Beschreibung der Arbeit einer Flüssigkeitsfeder der Fa PIT als Stoßverzehrelement

Stoßverzehrer der Fa. PIT arbeiten auf der Basis einer Flüssigkeitsfeder. Ein Zylinder ist mit einer kompres- siblen Flüssigkeit gefüllt.Die Kompressibilität des Mediums beträgt ca. 22 % Dieses Medium gibt es in den unterschiedlichsten Viskositäten ( Fließverhalten in Verhältnis zu Wasser ), von sehr niedrigviskos = 0,65 mm2/ S(cST) bis sehr hochviskos = 5.000.000 mm2/S(cST). PIT verwendet ein Medium mit einer Viskosität von 30.000 mm2/S ( cST). Dies hat ein Fließverhalten etwa wie Altoel.

Der Zylinder ist an beiden Seiten verschlossen, auf der einen Seite durch den Boden, auf der anderen Seite durch ein Kolbenlager. Durch dieses Kolbenlager, welches mittels eines Gewindes in den Zylinder geschraubt wird und die erforderlichen Abdichtungen und Führungen enthält, ist eine Kolbenstange bestimmter, rechnerisch ermittelter Größe geführt. Gehalten wird diese Kolbenstange durch eine Kolbenplatte, deren Durchmesser incl. des Stützbandes um ein Minimales kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders. In die Kolbenplatte sind Drosselbohrungen eingebracht, deren Durchmesser nach den vorgegebenen Para- metern variieren, je nach Erfordernis mit oder ohne Kugelrückschlagventilen. Durch ein Ventil, welches vorzugsweise im Kolbenlager eingebracht ist, wird nach der Montage des Zylinders mittels einer Hochdruckpumpe zusätzliches Medium in den Zylinder gepumpt. Da das Medium eingespannt ist und kein Ausgleichsbehälter zur Verfügung steht, komprimiert das zusätzlich eingepumpte Medium das sich im Zylinder befindliche Medium bis auf einen bestimmten, rechnerisch ermittelten Druck.Dieser Druck wirkt auf die - ebenfalls rechnerisch ermittelte - Kolbenfläche der Kolbenstange. Das Element ist in diesem Zustand mit einer auf eine bestimmte Vorspannkraft vorgespannten Feder zu vergleichen.

Diese Vorspannkraft, hervorgerufen durch den auf die Kolbenfläche wirkenden Druck des komprimierten Mediums, ist auch gleichzeitig die minimale Rückstellkraft des Elementes, welche gebraucht wird, um das Ladegut wieder in die Nullstellung zu bringen.

Wird jetzt, bedingt durch eine von außen auf das Element einwirkende Kraft oder einen Stoß, die Kolbenstange mit Kolbenplatte in das vorkomprimierte Medium gedrückt, dann muß das Medium, da ja kein Ausgleichsbehälter zur Verfügung steht, zwangsläufig durch die Drosselbohrungen strömen, da die Kolbenplatte mittels Stützband seitlich kein Medium vorbeiströmen lässt.

Energie wird in Reibung umgewandelt und als Wärme abgeführt.

Gleichzeitig komprimiert das Volumen der einfahrenden Kolbenstange dass sich im Zylinder befindliche Medium, da dieses ja eingespannt ist und nicht ausweichen kann. Diese Komprimierung bedingt einen Kraftanstieg der berechneten Kraft pro mm Federweg und ergibt die Federrate ( Federsteife ) R. Es handelt sich hier um die statische, etwas progressiv ansteigende Federkraft des Elementes.

Je nach Aufprallgeschwindigkeit der auffahrenden Last erhöhen bzw. verringern sich die dynamischen Reibungsverluste, da bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten nicht nur die Strömungsverluste, sondern auch die Prallverluste, bedingt durch die als Prallplatte wirkende Kolbenplatte, unterschiedlich reagieren. Ein Stoßdämpfer kann daher ausschließlich für eine bestimmte Geschwindigkeit berechnet werden. Änderungen der Parameter bedingen auch Änderungen der Energieaufnahme.

Der ansteigende Kompressionskraft, welcher weiterhin auf die Fläche der Kolbenstange wirkt, addiert sich zu den Reibungsverlusten, welche durch das Strömen des Mediums durch die Drosselbohrungen erzeugt werden. Beide Kräfte zusammen bestimmen die Aufnahmefähigkeit des Stoßverzehrers.

Die höchste Kompressionskraft ist erreicht, wenn der Kolben in seiner Vorwärtsbewegung zum Stillstand kommt. Die erzeugte Reibungsenergie ist verbraucht, die Reibung auf Null. Jetzt wirkt nur noch der im Zylinder herrschende Kompressionsdruck auf die Kolbenfläche.

Ein Teil der Stoßenergie ist also in Reibung und Wärme umgewandelt worden, der Rest ist als Kompressionsdruck im Zylindermedium gespeichert.

Der vorhandene Kompressionsdruck auf die Kolbenstangenfläche bewirkt, das der Kolben gegen die aufgefahrenen Last drückt und diese wieder in die Ausgangsstellung ( Nullpunkt ) zurückstellt. Es ist bei der Berechnung eines Elementes also darauf zu achten, daß die minimale Vorspannkraft immer größer ist als die maximal erforderliche Rückstellkraft, welche zum Zurückstellen des Ladegutes gebraucht wird.

Diese Rückstellkraft berechnet sich aus dem Gewicht des Ladegutes und der Reibzahl u des Bodens. Da das Medium auch beim Rückstellen des Kolbens wieder durch die Drosselbohrungen strömen muß, wird die überschüssige Kompressionsenergie - je nach Ausführung der Kolbenplatte - schnell oder langsam abgebaut, der Kolben drückt das Ladegut also schnell oder langsam wieder in seine Ausgangsposition. Letzlich aber wird von dem Medium nur soviel Energie abgegeben, wie zur Rückstellung erforderlich ist. Wenn der Kolben wieder ganz ausgefahren ist, ( Position wie vor dem Stoß ), dann wirkt auf ihn nur noch die vorgespannte Kompressionskraft. Das Element ist wieder einsatzbereit.

Wie alle Materie, unterliegt auch unser Medium einer temperaturbedingten Veränderung. Dieser Ausdehnungskoeffizient beträgt 0.00096 1/K. Resultierend daraus liegt die Druckänderung im Element bei ca. 80 bar / 10°C Temperaturänderung. Da sich aber gleichzeitig auch die Viskosität des Mediums ändert, ( es wird flüssiger oder härter ), ändern sich auch die Strömungsverluste und heben hierbei die Kompressionsdifferenzen - zum Teil - wieder auf.

Außerdem wird das Medium bei Kälte durch das Durchströmen sofort aufgewärmt und bei Wärme wird die überschüssige Kraft langsam und kontrolliert abgegeben. Der Kolben schiebt das Ladegut nur so weit, bis er in der Ausgangsstellung verharrt. Daher kann bei Erwärmung die überschüssige Kraft vernachlässigt werden. Es handelt sich nicht um eine Feder, deren gespeicherte Energie das Ladegut schlagartig zurückwerfen würde.

Mit diesem System ist PIT in der Lage, die Energie jeder auffahrenden Last zu absorbieren und das Ladegut wieder in die Nullstellung zurückzuführen.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten des PIT - Systems ersehen Sie aus unserem Katalog.

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