DE2625757C2 - Pneumatischer Pralldämpfer - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatischen Pralldämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Außenzyfinder mit geschlossenem Zylinderboden an einem Ende und mit einem in dsm Außenzylinder verschieblich geführten, an dessen offenen Ende herausragenden Hohlkolben mit innenseitig einem Kolbenboden und einer in diesem Bereich umlaufenden Steuerkante, wobei Kolbenboden und Zylinderboden einen ersten, druckgasgefüllten Arbeitsraum einschließen und der Hohlkolben einen zweiten, druckgasgefüllten Arbeitsraum enthält, der über Durchbrüche im Mantel des Hohlkolbens und über zumindest einer. Verbindungskanal im Mantel des Außenzylinders mit dem ersten Arbeitsraum verbindbar ist

Es sind Pralldämpfer für gasförmige Medien bekannt (z.B. US-PS 39 10 565), deren Außenzylinder mit geschlossenem Zylinderboden an einem Ende, z. B. mit der Karosserie eines Fahrzeuges verbunden werden können. In dem Außenzylinder ist ein Hohlkolben verschieblich geführt, der am offenen Ende des Außenzylinders herausragt und z. B. an einem Stoßfänger befestigt werden kann. Innenseitig hat der Hohlkolben einen Kolbenboden mit Steuerkante, wobei Kolbenboden und Zylinderboden einen ersten, druckgasgefüllten Arbeitsraum einschließen. Ein zweiter druckgasgefüllter Arbeitsraum befindet sich in dem Hohlkolben, und zwar zwischen der Innenseite des dortigen Kolbenbodens und einem in dem Hohlkolben μ geführten und durch eine Feder abgestützten Innenkolben. Beide Arbeitsräume sind ständig über Durchbrüche im Kolbenmantel des Hohlkolbens und über Verbin* dungskanäle im Mantel des Außenzylinders miteinander verbunden, so daß in ihnen im wesentlichen gleicher Druck herrscht. Bei diesem Pralldämpfer ist von Nachteil, daß durch die zusätzliche Anordnung eines federnd abgestützten Innenkolbens ein außerordentlich aufwendiger Aufbau vorhanden ist Außerdem kann mit einem solchen Pralldämpfer nicht die für solche Dämpfer optimale Federkennlinie verwirklicht oder auch nur angenähert werden. Darüber hinaus ist nachteilig, daß bei diesem Pralldämpfer die Arbeitsräume ständig miteinander in Verbindung stehen, wobei sich der zweite Arbeitsraum beim Einfedern sogar vergrößert Awf diese Weise wird die maximale Federkraft erst nach einem relativ großen Federweg, wenn nicht sogar an dessen Ende erreicht, was nicht der optimalen Federcharaktfcristik entspricht

Des weiteren ist aus einer Federung für Fahrzeuge bekannt (z. B. DE-PS 5 75 162), daß durch Volumenänderung eines Gasraumes die gewünschte Federkennung erzielt wird. Die Dämpfung wird dadurch erreicht, daß man das Prinzip eines Differentialkolbens anwendet und c-';e beiden Arbeitsräume ober- und unterhalb des Kolbens durch die Verbindungskanäle in der Zylinderwand verbindet Nachteilig ist bei diesem Dämpfer, daß die erzielbare Federkennung in großem Maße abhängig von der Größe des vorgesehenen Dämpfungsmaßes ist, das bedeutet eine geschwindigkeitsabhängige Kompression bzw. Expansion der beiden durch den Differentialkolben getrennten Gasräume. Die damit erzielte Federkennlinie ist jedoch bei Aufpralldämpfern unerwünscht

Auch sind Gasfedern bekannt (z. B. DE-OS 20 52 803), die zwar grundsätzlich einen geknickten Verlauf der Federkennlinie ermöglichen, jedoch arbeiten diese Dämpfer im Prinzip ebenfalls mit einem Differentialkolben. Die geknickte Kennlinie ist abhängig vom Kolbenhub, der seine Dichtwirkung für die Trennung der beiden Arbeitsräume verliert Die so erzielte Federkennlinie ist bei Pralldämpfern nicht brauchbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst einfachen Pralldämpfer der in Rede stehenden Gattung zu schaffen, welcher die Nachteile der bekannten Pralldämpfer vermeidet, insbesondere eine Federkennlinie ermöglicht, die den an einen Pralldämpfer gestellten Anforderungen möglichst weitgehend gerecht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbindungskanal bzw. die Verbindungskanäle in dem Außenzylinder erst nach einer bestimmten Einlaufstrecke des Hohlkolbens in den Außenzylinder beginnt bzw. beginnen. Durch diese konstruktiv sehr einfache Maßnahme wird einer dem Optimum sehr weitgehend angepaßter Federkennlinienverlauf verwirklicht Dadurch, daß der zweite Arbeitsraum erst nach einem bestimmten Einfahrweg Verbindung mit dem ersten Arbeitsraum erhält, wird dieser zunächst schnell auf einen bestimmten Höchstwert komprimiert und damit der vorgegebene Maximalwert für die Federkraft erreicht. Beim weiteren Einfedern bleibt dieser Maximalwert im wesentlichen erhalten, da dann die Verbindung zum zweiten Arbeitsraum mittels der Verbindungskanäle freigegeben wird. Insgesamt kann dadurch eine hohe Prallenergie über einen bestimmten Weg vernichtet werden.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Ringraum im Hohlkolben durch eine umlaufende Ringnut gebildet ist Vorteilhaft ist dabei, daß der gewünschte, geknickte Kraftverlauf keine besonderen Zusatzteile erfordert, sondern es sind lediglich im Hohlkolben eine Ringnut, eine Steuerkante sowie ein Durchbruch vorzusehen. In der einfachsten Form sind die Durchbrüche eine oder mehrere im Hohlkolben angeordnete Steuerbohrungen.

Gemäß einer weiteren Ausfübrungsform ist vorgesehen, deß die SteuerUmc durch einen im Ringsteg angeordneten Kolbenring gebildet ist

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von PraJldämpfern nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g, 1 einen Pralldämpfer mit einem Rückschlagventil,

F ί g. 2 einen Pralldämpfer mit einer strömungstechnischen Sperre,

F i g. 3 mögliche Kraftverläufe der Pralldämpfer nach den Fig. 1 und 2.

Nach F i g. 1 ist ein innerer Becher 3, der durch einen Boden 4 abgeschlossen ist, in einem äußeren Becher 5 verschieblich geführt, der durch einen Boden 6 abgeschlossen ist Die Böden 4 und 6 stützen sich in nicht gezeichneter Weise an einer Stoßstange bzw, an einem Aufbau eines Fahrzeuges ab und nehmen bei einer Kollision des Fahrzeuges mit einem Hindernis anteilig einen Prallstoß auf. Eine undurchlässige Zwischenwand 7 ist auf der dem Boden 4 des inneren Bechers 3 abgewandten Seite mit dem inneren Becher 3 verbunden und trennt einen ersten Arbeitsraum 1 in dem äußesen Becher 5 von einem zweiten Arbeitsraum 2 in dem inneren Becher 3. Die gezeichnete zugbigrenz-· te Ausgangsstellung des Pralldämpfers ist durch einen nach innen gedrückten Rand 8 des äußeren Bechers 5 festgelegt, an dem ein Absatz 9 des inneren Bechers 3 anliegt. Ein Dichtring 10 im Außenmantel des inneren Bechers 3 ist an den Innenmantel des äußeren Bechers 5 gepreßt und dichtet die durch nicht gezeichnete Füllmittel eingebrachten Druckgasfüllungen der Arbeitsräumc 1 und 2 nach außen ab. Auf den Dichtring 10 folgt in dem ersten Arbeitsraum 1 zugewandter Richtung ein zwischen einem Mantelteil 3a des inneren Bechers 3 und dem äußeren Becher 5 gebildeter Ringraum 13 und ein in dem äußeren Becher 5 geführter Kolbenmantel 11 im Bereich der Zwischenwand 7 mit einem Kolbenring 12. Der Ringraum 13 ist durch mit Rückschlagventilen 15 bestückte Durchbrüche 14 des Mantelteils 3a mit dem zweiten Arbeitsraum 2 verbunden, wobei die Rückschlagventile 15 in den zweiten Arbeitsraum 2 öffnen. Der Innenmantel des äußeren Bechers 5 weist einen als Längsnut ausgebildeten Steuerkanal 16 mit einem Kanalbeginn 17 auf, der durch seinen Abstand von einer dem Ringraum 13 zugewandten umlaufenden Steuerkante 19 des Kolbenmantels 11 eine vorbestimmte Anlaufstrecke 20 festlegt, nach dessen Zurücklegung die Steusrkante 19 den Kanalbeginn 17 übersteuert Ein Kanalende 18 schließt den Steuerkanal 16 ab. %

In der gezeichneten Ausgangsstellung ist der Gasdruck in den Arbeitsräumen 1 und 2 durch vorgesehene Undichtigkeiten des Kolbenrings 12 und der Rückschlagventile 15 ausgeglichen. Bei einer durch einen Prallstoß verursachten Einfahrbewegung des inneren Bechers 3 in den äußeren Becher 5 besteht während der Anlaufstrecke 20 keine Verbindung der Arbeitsräume 1 und 2 und wird ausschließlich die Gasfüllung des ersten Arbeitsraums 1 komprimiert. Bei einer darüber hinausgehenden Einfahrbewegung sind Verbindungskanäle der Arbeitsräume 1 und 2 durch den Steuerkanal 16, den Ringraum 13 und die Durchbrüche 14 geschaffen, wobei die Rückschlagventile 15 geöffnet sind, so daß Gas aus dem ersten in den zweiten Arbeitsraum überströmen kann und der Druck im ersten Arbeitsraum 1 abgebaut wird. Durch entsprechende Bemessung und Gestaltung der genannten Verbindungskanäle kann die Anordnung so getroffen werden, daß während der Oberströmphase der Druck im ersten Arbeitsraum 1 für bestimmte vorgegebene Nennwerte der anteiligen Fahrzeugmasse und der Prallgeschwindigkeit konstant bleibt. Am Ende der Oberströmphase ist der Druck in den beiden Arbeitsräumen 1 und 2 ausgeglichen.

Die größtmögliche Einfahrbewegung wird durch metallischen Anschlag der Zwischenwand 7 am Boden 6 begrenzt Vor dem metallischen Anschlag kann durch entsprechende Festlegung des Kanalendes 18 die Verbindung der Arbeitsräume 1 und 2 unterbrochen und eine ausschließliche Kompression des Gases im ersten Arbeitsraum 1 eingeschaltet werden. Bei einer Ausfahrbewegung nach einem abgefangenen Prallstoß aus einer in der Oberströmphase liegenden Stellung expandiert ausschließlich die Gasfüllung des ersten Arbeitsraums 1, wobei die Verbindung der beiden Arbeitsräume 1 und 2 durch Schließen der Rückschlagventile 15 infolge der eingetretenen Druckumkehr unterbrochen und außerdem während der Anlaufstrecke 20 ohnehin unterbunden ist

Der Pralldämpfer nach Fig.2 weist einen inneren Becher 103 mit einem Außenmantel ^33a und einem Boden 104, einen äußeren Becher 105 mit-dnem Boden 106, eine Zwischenwand 107, einen ersten Arbeitsraum 101 und einen zweiten Arbeitsraum 102 auf. Im Bereich der Zwischenwand 107 steht ein Kolbenmantel 111 gegenüber dem Außenmantel 103a vor und bildet einen Ringkolben 123, der im äußeren Becher 105 verschieblich geführt ist und einen Kolbenring 112 aufweist Ein Lagerring 121, der dieselbe Radialstärke hat wie der Ringkolben 123, ist mit dem Außenmamel !03a durch Schweißpunkte 126 verbunden und ebenfalls im äußeren Becher 105 verschieblich geführt Die zugbegrenzte Ausgangsstellung ist durch einen Rand 108 des äußeren Bechers 105 festgelegt an den der Lagerring 121 bei einer Ausfahrbewegung des inneren Bechers 103 anschlägt. Zwischen dem Außenmantel 103a und dem äußeren Becher 105 ist ein Ringraum 113 gebildet, der durch den Ringkolben 123 und einen in den Ringraum

113 mit Obermaß eingelegten, sich an einem Zwischenring 122 abstützenden, dem Gasdruck ausgesetzten und den Pralldämpfer nach außen dichtenden O-Ring 110 axial Degrenzt ist Der Zwischenring 122 besteht aus einem geeigneten Kunststoff und verlegt den Gleitbereich des O-Ringes 110 in einen nicht verletzungsgefährdeten Oberflächenbereich des äußeren Bechers 105.

Der Ringraum 113 ist mittels eines Durchbruchs 114 mit dem zweiten Arbeitsraum 102 verbunden. Die mit dem Außenmantel 103a gemeinsame Kante des Durchbruchs 114 ist abgerundet, die mit dem Innenmantel 1030 gemeinsame Kante des Durchbruchs 114 ist scharfkantig. Dadurch hat der Querschnittsübergang vom Ringraum 113 zum Durchbruch 114 einen abgerundeten Einlauf 114.,; und der Querschnittsübergang vom zweiten Arbeitsraum 102 zum Durchbruch

114 hat einen scharfkantigen Einlauf 1146. Der Innenmantel des äußeren Bechers 105 weist eir&n durch Prägung einer Längsnute hergestellten Steuerkanal 116 mit einem Kanalbeginn 117 auf. Die dem ersten Arbeitsraum 101 zugewandte Kante des Kolbenmantels 111 ist abgerundet. Dadurch hat der Querschnittsübergang vom ersten Arbeitsraum 101 zum Steuerkanal 116 einen abgerundeten Einlauf IUa. Eine dem Ringraum 113 zugewandte Steuerkante 119 des Kolüenmantels 111 ist scharfkantig. Dadurch hat der Querschnittsübergang vom Ringraum 113 zum Steuerkanal 116 einen scharfkantigen Einlauf 11 Ib.

Der innere Becher 103 ist in der gezeichneten Stellung um ein Maß 124 eingefahren, das aus dem Abstand des Ringlagers 121 vom Rand 108 abzulesen ist. Die Steuerkante 119 hat den Kanalbeginn 117 um ein MaB 123 übersteuert. Wenn die gezeichnete Stellung als festgehaltener Moment einer noch nicht beendeten Einfahrbewegung nach einer durch die Differenz der Maße 124 und 125 vorbestimmten Anlaufstrecke betrachtet wird, während der keine Verbindung der beiden Arbeitsräume 101 und 102 bestanden hat, findet soeben ein Überströmen von Gas aus dem ersten A/beitsraum 101 in den zweiten Arbeitsraum 102 statt, wobei der Strömungswiderstand an den abgerundeten Einlaufen 11 la und 114a gering ist. Wird die gezeichnete Stellung als festgehaltener Moment einer Ausfahrbewegung betrachtet, so findet soeben ein Überströmen von Gas aus dem zweiten Arbeitsraum 102 in den ersten Arbeitsraum 101 statt, wobei der Strömungswiderstand an den scharfkantigen Einlaufen 1146 und 111 b groß ist.

Bei der Darstellung der Kraftverläufe nach Fig. 3 sind die Kraft FaIs Ordinate und der Weg SaIs Abszisse aufgetragen. Auf der Abszisse entspricht So der Ausgangsstellung, S\ der Anlaufstrecke, 52 dem angenommenen Ende einer Einfahrbewegung nach erfolgtem Prallstoß und 53 dem Hubende bei voller Verdrängung des Gases aus dem ersten Arbeitsraum 1 bzw. 101. Eine durch den Druck der Gasfüllung und die verdrängte Kolbenfläche des inneren Bechers 3 bzw. 103 festgelegte Ausgangskraft F₀ steigt während der Anlaufstrecke von So nach S\ steil an uuf einer Kurve A, die aus der Kompression des Gases im Arbeitsraum 1 bzw. 101 resultiert, und erreicht in 5| die Kraft F₁, die den Knickpunkt des Kraftverlaufs darstellt. Nunmehr > bleibt die Kraft entlang einer Kurve B während der oben beschriebenen Überströmphase von S\ bis 5? konstant, wobei ein in der Überströmphase gleichbleibender Druck im ersten Arbeitsraum angenommen ist, und erreicht in 52 den Wert F₂ = F\. Die bei der

in Einfahrbewegung vernichtete Prallenergie entspricht der Arbeitsfläche S₀F₀FfF₂S₂ und ist in vorteilhafter Weise nahezu gleich der mit einer von Anfang an konstanten, vorgegebenen Maximalkraft F\ maximal vernichtbaren Pralk/iergie. Bei einer dem Prallstoß

π folgenden Ausfahrbewegung findet für den Pralldämpfer nach F i g. I eine Rückfederung entlang der Kurve C mit einer Endkraft Fi statt, die aus der Expansion der verbliebenen Gasfüllung im ersten Arbeitsraum 1 resultiert. Die Arbeitsabgabe entspricht der Fläche

μ S0F1F2S2 und ist gegenüber der vernichteten Prallenergie sehr klein. Bei der Ausfahrbewegung findet für den Dämpfer nach Fig. 2 eine Rückfederung entlang der Kurve D mit einer Endkraft F* statt, die infolge des Überströmens von Gas aus dem zweiten Arbeitsraum

2> 102 in den ersten Arbeitsraum 101 zwischen der Kraft F₂ und der Kraft F₀ liegt. Die Arbeitsfläche entspricht der Fläche S0F4F2S2 und ist gegenüber der Prallenergie relativ klein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   1, Pneumatischer Pralldämpfer, insbesondere for Kraftfahrzeuge, mit einem Außenzylinder mit geschlossenem Zylinderboden an einem Ende und mit einem in dem Außenzylinder verschieblich geführten, an dessen offenen Ende herausragenden Hohlkolben mit innenseitig einem Kolbenboden und einer in diesem Bereich umlaufenden Steuerkante, wobei Kolbenboden und Zylinderboden einen ersten, druckgasgefüllten Arbeitsraum einschließen und der Hohlkolben einen zweiten, druckgasgefüllten Arbeitsraum enthält, der über Durchbrüche im Mantel des Hohlkolbens und über zumindest einen Verbindungskanal im Mantel des Außenzylinders mit dem ersten Arbeitsraum verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal bzw. die Verbindungskanäle (16, 116) erst nach einer bestimmten Einlaufstrecke des Hohlkolbens (3, 103) in den Außenzylinder (5, 105) beginnt bzw. beginnen.

   Z Pralldämpfer nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (13, 113) im Hohlkolben (3,103) durch eine umlaufende Ringnut (13) gebildet ist

   3. Pralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante durch einen im Ringsteg angeordneten Kolbenring gebildet ist