DE2150828A1

DE2150828A1 - Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgeschwindigkeit eines hydraulischen Zylinders

Info

Publication number: DE2150828A1
Application number: DE19712150828
Authority: DE
Inventors: Yeh Rudolph E
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1970-10-13
Filing date: 1971-10-12
Publication date: 1972-04-20
Also published as: CA936441A; GB1372392A; DE2150828C3; AU3438071A; DE2150828B2

Description

8 München 5, 12. Oktober 1971

CaU O. Χ*,* SÄ£ I/Vf

Patentuwift·

D-932O

International Harvester Company
401, North Michigan Avenue
Chicago, Illinois 60611 (VoSt.A.)

Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgeschwindigkeit eines hydraulischen Zylinders

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgeschwindigkeit eines hydraulischen Motors, der wenigstens einen durch Druckflüssigkeit in einem mit Zu- und Abflußöffnungen versehenen Gehäuse hin- und herbeweglich geführten Kolben aufweist. Solche hydraulischen Zylinder werden oft als Antriebsvorrichtung zum Anheben oder Drehen, also zum Bewegen oft schwerer Arbeitswerkzeuge verwendet. Gegen Ende des Hubes muß die Bewegungsenergie, zusätzlich aber auch die Druckenergie der weiter zufließenden Druckflüssigkeit gehemmt, gedämpft, also absorbiert werden.

Eine solche Dämpfungsvorrichtung ist aus der US-PS 5 296 bekannt. Bei dieser wird ein die Verlangsamung bewirkender Kreisring verwendet, der auf der einen Endfläche eines Kolbens derart angebracht ist, daß er eine begrenzte axiale Bewegung hat. Wenn der Kolben sich dem Ende seines Hubes nähert, zieht eine Ablaufdüse den Hing in Anlage zu einer Dämpfungswand. Hierdurch wird der Flüssigkeitsabfluß aus der sich verengenden Kammer im wesentlichen gesperrt und dadurch in der Kammer ein Druck aufgebaut, welcher wirksam ist, um die kinetische Energie der mit dem Hydraulikzylinder verbundenen Last zu absorbieren. Gleichzeitig wird durch in den Dämpfungsring vorgesehene Unterbrechungen der Abfluß der

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Flüssigkeit aus der Kammer auf eine verringerte Menge reduzierte

Obwohl die Arbeitsweise dieser bekannten Vorrichtung befriedigt, haften ihr einige Mängel an· So hat beispielsweise der Dämpfungsring nicht die gleiche Rundheit wie die innere Wandung des Hydraulikzylinders© Der hierauf zurüokzuführende Linienkontakt mit der Innenfläche des Zylinders, statt eines Flächenkontaktes, dürfte der Grund für das zu beobachtende starke Fressen sein. Der in der genannten Patentschrift angeregte Gebrauch von napfartigen Teilen auf den Druck- oder Abflußseiten des Kolbens würde bei Verwendung einer Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgeschwindigkeit Anlaß zu einer oft unerwünschten Vergrößerung der Längsabmessungen des hydraulischen Zylinders sein» Schließlich erschwert auch die Herstellung und die Einhaltung genauer Toleranzen der im Sing vorzusehenden Unterbrechungen die Fertigung» Eine solche Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgesohwindigkeit eines hydraulischen Zylinders einfacher und leichter herstellbar unter Vermeidung der genannten Mängel auszubilden, ist Aufgabe der Erfindung» _Ϋ

Zu diesem Zweck ist die eingangs beschriebene Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgeschwindigkeit eines hydraulischen Zylinders gemali der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß wenigstens einer der Kolben im Überstreichungsbereich der Zu- bzw. Abflußöffnungen eine Ausnehmung aufweist und in dieser Ausnehmung bewegbar ein Dämpfungsglied eingesetzt ist, dessen Aussenflache der inneren Umfangsflache des Gehäuses komplementär angepaßt und mit Unterbrechungen versehen ist, über welche die aus der benachbarten Kammer abfließende Flüssigkeit gegen Ende des Hubes des Kolbens verlangsamt wird. Das Dämpfungsglied ist zwischen den die Ausnehmung begrenzenden vorderen und hinteren Seitenwandungen der Ausnehmung so eingesetzt, daß es begrenzt axial

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beweglich ist. Durch ein in dieser Weise ausgebildetes Dämpfungsglied wird die Möglichkeit des Verschleißes stark gemindert und wird die Baulänge des hydraulischen Zylinders verkürzt. Die das Dämpfungsglied tragenden Kolben weisen eine ihre freie Stirnfläche mit der Ausnehmung verbindende Bohrung auf. Die Unterbrechungen auf der Aussenseite des Dämpfungsgliedes haben vorzugsweise die Form von Rinnen, Rillen oder Furchen. Die Ausnehmung besteht aus einem sich über einen kleineren Teil des Umfanges der Kolben erstreckenden Ausschnitt, der beispielsweise durch eine stumpfwinklige fläche begrenzt ist.

In bevorzugter Weise kann ein solches Dämpfungsglied bei einem eine Drehbewegung bewirkenden hydraulischen Motor Verwendung finden, bei dem in einem mit Zu- und Abflußöffnungen versehenen Gehäuse eine mit an ihren Enden angebrachten, veränderbare Kammern begrenzenden Kolben versehene Kolbenstange verschieblich angeordnet ist, die in Ausbildung als Zahnstange mit einem mit einer Achse fest verbundenen Zahnrad in Eingriff steht, wobei wenigstens einer der Kolben mit der Ausnehmung und dem in diese bewegbar eingesetzten Dämpfungsglied versehen ist, dessen während des Hubes die DurchflußÖffnung innen überstreichende Aussenflache Unterbrechungen aufweist, über welche die aus der benachbarten Kammer abfließende Flüssigkeit gegen Ende des Hubes des Kolbens verlangsamt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der ein Ausführungsbeispiel wiedergebenden Zeichnung erläutert; in der Zeichnung ist

1 ein Querschnitt durch einen hydraulischen Zylinder, desaen Kolbenstange als Zahnstange zum Eingriff in ein mit einer Achse verbundenes Zahnrad ausgebildet ist,

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-A-

Fig. 2 ein Querschnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1,

I¹Ig₀ 3 eine Draufsicht auf einen der mit einem Dämpfungsglied versehenen Kolben;

fig. 4 eine schaubildliche Ansicht eines Kolbens mit davon abgehobenem Dämpfungsglied.

Fig. 1 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete hydraulisch zu betätigende Steuervorrichtung, die aus einer mit einem Zahnrad verbundenen Achse 16 und einer hiermit in Eingriff stehenden, als Zahnstange ausgebildeten verschiebbaren Kolbenstange 17 besteht. Zahnrad und Achse können eine Einheit darstellen. Solche Vorrichtungen sind oft in Anlagen vorgesehen, über die eine Drehbewegung ausgeführt wird. Zahnrad und Kolben sind in einem sie umschließenden, allgemein mit 12 bezeichneten, mit einer Abdeckkappe 14 versehenen Gehäuse angeordnet, das um die Achse 16 verdrehbar ist. Das Gehäuse 12 kann beispielsweise mit dem Träger einer Ladeschaufel fest verbunden sein, in welchem Fall mit der Achse 16 die Masse des drehbaren Ladeschaufelträgers gedreht wird.

Das Gehäuse 12 ist an seinen Enden mit Kammern 20 und versehen, in denen mit der Kolbenstange 17 verbundene Kolben 19 und 18 axial verschiebbar sind, deren zylindrische Aussenflache mit 25 bezeichnet ist. In der Wand dieser Kammern sind Durchflußöffnungen 30 und 32 vorgesehen, die wahlweise mit einer nicht veranschaulichten Flüssigkeitsquelle oder einem Behältertank verbunden werden können. Wird der einen Kammer Druckflüssigkeit zugeleitet, wird diese aus der anderen Kammer herausgedrückt, die dann in den Behältertank abfließen kann. Ein Mittelteil des Gehäuses verbindet die beiden Kammern 20 und 21 und dient in Verbindung mit der Abdeckkappe 14 zur Umschließung der Achse 16, um Staub u. dgl. von der Verzahnung zwischen

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stange

der Achse 16 und der Kolben/17 fernzuhalten, -^st, wie angenommen, die Achse 16 fest mit einem Ladeschaufelträger verbunden und ist sie ortsfest, also unverdrehbar gehalten, bewirkt die Druckflüssigkeit, wenn sie in die Kammer 20 geleitet wird, eine Ausdehnung dieser Kammer, während die Kammer 21 sich verengt und Flüssigkeit aus ihr durch die öffnung 32 herausgedrückt wird. Eine Vergrößerung der Kammer 20 hat eine Verschwenkung des Gehäuses 12 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 16 zur Folge, wobei die auf dem Kolben angebrachten Zähne auf den Zähnen des mit der Achse 16 vereinigten Zahnrades abrollen.

Wenn entsprechend der Annahme der Träger der Ladeschaufel oder irgendeine andere Masse vom Gehäuse 12 getragen wird, wenn dieses um die ortsfest verbleibende Achse 16 gedreht wird, muß die beim Bewegen der Masse auftretende kinetische Energie absorbiert werden, wenn einer der Kolben 18 oder sich seinem Hubende bzw. der Stirnwand der Kammer 21 nähert. Da Druckflüssigkeit in die sich vergrößerende Kammer bis zur Beendigung der Drehbewegung zugeführt werden muß, addiert sich diese Flüssigkeitsenergie zu der kinetischen Energie. Die Summe dieser Energien muß absorbiert werden.

Pur diese Absorbtion ist eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, bzw. eine Vorrichtung, welche die Hubendgeschwindigkeit des hydraulischen Zylinders beeinflußt. Diese Vorrichtung besteht aus einer Ausnehmung 34 in den Kolben 18 und 19» die vorzugsweise Raumform dieser Ausnehmung ist in den Figuren 2 und 4 veranschaulicht. Die dargestellte Ausführung zeigt, daß die Ausnehmung 34 aus einem sich über einen kleineren Teil des Umfanges der Kolben erstreckende, beispielsweise durch eine stumpfwinklige Fläche begrenzten Ausschnitt besteht. In dieser Ausnehmung ist ein allgemein mit 40 bezeichnetes Dämpfungsglied bewegbar eingesetzt, welches die Form eines Zylindersektors hat, dessen Aussen-

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fläche 42 der Innenflache der Kammern 20, 21 im Bereich der Öffnungen 30 und 32 entspricht und die mit Unterbrechungen in Form von Nuten, Rinnen, Rillen oder Furchen 44 versehen ist.

Wenn der Kolben der sich verengenden Kammer beginnt, sich über die dort befindliche Öffnung 3^ oder yi zu bewegen, wird der Querschnitt der betreffenden Öffnung allmählich verringert und dadurch der Abfluß der Druckflüssigkeit aus dieser Kammer heraus begrenzt bzw. verlangsamt. Bevor die Öffnung durch die Aussenfläche 25 des betreffenden Kolbens vollständig verdeckt und gesperrt wird, liegt das Dämpfungsglied 4° dieser Öffnung gegenüber. Die beim Abfluß der Flüssigkeit entstehende dynamische Kraft drückt die Aussenfläche 42 des Dämpfungsgliedes im Bereich der Öffnung gegen die Innenfläche des Gehäuses 12. Der weitere Abfluß der Druckflüssigkeit aus der sich verengenden Kammer kann dann nur über die Furchen erfolgen. Die am Ende der Kammer befindliche Flüssigkeit kann durch eine in der Stirnwand eines jeden Kolbens vorgesehene Bohrung 45 entweichen, die eine Verbindung zur Ausnehmung 34 darstellt. Die in diese Ausnehmung verdrängte Flüssigkeit kann dann in die Rinnen 44 eintreten und gelangt über diese zur Öffnung 30 oder 32 und zurück zum Behältertank. Die auf diese Weise durch das Dämpfungsglied erreichte Hemmung bzw. Verlangsamung des Abflusses bewirkt einen Druckanstieg in der Kammer 21, und durch diesen Staudruck wird sowohl die kinetische Energie der sich bewegenden Masse als auch die Druckenergie der weiter in die sich vergrößernde Kammer zulaufende Flüssigkeit absorbiert und demzufolge die sich bewegende Masse allmählich verlangsamt.

Wichtig ist, daß die Aussenfläche 42 des Dämpfungsgliedes sich genau der inneren Umfangsflache des Gehäuses 12 komplementär anpaßt. ^xn bevorzugter Ausführung hat das Dämpfungs-

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glied nur kleine Abmessungen und erstreckt sich nicht über den ganzen Umfang des Kolbens 18 bzw. 19» dessen ausserhalb der Ausnehmung 34 liegender und somit größerer Umfangsbereich in Berührung mit der Innenfläche des Gehäuses 12 verbleibt, was als notwendig anzusehen ist, um genügend Halt gegenüber den in der Verzahnung zwischen der Achse 16 und der Kolbenstange 17 auftretenden trennenden Kräften zu wahren.

Soll das Gehäuse 12 um die Achse 16 entgegen dem Uhrzeigersinn verdrehen, wird durch die Öffnung 3° in die Kammer 20 Druckflüssigkeit eingelassene Anfänglich wirkt diese auf das Dämpfungsglied 40 und drückt es von der Öffnung ab. Während des weiteren Hubes kann dann die Flüssigkeit längs dieses Gliedes und durch die Bohrung 45 bis in die Kammer fließen. Dichtringe 22 verhindern ein Weglecken von Flüssigkeit. Während der Verdrehung verengt sich die Kammer 21 und läßt Flüssigkeit durch die Öffnung 32 entweichen bis sich der Kolben 18 seinem Hubende nähert. Wenn sich der Kolben 18 dabei über die Öffnung 32 bewegt, gelangt das Dämpfungsglied 40 in eine dieser Öffnung gegenüberliegende Lage. Durch den Flüssigkeitsdruck wird dessen Aussenfläche 42 zur Anlage gegen die innere Umfangsflache des Gehäuses gebracht, woraufhin die weiterhin aus der Kammer 21 verdrängte Flüssigkeit ihren Weg durch die Bohrung 45 nehmen muß, in die Ausnehmung 34 gelangt und über die Rinnen 44 die Öffnung 32 erreicht und durch diese abfließen kann. Eine Betätigung in entgegengesetzter Richtung erfolgt in der gleichen Weise.

Dadurch, daß dor Radius des Dämpfungsgliedes 40 im wesentlichen der gleiche ist wie der der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 12 bleibt ein Flächenkontakt zwischen diesen Teilen gewahrt, und die den bekannten Ausführungen anhaftenden AbnuU;ungi3- und Verschleiidprobleme können nicht auftreten. Durch ein einziges Bauelement ist somit für einen hydrau-ZyJinder oder für eine sonstige mit einer ausdehn-

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"baren Kammer versehene Einrichtung eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgeschwindigkeit geschaffen, die in einer beliebigen, mit Druckflüssigkeit betreibbaren Antriebsvorrichtung Verwendung finden kann, besonders in solchen Vorrichtungen, die nur über einen kleinen Arbeitsabstand verfügen und bei denen die Lagerflächen auf den Seiten des Kolbens wichtig sind. Die beschriebene Ausführung kann durch unterhalb der Dämpfungsglieder angeordnete, sie nach aussen drückende nachgiebige Mittel ergänzt sein. Die Dämpfungsglieder können beispielsweise aus Sintermetall k bestehen.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Beeinflussung der Hubendgeschwindigkeit eines hydraulischen Zylinders, der wenigstens einen durch Druckflüssigkeit in einem mit Zu- und Abflußöffnungen versehenen Gehäuse hin- und herbeweglich geführten Kolben aufweist, dadurch gekennzeichnet» daß wenigstens einer der Kolben (18, 19) im Überstreichungsbereich der Zu- bzw. Abflußöffnungen (30, 32) eine Ausnehmung(34) aufweist und in dieser Ausnehmung bewegbar ein Dämpfungsglied (40) eingesetzt ist, dessen Aussenflache (42) der inneren Umfangsflache des Gehäuses (12) komplementär angepaßt und mit Unterbrechungen (44) versehen ist, über welche die aus der benachbarten Kammer (20 bzw. 21) abfließende Flüssigkeit gegen Ende des Hubes des Kolbens verlangsamt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der freien Stirnfläche der Kolben eine zur Ausnehmung (34) führende Bohrung (45) vorgesehen ist.
3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen (42) die Form von Hinnen, Rillen, Furchen oder Nuten haben.
4· Vorrichtung nach Anspruch 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung aus einem sich über einen kleineren Teil des Umfanges der Kolben erstreckenden, beispielsweise durch eine stumpfwinklige Fläche begrenzten Ausschnitt besteht.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (40) durch sich gegen die Fläche der Ausnehmung (34) abstützende nachgiebige Mittel nach außen drückbar ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5 bei einem eine Drehbewegung bewirkenden hydraulischen Motor, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit Zu- und Abflußöffnungen (30, 32) versehenen Gehäuse (12) eine mit an ihren Enden angebrachten, veränderbare Kammern (20, 21) begrenzenden Kolben (18, 19) versehene Kolbenstange (17) verschieblich angeordnet ist, die in Ausbildung als Zahnstange mit einem mit einer Achse (16) fest verbundenen Zahnrad in Eingriff steht, und daß wenigstens einer der Kolben mit der Ausnehmung (34) und dem in diese bewegbar eingesetzten Dämpfungsglied (40) versehen ist, dessen während des Hubes die Durchflußöffnung innen überstreichende Aussenflache (42) Unterbrechungen (44) aufweist, über welche die aus der benachbarten Kammer abfließende Flüssigkeit gegen Ende des Hubes des Kolbens verlangsamt wird.

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