DE2326417C3 - Hydraulik-Zylinder mit Endlagendämpfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder mit Endlagendämpfung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Bauart eines derartigen Hydraulikzylinders (DE-AS 1 251157) ist der aus einem <,o konischen Dorn gebildete Dämpfungskolben stir nseitigdes Aibeitskolbens befestigt. Am Kolbenhubende taucht der Dämpfungskolben in die etwa S-förmig verlaufende Zu- und Abflußleitung der Arbeitsflüssigkeit ein und drosselt hierbei den Ausströmquer- <,<·, schnitt, wodurch der Druck im Arbeitsraum des Hydraulikzylinders zunimmt, im Verlauf der Zu- und Abflußleitung liegt eine weitere Drosselstelle, deren Querschnitt durch einen quer zur Hubrichtung des Arbeitskolbens beweglichen Ventilkolben bestimmt ist, dessen gegenüberliegende Stellflächen einerseits nur durch den Druck im Arbeitsraum und andererseits durch den Druck der aus dem Arbeitsraum abströmenden Flüssigkeit und durch eine Druckfeder beaufschlagt werden.

Beim Eintauchen des Dämpfungskolbens in die Abströmöffnung übernimmt dieser somit die Funktion einer Drossel mit sich veränderndem Querschnitt. Die für die Dämpfung erforderliche Bremsarbeit soll durch das an dieser Drossel und an der bei sich verschiebendem Ventilkolben bildenden weiteren Drosselstelle entstehende Druckgefälle erzielt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der Betriebsdruck eines unbelasteten Hydraulikzylinders je nach Größe der durch den Hydraulikzylinder bewegten Masse und ihrer Geschwindigkeit durch die dann umzusetzende kinetische Energie theoretisch auf ein Mehrfaches ansteigen kann.

Taucht nun der Dämpfungskolben in die Abflußleitung ein, so ist zunächst der verbleibende Drosselspalt noch verhältnismäßig groß. Die Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum wird ohne größeres Druckgefälle im Drosselspalt verdrängt. Dementsprechend gering ist auch die Bremsarbeit. Mit zunehmener Eintauchtiefe steigt jedoch das Druckgefälle rapide an, so daß auf dem letzten Teil des zur Verfügung stehenden Bremsweges eine stark zunehmende Abbremsung zu verzeichnen ist, welche durch die zusätzliche vom Ventilkolben erzeugte Drosselstelle noch verstärkt wird. Die Drücke im Arbeitsraum sind folglich übermäßig hoch.

Je größer nun die abzubremsende kinetische Energie ist, desto größer muß auch die über den Bremsweg zur Verfügung stehende Bremskraft sein. Die Gestaltung des bekannten Hydraulikzylinders begrenzt jedoch das maximale Druckgefälle. Durch die Anordnung der von dem Ventiikoiben beeinflußten Drosselstelle hinter dem für den Dämpfungsvorgang benutzten Flüssigkeitsrücklauf kann beim Überschreiten einer bestimmten Größe der kinetischen Energie lediglich eine Teilabbremsung erfolgen. Es ist zu befürchten, daß der Arbeitskolben dann mit der verbleibenden Restenergie auf Anschlag fährt, was zur Folge hat, daß die Restenergie durch den Federweg im Material des Hydraulikzylinders abgebaut werden muß. Ist dies wegen der Größe der noch vorhandenen Restenergie nicht möglich, so kann der Hydraulikzylinder zerstört werden. Das zu regelnde Glied, die abströmende Flüssigkeit, kann somit zur Regelung nicht herangezogen werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, den Hydraulikzylinder der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Gattung so zu verbessern, daß die Dämpfung der Relativbewegung von Kolben und Zylinder gleichmäßig über den ganzen zur Verfugung stehenden Dämpfungsweg erfolgt, derart, daß der Druckabfall an der Drosselstelle konstant gehalten wird, wobei die gleichmäßige Dämpfung unabhängig vom jeweiligen Drosselquerschnitt und von der abzubauenden kinetischen Energie sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Im Unteranspruch 2 sind den Grundgedanken der Erfindung weiterbildende Merkmale aufgeführt.

Am Kolbenhubende taucht der Dämpfungskolben

zunächst in den ersten Abschnitt der Zylinderdeckelausnehmung ein und schließt dessen Querschnitt, Dadurch wird die Arbeitsfl üssigkeit gezwungen, den Weg über die vom Ventilkolben gesteuerte Umführung zu nehmen. Sobald der Dämpfungskoiben mit seiner Stirnseite dann den dritten Abschnitt und damit den sich konisch verjüngenden Querschnitt erreicht, setzt die Drucksteigerung ein. Das federbelastete Kolbenende des Ventilkolbens verschiebt sich gegen den Federdruck, und zwar nach Maßgabe der Federkraft ") mehr oder weniger in den Strömungsquerschnitt der vom Arbeitsraum abzweigenden Umführung hinein. Der Strom der Arbeitsflüssigkeit, insbesondere öl, wird somit im Zusammenspiel von Dämpfungskoiben und Ventilkolben gleichmäßig gedrosselt.

Fällt hingegen der Druck im Raum zwischen dem von der Stirnseite des Dämpfungskolbens kontrollierten Drosselquerschnitt und dem vom Ventilkolben geregelten Querschnitt der Umführung, dann bewirkt die Federkraft ein Zurückdrücken des Ventilkolbens, wobei der von diesem kontrollierte Querschnitt der Umführung vergrößert wird. Der Ventilkolben bewirkt, daß während des Dämpfungsvorgangs vor dem im stirnseitigen Bereich des Dämpfungskolbens eingestellten Drosselquerschnitt immer der gleiche Druck eingeregelt wird. Der Druckabfall ist daher an der durch den Dämpfungskoiben geschaffenen Drosselstelle konstant; er ist unabhängig von der jeweils vorhandenen kinetischen Energie. Damit ist eine kontinuierliche Abbremsung der Relativbewegung von Kolben und Zylinder gewährleistet.

Da die Bremsung beziehungsweise Dämpfung gleichmäßig über den gesamten Bremsweg erfolgt, treten die von der als bekannt vorausgesetzten Methode her bekannten Druckspitzen nicht auf.

In der Zeichnung ist eine im Zylinderdeckel eines Hydraulikzylinders vorgesehene Vorrichtung zur kontinuierlich arbeitenden Dämpfung der Relativbewegung von Arbeiskolben und Zylinder veranschaulicht und nachstehend näher erläutert.

In einem in seiner grundsätzlichen Ausbildung bekannten Zylinder 1 ist ein Arbeitskolben 2 axialverschieblich geführt. Der Arbeitskolben ist auf dem im Zylinder liegenden Ende einer Kolbenstange 3 befestigt, die ein den Zylinderdeckel bildendes Gehäuse 4 durchsetz?. Das Gehäuse ist beispielsweise auf das Zylinderende aufgeschraubt. Der Arbeitskolben und der Zylinder führen im Betriebszustand axiale Relativbewegungen in Richtung der Pfeile A beziehungsweise B aus. Je nach Art der Maschine kann der Zylinder in diese fest eingebaut sein. In anderen Fällen wird das äußere Kolbenstangenende festgelegt und der Zylinder bildet den beweglichen Teil. Der Zylinder kann ein- oder doppelseitig beaufschlagbar sein. Je nach Art des Einsatzes sind die Einrichtungen zur Dämpfung der Relativbewegung von Arbeitskolben und Zylinder an dem einen oder anderen Zylinderende, gegebenenfalls auch an beiden Enden vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die Dämpfung jedoch im Bereich des von der Kolbenstange durchsetz- t,o ten Zylinderdeckels.

Deckelseitig des Arbeitskolbens 2 ist auf der Kolbenstange 3 ein buchsenartiger Dämpfungskoiben 5 befestigt. Der Dämpfungskoiben ist auf ganzer Länge zylindrisch ausgebildet. Seine Länge ist etwa doppelt _b? so groß wie der Durchmesser des von ihm umschlossenen Abschnitts der Kolbenstange. Die radiale Dicke der Wand des Dämpfungskolbens beträgt etwa ein Fünftel seiner Länge. Der Kolbenstangendurchmesser beträgt etwa die Hälfte des Außendurchmessers des Arbeitskolbens beziehungsweise des Innendurchmessers des Zylinders 1,

Im Gehäuse 4 ist eine aus mehreren Abschnitten a, b, c bestehende Zylinderdeckelausnehmung 9 vorgesehen, in welche der Dämpfungskoiben S bei der Bewegung des Arbeitskolbens 2 in Richtung des Pfeils B eintaucht. Der erste Abschnitt α besteht aus einer kurzen zylindrischen Ringkammer 6, deren Außendurchmesser (bis auf das Passungsspiel) genauso groß ist wie der Außendurchmesser des Dämpfungskolbens. Die Eingangsseite der Ringkammer besitzt eine Kantenabrundung 7, damit ein unbehindertes Eintauchen der Stirnseite des Dämpfungskolbens gewährleistet ist. Die Ringkammer mündet in eine den mittleren Abschnitt b bildende Erweiterung, zum Beispiel eine kanalartige Ringnut 8. Der Abschnitt b ist etwa so lang wie der erste Abschnitt a. Der dritte Abschnitt c ist etwa dreimal so lang wie der Abschnitt α und besitzt eine geneigte Wand 10. Bei vollständig eingefahrenem Dämpfungskoljen 5 wird zwischen der Umfangsfläche 11 des Dämpfungskolbens und der geneigten Wand 10 ein sich konisch verjüngender Spalt 12 gebildet. Ein Endabschnitt d ist genau wie der Abschnitt α zylindrisch gestaltet. Die Gesamtlänge der Abschnitte a, b und c ist etwa gleich groß wie die Länge des Dämpfungskolbens bemessen.

Die vor den konisch verjüngten Bereich der Ausnehmung 9 vorgesehene Ringnut 8 ist mit dem Ende des Arbeitsraums 13 des Hydraulikzylinders durch eine aus Bohrungen 14,15 und 16 gebildete Umführung verbunden, in welcher ein durch eine Feder 17 belasteter Ventilkolben 18 angeordnet ist. Das im Außendurchmesser größere Kolbenende 18' arbeitet mit der Feder 17 zusammen und ist in einem Zylinderabschnitt 19 geführt. Das im Außendurchmesser kleinere Kolbenende 18" des Ventilkoloens, das mit dem größeren Kolbenende 18' durch eine Stange 20 verbunden ist, führt sich in der Längsbohrung 16 kleineren Durchmessers und ist über einen Kanal 21 ständig dem Druck der in der Umführung 14,15, 16 strömenden Flüssigkeit ausgesetzt. Mit 19' ist eine Verbindungsbohrung bezeichnet, die an eine Zu- und Abflußleitung 22 angeschlossen ist, über die die aus dem Arbeitsraum 13 verdrängte Flüssigkeit abströmt. Das Kolbenende 18" des Ventilkoloens regelt den Strömungsquerschnitt der Bohrung 14 der Umführung.

Bei der Bewegsing des Arbeitskolbens 2 in Richtung des Pfeils B taucht der Dämpfungskoiben 5 in die Ringkammer 6 ein. Diese wird somit abgesperrt. Dur.;h Einsetzen einer Dichtung 23 kann der Querschnitt noch zusätzlich abgedichtet werden. Die aus dem Arbeitsraum 13 verdrängte Flüssigkeit gelangt nun über die Bohrung 14 am Ventilkolben 18 vorbei in die Bohrung 15 und von dort über den dritten Abschnitt c der Ausnehmung 9 zur Abflußleitung 22.

Beim Eintauchen des Dämpfungskolbens 5 in den konischen Abschnitt c der Ausnehmung 9 wird der Spalt 12 entsprechend seiner konischen Ausbildung nach und nach stärker verengt und zuletzt geschlossen. Dabei baut sich in der Umführung 14, 15, 16 ein Druck auf, welcher ein Ventilkolben 18 gegen die Rückstellkraft der Feder 17 in Richtung des Pfeils B verschiebt. Bei dieser Bewegung wird der Strömungs-

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querschnitt der Bohrung 14 durch das Kolbenende wieder ab und es erfolgt mittels der Rückstellkraft der

18" des Ventilkolbens 18 mehr oder weniger ver- Feder 17 die Zurückführung des Ventilkolbens 18 in

schlossen und der Flüssigkeitsstrom entsprechend ge- Richtung des Pfeils A. Der Ventilkolben 18 bewirkt

drosselt. Dadurch fällt der Druck im Raum zwischen mithin, daß während des Dämpfungsvorgangs vor dem

dem sich verengenden Spalt 12 und der Bohrung 14 s Spalt 12 immer der gleiche Druck eingeregelt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydraulikyzlinder mit Endlagendämpfung durch Drosselung der aus dem Zylinderarbeitsraum abströmenden Flüssigkeit in Gestalt einer mit einer Zu- und Abflußleitung des Zylinderarbeitsraums verbundenen Ausnehmung im Zylinderdeckel, die gegen Hubende mit einem als Dämpfungskolben wirkenden Arbeitskolbenfort- m satz zusammenwirkt und eines im Zylinderdeckel angeordneten Ventilkolbens, dessen gegenüberliegende Stellflächen Drücken der aus dem Zylinderarbeitsrraum abströmenden Flüssigkeit ausgesetzt sind, wobei eine Feder den Ventilkolben in ι die offene Ventillage drückt, gekennzeichnet durch fotgende Merkmale:

a) der Dämpfungskolben (5) ist auf ganzer Länge zylindrisch ausgebildet;

b) die Ausnehmung (9) im Zylinderdeckel (4) ist zwischen dem Zylinderarbeitsraum (13) und der Zu- und Abflußleitung (22) in drei unterschiedlich ausgebildete Abschnitte (α, b, c) unterteilt, wobei der dem Zylinderarbeitsraum (13) benachbarte Abschnitt (α) den gleichen Durchmeser wie der Dämpfungskolben (5), der mittlere Abschnitt (b) einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt (a) aufweist und der dritte Abschnitt (c) sich vom zweiten Abschnitt (b) zur Zu- und Abflußleitung (22) hin konisch verjüngt;

c) zwischen dem Zy!indera,beitsraum (13) und dem zweiten Abschnitt (b) der Zylinderdekkelausnehmung (9) ist er ie vom Ventilkol- r> ben (18) gesteuerte Umführung (14,15,16) vorgesehen;

d) das von der Feder (17) beaufschlagte Kolbenende (18') des Ventilkolbens (18) ist dem Druck in der Zu- und Abflußleitung (22) ausgesetzt, während das entgegengesetzte Kolbenende (18") des Ventilskolbens (18) vom Druck im mittleren Abschnitt (b) beaufschlagt ist.

2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 mit einer auf der Kolbenstangenseite angeordneten Einrichtung zur Endlagendämpfung, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (S) konzentrisch auf der Kolbenstange (3) angeordnet ist.