DE2531394A1

DE2531394A1 - Hydraulische bremseinrichtung

Info

Publication number: DE2531394A1
Application number: DE19752531394
Authority: DE
Inventors: Beldon R Rich
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-14
Publication date: 1976-01-29
Also published as: US3964370A; GB1475658A

Description

21867

-HAKBIi¹IIT CORPORATION Cleveland, Ohio (Y.St.A.)

Hydraulisehe Bremse inr i cht uns:

ide Erfindung betrifft eine hydraulische Bremseinrichtung.

sis ist bekannt, in hydraulischen Zylindern ein Bremsglied vorzusehen, beispielsweise eine Stange, die von dem Kopfende des Kolbens axial vorsteht, oder eine Hülse, die von dem stangenseitigen linde des Kolbens axial versteht und die Kolbenstange umgibt. Zum Bremsen des Kolbens während eines Teil seines Hubes tritt das Bremsgliea in eine Bohrung in dem Zylinderkopf ein und bildet mit diesem einen verengten Durchlaß mit abnehmendem Strömungsauerschnitt, ^urch diesen Durchlaß wird ein Strömungsmittel aus dem Zylinder herausgedrückt. Die als Bremsglied verwendete Stange ^der Hälse kann eine kegelstumpf förmige außenfläche besitzen, die mit dem Zylinder einen querschnittsveränderlichen, ringförmigen Durchlaß begrenzt, dessen Innendurchmesser linear verändert .vird. £s ist schwierig, die kegelstumpfförmiffe Fläche an dem Bremsglied durch Schleifen mit hoher Präzision auszubilden. Ferner bewirkt die Veränderung des Durchlaiiouerschnitts 'leine gleichmäßige Abnahme der Geschwindigkeit

509885/0447

des Kolbens. Für eine gleichmäßige Abnahme der Geschwindigkeit des Kolbens müßte die verjüngte Fläche parabolisch sein, doch wäre in diesen Fall die Herstellung des ßremsgliedes noch teurer.

Es sind auch zylindrische tremsglieder bekannt, die eine axiale Nut von fortschreitend zunehmender Tiefe haben, sowie rohrformige Bremsglied er, deren Mantel von einer Reihe von in Axialabständen voneinander angeordneten Löchern durchsetzt ist, die fortschreitend zugesteuert weraen, wenn das Bremsglied in die bohrung in dem Zylinderkopf eintritt, ^»uch durch die Verwendung dieser Bremsglieder kann eine Abnahme des verengten Durchtrittsquerschnitts nach einer Paratelfunktion nur erzielt werden, wem die Eremsglieder teuren und komplizierten Bearbeitung^ vorgängen unterworfen worden sind.

Die Erfindung schafft nun eine hydraulische Bremseinrichtung zum Bremsen eines in einem hydraulischen Zvline-er angeordneten Kolbens während der Endphase seines Hubes, wobei der Zylinder im einen Ende eine Bohrung besitzt, durch die während der Kolbenbewegung Strömungsmittel aus dem Zylinder herausgedrückt. vvird. Die Bremseinrichtuni?: umfaßt ein an dem Kolben vorgesehenes, zylindrisches Bremsglied, das sich von dem Kolben axial erstreckt und geeignet ist, wehrend der Endphase des Kolbenhubes in die genannte Bohrung einzutreten und die Strömung des StröKungsmittels durch die Bohrung zu drosseln, wobei dieses Bremsglied eine Reihe von koaxialen, zylindrischen Stufen besitzt, die während der tndphase des Hubes des Kolbens mit der Bohrung nacheinander ringförmige Durchlässe vcn fortschreitend abnehmender Querschnittsfläche bilden, und wobei die genannten zylindrischen Stufen einen solchen Durchmesser und eine solche

509885/0447

axiale Länge "besitzen, daß an den ringförmigen Durchlässen ein im wesentlichen konstanter druckabfall auftritt, so daß die Geschwindigkeit des Kolbens im wesentlichen gleichmäßig, d.h. mit konstanter Verzögerung, herabgesetzt wird.

Obwohl die zylindrischen Stufen des erfindungsgemiiß vorgesehenen Bremsgliedes sehr klein sind, können sie beisüiels'-veise durch übliche ochleifverfahren leicht und genau ausgebildet werden.

!Nachstehend wird ein -"-usführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 als Teildarstellung im wuerschnitt einen dop eltwirkenden hydraulischen Zylinder, der mit einer erfindungsgemäßen Bremseinrichtung versehen ist, die den in dem Zylinder angeordneten Kolben während der -bndphasen beider Hübe bremst,

Fig. 2 in einem Kurvenbild die ideale, gleichmäßige Abnahme der Geschwindigkeit des Kolbens mit konstanter Verzögerung während der Bremsung des Kolbenhubes,

Fig. 3 als stark vergrößerte Teildarstellung in .ansicht die an der Kolbenstange vorgesehene Bremshülse und

Fig. 4 ebenfalls als stark vergrößerte Teildarstellung eine Bremsstange, die von dem Ende des Kolbens axial vorsteht.

Nachstehend wird die Anwendung der Erfindung auf einen üblichen doppeltwirkenden, hydraulischen

509885/0447

Zylinder 1 beschrieben, dessen Zylinderkörper 2 zwischen den Zylinderkopfen 3 und 4 eingespannt ist, deren öffnungen 5 und 6 in zentrale Bohrungen 7 und 8 münden. In der Zylinderbohrung 9 ist ein Kolben 10 dicht und verschiebbar angeordnet, der mit einer Kolbenstange 11 verschraubt sein kann, die den Zylinderkopf 3 durchsetzt und in ihm mit Hilfe einer dichtungsanordnung 12 abgedichtet ist. ßie Kolbenstange 11 ist im durchmesser kleiner als di<= Bohrung 7 in dem Zylinderkopf 3, so daß Strömungsmittel durch die Bohrung 7 in den Arbeitsraum 14 des Zylinders ein- und aus ihm heraustreten kann.

Die Kolbenstange 11 ist mit einer gestuften zylindrischen Bremsstange 15 versehen, die vom einen Ende des Kolbens 10 axial vorsteht und in die Zylinderkopfbohrung 8 eintreten und mit ihr so zusammenwirken kann, daß der Kolben gebremst wird.

Zwischen dem anderen Ende des Kolbens 10 und einer an der Kolbenstange 11 vorgesehenen Schulter 16 ist radialbeweglich eine gestufte zylindrische Hülse 17 gelagert, die bei ihrem Eintritt in die Bohrung 7 mit dieser derart zusammenwirkt, daß der Kolben während der Endphase seines Hubes gebremst wird. Wenn in der A_Usführungsform gemäß den ^'iguren 1, 3 und 4 das verjüngte Ende 18 oder 19 in die Bohrung 7 oder 8 eintritt, nimmt die Kolbengeschwindigkeit V .ab. Dies ist durch den Teil 20 der Kurve in F'ig. 2 dargestellt. Dabei nimmt die Verzögerung 21 von 0 auf a zu. Wenn die aufeinanderfolgenden zylindrischen Stufen 23, 24 und 25 der Bremshülse 17 oder die aufeinanderfolgenden zylindrischen Stufen 26, 27 und 28 der Bremsstange 15 in die Bohrung 7 oder 8 eintreten, nimmt die Geschwindigkeit V des Kolbens im Idealfall gleichmäßig ab. Dies ist durch die gerade Linie 29 in *'ig. 2

509885/0447

dargestellt. Infolge dieser gleichmäßigen Abnahme der Geschwindigkeit V bleibt die Verzögerung gemäß der idealen Linie 30 konstant auf dem in ^£ ig. 2 mit a bezeichneten ,/ert.

Lie Formel F = ma besagt, daß bei konstanter Verzögerung a auch die Kraft F konstant bleibt. Bei abnehmender Geschwindigkeit 7 des Kolbens nimmt der Durchfluß durch den Breinsdurchlai; ab, so caß während aes Bremsvorganges die .^uerschnittsfläche des Bremsdurchlasses abnehmen IuUiB, damit die Kraft F oder der Druckabfall konstant bleiot. -.s ist bekannt, daß man mit einer umgekehrten Parabel mit der allgemeinen Formel χ = ;/ einen ringförmigen JSremsdurchlaß erhalten würde, an den der Druckabfall während des Bremsvorganges konstant bleibt.

Es hat sich nun gezeigt, daß mit dem !Bremsglied 15 oder 17, das erfindungsgemäß mit zylindrischen Stufen versehen ist, Ergebnisse erzielt v/erden, die den mit einem parabolischen Bremsglied erzielbaren, idealen Ergebnissen stark angenähert sind, wobei aber die Bremsglieder 15 und 17 viel leichter und billiger hergestellt werden können.

Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Bremseinrichtung sind die Stufen 23, 24 und 25 der Bremshülse 17 kleiner als die Stufen 26, 27 und 28 der Bremsstange 15, weil die Bohrung 7 am stangenseitigen E-nde einen größeren Durchmesser hat als die Zylinderkopfbohrung 8 und weil die Verdrängung am stangenseitigen Ende des Zylinders 1 größer ist als an seinem Kopfende.

In dem in ^'ig. 3 dargestellten Ausführungsbeisriel kann die Durchmesserdifferenz zwischen den Stufen

509885/0447

25 und 24 50 um und zwischen den Stufen 24 und 23 80 um betragen, wobei der -Durchmesser der größten Stufe 25 50,77 mm beträgt und die Durchmesser der beiden nächsten Stufen 24 und 23 50,72 bzw. 50,64 betragen. In diesem Fall sitzt die durchmessergrößte Stufe 25 der Bremshülse 17 satt passend in der Zylinderkopfbohrung 7. Dabei hat die Zylinderbohrung 9 einen -durchmesser von 101,6 mm und die Kolbenstange 11 einen ""urchmesser von 44,7 mm und haben die Stufen 25, 24 und 23 eine Länse von 6,73, 9,91 bzw. 12,7 mm, während der verjüngte Endteil 18 eine Länge von 3,6 mm und eine Verjüngung von 10 hat. Lian erkennt, daß die Kanten der Stufen 23, 24 und 25 abgerundet sind und daß der verjüngte Teil 18 glatt in die kleinste Stufe 23 übergeht.

Bei der in "²Ig. 4 gezeigten Bremsstange beträgt die ^urchmesserdifferenz zwischen den Stufen 28 und 27 180 um und zwischen den Stufen 27 und 26 150 pm. ^ie durchmessergrößte Stufe 28 hat einen Durchmesser von 28,55 mm, so daß sie mit der Bohrung 8 zusammenwirken kann, ^ie darauffolgenden Stufen 27 und 26 haben einen durchmesser von 28,37 bzw. 28,22 mm. "ie Längen der aufeinanderfolgenden Stufen 28, 27 und 26 können 6,73, 9,52 bzw. 12,32 mm betragen, und der verjüngte Teil 19 kann eine Länge von 3,6 mm und eine Verjüngung von 10 besitzen. Wie in der Ausbildung gemäß ^'ig. 3 sind auch die Kanten der Stufen 26, 27 und 28 in ^x'ig. 4 abgerundet und geht der verjüngte Teil 19 glatt in die kleinste Stufe 26 über.

Es hat sich gezeigt, daß in der beschriebenen Bremseinrichtung die gestufte zylindrische Bremshülse 17 und die gestufte zvlindrische Bremsstange 15 bewirken, daß die Geschwindigkeit des Kolbens im wesentlichen

509885/0447

gleichmäßig, d.h. mit im wesentlichen konstanter Verzögerung, abnimmt, so daß ein im wesentlichen konstanter Druckabfall an den ^iLingdurchlässen erzielt wird, deren Querschnittsflänhe sich in Stufen ändert und zwischen diesen Veränderungen konstant bleibt. Bei der Verwendung der gestuften zylindrischen Bremsglieder 15 und 17 tritt natürlich jedesmal eine kleine Druckspitze auf, wenn eine Stufe in die entsprechende Bohrung 8 oder 7 eintritt, doch haben diese Druckspitzen nur einen sehr kleinen Einfluß auf die Verzögerungskurve, -'-'ie erfindungsgemäß verwendeten, gestuften zylindrischen Bremsglieder haben ferner den Vorteil, daß eine Bremsaufgabe aufgrund von empirischen Daten g£löst werden kann. Beispielsweise kann man von einem computerberechneten Bremsglied ausgehen und Druck- und G-eschwindigkeitskurven aufnehmen, die dann dazu verwendet werden, die Lage und den durchmesser der Stufen so zu verändern, daß eine optimale Verzcgerungskurve erzielt wird.

509885/0447

Claims

Patentansprüche:

Π.^Hydraulische Bremseinrichtung zum Bremsen eines in einem hydraulischen Zylinder angeordneten Kolbens während der Endphase seines Hubes, wobei der Zylinder im einen Ende eine Bohrung besitzt, durch die während der Kolbenbewegung Strömungsmittel aus dem Zylinder herausgedrückt wird, und wobei die Bremseinrichtung; ein an dem Kolben vorgesehenes, zylindrisches Bremsglied umfaßt, das sich von dem Kolben axial erstreckt und geeignet ist, während der ^ndphase des Kolbenhubes in die genannte Bohrung einzutreten und die Strömung des Strömungsmittels durch die Bohrung zu drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsglied (15» 17) eine Reihe von koaxialen, zylindrischen Stufen (23-28) besitzt, die während der Endphase des Hubes des Kolbens (10) mit der Bohrung (7, 8) nacheinander ringförmige Durchlässe von fortschreitend abnehmender Querschnittsfläche bilden, und daß die genannten zylindrischen Stufen einen solchen Durchmesser und eine solche axiale Länge besitzen, daß an den ringförmigen D_urcniässen ein im wesentlichen konstanter Druckabfall auftritt, so daß die Geschwindigkeit des Kolbens im wesentlichen gleichmäßig, d.h. mit konstanter Verzögerung, herabgesetzt wird.
2. Hydraulische Bremseinrichtung nach Anspruch 1, zum Bremsen eines in einem hydraulischen Zylinder angeordneten Kolbens während der Endphase seines Hubes, wobei der Zylinder an entgegengesetzten Enden koaxiale Bohrungen besitzt, durch die während der Kolbenbewegung Strömungsmittel aus dem Zylinder herausgedrückt wird, und wobei die Bremseinrichtung zylindrische Bremsglieder umfaßt, die sich von entgegengesetzten Seiten des Kolbens axial

509885/0447

erstrecken, und geeignet sind, «je nach der dichtung der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder in die eine oder andere der Bohrungen einzutreten und die Strömung des Strömungsmittels durch diese Bohrung zu drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bremsglied (15, 17) eine Reihe von zylindrischen Stufen (23-28) besitzt, die mit der zugeordneten Bohrung (7, 8) nacheinander ringförmige Durchlässe von fortschreitend abnehmender Querschnittsfläche bilden, während sich der Kolben (10) zu dem entsprechenden -^nde des Zylincers (1) hinbewegt, und daß die genannten zylindrischen Stufen einen solchen durchmesser und eine solche axiale Länge besitzen, daß unabhängig von der Richtung der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder an den ringförmigen durchlassen ein im wesentlichen konstanter Druckabfall auftritt, so daß die Geschwindigkeit des Kolbens im wesentlichen gleichmäßig, d.h. mit konstanter Verzögerung, herabgesetzt wird.
3. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsglied (15) mit der Bohrung (8) im Kopfende des Zylinders (1) koaxial ist und zu ihr hin vorsteht.
4. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsglied eine auf der Kolbenstange des Kolbens (10) vorgesehene Bremshülse (17) ist, die mit der Bohrung (7) in dem stangenseitigen £<nde des Zylinders (1) koaxial ist und zu ihr hin vorsteht.
5. Bremseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Bremsglieder (15, 17) von dem Kopfende bzw. dem stangenseitigen -^nde des Kolbens (1) axial vorstehen und geeignet sind, in die Bohrungen (7, 8) am Kopfende bzw. am stangenseitigen Ende des Zylinders (1) einzutreten.

509885/0447

- ίο -
6. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen (23-28) abgerundete Kanten haben.
7. Bremseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durchmesserkleinste Stufe (23, 26) einen verjüngten Endteil (18, 19) hat, so daß beim Eintritt des verjüngten Endteils in die Bohrung (7, 8) die Verzögerung des Kolbens (10) auf einen im wesentlichen konstanten ftert ansteigt.

ÖU9885/0447