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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder mit Endlagendämpfung,
insbesondere für ein Flurförderzeug, umfassend
einen Hohlzylinder, einen im Hohlzylinder in Axialrichtung verschiebbaren
Arbeitskolben, einen Dämpfungskolben, der mit dem Arbeitskolben
in Verbindung steht und relativ zu diesem in Axialrichtung beweglich
ist, eine Feder, durch die der Dämpfungskolben axial in
Richtung einer in der Nähe des Bodens des Hohlzylinders
ausgebildeten Einlass- und Auslassöffnung für
Hydraulikflüssigkeit vorgespannt ist, wobei der Dämpfungskolben
derart ausgebildet ist, dass er beim Absenken des Arbeitskolbens
kurz vor Erreichen einer Arbeitskolbenendlage die Einlass-/Auslassöffnung
abdichtet, so dass der Strömungsquerschnitt für
Hydraulikflüssigkeit durch im Dämpfungskolben
wirkende Drosselmittel hindurch in die Einlass-/Auslassöffnung verringert
ist.
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Ein
solcher Hydraulikzylinder ist beispielsweise aus der
EP 1 002 198 B1 und der
EP 0 931 758 B1 bekannt.
Dieser gattungsgemäße, in einem Flurförderzeug
als Hubzylinder eingesetzte Hydraulikzylinder weist eine im Dämpfungskolben
vorgesehene, als Bohrung ausgebildete Drosselstelle auf, die zu
einer konstanten Dämpfung über den gesamten Dämpfungsweg
führt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Hydraulikzylinder der genannten Art
derart weiterzubilden, dass die Dämpfungscharakteristik über
den Dämpfungsweg beeinflussbar ist.
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Hierzu
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Drosselmittel
derart ausgebildet sind, dass der Strömungsquerschnitt
in Abhängigkeit der Relativbewegung des Arbeitskolbens
zum Dämpfungskolben bis zum Erreichen der Arbeitskolbenendlage
weiter verringerbar ist.
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Durch
derart ausgebildete Drosselmittel kann der Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit
durch den Dämpfungskolben hindurch zur Einlass-/Auslassöffnung über
den Dämpfungsweg variiert werden. Es ist also möglich,
das Absenken des Arbeitskolbens und somit der damit verbundenen
Hubvorrichtung nicht nur auf eine konstante, zur Stoßverhinderung
geeignete Absetzgeschwindigkeit zu reduzieren, sondern die Dämpfung
progressiv zu gestalten, so dass das Absenken über den
Dämpfungsweg verlangsamt wird. Die Gefahr des Auftretens
von Stößen auf die Hubvorrichtung und auf aufgenommene
Lasten kann somit weiter verringert und im Prinzip ausgeschlossen
werden.
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Vorzugsweise
fassen die Drosselmittel einen im Dämpfungskolbenboden
ausgebildete Drosselöffnung. Diese Drosselöffnung
weist einen kleineren Strömungsquerschnitt wie die im Zylinderboden
ausgebildete Einlass-/Auslassöffnung auf, so dass durch diese
Drosselöffnung bereits eine Dämpfungswirkung erreicht
wird.
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Besonders
bevorzugt ist es, dass die Drosselmittel ferner eine Düsennadel
umfassen, die einen in Axialrichtung von ihrer Spitze aus zunehmenden, vorzugsweise
kontinuierlich zunehmenden Querschnitt aufweist. Ferner ist die
Düsennadel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
relativ zur Drosselöffnung durch diese hindurch beweglich,
wobei die im Dämpfungskolbenboden ausgebildete Drosselöffnung
und die Düsennadel insbesondere einen Ringspalt bilden,
durch den Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungskolben
in die Einlass-/Auslassöffnung strömt.
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Durch
die über den Dämpfungsweg in die Drosselöffnung
des Dämpfungskolbens hindurchgehende Düsennadel
wird der Strömungsquerschnitt aufgrund des zunehmenden
Durchmessers der Düsennadel verringert, da der durch den
Außenumfang der Düsennadel und den Innenumfang
der Drosselöffnung gebildete Ringspalt immer kleiner wird.
Je nach Formgebung der Düsennadel kann die progressive
Dämpfungscharakteristik über den Dämpfungsweg
beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Düsennadel anstelle
einer bevorzugten kontinuierlichen Durchmesserzunahme eine stufenartige
Durchmesserzunahme aufweisen. Insgesamt kann also die Dämpfungscharakteristik
durch die Dimensionierung der Drosselöffnung und die Dimensionierung
der Düsennadel bezüglich ihrer Länge
und ihrer Dicke für entsprechende Bedürfnisse
angepasst werden.
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Um
die relative Bewegung der Düsennadel zur Drosselöffnung
zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Düsennadel
am Arbeitskolben angebracht, insbesondere mit diesem verschraubt
ist. Eine solche Konstruktion führt aufgrund der Kopplung
zwischen Düsennadel und Arbeitskolben zu einer Veränderung
des Strömungsquerschnitts in direkter Abhängigkeit
von der Bewegung des Arbeitskolbens.
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Damit
Hydraulikflüssigkeit durch den Dämpfungskolben
hindurchströmen kann, wird vorgeschlagen, dass die Drosselmittel
eine radial verlaufende Öffnung im Dämpfungskolben
umfassen, welche die Hydraulikverbindung zwischen der Drosselöffnung und
einer durch den Hohlzylinder und den Arbeitskolben begrenzten Zylinderkammer
herstellt. Unter der Zylinderkammer wird der im Volumen veränderbare Raum
verstanden, der in radialer Richtung durch die Hohlzylinderwandung
und in axialer Richtung durch den Zylinderboden und den Arbeitskolbenboden
begrenzt ist.
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Wenn
der Dämpfungskolben die Einlass-/Auslassöffnung
abdichtet, ist die Zylinderkammer als Ringkammer ausgebildet, die
axial durch den Zylinderboden und den Arbeitskolbenboden und radial
durch die Innenseite des Hohlzylinders und die Außenseite
des Dämpfungskolbens begrenzt ist. Dabei wird die in der
Ringkammer befindliche Hydraulikflüssigkeit aufgrund der
relativen Bewegung des Arbeitskolbens zum Dämpfungskolben
durch die im Dämpfungskolben vorgesehene, radial verlaufende Öffnung
und den durch die Drosselöffnung und die Düsennadel
gebildeten Ringspalt zur Einlass-/Auslassöffnung hin verdrängt.
Wie dies bei solchen Hydraulikzylindern üblich ist, kann
ein geringer Anteil der Hydraulikflüssigkeit zwischen dem
Außenumfang des Arbeitskolbens, insbesondere einem am Außenumfang
angebrachten Führungsring und der Innenseite des Hohlzylinders
vorbeiströmen, um einen Druckausgleich im Hydraulikzylinder
zu ermöglichen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der Dämpfungskolben
in eine sich vom Arbeitskolbenboden axial erstreckende Öffnung
eingesetzt und wenigstens teilweise im Arbeitskolben aufgenommen.
Dabei kann zur Vorspannung des Arbeitskolbens in Richtung der Einlass-/Auslassöffnung
die Feder in der Öffnung abgestützt sein.
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Wenn
der Arbeitskolben in seiner Endlage auf dem Hohlzylinderboden anliegt,
ist der Dämpfungskolben unter Kompression der Feder nahezu vollständig
in der Öffnung im Arbeitskolben aufgenommen. Wenn der Arbeitskolben
und der die Einlass-/Auslassöffnung abdichtende Dämpfungskolben zum
Anheben des Arbeitskolbens mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden,
bewegen sie sich weg von der Einlass-/Auslassöffnung und
es erfolgt dann in Abhängigkeit des aufgebrachten Hydraulikdrucks
eine Relativbewegung zwischen Arbeitskolben und Dämpfungskolben,
wobei der Dämpfungskolben bei nachlassendem Hydraulikdruck
aufgrund der Ausdehnung der Feder aus der im Arbeitskolben vorgesehenen Öffnung
austritt.
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In
diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass Anschlagmittel vorgesehen
sind, welche die Relativbewegung zwischen dem Arbeitskolben und
dem Dämpfungskolben in Richtung der Federvorspannung des
Dämpfungskolbens begrenzen. Insbesondere sollen die Anschlagmittel
durch eine am Außenumfang des Dämpfungskolbens
axial verlaufende Begrenzungsnut und einen sich radial in die Nut
erstreckenden, am Arbeitskolben befestigten Stift gebildet sein.
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Vorzugsweise
handelt es sich beim Hydraulikzylinder um einen einfach wirkenden
Zylinder. Allerdings kann ein solches Dämpfungssystem mit
variabler Dämpfungscharakteristik selbstverständlich auch
bei doppelt wirkenden Zylindern zum Einsatz kommen.
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Die
Erfindung betrifft ferner auch ein Flurförderzeug mit wenigstens
einem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder als
Hubzylinder einer zum Flurförderzeug zugehörigen
Hubvorrichtung.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegenden
Figuren beispielhaft anhand einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Hydraulikzylinders beschrieben.
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1 ist
eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform des Hydraulikzylinders
in Endlage.
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2 ist
ein leicht vergrößerter Ausschnitt des Hydraulikzylinders
mit Dämpfungskolben am Anfang des Dämpfungswegs.
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Ein
in der 1 in Längsschnittdarstellung dargestellter
Hydraulikzylinder 10 umfasst einen Hohlzylinder 12 und
einen im Hohlzylinder in Axialrichtung A verschiebbaren Arbeitskolben 14.
Der Hohlzylinder 12 ist an seinem unteren Ende durch einen
Zylinderboden 16 verschlossen, in dem eine Öffnung 18 für
den Einlass und Auslass von Hydraulikflüssigkeit ausgebildet
ist. Diese Einlass-/Auslassöffnung 18 mündet
in einem ebenfalls im Zylinderboden 16 ausgeführten
Leitungsabschnitt 20, der mit einer nicht dargestellten
Pumpe und einem ebenfalls nicht dargestellten Tank in Verbindung
steht. Die Einlass-/Auslassöffnung 18 ist bezogen
auf die Hydraulikzylinderachse als koaxiale Bohrung im Zylinderboden 16 ausgeführt.
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Der
Kolben 14 weist an seinem unteren Ende einen Führungsring 22 auf,
der den Arbeitskolben 14 in radialer Richtung bezüglich
des Hohlzylinders 12 abstützt. Ferner ist oberhalb
des Führungsrings 22 ein Drahtring 24 um
den Außenumfang des Arbeitskolbens 14 angebracht,
der beim Ausfahren des Arbeitskolbens 14 aus dem Hohlzylinder 12 als
Anschlag dient, wenn er am Zylinderkopf 26 bei 28 anliegt.
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Im
Arbeitskolben 14 ist eine ausgehend vom Arbeitskolbenboden 30 axial
verlaufende Öffnung 32 in Form einer zur Hydraulikzylinderachse
konzentrischen Bohrung ausgebildet. In diese Bohrung 32 ist ein
Dämpfungskolben 34 eingesetzt, der in Axialrichtung
A in der Öffnung 32 relativ zum Arbeitskolben 14 beweglich
ist. Der Dämpfungskolben 34 weist an seinem der
Einlass-/Auslassöffnung 18 zugewandten Ende einen
konisch zulaufenden Dämpfungskolbenboden 36 auf,
in dem eine Drosselöffnung 38 konzentrisch zur
Hydraulikzylinderachse ausgebildet ist. Der Dämpfungskolben 34 ist
durch eine Feder 40 in Richtung der Einlass-/Auslassöffnung 18 vorgespannt,
so dass er bei Beginn der Dämpfung, wie dies in 2 dargestellt
ist, die Einlass-/Auslassöffnung 18 mit seinem
Dämpfungskolbenboden 36 abdichtet, bevor der Arbeitskolben 14 durch
weiteres Absenken seine Endlage gemäß 1 erreicht.
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Die
relative Bewegung des Dämpfungskolbens 34 zum
Arbeitskolben 14 in Richtung der Einlass-/Auslassöffnung 18 ist
begrenzt durch das Zusammenwirken einer in Axialrichtung verlaufenden, im
Dämpfungskolben 34 vorgesehenen Begrenzungsnut 42 und
einem in die Nut eingreifenden, orthogonal zu dieser im Arbeitskolben 14 angeordneten
Stift 44. Die maximale Länge, um welche der Dämpfungskolben 34 aus
dem Arbeitskolben 14 durch die Feder 40 ausgefahren
ist, ist in 2 dargestellt und stellt den
für diese Ausführungsform maximalen Dämpfungsweg
D dar, welcher durch den Doppelpfeil in 2 angedeutet
ist.
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Zu
Beginn der Dämpfung ist gemäß 2 die
Einlass-/Auslassöffnung 18 durch den Zylinderboden 36 des
Dämpfungskolbens 34 abgedichtet. Dies hat zur
Folge, dass beim weiteren Absenken des Arbeitskolbens 14 das
in einer Ringkammer 46 noch vorhandene Hydrauliköl
hauptsächlich durch eine im Dämpfungskolben 34 ausgebildete,
in radialer Richtung verlaufende Öffnung 48 in
den Dämpfungskolben 34 hineinströmt und
von dort durch die Drosselöffnung 38 zur Einlass-/Auslassöffnung 18. Ein
geringer Teil des in der Ringkammer 46 zu verdrängenden
Hydrauliköls wird zwecks Druckausgleich im Hydraulikzylinder 10 auch
nach oben hin verdrängt werden, indem es zwischen dem Führungsring 22 und
der Innenseite des Hohlzylinders 12 nach oben strömt
in einen zwischen Arbeitskolben 14 und Hohlzylinder 12 ausgebildeten
Hohlraum 50.
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Um
nicht nur eine konstante Dämpfungscharakteristik über
den gesamten Dämpfungsweg D zu haben, weist der Hydraulikzylinder 10 ferner
eine konzentrisch zum Dämpfungskolben 34 angeordnete und
durch diesen hindurchgehende Düsennadel 52 auf.
Die Düsennadel 52 ist bei 54 mit dem
Arbeitskolben 14 verschraubt. Zu Beginn der Dämpfung
gemäß 2 ist die Düsennadel 52 mit
ihrer Spitze 56 im Bereich der Drosselöffnung 38 des
Dämpfungskolbens 34 angeordnet. Hierdurch wird
ein durch die Drosselöffnung 38 und durch die
Düsennadel 52 begrenzter Ringspalt 58 ausgebildet.
Die Düsennadel 52 weist einen sich von ihrer Spitze 56 in
axialer Richtung vergrößernden Durchmesser auf,
wobei die Durchmesserzunahme im Wesentlichen über die gesamte
Dämpfungslänge D erfolgt. Wenn sich der Arbeitskolben 14 und
somit auch die Düsennadel 52 ausgehend von der
Dämpfungsanfangsstellung in 2 weiter
absenken, wird der Ringspalt 58 aufgrund des zunehmenden
Durchmessers der Düsennadel 52 immer kleiner,
so dass der Strömungsquerschnitt weiter verringert wird,
je näher der Arbeitskolben 14 seiner Endlage gemäß 1 kommt.
Im Ausführungsbeispiel ist die Düsennadel mit
einem kontinuierlich zunehmenden Durchmesser dargestellt. Allerdings
kann die Durchmesserzunahme auch stufenweise erfolgen.
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Wenn
der Arbeitskolben 14 seine Endlage gemäß 1 erreicht
hat, befindet sich in der Drosselöffnung 38 des
Dämpfungskolbens 34 ein zylindrischer Abschnitt 60 der
Düsennadel 52, der einen Durchmesser aufweist,
der im Wesentlichen dem Drosselöffnungdurchmesser entspricht.
Hierdurch wird erreicht, dass beim Anheben des Arbeitskolbens 14 aus
seiner Endlage heraus der Kolbenboden 36 des Dämpfungskolbens 34 mit
Hydraulikdruck beaufschlagt wird und den gesamten Arbeitskolben 14 von der
Einlass-/Auslassöffnung abhebt, so dass Hydraulikflüssigkeit
links und rechts des Dämpfungskolbens 34 den Kolbenboden 30 des
Arbeitskolbens 14 beauf schlagen kann. Der Dämpfungskolben 34 verbleibt
dann bei hohem Hydraulikdruck in der in 1 dargestellten
Stellung in der Öffnung 32 im Arbeitskolben 14.
Der Druckausgleich im Dämpfungskolben 34 erfolgt über
die Queröffnung 48. Sobald die durch den Hydraulikdruck
auf den Dämpfungskolbenboden 36 wirkende Kraft
kleiner wird als die durch die Feder 40 hervorgerufene
Vorspannkraft, wird der Dämpfungskolben 34 aus
der Öffnung 32 geschoben, so dass er beim Absenken
des Arbeitskolbens 14 erneut in der ausgefahrenen Stellung
gemäß 2 zu Beginn des Dämpfungswegs
D die Einlass-/Auslassöffnung abdichten kann.
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Der
Hydraulikzylinder zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass
die Führungstoleranzen vom Dämpfungskolben zum
Arbeitskolben relativ groß sein können. Ferner
kann die Dimensionierung des Dämpfungskolbens in Verbindung
mit der Dimensionierung der Düsennadel variiert werden. Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Düsennadel einen
zunehmenden Durchmesser aufweist, um eine progressiv wirkende Dämpfung
zu realisieren.
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Im
Ausführungsbeispiel ist ein einfach wirkender Hydraulikzylinder
dargestellt. Es ist aber klar, dass eine solche Endlagendämpfung
mit Düsennadel auch bei einem doppelt wirkenden Zylinder
entsprechend eingesetzt werden kann.
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Wie
oben bereits angedeutet, wird ein erfindungsgemäßer
Hydraulikzylinder bevorzugt als Hubzylinder für eine Hubvorrichtung
eines Flurtörderzeugs eingesetzt. Er kann aber grundsätzlich
bei jeder beliebigen Vorrichtung verwendet werden, bei der Hydraulikzylinder
mit Endlagendämpfung erforderlich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1002198
B1 [0002]
- - EP 0931758 B1 [0002]