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Hydraulikpuffer
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Die Erfindung betrifft einen Puffer mit sehr großer Arbeitsaufnahme,
dessen Dämpfungskraft durch ein als Flüssigkeitsfeder ausgebildetes Druckbegrenzungsventil
begrenzt wird.
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Es sind Puffer oder Stoßdämpfer bekannt, die mit einer mechanischen,
einer Gas- oder Flüssigkeitsfeder kombiniert sind und bei denen die Dämpfungekraft
durch ein federbelastete Druckbegrenzungsventil kontrolliert wird.
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Es wurde auch ein Puffer vorgeschlagen, bei welchem als Pederelement
des Druckbegrenzungsventils eine Flüssig keitsfeder verwendet wird. Der Vorteil
der Plüssigkeitsfeder besteht darin, daß der Ventilkörper nur eine gerings Masse
aufweist und daher keine massenbedingten Druckspitzen beim tfnen des Ventils auftreten.
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Wenn Jedoch - wie dies vorgeschlagen wurde - der Puffer als Flüssigkeitsfeder
ausgebildet ist, dann wird die als Druckbegrenzungsventil ausgebildete Flüssigkeitsfeder
durch den in dem Puffer wirkenden Druck beeinflußt. Der Nachteil des als Flüssigkeitsfeder
ausgebildeten Puffers besteht darin, daß der hohe Druck der Flüssigkeitsfeder nur
eine relativ geringe Druckdifferenz für die Erzeugung der Dämpfungskraft zuläßt.
Hieraus ergeben sich, insbesonderte bei Puffen mit geringer Rückstellkraft, Grenzen
für die Minimierung der Baugröße des Puffers, Durch die Erfindung sollen bei maximaler
Dämpfungskraft bzw. Arbeitsaufnahme minimale Abmessungen des hydraulischen Puffers
erreicht werden, um die Material- und Fertigungskosten zu senken und die Einbaubedingungen
zu optimieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei hydraulischen Puffern
mit relativ geringer Rückstellkraft durch eine Verringerung des für die Rückstellkraft
erforderlichen Druckes einen wesentlich erhöhten Druck für die Dämpfungskraft zu
nutzen, wobei die Dämpfungskraft von außen einstellbar sein wolle
Erfindungsgemäß
wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem hydraulischen Puffer mit einem Druckzylinder,
der koaxial von einem Zylinderrohr umgeben ist, Druckzylinder und Zylinderrohr gemeinsam
einerseits mit einem Deckel und andererseits mit einem Verschlußstück abgeschlossen
sind, wobei durch den Deckel ein Arbeitskolben in einen Arbeitsraum des Druckzylinders
ragt, in dem Verschlußstück ein KompressionBraum vorgesehen ist, in dem sich ein
gestufter Kompressionskolben befindet, dessen dünneres Ende dem Arbeitsraum und
dessen dickeres Ende dem Arbeitsraum abgewandt ist, wobei der Kompressionskolben
mit einer axialen Bohrung versehen ist, die bei Verschiebung des Kompressionakolbens
über eine Ringnut und eine Bohrung den Arbeitsraum mit einem Ausgleichsraum verbindet.
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Ein weiteres Merkmal der erfinderisohen Lösung besteht darin, daß
der dem Arbeitsraum abgewandte großflächige Teil des Kompressionskolbens sich an
einem Verstellelement abstützt und im Kompressionsraum eine mechanische Druckfeder
angeordnet ist.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhrungsbeispiel näher
erläutert werden, Die Zeichnung zeigt den Langsschnitt durch einen hydraulischen
Puffer.
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Ein Druckzylinder 1 umschließt einen Arbeitsraum 2, Der Druckzylinder
l ist an seinem einen Ende mit einem Deckel 3 und an seinem anderen Ende mit einem
VerschluB-stück 4 versehen. Ein Ausgleichsraum 5 wird durch den Druckzylinder 1
und ein Zylinderrohr 6 gebildet. Der Ausgleichsraum 5 ist ebenfalls durch das Verschlußstück
4 und den Deckel 3 abgeschlossen. Zum Abfangen einer auf den hydraulischen Puffer
einwirkenden Kraft ist ein Arbeitskolben 7 in einer durchgehenden Bohrung 8 des
Deckels 3 vorgesehen.
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Zur Abdichtung des Arbeitskolbens 7 ist am selbigen eine Laufbuchse
9 und außerdem im Deckel 3 eine weitere Laufbuchse 10 angeordnet. Innerhalb des
Verschlusses 4 befindet sich ein Kompressionsraum 71 sowie ein gestufter
Kompressionskolben
12, Das kleinere Ende des Kompressionskolbens 12 ist dem Arbeitsraum 2 des hydraulischen
Puffers zugewandt, während das größere Ende des Kompressionskolbens 12 zum Verstellelement
13 gerichtet ist.
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Eine Druckfeder 14 befindet sich im Kompressionsraum 11 und bringt
den Kompressionskolben 12 zum ständigen Kontakt mit dem Verstellelement 13, Eine
axiale Bohrung 15 im Kompressionskolben 12, eine Ringnut 16 im Verachlußstück 4
sowie ein Kanal 17 verbinden den Arbeitsraum 2 mit dem Ausgleichsraum 5. Weiterhin
ist im Verschlußstück 4 noch ein Rückschlagventil 18 vorgesehen, das über eine Bohrung
19 mit Drossel eine Verbindung vom Ausgleichsraum 5 zum Arbeitsraum 2 herstellt,
Der Ausgleichsraum 5 ist in der Regel mit einem Gas gefüllt.
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Die hierzu notwendigen konstruktiven Details sind im vorliegenden
Ausführungsbeispiel nicht sichtbar, da sie mit der Erfindung keinen Zusammenhang
haben.
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Die Wirkungsweise wird nachfolgend erläutert.
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Wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, befindet sich der Arbeitskolben
7 im Ruhestand. Alle Räume innerhalb des Druckzylinders 1 und im Verschlußstück
4 sind vollkommen mit einem Fluid gefüllt, Dagegen ist der Ausgleichsraum 5 nur
zum Teil, vorzugsweise etwa zu einem Drittel mit dem gleichen Fluid wie im Druckzylinder
1 gefüllt und das restliche Volumen im Ausgleichsraum 5 wird von einem unter Druck
stehenden Gas eingenommen.
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Bei Belastung des Arbeitskolbens 7 durch eine äußere Kraft, die in
der ziegel durch eine bewegte Masse schlagartig auf den Arbeitskolben 7 einwirkt,
wird dieser mit der Geschwindigkeit der Masse in den Arbeitsraum 2 hineinbewegt.
Das Fluid gelangt dabei aus dem Arbeitsraum 2 über die axiale Boh3aang 115 des Kompressionskolbens
12 auf die dem Verstellelement 13 zugewandte Fläche des Kompreesionskolbe:Es 12
und bewegt den Kompressionskolben 12 in Richtung des Arbeitsraumes 2. Dabei erreicht
der
Kompressionskolben 12 eine Stellung, bei der er die Ringnut
16 und dadurch dem Fluid den Weg über den Kanal 17 zum Ausgleichraum 5 freigibt.
In dieser Bewegungsphase des Kompressionskolbens 12 wird das im Kompressionsraum
11 befindliche Fluid komprimiert, da bis auf fertigungstechnisch bedingte Toleranzen
der Kompressionsraum dicht verschlossen ist.
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Der Druck innerhalb des Kompressionsraumes ii kann verändert, z. B,
erhUht werden, wenn das Verstellelement 13 beispielsweise mittels eines Schraubgewindes
zurückgedreht wird, so daß der Kompressionskolben 12 einen größeren Weg in den Kompressionsraum
11 zurücklegen muß.
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Der Druck im Kompressionsraum 11 entspricht dem Druck im Arbeitsraum
2 und wirkt somit auch auf die Querschnittsfläche des Arbeitskolbens 7. Hieraus
ergibt sich die Dämpfungskraft für den hydraulischen Puffer.
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Der Kompressionskolben 12 ist erfindungsgemäß ein Ventilkörper eines
Druckbegrenzungsventils, und wie bei einem solchen steigt die Kennlinie - in diesem
Fall die Dämpfungskraft - mit dem Fluidstrom - in diesem Fall die Geschwindigkeit
der bewegten Masse, die auf den Arbeitskolben 7 von außen auftrifft, die gleich
der des Arbeitskolbens 7 ist, nur geringfügig. Daraus ergibt sich ein Dämpfungsdiagramm
mit einem Völligkeitsgrad von nahezu 100 % und damit eine maximale Arbeitsaufnahme
bei minimalem Dämpfungshub und minimaler Dämpfungskraft.
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Als Folge der auf den Arbeitskolben 7 auflaufenden Masse, beispielsweise
eines Kranes, bewegt sich der Arbeitskolben 7 so lange in den Arbeitsraum 2 hinein,
bis die kinetische Energie durch den sogenannten Arbeitsverzehr des hydraulischen
Puffere verbraucht ist. Der Ausgleichsraum 5 wird dann zu etwa zwei Drittel mit
Fluid gefüllt sein und der ursprüngliche Gasdruck hat sich etwa verdoppelt,
Nachdem
der Arbeitskolben 7 zum Stillstand gekommen ist, entspannt sich das Gas im Kompressionsraum
11, wodurch der Kompressionskolben 12 in seine ursprüngliche Lage zum Verstellelement
13 hin verschoben wird.
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Dae Fluid kann aus dem Ausgleichsraum 5 nur noch über die Bohrung
19 und das Rückschlagventil 18 in den Arbeitsraum 2 zurückströmen. Dadurch kehrt
der Arbeitskolben 7 in aeine Ausgangslage zurück. Da der Kompressionsraum 11 gegenüber
dem Arbeitsraum 2 lediglich durch Paasungsdichtung gedichtet ist, stellt sich nach
erfolgter Rückfederung innerhalb relativ kurzer Zeit in beiden Räumen der gleiche
Druck ein,
Aufstellung der verwendeten Bezugazeichen Druckzylinder
1 Arbeitsraum 2 Deckel 3 Verschlußstück 4 Ausgleichsraum 5 Zylinderrrohr 6 Arbeitekolben
7 Bohrung 8 Laufbuchse 9 Laufbuchse 10 Kompressionsraum 11 Kompressionskolben 12
Verstellelement 13 Druckfeder 14 Bohrung 15 Ringnut 16 Kanal 17 Rückschlagventil
18 Bohrung 19