DE855644C

DE855644C - Stossdaempfer und gedaempfte Federung

Info

Publication number: DE855644C
Application number: DEP46342A
Authority: DE
Inventors: Christian Marie Lucien Carbon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-06-18
Filing date: 1949-06-19
Publication date: 1953-01-26
Also published as: FR968231A; US2721074A

Description

Die Erfindung betrifft in erster Linie die Anwendung von Druckluft bei hydraulischen Stoßdämpfern und in zweiter Linie die Umwandlung dieser Vorrichtungen in gedämpfte hydraulisch-pneumatische Federungen für die Fahrgestelle von Fahrzeugen und Flugzeugen.

Nach einem älteren Vorschlag, der in Abb. ι der Zeichnung wiedergegeben ist, ist bei einem hydraulischen Stoßdämpfer mit direkter Wirkung, bei dem der Kolben bei A mit der Achse und der Zylinder bei A₁ mit dem Rahmen verbunden ist, eine obere Kammer 5 vorgesehen, die zugleich als Ölbehälter und als Ausgleichsvolumen für die Kolbenstange dienen soll und mit einem System von Ventilen s, S₁ versehen ist, um die Erscheinung der Hohlraumbildung zu vermeiden.

Gemäß vorliegender Erfindung ist ein Stoßdämpfer dieser Art dadurch vereinfacht und verbessert, daß der Boden der oberen Kammer un'd die Ventilanordnung weggelassen und der entsprechende Raum mit Luft oder Gas G von hohem Druck gefüllt ist, deren Expansionskraft die Hohlraumbildung verhindert. Es entsteht so der äußerst vereinfachte Stoßdämpfer der Abb. 2, dessen Kolben vorzugsweise mit Durchlässen in Form schmaler Schlitze für die Flüssigkeit sowie Dichtungen aus thermoplastischen Stoffen und gegebenenfalls mit kraftbegrenzenden Ventilen ausgestattet ist.

In zweiter Linie betrifft die Erfindung eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Stoßdämpfers, die diesen zugleich auch als Aufhängung bzw. Federung zwischen der Achse und dem Rahmen eines Fahrgestells geeignet macht. Es ist nämlich ersichtlich, daß der Druck der Luft oder des Gases im Innern des Dämpfers bestrebt ist, die Kolbenstange aus dem

Zylinder auszutreiben. Daraus folgt, daß, wenn die Kolbenstange dick genug ist (Abb. 3), beispielsweise einen Querschnitt von 10 bis 15 cm² besitzt, und wenn der Druck der komprimierten Luft ausreicht, beispielsweise 20 bis 30 Atm. beträgt, die austreibende Kraft, die dem Stangenquerschnitt und dem Druck proportional ist, einen Wert erreichen kann, der gleich dem auf den Dämpfer entfallenden Gewicht des aufgehängten Rahmens ist, und der Dämpfer mit dicker Kolbenstange somit eine gedämpfte Aufhängung bzw. Federung bildet, die die üblichen Blatt- oder Schraubenfedern, Torsionsstangen usw. fortzulassen gestattet. Die Stange T des Kolbens kann nach Belieben voll oder, wie in Abb. 3 dargestellt, rohrförmig sein. Die Rohrform hat einmal den Vorteil, daß das Gewicht des Geräts verringert wird, außerdem ermöglicht sie, bei V das Füllventil des Geräts anzuordnen. In diesem Fall muß das Innere B der rohrförmigen Stange mit öl gefüllt und beispielsweise mit öffnungen 0 versehen ao sein, die vorzugsweise in denjenigen Teil L des Zylinders münden, der sich auf der Seite der Stange T befindet. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß die Abdichtung des Ventils durch Berührung mit dem öl besser ist als bei unmittelbarer Berührung mit der Luft, wie es bei einem Ventil V₁ der Fall ist, das in Verbindung mit einer vollen Kolbenstange verwendet werden kann.

Eine derartige Anordnung besitzt den Vorteil äußerster Einfachheit und damit eines sehr niedrigen Gestehungspreises; allerdings hat sie die Eigenschaft, daß sie den verfügbaren Hub für einen gegebenen Mindestabstand der Befestigungsachsen A und A₁ begrenzt, denn um der Dämpfungsbremse ihre Wirksamkeit zu bewahren, darf der Kolben P nicht aus der Flüssigkeit austreten und in das Gas G eindringen können.

Ein Weg zur Erhöhung des verfügbaren Hubes ohne

gleichzeitige Erhöhung des Mindestabstandes der Befestigungsachsen A und A₁ besteht darin, daß unter Beibehaltung der Gesamtanordnung gemäß Abb. 3 der Kolben P der Dämpfungsbremse in Fortfall kommt und nach Belieben durch einen Führungsflansch C mit Löchern 0 ersetzt wird, derart, daß die Führung der Stange T ohne Bremswiderstand gewährleistet wird, und daß der Dämpferkolben bei P₁ im Innern des Rohres T am Ende einer langen Stange t angebracht ist, wie in Abb. 4 dargestellt ist, wobei dieser Kolben vorzugsweise mit Durchlässen in Form schmaler Schlitze sowie Dichtungen aus thermoplastischen Stoffen und gegebenenfalls mit kraftbegrenzenden Ventilen ausgestattet ist.

Ein anderer Vorschlag der Erfindung zur Erhöhung des verfügbaren Hubes ohne gleichzeitige Erhöhung des Mindestabstandes der Befestigungsachsen A und A₁ besteht darin, daß die Anordnung der Abb. 3 gemäß Abb. 5 umgekehrt wird, und zwar unter Verlängerung des Rohres T, da der Kolben P diesmal ohne Nachteil mit dem inneren Boden des Zylinders in Berührung kommen kann. Bei dieser Anordnung könnte der Kolben P bei großen Ausdehnungen auch aus der Flüssigkeit austreten, die jedoch auf der Straße seltener als die Kleinstausdehnungen sind. Anstatt des Rohres T kann auch eine Stange verwendet werden, doch ist in diesem Fall die Rohrform vorzuziehen, da alsdann in der Stange selbst ein Teil des komprimierten Gases untergebracht werden kann, wodurch der Hub für einen gegebenen Mindestabstand der Befestigungsachsen weiter gesteigert wird.

Die verschiedenen Vorrichtungen sind nur als Beispiele beschrieben und unterliegen im Rahmen der Erfindung Abänderungen bezüglich der Ausführungseinzelheiten. Beispielsweise ist es im Fall der Abb. 3 und 5 fast bedeutungslos, ob anstatt des Rohres T eine Stange verwendet wird, da die Reaktion des Geräts in beiden Fällen die gleichen sind. Im Fall der Abb. 5 ermöglicht eine mit dem Zylindervolumen in Verbindung stehende rohrförmige Stange jedoch, einige Zentimeter Hub zu gewinnen, ohne daß der Kolben aus der Flüssigkeit austritt, doch handelt es sich dabei um einen Vorteil, der vollständig verschwindet, wenn man über einen willkürlichen Abstand der Befestigungsachsen A und A₁ verfügt.

Die Aufrechterhaltung des Druckes im Innern derartiger Geräte ist sehr schwierig; sie verlangt eine absolut sichere Abdichtung. Eine günstige Ausführungsform ist aus Abb. 4 ersichtlich. Mehrere, beispielsweise drei kleine Zylinderringe / aus Gummi sind mit geringer Pressung in Nuten untergebracht, voneinander durch zylindrische Hohlräume E getrennt, die mit dickem Ölgefüllt sind, das dem doppelten go Zweck der Schmierung der Stange und der erhöhten Abdichtung vermöge dieses Stopfens aus dickem öl dienen soll, wobei die Erfahrung im Einklang mit der Theorie zeigt, daß das Entweichen durch eine derartige Dichtung im umgekehrten Verhältnis zur Viskosität der Kontaktflüssigkeit steht. Eine derartige Dichtung kann außerdem dadurch verbessert werden, daß einer der Gummiringe, und in diesem Fall vorzugsweise der am weitesten nach außen zu gelegene Kratzring, das ist der unterste Ring in der Anordnung nach Abb. 4, oder selbst mehrere dieser Ringe durch gleiche Ringe aus Polyvinylchlorid ersetzt werden, denn der Erfinder hat festgestellt, daß eine in dieser Weise ausgebildete Dichtung eine ausgezeichnete Dichtigkeit und einen größeren Widerstand gegen Abnutzung als die verschiedenen Gummisorten besitzt.

Die vorstehend beschriebene Dichtung ist jedoch recht empfindlich, was dazu zwingt, das Rohr T zu schützen. Eine einfache Lösung ist die Anbringung eines Schutzrohres d (Abb. 4), das im unteren Teil u₀ weite Abflußöffnungen m erhält. Aber eine bessere Lösung, die die Stange T auf vollkommene Weise zu schützen gestattet und die als Bestandteil der Erfindung anzusehen ist, und zwar einmal als einfache Schutzvorrichtung für die Stange eines Stoßdämpfers n₅ oder einer gedämpften Federung, besonders wenn die Stange T, wie in Abb. 3, unten angeordnet ist, und andererseits als Schutzvorrichtung in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Dichtung, ist die Anordnung eines harmonikaartigen Gummibalgens (Abb. 2, 3 und 5), dessen unteres Ende entweder mit der unteren Befestigung (Abb. 3) oder mit einer auf der Stange gleitenden Zentrierscheibe (Abb. 2) zusammenhängen kann. Im Fall eines zu langen Harmonikabalgens kann die Schutzvorrichtung dadurch verbessert werden, daß in die Falten eine oder mehrere

flache Scheiben b (Abb. 3) oder Drahtringe α (Abb. 2) eingelegt werden, derart, daß dem mittleren Teil des Balgens mehr Halt und seitliche Steifigkeit erteilt wird, ohne dadurch seine Längsdehnung zu behindern. Für die Befestigung des Geräts einerseits am Rahmen und andererseits an der Achse können Verbindungen mittels zylindrischer Bolzen und Buchsen verwendet werden, die aus Gummi oder aus Metall sein können, aber eine bevorzugte Lösung ist die Verbindung mittels Kugelzapfens A₁ oder Kugelpfanne A (Abb. 5). Die verschieden erwähnten Kennzeichen, beispielsweise die Schutzvorrichtung für die Stange in die Abdichtung derselben usw., sind sowohl einzeln als auch in Verbindung miteinander Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ebenso kann der Dämpferkolben von beliebiger Bauart sein. Aber im Hinblick darauf, daß die auf den Rahmen übertragenen Reaktionen von dem Bremsgesetz des Dämpfungskolbens abhängen, wird gemäß der Erfindung vorzugsweise ein

ao Kolben verwendet, der die Flüssigkeit in laminarer Strömung durch enge Schlitze durchtreten läßt.

Das wesentliche Kennzeichen dieses Kolbens besteht darin, das verwendete Mittel nicht dadurch zu bremsen, daß es durch Öffnungen oder Ventile im Kolben getrieben wird, sondern daß es gezwungen wird, sich über eine äußerst dünne ringförmige Schicht u, beispielsweise zwischen dem Kolben und dem Zylinder, gemäß Abb. 6 auszubreiten, wobei übrigens die Seele des Kolbens entweder starr und durch den Einbau von Ventilen im Einklang mit Abb. 3 vervollständigt sein kann oder elastisch sein und aus einem Stapel dünner Scheiben aus Metall oder einem anderen genügend widerstandsfähigen plastischen Werkstoff bestehen kann. Zusätzlich kann die Zentrierung des Kolbens durch zwei Flansche g und h gesichert werden, die ihrerseits genügend Öffnungen η und M₁ aufweisen, um die Bremsung der Flüssigkeit beim Durchgang durch diese Öffnungen auf einen zu vernachlässigenden Wert herabzusetzen; doch kann diese Zentrierung selbstverständlich auch durch jedes andere beliebige Mittel bewirkt werden, ohne damit den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Diese Anordnung hat beträchtliche Vorteile, insofern als, wie durch mathematische Rechnung bewiesen werden kann und wie durch die Versuche des Erfinders erwiesen ist, das Bremsgesetz alsdann praktisch linear ist, d. h. der Widerstand ist der Geschwindigkeit des Kolbens proportional, sowie doppelt wirkend und symmetrisch.

Der laminare Durchgang des Druckmittels, d. h. also in dünner Ausbreitung bzw. Schicht, kann auf verschiedene Arten verwirklicht werden; so kann dieser laminare Durchgang dadurch erzielt werden, daß ein Spiel zwischen dem Kolben und der Wandung des Zylinders bestehen gelassen wird; er kann ferner verwirklicht werden, indem einer oder mehrere Schlitze im Körper des Kolbens ausgebildet werden, wie es für verschiedene Abarten in Abb. 7 und 9 dargestellt ist. Bei der Ausführung nach Abb. 7 weist der Kolben einen Mantel r auf, in dem ein mit laminaren Durchlässen u versehener Block / mit Flanschen g festsitzt. Der Mantel g kann mit Dichtungen ν ausgestattet sein. Eine Lösung dieser Art ermöglicht die Verwendung eines mit größeren Toleranzen ausgebohrten Zylinders.

Abb. 8 gibt eine andere Ausführungsform wieder, bei der der Block t nicht durch Flansche, sondern vermöge seiner Befestigung auf der Kolbenstange zentrisch im Mantel gehalten wird, wobei der laminare Durchgang u zwischen der Außenwand des Blocks t und der Innenwand des Mantels r vorgesehen ist; der Block kann mit Ventilen und der Mantel mit Dichtungen versehen sein.

Die Abb. 9 bezieht sich auf eine Lösung derselben Art, bei der mehrere Blöcke t mit laminaren Durchgangen u an Stelle eines einzigen vorgesehen sind.

Falls der Kolben aus biegsamen Scheiben χ aus plastischem Stoff zusammengesetzt ist (Abb. 10), kann es praktisch sein, das Scheibenbündel auf beiden Flächen und gegebenenfalls auch in seinem Innern durch eine gewisse Anzahl biegsamer Scheiben aus Blattstahl zu schützen, deren Durchmesser etwas kleiner als derjenige der Scheiben aus plastischem Werkstoff ist.

Bekanntlich soll bei jeder Aufhängung die Bremsung des Dämpfers mit der Belastung zunehmen, und der Erfinder hat mathematisch beweisen und durch Versuche nachweisen können, daß bei jeder Aufhängung, deren Dämpfungsbremsung der Kolbengeschwindigkeit proportional ist, das günstigste Verhältnis zwischen _go der Dämpfungsbremsung und dieser Geschwindigkeit selbst eine direkte Funktion der aufgehängten Masse und der Federhärte der Aufhängung ist. Daraus ergibt sich, daß bei Aufhängungen mit konstanter Biegsamkeit bzw. Nachgiebigkeit das angegebene Verhältnis zwischen der Dämpfungsbremsung und der Kolbengeschwindigkeit sich mit der Belastung, d. h. mit der Stellung des Kolbens im Zylinder, ändert. Bei den Vorrichtungen mit Ventilen, wie sie allgemein verwendet werden, würde die Verwirklichung eines mit der Stellung des Kolbens im Zylinder veränderlichen Verhältnisses von Dämpfungsbremsung zu Kolbengeschwindigkeit zu verwickelten Anordnungen führen, während es bei einem mit Schlitzen versehenen Kolben genügt, ein schwach konisches Rohr zu nehmen, um die angestrebte Änderung zu erreichen. Diese Anordnung bildet gleichfalls einen Teil der Erfindung.

Im Fall einer pneumatischen Aufhängung bzw. Federung tritt diese Änderung zwischen der Dämpfungsbremsung und der Kolbengeschwindigkeit viel stärker in Erscheinung und sind die notwendigen Änderungen viel beträchtlicher, denn die Biegsamkeit ist dann ihrerseits der aufgehängten Masse proportional. Die vorstehende Lösung erhält alsdann ihre volle Bedeutung.

Selbstverständlich fallen die beschriebenen mechanischen Anordnungen auch dann unter die Erfindung, wenn die zur Bremsung des Dämpfers bestimmte Flüssigkeit weggelassen und das ganze Gerät mit Druckgas gefüllt wird. Eine derartige Lösung besitzt no tatsächlich große Vorteile und ist leicht zu verwirklichen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kolbens, der das Bremsmittel durch Schlitze in laminarer Strömung hindurchtreten läßt und der gerade ermöglicht, eine geeignete Dämpfung durch direkte Bremsung an dem gasförmigen Mittel zu verwirklichen, während gerade

die Schwierigkeiten der direkten Bremsung am gasförmigen Mittel die meisten Urheber von pneumatischen Aufhängungen veranlaßt haben, dieselbe teilweise mit Flüssigkeit zu füllen, um mit der Flüssigkeit leichter bremsen zu können.

Ein erster Vorteil dieser rein pneumatischen Aufhängung ist der, daß sie selbsttätig thermostatisch arbeitet, da die Viskosität der Gase von der Temperatur praktisch unabhängig ist. Der Haupt vorteil ist

ίο jedoch folgender: während für die Verwirklichung der geeigneten Änderung des Verhältnisses zwischen der Dämpfungsbremsung und der Kolbengeschwindigkeit mit der Belastung ein Rohr der richtigen Konizität verwendet werden muß, kann gezeigt werden, daß bei einer rein pneumatischen Aufhängung gemäß dem Schema der Abb. 3 oder 5 mit einem entsprechend berechneten Kolben der angegebenen Art in einem vollkommen zylindrischen Rohr das erwähnte Verhältnis der Dämpfungsbremsung zur Kolbengeschwindigkeit am günstigsten ist, unabhängig von der Belastung und der Temperatur.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Gedämpfte Aufhängung bzw. Federung für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch die Kombination eines eine Flüssigkeit enthaltenden Zylinders und eines in diese Flüssigkeit tauchenden Kolbens, dessen beide Seiten über enge Durchlässe miteinander in Verbindung stehen, und einen mit Druckgas gefüllten Raum über der Flüssigkeit im Zylinder, so daß das Druckgas die Last des Fahrzeugs wenigstens zum Teil trägt.
2. Gedämpfte Aufhängung für Fahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die engen Durchlässe zwischen beiden Kolbenseiten als vorzugsweise über die ganze Dicke des Kolbens reichende Schlitze ausgebildet sind.
3. Gedämpfte Aufhängung für Fahrzeuge nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die engen Durchlässe zwischen beiden Zylinderseiten zugleich Durchlässe in Form von Schlitzen und mit in beiden Richtungen wirkenden kraftbegrenzenden Ventilen versehene Öffnungen umfassen.
4. Gedämpfte Aufhängung für Fahrzeuge nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe durch ein Spiel zwischen dem Kolben und dem Zylinder gebildet werden, wobei der äußere Zylinder schwach konisch ist, derart, daß die Federhärte der Aufhängung mit der Stellung des Kolbens im Zylinder veränderlich ist.
5. Gedämpfte Aufhängung für Fahrzeuge nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Kombination eines ersten geschlossenen Zylinders, der etwas Flüssigkeit enthalten kann, eines darin befindlichen zweiten Zylinders, der ebenfalls Flüssigkeit enthält, und eines in diesem spielenden Kolbens, wobei der erste Zylinder und der Kolben einerseits und der zweite Zylinder andererseits mit dem Rahmen bzw. mit den Achsen des Fahrzeugs verbunden sind.
6. Gedämpfte Aufhängung für Fahrzeuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder einerseits offen ist und über diese offene Seite frei mit dem äußeren Zylinder in Verbindung steht und zwischen beiden Zylindern eine Abdichtung vorgesehen ist.
7. Gedämpfte Aufhängung für Fahrzeuge nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder in seinem oberen Teil in dem äußeren Zylinder geführt ist.
8. Gedämpfte Aufhängung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Abdichtung zwischen Zylinder und darin gleitendem Teil in Hohlräume eingeschlossene Ringe aus Gummi oder Polyvinylchlorid und dazwischen mit dickem Öl gefüllte Hohlräume vorgesehen sind.
9. Schwingungsdämpfende Vorrichtung mit einem Flüssigkeit oder Luft enthaltenden Zylinder und einem von der Flüssigkeit oder Luft umspülten Kolben gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den beiden Kolbenseiten vorgesehenen Durchlaßöffnungen aus engen kreisförmigen Bohrungen bestehen, um die Flüssigkeit oder das Gas in laminarer Strömung hindurchtreten zu lassen.
10. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben durch einen äußeren zylindrischen Körper gebildet ist, go der mit einem gleichachsigen Kern von etwas geringerem Durchmesser wenigstens einen axialen Durchlaß von kreisförmigem Querschnitt zwischen den beiden Kolbenflächen bildet.
11. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben gebildet ist durch die Kombination eines äußeren Körpers mit durchbrochenem Boden und zylindrischem Mantel, dessen Außendurchmesser im wesentlichen gleich demjenigen des Zylinders ist, mit einem in dem Mantel untergebrachten Kern, dessen Außendurchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des Mantels ist, derart, daß wenigstens ein axialer Durchlaß von kreisförmigem Querschnitt zwischen dem Mantel und dem Kern des Kolbens entsteht.
12. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe zwischen den beiden Kolbenseiten sowohl in engen Schlitzen, die in der Dicke des Kolbens vorgesehen sind und der Flüssigkeit einen laminaren Durchgang bieten, als auch in Löchern bestehen, die mit in beiden Richtungen wirkenden kraftbegrenzenden Ventilen versehen sind.
13. Abart der Dämpfungsvorrichtung nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe in in der Dicke des Kolbens vorgesehenen engen Schlitzen bestehen und Dichtungen zwischen dem Körper des Kolbens und dem Zylinder vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5660 1.