-
Die Erfindung betrifft eine Endlagendämpfung für einen Hydraulikzylinder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
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 strukturelle Beschädigungen durch ein schnelles Aufschlagen des Kolbens an einem Anschlag zu vermeiden.
-
Endlagendämpfungen sind erforderlich, da z. B. Systeme, die in Kommunal-, Land- und Baumaschinen verwendet werden, nicht nur hohen Anforderungen in Bezug auf deren Betriebsfestigkeit unterliegen, sondern auch, weil eine steigende Funktionalität und teilweise gesundheitsrelevante Komfortansprüche hinsichtlich der Geräuschemmissionen im Vordergrund stehen.
-
Leistungsstarke Maschinen benötigen daher Mittel, die bei ihrem Betrieb derartige Stöße und Schwingungen abfangen können, um so Menschen und Maschinen wirkungsvoll vor Überbelastungen zu schützen. Auch soll hierdurch die Geräuschbelastung der Umwelt verringert werden.
-
Es ist bekannt, Kolbendämpfungen durch eine positionsabhängige, frühzeitige Umsteuerung der Hubrichtung des Hydraulikkolbens zu realisieren. Dies wird durch die Verwendung von entsprechenden Wegeventilen gewährleistet. Das ist jedoch nur unter Einsatz zusätzlicher Bauteile außen am Hydraulikzylinder zu erreichen und bietet nicht die Möglichkeit einer kompakten Bauform.
-
Aus dem Stand der Technik sind auch Dämpfungssysteme bekannt, die in dem Hydraulikzylinder angeordnet sind und mit einer Drosselung des Fluidstromes arbeiten. Dabei wird die sich aus der Bewegung ergebende kinetische Energie 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.
-
Derartige Lösungen können als Ergänzungen Dämpfungskolben im Hydraulikzylinder umfassen, die eine Querschnittsreduzierung in den Endlagen bewirken. Bei diesen Systemen verschließt beispielsweise ein Kolben oder ein Stößel eine für das Ablaufen des Hydrauliköls vorgesehene Auslassöffnung, sobald der Kolben im Hydraulikzylinder fast vollständig ein- oder ausgefahren ist. Das Hydrauliköl ist so gezwungen, über einen Bypass, der einen kleineren Querschnitt aufweist als der der Auslassöffnung, aus der Zylinderkammer abzufließen. Zumeist ist der Querschnitt des Bypasses über eine Madenschraube einstellbar. Der Kolben wird hierdurch bis zu seiner Endlage wesentlich verlangsamt und wird somit gedämpft.
-
Es ist auch möglich, mittels einer Wegmessung die Position des Hydraulikkolbens in Relation zu der angefahrenen Endlage zu ermitteln und durch eine rechtzeitige Förderstromumkehr des Hydrauliköls ein Abbremsen des Hydraulikkolbens vor dem Erreichen seiner Endlage zu bewirken.
-
Wenn die Dämpfung durch eine Drosseleinrichtung realisiert wird, welche bei Erreichen einer definierten Position den Hauptabflusskanal verengt oder das Hydraulikmedium auf einen Bypass umleitet, führt das dazu, dass auch in Fällen, in denen die auf den Kolben einwirkende Kraft keine Dämpfung und damit Energievernichtung im System notwendig macht, eine ungewollte Dämpfung stattfindet. Um ein kraft- bzw. geschwindigkeitsabhängiges Dämpfungssystem zu realisieren, kann auf elektronische Regelungen zurückgegriffen werden. Dies bedeutet höhere Materialkosten und ein aufwändigeres Gesamtsystem. Bei der Verwendung von elektronischen Messtechniken wie auch bei Systemen unter Verwendung von Stößeln zum Eintauchen in einen entsprechenden Tauchraum, besteht jedoch der Nachteil, dass die Endlagendämpfung durch die Einstellbarkeit bzw. Justierung der Endlagendämpfung mittels Madenschrauben oder vergleichbaren Mitteln nicht ganz unproblematisch ist. Es kann leicht zu einer Überdämpfung bzw. Unterdämpfung kommen, welche Schäden am Hydraulikzylinder verursachen kann.
-
Ferner ist bei einer Kolbendämpfung unter Einsatz zusätzlicher Bauteile im Hydraulikzylinder nachteilig, dass die zusätzlich innerhalb des Zylinders eingebrachten Bauteile bei einem Versagen des Gesamtsystems erheblich beschädigt werden können.
-
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine selbstregelnde, hydraulische Endlagendämpfung zu schaffen, mit welcher die oben genannten Nachteile überwunden werden können.
-
Eine Endlagendämpfung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 löst diese Aufgabe.
-
Die Unteransprüche betreffen in vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die erfindungsgemäße Endlagendämpfung für einen Hydraulikzylinder besitzt eine Dämpfungseinrichtung, die in einem Auslasskanal des Hydraulikzylinder angeordnet ist. Je nach Hubrichtung kann der Auslasskanal auch als Einlasskanal dienen. Die Funktion der Dämpfungseinrichtung ist unidirektional. Wenn eine Dämpfung in Einlass- und Auslassrichtung gewünscht ist sind entsprechend zwei Dämpfungseinrichtungen in dem jeweiligen Kanal vorzusehen, der als Auslass für das Hydraulikfluid dient.
-
Die Dämpfungseinrichtung weist einen gegen eine Federkraft geführt linearer verlagerbaren und von der Federkraft in einer Offenstellung gehaltenen Ventilkörper sowie einen Anschlag für den Ventilkörper auf. Der Ventilkörper kann unter dem Einfluss einer Strömungsveränderung die durchströmbare Querschnittsfläche des Auslasskanals reduzierend an dem Anschlag zur Anlage gebracht werden. Hierzu ist die Federkraft so groß eingestellt, dass beim Überschreiten einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit auch die Federkraft überschritten wird, sodass der Abstand zwischen dem Anschlag und dem Ventilkörper verringerbar ist.
-
Der Auslasskanal besitz zwei unterschiedliche Durchmesserbereiche. In der Offenstellung befindet sich der Ventilkörper in dem im Durchmesser erweiterten Bereich des Auslasskanals. In der Anschlagstellung befindet sich der Ventilkörper zumindest näher an dem im Durchmesser reduzierten Bereich des Auslasskanals oder sogar in dem im Durchmesser reduzierten Bereich des Auslasskanals.
-
Die beiden im Durchmesser unterschiedlichen Bereiche führen zu unterschiedlichen durchströmbaren Querschnitten in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilkörpers. Der Ventilkörper verschließt den Auslasskanal dabei nicht vollständig, sondern reduziert lediglich die durchströmbare Fläche in Abhängigkeit von der Position des Ventilkörpers.
-
Das beanspruchte Dämpfungssystem erhöht die Dämpfungswirkung, sobald der Kolben eine definierte maximale Grenzgeschwindigkeit erreicht. Die Dämpfung erfolgt ohne aufwendige externe Steuerungen bzw. Regelungen.
-
In der Offenstellung wird der Ventilkörper durch die Vorspannkraft in einer Offenposition gehalten, die den maximal technisch möglichen Querschnitt zum Abfluss des Hydraulikfluids freigibt. Mit steigendem Fluidfluss nimmt der dynamische Druck auf den Ventilkörper zu und der Ventilkörper beginnt, sich gegen die Federkraft zu bewegen, bis er schließlich in der Anschlagstellung ankommt. In diesem Zustand ist die Dämpfungswirkung am stärksten. Es wird so eine Verringerung des Fluidflusses erreicht und damit der Druck im Kolbenraum erhöht. Dies führt zu einer Reduzierung der Kolbengeschwindigkeit und damit zu einer gewünschten Reduzierung der Auftreffenergie auf einen Endanschlag.
-
Durch die Erfindung wird eine lastabhängige Stromregelungsvorrichtung geschaffen, die bei Bedarf einfach nachrüstbar ist, die keine wesentliche Vergrößerung des Bauvolumens erfordert und insbesondere eine Reduzierung der Bauteilbelastungen durch eine kolbengeschwindigkeitsabhängige Erhöhung der Dämpfung des Systems ermöglicht. Das System ist in seiner Bauweise sehr kostengünstig. Die geringe Anzahl der Bauelemente führt wiederum zu einer geringen Störanfälligkeit. Das System ist ausgesprochen robust. Die Komponenten des Systems sind leicht. Das ermöglicht eine Verwendung unabhängig von der Einbaulage.
-
Der Ventilkörper wird vorzugsweise linear geführt. Insbesondere wird er an einer Kolbenstange geführt. Die Kolbenstange wird zusammen mit dem Ventilkörper bewegt. Die Federkraft kann von einer Schraubendruckfeder aber auch von jeder anderen Federbauform ausgehen. Eine Schraubendruckfeder lässt sich besonders günstig zentral um die führende Kolbenstange anordnen, sodass die Federkraft zentral auf den Ventilkörper wirkt, ohne dass dieser verkippt. Die Schraubendruckfeder stützt sich mit ihrem anderen Ende an einem Halter ab. Der Halter besitzt eine Führungsbohrung für die Kolbenstange. Dieser Halter ist in den Auslasskanal einsetzbar und insbesondere einschraubbar. Er kann die Form einer Brücke haben, sodass beiderseits des Halters bzw. der Brücke Freiräume für das Durchströmen des Hydraulikfluids verbleiben.
-
Die Schraubendruckfeder ist insbesondere in einer Hülse angeordnet. Ein Ende der Hülse kann als Anschlag dienen, während deren anderes Ende an dem Halter abgestützt ist.
-
Durch den Austausch der Hülse bzw. die Wahl einer geeigneten Hülse kann der Hubweg des Ventilkörpers und damit auch das Durchströmungsverhalten sowie das Dämpfungsverhalten eingestellt werden.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Position der Kolbenstange relativ zum Halter einstellbar. Dadurch kann auch die Vorspannung der Schraubendruckfeder eingestellt werden. Die Einstellung der relativen Position der Kolbenstange erfolgt insbesondere über eine Mutter an einem freien Ende der Kolbenstange. Dieser Mutter befindet sich auf der der Strömung abgewandten Seite des Halters, gegenüberliegend zum Ventilkörper.
-
Der Ventilkörper ist insbesondere tellerförmig. Er kann auch eine Kugelform besitzen. Die Tellerform ist vergleichsweise einfach herstellbar. Die Kugelform hat den Vorteil, dass eine Selbstzentrierung beispielsweise an einer Hülse erfolgt. Die Erfindung ist nicht auf eine besondere Form des Ventilkörpers beschränkt.
-
Der Ventilkörper kann darüber hinaus wenigstens eine Durchströmöffnung aufweisen, um das Durchströmen nicht vollständig zu verhindern, sondern nur zu dämpfen. Durch Anpassung des Querschnitts der Durchströmöffnung kann der Strömungsquerschnitt und damit auch das Dämpfungsverhalten eingestellt werden. Auf diese Weise können durch Austausch von Ventilkörpern unterschiedliche Einstellungen vorgenommen werden, die im Rahmen eines Baukastensystems realisiert werden können. Darüber hinaus kann auch die Hülse wenigstens eine Durchströmöffnung aufweisen.
-
Auch der Halter kann entsprechende Freiräume für das Durchströmen des Fluids aufweisen. In der Offenstellung soll das freie Abströmen des Hydraulikfluids nicht behindert werden. Der Endlagendämpfer tritt erst dann in Kraft, wenn bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten überschritten werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen Querschnitt durch eine Endlagendämpfung innerhalb eines Auslasskanals eines Hydraulikzylinder und
- 2 ein Schnitt entlang der Linien A-A der 1.
-
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Endbereich eines Hydraulikzylinders 1, in dem ein Kolben 2 angeordnet ist. Der Kolben 2 kann ein nicht näher dargestelltes Hydraulikfluid über einen Auslasskanal 7 aus dem Hydraulikzylinder 1 ausstoßen. Im Auslasskanal ist eine Dämpfungseinrichtung 3 angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung umfasst einen Ventilkörper 4. Der Ventilkörper ist linear verlagerbar. Er wird von einer Federkraft in einer Offenstellung gehalten. Die Federkraft wird von einer Schraubendruckfeder 6 aufgebracht, welche den Ventilkörper in Richtung des Kolbens 2 des Hydraulikzylinder 1 drückt. Die Schraubendruckfeder 6 ist von einer Hülse 5 umgeben. Ein in der Bildebene oberes Ende der Hülse 5 dient als Anschlag für die in der Bildebene untere Seite des Ventilkörpers 4. Dadurch kann der Ventilkörper 4 aus einem im Querschnitt erweiterten Bereich des Auslasskanals 7 in Richtung zur Hülse 5 verlagert werden. Die Hülse 5 befindet sich in einen im Durchmesser reduzierten Bereich 9.
-
Die 2 zeigt anhand der Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der 1, dass die Hülse 5 an einem stegförmigen Halter 10 abgestützt ist. Der Halter 10 besitz ein Außengewinde 11 und ist in ein Innengewinde 12 im Durchmesser reduzierten Bereich 9 eingeschraubt. Der Halter 10 ist gegen einen nach innen ragenden Kragen 13 geschraubt, der die Einschraubtiefe des Halters 10 begrenzt. Der Innendurchmesser des Kragens 13 ist die engste Stelle in dem gesamten Auslasskanal 7.
-
Die Lage des Ventilkörpers 4 ist über eine Mutter 14 einstellbar, die auf ein freies Ende einer Kolbenstange 15 geschraubt ist. Diese Kolbenstange 15 trägt an ihrem anderen Ende den Ventilkörper 4. Die Kolbenstange 15 durchsetzt eine zentrale Führungsbohrung in dem Halter 10.
-
In Abhängigkeit vom Volumenstrom und damit in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit nimmt der Druck an der Unterseite des Ventilkörpers 4 im Verhältnis zu dem Druck oberseitig des Ventilkörpers 4 ab. Der Druckunterschied zwischen der Ober- und Unterseite des Ventilkörpers 4 bewirkt eine Bewegung des Ventilkörpers 4 entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder 6. Durch Reduzierung des Ringspaltes zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Kragen 13 entsteht eine Drosselung des Volumenstromes. Hierdurch wird die Bewegung des Kolbens 2 im Hydraulikzylinder 1 gebremst und damit eine Reduzierung der Krafteinwirkung erreicht, wenn der Kolben 2 im Hydraulikzylinder 1 seine Endlage erreicht.
-
Die Differenz einer Länge L1 der Hülse 5 und einer Länge L2 des Halters 10 bestimmt hierbei die maximal mögliche Drosselwirkung und damit die größtmögliche Dämpfung des Systems. Die Stärke der Dämpfung in der Abhängigkeit vom Volumenstrom durch die Kolbenverdrängung bis zum Erreichen der Endlage wird durch die Federrate der Schraubendruckfeder 6 bestimmt.
-
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einen tellerförmigen Ventilkörper 4. Ventilkörper mit abweichenden Formen können die Funktion der Querschnittsreduzierung ebenfalls erfüllen. Beispielsweise kugelförmige Ventilkörper. Die Schraubendruckfeder 6 steht stellvertretend für weitere Ausführungsformen von Federelementen, welche den Ventilkörper 4 in einer Offenstellung halten. Zur Vergrößerung des Querschnittes ist es möglich, in dem Halter 10 Bohrungen vorzusehen, die in Strömungsrichtung weisen. Ebenso ist eine Querdurchströmung der Hülse 5 denkbar, in dem Querbohrungen in die Hülse 5 eingebracht werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1 -
- Hydraulikzylinder
- 2 -
- Kolben
- 3 -
- Dämpfungseinrichtung
- 4 -
- Ventilkörper
- 5 -
- Hülse
- 6 -
- Schraubendruckfeder
- 7 -
- Auslasskanal
- 8 -
- im Durchmesser erweiterter Bereich von 7
- 9 -
- im Durchmesser reduzierter Bereich von 7
- 10 -
- Halter
- 11 -
- Außengewinde
- 12 -
- Innengewinde
- 13 -
- Kragen
- 14 -
- Mutter
- 15 -
- Kolbenstange
- L1 -
- Länge von 5
- L2 -
- Länge an 10
