DE4301095A1

DE4301095A1 - Gasgefülltes Federelement ohne Dämpfung

Info

Publication number: DE4301095A1
Application number: DE19934301095
Authority: DE
Inventors: Detlef Klotz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1994-08-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein gasgefülltes Federelement ohne Dämpfung.

Es sind Gasfedern mit geschlossenem, gasgefülltem Behälter mit einer nachgiebigen Wandung bekannt. Bei einer Laständerung ergibt sich durch Verschiebung der nachgiebigen Wandung ein Federweg mit Volumenänderung, die eine Druckänderung zur Folge hat. Die Federkennlinie ist durch das Gleichgewicht zwischen äußerer Belastung und der Druckdifferenz zwischen dem Innendruck und dem Außendruck, multipliziert mit der betreffenden, wirksamen Fläche bestimmt. Im einfachsten Fall entspricht die wirksame Fläche der Kolbenfläche im Zylinder. Die Steigung der Federkennlinie hängt stark vom Gasvolumen ab. Je größer das Volumen bei gleichbleibend wirksamer Fläche ist, um so geringer werden die Druckänderung bei Balgdeformation und damit die Federsteife.

Es ist auch bekannt, daß man einen Kolben mittels hermetisch abschließender Dichtungen in einem Zylinder führt, wobei das Gas von Kolbenfläche, Behälterwandungen und der Membrane eingeschlossen ist. Derartige Membrangeräte werden zum Bewegen, Regeln, Pumpen und Speichern verwendet.

Ferner ist es bekannt, daß man mechanische Federn und Gasfedern kombiniert.

Bekannte Gasfedern haben aufgrund der Abdichtung des Gasraums mittels Gleitflächendichtungen den Nachteil, daß sie eine Dämpfung bewirken. Diese hat eine Herabsetzung der zu übertragenden Kraft und damit eine Zeitverzögerung zur Folge. Leckageverluste und dadurch hervorgerufene Druckminderung treten dabei ebenso auf, wie physikalische Schäden bei hohen Lastwechselzahlen pro Zeiteinheit. Für den Arbeitseinsatz mit hochfrequenten Lastwechseln sind Gasfedern daher ungeeignet.

Die Verwendung einer mechanischen Feder hat den Nachteil, daß aufgrund der bestehenden Normenreihe nicht alle denkbaren Kraft-/Wegverläufe bei entsprechender Baugröße kostengünstig realisiert werden können. Die Lastwechselzahl pro Zeiteinheit ist bei mechanischen Federn wegen deren Trägheit begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein federndes Element zu schaffen, das keine Dämpfung besitzt, hohe Lastwechselzahlen pro Zeiteinheit verarbeiten kann und eine hohe Lebensdauer aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Federelement weist gegenüber einer Gasfeder den Vorteil auf, daß durch hermetische Abdichtung des Gasraums keine Druckverluste auftreten. Dadurch sind weder Wartung noch Schmierung erforderlich. Trotz hoher Lastwechselzahlen pro Zeiteinheit ist eine lange Lebensdauer schon dadurch gewährleistet, daß die Bauteile nicht miteinander in unmittelbarer Berührung stehen. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde eine Lebensdauer von < 10⁷ Lastwechseln erreicht. Im Gegensatz zu einer Kolbenführung sind weder hohe Oberflächengüte noch Paßgenauigkeit bei den Teilen des Federelements gefordert. Die Herstellungskosten sind deshalb niedrig.

Kraftverluste und dadurch entstehende Zeitverzögerungen werden reduziert. Das Federelement dient als Energiespeicher mit der Fähigkeit zur verzögerungsfreien Energieabgabe.

Gegenüber der Verwendung mechanischer Federn ergeben sich weitere Vorteile zum einen durch die Realisierung hoher Lastwechselzahlen pro Zeiteinheit, und zum anderen durch die Möglichkeit, die Federsteifigkeit stufenlos einstellen zu können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung erläutert. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein gasgefülltes Federelement.

Ein Federelement 1 (Fig. 1) umfaßt zunächst einen topfförmigen Hohlzylinder 2 mit einem Boden 15 und einer, den Hohlzylinder abschließenden Membrane 3. Der Hohlzylinder 2, der Boden 15 und die Membrane 3 umschließen gemeinsam einen gasgefüllten Innenraum 9. Das Federelement 1 ist deshalb ein gasgefülltes Federelement.

Der Hohlzylinder 2 ist an seinem offenen Ende mit einem Ringflansch 14 versehen. Die Membrane 3 ist zwischen einer Bundbüchse 4 und dem Ringflansch 14 eingespannt. Beim Ausführungsbeispiel pressen Schrauben 11, 12 die Bundbüchse 4 gegen den Ringflansch 14 am Hohlzylinder 2, wodurch die Membrane 3 in ihrem Randbereich gehalten ist.

Die Bundbüchse 4 dient auch der Lagerung einer längsverschieblichen Stange 8, die der Lastübernahme auf das Federelement 1 dient. Die Stange 8 hat an ihrem membranseitigen Ende 10 eine Bohrung 13, in der ein Befestigungselement 6, beispielsweise eine Schraube, sitzt. Das Befestigungselement 6 durchdringt die Membrane 3 und liegt unter Zwischenlegung einer Scheibe 5 mit einem Kopf 16 auf der Seite des Innenraums 9 des Hohlzylinders 2 an der Membrane 3 an. Somit ist die Membrane 3 durch die Stange 8, die Scheibe 5 und den Kopf 16 des Befestigungselements 6 in diesem Bereich hermetisch abgedichtet.

Die Membrane 3 besteht aus einem gummiartigen Material, das auf seiner druckabgewandten Seite eine Gewebeverstärkung aufweist.

Im Bereich des rückseitigen Endes des Hohlzylinders 2 ist an einem, eine Verbindung zum Innenraum 9 des Hohlzylinders herstellenden Anschluß 17 ein Ventil 7 angebracht. Über das Ventil 7 und den Anschluß 17 werden der Hohlzylinder 2 mit Gas befüllt, der Innendruck bedarfsweise vermindert oder erhöht, und damit die Steifigkeit des Federelements vermindert oder erhöht.

Durch Verwendung verschiedener Bauformen von Membranen, beispielsweise Flach-, Roll- oder Tellermembranen, werden verschieden große Hübe der Stange 8 ermöglicht.

Das Federelement eignet sich vorzugsweise zur Verwendung dort, wo rasche Lastwechsel auftreten, insbesondere in Schlagwerken von Bohrmaschinen und Bohrhämmern.

Claims

1. Gasgefülltes Federelement ohne Dämpfung, dadurch gekennzeichnet, daß ein topfförmiger Hohlzylinder (2) und eine den Hohlzylinder (2) hermetisch abdichtende Membrane (3) ein Gas einschließen, und auf der druckabgewandten Seite der Membrane (3) an dieser eine Stange (8) angebracht ist, die in einer am Hohlzylinder (2) befestigten Bundbüchse (4) längsverschieblich gelagert ist.

2. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (8) auf der druckabgewandten Seite der Membrane (3) an dieser unmittelbar anliegt.

3. Federelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) zwischen einem Ringflansch (14) an der offenen Seite des topfförmigen Hohlzylinders (2) und der Bundbüchse (4) eingespannt ist.

4. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit des Federelements durch den Druck im Innenraum (9) des Hohlzylinders (2) bestimmt ist.

5. Federelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (7) zur Einstellung des Drucks im Innenraum (9) des Hohlzylinders (2) vorgesehen ist.

6. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) für kleine Hübe eine Flachmembrane ist.

7. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) für große Hübe eine Rollmembrane ist.

8. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) für mittlere Hübe eine Sickenmembrane ist.

9. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (1) Bestandteil eines Schlagwerks einer Bohrmaschine ist.

10. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (1) Bestandteil eines Schlagwerks eines Bohrhammers ist.