DE19709593C2 - Vorrichtung zur Verzögerung einer bewegten Masse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verzögerung einer bewegten Masse, mit einer Bewegungseinheit, die einen Ar­ beitskolben aufweist, der in einem Gehäuse wenigstens eine volumenveränderliche Verdrängungskammer begrenzt, mit Mit­ teln, die ab einer bestimmten Dämpfungsposition der sich in einer Arbeitsrichtung im Sinne einer Verringerung des Volu­ mens der Verdrängungskammer bewegenden Bewegungseinheit vor Erreichen der Bewegungsendlage einen Druckanstieg in der Ver­ drängungskammer hervorrufen, der ein Abbremsen der Bewegungs­ einheit verursacht, und mit mindestens einem in der Bewe­ gungseinheit vorgesehenen und mit der Verdrängungskammer kom­ munizierenden Entlastungskanal, dem ein die Fluidströmung durch den Entlastungskanal hindurch steuerndes, normalerweise eine Schließstellung einnehmendes Steuerventil zugeordnet ist, das über ein durch Federkraft in einer Grundstellung ge­ haltenes Ventilglied verfügt.

Eine derartige Vorrichtung in Gestalt eines Arbeitszylinders geht aus der DE 30 46 755 A1 hervor. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in die vom Kolben und von der Kolbenstange gebildete Bewegungseinheit ein Steuerventil integriert. Das Steuerventil nimmt normalerweise eine Schließstellung ein, in der sein Ventilglied durch eine Feder in einer Grundstellung fixiert wird, in der ein mit einer Druckmittelkammer des Ar­ beitszylinders verbundener Entlastungskanal verschlossen ist. Bei einer Druckbeaufschlagung der Bewegungseinheit im Aus­ fahrsinne wird das Ventilglied in eine Offenstellung verla­ gert, und ermöglicht ein Entweichen von Druckmittel aus der zugeordneten Druckmittelkammer. Bei einer bestimmten Hubposi­ tion wird der durch das Ventilglied freigegebene Entlastungs­ kanal durch die Gehäusewand des Arbeitszylinders verschlos­ sen, so daß das Druckmittel nurmehr über eine parallel ge­ schaltete Drossel abströmen kann, was eine Endlagendämpfung hervorruft. Auf diese Weise kann am Ende des Hubes der Bewe­ gungseinheit ein zu harter Aufprall auf die stirnseitige Ab­ schlusswand des Arbeitszylinders verhindert werden.

Allerdings ist die Einstellung der Drosselungsintensität zur Anpassung an die kinetische Energie der Bewegungseinheit re­ lativ schwierig. Baut sich ein zu hoher Gegendruck auf, prallt die Bewegungseinheit zurück und man erhält ein schwin­ gendes periodisches Bewegungsverhalten. Bei zu geringem Ge­ gendruck prallt die Bewegungseinheit zu stark auf die Ab­ schlusswand auf. Bei einem Betrieb des Arbeitszylinders mit sich verändernden Hubgeschwindigkeiten sind zudem Neujustie­ rungen der Drosselungsintensität unumgänglich.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne aufwendige Einstellungen und im wesentlichen unabhängig von der auftretenden Geschwindigkeit ein zuverlässiges schwin­ gungsfreies Abbremsen einer bewegten Masse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Ober­ begriffes des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, daß ein fest mit dem Ventilglied verbundener oder in Baueinheit mit diesem ausgebildeter Trägheitskörper vorgesehen ist, der beim Ab­ bremsen der Bewegungseinheit aufgrund seiner Massenträgheit unter Überwindung der Federkraft und unter Mitnahme des Ven­ tilgliedes relativ zur Bewegungseinheit in der Arbeitsrich­ tung verlagert wird, um ein vom Systemdruck unbeeinflusstes Öffnen des Steuerventils mit einem von der Verzögerung der Bewegungseinheit abhängigen variablen Öffnungsgrad zu bewir­ ken, und daß die Federkraft von einer Federeinrichtung gelie­ fert wird, die sich zum einen am Trägheitskörper und zum an­ deren an einer an der Bewegungseinheit vorgesehenen Abstütz­ partie abstützt, wobei die Abstützpartie in Wirkrichtung der Federkraft verschiebbar an der Bewegungseinheit angeordnet ist und mit einem Stößel zusammenwirkt, der vor dem Erreichen der Bewegungsendlage der Bewegungseinheit auf eine gehäuse­ feste Abschlußwand der Verzögerungskammer auflaufen kann, um unter gleichzeitiger Komprimierung der Federeinrichtung rela­ tiv zur Bewegungseinheit verlagert zu werden.

Auf diese Weise ist ein optimales Abbremsen der bewegten Mas­ se unabhängig von der gefahrenen Geschwindigkeit und unter selbsttätiger Berücksichtigung der gegen Ende des Hubes durch die vorhandenen Dämpfungsmittel bewirkten Bremsverzögerung gewährleistet. Das System passt sich selbsttätig an die je­ weiligen Betriebsbedingungen an, wobei das Dämpfungsverhalten vom momentan herrschenden Systemdruck nicht oder nur unwe­ sentlich beeinflusst wird. Eventuell auftretende Druckschwankungen wirken sich also nicht nachteilig aus und erfordern keine Neujustierungen. Ergänzend ist eine wegabhängige Funk­ tion vorgesehen, die vor Erreichen der Bewegungsendlage der Bewegungseinheit eine Komprimierung der Federeinrichtung her­ vorruft, was eine Verhärtung des Systems bewirkt und die Dy­ namik des Ventilgliedes vorteilhaft beeinflussen kann.

Zwar geht aus der FR 2 719 880 A1 bereits ein Stoßdämpfer her­ vor, bei dem unter Verwendung eines Trägheitskörpers eben­ falls Einfluss auf die Verzögerung einer bewegten Masse ge­ nommen wird. Ein mit dem Trägheitskörper verbundener Ventil­ stößel beeinflußt die mögliche Strömungsrate zwischen zwei Druckkammern des Stoßdämpfers. Der Trägheitskörper ist durch eine Federeinrichtung in einer Grundstellung gehalten. Es sind jedoch keine Maßnahmen vorgesehen, die eine hubabhängige Veränderung der Federvorspannung bewirken.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen aufgeführt.

Der Entlastungskanal ist vorzugsweise als Überströmkanal aus­ gebildet, der die Verdrängungskammer mit der auf der entge­ gengesetzten Kolbenseite angeordneten Gegenkammer verbindet. Aus der Verdrängungskammer über den Entlastungskanal abströ­ mendes Fluid strömt somit in die Gegenkammer über. Dies führt zu einer Erhöhung der Laststeifigkeit während der Dämpfungs­ phase. Ferner wird der beim Entlasten bzw. Entlüften in die Atmosphäre üblicherweise entstehende Schall stark reduziert.

Es empfiehlt sich, den Entlastungskanal und das Steuerventil im Arbeitskolben unterzubringen, da hier ein verhältnismäßig großer Einbauraum zur Verfügung steht.

Soll bei beiden möglichen Bewegungsrichtungen der Bewegungs­ einheit eine Endlagendämpfung möglich sein, können mehrere voneinander unabhängige Dämpfungseinheiten vorgesehen werden, die jeweils ein Steuerventil mit zugeordnetem Trägheitskörper aufweisen und die mit entgegengesetzter Ausrichtung an der Bewegungseinheit angeordnet sind. Von besonderem Vorteil ist allerdings eine Ausgestaltung, bei der nur ein Trägheitskör­ per vorhanden ist, dessen Grundstellung jedoch als Mittel­ stellung ausgeführt ist, aus der er beim Auftreten entspre­ chender Trägheitskräfte sowohl in die eine als auch in die andere axiale Richtung auslenkbar ist. Dadurch liegt ein richtungsunabhängig arbeitendes Verzögerungssystem vor. Be­ vorzugt ist der Trägheitskörper in diesem Falle als koaxial zur Längsachse der Bewegungseinheit angeordneter Ringkörper ausgebildet.

In allen Fällen kann durch Abstimmung der Masse des Träg­ heitskörpers und der Federkonstante der Federeinrichtung eine Grundauslegung an die zu erwartenden Einsatzbedingungen vor­ genommen werden. Auf diese Weise lässt sich das Ansprechver­ halten der Verzögerungsvorrichtung vorgeben, d. h., der Öff­ nungsgrad des Steuerventils in Abhängigkeit von der momenta­ nen Verzögerung. Auf diese Weise lässt sich auf die Dynamik des Systems Einfluss nehmen.

Je nach Anwendungsfall kann eine Federeinrichtung mit einer linearen oder nicht-linearen Kennlinie zum Einsatz kommen. Beispielsweise wäre eine Federeinrichtung mit degressiver Fe­ derkennlinie denkbar.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine erste Bauform der erfindungsgemäßen Verzöge­ rungseinrichtung als integrierter Bestandteil eines fluidbetätigten Arbeitszylinders, von dem aller­ dings nur ein Endabschnitt gezeigt ist, wobei sich die Bewegungseinheit in Arbeitsrichtung bewegt, die Dämpfungsposition allerdings noch nicht erreicht hat, das Ganze ohne Darstellung der erfindungsgemäß vorhandenen wegabhängigen Federkomprimierungsmaß­ nahme,

Fig. 2 die Anordnung aus Fig. 1 bei wirksamer Verzöge­ rungsvorrichtung mit einem verhältnismäßig kleinen Verzögerungswert,

Fig. 3 die Anordnung aus Fig. 1 während der Verzögerungs­ phase mit einem verhältnismäßig großen Verzöge­ rungswert,

Fig. 4 eine weitere Bauform der erfindungsgemäßen Verzöge­ rungsvorrichtung, wiederum als integrierter Be­ standteil eines Arbeitszylinders, wobei der Ar­ beitskolben und das Gehäuse des Arbeitszylinders nur teilweise abgebildet sind und wobei sich der Arbeitskolben noch außerhalb der Verzögerungsphase befindet, und

Fig. 5 die Anordnung aus Fig. 4 beim Erreichen der Bewe­ gungsendposition, wobei die Funktion einer bewegli­ chen Abstützpartie für die den Trägheitskörper be­ aufschlagende Federeinrichtung ersichtlich ist.

Beide Ausführungsbeispiele zeigen einen pneumatisch betätig­ ten Arbeitszylinder 1. Er verfügt über ein Gehäuse 2 mit ei­ nem Zylinderrohr 3, das an beide Stirnseiten durch Abschluß­ wände 4 verschlossen ist. Die Darstellungen beschränken sich auf einen der stirnseitigen Endabschnitte des Arbeitszylin­ ders 1.

Im Innern des Zylinderrohres 1 ist ein Arbeitskolben 5 in Richtung der Zylinderlängsachse 6 hin und her bewegbar ge­ führt. Er kann wie abgebildet mit einer Kolbenstange 7 ver­ bunden sein, die eine oder beide Abschlußwände 4 nach außen hin durchsetzt, wo sie mit einer zu bewegenden masse verbind­ bar ist.

Die Kolben 5 und die daran befestigte Kolbenstange 7 bilden eine in Richtung der Zylinderlängsachse 6 verschiebbare Bewe­ gungseinheit 8. Bei sogenannten kolbenstangenlosen Zylindern kann die Bewegungseinheit 8 auch allein vom Arbeitskolben 5 gebildet sein.

Der Arbeitskolben 5 ist mit umlaufenden Dichtungen 12 verse­ hen, so daß er den ihn aufnehmenden Zylinderraum unter Ab­ dichtung in zwei Zylinderkammern 13, 14 unterteilt. Indem der einen oder anderen Zylinderkammer 13, 14 Druckluft zugeführt wird, wobei gleichzeitig die andere Zylinderkammer entlüftet wird, läßt sich die Bewegungseinheit 8 zu einer Axialbewegung in einer der beiden durch Pfeile angedeuteten Bewegungsrich­ tungen 15, 16 antreiben.

Der Arbeitszylinder 1 ist mit einer Vorrichtung zur Verzögerung der Masse der sich bewegenden Bewegungseinheit 8 und eines eventuellen weiteren, an der Bewegungseinheit 8 angreifenden Gegenstandes ausgestattet. Diese nachfolgend als Verzögerungs­ vorrichtung bezeichnete Vorrichtung verhindert einen zu harten Aufprall des Arbeitskolbens 5 bei Erreichen der Bewegungsend­ lage, wo der Arbeitskolben 5 mit einer seiner Stirnflächen 17, 17' an einer Anschlagfläche 18 aufprallt, die an der zugewand­ ten Stirnseite einer jeweiligen Abschlußwand 4 vorgesehen ist. Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 befindet sich die Anschlagfläche 18 an einem aus gummielastischem Material bestehenden Pufferelement 22, das einen metallischen Aufprall verhindert. Eine relevante Verzögerung der Aufprallgeschwindig­ keit ist damit jedoch nicht verbunden. Dies ermöglicht erst die erfindungsgemäße Verzögerungsvorrichtung.

Während eines Arbeitshubes nähert sich die Bewegungseinheit 8 in einer Arbeitsrichtung 23 an eine der Abschlußwände 4 an. Da­ bei verringert sich das Volumen der zugeordneten Zylinderkammer 13. Die in dieser enthaltene Luft wird durch den sich an die Anschlagfläche 18 annähernden Arbeitskolben 5 verdrängt. Die betreffende Zylinderkammer 13 sei daher als Verdrängungskammer 24 bezeichnet. Die verdrängte Luft strömt über einen in der zu­ geordneten Abschlußwand 4 ausgebildeten ersten Abströmkanal 25 großen Querschnittes ab.

Eine Grundvoraussetzung für die Wirksamkeit der Verzögerungs­ vorrichtung besteht darin, daß in der abströmseitigen Zylinderkammer 13, also in der Verdrängungskammer 24, gegen Ende der Hubbewegung der Bewegungseinheit 8 ein Druckanstieg hervorgeru­ fen wird, der der Bewegungseinheit 8 entgegen der Arbeitsrich­ tung 23 eine Bremskraft entgegensetzt, so daß die Bewegungsein­ heit 8 abgebremst wird. Die bei Beginn der Dämpfungsphase vor­ liegende Position der Bewegungseinheit 8 sei als Dämpfungsposi­ tion bezeichnet, die Wegstrecke zwischen der Dämpfungsposition und der Bewegungsendlage als Dämpfungsstrecke.

Die beispielsgemäßen Arbeitszylinder verfügen über geeignete Mittel, die ab Erreichen der Dämpfungsposition der Bewegungs­ einheit 8 den erwähnten Druckanstieg in der Verdrängungskammer 24 hervorrufen. Diese Mittel umfassen beispielsgemäß den schon erwähnten ersten Abströmkanal 25 großen Querschnittes und fer­ ner einen als Drosselkanal wirkenden zweiten Abströmkanal 26 geringen Querschnittes. Beide Abströmkanäle 25, 26 verlaufen in der Abschlußwand 4 und münden mit Öffnungen 27, 28 im Bereich der Anschlagfläche 18 in die angrenzende Zylinderkammer 13. Mit seinem entgegengesetzten Ende mündet der erste Abströmkanal 25 großen Querschnittes mit einer Anschlußöffnung 29 an der Außen­ seite der Abschlußwand 4. Der zweite Abströmkanal geringen Querschnittes zweigt innerhalb der Abschlußwand 4 vom ersten Abströmkanal 25 ab, er mündet also mit seinem der Öffnung 28 entgegengesetzten Ende in den ersten Abströmkanal 25. An die Anschlußöffnung 29 ist eine weiterführende Druckmittelleitung anschließbar, über die Druckmedium zu- oder abgeführt werden kann.

Im Bereich der Öffnung 27 des ersten Abströmkanals 25 ist ein Dichtring 33 koaxial festgelegt. An die Öffnung 27 schließt sich ein sich axial in die Abschlußwand 4 hineinerstreckender Aufnahmeabschnitt 32 des ersten Abströmkanals 25 an.

Die Bewegungseinheit 8 verfügt an der der Abschlußwand 4 zuge­ wandten Seite über ein vom Arbeitskolben 5 koaxial wegragendes zylindrisches Verschlußteil 34. Bei Erreichen der Dämpfungspo­ sition taucht dieses Verschlußteil 34 über die Öffnung 27 in den Aufnahmeabschnitt 32 hinein. Dabei wird es an seiner zylin­ drischen Außenfläche 35 von dem Dichtungsring 33 dichtend um­ schlossen. Dieser Dichtkontakt bleibt erhalten, bis die Bewe­ gungseinheit 8 die Bewegungsendlage einnimmt, wobei das Ver­ schlußteil 34 über seine gesamte Länge in dem Aufnahmeabschnitt 32 aufgenommen ist.

Bewegt sich die Bewegungseinheit 8 ausgehend von ihrer nicht dargestellten linken Endstellung nach rechts in Richtung zu der abgebildeten Abschlußwand 4, so befindet sich das Verschlußteil 34 zunächst noch außerhalb des Dichtringes 33 und das aus der Verdrängungskammer 24 verdrängte Druckmedium kann über den großen Querschnitt des ersten Abströmkanals 25 ungehindert ab­ strömen. Hierbei bewegt sich die Bewegungseinheit 8 mit norma­ ler Geschwindigkeit in Arbeitsrichtung 23. Dies ist in Fig. 1 dargestellt.

Gegen Ende der Hubbewegung taucht das Verschlußteil 34 in den Dichtring 33 ein, so daß der erste Abströmkanal 25 versperrt ist. Von nun an kann das Druckmedium nur noch über den einen geringen Querschnitt aufweisenden zweiten Abströmkanal 26 aus­ strömen, was zu einer Druckerhöhung in der Verdrängungskammer 24 führt. Die Folge ist eine Verlangsamung der Bewegungseinheit 8 im Verlauf der bis zur Anlage an der Anschlagfläche 18 zu­ rückgelegten verbleibenden Dämpfungsstrecke.

Um die Bewegungseinheit 8 anschließend wieder in entgegenge­ setzte Richtung zu verlagern, wird über die Anschlußöffnung 29 Druckmedium zugeführt, das nun die zugeordnete Zylinderkammer 13 beaufschlagt. Der Dichtring 33 kann mit einer Rückschlag­ funktion ausgestattet sein, um zu Beginn des Rückhubes einen vergrößerten Strömungsquerschnitt zur Verfügung zu stellen.

Auf der der zweiten Zylinderkammer 14 zugewandten Axialseite des Arbeitskolbens 5 ist ebenfalls ein Verschlußteil 34 vorge­ sehen. Es sitzt koaxial auf der sich hier an den Arbeitskolben 5 anschließenden Kolbenstange 7. Die nicht gezeigte zweite Ab­ schlußwand 4, die von der Kolbenstange 7 durchsetzt ist, ver­ fügt über einen vergleichbaren Aufbau wie die abgebildete und beschriebene Abschlußwand 4. Dadurch kann bei einer Bewegung der Bewegungseinheit 8 in Gegenrichtung ebenfalls der geschil­ derte Abbremseffekt erzielt werden. Hierbei würde dann die Zy­ linderkammer 14 die Verdrängungskammer bilden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verzögerungsvor­ richtung besteht darin, daß der zweite Abströmkanal 26 geringen Querschnittes als Festdrossel ausgebildet sein kann, also einen unveränderlich fest vorgegebenen Strömungsquerschnitt aufweist und keine Einstelleinrichtung zur Veränderung der Drosselungsintensität benötigt. Ein umständliches Justieren durch den An­ wender des Arbeitszylinders entfällt somit.

Die bisher geschilderten Maßnahmen allein lassen noch keine op­ timale Dämpfung bzw. Verzögerung der Bewegungseinheit zu. Ins­ besondere würde bei hoher Hubgeschwindigkeit der Druck in der Verdrängungskammer 24 während der Dämpfungsphase zu stark an­ steigen können, so daß die Bewegungseinheit 8 zurückprallt und die Annäherung an die Endlage von Schwingungen überlagert ist. Um dies zu vermeiden, ist in die Bewegungseinheit 8 ein mit dieser mitbewegtes Steuerventil 35 und mindestens ein von die­ ser beherrschter Entlastungskanal 36 integriert. Bevorzugt sind das Steuerventil 35 und der Entlastungskanal 36 wie abgebildet in dem Arbeitskolben 5 angeordnet. Hier findet sich ausreichend Platz zur Aufnahme der einzelnen Bauteile.

Bevorzugt ist der Entlastungskanal 36 als Überströmkanal ausge­ bildet. Er durchsetzt beispielsgemäß den Arbeitskolben 5 wobei er mit einer ersten Mündung 37 in die eine Zylinderkammer 13 und mit einer entgegengesetzten zweiten Mündung 38 in die an­ dere Zylinderkammer 14 ausmündet. Die Mündungen 37, 38 liegen zweckmäßigerweise an den Stirnflächen 17, 17' des Arbeitskol­ bens 5.

Das Steuerventil 35 ist in den Verlauf des Entlastungskanals 36 zwischengeschaltet. Es verfügt über ein vorzugsweise in den beiden Bewegungsrichtungen 15, 16 relativ zur Bewegungseinheit 8 bewegliches Ventilglied 42, das in der Bewegungseinheit 8 verschiebbar gelagert ist.

Normalerweise nimmt das Steuerventil eine Schließstellung ein. Diese Schließstellung liegt während der Bewegungsphase außer­ halb der Dämpfungsphasen vor. Gezeigt ist diese Schließstellung in den Fig. 1 und 4. In der Schließstellung arbeitet eine Verschlußpartie 43 des Ventilgliedes 42 mit einer fest mit der Bewegungseinheit 8 verbundenen Gegenpartie 44 zusammen, so daß der Entlastungskanal 36 abgesperrt ist.

Die Schließstellung des Ventilgliedes 42 ist durch eine Feder­ einrichtung 45 stabilisiert. Die Federkraft der Federeinrich­ tung 45 spannt das Ventilglied 42 in die Schließstellung vor.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 ist die Schließstellung des Ventilgliedes 42 eine Mittelstellung. Das Ventilglied 42 ist durch zwei Federeinheiten 46 in entgegenge­ setzte Axialrichtungen beaufschlagt und durch das Kräftegleich­ wicht der beiden Federeinheiten 46 in der Schließstellung bzw. Mittelstellung gehalten. Bei entsprechend einwirkender Stell­ kraft kann das Ventilglied 42 somit in Richtung beider Bewe­ gungsrichtungen 15, 16 relativ zum Arbeitskolben 5 verlagert werden. Ein entsprechendes Verlagern bewirkt bei beiden Bewe­ gungsrichtungen ein Öffnen des Steuerventils 35, indem die Ver­ schlußpartie 43 relativ zur Gegenpartie 44 verlagert wird und dadurch ein Strömungsquerschnitt 47 des Entlastungskanals 46 freigegeben wird, der ein Hindurchströmen von Fluid durch den Entlastungskanal 36 ermöglicht.

Die Anordnung ist so getroffen, daß der vom Steuerventil 35 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt 47 variabel ist und insbesondere proportional von der Auslenkung des Ventilgliedes 42 abhängt. Je weiter das Ventilglied 42 aus der Schließstel­ lung in eine der beiden möglichen Bewegungsrichtungen verlagert wird, umso größer ist der geöffnete geometrische Querschnitt, der ein Hindurchströmen des Druckmediums erlaubt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und 5 ist die in Fig. 4 gezeigte Schließstellung des Ventilgliedes 42 eine von zwei möglichen Endstellungen. Die Federeinrichtung 45 umfaßt lediglich eine Federeinheit 46, die das Ventilglied 42 in die der Schließstellung entsprechende Endstellung vorspannt. Unter Überwindung der Federkraft läßt sich das Ventilglied 42 in ei­ ner Axialrichtung auslenken, wobei ein aus Fig. 5 ersichtli­ cher Strömungsquerschnitt 47 des Entlastungskanals 36 freigege­ ben wird, dessen Größe stufenlos vom Verschiebeweg des Ventil­ gliedes 42 abhängt.

Die zur Betätigung des Ventilgliedes 42 erforderliche Stell­ kraft liefert erfindungsgemäß ein Trägheitskörper 48. Er hat eine in Abstimmung mit der Federkraft gewählte träge Masse. Der Trägheitskörper 48 ist in oder an der Bewegungseinheit 8 axial verlagerbar angeordnet, wobei er vorzugsweise in Baueinheit mit dem Ventilglied 42 ausgebildet ist. Dies trifft für alle ge­ zeigten Ausführungsbeispiele zu.

Der Trägheitskörper 48 ist durch Federkraft in einer Grundstel­ lung gehalten, die beispielsgemäß der Schließstellung des Ventilgliedes 42 entspricht, wobei die Federkraft von der geschil­ derten Federeinrichtung 45 geliefert wird.

Bei der ungebremsten normalen Bewegung der Bewegungseinheit 8 verharrt der Trägheitskörper 48 bzw. das Ventilglied 42 unter Einwirkung der Federkraft in der Grund- bzw. Schließstellung. Die Verlagerungsgeschwindigkeit des Trägheitskörpers 48 und der Bewegungseinheit 8 ist hierbei identisch. Wird allerdings die Bewegungseinheit 8 durch Erreichen der Dämpfungsposition abge­ bremst, führt dies aufgrund der Massenträgheit des Trägheits­ körpers 48 zu einer Relativbewegung bezüglich der Bewegungsein­ heit 8 in der Arbeitsrichtung 23, wobei die herrschende Träg­ heitskraft der Federkraft entgegenwirkt und die betreffende Fe­ dereinheit 46 komprimiert. Die Relativbewegung des Trägheits­ körpers 48 bewirkt ein Verlagern des Ventilgliedes 42 aus der Schließstellung in eine Offenstellung, wobei der Öffnungsgrad des Steuerventils von der wirkenden Trägheitskraft und somit proportional von der Verzögerung der Bewegungseinheit 8 ab­ hängt. Je stärker abgebremst wird, desto größer ist der dem Druckmedium zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt 47 des Entlastungskanals 36.

Das sich öffnende Steuerventil 35 bewirkt ein Überströmen von Druckmedium aus der Verdrängungskammer 24 in die von der ande­ ren Zylinderkammer 14 gebildete Gegenkammer des Gehäuses 2. Im Vergleich zu einer Ausgestaltung, bei der das durch den Entla­ stungskanal 36 strömende Druckmedium an die Umgebung abgegeben wird - beispielsweise durch einen in der Kolbenstange 7 ausge­ bildeten Kanal hindurch - führt das Überströmen des Druckmediums in die andere Zylinderkammer 14 zu einer erheblichen Redu­ zierung des Geräuschniveaus und zur Erhöhung der Laststeifig­ keit des Systems während der Verzögerungsphase.

Die grundsätzliche Einstellung der Dämpfungscharakteristik der Verzögerungsvorrichtung geschieht durch geeignete Abstimmung der Federkraft und der trägen Masse des beim Ausführungsbei­ spiel vom Ventilglied 42 gebildeten Trägheitskörpers 48. Ein­ stellungen im Betrieb sind nicht erforderlich. Das Dämpfungssy­ stem stellt sich in Abhängigkeit von der auftretenden Verzöge­ rung selbständig ein, unabhängig von während des Betriebes auf­ tretenden Druckschwankungen, Veränderungen der bewegten Massen oder Geschwindigkeitsänderungen.

Es wäre denkbar, den Trägheitskörper 48 als separates Teil aus­ zubilden und fest mit dem Ventilglied 42 zu verbinden. Auf diese Weise könnte ein standardmäßig bereitgestelltes Ventil­ glied 42 entsprechend den vorgesehenen Einsatzbedingungen nach Wahl mit einem Trägheitskörper unterschiedlicher träger Masse ausgestattet werden. Ein separater Trägheitskörper 48' ist in Fig. 4 bei 48' angedeutet, wobei die gestrichelte Linie den Verbindungsbereich zwischen dem Trägheitskörper und dem Ventil­ glied andeuten soll.

Grundsätzlich wäre es auch denkbar, den Trägheitskörper 48 als völlig separaten Körper auszubilden, der über eine geeignete Bewegungs-Übertragungseinrichtung mit dem Ventilglied 42 zusam­ menwirkt. Die unmittelbare Anbringung des Trägheitskörpers 48 am Ventilglied 42 oder gar die Ausgestaltung als Baueinheit bietet allerdings den Vorteil eines besonders einfachen Aufbaus bei Einhaltung äußerst kompakter Abmessungen.

Die Ausgestaltung des Entlastungskanals 36 als Überströmkanal hat außerdem den Vorteil, daß ein und derselbe Kanal bei beiden Bewegungsrichtungen der Bewegungseinheit 8 im Verzögerungsfalle wirksam sein kann. Es ändert sich lediglich die Strömungsrich­ tung des durch ihn hindurchströmenden Druckmediums.

Die Fig. 2 zeigt eine Momentaufnahme der Dämpfungsphase, wobei die Betriebsgeschwindigkeit der Bewegungseinheit 8 nicht sehr groß ist. Die in der Dämpfungsphase wirkenden Trägheitskräfte sind daher relativ gering und das Ventilglied 42 wird nur ge­ ringfügig ausgelenkt, so daß der zum Überströmen des Druckmedi­ ums zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt 47 verhältnis­ mäßig klein ist.

Die Fig. 3 zeigt eine Momentaufnahme der Dämpfungsphase mit im Vergleich zur Fig. 2 erheblich größerer Betriebsgeschwindig­ keit der Bewegungseinheit 8. Da die hierbei in der Dämpfungs­ phase auftretenden Verzögerungswerte erheblich größer sind, stellen sich entsprechend größere Trägheitskräfte ein, die das Ventilglied 42 in eine Offenstellung verlagern, bei der der dem Druckmedium zum Überströmen aus der Verdrängungskammer 24 in die entgegengesetzte Zylinderkammer 14 zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt 47 wesentlich größer ist, so daß auch ein entsprechend schnellerer Druckabbau erfolgen kann, der ein Überschwingen der Bewegungseinheit 8 vermeidet.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 zeigt ergänzend er­ findungsgemäße Mittel, bei denen die das Ventilglied 42 in Richtung der Grundstellung beaufschlagende Federkraft eine zusätzliche wegabhängige Komponente hat. Die Federeinrichtung 45 stützt sich einerseits an dem Ventilglied 42 ab und ande­ rerseits an einer Abstützpartie 52 der Bewegungseinheit 8. An der Abstützpartie 52 greift ein axial verschieblicher Stößel 53 an, der über die der Anschlagfläche 18 zugewandte Stirn­ fläche 17 des Arbeitskolbens 5 axial hinausragt. Derart weg­ abhängig arbeitende Mittel sind bei der Bauform gemäß Fig. 1 bis 3 ebenfalls vorhanden, jedoch im einzelnen nicht darge­ stellt.

Zu Beginn der Dämpfungsphase stellen sich die bereits ge­ schilderten Verhältnisse ein. Kurz vor Erreichen der Bewe­ gungsendlage läuft jedoch der Stößel 53 auf der Anschlagflä­ che 18 auf und wird entgegen der Arbeitsrichtung 23 relativ zum Arbeitskolben 5 verlagert, wobei er in diesen einfährt. Hierbei verlagert sich auch die Abstützpartie 52, so daß die Federeinrichtung 45 eine zusätzliche Vorspannung erfährt, so daß während die der Trägheitskraft entgegengesetzte Feder­ kraft verstärkt wird. Dies bewirkt ein Verhärten des Systems gegen Ende der Dämpfungsstrecke und verändert die Dynamik des Ventilgliedes.

Weitere Einflußnahmen sind möglich durch den Einsatz von Fe­ dereinrichtungen mit bestimmten Kennlinien. So können Feder­ einrichtungen mit linear, progressiver oder degressiver Kenn­ linie, je nach zu erwartendem Anwendungsfall, eingesetzt wer­ den.

In an sich bekannter Weise sind zweckmäßigerweise Maßnahmen getroffen, die für einen ständigen Ausgleich der an dem Ven­ tilglied 42 angreifenden fluidischen Druckkräfte sorgen. Da­ durch sind vom Systemdruck abhängige Einflußnahmen auf das Schaltver­ halten ausgeschlossen.

Wie schon erwähnt, wirkt die Ausgestaltung gemäß Fig. 4 und 5 nur bei einer der beiden möglichen Bewegungsrichtungen 15, 16 der Bewegungseinheit 8. Soll hier auch in entgegengesetzter Be­ wegungsrichtung eine erfindungsgemäße Verzögerung erfolgen, wäre wenigstens eine weitere Dämpfungseinheit vergleichbaren Aufbaues in einer um 180° verdrehten Anordnung vorzusehen, die bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung wirksam wird.

Es wäre durchaus möglich, über den Umfang des Arbeitskolbens 5 verteilt eine größere Anzahl von Dämpfungseinheiten der anhand der Fig. 4 und 5 beschriebenen Art mit teilweise inverser Ausrichtung vorzusehen, insbesondere um die insgesamt zur Ver­ fügung stehenden Strömungsquerschnitte der dann vorhandenen mehreren Entlastungskanäle 36 zu vergrößern.

Die Ausgestaltung gemäß Fig. 1 bis 3 hat hier den Vorteil, daß durch die gewählte Ausgestaltung in beiden Strömungsrich­ tungen große maximale Strömungsquerschnitte 47 zur Verfügung stehen. Im speziellen Fall ist das Ventilglied 42 als koaxial zur Längsachse 6 angeordneter Ringkörper 54 ausgebildet, der in einer ringförmigen Aufnahmekammer 55 des Arbeitskolbens 5 axial verschiebbar angeordnet ist. In dieser Aufnahmekammer 55 ist auch die Federeinrichtung 45 untergebracht, deren beiden Feder­ einheiten 46 unter koaxialer Ausrichtung axial aufeinanderfol­ gend angeordnet sind, wobei sie mit ihren einander zugewandten Federenden 56 eine Partie des Ventilgliedes 42 beaufschlagen und mit ihren einander entgegengesetzten Federenden 57 an Ab­ stützpartien 52 abgestützt sind, die beispielsgemäß von den axialseitigen Begrenzungsflächen der Aufnahmekammer 55 gebildet sind.

Der Entlastungskanal 36 ist hier ein koaxial zu dem Ventilglied 42 angeordneter Ringkanal, der radial außerhalb der Aufnahme­ kammer 55 verläuft. Im Vergleich zu einer Anordnung radial in­ nerhalb der Aufnahmekammer 55 bietet dies einen insgesamt grö­ ßeren Strömungsquerschnitt.

Die Verzögerungsvorrichtung läßt sich, wie gezeigt, sehr gut in einen Arbeitszylinder 1 integrieren. Allerdings wäre es ohne weiteres möglich, die Verzögerungsvorrichtung als externe Ein­ richtung auszubilden und die Bewegungseinheit 8 über geeignete Verbindungsglieder mit einer beliebigen zu verzögernden Masse zu verbinden oder einfach im Hubweg eines abzubremsenden beweg­ ten Gegenstandes anzuordnen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Verzögerung einer bewegten Masse, mit einer Bewegungseinheit (8), die einen Arbeitskolben (5) auf­ weist, der in einem Gehäuse (2) wenigstens eine volumenverän­ derliche Verdrängungskammer (24) begrenzt, mit Mitteln (25, 26, 32, 34), die ab einer bestimmten Dämpfungsposition der sich in einer Arbeitsrichtung (23) im Sinne einer Verringe­ rung des Volumens der Verdrängungskammer (24) bewegenden Be­ wegungseinheit (8) vor Erreichen der Bewegungsendlage einen Druckanstieg in der Verdrängungskammer (24) hervorrufen, der ein Abbremsen der Bewegungseinheit (8) verursacht, und mit mindestens einem in der Bewegungseinheit (8) vorgesehenen und mit der Verdrängungskammer (24) kommunizierenden Entlastungs­ kanal (36), dem ein die Fluidströmung durch den Entlastungs­ kanal (36) hindurch steuerndes, normalerweise eine Schließ­ stellung einnehmendes Steuerventil (35) zugeordnet ist, das über ein durch Federkraft in einer Grundstellung gehaltenes Ventilglied (42) verfügt, dadurch gekennzeichnet, daß ein fest mit dem Ventilglied (42) verbundener oder in Baueinheit mit diesem ausgebildeter Trägheitskörper (48) vorgesehen ist, der beim Abbremsen der Bewegungseinheit (8) aufgrund seiner Massenträgheit unter Überwindung der Federkraft und unter Mitnahme des Ventilgliedes (42) relativ zur Bewegungseinheit (8) in der Arbeitsrichtung (23) verlagert wird, um ein vom Systemdruck unbeeinflusstes Öffnen des Steuerventils (35) mit einem von der Verzögerung der Bewegungseinheit (8) abhängigen variablen Öffnungsgrad zu bewirken, und daß die Federkraft von einer Federeinrichtung (45) geliefert wird, die sich zum einen am Trägheitskörper (48) und zum anderen an einer an der Bewegungseinheit (8) vorgesehenen Abstützpartie (52) ab­ stützt, wobei die Abstützpartie (52) in Wirkrichtung der Fe­ derkraft verschiebbar an der Bewegungseinheit (8) angeordnet ist und mit einem Stößel (53) zusammenwirkt, der vor dem Er­ reichen der Bewegungsendlage der Bewegungseinheit (8) auf ei­ ne gehäusefeste Abschlußwand (4) der Verzögerungskammer (24) auflaufen kann, um unter gleichzeitiger Komprimierung der Fe­ dereinrichtung (45) relativ zur Bewegungseinheit (8) verla­ gert zu werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskanal (36) einerseits mit der Verdrängungskam­ mer (24) und andererseits mit einer auf der entgegengesetzten Kolbenseite angeordneten Gegenkammer (14) des Gehäuses (2) kommuniziert und einen vom Steuerventil (35) beherrschten Ü­ berströmkanal bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskanal (36) im Arbeitskolben (5) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (35) im Arbeitskolben (5) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundstellung des Trägheitskörpers (48) eine Mittelstellung ist, aus der er beim Auftreten der Trägheitskräfte je nach Bewegungsrichtung der Bewegungsein­ heit (8) in die eine oder andere axiale Richtung auslenkbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (48) ein koaxial zur Längsachse der Bewegungseinheit (8) angeordneter beweglicher Ringkörper ist, wobei der Entlastungskanal (36) als Ringkanal ausgebildet sein kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungskammer (24) mit einem ersten Abströmkanal (25) großen Querschnittes kommuniziert, der von der Bewegungseinheit (8) bei Erreichen der Dämpfungs­ position zumindest größtenteils verschlossen wird, so daß nurmehr ein zweiter Abströmkanal (26) kleinen Querschnittes für das Abströmen des aus der Verdrängungskammer (24) ver­ drängten Fluides zur Verfügung steht.