder arbeitete

Die beiden Kammern 62 wma 66 sind völlig mit einer unzusammendrückbaren Flüssigkeit, beispielsweise üblicher hydraulischer Flüssigkeit;, gefüllt _s während in die Gaskammer 68 durch eine Öffnung 80 in dem Bügel 64 ein Bruekgas eingefüllt wird, die danach durch eine eingeschweissts lüagel BS, "/erschlossen wird,» (Fig. 2).

Die Gaskräfte drücken den Kolben 58 nach rechts, so dass Flüssigkeit aus der zweiten KamasF 66 durch die erste Drosselstelle 56 in die erste Kammer 62 verlagert wird_? wobei die Vorrichtung ihre maximale Längs annimmt (Fig. 2). Diese Bewegung wird durch Anfahren der Anschlagfläche 74 gegen den Teil 40 des äusseren Zylinders begrenzt«, Bei Übertragung von Zusammenstosskräften von der.Stoßstange 20 bewirken diese über den Bügel 64 eine Rechtsbewegung des inneren Zylinders ₉ wodurch

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ein Verkürzen der Vorrichtung eintritt, beider Flüssigkeit aus der ersten Kammer 62 durch die erste Drosselstelle 56 zur zweiten Kammer 66 verlagert wird. Beim Verkürzen der Vorrichtung tritt der Zumeßstift 44 weiter durch die erste Drosselstelle 56 und verringert infolge seiner verjüngten Ausbildung den Querschnitt dieser Drosselstelle, so dass eine erste Energieverzehr eintritt_o Durch die Verlagerung der Flüssigkeit erhöht sich das Volumen der zweiten Kammer 66, so dass der Kolben 58 nach links bewegt eine Druckerhöhung in der Gaskammer 68 bewirkt_o Nach Beenden der Zusammenstosskraft wirkt dieses verdichtete Gas als Feder/ die die Rückbewegung der Vorrichtung in die gestreckte Lage bewirkt.

Wie die Fig. 2 bis 5 zeigen, enthält die Vorrichtung 22 eine Ventilanordnung _s um den Rückstrom der Flüssigkeit aus der zweiten Kammer 66 zur ersten Kammer 62 zu beeinflussen, und zwar in dem Sinne_P dass die Geschwindigkeit der Telekopbewegung verringert wird« Die Ventilanordnung besteht aus einer kreisförmigen Ventilscheibe 84 und einer ringförmigen Gegenplatte 86. Die Ventilscheibe 84 besteht aus einem v.erhältnismässig steifen, aber doch biegungsfähigen Werkstoff, beispielsweise Polyurethan, und enthält zwei diametral zueinander liegende Öffnungen 88, die eine zweite Drosselstelle bilden, und eine zentrale Öffnung 90, die von einer im wesentlichen

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kegelstumpfmanteiförmigen Lippe 92* auf der der zweiten Kammer zugewandten Seite der Ventilscheibe umgeben ist. Diese Lippe hat eine kegelstumpfmantelförmige innere Fläche 94. Der Aussendurchmesser der Ventilscheibe 84 ist etwas kleiner als der Durchmesser des Mantels 48, während der Aussendurchmesser der Gegenplatte 86 im wesentlichen dem Durchmesser des Mantels 48 gleich ist, so dass die Gegenplatte zwischen der Stirnwand 50 und dem Rand des Mantels 48 fest eingeklemmt werden kann. Die Gegenplatte hält die Ventilscheibe 84 in der zweiten Kammer 66, wobei ihre zentrale Öffnung 90 im wesentlichen ausgerichtet zur Öffnung 52 im Ventileinsatz 54 liegt.

Wie die Fig. 2, 3 und 5 zeigen, spannt die Gegenplatte 86 nur den äusseren Rand der Ventilscheibe 84 fest, so dass der zentrale Teil rings um die die Lippe 92 frei liegt. Befindet sich die Vorrichtung in der gestreckten Lage, so hat die erste Drosselstelle 56 ihren maximalen Durchströmquerschnitt und die rechts liegende Fläche 96 der Ventilscheibe 84 ist dem Druck der Flüssigkeit der ersten Kammer 62 ausgesetzt. Die linke Fläche 98 der Ventilscheibe 84 ist dem Druck in der zweiten Kammer 66 ausgesetzt. Die Öffnungen 88, die beiderseits der Lippe 92 in der Ventilscheibe 84 vorgesehen sind, befinden sich im Bereich einer kreisförmigen Aussparung 100 in der Stirnwand 50,. durch die eine Verbindung der eine zweite Drosselstelle darstellenden EZXMKK Öffnungen 88 mit der

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ersten Drosselstelle 56 rund um die Kante des Ventileinsatzes 54 besteht. Um diese Verbindung zu gewährleisten, kann die Kante des Ventileinsatzes 54 gekerbt oder in anderer Weise ausgespart werden.

Bei gestreckter Lage der Vorrichtung (Fig. 2) herrscht gleicher Druck in beiden Kammern 62 und 66, so dass die Ventilscheibe 84 ihre ebene Gestalt annimmt, da sie die Neigung hat, ihre bei der Herstellung erteilte Form beizubehalten. Bei der Aufnahm-e einer Zusammenstosskraft von der Stoßstange 20 steigt der Druck in der ersten Kammer 62 schnell an, so dass ein Abstrom der Flüssigkeit durch die erste Drosselstelle 56 zur zweiten Kammer 66 beginnt. Gleichzeitig dringt der Zumeßstift 44 fortschreitend tiefer in die Öffnung im Ventileinsatz 54 ein.. Da die nachgiebige Ventilscheibe 84 dem Druck in der ersten Kammer ausgesetzt ist, wird der nicht eingespannte zentrale Teil nach links abgebogen (Fig. 3)> wodurch die zentrale Öffnung 90 in der Ventilscheibe vergrössert wird und somit ein ungedrosselter Durchfluss zur zweiten Kammer 66 eintritt. Das Verkürzen der Vorrichtung 22 erfolgt .somit in der normalen energieverzehrenden Weise.

Endet die Zusammenstosskraft, so drückt der Druck des Gases in der Gaskammer 68 den Kolben 58 nach rechts, wodurch ein Druckanstieg in der zweiten Kammer 66 bewirkt wird. Die

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Flüssigkeit sucht aus der zweiten Kammer zii/ischen · der Lippe 92 der Ventilscheibe 84 und dem Zumeßstift 44 zur ersten Drosselstelle 56 und damit zur ersten Kammer 62 zu gelangen„ Der Druck in der zweiten Kammer 66 wirkt auch auf die linke Fläche 98 der Ventilscheibe und die Aussenflache der Lippe 92, so dass die Ventilscheibe in ihre normale Lage zurückgedrückt wird, in der die Fläche 94 dtr Lippe abdichtend gegen den Zumeßstift 44 anliegt. Die Flüssigkeit kann damit nicht unmittelbar zur ersten Drosselstelle 56 gelangen, wird vielmehr über die durch die Öffnungen 88 in der Ventilscheibe gebildete zweite Drosselstelle geleitet. Diese Öffnungen 88 sind so bemessen, dass zwischen den beiden Kammern ein Druckgefülle entsteht, durch das die Geschwindigkeit der Teleskopbewegung beim Längen der Vorrichtung verringert wird. Die durch die Öffnungen 88 strömende Flüssigkeit fliesst über die Aussparungen 100, um die Kanten des Ventileinsatzes 54 zur ersten Drosselstelle 56 und gelangt auf diesem Wege in die erste Kammer 62. Hierbei tritt in der ersten Drosselstelle 56 im wesentlichen kein Druckabfall ein, so dass diese praktisch unwirksam ist. Gleichzeitig wird aber auch der Zumeßstift 44 aus der Öffnung 90 der Ventilscheibe 84 zurückgezogen, bis die Vorrichtung in ihre gestreckte Lage zurückgekehrt ist. Während des Zurückziehens des Zumeßstiftes 44 bleibt die unter dem Druck der

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Flüssigkeit stehende biegsame Ventilscheibe in dauernder dichter Anlage gegen den Zume8stift₉ \tfodureh der alleinige Abstrom der Flüssigkeit über die zweite Drosselstelle gewährleistet ist.

Fig.. 6 zeigt eine abgewandelte Form einer

Ventilscheibe 102₉ die als ebene Ringscheibe ausgebildet ist und eine zentrale Öffnung 104 und zwei diametral einander gegenüberliegende Öffnungen 106 enthält, welch letztere die zweite Drosselstelle bilden_o Die Ventilscheibe 102 besteht aus einem steifen, jedoch biegungsfähigen Werkstoff, beispielsweise Polyurethan, und ist mit der Stirnwand 50 des inneren Zylinders in der gleichen Weise wie die Ventilscheibe 84 befestigt. Unterschiedlich ist, dass die Ventilscheibe 102 keine Lippe aufweist. Die zentrale Öffnung 104 ist jedoch von kleinerem Durchmesser als die zentrale Öffnung 90 der Ventilscheibe so dass,sobald der Zumeßstif/t 44 im Bereich der zentralen Öffnung 104 ist, ein dichter Abschluss erfolgt.

Arbeitsmässig; wirkt die Ventilscheibe 102 nahezu ebenso wie die Ventilscheibe 84. Beim teleskopartigen Kürzen der Vorrichtung lenkt der Druck der Flüssigkeit die Ventilscheibe 102 ab, so dass die dichtende Anlage gegen den Zumessstift 44 verhindert ist und ein im wesentlichen ungedrosselter Strom der Flüssigkeit zur zweiten Kammer 66 erfolgte Endet

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die Zusammenstosskraft, so bewirkt der Druck in der zweiten Kammer 66 ein Zurückbewegen der Ventilscheibe 102 in ihre normale ebene Gestalt, in der eine dichte Anlage gegen den Zumeßstift erfolgt, so dass die gesamte Flüssigkeit über die zweite Drosselstelle, die durch die Öffnungen 106 gebildet wird, gezwungen wird. Vie bei der Ventilscheibe 84, wird die dichtende Anlage gegen den Zumeßstift 44 im wesentlichen während des gesamten Längens der Vorrichtung aufrechterhalten,

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Claims

-13-Patentanspr üche:

Iy Hydropneumatische Vorrichtung zum Energieverzehr mit einem äusseren und einem inneren Zylinder, die teleskopartig zueinander bewegbar sind, und mit einem mit dem äusseren Zylinder verbundenen Zumeßstift, der mit einer Öffnung in einer Stirnwand des inneren Zylinders zusammenarbeitend ' eine Drosselstelle zwischen zwei mit Flüssigkeit gefüllten Kammern bildet, durch die bei Aufnahme einer Zusammenstosskraft unter teleskopischem Verkürzen der Vorrichtung Flüssigkeit verlagert wird, dadurch' gekennzeichnet, dass eine Ventilscheibe (84;102) aus einem biegungsfähigen Werkstoff mit einer dem Querschnitt des Zumeßstiftes (44) entsprechenden zentralen Öffnung (90;104) versehen an dem

(96) inneren Zylinder (30) festgelegt, auf der einen Seite/durch den Druck in der ersten Kammer (62) beaufschlagbar und mit dem sich durch die Öffnung erstreckenden Zumeßstift in abdichtender Anlage ist, und beim teleskopartigen Verkürzen der Vorrichtung durch den Druck in der ersten Kammer vom Zumeßstift abgehoben den ungehinderten Durchstrom der Flüssigkeit durch die Drosselstelle (56) gestattet und beim teleskopartigen Längen der Vorrichtung unter dichtender Anlage gegen.den Zumeßstift durch in der Ventilscheibe vorgesehene mit der ersten

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Drosselstelle in Verbindung stehende Offndungen (88;106) eine zweite Drosselstelle bildet, die eine verringerte Geschwindigkeit der Teleskopbewegung bedingt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (84;102) am inneren Zylinder (30) durch eine ringförmige Gegenplatte (86) gehalten ist, die am Aussenrand zwischen dem Mantel (48) und der Stirnwand (50) des inneren Zylinders eingeklemmt ist, und die zentrale Öffnung (90;104) der in der zweiten Kammer (66) liegenden Ventilscheibe axial zur ersten Drosselstelle (56) ausgerichtet ist und mit ihrem Innenrand frei beweglich dem Druck der Flüssigkeit ausgesetzt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gdcennzeichnet, dass die zweite Drosselstelle durch zwei diametral zueinander in der V&ntilscheibe (84;102) vorgesehene Öffnungen (88;106) gebildet ist, die im Bereich von kreisförmigen Aussparungen (100) in der Stirnwand (50) des inneren Zylinders

(30) liegen, über die die Verbindung zur ersten Drosselstelle (56) besteht.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilscheibe (84)

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eine die zentrale Öffnung (90) umgebende, im wesentlichen kegelstumpfförmige Lippe (92) auf der der zweiten Kammer (66) zugewandten Seite aufweist, die sich beim Kürzen der Vorichtung durch den Druck in der ersten Kammer (62) radial auswärts bewegt, und beim Längen der Vorrichtung durch den Druck in der zweiten Kammer (66) abdichtend gegen den Zumessstift (44) bewegt wird.

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