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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen einer bewegten Masse,
bei dem durch die Bewegung der Masse ein Fluid aus einem Dämpfungsraum
durch eine Dämpfungsdrossel
verdrängt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Bremsen einer
bewegten Masse, umfassend wenigstens ein Zylinderkolbenaggregat,
dessen Kolben an die Masse gekoppelt/koppelbar ist und mit der Masse
mitbewegt/mitbewegbar ist, wobei durch die Bewegung des Kolbens
in Richtung zum Zylinderboden ein Fluid aus dem Kolbenraum über eine
Dämpfungsdrossel
zur Umgebung verdrängbar
ist.
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Solche
Verfahren oder Vorrichtungen werden dabei bekanntermaßen eingesetzt,
um jegliche bewegte Massen, z. B. in Produktionslinien, abzubremsen,
insbesondere bis in eine Ruhelage. Es können dabei jegliche Fluide
aus einem Dämpfungsraum durch
eine Dämpfungsdrossel
verdrängt
werden, insbesondere in eine beliebige Umgebung, die sowohl durch
die Umwelt als auch andere fluidtechnische Bauteile gegeben sein
kann, wobei als Fluide sowohl Gase als auch Flüssigkeiten zum Einsatz kommen können. Insbesondere
sind solche Verfahren und Vorrichtungen geeignet zum Einsatz in
hydraulischen oder pneumatischen Anlagen.
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Beispielsweise
pneumatische Zylinder verfügen
in der Regel über
eine Endlagendämpfung,
die zum Bremsen der bewegten Masse eingesetzt ist und verhindern
soll, dass der Kolben eines solchen pneumatischen Zylinderkolbenaggregates
mit zu hoher Geschwindigkeit auf den Zylinderdeckel aufschlägt. Ein
gattungsgemäßes Verfahren
bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung
können
somit eine Endlagendämpfung
zur Verringerung der Stoßbeanspruchung
des Zylinderkolbenaggregates sowie der von einem solchen Zylinderkolbenaggregat
angetriebenen Komponenten bzw. von den ein Zylinderkolbenaggregat
antreibenden Komponenten bilden. So können gerade in fluidtechnischen
Linearantrieben derartige Verfahren und Vorrichtungen Endlagendämpfungen
für Zylinderkolbenaggregate
bilden, mit denen entscheidend die Lebensdauer verlängert werden
kann.
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Dabei
ist es bekannt, dass zur Durchführung eines
solchen Verfahrens bzw. für
die Verwendung einer eingangs genannten Vorrichtung eine Einstellung
auf den jeweiligen Lastfall vorgenommen werden muss, d. h. im Wesentlichen
auf die Energie der bewegten Masse, die abzubremsen ist. Dies gestaltet
sich jedoch aufwendig und führt
gerade bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art, die nicht konstant
mit immer derselben Masse und/oder Geschwindigkeit, sondern mit
unterschiedlichen Massen und/oder Geschwindigkeiten betrieben werden, zu
einem nicht zufriedenstellenden Ergebnis.
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Signifikant
treten derartige Probleme beispielsweise in Produktionsbetrieben
auf, in denen Ausschuss produziert wird, so dass zum Einen derartige
Vorrichtungen einerseits ohne einen Ausschuss die konkret bewegte
Masse bremsen müssen
und zum Anderen bei auftretendem Ausschuss leer laufen, d. h. aktuell
keine Masse bzw. nur die Masse der Anlage selbst zu bremsen ist.
Bei einer konstanten Einstellung einer eingangs genannten Dämpfungsdrossel
oder auch dafür
eingesetzter äquivalenter Elemente,
wie Überdruckventile
oder ähnliches,
würden
sodann unterschiedliche Taktzeiten für den belasteten bzw. nicht
belasteten Fall eintreten, was in Produktionsstätten inakzeptabel ist.
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Das
Prinzip der Bremsung einer bewegten Masse, wie es eingangs bei dem
Verfahren bzw. der Vorrichtung benannt ist, beruht im Wesentlichen
auf einem Aufstauen eines Fluids, insbesondere von Luft, in dem
eingangs genannten Dämpfungsraum. Der
sich in einem Dämpfungsraum
aufbauende Druck innerhalb des Fluids führt so zu einer der Bewegung
der Masse entgegen gerichteten Kraft, d. h. einer solchen Kraft,
welche die bewegte Masse bremst.
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Der
Aufbau des sich ausbildenden Fluidpolsters, in bevorzugter Anwendung
eines Gas- bzw. Luftpolsters, welches z. B. in einem Zylinderkolbenaggregat
die Bewegung eines mit der Masse verbundenen Kolben bremst, wird
dabei maßgeblich
beeinflusst von der aus dem Fluidpolster abströmenden Fluidmenge.
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Diese
kann beispielsweise auf unterschiedliche Art eingestellt werden,
bevorzugt durch eine Dämpfungsdrossel
oder in äquivalenter
Art und Weise durch Druckbegrenzungsventile oder wegabhängige Drosseln.
Es lässt
sich somit insbesondere manuell einstellen, wie schnell das Fluid
aus dem Dämpfungsraum
zur Umgebung hin abgeführt
wird, so dass auf diese Art und Weise das Bremsen einer bewegten
Masse einstellbar ist.
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Eine
Einstellung kann dabei insbesondere bezogen auf die Energie der
bewegten Masse erfolgen, d. h. hier insbesondere anhand des Gewichtes einer
Last bzw. Masse und der Geschwindigkeit, mit welcher diese bewegt
wird. Hieraus resultieren die eingangs benannten Probleme, da bei
variierenden Gewichten der Lasten bzw. Massen und gegebenenfalls
auch variierenden Geschwindigkeiten eine immer konstant eingestellt
bleibende Dämpfungsdrossel
zu einem unbefriedigenden Ergebnis führt aufgrund sich hierdurch
insbesondere ergebender verschiedener Taktzeiten innerhalb einer
Produktion.
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Die
konstante Einstellung beispielsweise einer Dämpfungsdrossel bewirkt bei
geringen bewegten Massen bzw. zu vernichtenden Energien eine zu starke
Abbremsung bzw. Dämpfung,
welche im Endeffekt ein Kriechen des Kolbens innerhalb des Zylinderkolbenaggregates
in seine Endlage zur Folge hat. Bei großen Energien bzw. großen bewegten
Massen und/oder Geschwindigkeiten tritt hingegen eine zu geringe
Dämpfung
auf, so dass der Kolben seine Endposition mit einer zu hohen Geschwindigkeit
erreicht, was zu einer sehr starken mechanischen Beanspruchung des
Zylinderkolbenaggregates und der bewegten Bauteile führen kann.
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Um
eine Adaption bekannter Verfahren und Vorrichtungen an unterschiedliche
Energien, d. h. Massen und/oder deren Geschwindigkeiten anzupassen,
ist es dabei im Stand der Technik bereits bekannt, elektronische
Regelungen einzusetzen, beispielsweise in Form von elektrisch gesteuerten
Proportionalwegventilen, die den Aufbau des eingangs genannten Fluidpolsters,
insbesondere Luftpolsters, regeln. Dies bedingt jedoch eine elektronische
Steuerung, einen Wegsensor sowie den Einsatz eines steuerbaren Proportionalventils,
was konstruktive und wirtschaftliche Nachteile aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereitzustellen, welche ein Abbremsen einer bewegten Masse im Wesentlichen
unabhängig
von der zu vernichtenden Energie, d. h. im Wesentlichen unabhängig vom
Gewicht der bewegten Masse und deren Geschwindigkeit bereitzustellen,
so dass trotz auftretender Massen-/Gewichtsschwankungen und/oder
Geschwindigkeitsschwankungen dieser Massen eine bestmögliche Abbremsung
solcher Massen erzielt wird. Dabei soll bevorzugt eine automatische
Anpassung an geänderte
Massen und/oder Geschwindigkeitsbedingungen erfolgen.
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Insbesondere
ist es die Aufgabe der Erfindung, ein zu starkes Abbremsen und eine
damit verbundene verlängerte
Bewegungsdauer bei geringen, zu vernichtenden Energien, d. h. insbesondere
bei kleinen Massen, zu vermeiden. Haupteinsatzgebiet soll dabei
das Bremsen einer bewegten Masse mittels eines Gases als Fluid,
insbesondere Luft, sein, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist
und die nachfolgend beschriebenen Prinzipien des Verfahrens bzw.
der Vorrichtung ebenso bei hydraulisch arbeitenden Verfahren und
Vorrichtungen eingesetzt werden können.
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Verfahrensmäßig wird
die Aufgabe dadurch gelöst,
dass bei der Bewegung der Masse nicht nur wie eingangs gattungsmäßig beschrieben
wurde, aus einem Dämpfungsraum
ein Fluid verdrängt
wird, sondern dass gleichzeitig auch ein Fluid aus einem Steuerraum über eine
Steuerdrossel, insbesondere eine einstellbare Steuerdrossel, verdrängt wird,
wobei in Abhängigkeit
des im Steuerraum bei der Verdrängung
des Fluid erzeugten Druckes der Strömungsquerschnitt der Dämpfungsdrossel
eingestellt wird, insbesondere derart, dass mit steigendem Druck
im Steuerraum der Querschnitt der Dämpfungsdrossel verändert wird,
insbesondere verkleinert wird.
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Die
Aufgabe wird weiterhin durch die eingangs genannte gattungsgemäße Vorrichtung
gelöst, die
zusätzlich
zu dem genannten Kolbenraum, der den eingangs genannten Dämpfungsraum
bildet, auch einen Steuerraum umfasst, in welchem gleichzeitig mit
dem Kolben ein Verdrängerelement
bewegbar/bewegt ist, mit dem ein Fluid aus dem Steuerraum über einen
Kanal und eine Steuerdrossel, insbesondere eine einstellbare Steuerdrossel,
in eine Umgebung verdrängbar
ist, wobei in Abhängigkeit des
im Steuerraum bei der Verdrängung
erzeugten Druckes der Strömungsquerschnitt
der Dämpfungsdrossel
einstellbar ist, insbesondere derart, dass mit steigendem Druck
im Steuerraum der Querschnitt der Dämpfungsdrossel verkleinerbar
ist. Dabei kann allgemein die Verdrängung eines Fluids aus einem Raum,
wie dem Dämpfungsraum
oder auch aus dem Steuerraum durch die Bewegung eines Kolbens in
einem Zylinder erfolgen, wobei der jeweilige Raum durch das Volumen
gebildet wird, welches zwischen Kolben und Zylinderinnenwandung
eingeschlossen ist.
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So
ist es hier der wesentliche Kerngedanke der Erfindung, anhand des
Druckaufbaus in dem eingangs genannten Steuerraum ein Maß für die aktuelle
Energie der bewegten Masse, insbesondere ein Maß für deren Geschwindigkeit, zu
erhalten, wobei sodann in Abhängigkeit
von dem im Steuerraum gegebenen Druck des komprimierten Fluids der
Grad der Dämpfung
des aus dem Dämpfungsraum
zur Umgebung hin strömenden
Fluids durch eine Verstellung des Querschnitts der Dämpfungsdrossel
in Abhängigkeit
dieses Drucks erzielt wird.
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Aufgrund
der Tatsache, dass auch bei der Komprimierung des Fluids im Steuerraum
dieses Fluid über
eine Drossel zu einer beliebigen Umgebung hin entweicht, ist es
ersichtlich, dass der Druck im Steuerraum unter der Voraussetzung
eines ungeänderten
Querschnittes der Steuerdrossel davon abhängig ist, wie schnell die Komprimierung
des Fluids im Steuerraum erfolgt, bei Realisierung mit Zylinder-Kolben-Aggregaten,
also insbesondere, wie schnell der Kolben im Steuerraum bewegt wird.
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So
führt ein
schnell bewegter Kolben zu einem hohen Druckaufbau, wohingegen ein
langsam bewegter Kolben nur zu einem geringen Druckaufbau führt aufgrund
des gleichzeitig über
die Steuerdrossel zur Umgebung abgeführten Fluids. In Abhängigkeit
des Drucks im Steuerraum kann demnach erfindungsgemäß die Dämpfungsdrossel
eingestellt werden, bevorzugt z. B. so, dass bei einem höheren Druck
im Steuerraum die Dämpfungsdrossel
eine größere Dämpfung für das aus
dem Dämpfungsraum herausströmende Fluid
bereitstellt und bei einem geringeren Druck im Steuerraum eine geringere
Dämpfung
für das
aus dem Dämpfungsraum
ausströmende
Fluid.
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Insbesondere
wenn die Bewegung der verdrängenden
Elemente von Steuerraum und Dämpfungsraum,
wie beispielsweise entsprechender Kolben, aneinander gekoppelt ist,
ergibt sich ein selbst einstellendes System.
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Wird
beispielsweise zunächst
von einer hohen Energie der zu bremsenden Masse ausgegangen, so
liegt eine hohe Geschwindigkeit des Kolbens sowohl im Dämpfungsraum
als auch im Steuerraum vor, so dass im Steuerraum ein relativ hoher
Druck erzeugt wird, durch welchen bei der Dämpfungsdrossel ein relativ
kleiner Strömungsquerschnitt
eingestellt wird und daher die Dämpfung
des aus dem Dämpfungsraum
ausströmenden
Fluids groß ist.
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Es
erfolgt also zunächst
eine starke Abbremsung der bewegten Masse. Aufgrund der sich dadurch
verringernden Geschwindigkeit der bewegten Kolben wird demnach der
Druck im Steuerraum durch die Steuerdrossel abgebaut, so dass demnach in
Abhängigkeit
dieses nun verringerten Druckes im Steuerraum sich der Strömungsquerschnitt
der Dämpfungsdrossel
gegenüber
dem vorherigen Maß vergrößert, demnach
also die Dämpfung
abnimmt, mit welcher das Fluid aus dem Dämpfungsraum herausströmt. So wird
die Dämpfung
selbsteinstellend bzw. selbstregulierend, ausgehend von der eingangs genannten
hohen Dämpfung
verringert, so dass eine bewegte Masse zunächst stark gebremst, dann jedoch
hiervon ausgehend immer weniger stark abgebremst wird, bis dass
die bewegte Masse eine definierte Endlage erreicht, z. B. durch
Anschlag an eine Zylinderendwand.
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Es
kann dabei in einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen sein, dass durch die Bewegung der Masse, die es zu bremsen
gilt, die Kolben zweier separater Zylinderkolbenaggregate, beispielsweise
durch eine mechanische Kopplung der zu bremsenden Masse mit den beiden
Kolben, z. B. über
die beiden Kolbenstangen, angetrieben werden, wobei der Kolbenraum
eines der Zylinderkolbenaggregate den eingangs genannten Dämpfungsraum
bildet und der Kolbenraum des eingangs genannten anderen Zylinderkolbenaggregates
den Steuerraum bildet.
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Dabei
kann es bei dieser sowie auch bei den nachfolgenden Ausführungen
vorgesehen sein, dass der Steuerraum hinsichtlich seines Volumens
kleiner ist als der Dämpfungsraum.
Bei Zylinderkolbenaggregaten kann dies beispielsweise derart erfolgen, dass
die Bewegungsweite sowohl des Zylinderkolbenaggregates, welches
den Steuerraum bildet als auch des Zylinderkolbenaggregates, welches
den Dämpfungsraum
bildet, gleich ist, hingegen bei dem Zylinderkolbenaggregat mit
dem Steuerraum die Wirkfläche
von dessen Kolben geringer ist als diejenige des anderen Zylinderkolbenaggregates
mit dem Dämpfungsraum.
Im Wesentlichen haben demnach Zylinder und Kolben des Zylinderkolbenaggregates mit
dem Steuerraum einen kleineren Durchmesser.
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Beispielsweise
können
zwei derartige separate Zylinderkolbenaggregate parallel nebeneinander angeordnet
sein, wobei sowohl die Zylinder als auch die Kolben beispielsweise über ihre
Kolbenstangen jeweils untereinander verbunden sind, d. h. dass die Bewegung
des Kolbens von einem Zylinderkolbenaggregat immer auch gleichzeitig
die gleiche Bewegung in der gleichen Bewegungsweite des anderen Kolbens
bedingt.
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Durch
entsprechende hydraulische Verschaltung durch Leitungen oder Kanäle kann
demnach erreicht werden, dass der Druck im Steuerraum, der über die
eingangs genannte Steuerdrossel abgebaut wird, auf eine einstellbare
Dämpfungsdrossel wirkt,
die die Dämpfung
beeinflusst von dem Fluid, welches aus dem Dämpfungsraum ausströmt. Allgemein
kann der Steuerraum mittels einer Leitung oder eines Kanals mit
der Dämpfungsdrossel
in Fluidverbindung stehen.
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In
einer anderen Alternative kann es auch vorgesehen sein, dass lediglich
ein einziges Zylinderkolbenaggregat zum Einsatz kommt, wobei durch
die Bewegung der Masse ein Kolben dieses Zylinderkolbenaggregates,
insbesondere wieder durch eine mechanische Kopplung der Masse mit
dem Kolben, angetrieben wird und wobei bei der Bewegung des Kolbens
in Richtung des Zylinderbodens das Gesamtvolumen des Kolbenraums
in einen Dämpfungsraum und
einen vom Volumen her kleineren Steuerraum unterteilt wird.
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Hierbei
kann es insbesondere vorgesehen sein, dass eine Unterteilung in
einen Dämpfungsraum
und einen kleineren Steuerraum erst in einem Bereich des Endes der
Bewegungsweite des Kolbens innerhalb des Zylinderkolbenaggregates
erfolgt, also beispielsweise nahe eines Zylinderbodens. So kann
insbesondere ab dieser eingangs genannten Bewegungsweite der Kolbenraum
eines solchen Zylinderkolbenaggregates unterteilt sein, so dass
sodann mit der weiteren Bewegung des Kolbens eine Verdrängung des
Fluids sowohl aus dem abgeteilten Dämpfungsraum als auch dem abgeteilten
Steuerraum gleichzeitig erfolgt, wiederum mit den eingangs genannten
erfindungsgemäßen Maßnahmen,
dass in Abhängigkeit
des im Steuerraum aufgebauten Druckes die Dämpfung der Dämpfungsdrossel
für das Abführen des
Fluids aus dem Dämpfungsraum
eingestellt wird.
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Bei
dieser sowie sämtlichen
anderen Ausführungsformen
kann es dabei auch vorgesehen sein, dass ein Kolben nicht nur durch
die bewegte Masse angetrieben ist, sondern gegebenenfalls auch zusätzlich durch
weitere, von außen
angreifende Kräfte.
Bei Zylinderkolbenaggregaten der eingangs genannten Art, insbesondere
bei Pneumatikzylindern, kann es beispielsweise vorgesehen sein,
dass der Kolben durch eine zweite gegenüberliegende Kolbenkammer, die
unter Druck steht, ergänzend
angetrieben ist.
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Im
Unterschied zu der erstgenannten Alternative, bei der in der Vorrichtung
das eingangs genannte Verdrängerelement
durch den Kolben eines zweiten Zylinderkolbenaggregates und der
Steuerraum durch dessen Kolbenraum gebildet ist, kann es nun bei
dieser alternativen Ausführung
mit lediglich einem Zylinderkolbenaggregat vorgesehen sein, dass
das Verdrängerelement,
welches die Verdrängung
des Fluids aus dem Steuerraum bewirkt, am zum Zylinderboden weisenden
Teil des Kolbens dieses einen Zylinderkolbenaggregates angeordnet
ist, wobei weiterhin im Zylinderboden eine den Steuerraum zumindest
teilweise ausbildende Ausnehmung angeordnet ist, in welche dieses
Verdrängerelement zumindest
teilweise einfahrbar ist, wenn sich der Kolben aufgrund seiner Bewegung
dem Zylinderboden nähert.
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Dabei
kann durch ein Einfahren des Verdrängerelementes in die Ausnehmung
der Steuerraum vom übrigen
Kolbenraum gedichtet abteilbar sein und der abgeteilte restliche
Kolbenraum dieses einen Zylinderkolbenaggregates sodann den Dämpfungsraum
ausbilden.
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Es
kann demnach hier erfindungsgemäß bei der
Durchführung
des Verfahrens vorgesehen sein, dass zunächst, bevor die Unterteilung
stattfindet, das Fluid aus dem Kolbenraum durch die Bewegung des Kolbens über die
Dämpfungsdrossel
mit einem vorgegebenen, beispielsweise einem maximalen Öffnungs-Querschnitt
entweicht und ab der Unterteilung aufgrund des Druckes im abgeteilten
Steuerraum der Querschnitt der Dämpfungsdrossel
verringert wird.
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Alternativ
oder auch ergänzend
kann es auch vorgesehen sein, dass bis zum Stattfinden einer Unterteilung
das Fluid über
eine separate Leitung entweicht, welche den Kolbenraum bis zum Stattfinden
der Unterteilung mit einer beliebigen Umgebung verbindet und wobei
mit dem Stattfinden der Unterteilung der Kolbenraum, insbesondere
derjenige Teil, der den Dämpfungsraum
ausbildet, von dieser separaten Leitung getrennt wird. Spätestens
durch das Trennen des Kolbenraums von der separaten Leitung kann
das Fluid aus dem sodann abgetrennten Dämpfungsvolumen nur noch durch
die Dämpfungsdrossel entweichen,
deren Maß der
Dämpfung
ab dem Stattfinden der Unterteilung abhängig ist vom Druck im ebenfalls
abgeteilten Steuerraum.
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Wenn
die Unterteilung des Kolbenraums in Dämpfungsraum und Steuerraum
dadurch erfolgt, dass ein am Kolben in Richtung zum Zylinderboden vorstehendes
Verdrängerelement
in eine Ausnehmung gedichtet einfährt, so wird hierbei unter
dem Merkmal des gedichteten Einfahrens im Wesentlichen verstanden,
dass durch das gedichtete Abteilen von Dämpfungsraum und Steuerraum
zueinander ein Überströmen von
Fluid direkt zwischen diesen beiden Räumen durch die Dichtung zwischen
dem genannten Verdrängerelement
und der Ausnehmung verhindert ist. Beispielsweise kann hierbei eine
Dichtung erfolgen durch den Einsatz von wenigstens einem ringförmigen Dichtungselement,
das zwischen den Innen- und Außenwänden von
Ausnehmung und Verdrängerelement
wirkt, insbesondere dabei lediglich an der oder den Wänden der
Ausnehmung angeordnet ist.
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Um
zu bewirken, dass die genannte Dämpfungsdrossel
in Abhängigkeit
des Drucks im Steuerraum einstellbar ist, kann es vorgesehen sein,
dass die Dämpfungsdrossel
ein gegen eine rückstellende Kraft
bewegliches Stellglied umfasst und über eine Leitung mit dem Steuerraum
verbunden ist, wobei das Stellglied mit dem Fluid und dessen Druck
im Steuerraum beaufschlagbar ist und mit steigendem Druck durch
eine Bewegung dieses Stellglieds gegen die rückstellende Kraft der Querschnitt
der Dämpfungsdrossel
verkleinerbar ist.
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So
kann beispielsweise dieses genannte Stellglied ebenso eine Art Kolben
in einem Zylinder bilden, der aufgrund der Druckbeaufschlagung durch den
Druck im Steuerraum bewegt werden kann. Beispielsweise im Wesentlichen
senkrecht zur Bewegungsmöglichkeit
dieses Stellgliedes in der Dämpfungsdrossel
kann das Fluid, welches aus dem Dämpfungsraum verdrängt wird,
durch die Drossel strömen,
wobei Mündungsöffnungen
innerhalb einer Zylinderwandung der Dämpfungsdrossel, in welcher das
Stellglied bewegt wird, durch das Stellglied hinsichtlich ihres Öffnungsquerschnittes
verändert
werden können.
Ebenso können
andere Arten von druckverstellbaren Drosseln eingesetzt werden.
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Hierbei
kann es bevorzugt auch vorgesehen sein, dass die rückstellende
Kraft bei der Dämpfungsdrossel
einstellbar ist, um das Gesamtsystem abstimmen zu können. Ebenso
kann beispielsweise die Steuerdrossel einstellbar sein, um auch
hier eine Einstellung des Gesamtsystems vornehmen zu können.
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Eine
besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich für die Durchführung des
Verfahrens sowie die Vorrichtung dann, wenn das eingangs genannte Verdrängerelement
und die Ausnehmung, die miteinander zusammenwirken, um Steuerraum
und Dämpfungsraum
aus dem gesamten Kolbenraum voneinander abzutrennen, koaxial zur
Mittenachse des Zylinderkolbenaggregates angeordnet sind.
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Bei
dieser Ausführung
kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das Verdrängerelement
zylinderförmig
ausgebildet ist und einen dem Kolben zugewandten Abschnitt sowie
jenseits einer Stufe einen im Durchmesser verringerten, dem Kolben
abgewandten Abschnitt aufweist. Eine im Wesentlichen korrespondierende
Formgebung kann dabei auch bei der Ausnehmung vorliegen, so dass
hier das Verdrängerelement
und die Ausnehmung sich entlang ihrer Längserstreckung stufenförmig im
Querschnitt verjüngen
und somit Verdrängerelement
und Ausnehmung entlang Ihrer Längserstreckung
im Wesentlichen zueinander korrespondierende Querschnitte aufweisen,
insbesondere so, dass das Verdrängerelement
in die Ausnehmung eingefahren werden kann und in dem eingefahrenen
Zustand zwischen Verdrängerelement
und Ausnehmung über
die Längserstreckung
hinweg konstante Abstände
gegebenen sind, ggfs. ausgenommen am Ort der genannten Stufe.
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So
kann es bei dieser Konstruktion vorgesehen sein, dass die Unterteilung
des gesamten Kolbenraumes in Dämpfungsraum
und Steuerraum dadurch erfolgt, dass der dem Kolben abgewandte Abschnitt
des Verdrängerelementes
mit seinem freien Ende gedichtet in einen insbesondere zur Umgebung offenen
und vom Zylinderboden fernen Teil der Ausnehmung einfährt und
dadurch den bisherigen gesamten Kolbenraum von der Umgebung abtrennt,
so dass eine nachfolgende Verdrängung
von Fluid nunmehr gleichzeitig aus dem gebildeten Dämpfungs- und
Steuerraum nur noch über
die jeweiligen Drosseln erfolgt.
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Gleichzeitig
mit dem vorbenannten Einfahren fährt
der dem Kolben zugewandte Abschnitt mit einem Bereich nahe der Stufe,
also einem Bereich größeren Durchmessers
gedichtet in einem dem Zylinderboden nahen Teil der Ausnehmung mit
ebenfalls größerem Durchmesser,
wodurch der dem Zylinderboden nahe Teil der Ausnehmung einen zur
Umgebung und zum Dämpfungsraum
getrennten Steuerraum ausbildet. So wird bei dieser Ausführung dementsprechend
der Steuerraum durch den bezogen auf den Zylinderboden nahen Teil
der Ausnehmung gebildet und der Dämpfungsraum durch den verbleibenden
Kolbenraum.
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Hierbei
kann es zur Bewirkung der Dichtung demnach vorgesehen sein, dass
die Ausnehmung nahe einer Zylinderbodenfläche und an einer Stufe, an
der sich die Ausnehmung im tiefen/fernen Teil hinsichtlich ihres
Durchmessers verringert, je eine mit der Oberfläche des Verdrängerelementes
zusammenwirkende Dichtung aufweist, beispielsweise ein ringförmiges Dichtungselement,
das an der zylindrischen Innenwandung der Ausnehmung angeordnet ist,
so dass durch ein Einfahren des Verdrängerelementes in die Ausnehmung
bis über
die Stufe in der Ausnehmung zwischen diesen beiden Dichtungen der
vom Dämpfungsraum
getrennte Steuerraum ausgebildet ist. Der Dämpfungsraum wird sodann im
Wesentlichen durch den restlichen Teil des Kolbenraums zwischen
Kolben und Zylinderboden gebildet.
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In
einer anderen äquivalenten
und somit gleichwirkenden, jedoch konstruktiv unterschiedlichen
Ausführung
kann es vorgesehen sein, dass bei der Vorrichtung das Verdrängerelement
und die Ausnehmung im Querschnitt jeweils ringförmig ausgebildet sind, d. h.
dass das Verdrängerelement
im Wesentlichen rohrförmig
zumindest hinsichtlich seines vorderen Endes bzw. insgesamt topfförmig ausgebildet
sein kann, wobei insbesondere bei der topfförmigen Ausbildung das Verdrängerelement
mit dem Topfboden am Kolben befestigt sein kann.
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Hierbei
kann es demnach vorgesehen sein, dass die Ausnehmung an der Zylinderbodenfläche bzw.
zumindest nahe zu dieser je eine an der inneren und äußeren Wand
angeordnete und mit der inneren und äußeren Oberfläche des
Verdrängerelementes zusammenwirkende
Dichtungen aufweist, wobei der Steuerraum in der Ausnehmung unmittelbar
mit dem Einfahren des von dem Kolben entfernten Ende des Verdrängerelementes
zwischen die Dichtungen vom Dämpfungsraum
getrennt wird bzw. abgetrennt ist.
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Auf
konstruktiv einfache Art und Weise kann eine derartige Ausgestaltung
dadurch erzielt werden, dass die ringförmige Ausnehmung im Zylinderboden ausgebildet
ist durch eine Bohrung im Zylinderboden, die an der inneren Wand
eine ringförmige
Dichtung aufweist und in der koaxial ein im Durchmesser kleineres
zylindrisches Element befestigt ist, das an seiner äußeren Wand
ebenso eine ringförmige
Dichtung aufweist, insbesondere wobei die Dichtungen einander gegenüberliegen.
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Hier
kann es dabei vorgesehen sein, dass das zylindrische Element eine,
insbesondere zentrische Durchgangs-Bohrung aufweist, die zur Umgebung
oder zu anderen weiteren fluidtechnischen Komponenten führt und
zum Inneren des topfförmigen
Verdrängerelementes
offen ist. So wird durch diese Bohrung sichergestellt, dass bis
zum Zeitpunkt des Einfahrens des vorderen Endes des topfförmigen Verdrängerelementes
zwischen die beiden ringförmigen
Dichtungen der Kolbenraum durch diese genannte Bohrung zur Umgebung
hin offen ist und somit im Wesentlichen die Verdrängung des
Fluids aus dem Kolbenraum ohne nennenswerte Drosselung, d. h. Abbremsung
der bewegten Masse erfolgen kann, wohingegen nach dem Einfahren
des vorderen Endes des topfförmigen
Verdrängerelementes
zwischen die beiden Dichtungen und somit in die ringförmige Ausnehmung
die Abtrennung des Steuervolumens innerhalb der Ausnehmung von dem
Dämpfungsvolumen,
d. h. dem verbleibenden restlichen Kolbenvolumen erfolgt und sodann
anschließend
die gleichzeitige Verdrängung
des Fluids aus den beiden Dämpfungs-
und Steuerräumen
nur noch über
die jeweiligen Drosseln erfolgt, wobei wiederum erfindungsgemäß die Dämpfungsdrossel
in Abhängigkeit des
Druckes im Steuerraum durch fluidtechnische Verbindung eingestellt
wird.
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren näher dargestellt.
Es zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung
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2 eine
Ausführungsform
in einem Zylinderkolbenaggregat mit gestuft ausgebildeten zylindrischen
Verdrängerelement
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3 eine
Ausbildung in einem Zylinderkolbenaggregat mit topfförmigem Verdrängerelement und
im Querschnitt ringförmiger
Ausnehmung
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Die 1 zeigt
den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dämpfungsraum 1 und
Steuerraum 2 sind hierbei dargestellt durch zwei separate
Zylinderkolbenaggregate I und II, wobei hier ersichtlich
die beiden Zylinderkolbenaggregate I und II die
gleiche Bewegungsweite aufweisen, jedoch das Zylinderkolbenaggregat II eine
kleinere wirksame Kolbenfläche
des Kolbens 2a aufweist gegenüber dem Kolben 1a im
Zylinderkolbenaggregat I.
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Die
beiden Kolbenstangen 1b und 2b sollen hier mechanisch
aneinander gekoppelt sein und werden durch die Bewegung einer hier
nicht dargestellten Masse bewegt, bezogen auf diese Figur insbesondere
nach rechts zur Komprimierung des Fluids im Steuer- und Dämpfungsraum 2 und 1.
Als Fluid wird hier für
diese und die folgenden Ausführungen
z. B. Luft oder ein Gas angenommen.
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Das
Verfahren erfolgt hier derart, dass das Fluid aus dem Steuerraum 2 über eine
Leitung 6 und darin angeordneter Drossel 3, insbesondere
eine einstellbare Drossel 3, zur Umgebung 4 hin
entweicht und demnach der durch die Bewegung des Kolbens 2a im
Zylinderkolbenaggregat II aufgebaute Druck im Steuerraum 2 abgebaut
wird.
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In
im Wesentlichen gleicher Art und Weise wird das Fluid aus dem Dämpfungsraum 1 des
Zylinderkolbenaggregates I durch eine Leitung 15 und
darin angeordneter einstellbare Drossel 5 ebenfalls zur Umgebung 4 geführt. Hierbei
kann es auch vorgesehen sein, dass die genannten Umgebungen, in
welche das Fluid aus dem Steuerraum 2 bzw. Dämpfungsraum 1 abgeführt wird,
unterschiedliche Umgebungen sein können und z. B. auch durch andere
fluidtechnische Aufbauten gegeben sein können.
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Das
Verfahren bzw. die Vorrichtung ist hier derart, dass durch einen
Abzweig in einer Leitung 6, die den Steuerraum 2 mit
der Drossel 3 verbindet, der im Steuerraum 2 herrschende
Druck an die einstellbare Drossel 5 weitergeleitet wird,
insbesondere in einen Kolbenraum und dort in Abhängigkeit dieses Druckes ein
Stellglied 7, welches als Kolben ausgebildet sein kann,
innerhalb der Drossel 5 verschoben wird gegen eine rückstellende
Kraft aufgrund der Feder 8, mit welcher das Stellglied 7 kontinuierlich
kraftbeaufschlagt ist, um den wirksamen Querschnitt 9 der
Dämpfungsdrossel 5 zu
vergrößern.
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Die
durch die Feder 8 ausgeübte
rückstellende
Kraft sowie die Kraft, die aufgrund des Druckes im Steuerraum 2 auf
das Stellglied 7 über
die Leitung 6 wirkt, sind demnach einander entgegengerichtet,
so dass in Abhängigkeit
von der Größe der resultierenden
Kraft und deren Richtung und somit also im Wesentlichen in Abhängigkeit
vom Steuerdruck eine Lageveränderung
des Stellgliedes 7, insbesondere bei höheren Drücken eine Verringerung des
Querschnitts 9 im Vergleich zu geringeren Drücken erfolgt. Der
Querschnitt 9 der Drossel 5 wird demnach kontinuierlich
bei dieser Ausführungsform
in Abhängigkeit des
Drucks im Steuerraum 2 eingestellt, so dass die Stärke der
Drosselung aufgrund des variablen Querschnitts 9 der Drossel 5 kontinuierlich
geändert
wird.
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Ersichtlich
ist hierbei der Aufbau der Dämpfungsdrossel 5 derart,
dass das Stellglied 7 eine Art Kolben bildet, der verschieblich
ist und durch die Verschiebung des Strömungsquerschnitt der Drossel
beeinflusst.
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Die 2 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform,
die in einem einzigen Zylinderkolbenaggregat realisiert ist. Hier
erfolgt bezogen auf die 2 bei einer Bewegung des Kolbens 1a nach
links in dem gezeigten Zylinderkolbenaggregat eine Unterteilung
des ursprünglichen
gesamten Kolbenraums 1 in einen Steuerraum 2 und
einen Dämpfungsraum 1. Die
Unterteilung erfolgt hier dadurch, dass das gestufte zylindrische
Verdrängerelement 2a mit
seinem linksseitigen, dem Kolben 1a abgewandten Teil 2e, der
einen geringeren Durchmesser aufweist als der rechtsseitige, den
Kolben 1a zugewandte Teil 2f, in die Ausnehmung 8 im
Boden des Zylinders einfährt und
dabei aufgrund der korrespondierenden Stufung 2g/8g der
Ausnehmung 8 den unteren Teil 8a der Ausnehmung 8 vom
Kolbenraum 1 abtrennt dadurch, dass das untere Ende des
Verdrängerelementes 2a zwischen
die Dichtung 9 an der unteren Stufe der Ausnehmung 8 einfährt und
somit auch die Verbindung 10 des ursprünglichen Kolbenraums 1 zur
Umgebung hin trennt.
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Im
Wesentlichen gleichzeitig fährt
der dem Kolben 1a nahe Teil 2f des Verdrängerelementes 2a mit
dem größeren Durchmesser
rechtsseitig von der Stufe 2g zwischen die Dichtung 12 und
trennt somit den Steuerraum 2 vom Dämpfungsraum 1, der
durch den Rest des ursprünglichen
Kolbenraums 1 gegeben ist. Der Steuerraum 2 ist
somit durch denjenigen Raum in der Ausnehmung 8 gebildet,
der zwischen den beiden Ringdichtungen 9 und 12 angeordnet
ist.
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Erkennbar
ist hier, dass bei einem weiteren Einfahren des Verdrängerelementes 2a in
die Ausnehmung aufgrund der Tatsache, dass der dem Kolben nahe Teil 2f des
Verdrängerelementes 2a mit dem
größeren Durchmesser
weiter in den Steuerraum 2 einfährt, das Fluid aus dem Steuerraum 2 über die
Leitung 13 und die Drossel 3 sowie eine weitere
Leitung 14 zur Umgebung hin abgeführt wird, was hier dadurch
erfolgt, dass die Leitungen 13 und 14 den Steuerraum 2 mit
dem unteren Teil 8a der Ausnehmung 8 verbinden,
die über
die Leitung 10 zur Umgebung hin offen ist.
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Gleichzeitig
ist der Steuerraum 2 fluidtechnisch über ein kurzes Kanalstück 6a mit
der Drossel 5 verbunden, so dass der Druck im Steuerraum 2 auf das
Stellglied 7 in der Drossel 5 einwirkt, welches
hier wiederum im Wesentlichen als ein Kolben 7 in einer zylindrischen
Bohrung ausgestaltet ist, der durch eine Feder 8 in Richtung
zu maximalem Querschnitt der Drossel 5 vorgespannt ist.
Durch den Druck im Steuerraum 2 kann demnach resultierend
aus den Kraftverhältnissen
der Feder 8 und des Druckes im Steuerraum 2 so
wie es eingangs zur 1 beschrieben wurde, eine Verlagerung
des Stellglieds 7 erfolgen, wodurch der wirksame Querschnitt 9 der
Drossel 5 verringert wird, mit welchem diese die Leitung 15 mit
der Umgebung verbindet, wobei auch hier wiederum die Leitung 15 innerhalb
des Zylinderbodens in den unteren Bereich 8a der Ausnehmung 8 geführt ist
und somit über
dieselbe Verbindung 10 mit der Umgebung in Verbindung steht.
So wird bei der Bewegung des Kolbens 1a nach links bezogen
auf die 2 sowohl eine Komprimierung
des Fluids im Dämpfungsraum 1 als
auch eine Komprimierung des Fluids im Steuerraum 2 bewirkt,
wobei das Maß der Drosselung,
mit welcher das Fluid aus dem Dämpfungsraum 1 über die
Leitung 15 und die Drossel 5 zur Umgebung entweicht,
abhängig
ist vom Druck im Steuerraum aufgrund der damit einstellbaren Drossel 5.
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Erkennbar
ist hier, dass sämtliche
fluidtechnischen Bauteile, wie die Drossel 5 sowie die
Kanäle und
die Drossel 3 innerhalb des Zylinderbodens realisiert sind,
was hier im Wesentlichen durch zueinander senkrechte, axiale und
radiale Bohrungen erfolgt, die gegebenenfalls durch Stopfen zu verschließen sind,
um die Verbindungen der einzelnen fluidtechnischen Bereiche, wie
z. B. den unteren Teil der Ausnehmung 8 mit dem Kanal 15 etc.
zu erzielen.
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Die 3 zeigt
eine zur 2 alternative Ausfertigung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit
welcher ebenso das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt
werden kann. Der wesentliche Unterschied ergibt sich hier durch
die Ausgestaltung des Verdrängerelementes 2a,
welches vorliegend topfförmig
ausgestaltet ist und mit seinem Topfboden 2c mit dem Kolben 1a des
hier gezeigten Zylinderkolbenaggregates verbunden ist, wobei hier,
ebenso wie in der 2, das Verdrängerelement 2a koaxial
zur Mittenachse M des Zylinderkolbenaggregates angeordnet ist.
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Im
Zylinderboden 11 ist als Ausnehmung eine Bohrung 16 erkennbar,
in welche koaxial zu dieser ein zylindrisches Element 17 eingeschraubt
ist, welches einen kleineren Durchmesser und eine zentrale Bohrung 18 aufweist.
Durch diese zentrale Bohrung 18 in dem zylindrischen Element 17 ist
zunächst der
Kolbenraum 1 mit der Umgebung und eine Leitung 10 verbunden.
Nahe des Zylinderbodens weist die Innenseite der Bohrung 16 eine
Dichtung 19 auf sowie gleichsam die Außenwandung des zylindrischen
Elementes 17 eine Dichtung 20, wobei die beiden
Dichtungen 19 und 20 einander gegenüberliegen und
eine Eintrittsöffnung 21 in
die so definierte Ausnehmung mit ringförmigen Querschnitt ausbilden,
in welche das vordere Ende 2d des Verdrängerelementes 2a im
Endbereich der Bewegung des Kolbens 1a eintaucht. Hierdurch
wird zum Einen die Verbindung des Kolbenraums 1 zur inneren
Bohrung 18 des zylindrischen Elementes 17 und
damit zur Umgebung unterbrochen und zum Anderen der ringförmige Raum
zwischen der Bohrungswandung 16 und dem zylindrischen Element 17,
welcher den Steuerraum 2 bildet, vom Kolbenraum 1 getrennt.
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Durch
das weitere Einfahren des Verdrängerelementes 2a in
den Steuerraum 2 wird demnach Fluid aus diesem durch die
Leitung 13 über
die Drossel 3 und die Leitung 14 wiederum zur
Umgebung, hier insbesondere wiederum über eine Bohrung 10 im
Zylinderboden, abgeführt.
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Das
Fluid aus dem Kolbenraum 1 wird wiederum über eine
Leitung 15 und über
die Drossel 5 in gleicher Weise zur Umgebung abgeführt, wobei
hier über
die verbindende Leitung 6a der im Steuerraum 2 vorherrschende
Druck ebenso wie bei den vorherigen Ausführungen auf das Stellglied 7 der
Dämpfungsdrossel 5 einwirkt,
welches wiederum durch eine Feder 8 in Richtung zu größer werdenden
Querschnitten 9 vorgespannt ist und wobei diese Vorspannung
durch eine hier dargestellte Stellschraube 22 ebenso wie
bei 2 wunschgemäß eingestellt
werden kann. Auch hier wird demnach das Verfahren so durchgeführt, dass
durch den Druck im Steuerraum 2 die Verstellung der Drossel 5 erfolgt
und somit in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des Kolbens 1a die Bremswirkung
der bewegten Masse durch die Querschnittsänderung der Drossel 5 eingestellt
wird.
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Die
hier dargestellten Ausführungsformen beschränken die
Erfindung nicht und stellen lediglich Ausführungsbeispiele dar. Ersichtlich
kann der Fachmann die hier genannten Konstruktionen derart abwandeln,
dass bei der Bewegung eines Kolbens 1a in einem Zylinderkolbenaggregat
in einem Bereich der Bewegungsweite nahe eines Zylinderbodens eine Abtrennung
eines Steuerraums von einem Dämpfungsraum
durch eine entsprechende Ausgestaltung von Verdrängerelement und Ausnehmungen
erfolgt, so dass das erfindungsgemäße Verfahren durch eine innere
Leitungsführung,
insbesondere innerhalb des Zylinderbodens, durchgeführt werden
kann.
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Sämtliche
hier dargestellten oder auch nicht dargestellten und diskutierten
Ausführungsformen haben
dabei den Vorteil, dass ohne jegliche elektronische Regulierung
eine Selbsteinstellung der Bremswirkung in Abhängigkeit von der bewegten Last,
hier insbesondere von der Energie der bewegten Masse, d. h. von
deren Gewicht und deren Geschwindigkeit, erfolgt. Gegenüber bekannten
Verfahren zur Bremsung bewegter Massen ist das hier vorgestellte
Verfahren bzw. die Vorrichtung konstruktiv einfach und erfolgt lediglich
auf rein mechanischem Wege.
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Bezüglich sämtlicher
Ausführungen
ist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genannten
technischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt
werden können
oder eingesetzt sind, sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen.
Sämtliche
offenbarten technischen Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind
als erfindungswesentlich einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar
oder in Alleinstellung einsetzbar. Dabei wird in der gesamten Offenbarung
unter der Erwähnung,
dass ein Merkmal vorgesehen sein kann oder ein Verfahrenschritt
durchgeführt
werden kann auch eine Ausführung
der Erfindung verstanden, in der das betreffende Merkmal vorgesehen
ist bzw. ein betreffender Verfahrensschritt durchgeführt wird.