DE2324402A1

DE2324402A1 - Verfahren zum stossdaempfen und stossdaempfer dafuer

Info

Publication number: DE2324402A1
Application number: DE2324402A
Authority: DE
Inventors: Gerald R Miller
Original assignee: GABRIEL OF CANADA Ltd
Current assignee: GABRIEL OF CANADA Ltd
Priority date: 1972-05-15
Filing date: 1973-05-14
Publication date: 1973-11-29
Also published as: DE2324402C3; SE400819B; JPS4954780A; US3870130A; CA949596A; DE2324402B2

Description

Patentanwälte Olpl.-In-«. R. ΟϊΐΚΤΖ son. D!p5.-ln~. *■ ΙΑΓ/P.-IECHT

Or.'lni;. R. G K - T Z jr. • «Buchen 22, Steiiudorfetr. 10

022-20.707P (20.70UH)

14. Mai 1973

GABRIEL OF CANADA LIMITED. Toronto (Kanada)

Verfahren zum Stoßdämpfen und Stoßdämpfer dafür

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und dann ferner auf eine Vorrichtung (Stoßdämpfer) zu einer im wesentlichen konstanten Dämpfung eines breiten Bandes von Stoßkräften. Sie bezieht sich also auf die Dämpfung und insbesondere auf die Stoßdämpfung.

Es gibt zwei Möglichkeiten, einen Stoß zu dämpfen, nämlich mit konstanten und mit sich ändernden Durchflußkanälen.

Die Dämpfer mit konstanten Kanälen verwenden eine oder mehrere kalibrierte Bohrungen oder Ausnehmungen, bei denen wegen der kritischen Abmessungen große innere Druck«

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unterschiede entstehen können. In diesen Fällen entstehen bei dieser Art von Dämpfern beträchtliche Stoßwellen am Ende des Stoßes.

In Dämpfern mit veränderlichen Kanälen entsteht dagegen ein mäßiger konstanter Zylinderdruck, und die dadurch notwendige Gegenkraft bringt eine geringere Belastung des Systems. Weiter ist diese Art von Dämpfern leichter abzudichten.

Folglich können die Dämpfer auch so klassifiziert werdens

variabler Druck - konstanter Durchtrittskanal

konstanter Druck - sich ändernder Durchtrittskanal.

Bei den Dämpfern mit sich änderndem Kanal reicht die Ausgestaltung seiner Kalibrierung von dem Bereich, der festgelegten Größe bis zu dem Bereich, bei dem er sich im Zusammenhang mit dem Stoß in Art einer Exponentialkurve ändert.

Es ist bekannt, daß der Dämpfertyp mit sich änderndem Kanal wirkungsvoller und wirtschaftlicher ist beim Stoppen eines bewegten Objekts, insbesondere wenn das Arbeitsmedium eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Vereinigung von beiden ist.

Die Erfindung bezieht sich also auf einen Dämpfer, der insbesondere Verwendung finden soll in Verbindung mit Stoßfängern von Automobilen.

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Dem Verfahren gemäß der Erfindung für ein im wesentlichen gleichmäßiges Dämpfen liegen folgende Schritte zugrunde; Es ist eine eingeschlossene Menge eines thixotropen Fluids vorzusehen, durch bewegbare Arbeitsmittel ist die Stoßkraft auf dieses thixotrope Fluid zu übertragen, und dann muß diese Flüssigkeit auf einen sich ändernden Durchflußkanal wirken, um die Stoßkraft linear zu dämpfen.

Die Erfindung besteht also sowohl beim Verfahren als auch bei der Vorrichtung in der besonderen Art eines Stoßdämpfers, der einen sich ändernden Kanal in Verbindung mit einem Arbeitsmedium aufweist, das eine besondere Hysterese-Kurve aufweist, insbesondere einem thixotropen Fluid, um so eine im wesentlichen lineare Rückstellkraft zu erreichen. Der Stoßdämpfer gemäß der Erfindung verdrängt so während eines festgelegten Teils des zu absorbierenden Stoßes eine im wesentlichen konstante Kraft gegenüber der Stoßkraft mit einer Verzögerungsgeschwindigkeit, die im wesentlichen nichtlinear ist.

Gegenstand der Erfindung ist dabei besonders die Verwendung eines thixotropen Fetts bzw. Flüssigkeit, um einen langsamen Rückkehrkoeffizienten zu erreichen, damit die Gefahr des "Peitschengerteneffekts" (whip-lash) in Automobilen tatsächlich weitgehend vermieden wird.

Weiter geht es bei der Erfindung darum, zu erreichen, daß eine Undichtheit nicht sofort einen Einfluß auf die Leistung des Dämpfers hat.

Der Stoßdämpfer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist gemäß der Erfindung folgende Merkmale auf:

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a) einen Behälter,

b) ein nachwirkendes (hystereses) Fluid in diesem Behälter,

c) bewegliche Mittel in diesem Behälter zum Übertragen des Stoßes auf dieses Fluid,

d) einen sich ändernden Durchflußkanal an einem Teil des Behälters oder der beweglichen Mittel, durch den das Fluid infolge der Bewegung des beweglichen Teils gedrückt wird, um so während der Bewegung eine im wesentlichen konstante Rückstellkraft zu erzeugen, bis die Bewegung aufgezehrt ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Stoßdämpfers gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Druckzylinder, durch eine Büchse mit einem sich in seiner Größe ändernden Durchflußkanal in diesem Zylinder, durch einen Sammelzylinder, der an einem Ende geschlossen ist, durch einen beweglichen Dämpfungskolben am anderen Ende dieses Sammelzylinders, wobei dieser Kolben in der Büchse des Druckzylinders hin- und herbeweglich angeordnet ist, und wobei am Kolben Durchflußkanäle ausgebildet sind, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Sammelzylinders und dem Innenraum der Büchse durch die Durchflußkanäle an der Büchse ermöglichen, und zwar unabhängig von der Stellung des Kolbens in der Büchse, durch einen schwimmenden Kolben im Sammelzylinder und durch ein thixotropisches Fluid in der Büchse, wobei ein Stoß auf die Abschlußplatte des Sammelzyiinders bewirkt, daß das Fluid durch

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die Kanäle fließt und der Dämpfer damit dem Stoß eine im wesentlichen konstante Gegenkraft entgegenstellt.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben,, Es zeigen:

Figo 1 einen Längsschnitt durch die bevorzugte Ausführungsform des Stoßdämpfers mit automatischer Rückstellung unter Verwendung eines thixotropen Fluids in der Ruhestellung vor Einleitung des Stoßes;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, und zwar die Abhängigkeit der Kraft vom Weg und der Kraft von der Ge s chwindigke i t; und

Fig. 3 Kurven der Scherkraftcharakteristik bei Verwendung verschiedener Materialien.

Gemäß Fig. 1 weist der Stoßdämpfer 10 zunächst einen Druckzylinder 11 auf, in dem eine Büchse 12 mit einem sich ändernden Durchtrittskanal vorgesehen ist. Der Druckzylinder besitzt eine Abschlußkappe 13, an der Anschlußteile 14 für die Befestigung am Rahmen eines Automobils oder dergleichen (nicht gezeigt) vorgesehen sind. Im Druckzylinder befindet sich ein thixotropes Fluid 16.

Im Druckzylinder 11 bzw. in der in ihm angeordneten Büchse 20 ist ein Dämpfungskolben 20 gleitend gelagert. Er ist an dem sich nach außen erweiternden Ende des Sammelzylinders 22 mittels eines Gewindes 24 befestigt.

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Das andere Ende des SammelZylinders ist mit einer Platte 25 abgeschlossen, die an der Stoßstange eines Aut mobils (nicht gezeigt) befestigt werden kann» Der Sammelzylinder 22 besitzt so eine Kammer 26, in der ein schwimmender Kolben 27 angeordnet ist. Dieser weist einen Ringkanal 28 auf, in dem ein O-Ring 29 zur Abdichtung des Kolbens gegen die Zylinderwand eingesetzt ist»

Ein Sicherungsring 30 hält zusammen mit einer Dichtung 31 und einer Buchse 32 den Sammelzylinder im Druckzylinder fest, so daß er in ihm gleiten kann. Die Büchse, die ihrerseits durch einen eingezogenen Rand 34 des Druckzylinders 11 gehalten wird, und der Ring 30, der durch Punktschweißung gehalten ist, dienen als Anschlag für den Kolben 26 in der ausgefahrenen Stellung.

Der Dämpfungskolben 20 weist einen hohlen Innenraum

40 und zwei radial nach außen gerichtete Bohrungen 4i und

41 auf, die durch einen äußeren Ringkanal 43 verbunden sind. Der Kanal 43 steht über eine Durchtrittsöffnung 44 mit dem Innenraum 40 in Verbindung und damit unter der Krafteinwirkung des schwimmenden Kolbens 27· In Verbindung mit einer der Bohrungen 4i steht ein Ringkanal 46, in dem ein Kolbenring eingebettet ist. Der Kolbenring leitet an der Innenseite der Büchse 12." In der Büchse 12 ist ein thixotropes Fluid untergebracht, dessen Arbeitsweise und dessen Fließen durch den Ringkanal 43, die Durchtrittsöffnung 44 und den Innenraum 40 nachfolgend beschrieben werden. Im Sammelzylinder ist ein Gas mit einem über dem Druck der Atmosphäre liegenden Druck eingepreßt.

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Die Büchse 12 weist einen sich in seiner Größe ändernden Kanal 55 auf, dessen eine Seite gerade und dessen andere Seite nach einer Exponentialkurve verläuft. Vorzugsweise liegt dabei der Bereich der größeren Ausnehmung zum Sammelzylinder hin.

Wenn auf den Stoßdämpfer ein Stoß einwirkt, wird das thixotrope Fluid bei der Bewegung des Dämpfungskolbens nach links (vgl. Fig. 1) unter Druck gesetzt. Das Fluid fließt nun über den Kanal 41 und den Kolbenring hj in den Sammelkanal 43 und wandert durch die Öffnung kk in den Innenraum kO_a Durch den Zufluß des Fluids 50 in diesen Raum wird der schwimmende Kolben 27 in Richtung auf die Platte 25 gedrückt und preßt dabei das Gas im Sammelzylinder weiter zusammen. Der Druckunterschied im Innenraum kO und der Kammer 50 ist durch die sich laufend vergrößernde Abmessung des Durchtrittskanals 55 bestimmt. Die Größe dieses Durchtrittskanals ändert sich in einem genau festgelegten Wert in bezug auf seine Länge. Der Druckunterschied bestimmt die Kraft, die zum Zusammendrücken des Dämpfers erforderlich ist. Nach dem Stoß wirkt der Gasdruck in der Kammer 26 auf den schwimmenden Kolben 27 und drückt das Fluid vom Innenraum kO in die Druckkammer 50 und erreicht so das Ausfahren in die Ausgangsstellung.

Die Menge des thixotropen Fluids wird dabei durch die laufende Abnahme des Kanals 55 geregelt, durch den sie fließen muß. Um diesen Vorgang in seinem ganzen Umfang erkennen zu können, muß man zunächst die Eigenschaften eines thixotropen Fluids betrachten. Bei einer linearen Änderung des auf ein thixotropes Fluid wirkenden Drukkes ändert sich dessen Fließgeschwindigkeit in nichtlinearer Weise. Umgekehrt, wenn ein thixotropes Fluid einer

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konstanten Scherkraft unterworfen wird, wird es bei der Einleitung des Stoßes langsamer fließen als zu einem späteren Zeitpunkt. Weiter, wenn die Scherkraft kontinuierlich über eine bestimmte Zeit erhöht wird, ist das Ausmaß der Änderung unterschiedlich von der, die bei einer kontinuierlichen Abnahme entsteht. Die Verwendung eines thixotropen Fluids ermöglicht also ein breites Band von Absorptionscharakteristiken über eine Vielzahl von Stoßkräften.

Die Vereinigung eines sich ändernden Durchflußkanals und eines thixotropen Fluids ermöglicht also einen Dämpfer mit der in Fig. 2 gezeigten dynamischen Empfindlichkeit skurve.

Bei diesem Ausführungsbeispiel zeigt die Kurve 60 die Stoßkraft (die gestrichelt gezeichnete Kurve zeigt das tatsächliche Ansprechen in Verbindung mit den beispielsweise nachstehend genannten Abmessungen), aufgetragen über dem Einfederungswert, wobei die Kraft als Ordinate und der Weg als Abszisse eingetragen ist, und die Kurve 61 die Geschwindigkeit des Dämpfungskolbens,aufgetragen über die Ansprechzeit (das Zeitintervall ist annähernd 0,008 see.) des Dämpfers, wobei die Geschwindigkeit auf der Ordinate und die Zeit auf der Abszisse aufgetragen ist. Bei diesem Beispiel hat der Dämpfer folgende Abmessungen s

Die Büchse mit dem Durchtrittskanal hat einen inneren Durchmesser von I-15/16 Zoll, einen Außendurchmesser von 2-1/16 Zoll, einen sich ändernden Durchflußkanal mit einer maximalen Breite von 0,60 Zoll und einer Länge von 4-1/4 Zoll.

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Das thixotrope Fluid wurde aufgrund der Besonderheiten seiner Viskosität ausgewählt, die von Temperaturänderungen nicht ernsthaft berührt wird und tatsächlich keinen Fließpunkt hat. Die hohe Viskosität macht die Abdichtung leichter als bei Flüssigkeiten. Sollte die Dichtung 31 schadhaft werden, so wird nur eine geringe Menge des thixotropen Fluids (Fett) austreten, und diese Menge ist kontrollierbar durch den Abstand der Kolben 20 und 27. Wenn genug Fluid 50 über die Dichtung 31 ausgetreten ist, um eine Berührung des schwimmenden Kolbens mit dem Dämpfungskolben zu ermöglichen, läßt der innere statische Druck nach, und das Fluid wird nicht weiter fließen im Gegensatz zu einer reinen Flüssigkeit. Es reagiert wie ein viskoses Fett. Der Stoßdämpfer wird äußerlich keine Zeichen einer Leckage zeigen, da das Fluid 50 zwischen der Wand des SammelZylinders und der Büchse zurückgehalten wird. Da ein thixotropes Fluid eine Ansprechcharakteristik in der Art der in Fig. 3 dargestellten Hysterese hat, hat die Viskosität des Fluids bei niedriger Scherbeanspruchung einen größeren Einfluß auf die totale Dämpfung, als das irgendwie sonst möglich wäre.

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Claims

Patentansprüche

\J Verfahren zur einer im wesentlichen konstanten Dämpfung eines breiten Bandes von Stoßkräften, g e kennzeichnet durch die Verwendung folgender Schrittes

a) Vorsehen einer eingeschlossenen Menge eines thixotropen Fluids,

b) Übertragung der Stoßkraft durch bewegliche Mittel auf dieses Fluid, und

c) Drücken dieses Fluids durch einen sich ändernden Dürchflußkanal, um so die Stoßkraft linear zu dämpfen.

2« Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, gekennzeichnet durch

a) einen Behälter,

b) ein nachwirkendes (hystereses) Fluid in diesem Behälter,

c) bewegliche Mittel in diesem Behälter zum Übertragen des Stoßes auf das Fluid, und

d) einen sich ändernden Durchlaß an einem Teil des: Behälters oder der beweglichen Mittel* durch den das Fluid infolge der Bewegung des beweglichen Teils gedrückt wird_r um so während der Bewegung eine im we-

sentlichen konstante Rückstellkraft zu erzeugen, bis die Bewegung aufgezehrt ist»

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

a) einen Druckzylinder (11), .

b) eine Büchse (12) mit einem sich in seiner Größe ändernden Durchflußkanal,

c) einen Sammelzylinder (22), der an einem Ende geschlossen ist,

d) einen beweglichen Dämpfungskolben (20) am anderen Ende dieses Zylinders, wobei der Kolben in der Büchse des Druckzylinders hin- und herbeweglich angeordnet ist, und wobei am Kolben Durchflußkanäle ausgebildet sind, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Sammelzylinders und dem Innenraum der Büchse durch den Durchflußkanal der Büchse ermöglichen, und zwar unabhängig von der Stellung des Kolbens in der Büchse,

e) einen schwimmenden Kolben (27) im Sammelzylinder und

f) ein thixotropes Fluid (16) in der Büchse, wobei ein Stoß auf die Abschlußplatte des Sammelzylinders bewirkt, daß das Fluid durch den Kanal fließt und der Dämpfer damit den Stoß eine im wesentlichen konstante Gegenkraft entgegenstellt.

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