DE2807717B2 - Selbstblockierender Dämpfer zur Aufhängung gegen plötzliche Bewegungen zu schützender Teile z.B. in thermo-nuklearen Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem selbstblockierenden Dämpfer zur Aufhängung gegen plötzliche Bewegungen zu schützender Teile, insbesondere Rohrleitungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Dämpfer ist Gegenstand einer älteren Anmeldung, welche zur DE-OS 27 21 890 geführt hat. Diese ältere Anmeldung geht aus von einem Stand der Technik, wie er durch die DE-OS 16 50 086 bekanntgeworden ist. Bei dem dort beschriebenen StoQdämDfer steht der den Kolben aufnehmende Zylinder mit einem ihn umgebenden Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit in Verbindung, in welchem ein Ausgleichsbalg angeordnet ist Die beiden Arbeitsräume des Zylinders stehen über vom Zylinder endseitig getragene Rückschlagventile mit dem Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit in Verbindung.

Demgegenüber ist bei dem Stoßdämpfer nach der älteren Anmeldung der Kolben hohl ausgebildet, und

ίο der Ausgleichsbalg ist im Inneren des Kolbens angeordnet Die beiden Kolbenstirnwände tragen jeweils ein in die Offenstellung vorgespanntes und mit einer Drosselstelle versehenes Rückschlagventil, über welches der Innenraum des Kolbens mit den beiden Arbeitsräumen des Stoßdämpfers in Verbindung steht

Man erhält auf diese Weise eine sehr kompakte Anordnung, durch welche plötzliche Bewegungen des zu schützenden Teiles aufgenommen werden können. Derartige plötzliche Bewegungen entstehen bei Rohr-

2» leitungen ζ. B. dann, wenn in diesen Leitungsschläge auftreten, oder bei Erdbeben. Eine Verschmutzung der Hydraulikflüssigkeit durch Kontakt mit dem Außenraum ist nicht möglich, trotzdem treten Störeffekte, die ■ auf temperaturbedingten Volumenänderungen der Hydraulikflüssigkeit beruhen, nicht auf. Der Stoßdämpfer ist einfach aufgebaut und läßt sich kostengünstig herstellen; er ist auch weitestgehend wartungsfrei, so daß die Gefahr menschlichen Versagens praktisch ausgeräumt ist

to Bei dem Stoßdämpfer nach der DE-OS 27 21 890 schlägt der Kolben bei Erreichen seiner Endlagen direkt oder über einen zwischengeschalteten Anschlagring hart an der entsprechenden Zylinderstirnwand an.

Durch die Erfindung soll dagegen ein Stoßdämpfer

)5 gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß bei der Bewegung am Ende des Vorhubes und am Ende des Rückhubes noch eine besonders günstige zusätzliche Däcipiung erreicht wird. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Stoßdämpfer gemäß Anspruch 1.

In der DE-OS 25 40 701 ist zwar ein Stoßdämpfer gezeigt, bei welchem eine von der freien Kolbenstirnfläche ausgehende Verlängerung der Kolbenstange in eine Ausnehmung der zugeordneten Zylinderstirnwand eingreift. Hierdurch soll jedoch keine Bewegungsdämpfung erzielt werden, vielmehr wird über einen zentralen Kanal der Kolbenstangenverlängerung und radiale Kanäle im Kolben selbst, welche mit der Engstelle einer im Kolben ausgebildeten Drossel in Verbindung stehen, Hydraulikflüssigkeit aus einem Flüssigkeitsvorrat angesaugt.

Bei dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer erfolgt dagegen beim Eindringen des von der freien Stirnwand des Kolbens getragenen Vorsprunges in die Ausnehmung der gegenüberliegenden Zylinderstirnwand eine zusätzliche Dämpfung bei Annäherung an die eine Endlage, entsprechend durch die in der kolbenstangenseitigen Stirnwand des Kolbens vorgesehene Ausnehmung und dem Vorsprung der kolbenstangenseitigen

M) Zylinderstirnwand bei Annäherung an die andere Kolbenendlage.

Die Erfindung ausgehend vom Stand der Technik gemäß der DE-OS 16 50 086 über die noch zu lösende, auf diesen Ausgangspunkt spezifizierte Aufgabe mit den

h5 entsprechenden Lösungsmitteln, die teilweise bereits im Oberbeg-iff als zum älteren Recht gemäß der DE-OS 27 21 89J gehörend angeführt sind und teilweise im kennzeichnenden Teil, zu entwickeln, also das entspre-

chende Gestaltungsprinzip zu entwickeln, dafür sind beim Stand der Technik keine solchen technischen Hinweise zu erkennen, die den Fachmann in die Lage versetzt hätten, dieses Gestaltungsprinzip ohne weiteres und ohne erfinderische Überlegungen zu entwickeln, ■> wenn auch einzelne Gestaltnngsmerkmale durch den Stand der Technik bekanntgeworden sind, mit denen die Erfindungshöhe noch nicht begründet wird, also vor allem die Kolbenstange mit einem flüssigkeitsdichten Dichtungsbalg zu umgeben. ι <>

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben, die teilweise Überschneidungen mit dem Stand der Technik aufweisen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß die durch den Ausgleichsbalg im Kolbeninneren gebildete Feder auch an der Endlagendämpfung teilnimmt, da bei Annäherung an die Endlagen auch das in durch eine Ausnehmung und einen Vorsprung begrenzten Endlagendämpferkammern befindliche Hydraunkfiüssigkeilsvolumen noch mit dem Kolbeninneren in Verbindung steht.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß ein Ausgleich thermisch bedingter Volumenänderungen der Hydraulikflüssigkeit auch in den bei Annäherung an die Endlage durch eine 2Ί Kolbenstirnfläche, die benachbarte Zylinderstirmv.-.nd und einen Vorsprung begrenzten Ringräumen noch möglich ist.

Bei der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird von der von der Kolbenachse versetzten in Lage der der freien Stirnwand des Kolbens zugeordneten Drossel zugleich dazu Gebrauch gemacht, ein Hängenbleiben der freien Stirnwand des Ausgleichsbalges an der freien Stirnwand des Kolbens infolge eines dazwischenliegenden Filmes von Hydraulikflüssigkeit )> zu verhindern. Der Kopf der Drossel stellt sicher, daß zwischen der Stirnwand des Ausgleichsbalges und der Stirnwand des Kolbens steht sein keilförmiger Spalt verbleibt, weicher einerseits ein leichtes Abheben der Balgstirnwand von der Kolbenstirnwand sicherstellt und zugleich eine ständige Strömungsmittelverbindung zwischen dem in der freien Stirnwand des Kolbens angeordneten Rückschlagventil und dem Kolbeninneren sicherstellt. Da bei einem Dämpfer gemäß Anspruch 4 ein Hängenbleiben der Stirnwand des Ausgleichsbal- -45 ges an der Stirnwand des Kolbens nicht zu befürchten ist, kann der Ausgleichsbalg das Kolbeninnere praktisch völlig ausfüllen, so daß man das maximale Kompensationsvermögen für Volunienänderungen in der Hydraulikflüssigkeit erhält. «

Da gemäß Anspruch 4 sichergestellt ist, daß die freie Stirnwand des Ausgleichsbalges nicht an der freien Stirnwand des Kolbens festklebt, kann man gemäß Anspruch 5 auch den Ausgleichsbalg mit unter Druck stehendem Inertgas füllen, wodurch die freie Stirnwand « des Ausgleichsbalges kraftschlüssig in Anlage an der freien Stirnwand des Kolbens und am Kopf der in ihr angebrachten Drossel gehalten wird. Man erhält auf diese Weise eine zusätzliche Bewegungsdämpfung durch eine Gasfeder, während bei dem Dämpfer nach «i der DE-OS 27 21 890 der Innenraum des Ausgleichsbalges mit atmosphärischem Druck beaufschlagt ist.

An und für sich kann man die jeweils einen Endlagendämpfer bildenden Paare aus einem Vorsprung und einer Ausnehmung der gegeneinander tu bewegten Dämpferteile jeliebig auf die beiden Stirnwände von Kolben und Zylinder verteilen. Bei der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 macht man von der Tatsache, daß an der kolbenstangenseitigen Zylinderstirnwand ein Vorsprung vorgesehen ist, zugleich noch dazu Gebrauch, eine besonders gute Abdichtung der Kolbenstange zu erhalten, da in dem von diesem Vorsprung benötigten axialen Raum zugleich eine entsprechend lange Kolbenstangendichtpackung untergebracht werden kann.

Die Merkmale der Erfindung und deren technischen Vorteile ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen selbstblokkierenden Dämpfer zur stoßgeschützten Aufhängung von Rohrleitungen und

F i g. 2 einen axialen Schnitt durch den Kolben des in Fig. 1 gezeigten Dämpfers in vergröüertem Maßstabe.

Ein Stoßdämpfer umfaßt einen Arbeitszylinder 1. der an einem seiner Enden mittels eines Gelenkes 2 an einem fest mit einer als ortsfe? angenommenen Unterlage 4 verbundenen Auflager 3 befestigt ist. Die Unterlage kann beispielsweise ein Sockel, eine Mauer oder dergleichen sein. Das im wesentlichen zylinderförmige Gehäuse 5 des Arbeitszylinders ist an einem Ende mittels eines einpreßbaren Deckels 6 verschlossen, der einen zentralen Vorsprung 7 aufweist. Dieser nimmt einen Führungsring 8 für eine Kolbenstange 9 auf, deren eines Ende über ein Gelenk mechanisch mit einer Halterung 10 verbunden ist. Diese ist an einer Rohrleitung, einer Kanalisation oder dergleichen mit Hilfe eines Halteringes 11 befestigt.

Die Kolbenstange 9 ist an der Durchtrittsstelle durch den Deckel 6 von dem Führungs- oder Lagerring 8 sowie einer inneren Dichtung 13 und einer äußeren Dichtung 14 umgeben. An ihrem gegenüberliegenden Ende ist sie mit einem Kolben 12 verbunden. Dieser hat ein im wesentlichen zylindrisches Volumen und weist eine Stirnfläche 15 mit einem zentralen Vorspring 16 auf, welcher bei Zurückschieben des Kolbens mit geringem Spiel in eine Ausnehmung 17 eintaucht, die in der Mitte am Boden der inneren Kammer des Arbeitszylinders angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine Dämpfung der Bewegung am Ende des Rückhubes.

Der Kolben 12 weist auf seiner gegenüberliegenden Seite eine Verschluß- und Befestigungswand mit einem zentralen, rückspringenden und so eine zentrale Ausnehmung begrenzenden Teil 19 auf, welches sich um den Vorsprung 7 des Deckels 6 legt und damit in ähnlicher Weise wie die Ausnehmung 17 beim Vorsprung 15 am Ende des Vorhubes eine Dämpfung ermöglicht, die durch den laminaren Durchstrom erzielt wird, der sich bei dem Eintauchen des Vorsprungs in den rücksipngenden Teil ergibt.

Die Seitenwand des Kolbens 12 weist zwei Paare metallischer Segmente 20 auf, die jeweils um i80° gegeneinander verdreht sind, so daß die Schlitze einander diametral gegenüberstehen. Die Segmente werden durch Stifte in ihrer Lage gehalten. Es ergibt sich durch diese besondere Anordnung eine minimale Leckrate. Die Dichtigkeit wird noch durch Dekompressionsnuten und -gänge 21 erhöht, die sich in der Seitenwand des Kopfes befinden.

Die Wände des Kolbens 12 umschließen einen inneren Hohlraum 22, der als Kompensationskammer dient und einen etwa U-fönnigen Querschnitt aufweist. In dieser Kammer befindet sich ein deformierbarer Ausgleichsbalg 23, der mit einem unter Druck stehenden, inerten Gas gefüllt ist. Er weist eine gewellte Seitenwand 24 sowie eine leicht geneigte Stirnfläche 25

auf. Durch die Neigung wird ein Verkleben der zwei aneinanderliegenden Flächen durch einen Ölfilm vermieden. Eine hintere, im Längsschnitt U-förmige, rohrförmige Wand 26 bildet mit ihrem zentralen Teil den eigentlichen Boden des Ausgleichsbalgs 23, während die Seitenteile eine Gleitfläche für die Balgwellungen darstellt.

Die lOhrförmige Wand 26 trägt an ihren Enden Anlagekanten 27, an denen die endseitigen Ränder 28 des Ausgleichsbalges absolut dicht angeschweißt sind.

Der Ausgleichsbalg 23 befindet sich mit seinem unteren Teil in dem Ringraum, der einerseits von der inneren Seitenwand des Kolbens 12 und andererseits von der äußeren Seitenwand der ringförmigen Wand begrenzt wird. Das kolbenstangenseitige Ende des Ausgleichsbalgs 23 taucht in einen Hohlraum 29 ein, welcher die Entleerung der Kompensationskammer über eine Düse euiiügiichi.

Der Kolben 12 weist zwei Klappenventile auf, ein vorderes Ventil 30 in der Stirnfläche im vorderen Vorsprung 16 und ein hinteres Ventil 31 im hinteren Teil des Kolbens. Diese Ventile sind als Tellerventile ausgebildet und stellen einen Block dar. Sie weisen einen Körper 32 auf, der an seinem oberen Teil 33 einen Ventilsitz 34 bildet. Dieser Körper kann mit seinem ein Außengewinde tragenden Fußteil 35 in die Wand des Kopfes eingeschraubt werden. Jedes Ventil umfaßt außerdem eine Öffnungsfeder 36 und einen Käfig 37,der als Anschlag dient und die Bewegung des Ventils festlegt.

Bei diesen Ventilen ist insbesondere ihre schwache Empfindlichkeit hinsichtlich der Viskosität der Flüssigkeit bemerkenswert, wodurch die Ansprechzeit verbessert wird. Sie können wie eine Schraube eingesetzt werden: Man führt den Käfig in eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung und legt sie dadurch fest, daß man den Ventilkörper in den mit Gewinde versehenen Teil einschraubt.

Bei einer plötzlichen Bewegung in der einen oder in der anderen Richtung schließen sich die Ventile bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit, wodurch sich eine sehr starke Dämpfung ergibt. Da die Ventile durch die Öffnungsfedern offen gehalten werden, ermöglichen sie bei langsamen Bewegungen eine freie Verschiebung des Kopfes; dies gilt insbesondere bei schwachen Verschiebungen, die sich bei thermischen Ausdehnungen der abgestützten Rohrleitungen ergeben.

Damit auch nach der Blockierung eines der beiden Ventile durch eine plötzliche Bewegung eine Verschiebung des Kolbfns im Inneren des Arbeitszylinders möglich ist, weist der Kolben — ausgenommen in dem Fall einiger Spezialanwendungen — Drosselstellen bildende Düsen 38 und 39 mit festem Durchsatz auf, die

in seiner vorderen Stirnfläche und in seiner gegenüberliegenden Wand in der Verlängerung der rohrförmigen Ausgestaltung der Kompensationskammer angeordnet sind. Die Düsen ermöglichen außerdem eine Kompensation deir Volumenänderungen, die das öl infolge einer Temperaturänderung erfährt, wenn die Ventile geschlossen sind.

Man erkennt, daß der eingepreßte Deckel 6 am Körper des Arbeitszylinders mittels Schrauben 40 befestigt ist. Zur Herstellung der Dichtigkeit ist eine torusförmige Metalldichtung 41 vorgesehen, die gegenüber externen Temperaturen und gegenüber Strahlung unempfindlich ist.

Der Kolben 12 ist oberflächenbehandelt, so daß er mit einer hohen Frequenz verschoben werden kann, ohne daß er frißt.

Der Aufbau des Stoßdämpfers stellt sicher, daß eine eiiiiai'm: Eniieerurig und eine zuverlässige Funktion auch diinn noch gewährleistet sind, wenn eine kleine Luftmenge vorhanden ist. Außerdem arbeiten die Ventile immer richtig, denn auch die kleinste Lufttasche, die zufällig gebildet wird, kann nicht mit dem Ventil in Berührung kommen. Wenn die Kolbenstange heftig in einer Rchtung verschoben wird, dann unterstützt man dadurch ein rasches Schließen des betreffenden Ventils, welches durch den aufrechterhaltenen Druck geschlossen blei'.-.t.

In der Grundausführung, bei welcher die Düsen 38,39 vorgesehen sind, ist der Kolben nicht vollständig verschließbar: Durch die Düsen k^nn noch eine geringe ölmenge hindurchtreten, so daü eine geringe Bewegungsmöglichkeit verbleibt. Der Verschluß oder die Blockierung bleiben konstant, bis sich die Bewegung ändert oder bis die Belastung aufhört.

Sobald sich die Bewegung umkehrt, öffnet sich das betreffende Ventil und das andere Ventil übernimmt dieselbe Rolle. Bei langsamer Bewegung bleiben beide Ventile unter der Wirkung der öffnungsfedern offen. Das Öl, oder allgemein das Dämpfungsmedium, kann durch die Ventile und die Düsen frei von einer Kammer in die andere übertreten, wobei es sich im Inneren des Kolbens, bewegt.

Die sich aufgrund der Kolbenstangenbewegung oder aufgrund einer Temperaturänderung ergebenden Volumenänderungen werden durch die Kompression oder die Dilatation des metallischen Ausgleichsbalgs absorbiert, wobei das überschüssige Volumen im Inneren des Kolbens über die Ventile, bzw. über die Düsen übertragen wird, wenn die Ventile geschlossen sind.

Das verwendete Hydraulikmedium (öl) hat eine ,lohe Viskosität, so daß sich an den metallischen Dichtungen des Kopfes nur geringe Leckraten ergeben. Außerdem wird dadurch die Ventilschließgeschwindigkeit erhöht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Selbstblockierender Dämpfer zur Aufhängung gegen plötzliche Bewegungen zu schützender Teile, insbesondere Rohrleitungen, z. B. in thermonuklearen Anlagen, mit

a) einem eine Zylinderbohrung aufweisenden Gehäuse,

b) einem in der Zylinderbohrung verschiebbaren hohlen Kolben,

c) je einer Drossel und je einem Rückschlagventil für jede der Stirnwände des Kolbens und

d) einem im Inneren des Kolbens angeordneten Ausgleichsbalg

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die freie Stirnwand des Kolbens (12) einen zentralen Vorsprung (16) trägt, welcher bei Annäherung an die eine Kolbenendlage in eine komplementäre Ausnehmung (17) der gegenüberliegenden Zylinderstirnwand eintaucht, und

f) die kolbenstangenseitige Stirnwand des Kolbens (12) eine zentrale Ausnehmung (19) aufweist, welche bei Erreichen der anderen Kolbenendlage einen zentralen Vorsprung (7) der kolbenstangenseitigen Zylinderstirnwand aufnimmt.

2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rückschlagventil (30) im zentralen V-i-sprung (16) der freien Stirnwand des Kolbens (12) angeordnet >st und das zweite Rückschlagventil (31) eine Verbindung zwischen der zentralen Ausnehmung (19) in d-*r kolbenstangenseitigen Stirnwand des Kolbens (12) und dem Kolbeninnenraum herstellt.

3. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Drossel (38) radial außerhalb des zentralen Vorsprunges (16) der freien Stirnwand des Kolbens (12) angeordnet ist und die andere Drossel (39) radial außerhalb der zentralen Ausnehmung (19) in der kolbenstangenseitigen Stirnwand des Kolbens (12) angeordnet ist.

4. Dämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der freien Stirnwand des Kolbens (12) angeordnete Drossel (38) einen im Kolbeninneren liegenden Kopf hat, welcher zugleich als Anschlag für die benachbarte Stirnwand (25) des Ausgleichsbalges (23) dient.

5. Dämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsbalg (23) mit unter Druck stehendem Inertgas gefüllt ist.

6. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (7) der kolbenstangenseitigen Zylinderstirnwand (6) eine Dichtpackung (13) für die Kolbenstange (9) enthält.