DE2054750A1

DE2054750A1 - Einrichtung an fluidgefullten Zylindern mit fluidbetatigtem Kolben

Info

Publication number: DE2054750A1
Application number: DE19702054750
Authority: DE
Inventors: Roger Stenlund Stig Boras Lagerqvist (Schweden)
Original assignee: MONSUN TISON AB
Current assignee: MONSUN TISON AB
Priority date: 1969-11-07
Filing date: 1970-11-06
Publication date: 1971-06-16
Also published as: NO135153C; US3677141A; JPS4813916B1; GB1332494A; FI56255B; DE2054750B2; SE347046B; DE2054750C3; NO135153B; FI56255C

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN S3 WIDENMAYERSTRASSE 5 TEL. (Ο811) 22 25 30-29 0192

6. November 1970 Unsere Zeichen: A 39070-Pau/Sc

Firma MONSUN-TISON A3, 10, Viskastrandsgatan, Doras 1 ,

Schweden

Einrichtung an fluidgefUllten Zylindern mit fluidbetätig-

tem Kolben

Die Erfindung betrifft eine Puffervorrichtung, die durch ein Fluid im Zylinder geregelt ist, welcher einen fluidbetätigten Arbeitskolben besitzt, bestehend aus einem Pufferkolben, der konzentrisch auf das Ende des Arbeitskolbens befestigt ist und einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist, als der Arbeitskolben, wobei dieser Pufferkolben in ein Bohrloch eintreten und in diesem allmählich eine Drosselung bewirken kann, welches mit einer Fluid-Ausgangsöffnung des Zylinders

109825/1256

Merck, Flnck « Co., München, Nr. 20 40* I Bankhaus H. Aufheuaer, München, Nr. a«J1 3OO Poatschacki München aoa tu Teiegrammacfreaaei Patentaenlor

zusammenwirkt, wenn der Arbeitskolben sich seiner Endstellung nähert.

Eine Pufferanordnung dieser Art wird verwendet, um die Arbeitszylinder und die damit zusammenhängenden Maschinenelemente vor einer hohen Belastung zu schützen, welche durch den arbeitenden Kolben bei der Berührung der Begrenzungswand des Zylinders hervorgerufen wird.

Eine gewisse Dämpfung der Bewegung des Arbeitskolbens in seiner Endstellung kann in einer einfachen Weise dadurch erreicht werden, daß die Ausgangsöffnung des Zylinders bei einem vorherbestimmten Abstand vor der Endstellung des Arbeitskolbens geschlossen wird und das zurückgebliebene Fluid zu einem festen oder einstellbaren Drosselventil gebracht wird. Diese Art von Dämpfung ist nicht besonders wirkungsvoll, da der Dämpfungsdruck sich vermindert, wenn die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens bei einem konstanten Drosselquerschnitt abnimmt.

Eine verbesserte Dämijjpung erreicht man mittels eines konischen Pufferkörpers, der in die Ausgangsöffnung eingebracht ist und diese allmählich drosselt.

' - 3 109825/1256

Der Pufferkörper ist an das Ende des Arbeitszylinders befestigt und somit wird eine Dämpfung erhalten, die von der Stellung des Arbeitskolbens abhängt. Diese Lösung hat jedoch verschiedene Nachteile. So soll der Spielraum zwischen dem Pufferkörper und der Ausgangsöffnung sehr klein sein, um einen geeigneten Drosselquerschnitt f

zu erhalten, welcher eine nicht-turbulente Durchflußcharakteristik zuläßt, und somit wird die Dämfpung durch die Viskosität oder die Temperatur des Fluids beeinflußt. Aufgrund des kleinen Spielraums ist es nötig, ein äußerst exakt geschliffenes Profil auf der Oberfläche des Pufferkörpers zu bilden, wenn ein theoretisch geigneter Veränderungsbereich des Querschnitts erreicht werden soll. Ein derartig geschliffenes Profil kann in der Praxis nicht erreicht werden und so wird die Wirksamkeit der Dämfpung ^

gering sein.

Ein wesentlicher Nachteil bei den bekannten Pufferanordnungen ist, daß die Drosselung im Bezug auf die Exzentrizität der Pufferanordnung und der Ausgangsöffnung sehr variiert, und zwar aufgrund der nicht-turbulenten Durchflußbedingungen. Aufgrund des durch die in den Befestigungselementen des Kolbens und der Kolbenstange hervorgerufenen Spiels zwischen dem Arbeitükolben und dem

BAD ORIGINAL - 4 -

109825/ 1256

Zylinder ist es unmöglich, Exzentrizität zu vermeiden und aus diesem Grund ist es notwendig, die Pufferanordnung im Hinblick auf die Ausgangsöffnung verschiebbar zu halten, um ein Festfressen zu vermeiden. Folglich kann eine genaue Anbringung der Pufferanordnung in der Ausgangsöffnung nicht erhalten werden und da die Durchflußgeschwindigkeit bei nicht-turbulenten Bedingungen im Verhältnis von 5:1 zwischen Maximum der Exzentrizität und dem Maximum der Konzentrizität bei einem konstanten Druckabfall variiert, ist es offensichtlich, daß die Wirksamkeit der Dämpfung sich stark ändert.

Um das Druckgefällfee über der Pufferanordnung beim Rückwärtshub zu vermindern, soll ein Rückschlagventil vorhanden sein.

Gegenstand der Erfindung ist es, eine Pufferanordnung zu schaffen, in welcher die oben erwähnten Nachteile ausgeschaltet sind.

Dies wird durch eine Pufferanordnung nach der Erfindung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Pufferkolben aus einem zylindrischen Körper mit einer

109825/1256

zylindrischen Oberfläche besteht und daß die Bohrung eine zylindrische Oberfläche mit einem größeren Durchmesser als der des zylindrischen Körpers hat, so daß unabhängig von dem üblichen Radialspiel zwischen dem Aroeitskolben und dem Zylinder ein ringförmiger Spielraum zwischen der Zylinderoberfläche des zylindrischen Körpers und der Bohrung entsteht, wenn der zylindrische Körper sich in der Bohrung befindet, wobei in diesem ringförmigen Spielraum ein elastischer Dichtungsring mit einem nicht verformbaren Querschnitt in einer ringförmigen Nut untergebracht ist, die ihrerseits entweder in der zylindrischen Oberfläche des Körpers oder der Bohrung angeoracht ist und mit einem Radialspiel zwischen dem Dichtungsring und dem Boden der Nut, wodurch eine Radialverschiebung des zylindrischen Körpers aufgrund des Radialspiels zwischen dem Aroeitskolben und ^ dem Zylinder ermöglicht wird, und wobei der Dichtungsring gleitend mit der anderen zylindrischen Oberfläche zusammenwirkt, und daß die zylindrische Oberfläche, welche mit dem Dichtungsring gleitend zusammenwirkt, mit Durchlässen versehen ist, die, wenn sich der zylindrische Körper in die Bohrung bewegt, zunächst den Austritt des Fluids aus dem Zylinder zur Ausgangsöffnung ermöglichen, doch dann

109825/1256

nach und nach durch den Dichtungsring y£ verschlossen werden, so daß allmählich der gesamte Wirkungsbereich der Durchlässe vermindert wird, wobei zusätzlich die Durchlässe derart ausgebildet sind, daß sie eine turbulente Strömung des Fluids durch die Durchlässe aufrecht halten.

So wird bei einer geeigneten Dimensionierung der Durchflußwege und liier Lagen, was leicht zu erreichen ist, der theoretisch günstige Veränderungsbereich des Drosselquerschnitts erhalten, d.h. eine hohe Wirksamkeit der Dämpfung. DarUberhinaus wird eine turbulente Charakteristik des Drosselbereicheβ erreicht, d.h. keine oder geringe Einflüsse von Temperatur- und Viskositätsveränderungen des Fluids, genauso wie eine automatische Zentrierung durch Jk geringe seitliche Kräfte erreicht wird, die auf die Pufferglieder wirken, d.h. keine oder geringe Beeinflussungen durch Exzentrizität und eine verminderte Gefahr des Festfressens. Der Dichtungsring kann leicht während des Dämpfungs- betriebes durch geringe seitliche Kräfte verschoben werden, da dieser hydraulisch im Gleichgewicht gehalten werden kann. Die verbesserte Dämpfung wird durch geringe Forderungen nach Formgenauigkeit erreicht, aufgrund der Tatsache, daß

109825/1256

der Dichtungsring zwischen dem zylindrischen Körper und dem Bohrloch dichtend wirkt, und daß der Veränderungsbereich nicht von der Form des Pufferkolbens abhängt·

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt und zwar zeigen: f

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit einem hydraulischen Zylinder;

Fig. 2 einen Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den Endteil eines hydraulischen Zylinders 1 mit einer Endwand 2. Die Endwand ist mit einer konzentrischen Bohrung 3 versehen, welche mit einer Fluidausgangsöffnung 4 verbunden ist. Ein an einer Kolbenstange 5 befestigter Arbeitskolben 6 ist gleitend in dem Zylinder 1 gelagert und ist dichtend in die Wände des Zylinders durch einen elastischen Dichtungsring 7 eingepaßt. An der Endseite des Kolbens 6, die zur Endwand 2 gerichtet ist, ist eine becherförmige Laufbuchse 8 fest mittels eines Bodenstiftes 9, der in die Aussparung 10 im Ende der Kolbenstange 5 eingreift, befestigt. Der Außend"rcnmesser der Laufbuchse 8 ist kleiner als der Durchmesser

- 8 109825/1256

der zylindrischen Bohrung 3*und die Laufbuchse 8 ist mit Radiallöchern 11 versehen. Der Spielraum zwischen der Bohrung j5 und der Laufbuchse 8 ist mit Rücksicht auf Herstellungtoleranzen und für den voraussichtlichen und zulässigen Verschleiß der Lagerelemente des Arbeitskolbens und seiner Kolbenstange bemessen, um eine Berührung der Laufbuchse 8 gegen die Bohrung 5 zu verhindern. Dieser Spielraum ist durch einen geschlitzten Dichtungsring 12 abgedichtet, welcher gleitend mit der Laufbuchse 8 zusammenwirkt und in einer ringförmigen Nut 15 in der Bohrung 2 mit einem dem Zwischenraum zwischen der Laufbuchse 8 und der Bohrung 3 entsprechenden Spiel befestigt ist. Die Axiallänge der Nut I5 ist größer als die Axialdimension des Dichtungsringes 12,und eine Anzahl von Durchlässen 14 verbinden den Boden der Nut 1j5 und die Zylinderkammer I5 vor dem Arbeitskolben 6.

Wenn der Kolben 6 in Richtung Endwand 2 bewegt wird und bevor die Laufbuchse die Bohrung j5 erreicht hat, kann das Fluid in die Kammer I5 ungehindert durch die Bohrung 3 und die öffnung h herausfließen. Wenn das abgerundete Ende der Laufbuchse 8 den Dichtungsring 12 erreicht, dessen zur Laufbuchse gewendete Kante abgefaßt ist, wird der Dich-

- 9 -109825/1256

tungsring am Endteil der Laufbuchse 8 zentriert, nachdem die Laufbuchse in den Dichtungsring eingetreten ist. Das Fluid muß nun durch die Durchlässe 11 hindurchtreten, deren Gesamtquerschnitt sich derart anpaßt, daß der maximal zulässige Druck in der Zylinderkammer 15 erhalten wird.

Am Endteil der Laufbuchse ist eine Aussparung 16 und ein Zwischenteil 17 vorgesehen, um, wenn zuerst das Ende der Laufbuchse 8 mit dem Dichtungsring 12 zusammenwirkt, den auf diesen wirkenden Druck zu vermindern. Die Teile 17 führen den Dichtungsring, wenn dieser auf der Laufbuchse zentriat ist, zur gleichen Zeit, wie das Fluid durch die Aussparungen 16 fließt.

Wenn der abbremsende Kolben 6 sich zur Wand 2 bewegt, ä wird der Bereich der Durchlässe 11 allmählich kleiner, bis alle Durchgangsverbindungen getrennt und geschlossen sind, so daß das Fluid nur durch den Schlitz des Dichtungsringes treten kann.

Beim Rückhub wird der Ring 12 durch die Laufbuchse angehoben, so daß das Fluid ungehindert durch die Durchlässe 14 zur Kammer 15 gelangen kann, wodurch es dem Kolben 6 ermöglicht 1st, den Rückhub mit großer Geschwindigkeit zu beginnen.

- 10 -

109825/1256

- ίο -

Da die Axialabmessung des Dichtungsringes 12 klein ist, können turbulente Durchflußbedingungen durch Längsrillen von unterschiedlicher Länge auf der Oberfläche der Laufbuchse 8, welche die Löcher 11 ersetzen, erhalten werden. Die Dimensionen von Länge, Breite und Tiefe dieser Rillen ™ können leicht an einen vorbestimmten Veränderungsbereich angepaßt werden.

Ähnliche Rillen 11 können umgekehrt auf der Oberfläche der Bohrung 5, wie in Pig. 2 dargestellt, angebracht sein, wobei der Dichtungsring 12 in einer ringförmigen Nut am Pufferkolben 8 untergebracht ist und die Durchlässe 14 ebenso auf der Oberfläche des Pufferkolbens 8 ausgebildet sind.

fc Um den Dämpfungsabstand so weit wie möglich zu vermindern, ist es vorteilhaft, einen konstanten Dämpfungsdruck beizubehalten, welcher durch einen Nebenweg-Durchlaßquerschnitt durch die Durchlässe 11 folgendermaflen erreicht werden kann:

- 11 -

109825/1256

- 11 -

wobei χ = die Dämpfungsstellung

A, = konstant

Sc=O

l_v = gesamter Dämpfungsabstand C=O

Somit kann die Veränderung des Querschnitts durch eine Quadratwurzel ausgedrückt werden, entsprechend einem bekannten Pufferkolben mit konkaver Form anstelle der üblichen konischen Form, auf welche die schlechten Dämpfungscharakteristiken bekannter Pufferanordnungen zurückzuführen sind. Der theoretisch geeignete Nebenweg-Durchlaßquerschnitt kann leicht durch geeignete Bemessungen der Durchlässe 11 der Pufferanordnung nach der Erfindung bei hydraulischen, wie auch pneumatischen Zylindern erreicht werden.

- 12 -

109825/ 1256

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. J Pluidgeregelte Pufferanordnung in Zylindern mit fluidbetätigtem Arbeitskolben, bestehend aus einem konzentrisch am Ende des Arbeitskolbens angebrachten Pufferkolben mit einem wesentlich kleineren Durchmesser als der Arbeitskolben, wobei der Pufferkolben in eine Bohrung eintreten und diese allmählich drosseln kann, welche ihrerseits mit einer Fluidausgangsoffnung des Zylinders in Verbindung steht, wenn der Arbeitskolben sich seiner Endstellung nähert, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferkolben (8) aus einem zylindrischen Körper mit einer zylindrischen Oberfläche besteht, und daß die Bohrung (j5) eine zylindrische Oberfläche mit einem größeren Durchmesser als der des zylindrischen Körpers (8) hat, so daß unabhängig von dem üblichen Radialspiel zwischen dem Arbeitskolben (6) und dem Zylinder ein ringförmiger Spielraum zwischen der Zylinderoberfläche des zylindrischen Körpers (8) und der Bohrung (^) entsteht, wenn der zylindrische Körper sich in der Bohrung 3 befindet, wobei in diesem ringförmigen

1 0 9 B / ü / ! ;■> !j B

Spielraum ein elastischer Dichtungsring (12) mit einem nicht-verformbaren Querschnitt in einer ringförmigen Nut (13) untergebracht ist, die ihrerseits entweder in der zylindrischen Oberfläche des Körpers (8) oder der Bohrung (j5) angebracht ist mit einem Radialspiel zwischen dem Dichtungsring und dem Boden der Nut (1j5), wodurch eine RadialVerschiebung des zylindrischen Körpers (8) aufgrund des Radialspiels zwischen dem Arbeitskolben (6) und dem Zylinder (1) ermöglicht wird, und wobei der Dichtungsring g.eitend mit der anderen zylindrischen Oberfläche zusammenwirkt, und daß die zylindrische Oberfläche, welche mit dem Dichtungsring (12) gleitend zusammenwirkt, mit Durchlässen (11) versehen 1st, die, wenn sich der zylindrische Körper (8) in die Bohrung (j5) bewegt, zu- (

nächst den Austritt des Fluids aus dem Zylinder (1) zur Ausgangsöffnung ermöglichen, doch dann nach und nach durch den Dichtungsring (12) verschlossen werden, so daß allmählich der gesamte Wirkungsbereich der Durchlässe (11) vermindert wird, wobei zusätzlich die Durchlässe derart ausgebildet sind, daß sie eine turbulente Strömung des Fluids durch die Durchlässe aufrecht halten.

- 14 -

109825/ 1256

2. Pufferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (11) aus Längsrillen (11) unterschiedlicher Länge (Pig. 2) Gestehen, mit deren Ooerflache der Dichtungsring gleitend zusammenwirkt, wobei die Längsrillen Abmessungen in der Länge, Breite und Tiefe haben, welche mit einem vorbestimmten Veränderungsbereich in Einklang stehen.

3. Pufferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (8) oecherförmig ist, wobei der Bodenteil im Ende des Arbeitskolbens (6) (Pig. 1) befestigt ist und die Zylinderwand mit Löchern (11) versehen ist.

4. Pufferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis "$, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere (15) des Zylinders vor dem Arbeitskolben (6) in Verbindung steht mit der ringförmigen Nut (12) durch ein oder mehrere Durchlässe (14), welche in die Grundfläche der ringförmigen Nut einmünden.

5. Puflteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut

- 15 -109825/1256

ein axiales Spiel zwischen dem Dichtungsring (12) und der ringförmigen Nut (1j5) ermöglicht.

6. Pufferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderoberfläche, die

gleitend mit dem Dichtun^ring (12) zusammenwirkt, mit I

axialen Aussparungen (16) am Ende versehen ist und zunächst mit dem Dichtungsring (12) zusammenwirkt,um eine Druckverminderung am Dichtungsring herbeizuführen, bis der Endteil dieser Zylinderoberfläche sich im oder auf dem Dichtungsring befindet (Fig. 1 und 2).

7. Pufferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (11) in der Oberfläche, die gleitend mit dem Dichtungsring (12) zu- a

sammenwirkt, einen Nebenweg-Durchlaßquerschnitt (A, )

' χ darstellen, der sich mit dem Hub des Arbeitskolbens

folgendermaßen ändert:

wobei χ = die Dämpfungsstellung

A, = konstant

^dx=0
1 = gesamter Dämpfung.sabstand.

1 (J U 8 I b ! I Z b 6