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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen
Zylinder mit einer Puffervorrichtung. Bei einem derartigen hydraulischen
Zylinder wird die Wucht am Ende eines Kolbenhubs gemindert.
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Wenn die Kolbenstange eines hydraulischen Zylinders
vollständig
ausgestreckt ist, wirkt eine Puffervorrichtung, die den Aufprall
des Kolbens auf dem Zylinder verhindert, als hydraulische Bremse
der Bewegung des Kolbens und zur Reduzierung der Geschwindigkeit
des Kolbens an dem Ende des Kolbenhubs.
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Wenn ein Pufferring, der an der Kolbenstange
befestigt ist, in eine kreisförmige
Pufferdichtung einrückt,
die in einem Lagerteil des Zylinders in der Nähe des Endes des Kolbenhubs
eingebracht ist, bilden dazwischen gebildete Spalte eine Drossel,
die einem Ölfluss
einen Widerstand entgegensetzt, wodurch dem Ölausfluss aus einer Ölkammer
ein Widerstand entgegensetzt, und somit der Druck in der Ölkammer
heraufgesetzt wird, und die Bewegung des Kolbens hydraulisch abgebremst
wird. Ein derartiger Zylinder ist beispielsweise aus der
JP-11-280710-A bekannt.
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Wenn der Pufferring in die Pufferdichtung einrückt, wird
die Pufferdichtung durch den Flüssigkeitsdruck
so angeschoben, dass sie auf eine Haltevorrichtung auftrifft und
ein Störgeräusch verursacht.
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Dies ergibt sich dadurch, dass die
Metallpufferdichtung, die innerhalb der Haltevorrichtung eingebracht
ist, um den Zusammenbau zwischen dem Pufferring und der Pufferdichtung
zu erleichtern, frei ist, sich leicht in der radialen und axialen
Richtung der Kolbenstange bewegt.
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Da dieses Auftreffgeräusch durch
das Aufeinandertreffen von Metall verursacht wird, ist es ein hochfrequentes
Geräusch.
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Aus der
DE 77 12 953 U1 ist ein
Dichtring für die
Endlagendämpfung
in einem Pneumatikzylinder bekannt. Bei diesem Pneumatikzylinder
ist ein Kolben gleitend in einem Zylinderrohr eingesetzt, wobei eine
Kolbenstange, die mit dem Kolben verbunden ist, sich gleitend durch
einen Zylinderkopf erstreckt. Auf einem Endabschnitt der Kolbenstange ist
ein Dämpfungskolben
befestigt.
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Der Zylinderkopf weist eine Verbindungsbohrung
auf, die einen pneumatischen Druckraum des Zylinders mit einem Außenbereich
verbindet. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist ein Rückschlagventil in
dem Zylinderkopf vorgesehen. Innerhalb dieses Zylinderkopfs ist
ein Nutring eingesetzt. Der als Dämpfungsdichtung eingebaute
Nutring wird durch einen Federring in einem Sitz gegen Verkantung
gesichert. Sobald sich die Kolbenstange mit dem Kolben und dem darauf
angeordneten Dämpfungskolben
in die entsprechende Endlage bewegt, taucht der Dämpfungskolben
in den Nutring ein. Damit wird ein Zylinderraum abgesperrt.
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Bewegt sich die Kolbenstange mit
dem Kolben weiter, dann wird die Luft in dem Zylinderraum weiter
verdichtet und bremst diese Bewegung ab. Bei einer Bewegung in entgegengesetzter
Richtung muss sich zunächst
eine Kugel des Rückschlagventils
von ihrem Sitz abheben, damit Druckluft über eine entsprechende Verbindungsbohrung
in den Zylinderraum einströmen
und den Kolben beaufschlagen kann.
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Um die relativ aufwendige Rückschlagventileinrichtung
einzusparen, schlägt
die oben genannte Druckschrift vor, einen gekerbten O-Ring als Dämpfungsdichtung
zu verwenden. Auch bei dieser Anordnung dringt der Dämpfungskolben
im Bereich der Endlage in den O-Ring ein. Daraufhin wird dieser O-Ring
gegen eine Flanke geschoben. Der sich aufbauende, pneumatische Druck
presst den O-Ring zusätzlich
gegen diese Flanke. Der O-Ring dichtet damit den pneumatischen Zylinderraum
ab, und die Bewegung wird gebremst. Bei einer Bewegung des Kolbens
und der Kolbenstange in Gegenrichtung wird der O-Ring in Kontakt
mit einer weiteren, der ersten gegenüberliegenden Flanke gebracht.
Gegenüberliegend
zu der weiteren Flanke sind an dem O-Ring Kerben angebracht, die
ein Umströmen
desselben ermöglichen,
so dass eine relativ schnelle Ausfahrbewegung ermöglicht wird.
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Es ist die Aufgabe dieser Erfindung,
einen hydraulischen Zylinder mit einer Puffervorrichtung zu schaffen,
der bei einfachem Aufbau eine niedrige Geräuschemission aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen hydraulischen Zylinder mit einer Puffervorrichtung mit den
Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
1.
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Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes
sind in den Unteransprüchen
dargelegt.
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Nachfolgend wird die vorliegende
Erfindung anhand von Ausführungsformen
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht, die einen Teil eines Zylinders entsprechend
einer Ausführungsform,
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2 eine
vergrößerte Ansicht,
die einen Zustand zeigt, in dem ein Pufferring in einer Pufferdichtung
an dem Ende des Kolbenhubes eintritt,
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3 ein
charakteristisches Diagramm des Geräusches, das in der Nähe des Endes
des Kolbenhubes entsprechend der Ausführungsform erzeugt wird,
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4 ein
charakteristisches Diagramm des Geräusches, das entsprechend einer
herkömmlichen Vorrichtung
erzeugt wird,
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5 eine
Querschnittsansicht, die einen Teil einer anderen Ausführungsform
zeigt,
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6 eine
Querschnittsansicht, die einen unrichtigen Aufbau einer Pufferdichtung
zeigt,
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7 eine
Querschnittsansicht, die einen unrichtigen Aufbau eines Distanzstückes zeigt, 1 und 2 zeigen einen hydraulischen Zylinder
mit einer Puffervorrichtung (hydraulische Zylinderpuftervorrichtung)
entsprechend einer Ausführungsform. Ein
Kolben 22 ist gleitend in einem Zylinderrohr 21 eingesetzt.
Eine Kolbenstange 23 ist mit dem Kolben 22 verbunden.
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Das Innere des Zylinderrohrs 21 ist
durch diesen Kolben 22 in zwei Ölkammern 24, 25 unterteilt.
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Ein Pufferring 26 ist an
der Kolbenstange 23 an einer Position nahe der unteren
Oberfläche
des Kolbens 22 ausgebildet und befestigt. Dieser Pufferring 26 ist
in einer Kreisform ausgebildet und mit einem Schlitz 27 versehen,
der sich axial auf seinem äußeren Umfang
erstreckt, wobei die Tiefe dieses Schlitzes zu dem Kolben 22 hin
flacher wird.
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Ein Zylinderkopf 28 ist
an dem offenen Ende des Zylinderrohrs 21 befestigt, und
ein zylindrisches Lager 29 ist an dem inneren Umfang des
Zylinderkopfes 28 angebracht. Die Kolbenstange 23 durchdringt
dieses Lager 29 gleitend und ragt von dem Zylinderkopf 28 nach
außen
heraus. Das Bezugszeichen 30 in der Zeichnung bezeichnet
eine Öldichtung,
die innerhalb des Lagers 29 angeordnet ist.
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Eine kreisförmige Haltevorrichtung 31,
die einen bestimmten Abstand zu dem äußeren Umfang der Kolbenstange 23 aufweist,
ist an dem inneren Ende des Zylinderkopfes 28 befestigt.
Die Haltevorrichtung 31 ist in dem Zylinderrohr 21 von
der Seite des Zylinderkopfes 28 eingefügt und ist in einer Position
befestigt, in der eine Stufe mit größerem Durchmesser auf dem äußeren Umfang
der Haltevorrichtung 31 mit einer Stufe auf dem inneren
Umfang des Zylinderrohrs 21 in Kontakt kommt und dadurch
ein weiteres Eindringen unmöglich
macht.
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Ein Stopper 32 ist an der
Spitze der Haltevorrichtung 31 ausgebildet, d.h. an dem
Ende, das der Ölkammer 24 gegenüber ist.
Ein Ring 33, eine Metallpufferdichtung 34 und
ein Distanzstück 35 sind
in der axialen Richtung zwischen dem Zylinderkopf 28 und dem
Stopper 32 auf dem inneren Umfang der Haltevorrichtung 31 angeordnet,
in dieser Anordnung von der Seite des Zylinderkopfes 28 betrachtet.
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Der Ring 33 ist in die Haltevorrichtung 31 eingepresst,
und ein Ende ist mit dem inneren Ende des Zylinderkopfes 28 in
Kontakt gebracht. Auf der anderen Seite sind die Puffer dichtung 34 und
das Distanzstück 35 innerhalb
eines bestimmten Bereiches zwischen dem Ring 33 und dem
Stopper 32 frei für
eine axiale Verschiebung. Sie sind auch in der Lage, sich leicht
in einer radialen Richtung zu bewegen.
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Eine Kerbe 36 ist an dem
anderen Ende des Ringes 33 ausgebildet, d.h. auf der Seite
gegenüber der
Pufferdichtung 34, und eine Öffnung ist ausgebildet, wenn
die Pufferdichtung 34 in Kontakt mit dem anderen Ende des
Ringes 33 kommt. Wenn die Pufferdichtung 34 von
dem Ring 33 getrennt ist, ist diese Kerbe 36 freigelegt
und funktioniert nicht mehr als Öffnung.
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Eine Ein- bzw. Auslassöffnung 38,
die mit dem Außenbereich
des Zylinders in Verbindung steht, ist an dem äußeren Ende der Haltevorrichtung 31 ausgebildet.
Diese Ein- bzw.
Auslassöffnung 38, steht
mit der Ölkammer 24 über einen
inneren ringförmigen
Kanal 39 in Verbindung, der zwischen dem inneren Umfang
des Ringes 33, der Pufferdichtung 34 und des Distanzstückes 35 und
dem äußeren Umfang
der Kolbenstange 23 ausgebildet ist.
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Ein äußerer ringförmiger Kanal 41 ist
mit vorbestimmten Zwischenräumen
zwischen dem äußeren Umfang
der Pufferdichtung 34 und dem Distanzstück 35 und dem inneren
Umfang der Haltevorrichtung 31 ausgebildet.
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Eine relativ große Lücke ist zwischen dem äußeren Umfang
des Pufferringes 26, der an der Kolbenstange 23 angebracht
ist, und dem inneren Umfang des Distanzstückes 35 vorgesehen,
und der innere Durchmesser der Pufferdichtung 34 ist so
festgesetzt, dass hier praktisch kein Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfang
des Pufferringes 26 und dem inneren Umfang der Pufferdichtung 34 ist.
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Daher ist, wenn der Kolben 22 nahe
dem Ende des Hubes ist und der Pufferring 26 in die Pufferdichtung 34 eintritt,
die Flüssigkeitsmenge,
die aus der Ölkammer 24 ausfließt, stark
eingeschränkt.
Ein Teil der Flüssigkeit
fließt
durch den Schlitz 27 auf dem inneren Umfang der Pufferdichtung 34,
während der
Rest durch den äußeren ringförmigen Kanal 41 auf
dem äußeren Umfang
der Pufferdichtung 34 und durch die Kerbe 36 fließt. Der
Druck der Ölkammer 24 steigt
durch den Flusswiderstand zu dieser Zeit an und die Be wegung des
Kolbens 22 wird hydraulisch abgebremst.
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Wenn sich der Kolben 22 in
die dem Ende des Hubes gegenüber
liegende Richtung verschiebt, d.h. in der Ausdehnungsrichtung der
Kolbenstange, wird ein freier Fließkanal 37 in der Nähe des Stoppers 32 in
der Haltevorrichtung 31 gebildet, so dass seine Bewegung
sehr rasch beginnen kann. Dieser freie Fließkanal 37 ist in Verbindung
mit dem äußeren ringförmigen Kanal 41 auf
dem äußeren Umfang
des Distanzstückes 35 und
der Pufferdichtung 34 und steht in Verbindung mit der Kerbe 36,
welche freigelegt wird, wenn sich die Pufferdichtung 34 nach
oben bewegt, und erlaubt, dass die Ölkammer 24 mit der Zylinderein-
bzw. -auslassöffnung 38 in
einem freien Fließstadium
in Verbindung steht.
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Damit bilden diese Kanäle einen
Seitenkanal, wodurch die Flüssigkeit
den Kanal zwischen dem äußeren Umfang
des Pufferringes 26 und dem inneren Umfang der Pufferdichtung 34 umgehen
kann.
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Im Weiteren wird die Wirkung dieser
Ausführungsform
beschrieben.
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Wenn die unter hohen Druck gesetzte
Flüssigkeit
der Ölkammer 25 zugeführt wird
und die Ein- bzw. Auslassöffnung 38,
die mit der Ölkammer 24 in Verbindung
steht, gleichzeitig mit der Seite niedrigeren Drucks verbunden wird,
verschiebt sich der Kolben 22 in der Richtung des Pfeils 40 von
dem in 1 gezeigten Zustand.
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Die Flüssigkeit, die von der Ölkammer 24 abgelassen
wird, fließt
im Wesentlichen durch einen inneren ringförmigen Kanal 39 zwischen
dem inneren Umfang des Distanzstückes 35,
der Pufferdichtung 34 und dem Ring 33 und der
Kolbenstange 23 und fließt zu der Ein- bzw. Auslassöffnung 38.
Wenn der Oberflächenquerschnitt
dieses inneren ringförmigen Kanals 39 relativ
groß ist,
wird das Öl
reibungslos abgelassen und die Geschwindigkeit der Bewegung des
Kolbens 22 ist hoch.
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Wenn der Kolben 22 die Nähe des Endes seines
Hubes erreicht, wie in 2 gezeigt,
durchdringt der Pufferring 26 das Distanzstück 35 und
die Pufferdichtung 34, und wenn der innere Durchmesser
des Distanzstückes 35 größer als
der innere Durchmesser der Pufferdichtung 34 ist, durchdringt der
Pufferring 26 das Distanzstück 35 reibungslos.
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In diesem Stadium stehen die Ölkammer 24 und
die Zylinderein- bzw. -auslassöffnung 38 über zwei
Kanäle
miteinander in Verbindung. Einer ist ein Kanal zwischen der Pufferdichtung 34 und
dem Schlitz 27, der in dem Pufferring 26 ausgebildet
ist, während
der andere ein Kanal durch die Öffnung,
die den ringförmigen
Kanal 41 und die Kerbe 36 umfasst, ist.
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Die effektive Oberflächenquerschnittsfläche dieser
zwei Kanäle
ist viel kleiner als die des inneren ringförmigen Kanals 39,
und ihr Durchflusswiderstand ist größer, so dass der Druck der Ölkammer 24 durch
diesen Widerstand ansteigt. Da die Oberflächenquerschnittsfläche des
Schlitzes 27 kleiner wird, je tiefer der Pufferring 26 eindringt,
erhöht
sich der obengenannte Widerstand entsprechend seiner Eindringtiefe.
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Daher steigt der Druck der Ölkammer 24 stark
in der Nähe
des Endes des Kolbenhubes an, die Geschwindigkeit der Bewegung des
Kolbens 22 wird entsprechend reduziert und eine Pufferwirkung wird
erreicht.
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Wenn der Pufferring 26 die
Pufferdichtung 34 durchdringt, werden das Distanzstück 35 und
die Pufferdichtung 34 durch den Flüssigkeitsdruck und durch den
Pufferring in die Richtung, die durch den Pfeil 40 angezeigt
ist, gedrückt
und treffen schart auf den Ring 33 auf.
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Durch den Aufprall vibriert die Pufferdichtung 34,
und das Distanzstück 35,
welches mit dessen Rückseite
in Kontakt ist, vibriert auch. Jedoch vibrieren sie nicht mit derselben
Schwingfrequenz, die Vibrationen interferieren miteinander durch
die Differenz der Schwingfrequenzen und die Vibration wird dadurch
absorbiert. Die Flüssigkeit
tritt auch zwischen die Pufferdichtung 34 und das Distanzstück 35 ein,
und diese Flüssigkeit
wirkt zum Abschwächen der
Vibration.
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Aus diesem Grund wird die Vibration
dar Pufferdichtung 34 zum großen Teil absorbiert und abgeschwächt, und
das unvorteilhafte Vibrationsgeräusch im
Stand der Technik durch den Metallkontakt wird verhindert. Weiterhin
wird die Vibration der Pufferdichtung
34 unterdrückt, so
dass eine ungleichmäßige Reibung
durch Vibration auch verhindert wird.
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3 und 4 zeigen charakteristische Kurven
des Vibrationsgeräusches.
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Diese Diagramme zeigen im Wesentlichen die
Vibrationseigenschaften in der Nähe
des Endes des Kolbenhubes durch den Puffereffekt des Pufferringes.
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In der Figur zeigt A das Vibrationsgeräusch, B
zeigt die Kolbenverschiebung und C zeigt den Ölkammerdruck. Die vertikale
Achse in der Grafik zeigt den Geräuschpegel, den Betrag des Kolbenhubes und
das Druckniveau, und die horizontale Achse zeigt die Zeit.
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Wenn der Pufferring in die Pufferdichtung eintritt,
steigt der Ölkammerdruck
stark an, die Bewegung des Kolbens wird gebremst und die Kolbengeschwindigkeit
sinkt stark.
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Wenn der Pufferring die Pufferdichtung durchdringt,
berührt
die Pufferdichtung den Ring, aber wenn die Vibration entsprechend
dieser Erfindung wie oben beschrieben absorbiert und abgeschwächt wird, ändert sich
die Geräuschvibration selbst
während
des Aufpralls kaum, wie in 3 gezeigt.
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In 4,
welche eine Vorrichtung des Standes der Technik zeigt, wird andererseits
ein hohes Vibrationsgeräusch
durch den Aufprall mit der Pufferdichtung erzeugt, wenn sie der
Pufferring durchdringt.
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Wenn sich der Kolben 22 in
die entgegengesetzte Richtung zu dem Pfeil 40 von dem Ende
des Hubes verschiebt, wird die unter Druck befindliche Flüssigkeit
von der Ein- bzw.
Auslassöffnung 38 zugeführt und
die Ölkammer 25 ist
zu der Niederdruckseite freigelegt.
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Wenn die unter Druck befindliche
Flüssigkeit von
der Ein- bzw. Auslassöffnung 38 zugeführt wird, verschieben
sich durch diesen Druck das Distanzstück 35 und die Pufferdichtung 34,
bis sie in Kontakt mit dem Stopper 32 kommen. Wenn sich
die Pufferdichtung 34 auf diese Weise bewegt, trennt sie
sich von dem Ring 33, und die Öffnung, welche die Kerbe 36 umfasst,
wird freigelegt, und der Fließkanalbereich
wird vergrößert.
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Dadurch ist die Ölkammer 24 direkt über den äußeren ringförmigen Kanal 41 und
den freien Kanal 37 mit der freigelegten Kerbe 36 in
Verbindung. Die Oberflächenquerschnittsfläche dieses
Fließpfades
ist viel größer als
die Drossel, die gebildet ist, wenn der Pufferring 26 eintritt,
so dass die unter Druck befindliche Flüssigkeit schnell fließt und sich
der Kolben 22 schnell in der entgegengesetzten Richtung
des Pfeils 40 verschiebt.
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Wenn der Pufferring 26 die
Pufferdichtung 34 verlässt,
fließt
die unter Druck befindliche Flüssigkeit in
die Ölkammer 24 sogar über den
inneren ringförmigen
Kanal 39, so dass sich der Kolben 22 dann mit einer
noch größeren Geschwindigkeit
bewegt.
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Entsprechend dieser Ausführungsform
ist die Haltevorrichtung 31 an dem Zylinderkopf 23 befestigt,
und der Ring 33, die Pufferdichtung 34 und das
Distanzstück
sind jeweils in der Haltevorrichtung 31 angeordnet. Diese
Teile können
daher in Kassettenform während
der Herstellung vorher angeordnet werden und die Produktivität der Montagelinie
wird entsprechend verbessert. Wenn jedoch die Pufferdichtung 34 und
das Distanzstück 35 in
einer unrichtigen Anordnung in der Haltevorrichtung 31 angeordnet
werden, funktioniert die Vorrichtung nicht mehr richtig.
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Anhand der 5 bis 7 wird
nun eine Ausführungsform
beschrieben, die entworfen wurde, um eine unrichtige Anordnung zu
verhindern.
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Wie in 5 gezeigt,
ist ein Führungsteil 43 mit
einem geringeren äußeren Durchmesser
als der innere Durchmesser des Stoppers 32 an der Spitze des
Distanzstückes 35 ausgebildet.
Ein Teil der Spitze des Führungsteils 43 durchdringt
den Stopper 32, aber in diesem Stadium sind das Distanzstück 35 und die
Pufferdichtung 34 in der Lage, sich nur innerhalb eines
bestimmten Abstandes in der axialen Richtung der Kolbenstange zwischen
dem Ring 33 und dem Stopper 32 in der Haltevorrichtung 31 zu
bewegen.
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Die Länge der axialen Richtung des
Führungsteils 43 ist
so festgesetzt, dass sie größer als der
Toleranzverschiebungsbetrag des Distanzstückes 35 und der Pufferdichtung 34 ist.
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Wenn der Pufferring 26 das
Distanzstück 35 und
die Pufferdichtung 34 an dem Ende des Kolbenhubes durchdringt,
sind das Distanzstück 35 und
die Pufferdichtung 34 frei in ihrer axialen Bewegung und haben
einen geeigneten Puffereffekt. Selbst wenn der Pufferring 26 ausfällt, verschieben
sich das Distanzstück 35 und
die Pufferdichtung 34 um die Öffnung
freizulegen.
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Wenn jedoch, wie in 6 gezeigt, die Anordnung des Distanzstückes 35 und
der Pufferdichtung 34 unrichtig ist, d.h., wenn das Distanzstück 35 zwischen
dem Pufferring 34 und dem Ring 33 eingebracht
ist, berührt
die Pufferdichtung 34 das Ende, das dem Stopper 32 gegenüber ist,
und der Abstand zu den zwei Enden des Distanzstückes 35 und der Pufferdichtung 34 wird
größer als
der vorhin genannte erlaubte Bewegungsbereich.
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Dies hängt von der axialen Länge des
Führungsteils 43 ab,
konsequenterweise, wenn der Ring 33 an die Haltevorrichtung 31 angepasst
ist, kann der Ring 33 nicht vollständig angepasst sein, ein Teil
seines hinteren Endes ragt nach außen heraus, und in diesem Stadium
können
sich das Distanzstück 35 und
die Pufferdichtung 34 nicht mehr vollständig in der axialen Richtung
bewegen.
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Wie in 7 gezeigt
passiert dies auch, wenn die Anordnung der Pufferdichtung 34 und
des Distanzstückes
richtig ist, aber die Richtung des Distanzstückes umgekehrt ist.
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Wenn die Pufferdichtung 34 und
das Distanzstück 35 nicht
korrekt angeordnet sind, werden sie nicht mehr funktionieren und
der Monteur wird sofort feststellen, dass sie nicht korrekt angeordnet sind.
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Damit wird entsprechend dieser Ausführungsform
eine unrichtige Anordnung der Pufferdichtung 34 und des
Distanzstückes 35 in
der Haltevorrichtung 31 definitiv verhindert.