DE102012024155A1 - Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung - Google Patents

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Abstract

Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung umfassend mindestens einen Zylinder, in dem mindestens ein Kolben angeordnet ist und der mit mindestens einer Kolbenstange verbunden und in axialer Richtung verfahrbar ist, wobei der Zylinder von dem Kolben in eine Kolbenseite und eine Stangenseite unterteilt wird und das für das Stellen des Kolbens notwendige Hydrauliköl von einer Hydraulikpumpe über Einlass- und Auslassleitungen durch an dem Zylinder vorgesehenen Einlass- und Auslassöffnungen gepumpt wird, wobei dem Zylinder eine mechanische Vordrosslung zugeordnet ist, über die das Hydrauliköl beim Verfahren des Kolbens auf der Stangenseite solange durch eine erste Bohrung ableitbar ist, bis der Kolben beim Verfahren die ersten Bohrung verschließt und somit das Hydrauliköl durch eine zweite Bohrung abgeleitet wird, von wo aus es zu einem Druckbegrenzungsventil geleitet wird, das bei einem voreingestellten Druck die Hydraulikpumpe in eine elektronisch geregelte Druckabschneidungsfunktion zwingt, die die Fördermenge des Hydrauliköls reduziert und der Kolben abgebremst in seine Endlage verfahrbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung umfassend mindestens einen Zylinder in dem mindestens ein Kolben angeordnet ist, der mit mindestens einer Kolbenstange verbunden und in axialer Richtung verfahrbar ist, wobei der Zylinder von dem Kolben in eine Kolbenseite und eine Stangenseite unterteilt wird und das für das Stellen des Kolbens notwendige Hydrauliköl von einer Hydraulikpumpe über Einlass- und Auslassleitungen durch an dem Zylinder vorgesehenen Einlass- und Auslassbohrungen gepumpt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Ladeschaufelbagger mit dem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder.
  • Endlagendämpfungen werden in zahlreichen Maschinen und Anlagen benötigt, in denen bewegte Massen innerhalb definierter Vorgaben abgebremst werden müssen. So gewährleistet eine Endlagendämpfung ein weiches Abbremsen der Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders in seinen beiden Endlagen oder auch nur in einer Endlage, um dadurch Beschädigungen am Kolben oder der jeweiligen Endlage der Kammer durch ein schnelles Aufschlagen des Kolbens zu vermeiden. Dies ist notwendig da die Systeme in Land- und Baumaschinen nicht nur hohen Anforderungen in Bezug auf deren Betriebsfestigkeit unterliegen, sondern auch steigende Funktionalität und teilweise gesundheitsrelevante Komfortansprüche im Vordergrund stehen. Leistungsstarke Maschinen benötigen daher Mittel, die die beim Betrieb derartiger Maschinen aufkommende Stöße und Schwingungen abfangen können, um so Menschen und Maschinen wirkungsvoll vor Überbelastungen zu schützen. Auch soll hierdurch die Geräuschbelastung der Umwelt verringert werden.
  • Hierfür sind aus dem Stand der Technik Dämpfungen bekannt, die mittels einer Drosselung des Fluidstromes arbeiten. Die aus der Bewegung sich ergebende kinetische Energie wird dabei in Wärme umgewandelt. Die kinetische Energie E als Produkt aller auf die Kolbenstange wirkenden Massen m und der Hubgeschwindigkeit v bei Dämpfungsbeginn, sollte dabei das Arbeitsvermögen W der Dämpfung nicht überschreiten. Es ist allgemein bekannt, dies durch Ergänzungen im Hydraulikzylinder mit Dämpfungskolben mit kleinerem Querschnitt in den Endlagen zu realisieren.
  • So verschließt beispielsweise ein Kolben oder Stößel eine für das Ablaufen des Hydrauliköls vorgesehenen Auslassöffnung sobald der Kolben im Hydraulikzylinder fast vollständig ein-/oder ausgefahren ist. Das Hydrauliköl ist so gezwungen über einen Beipass, der einen kleineren Querschnitt aufweist als der der Auslassöffnung, aus der Zylinderkammer zu fließen. Meist ist der Querschnitt des Beipasses über eine Madenschraube einstellbar ausgebildet. Der Zylinder wird hierdurch bis zu seiner Endlage wesentlich verlangsamt und wird somit gedämpft.
  • Diese Endlagendämpfungssysteme haben sich bewährt, sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass eine Endlagendämpfung durch zusätzliche Teile im und am Hydraulikzylinder erreicht wird. Ferner ist die Einstellbarkeit bzw. die Justierung der Endlagendämpfung mittels Madenschrauben oder vergleichbaren Mittel nicht ganz unproblematisch, da eine Überdämpfung bzw. eine Unterdämpfung Schäden am Hydraulikzylinder verursachen können. Des Weiteren werden auch elektrische Messtechniken verwendet, um das Auftreffen des Kolbens auf mechanische Begrenzungen mit der vollen Geschwindigkeit zu verhindern. Die zusätzlich innerhalb des Zylinders eingebrachten Bauteile können bei einem Versagen das Gesamtsystem erheblich beschädigen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hydraulikzylinder mit einer selbstregelnden, elektronisch/hydraulischen Endlagendämpfung zu schaffen, mit der die oben genannten Nachteile überwunden werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass dem Zylinder eine mechanische Vordrosslung zugeordnet ist, über die das Hydrauliköl beim Verfahren des Kolbens auf der Stangenseite solange durch eine erste Bohrung ableitbar ist, bis der Kolben beim Verfahren die ersten Bohrung verschließt und somit das Hydrauliköl durch eine zweite Bohrung abgeleitet wird, von wo aus es zu einem Druckbegrenzungsventil geleitet wird, das bei einem voreingestellten Druck die Hydraulikpumpe in eine elektronisch geregelte Druckabschneidungsfunktion zwingt, die die Fördermenge des Hydrauliköls reduziert und der Kolben abgebremst in seine Endlage verfahrbar ist. Hierdurch wird eine Dämpfung des Anschlages des Kolbens am Ende des Bewegungsweges im Zylinder geschaffen, die eine einfache und robuste Endlagendämpfung ermöglicht, ohne das hierbei weitere Bauteile im Zylinder eingebracht werden müssen. Durch die konstruktive Ausgestaltung am Kolben und am Zylinder und die Ergänzung der Zylinderhydraulik durch zwei Ventile, wird eine selbstregulierende elektronisch/hydraulische Endlagendämpfung erreicht.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders, ist es vorgesehen, die Vordrosselung als Druckbegrenzungsventil auszubilden und über eine Hydraulikleitung und einem (4/3) Wegeventil mit Sperrmittelstellung mit der Hydraulikpumpe zu verbinden.
  • In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders, ist die Vordrosselung über Hydraulikleitungen mit der ersten Bohrung und der zweiten Bohrung verbunden und die erste Bohrung wird bei Verfahren des Kolbens in die Endlage der Stangenseite vom Kolbenhemd des Kolbens verschlossen, wobei der Kolbenboden beim Verfahren des Kolbens vor die zweite Bohrung bis auf einen Resthub gefahren wird, so dass der Kolbenboden die zweite Bohrung nicht verschließt.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Hydraulikzylinders ist die ersten Bohrung von der zweiten Bohrung derart beabstandet angeordnet, dass der Abstand zwischen der ersten Bohrung und der zweiten Bohrung einer Wegstrecke entspricht, die der Kolben in der Zeit zurücklegt, die die Hydraulikpumpe benötigt, um von einer maximalen Fördermenge auf eine minimale Fördermenge umzuschalten.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders sind die Bohrungen radial außen im Bereich der Stangenseite am Hydraulikzylinder angeordnet. Es ist auch denkbar, dass die zweite Bohrung – im Gegensatz zur ersten Bohrung – in der Endlage und parallel zur Kolbenstange eingelassen ist und über einen Anschluss radial nach außen im Bereich der Stangenseite geführt wird.
  • Es ist vorgesehen, die Endlagendämpfung insbesondere in einem Hydraulikzylinder anzuordnen, der insbesondere als Klappenzylinder ausgebildet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es sodann vorgesehen, dass der Klappenzylinder einem Ladeschaufelbagger zugeordnet ist. Die erfindungsgemäße Endlagendämpfung kann in einer Vielzahl von Hydraulikzylindern für hydraulische Maschinen vorgesehen sein. Diese sind ausdrücklich nicht auf einen Klappenzylinder beschränkt.
  • Eine Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ladeschaufelbagger mit dem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder zur Verfügung zu stellen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt:
  • Fig. ein schematisches Schnittbild durch den erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder, dem ein 4/3 Wegeventil mit Sperrmittelstellung mit angeschlossener Hydraulikpumpe zugeordnet ist, dass über Leitungen mit der Kolbenseite und der Stangenseite des Hydraulikzylinders verbunden ist, wobei in der Leitung der Stangenseite eine mechanische Vordrosselung angeordnet ist, die aus einem Druckbegrenzungsventil und einem Rückschlagventil aufgebaut ist.
  • Wie in der einzigen Figur dargestellt, besteht der Hydraulikzylinder 10 im Wesentlichen aus einem Zylinder 11 in dem ein Kolben 12 angeordnet ist, der mit einer Kolbenstange 13 über eine Mutter 14 verbunden ist. Der Kolben 12 ist in axialer Richtung verfahrbar, wobei der Zylinder 11 von dem Kolben 12 in eine Kolbenseite 15 und eine Stangenseite 16 unterteilt wird. Die Kolbenseite 15 ist gegenüber der Stangenseite 16 mit einer am Kolben 12 radial außen angeordneten Dichtung 22 abgedichtet. Das für das Stellen des Kolbens 12 notwendige Hydrauliköl wird von einer Hydraulikpumpe 17 über Einlass- bzw. Auslassleitungen 18 und 19 und 19a durch an dem Zylinder 11 vorgesehene Einlassöffnung 20 und Auslassöffnungen 21, 21a gepumpt.
  • Dem Zylinder 11 ist eine mechanische Vordrosslung 23 zugeordnet. Über die mechanische Vordrosselung kann das Hydrauliköl beim Verfahren des Kolbens 12 auf der Stangenseite 16 solange durch eine erste Bohrung 24 abgeleitet werden, bis der Kolben 12 beim Verfahren die ersten Bohrung 24 mit seinem Kolbenhemd 25 verschließt. Das Hydrauliköl wird langsam abgedrosselt und sodann über eine zweite Bohrung 26 abgeleitet, von wo aus es zu einem Druckbegrenzungsventil 27 als Bestandteil der Vordrosselung 23, geleitet wird. Die zweite Bohrung 26 ist im Bereich der Endlage 28 an der Stangenseite 16 des Hydraulikzylinders 10 vorgesehen, wo diese mit einem Anschluss 33 an die Endlage 28 angeschlossen ist. Hierdurch kann der Kolben 12 unmittelbar (bis auf einen Resthub) an die Endlage 28 herangefahren werden, so dass das gesamte Hydrauliköl auf der Stangenseite 16 über die der zweiten Bohrung 26 zugeordneten Auslassöffnung 21a abgelassen werden kann.
  • Das Druckbegrenzungsventil 27 zwingt bei einem voreingestellten Druck die Hydraulikpumpe 17 in eine elektronisch geregelte Druckabschneidungsfunktion. Das heißt, dass die Hydraulikpumpe 17 auf der Kolbenseite 15 nur noch mit geringer Fördermenge arbeitet. D. h. der Druck bleibt konstant und nur die Fördermenge ändert sich.
  • Die Fördermenge des Hydrauliköls auf der Kolbenseite 15 wird durch die Druckabschneidefunktion reduziert und der Kolben 12 kann dadurch abgebremst in eine Endlage 28 auf der Stangenseite 16 gefahren werden. Dabei ist das Druckbegrenzungsventil 27 über die Hydraulikleitung 19 beispielsweise mit einem (4/3) Wegeventil 30 (mit Sperrmittelstellung) mit der Hydraulikpumpe 17 verbunden.
  • Wie die Figur des Weiteren zeigt, ist die erste Bohrung 24 in einem Abstand 29 von der zweiten Bohrung 26 angeordnet. Der Abstand 29 zwischen der ersten Bohrung 24 und der zweiten Bohrung 26 entspricht einer Wegstrecke, die der Kolben 12 in der Zeit zurücklegt, die die Hydraulikpumpe 17 benötigt, um von einer maximalen Fördermenge auf eine minimale Fördermenge umzuschalten. Die mechanische Vordrosselung 23 weist ferner ein Rückschlagventil 31 auf. Das Rückschlagventil 31 stellt sicher, dass das Hydrauliköl, wenn es aus der Öffnung 21a über die Bohrung 26 in die Auslassleitung 19a strömt, in das Druckbegrenzungsventil 27 einströmen kann und nicht direkt in die Auslassleitung 19 gedrückt wird. Des Weiteren dient das Rückschlagventil 31 auch der Rückbewegung. Das bedeutet, bei Strömungsumkehr öffnet sich das Rückschlagventil 31 und lässt eine druckfreie (im Sinne von verlustarme) Befüllung und Rückbewegung des Kolbens 12 im Zylinder 11 zu. Dies kann verbunden sein mit dem öffnen der Klappe an einem Ladeschaufelbagger (nicht dargestellt).
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hydraulikzylinder
    11
    Zylinder
    12
    Kolben
    13
    Kolbenstange
    14
    Mutter
    15
    Kolbenseite
    16
    Stangenseite
    17
    Hydraulikpumpe
    18
    Einlassleitung
    19
    Auslassleitung
    20
    Einlassöffnung
    21, 21a
    Auslassöffnung
    22
    Dichtung
    23
    Vordrosselung
    24
    erste Bohrung
    25
    Kolbenhemd
    26
    zweite Bohrung
    27
    Druckbegrenzungsventil
    28
    Endlage
    29
    Abstand
    30
    Wegeventil
    31
    Rückschlagventil
    32
    Kolbenboden
    33
    Anschluss

Claims (10)

  1. Hydraulikzylinder (10) mit einer Endlagendämpfung umfassend mindestens einen Zylinder (11) in dem mindestens ein Kolben (12) angeordnet ist, der mit mindestens einer Kolbenstange (13) verbunden und in axialer Richtung verfahrbar ist, wobei der Zylinder (11) von dem Kolben (12) in eine Kolbenseite (15) und eine Stangenseite (16) unterteilt wird und das für das Stellen des Kolbens (12) notwendige Hydrauliköl von einer Hydraulikpumpe (17) über Einlass- und Auslassleitungen (20, 19) durch an dem Zylinder vorgesehenen Einlass- und Auslassöffnungen gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zylinder (11) eine mechanische Vordrosslung (23) zugeordnet ist, über die das Hydrauliköl beim Verfahren des Kolbens (12) auf der Stangenseite (16) solange durch eine erste Bohrung (24) ableitbar ist, bis der Kolben (11) beim Verfahren die erste Bohrung (24) verschließt und somit das Hydrauliköl durch eine zweite Bohrung (26) abgeleitet wird, wobei die mechanische Vordrosselung (23) bei einem voreingestellten Druck die Hydraulikpumpe (17) in eine elektronisch geregelte Druckabschneidungsfunktion zwingt, die die Fördermenge des Hydrauliköls reduziert und der Kolben (11) abgebremst in seine Endlage (28) verfahrbar ist.
  2. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordrosselung (23) als Druckbegrenzungsventil ausgebildet (27) ist und über eine Hydraulikleitung (19) und einem Wegeventil mit Sperrmittelstellung (30) mit der Hydraulikpumpe (17) in Wirkverbindung steht.
  3. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordrosselung (23) über Hydraulikleitungen (19, 19a) mit der ersten Bohrung (24) und der zweiten Bohrung (26) verbunden ist, wobei die erste Bohrung (24) vom Kolbenhemd (25) des Kolbens (12) und die zweite Bohrung (26) vom Kolbenboden (32) des Kolbens (12) während des Verfahrens des Kolbens (12) in seine Endlage (28) auf der Stangenseite (16) verschließbar ist.
  4. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordrosselung (23) über Hydraulikleitungen (19, 19a) mit der ersten Bohrung (24) und der zweiten Bohrung (26) verbunden ist, wobei die erste Bohrung (24) vom Kolbenhemd (25) des Kolbens (12) verschließbar ist, und der Kolbenboden (32) des Kolbens (12) während des Verfahrens in seine Endlage (28) auf der Stangenseite (16) bis auf einen Resthub vor die zweiten Bohrung (26), die der Endlage (28) zugeordnet ist, fahrbar ist.
  5. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bohrung (24) von der zweiten Bohrung (26) derart beabstandet angeordnet ist, dass ihr Abstand (29) einer Wegstrecke entspricht, die der Kolben (12) in der Zeit zurücklegt, die die Hydraulikpumpe (17) benötigt, um von einer maximalen Fördermenge auf eine minimale Fördermenge umzuschalten.
  6. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bohrung (24) und die zweite Bohrung (26) radial außen im Bereich der Stangenseite (16) am Zylinder (11) angeordnet ist.
  7. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bohrung (24) radial außen im Bereich der Stangenseite (16) am Zylinder (11) angeordnet ist, und der zweiten Bohrung (26) in der Endlage (28) ein parallel zur Kolbenstange (13) eingelassener Anschluss (33) zugeordnet ist, über die die zweite Bohrung (26) radial nach außen im Bereich der Stangenseite (16) am Zylinder (11) geführt wird.
  8. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder einem Ladeschaufelbagger zugeordnet ist.
  9. Hydraulikzylinder mit einer Endlagendämpfung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlagendämpfung einem Hydraulikzylinder (10) zugeordnet ist, der als Klappenzylinder ausgebildet ist.
  10. Ladeschauffelbagger mit einem Hydraulikzylinder (10) mit einer Endlagendämpfung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 9.
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