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??Stufenlos verstellbarer StoßdämPfer? insbesondere für industrielle
Anwendungszwecke" Die Erfindung bezieht sich auf einen insbesondere für industrielle
Anwendungszwecke geeigneten, stufenlos verstellbaren Stoßdämpfer, der aus einem
mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten, einen axial verschiebbaren Arbeitskolben aufnehmenden
Arbeitszylinder und einem gegenüber dem Arbeitszylinder verdrehbaren Außenzylinder
besteht und mit im Arbeitszylinder angeordneten, zur Einstellung der Stoßdämpfercharakteristik
in ihrem Durchflußquerschnitt veränderbaren Öffnungen versehen ist.
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Stufenlos verstellbare Stoßdämpfer der eingangs genannten Art werden
in einer Vielzahl von Industriebereichen verwendet, um beispielsweise beschleunigte
Massen zu verzögern bzw. die durch die beschleunigten Massen bedingten Stöße zu
absorbieren. Typische Anwendungsfälle für solche Stoßdämpfer sind beispielsweise
Förder- und Hebeeinrichtungen, Präge- und Werkzeugmaschinen sowie Baumaschinen od.dgl.
und schließlich auch Fahrgestelle. Die Stoßdämpfer werden vornehmlich überall dort
eingesetzt, wo es darum geht, große Lasten bei hohen Geschwindigkeiten aufzufangen,
um die dadurch bedingten Belastungsstöße einwandfrei zu dämpfen.
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Nun gibt es aber auch eine ganze Reihe von Anwendungsfäl len, wo für
die Dämpfung nur eine Strecke von wenigen Millimetern zur Verfügung steht; In solchen
Fällen hat man versucht, die Dämpfung z030 durch Federn oder elastische Mittel zu
erreichen, An sich wird hierdurch eine gewisse Dämpfung zwar erreicht, jedoch bringen
die Federn den Nachteil mit sich, daß es beim Dämpfen auf der vergleichsweise kurzen
Strecke zu einem lauten Knall kommt, Im Hinblick auf die zunehmend schärfer werdenden
Lärmschutzbestimmungen sind solche mittels Federn abgedämpfte Stoßdämpfer nicht
mehr zulässig0 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen stufenlos verstellbaren
Stoßdämpfer der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachem und kostengünstigem
Aufbau trotz äußerst geringer Dämpfungsstrecke eine in jeder Hinsicht einwandfreie
Dämpfung gewährleisteht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
neben dem mit den Öffnungen zusammenwirkenden Arbeitskolben ein gegenüber diesem
einen Stufensprung aufweisender und an einer abzudämpfenden Last angreifender Kraftkolben
vorhanden ist, und daß zwischen dem Kraftkolben und dem Arbeitskolben ein mit Druckflüssigkeit
gefüllter Druckraum liegt.
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Mit diesen Maßnahmen kommt man zu einem überaus einfach ausgebildeten
Stoßdämpfer, bei dem aufgrund der unterschiedlich bemessenen Kolben in der Bewegung
der Kolben eine Geschwindigkeitsübersetzung erreicht wird, so daß trotz der nur
wenige Millimeter betragenden Bewegungsstrecke des Kradttkolbens die Dämpfung selbst
am Arbeitskolben in einen regelbaren Bereich kommt. Ferner führt der Arbeitskolben
im Verhältnis des Stufensprungs des Arbeitskolbens gegenüber dem Kraftkolben eine
entsprechend schnellere Bewegung durch, sofern der Kraftkolben
der
im Durchmesser größere und der Arbeitskolben der im Durchmesser kleinere Kolben
ist. Durch entsprechendes Bemessen der beiden Kolben kann man nach den jeweils vorhandenen
Einsatzbedingungen das erforderliche Übersetzungsverhältnis wählen, so daß man vom
Langsamen ins Schnelle übersetzen kann, was für eine gute Dämpfung unerläßlich ist;
denn selbst bei einer ausreichend großen Strecke für den Regelbereich, aber langsamer
Verstellbewegung des Arbeitskolbens würde eine exakte Dämpfung noch nicht zu erreichen
sein, da das Ö1 bei einer solchen langsamen Bewegung vagabundiert, d.h. nicht schnell
genug die vorgesehene Zwangsströmung durch die Öffnungen erreicht. Dies geschieht
vielmehr erst dann, wenn der Arbeitskolben mit einer ausreichenden Geschwindigkeit
bewegt wird. Aus Vorstehendem ergibt sich somit, daß aufgrund der vorgeschlagenen
Ausbildung und Bemessung des Arbeitskolbens und des Kraftkolbens einmal eine Wegübersetzung
und zum anderen eine Geschwindigkeitsübersetzung erreicht wird, um auf diese Weise
auch bei kleinen Dämpfungsstrecken oder sehr langsamen Bewegungen die gewünschte
Dämpfung durchführen zu können.
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Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer läßt sich aber auch dann einsetzen,
wenn bei extrem schnellen Hüben und einer verhältnismäßig großen Dämpfungsstrecke
eine Übersetzung vom Schnellen ins Langsame erwünscht ist. In diesem Fall ist es
lediglich erforderlich, den Arbeitskolben im Durchmesser größer als den Kraftkolben
auszubilden.
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Um den Aufbau des Stoßdämpfers so einfach wie möglich zu halten, steht
der Kraftkolben unter der Wirkung einer Feder, die ihn vom Arbeitskolben wegzubewegen
sucht, während der Arbeitskolben unter der Wirkung einer Feder steht, die ihn in
Richtung zum Kraftkolben zu bewegen sucht. Zweckmäßig ist die dem Kraftkolben zugeordnete
Feder
als Druckfeder und die dem Arbeitskolben zugeordnete Feder als Zugfeder ausgebildet.
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Dabei kann die Druckfeder weitgehend innerhalb einer durch eine Sackbohrung
im Kraftkolben gebildeten und zum größten Teil den Druckraum bildenden Federkammer
untergebracht sein und sich mit ihrem einen Ende an einer Bodenseite der Federkammer
und mit ihrem anderen Ende mittelbar oder unmittelbar am Arbeitszylinder abstützen.
Um eine kompakte und damit stabile Bauweise des Stoßdämpfers zu gewährleften, liegt
die Zugfeder des Arbeitskolbens innerhalb der Druckfeder und ist mit ihrem einen
Ende an einem in der Bodenseite des Kraftkolbens eingeschraubten Bolzen und mit
ihrem anderen Ende an dem dem Kraftkolben zugewandten Ende des Arbeitskolbens befestigt.
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Wenn das eine Ende der Druckfeder mittelbar am Arbeitszylinder abgestützt
ist, befindet sich im Arbeitszylinder eine mit einem Anlageflansch versehene Abstützscheibe.
Der Anlageflansch dient dabei als Begrenzungsfläche für den Kraftkolben, wenn dieser
durch die abzudämpfende Last beaufschlagt wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen senkrechten
Schnitt durch einen Stoßdämpfer im unbelasteten Zustand; Fig. 2 einen entsprechenden
Längsschnitt durch den Stoßdämpfer im belasteten Zustand; und Fig. 3 einen Schnitt
entlang der Linie III-III der Fig. 2.
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Der in Fig. 1 dargestellte Stoßdämpfer 1 besitzt einen Arbeitszylinder
2, in dem ein Arbeitskolben 3 axial verschieblich gelagert ist. Ein weiterer, gegenüber
dem Arbeitskolben 3 im Durchmesser größerer Kraftkolben 4 ist ebenfalls im Arbeitszylinder
2 axial verschieblich gelagert. An seiner Außenseite besitzt der Kraftkolben 4 ein
Lagerauge 5, an dem eine nicht dargestellte, abzudämpfende Last angreifen kann.
Am oberen Ende des Arbeitszylinders 2 erstreckt sich radial in eine den Kraftkolben
4 und den Arbeitskolben 3 aufnehmende Stufenbohrung 6 ein Anschlag 7, gegen den
der Kraftkolben 4 durch die Wirkung einer Druckfeder 8 in Anlage gehalten wird.
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Die Druckfeder 8 liegt weitgehend innerhalb einer Federkammer bzw.
eines mit Druckflüssigkeit gefüllten Druckraums 9, wobei sich die Druckfeder 8 mit
ihrem einen Ende an der Bodenseite 11 der Federkammer und mit ihrem anderen Ende
an einer Abstützscheibe 12 abstützt, die in der Stufenbohrung 6 des Arbeitszylinders
2 axial gesichert angeordnet ist. Die Abstützscheibe 12 besitzt einen Anlageflansch
13, der mit einem dem vorhandenen Dämpfungsweg entsprechenden Abstand "a" von der
Unterseite 14 des Kraftkolbens 4 angeordnet ist. Die Druckkammer 9 steht über eine
Bohrung 1, eine im Arbeitszylinder 2 befindliche Ringausnehmung 16 und über eine
Verbindungsleitung 17 mit einem unter Druck gehaltenen Flüssigkeitstank 18 in Verbindung.
In die Bodenseite 11 des Kraftkolbens 4 ist ein Bolzen 19 eingeschraubt, der zur
Befestigung des einen Endes einer Zugfeder 21 dient, die mit ihrem anderen Ende
an einer Befestigungsscheibe 22 des Arbeitskolbens 3 gehalten ist. Für die Zugfeder
21 befindet sich in der Abstützscheibe 12 eine Durchtrittsbohrung 23.
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Auf dem Arbeitszylinder 2 ist ein Außenzylinder 24 drehbar gelagert,
der über einen Kupplungsbolzen 25 mit einem
unmittelbar auf einem
eingezogenen Teil des Arbeitszylinders 2 drehbar gelagerten Verstellzylinder 26
drehfest verbunden ist. In den eingestellten Drehlagen kann der Außenzylinder 24
zusammen mit dem Verstellzylinder 26 arretiert werden, und zwar durch eine von außen
zugängliche Schraube 27. Zur Drehbegrenzung des Verstelzylinders 26 dient ein Begrenzungsstift
28, der in den Arbeitszylinder 2 eingeschraubt ist.
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Im Verstellzylinder 26 befinden sich mit Abstand übereinanderliegende
und gegebenenfalls im Durchmesser unterschiedlich bemessene radiale Bohrungen 29,
die mit im Arbeitszylinder 2 vorhandenen entsprechenden radialen Bohrungen 31 und
exzentrisch angeordneten Ringnuten 32 zusammenwirken. Dies geschieht in der Weise,
daß bei entsprechender Einstellung des Verstellzylinders 26 gegenüber dem Arbeitszylinder
2 über die genannten Bohrungen 29, 31 und die exzentrischen Ringnuten 32 eine Verbindung
zwischen dem unterhalb des Arbeitskolbens 3 liegenden Dämpfungsraum 33 und einer
zwischen dem Verstellzylinder 26 und dem Außenzylinder 24 befindlichen Ringkammer
34 hergestellt wird.
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Von der Ringkammer 34 geht eine Bohrung 35 ab, an die eine zu dem
Flüssigkeitstank 18 führende Verbindungsleitung 36 angeschlossen ist. Am unteren
Ende der Ringkammer 34 befinden sich im Arbeitszylinder 2 radiale Durchlaßkanäle
37, die die Ringkammer 34 mit einem sich auf der Innenseite des Arbeitszylinders
2 und der Außenseite eines Verschlußstopfens 38 erstreckenden Ringraum 39 verbinden.
Der Ringraum 39 führt über einen Zuströmkanal 41 zu einem im Verschlußstopfen 38
angeordneten Rückschlagventil 42. Ein weiteres Rückschlagventil 43 sitzt in der
Verbindungsleitung 17.
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In dem in Fig. 1 dargestellten unbelasteten Zustand des Stoßdämpfers
1 befindet sich im Druckraum 9 und Dämpfungsraum 33 Druckflüssigkeit, die über die
Verbindungsleitungen 17 und 36 aus dem Flüssigkeitstank 18 eingeströmt ist. Der
Arbeitskolben 3 ist durch seine Zugfeder 21 an der Abstützscheibe 12 in Anlage gehalten,
während der Kraftkolben 4 durch Wirkung seiner Druckfeder 8 gegen den Anschlag 7
gedrückt wird.
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Greift nun an dsm Lagerauge 5 eine Kraft an, so wird der Kraftkolben
4 entgegen der Wirkung seiner Druckfeder 8 auf die Abstützscheibe 12 zu bewegt,
und zwar soweit, bis die Unterseite 14 an dem Anlageflansch 13 der Abstützscheibe
12 anschlägt. Bei der Bewegung des Kraftkolbens 4 wird über die im Druckraum 9 befindliche
Druckflüssigkeit der Arbeitskolben 3 in den Dämpfungsraum 33 hineinbewegt. Dies
ist deshalb möglich, weil aufgrund der Anordnung des Rückschlagventils 43 in der
Verbindungsleitung 17 die verdrängte Druckflüssigkeit nicht in den Flüssigkeitstank
18 gelangen kann. Durch den Arbeitskolben 3 wird die im Dämpfungsraum 33 befindliche
Druckflüssigkeit über die Bohrungen 31 und die exzentrischen Ringnuten 32 in die
radialen Bohrungen 29 des Verstellzylinders 26 gedrückt und gelangt somit in die
Ringkammer 34. Sofern sich die Bohrungen 29 und 31 des Arbeitszylinders 2 und des
Verstellzylinders 26 gegenüberstehen, so wie das in den Fig. 1 und 2 dargestellt
ist, ergibt sich eine relativ geringe Dämpfung.
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Wird hingegen der Verstellzylinder 26 gegenüber der dargestellten
Lage verdreht - beispielsweise um 900 -so ergibt sich eine sehr starke Dämpfung,
da fast keine Flüssigkeit mehr aus dem Dämpfungsraum 33 über die Bohrungen 31, 29
und die Ringnuten 32 in die Ringkammer 34 abströmen kann. Daraus ergibt sich, daß
durch entsprechendes Verdrehen des Verstellzylinders 26 die
je nach
Bedarf gewünschte Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers auf sehr einfache Weise
stufenlos eingestellt werden kann.
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Die in die Ringkammer 34 verdrängte Flüssigkeit gelangt über die Bohrung
55 und die Verbindungsleitung 36 in den Flüssigkeitstank 18.
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Wie aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 hervorgeht, steht der Wegstrecke
"a" des Kraftkolbens 4 die Wegstrecke bzw des Arbeitskolbens 3 gegenüber. Somit
kann bei einer kurzen Dämpfungsstrecke des Kraftkolbens 4 eine vergleichsweise große
Wegstrecke b des Arbeitskolbens 3 erreicht und somit die gewünschte Dämpfung exakt
durchgeführt werden. Zugleich wird aufgrund des gewählten Stufensprungs zwischen
dem Kraftkolben 4 und dem Arbeitskolben 3 eine Geschwindigkeitsübersetzung erzielt,
da der Arbeitskolben 3 mit entsprechend dem Stufensprung größerer Geschwindigkeit
als der Kraftkolben 4 bewegt wird. Diese schnellere Bewegung des Arbeitskolbens
3 hat gleichfalls zur Folge, daß das aus dem Dämpfungsraum 33 verdrängte Öl in der
gewünschten Weise durch die mit Abstand zueinander angeordneten Bohrungen 31 im
Arbeitszylinder 2 und die Ringnuten 32 sowie die Bohrungen 29 des Verstellzylinders
26 bewegt wird.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern im Rahmen der Ansprüche Abänderungen
zuläßt. So kann der erfindungsgemäße Stoßdämpfer auch zur Übersetzung vom Schnellen
ins Langsame benutzt werden, wobei allerdings dann der Arbeitskolben 3 einen größeren
Durchmesser als der Kraftkolben 4 aufweisen muß. Solche Stoßdämpfer wären bei extrem
schnellen Hüben anzuwenden. Die Verstelleinrichtung
im unteren
Teil des Stoßdämpfers kann ebenfalls anders als dargestellt ausgebildet sein. So
könnten anstelle des Verstellzylinders 26 beidseitig angeordnete Verstellsegmente
am Außenzylinder 24 befestigt sein oder aber die Verstellung auch durch eine exzentrische
Lagerung des Außenzylinders 24 gegenüber dem Arbeitszylinder 2 erreicht werden.