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Pneumatischer Stossdämpfer
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Die Erfindung betrifft einen aus einer Zylinder-Kolbeneinheit bestehenden
pneumatischen Stoßdämpfer, insbesondere für Montagemaschinen und zum Dämpfen von
mit hoher Frequenz bzw. Stoßfolge aufeinanderfolgenden Stößen.
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Pneumatische Stoßdämpfer sind bisher vorwiegend in Form sogenannter
Luft- oder Gasfedern bekanntgeworden, bei denen ein Druckraum des Stoßdämpfers mit
unter Ueberdruck stehendem Gas gefüllt und dann möglichst luftdicht verschlossen
wird.
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Ursprünglich wurden Zylinder-Kolbeneinheiten verwendet, die wegen
der Dichtungsprobleme immer mehr durch eine Kombination aus einem Druckgefäß und
einem zusammendrückbaren Balgen ersetzt wurden. Feder- und Schwingungscharakteristik
dieser Luftfedern ist durch die Bauform und den Füllungsdruck vorgegeben und kann
praktisch nicht oder nur unwesentlich beeinflußt werden.
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Aus der US-PS 3 800 921 ist es bei einem als Zylinder-Kolbeneinheit
ausgebildeten pneumatischen Stoßdämpfer bekannt, im Boden des Zylinders ein einstellbares
Drosselventil vorzusehen. Hier kann der der Kolbenbewegung in beiden Richtungen
entgegengesetzte Widerstand eingestellt werden. Es ergibt sich eine progressive
Dämpfung, die von der Geschwindigkeit der Kolbenbewegung abhängt und die, da praktisch
im Bereich des atmosphärischen Druckes gearbeitet werden muß, im Verhältnis zu den
Abmessungen des Dämpfers gering ist.
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Als Schwingungsdämpfer werden vor allem im Fahrzeugbau vorwiegend
hydraulische Schwingungsdämpfer verwendet, die meist ebenfalls den grundsätzlichen
Aufbau einer Zylinder-Kolbeneinheit aufweisen, wobei im Kolben eine die beiden Zylinderräume
verbindende Drosselstelle vorgesehen ist, die die Dämpfwirkung bestimmt. Bei manchen
Schwingungsdämpfern ist im Kolben auch ein sich nur bei der Bewegung in der einen
Richtung öffnendes Ventil vorhanden, so daß der Schwingungsdämpfer den Bewegungen
in die beiden Richtungen verschieden starke Widerstände entgegensetzt. Nach der
US-PS 3 175 646 ist ein solches Ventil als Kugelventil ausgebildet, dessen Kugel
mit der Kolbenstange verbunden ist, so daß auch eine Schrägstellung der Stange zum
Zylinder ermöglicht wird. Ein hydraulischer Schwingungsdämpfer wird praktisch nur
gemeinsam mit einer oder mehreren, auftretende Stöße abfangenden Federn verwendet,
so daß sich für die Gesamtbewegung eine von den Eigenschaften der Federn und des
Schwingungsdämpfers bestimmte Dämpfungscharakteristik ergibt. Sowohl die Federcharakteristika
dieser Federn als auch
die Dä.mpfungscharakteristika bekannter hydraulischer
Schwingungsdämpfer lassen sich bei ein und demselben Bauteil nur in geringem Ausmaß
oder überhaupt nicht variieren.
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Wenn hinsichtlich der Frequenz bzw. Stoßfolge und der möglichen bzw.
durchschnittlichen Stärke stark voneinander abweichende Schwingungen bzw. Stöße
zu dämpfen sind, muß man bisher dementsprechend auch verschiedene, in ihrer Charakteristik
angepaßte Schwingungsdämpfer und Federn verwenden. Im Kraftfahrzeugbau ist es z.B.
schon schwierig, die Dämpfungscharakteristik so zu wählen, daß sie bei verschiedenen
Beladungszuständen ein und desselben Fahrzeuges eine noch ausreichende Dämpfung
ergibt. Bei vielen anderen möglichen Anwendungsgebieten ist man überhaupt gezwungen,
für jeden ßnwendungsfall eigene Stoßdämpfer, meist also Feder-Schwingungsdämpferkombinationen,
Gummifedern oder Luftfedern zu verwenden. Als Beispiel seien hier Montagemaschinen
genannt, bei denen oft bei gleichbleibendem Grundaufbau der Maschine verschieden
schwere Teile mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt und in ihrer Bewegung abgefangen
werden rissen, wobei iiberdies z.B. bei Verwendung von Vibrationsförderern auch
die Frequenzen, mit denen sich die Teile bewegen oder, allge;neiner ausgedrückt,
die Stoßfolge, die abzudämpfen ist, starken Veränderungen unterliegen können. Will
man eine möglichst gute Dämpfung erzielen, so muß man möglichst genau abgestimmte
Stoßdämpfereinheiten verwenden, was eine große Lagerhaltung voraussetzt. Es handelt
sich bei Montagemaschinen meist u.i Einzelanfertigungen oder nur kleine Baureihen,
so daß bei der Abstimmung kaum auf Erfahrungswerte zurückgegriffen werden kann und
die Abstimmung bzw. Auswahl der richtigen Stoßdämpferkombination langwierig und
zeitraubend wird. Dazu kommt noch, daß Stoßdämpfer bzw. aus Schwingungsdämpfer und
Feder bestehende Stoßdämpferkombinationen meist in Abhängigkeit von ihrer Charakteristik
bzw. durch diese bedingt, verschiedene Außenabmessungen aufweisen, so daß es nicht
ohne weiteres möglich ist, in eine bestehende Konstruktion verschiedene Stoßdämpfereinheiten
wahlweise einzubauen. Ähnliche Probleme ergeben sich bei vielen anderen Anwendungsgebieten.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Stoßdämpfers, der in
seinen Kennwerten weitgehend an sehr stark unterschiedliche Arbeitsbedingungen angepaßt
werden kann, wobei sowohl der Aufbau des Stoßdä pfers selbst als nuch æin Einbau
und die Einstellung verschiedener Eigenschaften einfach sein sollen. Die Erfindung
besteht im wesentlichen darin, daf3 der Druckraum des Zylinders huber einen Einlaß
mit Rückschlagventil mit einer äußeren Druckluftouelle verbindbar ist und einen
Auslaß mit einstellbarem Uberdruckventil aufweist.
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Eine äußere Druckluftcuelle steht in vielen Betrieben bzw. bei vielen
Maschinen, z.B. Montagemaschinen, aber auch bei Kraftfahrzeugen häufig für andere
Zwecke zur Verfügung.
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Von dieser äußeren Druckluftauelle wird jener Druck erzeugt, der den
Kolben in der Ruhestellung des Stoßdämpfers hält bzw.
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in Richtung auf diese Ruhestellung zurückstellt. Unabhängig ven diese
Druck, lediglich im Normalfall größer, kann jener Druck eingestellt werden, bei
dem das Uberdruckventilöffnet.
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Sobald das Überdruckventil geöffnet wird, arbeitet der sich in die
Arbeitsstellung bewegende Kolben praktisch gegen einen konstant bleibenden Gegendruck,
der aber wegen der Einstollbarkeit des Uberdruckventiles wählbar ist. Beim Abfangen
einer Last wirkt also der Stoßdämpfer als Luftfeder mit linearer Kennlinie, wobei
eine stufenlose Anpassung an die zu dämpfende Last möglich ist. Die Rückstellung
erfolgt mit dem von der äußeren Druckluftquelle zugeführten Medium, wobei für diese
Rückstellung andere Kräfte als beim Abfangen der Last gewählt werden, aber ebenfalls
jeweils mit einer konstanten Kraft zufolge der konstanten Druckbeaufschlagung gearbeitet
werden kann.
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Ein Zurückschleudern des Kolbens in die Ausfahrstellung und damit
ein Abprellen eines abgefangenen Körpers kann bei richtiger Abstimmung weitgehend
vermieden werden. Die Rückstellkraft kann dadurch eingestellt werden, daß in einer
vom Rückschlagventil zur äußeren Druckluftquelle führenden Leitung ein Regelventil,
z.B. ein einstellbares Drosselventil, angeordnet ist. Die Rückstellcharakteristik
kann auch auf andere Weise beeinflußt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die
zum Druckraum des Zylinders führende Leitung mit einem seinerseits iiber ein Drossel-
oder Rückschlagventil mit einer äußeren Druckluftquelle verbundenen Vorratsraum
zu verbinden, dessen Volumen die gleiche Größenordnung wie der Druckraum bzw. bei
Verbindung
mit mehreren Stoßdämpfern ein entsprechend größeres Vclumen
aufweist. Bei dieser Ausführung steht beim nffnen des Rückschlagventiles am Einlaß
des Druckraumes ein größerer Druck zur Verfügung als am Ende der Riickstellung des
Kolbens, so daß sich die Rückstellkraft progressiv verringert. Eine entsprechende
Konstruktion kann man wählen, wenn ein abgefangenerKörper ganz weich in die der
Ruhestellung des Stoßdämpfers entsprechende Lage zurückgestellt werden soll. Man
kann also bei dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer auf verschiedene Weise die charakteristischen
Eigenschaften verändern und damit eine genaue Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall
erzielen.
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Auch bei raschen StoßfoQen bzw. Schwingungen mit höherer Frequenz
kann man eine ausreichende Dä rpfungerzielen.
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Entscheidend für die Zweckmäßigkeit des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers
ist ferner, da S sich eine lange Lebensdauer ergibt, weil wegen der dauernden Zufuhr
von Luft aus der Druckluftcuelle das sonst bei Luftfedern auftretende Problem der
Wärmeableitung zur Vermeidungvon Änderungen der Federcharakteristik nicht vorhanden
ist und sogar auftretende Undichtheiten nicht ins Gewicht fallen, da sie durch die
mögliche Nachstellung der Einstellorgane, also der Ventile od.dgl., abgeglichen
werden können.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäßer
Stoßdämpfer im Längsschnitt dargestellt.
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Der Stoßdämpfer ist als Zylinder-Kolbeneinheit aufgebaut. Der Zylinder
besteht aus einem Rohr 1 mit Außengewinde 2 und einem das eine Rohrende abschließenden
Ventilnippel 3 mit einer Gewindebohrung 4 für den Anschluß einer Druckluftleitung.
Im anderen Zylinderende ist eine Gleitbüchse 6 zur Führung einer Kolbenstange 5
eingesetzt. An die Kolbenstange schließt ein Kolben 7 an, der in R;nRnuten 8 O-Ringe
9 und diese umschließende Ringe 19aus einem reibungsarmen Werkstoff, z.B. Teflon,
aufnimmt, welche durch die -0-Ringe 9 gegen die Zylinderwand gedrückt werden.
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Der Kolben 7 besitzt eine Längsbohrunr 11,welche die Verbindung des
Druckraumes 12 der Z-linder-Kolbeneinheit mit einem beim Ausführungsbeispiel aus
einem 0-Rino 13 als Ventilsitz und einer durch eine Feder 14 belasteten Kugel 15
bestehenden Überdruckventil herstellt, das nit Hilfe einer in die Kolbenstange eingeschraubten
Büchse 16, die auf die Feder 14 wirkt, einstellbar ist. Die Büchse weist eine Bohrung
17 auf. Eine öuerbohrung 18 sorgt für den Druckausgleich in dem zwischen der Rückseite
des Kolbens 7 und der Büchse 6 eingeschlossenen Raum 19.
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Am Ende der Gewindebohrung 4 ist ein Rückschlagventil vorgesehen,
das beim Ausführungsbeispiel wieder aus einem 0-Ring 20 als Ventilsitz und einem
Ventilplättchen 21 besteht, das von einer an eine Spreizring 22 abgestützten Blattfeder
2-vorbelastet ist.
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Wie erwähnt wurde, ist über die Gewindebohrung 4 ein Anschluß an
eine äußere Druckluftquelle möglich. Das Außengewinde 2 ermöglicht den Einbau des
Stoßdämpfers in einer Gewindebohrung und die Einstellung verschiedener Montagehëhen.
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Ist die Verbindung mit der äußeren Druckluftnuelle hergestellt, dann
wirkt ein gegebenenfalls iiber ein Regelventil in einer Anschlußleitung einstellbarer
Druck auf das Rückschlagventil 20 tis 23, so daß dieses bei unbelastetem Kolben
7 geöffnet ist und der Druck im Druckraum 12 dem Druck in der Anschlußleitung entspricht.
Wirkt auf die Kolbenstange 5 eine im Sinne des Einschiebens des Kolbens gerichtete
Kraft, dann kommt es zu einer Druckerhöhung ill Druckraum 12 und das Rückschlagventil
schließt. Bei einer weiteren Verstellung des Kolbens im Sinne der Verringerung des
Druckraumvoluinens wird schließlich der durch die Feder 14 mit Hilfe der Gewindebüchse
16 eingestellte Druck des Uberdruckventiles 13, 14, 15 überschritten, so daß die
Kugel 15 öffnet und die weitere Verstellung des Kolbens 7 im Sinne einer Verringerung
des Kammervolumens 12 gegen eine praktisch konstante Gegenkraft erfolgt. Die Luft
aus der Kammer 12 entweicht über 11, 13, 17. Wird die Belastung der Kolbenstange
LcrinLer
als die erwänte Gegenkraft, dann schließt das iberdruckventil 1? - 15, und das Rückschlagventil
2() -kann wieder öffnen. Der Kolben 7 wird von der Druckluftquelle aus beaufschlagt
und kann sich, da die auf ihn von außcn wirkende Kraft j a abüesunkenist, zurückstellen,
bis er die Ausfahr-Endstellung erreicht bzw. neuerlich eine stirkere, im Einschiebesinn
wirkende Belastung auftritt.
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Bei geschlossenem Ruckschlagventil 20 bis 23 und ebenfalls noch geschlossenem
Uberdruckventil 1D, 14, 15 hat der Stoßda;mpfer eine progressive, nach dem Öffnen
des Überdruckventiles eine lineare Charakteristik. riankann z.
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B. durch entsprechende Ventileinstellungen eine auftreffende I,st
in der ersten Hälfte des Dämpfungsweges im progressiven und dann im linearen Betriebszustand
abfangen. Unter anderem werden Einstellungen ermöglicht, bei welchen eine Last extrem
weich und daher auch weitgehend geräuschlos abgefangen wird.
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Wenn von vornherein feststeht, daß eine bestimmte Einfahrstellung
des Kolbens, also ein bestimmt es Mindestvolumen der Druckkammer 12 nicht unterschritten
werden kann, ist es auch möglich, den Druckluftanschluß und bzw. oder den Auslaß
mit dem Überdruckventil in der Zylinderwandung, also im Rohr 1 anzubringen .