DE2718962C2

DE2718962C2 - Gasfeder-Anordnung

Info

Publication number: DE2718962C2
Application number: DE2718962A
Authority: DE
Inventors: Niel Robert Hopkins Minn. Petersen
Original assignee: MTS Systems Corp
Current assignee: MTS Systems Corp
Priority date: 1976-04-26
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1987-05-14
Also published as: GB1554683A; US4033566A; JPS52131057A; JPS6035573B2; DE2718962A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasfeder-Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Gasfeder-Anordnung ist aus der US-PS 33 68 499 bekannt. Um bei dieser Anordnung, die zum Abstützen von auf Eisenbahnanhängern aufgeladenen Sattelschlepperanhängern dient, eine Abfederung im Bereich der Sattelschlepperauflage zu erreichen, werden die Druckzylinder wechselseitig beaufschlagt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Gasfeder-Anordnung so auszubilden, daß sie eine im wesentlichen lineare Federkennlinie aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Die für den Erfindungsgegenstand in erster Linie vorgesehene Anwendung liegt in seinem Einsatz in einem abgestimmten Massendämpfungssystem, das dazu dient, die Wirkung von Windkräften oder von anderen Kräften auf ein Gebäude, die bestrebt sind, das Gebäude zum Schwanken zu bringen, zu dämpfen. Um das Problem zu würdigen, sei darauf hingewiesen, daß, die verwendete Masse hier im Bereich von 300-400 t liegt und eine Bewegung von plus oder minus 120 bis 150 cm - in machen Fällen auch noch mehr - ausführen kann.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch die beiden Druckluftzylinder in ihrer Kniehebelanordnung, die als Gegenkraft wirken und
Fig. 2 eine für die Anordnung nach Fig. 1 typische Kurve von Kraft/Federweg.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Gasfeder-Anordnung, die die vorgenannten Forderungen erfüllt. Hierbei ist ein erster Druckluftzylinder 30 über die Schwenkverbindung 31 an einem in bezug zur Tragplatte 15 festen Lager 32 angebracht. Ein zweiter Druckluftzylinder 33 ist über die Schwenkverbindung 34 am Lager 35 gehalten, das ebenfalls an der Tragplatte 15 - und zwar gegenüber dem Lager 22 - befestigt ist. Die Richtung der Feder- oder Rückholkraft ist durch den Doppelpfeil 36 angegeben. Die Zylinder 30, 33 haben je einen inneren Kolben 37 bzw. 38, die jeweils mit einer Kolbenstange 39, 40 versehen sind. Die Enden 41 der Kolbenstangen sind an einer gemeinsamen Schwenkverbindung 42 schwenkbar gehalten. An den Austrittsstellen aus den Zylindern sind die Kolbenstangen so geführt, daß sie eine Verschiebebewegung ausführen können. Damit wird eine feste, teleskopische Gelenkverbindung zwischen den Schwenkbefestigungen 31, 34 an den einen Enden der Zylinder und der die Kolbenstangen zusammenschließenden Schwenkverbindung 42 geschaffen.
Die Achsen der Schwenkbefestigungen 31, 34 und der Schwenkverbindung 42 liegen in einer gemeinsamen Ebene, wenn die Vorrichtung, wie gezeigt, in ihrer Mittel- oder Ruhelage ist.
Die Verbindungsstange 43 ist an die Schwenkverbindung 42 über ein Kugelgelenk angeschlossen, das eine kardanische Bewegung erlaubt, um eine Blockierung zu vermeiden. Auf der anderen Seite ist die Verbindungsstange 43 über eine Universal-Schwenkverbindung 44 an einem Arm 45 am Massenblock 16 gehalten. Obwohl für den Massenblock keine Führungsmittel dargestellt sind, so ist er auf einer gewünschten Bewegungsbahn, rechtwinklig zur Zylinderachse geführt, bewegbar.
Die Zylinder 30, 33 haben jeweils eine erste Kammer 46 bzw. 47 an ihrem Kolbenstangenseiten-Ende, und diese Kammern sind zu Flüssigkeitsdrucksammlern 48 bzw. 49 hin offen. Den ersten Kammern 46, 47 liegen in den Zylindern 30, 33 - jeweils auf der anderen Seite der Kolben 37, 38 - zweite Kammern 50 bzw. 51 gegenüber, die durch geeignete Entlüftungsstutzen 52 zur Atmosphäre entlüftet werden können.
Die Drucksammler 48, 49 werden aufgeladen, so daß auch die ersten Kammern 46, 47 unter dem gewünschten Druck stehen. Damit werden die Kolbenstangen 39, 40 in zueinander entgegengesetzten Richtungen bewegt und gegeneinander zug-belastet. Die Ebene der Achsen der Schwenkbefestigungen 31, 34 sowie der Schwenkverbindung 42 - d. h. die mittige Bezugsebene - liegt rechtwinklig oder senkrecht zur gewünschten Bewegungsrichtung 36 der Masse 16. Die Zylinder bilden somit eine Art von Kniehebelverbindung, wobei die Verbindungsstange 43 an der mittigen Verbindungsstelle angreift.
Wenn das Gebäude schwankt, so hat die Tragplatte 15 bzw. haben die Auflager 17 das Bestreben, sich relativ zur Masse 16 zu bewegen, die selbst bestrebt ist, in ihrer Lage zu bleiben. Durch diese Relativbewegung wird die Schwenkverbindung 42 aus der Bezugsebene verlagert, was zu einem Ausfahren der beiden Kolbenstangen 39, 40 führt, wobei die Kolben 37, 38 das Druckmittel in den ersten Kammern 46, 47 und in den Drucksammlern 48, 49 komprimieren. Eine Kompression tritt bei jeder Bewegung aus der Mittenlage heraus auf. Der Strömungsmitteldruck erzeugt eine Kraft, die das Bestreben hat, die Zylinder in ihre Mittenlage zurückzubringen, womit sie als Feder oder als Rückholkraft wirken.
Die Drucksammler 48, 49 sind in ihrer Größe so ausgelegt, daß der Druck im jeweiligen Zylinder während eines Hubes nicht übermäßig anwächst, daß er jedoch bei Bewegen der Schwenkverbindung aus der Bezugsebene heraus ansteigt. Die ausgeübte Kraft, die bestrebt ist der Bewegung des Massenblocks Widerstand entgegenzusetzen, wächst somit mit ansteigender Verformung oder Verlagerung an.
Die Fig. 2 zeigt eine typische Kurve von Kraft/Federweg für adiabatische Kompression der Rückhol- oder Federanordnung nach Fig. 1. Die Verformung geht bis zu 152 cm, die Kraft reicht bis zu 54 432 kg. Eine gerade Linie (lineares Verhalten) ist gestrichelt dargestellt, während eine tatsächliche Rückstellkraft, die durch die Zylinderanordnung von Fig. 1 erreicht wird, als ausgezogene Linie gezeigt ist.
Die adiabatischen Kompressionsparameter für die gezeigte Darstellung erfordern eine aktive Fläche der Kolben auf der Kolbenstangenseite von etwa 226 cm²; das Volumen in jedem Drucksammler mit zugehöriger Kammer 46 bzw. 47 liegt bei 104 877 cm³ und der Anfangsdruck bei 87, 88 at für ein vorgespanntes Gas mit einem adiabatischen Kompressionskoeffizienten von &wedgeq; = 1,4. Die Länge eines jeden Zylinders von der Achse der Schwenkbefestigungen 31 bzw. 34 zur Schwenkverbindung 42 zwischen den Kolbenstangen ist in der Mittenlage etwa 107 cm.
Damit können ohne jede besondere Anpassung Standardzylinder zum Einsatz kommen, die in einer gemeinsamen Horizontalebene mit den Schwenkachsen 31, 34 in einer vertikalen, rechtwinklig zur gewünschten Bewegungsrichtung liegenden Ebene gelagert sind.
Die wirksame Federkraft kann durch Änderung der anfänglichen Druckaufladung wie auch durch Änderung der Größe der Kolben und der Länge der Zylinder in Ruhelage verändert werden. Beide Zylinder stehen unter demselben Druck und üben damit gleiche, entgegengerichtete Kräfte an der mittigen Verbindung aus, wobei die Kraft rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der Masse verläuft.
Die Kolbenstangen 39, 40 haben je ein eigenes Ende 41, so daß sie relativ zueinander schwenken können. Wenn in Fig. 1 die Lage der Kolbenstangenenden nach einer Seite hin gestrichelt dargestellt ist, so ist jedoch klar daß die Kolbenstangenenden 41 sich nach beiden Richtungen von der Bezugsebene bewegen können. Die Vorrichtung wirkt in jeder Richtung gleich und nimmt Zug- sowie Druckbelastungen auf.
Die beschriebene Ausbildung kann auch dazu verwendet werden, druckbeaufschlagte Federn zu linearisieren, die derart langsam betrieben werden, daß sie im wesentlichen isothermisch werden. Kleinere Änderungen in der geometrischen Gestalt, im Volumen des Druckmittels und in der Kolbenfläche ermöglichen, daß die linearisierte Vorrichtung über einen weiten Bereich von augenscheinlich adiabatischen Gas-Kompressionskoeffizienten betriebsfähig ist.

Claims

Gasfeder-Anordnung, bestehend aus einem Paar von Kolben-Zylinder-Einheiten (32, 33), deren Kolbenstangen (39, 40) an ihren freien Enden durch eine Schwenkachse (42), die mit einer abzufedernden Masse (16) verbindbar ist, miteinander verbunden sind, wobei die Zylinder an den von den Kolbenstangen (39, 40) abgewandten Enden an Festpunkten (31, 34) schwenkbar gelagert sind und die Schwenkachsen (31, 34) der Zylinder und die Schwenkachse der verbundenen Kolbenstangen (42) in unbelasteten Zustand in einer gemeinsamen Ebene liegen und wobei die der Schwenkachse der Kolbenstangen zugewandten Zylinderkammern (46, 47) mit einem Druck beaufschlagbar sind, der die Kolben in die Zylinder hineindrückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in den der Schwenkachse der Kolbenstangen (42) zugewandten Zylinderkammern (46, 47) durch damit ständig verbundene, ein geschlossenes System mit diesem bildende Drucksammler (48, 49) aufbringbar ist und daß die auf den anderen Kolbenseiten liegenden Zylinderkammern (50, 51) zur Umgebung offen sind.