DE29608665U1

DE29608665U1 - Kolbenflächendämpfung für Hydraulikzylinder

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Publication number: DE29608665U1
Application number: DE29608665U
Authority: DE
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2006-05-15

Description

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Kolbenflächendämpfung für Hydraulikzylinder

Die Neuerung betrifft eine Einrichtung zur Endlagendämpfung des innerhalb eines Zylinders alternierend hin und her beweglichen Arbeitskolbens, der außerhalb seiner Kolbenstange mit einem Dämpfungszapfen versehen ist, welcher endlagenseitig in einer korrespondierenden, bodenseitig vorgesehenen Bohrung führbar ist, von welcher die gemeinsame äußere Anschlußleitung für die Ableitung bzw. Zufuhr des Druckmittels abgeht.

Der DE-C 23 55 593 ist ein Arbeitszylinder zum Ausführen einer jeweils im Bereich der Endlagen gedämpften Arbeitskolbenbewegung mit am Arbeitskolben angeordneten Pufferkolben zum druckdichten Eintritt in eine in den Zylinderstirnwänden vorgesehene, mit einer feststehenden, zwei Dichtlippen besitzenden Ringdichtung versehene axiale Mittelbohrung, die mit einer Öffnung für die Zufuhr bzw. Ableitung des Druckmittels und einer parallel dazu verlaufenden, in den Arbeitsraum mündenden, eine einstellbare Drossel beinhaltende Bohrung in Verbindung steht, wobei beim Eintritt des Pufferkolbens in die Mittelbohrung die dem Pufferkolben zugekehrte Dichtlippe mit diesem und die zweite Dichtlippe mit der Zylinderstirnwand abdichtend zusammenwirkt, und wobei bei Druckmittelbeaufschlagung die zweite Dichtlippe eine Verbindung zwischen der Öffnung und dem Arbeitsraum freigibt. Nachteilig bei dieser insbesondere zweilippig ausgebildeten Dichtung ist, daß infolge verhältnismäßig hoher Lastwechselspiele es hier zu Materialermüdungen kommen kann, die den Ausfall der Dichtung herbeiführt, was schließlich zur ungedämpften Einführung des Pufferkolbens in die Mittelbohrung führt. Weiterhin nachteilig ist festzustellen, daß die Passung zwischen dem Pufferkolben und der sie umgebenden Bohrungswand relativ eng gewählt werden sollte, um eine möglichst starke Dämpfungswirkung zu erzielen. Dies ist aber nur in begrenztem Umfang möglich, da bei allen denkbaren radialen Verlagerungen des Arbeitskolbens gegenüber dem Zylinderrohr der Pufferkolben noch ohne mechanische Beschädigung in die Dämpfungsbohrung einfahren muß. Eine enge Passung hat darüber hinaus jedoch den Nachteil, daß beim Wiederausfahren des Arbeitskolbens weitgehend nur die Stirnfläche des Pufferkolbens wirksam wird, da das ausströmende Öl durch den Drosselspalt nur schwer auf die Kolbenfläche gelangen kann. Eine verzögerte und unstete Anfahrbewegung des Arbeitskolbens ist die Folge.

Ziel des Neuerungsgegenstandes ist es, die im gattungsbildenden Teil des ersten Patentanspruches beschriebene Einrichtung dahingehend weiterzubilden, daß gegenüber dem St.d.T. eine verbesserte Kolbenflächendämpfung mit optimiertem Wirkungsgrad in der Phase des Dämpfens sowie des Wiederanfahrens aus der Dämpfung herbeigeführt werden kann.

Dieses Ziel wird erreicht durch eine im Bereich des Dämpfungszapfens vorgesehene, sich an einem am freien Ende desselben vorgesehenen Bund bei Druckbeaufschlagung abstützenden Dämpfungs- bzw. Ausgleichsbuchse, die unter Bildung mindestens eines Dämpfungsspaltes

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mit definiertem radialem Abstand einerseits zum Dämpfungszapfen und andererseits zur Bohrungswand angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Neuerungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Neuerungsgemäß wird somit vorgeschlagen, auf den Dämpfungszapfen eine Dämpfungsbuchse aufzusetzen, die axial zwischen zwei Anschlagflächen (Bund, Koibenfläche) in Abhängigkeit der jeweiligen Druckbeaufschlagung beweglich ist und auf den entsprechenden Flächen einerseits des Bundes und andererseits des Arbeitskolbens zumindest teilweise dichtend zur Anlage kommt. Der zwischen der Dämpfungsbuchse und dem Dämpfungszapfen liegende Ausgleichsspalt (Radialausgleich) kann bei Verwendung eines separaten Rückschlagventils mit einer elastischen Kolbendichtung verschlossen werden. Beim nicht exakt mittigen Einfahren des Dämpfungszapfens in die Dämpfungsbohrung verlagert sich die Dämpfungsbuchse radial, zentriert sich weitestgehend und bewirkt einen relativ optimalen Dämpfungsspalt, der jetzt eine engere Passung mit der Dämpfungsbohrung haben kann, als es bisher möglich war.

Durch den Neuerungsgegenstand wird die Möglichkeit erreicht, die Einfahrgeschwindigkeit eines druckmittelbetätigten Arbeitszylinders gezielt durch Reduzierung des Öffnungsquerschnittes der Dämpfungseinheit zu verzögern, um auf diese Art und Weise die sonst in der Endsteilung &ldquor;Einfahren" des Zylinders auftretenden Stöße zu minimieren. Von diesem positiven Einfluß sind auch die umliegenden Bauteile, wie Lagerstellen oder dgl., betroffen.

Gleichzeitig wird erreicht, den Zylinder mit einem größeren Öffnungsquerschnitt durch die Dämpfungseinheit mit dem Betriebsmedium zu befülien und gleichzeitig durch gezielt angeordnete Wölbungen unter die Kolbenfläche zu leiten.

Der Neuerungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 - Hydraulikzylinder mit Endlagendämpfung bestehend aus Dämpfungszap

fen und Dämpfungsbuchse

Figuren 2 bis 4 - alternative Endlagendämpfung in verschiedenen Arbeitspositionen des Arbeitskolbens.

Figur 1 zeigt einen Hydraulikzylinder 1 bestehend aus einem Zylinderrohr 2, einem Bodenteil 3 sowie einem mit einer Kolbenstange 4 zusammenwirkenden Arbeitskolben 5. Die Kolbenfläche 6 ist mit einer nach innen verlaufenden Wölbung 7 versehen. Kolbenflächenseitig ist ein Dämpfungszapfen 8 vorgesehen, der gegenüber dem Arbeitskolben 5 über entsprechende

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Verbindungselemente 9 festgelegt ist. Zum Zwecke der Endlagendämpfung taucht der Dämpfungszapfen 8 in die im Bodenbereich 3 des Hydraulikzylinders 1 vorgesehene Dämpfungsbohrung 10 ein, in welche eine gemeinsame Anschlußleitung 11 für die Ableitung bzw. Zufuhr des Drucköles einmündet. Der Dämpfungszapfen 8 weist im Bereich seines freien Endes einen umlaufenden Bund 12 auf. Der Dämpfungszapfen 8 wird umgeben von einer sogenannten Dämpfungsbuchse 13, die sich mit definiertem radialem Abstand zwischen dem Dämpfungszapfen 8 und der Bohrungswand 14 erstreckt. Die äußere Umfangsflache 15 der Dämpfungsbuchse 13 ist einerseits mit einer Fase 16 versehen und andererseits zumindest über einen Teilbereich ihrer axialen Bauhöhe konisch ausgebildet. Infolge dieser Bauart kann sich die Dämpfungsbuchse 13 auch bei außermittig stehendem Arbeitskolben infolge ihrer radialen Beweglichkeit problemlos in die Dämpfungsbohrung 10 einfädeln, ohne daß es zu schädigenden Berührungen der korrespondierenden Wandbereiche 15,16 einerseits der Dämpfungsbuchse 13 und andererseits der Bohrungswand 14 kommen kann. Infolge dieser Anpassung ergeben sich beim Einfahren des Arbeitskolbens 5 in die Endlagendämpfung unterschiedlich geartete Drosselspalte 17 zwischen der Umfangsfläche 18 der Dämpfungsbuchse 13 und der Bohrungswand 14 der Dämpfungsbohrung 10. Der Arbeitskolben 5 ist in diesem Beispiel in seiner eingefahrenen Stellung dargestellt, wobei die Kolbenfläche 6 auf der Bodenfläche 19 des Hydraulikzylinders 1 aufliegt. Beim Einfahren der Dämpfungsbuchse 13 in die Dämpfungsbohrung 10 dichtet die Dämpfungsbuchse 13 weitgehend auf dem Bund 12 des Dämpfungszapfens 8 ab. Die Dämpfungsbuchse 13 wird mit dem auf ihre kolbenflächenseitige Stirnfläche 20 wirkenden Dämpfungsdruck auf den Bund 12 des Dämpfungszapfens 8 gedrückt. Das vor der Kolbenfläche 6 verbliebene Restöl wird durch den einfahrenden Arbeitskolben 5 über die gewölbte Fläche 7 verdrängt und strömt unter Dämpfungsdruck über den Dämpfungsspalt 17 ab. Beim Wiederausfahren des Arbeitskolbens 5 wird die Dämpfungsbuchse 13 durch das über die Anschlußleitung 11 einströmende Öl in Richtung der Kolbenfläche 6 verschoben und gibt den innenliegenden Ringspalt 21 zwischen der Dämpfungsbuchse 13 und dem Dämpfungszapfen 8 für das Öl frei. Schon im Dämpfungsbereich ergibt sich eine vergleichsweise verlustarme direkte Beaufschlagung der Kolbenfläche 6 über die gewölbte Fläche 7 mit Drucköl. Im Bereich der kolbenflächenseitigen Stirnfläche 20 der Dämpfungsbuchse 13 sind einerseits ein radial innenliegender Ringkanal 22 sowie andererseits davon abgehende Radialnuten 23 vorgesehen.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Arbeitsstellungen des Arbeitskolbens 5 innerhalb des Rohres 2 des Hydraulikzylinders 1. Abweichend zu Figur 1 ist im Endbereich des Arbeitskolbens 5 ein Rückschlagventil 24 vorgesehen, welches beim Einfahren des Arbeitskolbens 5 geschlossen und beim Ausfahren des Arbeitskolbens 5 geöffnet ist. Dargestellt ist in Figur 2 die Einfahrbewegung, so daß das Rückschlagventil 24 geschlossen ist. Desweiteren unterschiedlich zu Figur 1 ist, daß zwischen dem Dämpfungszapfen 8 und der Dämpfungsbuchse 13 eine elastische Dichtung 25 vorgesehen ist, die eine elastische Anpassung der Bauteile 8 und 13 bei ggf. vorhandener Außermittigkeit des Arbeitskolbens 5 ermöglicht. Wie bereits angesprochen befindet sich der Arbeitskolben 5 in Einwärtsfahrweise, wobei die Fase 16 der Dämpfungsbuch-

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se 13 mit dem Bodenbereich 19 des Hydraulikzylinders 1 in Berührung kommt. Die elastische Dichtung 25 paßt sich den radialen Ausgleichsbewegungen der Dämpfungsbuchse an, so daß ein problemloses Einfädeln der Dämpfungsbuchse 13 in die Dämpfungsbohrung 10 herbeigeführt werden kann. Das zu verdrängende Drucköl gelangt aus dem Raum 26 und dem noch relativ großen Anfangsdrosselspalt 17 in den Bereich der Dämpfungsbohrung 10 und wird über die Anschlußleitung 11 nach außen geführt. Dies führt zu einem Druckanstieg im Ölvolumen vor der Kolbenfläche 6,7, was wiederum eine Verzögerung der Arbeitskolbengeschwindigkeit bewirkt. Mit geringer werdender Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 5 wird weniger Öl verdrängt, daher muß der Anfangsdrosselspalt 17 kontinuierlich weiter geschlossen werden.

Figur 3 zeigt den Betriebszustand, bei welchem kurz vor dem Erreichen der Endlage des Arbeitskolbens 5 der Dämpfungsspalt 17 minimal ist. Die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 5 ist bereits bis auf eine relativ kleine Restgeschwindigkeit abgebaut.

Figur 4 zeigt den Zustand des Ausfahrens des Arbeitskolbens 5. Beim Ausfahren des Arbeitskolbens 5 aus der Dämpfung strömt der größere Teil des Drucköles ausgehend von der Anschlußleitung 11 in die Bohrung 10 und weiter über eine sich innerhalb des Dämpfungszapfens 8 befindende Durchgangsbohrung 32 sowie den Ringspalt 17, wobei das Drucköl das Rückschlagventil 24 in Öffnungsposition bringt. Über das nunmehr geöffnete Rückschlagventil 24 gelangt das Drucköl dann in einen in der Dämpfungsbuchse 13 befindlichen Ringkanal 22 und über entsprechende Radialnuten 23 mit nur geringen Drosselverlusten relativ direkt auf die Fläche 7 zwischen Kolbenfläche 6 und Zylinderboden 19. Es wird ein unmittelbares, nicht verzögertes Ausfahren des Arbeitskolbens 5 herbeigeführt.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen den prinzipiellen Aufbau der alternativen Einrichtung in den angesprochenen Betriebszuständen. Dabei wird die Dämpfungsbuchse 13 von der später im Arbeitskolben 5 befindlichen Seite mit der elastischen Dichtung 25 aufgefädelt. Das Rückschlagventil 24 wird ebenfalls von diesem Ende im Ansatzbereich 27 des Dämpfungszapfens 8 montiert. Anschließend wird die vormontierte Einheit mit dem entsprechenden Ende in die Kolbenbohrung 28 eingesetzt und beispielsweise mit Hilfe von Stahlkugeln 9 fixiert, die über eine seitliche Bohrung 29 in einen entsprechenden Ringkanal eingeführt werden. Der Zuführungskanal 30 wird mit Hilfe eines Gewindestopfens 31 verschlossen, so daß die Kugeln 9 den Ringkanal nicht mehr verlassen können.

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Claims

5/6 Schutzansprüche

1. Einrichtung zur Endlagendämpfung des innerhalb eines Zylinders (1) alternierend hin und her beweglichen Arbeitskolbens (5), der außerhalb seiner Kolbenstange (4) mit einem Dämpfungszapfen (8) versehen ist, welcher endlagenseitig in einer korrespondierenden, bodenseitig vorgesehenen Bohrung (10) führbar ist, von welcher die gemeinsame äußere Anschlußleitung (11) für die Ableitung bzw. Zufuhr des Druckmittels abgeht, gekennzeichnet durch eine im Bereich des Dämpfungszapfens (8) vorgesehene, sich an einem am freien Ende desselben vorgesehenen Bund (12) bei Druckbeaufschlagung abstützenden Dämpfungs- bzw. Ausgieichsbuchse (13), die unter Bildung mindestens eines Dämpfungsspaltes (17,21) mit definiertem radialem Abstand einerseits zum Dämpfungszapfen (8) und andererseits zur Bohrungswand (14) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dämpfungsbuchse (13) beim Ausfahren des Arbeitskolbens (5) unter Druckbeaufschiagung an der dem Bund (12) gegenüberliegenden Kolbenfläche (6) abstützt.

3. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsbuchse (13) bundseitig im Bereich ihrer äußeren Umfangsfläche (18) mit einer Fase (16) versehen und/oder zumindest über Teilbereiche (15) ihrer axialen Bauhöhe konisch ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsbuchse (13) kolbenflächenseitig im Bereich ihrer inneren Umfangsfläche mit einem Ringkanai (22) sowie von diesem sich radial nach außen erstreckenden Nuten (23) versehen ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungszapfen (8) kolbenseitig mit einem Ansatz (27) versehen ist, der innerhalb einer dort vorgesehenen Ausnehmung (28) geführt und gegenüber dem Arbeitskolben (5) mittels entsprechender, insbesondere kugelförmig ausgebildeter, Verbindungselemente (9) festgelegt ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein im kolbenflächenseitigen Endbereich des Dämpfungszapfens (8) bzw. im dem Dämpfungszapfen (8) zugewandten Endbereich (6) des Arbeitskolbens (5) vorgesehenes Rückschlagventil (24).

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (24) innerhalb einer im Bereich des Ansatzes (27) vorgesehenen Ausnehmung (28) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Rückschlagventils (24) zwischen diesem und dem bundseitigen Endbereich des Dämpfungszapfens (8) zumindest eine Durchgangsbohrung (32) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine sich radial zwischen dem Dämpfungszapfen (8) und der Dämpfungsbuchse (13) erstrekkende, im wesentlichen elastische Dichtung (25).

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (24) beim Einfahren des Arbeitskolbens (5) in geschlossener und beim Ausfahren des Arbeitskolbens (5) in geöffneter Form vorgesehen ist.

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