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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf hydraulische
Hubdämpfer
und im Besonderen auf einen verbesserten, in sich geschlossenen
hydraulischen Hubende-Dämpfer,
der dafür
bestimmt ist, die Bewegung einer Antriebsstange an beiden Enden
ihres Hubs abzubremsen und zu dämpfen.
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Technikhintergrund
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Hydraulische
Antriebe sind häufig
mit separaten Dämpfungsmechanismen
zum Abbremsen ausgestattet, um den Aufprall der Kolben beim Auftreffen
auf das Ende des Zylinders an beiden Enden seines Hubs zu verringern.
Mit dem Aufkommen elektromechanischer Schraubenantriebe werden häufig separate
hydraulische Hubdämpfer-Baugruppen zugefügt, um beide
Enden der Antriebsstangenbewegung abzubremsen und zu dämpfen.
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Hydraulische
Antriebe, verwendet in Flugsimulations-Bewegungssystemen, haben
während
vieler Jahre in den hydraulischen Zylindern integrierte Hubende-Dämpfer genutzt.
Als in den frühen
1990er Jahren begonnen wurde, elektrische Antriebe in Bewegungssystemen
zu nutzen, war es eine Erfordernis, Stoßdämpfer einzubauen, um diese
Dämpfungsfunktion
zu erzeugen. In einem hydraulischen Antrieb ist es unkompliziert,
Stoßdämpfung einzubauen.
In einem elektromechanischen Antrieb erfordert Stoßdämpfung jedoch
eine separate Zusatzvorrichtung für diesen Zweck. Ein Ansatz
war, separate Stoßdämpfungszylinder
zu verwenden, die entweder innerhalb oder außerhalb des Antriebs an jedem
Ende angebracht sind.
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Einzelheiten
zu solchen Stoßdämpfern nach Stand
der Technik werden gezeigt und beschrieben in US-Patenten mit den
Nummern 5.931.739, 5.720.368, 5.509.511, 5.387.083, 5.271.485, 3.766.798,
und 3.200.664, JPA 09210018A legt eine Hub-Stoßdämpfungsvorrichtung
offen nach Oberbegriff des Anspruchs 1.
DE 3245732 zeigt eine Hub-Stoßdämpfungsvorrichtung
mit einem Gehäuse, einem
beweglichen Teil, einer Kammer mit variablem Volumen und einem Leerlaufmechanismus.
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Offenlegung
der Erfindung
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Mit
parenthetischem Bezug auf die entsprechenden Teile, Abschnitte oder
Flächen
der offen gelegten Ausführungsform,
lediglich zum Zweck der Veranschaulichung, und nicht als Limitierung,
stellt die vorliegende Erfindung allgemein (zum Beispiel in 1)
eine verbesserte einzelne, in sich geschlossene bidirektionale hydraulische
Hubende-Stoßdämpfungsvorrichtung
bereit, die wirksam ist, die Bewegung einer Antriebsstange an beiden
Ende ihres Hubs abzubremsen und zu dämpfen.
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Nach
der Erfindung ist eine bidirektionale Hubende-Stoßdämpfungsvorrichtung
bereitgestellt, die umfasst: ein Gehäuse; eine relativ zu dem Gehäuse bewegliche
Stange; eine mit einer Flüssigkeit gefüllte ringförmige Kammer,
die durch eine Öffnung mit
einem Flüssigkeitssammelbehälter verbunden
ist; die Kammer, die zwischen mindestens einem Kolben und einem
Zylinder definiert ist, und einen Leerlaufmechanismus, um wahlweise
eine Verringerung des Volumens der Kammer zu bewirken, indem die
Stange annähernd
an beide Enden ihres Hub bewegt wird, wodurch der Mechanismus Flüssigkeit
aus der Kammer durch die Öffnung
drücken
wird, um die relativ zum Gehäuse
erfolgende Bewegung der Stange unmittelbar an beiden Enden ihres
Hubs abzubremsen, gekennzeichnet dadurch, dass der Kolben und der
Zylinder konzentrisch mit der Stange sind.
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Alternativ
kann die Kammer zwischen einem Zylinder und zwei Kolben definiert
sein, wie in 2 gezeigt. Der Flüssigkeitssammelbehälter kann
einen Druckspeicher enthalten, der auf Wunsch unter Druck stehen
kann. Der Leerlaufmechanismus kann ein erstes Druckstützenelement
enthalten, das auf dem Element angebracht ist, um einen Abschnitt
der Kammerwand zu erfassen, und ein zweites Druckstützenelement,
das auf dem Element angebracht ist, um einen anderen Abschnitt der
Kammerwand zu erfassen.
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Dementsprechend
ist das allgemeine Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Hubende-Stoßdämpfungsvorrichtung
bereitzustellen.
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Weiteres
Ziel ist, eine einzelne Stoßdämpfungsvorrichtung
bereitzustellen, die auf einem elektromechanischen Antrieb angebracht
sein kann, und die wahlweise und steuerbar die Bewegung der Antriebsstange
unmittelbar an beiden Enden ihres Hubs abbremsen und dämpfen kann.
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Diese
und andere Ziele und Vorteile werden deutlich durch die vorangegangene
und die fortführende
schriftliche Ausführung,
die Zeichnungen und die beigefügten
Ansprüche.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht, teilweise als Aufriss und teilweise als
Ausschnitt, die eine erste Form einer verbesserten Stoßdämpfungsvorrichtung
zeigt.
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2 ist
eine schematische Ansicht, wieder teilweise als Aufriss und teilweise
als Ausschnitt, die eine zweite Form der verbesserten Vorrichtung
zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Zu
Beginn sollte es klar verstanden sein, dass gleiche Bezugszeichen
dafür gedacht
sind, die gleichen strukturellen Elemente, Teile oder Flächen einheitlich überall in
den verschiedenen Zeichnungen zu kennzeichnen, weil solche Elemente,
Teile oder Flächen
durch die gesamte schriftliche Beschreibung weiter beschrieben oder
erklärt
werden können,
wovon diese detaillierte Beschreibung ein wesentlicher Teil ist.
Sofern nicht anderweitig gekennzeichnet, ist vorgesehen, dass die
Zeichnungen zusammen mit den Beschreibungen gelesen werden (zum
Beispiel Kreuzschraffierung, Anordnung von Teilen, Proportion, Grad
usw.), und sie sollen als ein Teil der gesamten schriftlichen Beschreibung
gelten. Wie in der folgenden Beschreibung verwendet, beziehen sich
die Benennungen "horizontal", "vertikal", "links", "rechts", oben" und unten" sowie ihre adjektivischen
und adverbialen Ableitungen davon (zum Beispiel "horizontal", "rechtsgerichtet", "aufwärts° usw.) einfach
auf die Ausrichtung der dargestellten Struktur, in der die jeweilige
Zeichnung normalerweise dem Leser gegenüberliegt. Auf die gleiche Weise
beziehen sich die Benennungen nach innen gerichtet" und "nach außen gerichtet" allgemein auf die
Ausrichtung einer Fläche
relativ zu ihrer Verlängerungsachse
oder Rotationsachse, wie jeweils anwendbar.
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Erste Ausführungsform
(Kolbenzylinder, 1)
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Indem
nun Bezug auf die Zeichnungen genommen wird und im Besonderen auf 1 davon, ist
die erste Form der verbesserten Hubende-Stoßdämpfungsvorrichtung im Allgemeinen
mit 20 bezeichnet. Diese Vorrichtung wird gezeigt, indem
sie allgemein ein Gehäuse
beinhaltet, von dem ein Teilbereich im Allgemeinen mit 21 bezeichnet
ist; eine relativ zum Gehäuse
bewegliche Antriebsstange 22; eine einzelne, mit einer
Flüssigkeit
gefüllte
ringförmige
Kammer variablen Volumens 23; einen Flüssigkeitssammelbehälter 24;
und einen Leerlaufmechanismus 25.
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In 1 wird
Stange 22 als ein horizontal verlängertes zylindrisches Teil
gezeigt, das zur gesteuerten horizontalen Bewegung entlang seiner Achse
x–x angebracht
ist. Die Stange weist in axialem Abstand ein Paar ringförmige Stopper
oder Randanschlagteile auf, die davon radial nach außen ragen.
Das linke Randanschlagteil ist mit 26 gekennzeichnet, und
das rechte Randanschlagteil ist mit 28 gekennzeichnet.
Teile 26 und 28 können ganz nach Wunsch integral
mit Stange 22 geformt sein oder können separat geformt und anschließend an
der Stange angebracht werden. Stange 22 ist auf diese Weise
für horizontale
Hin- und Herbewegung relativ zu Gehäuse 21 befestigt.
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Der
Stoßdämpfer enthält die einzelne,
mit einer Flüssigkeit
gefüllte
Kammer variablen Volumens 23, die definiert wird zwischen
einem nach rechts seitenverkehrt gedrehten C-förmigen Zylinderteil 29 und einem
darin aufgenommenen nach links gerichteten Kolbenteil. Teile 29 und 30 sind
für wahlweise
axiale Bewegung relativ zueinander befestigt, um das Volumen der
dazwischen liegenden Kammer 23 zu variieren.
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Zylinderteil 29 wird
gezeigt, indem es einen ringförmigen,
nach links öffnenden
kelchförmigen, schräg laufenden
Querschnitt aufweist. Im Besonderen ist dieser Querschnitt nachfolgend
begrenzt durch eine nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 31, eine nach
links gerichtete ringförmige
Fläche 32 und
nach innen gerichtete zylindrische Fläche 33, eine nach
links gerichtete ringförmige
vertikale Fläche 34,
eine nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 35, eine nach
links gerichtete ringförmige
vertikale Fläche 36,
die im Wesentlichen koplanar mit Fläche 32 ist, eine nach
innen gerichtete horizontale zylindrische Fläche 38 und eine nach rechts
gerichtete ringförmige
vertikale Fläche 39, eine
nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 40 und eine nach
rechts gerichtete ringförmige
vertikale Flache 41, die davon radial nach außen ragt,
um an das reche Ende von Fläche 31 anzuschließen.
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Kolbenteil 30 wird
gezeigt als ein speziell konfigurierter ringförmiger Teil, der folgend begrenzt wird
durch eine nach links gerichtete ringförmige vertikale Fläche 42,
eine nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 43, eine nach
links gerichtete ringförmige
Vertikale 44, eine nach außen gerichtete horizontale
zylindrische Fläche 45,
eine nach rechts gerichtete ringförmige vertikale Fläche 46,
eine nach innen gerichtete horizontale zylindrische Fläche 48, eine
nach rechts gerichtete ringförmige
vertikale Fläche 49,
und eine nach innen gerichtete horizontale zylindrische Fläche 50,
die davon nach links herausragt, um an den inneren Rand der linken
Endfläche 42 anzuschließen.
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Kolbenteilfläche 43 ist
angeordnet mit geringem Abstand in Richtung auf eine nach innen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 51 des Gehäuses, und
die gleitende Fuge dazwischen ist durch Mittel eines O-Rings 52 abgedichtet.
Kolbenteilfläche 45 ist
angeordnet mit geringem Abstand in Richtung auf Fläche 33,
und die gleitende Fuge dazwischen ist durch einen O-Ring 53 abgedichtet.
Kolbenteilfläche 48 ist
angeordnet in geringem Abstand in Richtung auf Fläche 35,
und die gleitende Fuge dazwischen wird durch Mittel eines O-Rings 54 abgedichtet.
Zylinderteilfläche 31 ist
angeordnet in geringem Abstand in Richtung auf eine nach innen gerichtete
horizontale zylindrische Fläche 55 des
Gehäuses.
Zylinderfläche 40 ist
angeordnet in geringem Abstand in Richtung auf Gehäusefläche 56,
und die Fuge dazwischen wird durch einen O-Ring 58 abgedichtet.
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Das
Gehäuse
wird in entsprechendem Anteil gezeigt, indem es zur Rechten einen
Abschnitt 59 aufweist, der sich radial nach innen gerichtet
in Richtung des Teils erstreckt, einen äußeren Abschnitt 60, einen
Abschnitt 61 zur Linken und einen inneren Abschnitt 62,
der sich nach rechts vom inneren Rand des linken Abschnitts 61 erstreckt.
Der nach links auf die ringförmige
vertikale Fläche 63 gerichtete
rechte Gehäuseteil 59 dient
als ein Druckstützenanschlag, um
die nach rechts gerichtete Bewegung des Zylinderteils 29 zu
begrenzen. Der nach rechts auf die ringförmige vertikale Fläche 64 gerichtete
innere Abschnitt 62 des Gehäuses dient als ein Druckstützenanschlag,
um die Bewegung nach links von Teil 30 zu begrenzen. Teile 29 und 30 definieren
zwischen sich eine mit Flüssigkeit
gefüllte
Kammer variablen Volumens 23, die durch drei Öffnungen
mit axialem Abstand, jede für
sich mit 65 bezeichnet, verbunden ist mit einer Flüssigkeitssammelkammer 66.
Diese Flüssigkeitssammelkammer
wiederum ist verbunden mit dem unter Druck stehenden Druckspeicher 68.
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Der
Stoßdämpfer 20 beeinträchtigt nicht
die normale Bewegung des stangenähnlichen
Teils 22 relativ zum Gehäuse zwischen den Enden seines Hubs.
Wenn jedoch das stangenähnliche
Teil veranlasst würde,
sich nach rechts relativ zum Gehäuse
in Richtung des rechten Endes seines Hubs zu bewegen, würde die
ringförmige
vertikale rechte Seite der linken Stangendruckstütze 26 zuerst Kolbenfläche 42 in
Eingriff bringen. Danach würde
fortgesetztes Bewegen der Stange 22 Kolbenteil 30 veranlassen,
sich nach rechts innerhalb Zylinderteil 29 zu bewegen und dabei
Flüssigkeit
in Kammer 23 zwingen, durch Öffnungen 65, 65, 65 in
die Flüssigkeitssammelkammer 66 und
von dort aus in Druckspeicher 68 zu fließen. In
diesem Zusammenhang sollte beachtete werden, dass Bewegungen des
Kolbenteils 30 nach rechts nacheinander die drei mit Abstand
angebrachten Öffnungen
verschließen,
wodurch sich der Öffnungsbereich
schrittweise verkleinert, wenn sich der Kolben innerhalb des Zylinders
nach rechts bewegt. Dieser Vorgang wird daher eine solche Rechtsbewegung der
Stange relativ zum Gehäuse
abbremsen und dämpfen.
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Umgekehrt,
wenn Stange 22 veranlasst würde, sich nach links relativ
zum Gehäuse
zu bewegen, würde
die nach links gerichtete ringförmige
vertikale Fläche
des rechten Stangendruckstützenteils 28 zuerst
Zylinderfläche 29 in
Eingriff bringen. Anschließend
würde fortgesetzte
Linksbewegung der Stange relativ zum Gehäuse Teil 29 veranlassen,
sich nach links relativ zu Kolbenteil 30 zu bewegen. Dies
würde den
gleichen Effekt haben zur Verringerung des Volumens der mit Flüssigkeit
gefüllten
Kammer 23, indem Flüssigkeit
veranlasst würde,
durch die begrenzten Öffnungen 65, 65, 65 in
Flüssigkeitssammelkammer 66 und
von dort in Druckspeicher 68 zu fließen. Hierbei werden wieder
die Öffnungen
nacheinander abgedeckt, um wirksam die Durchflussdrosselung zu erhöhen, während sich
der Zylinderteil nach links in Richtung auf das Ende seines Hubs
bewegt.
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Zweite Ausführungsform
(Kolben-Kolben, 2)
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Eine
zweite Form des originellen Stoßdämpfers wird
in 2 gezeigt. In dieser Form wird der Stoßdämpfer allgemein
mit 70 bezeichnet. Der Stoßdämpfer wird wieder gezeigt,
indem er eine Stange 22 aufweist, die in axialem Abstand
jeweils Naben oder Druckstützenanschläge 26, 28 bereitstellt.
Das Gehäuse
ist allgemein mit 71 bezeichnet. In dieser zweiten Form
weist das Gehäuse
einen rechten Abschnitt 72 auf, der sich radial nach innen
in Richtung der Stange erstreckt, einen Zwischenabschnitt 73 und
einen linken Abschnitt 74. In dieser Form beinhaltet der
Mechanismus einen linken Kolbenteil 75 und einen rechten
Kolbenteil 76. Diese beiden Kolbenteile sind zur Bewegung
innerhalb eines zylinderähnlichen
Teils befestigt, der durch das Gehäuse begrenzt wird.
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Linker
Kolbenteil 75 wird als speziell konfigurierter Teil gezeigt,
in gewisser Weise analog zu Teil 30 in der ersten Ausführungsform.
Im Besonderen wird linker Kolbenteil 75 gezeigt als nacheinander
begrenzt durch eine nach links gerichtete ringförmige verti kale Fläche 78,
eine nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 79, eine nach
links gerichtete ringförmige
vertikale Fläche 80,
eine nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 81, eine nach
rechts gerichtete ringförmige
vertikale Fläche 84 und
eine nach innen gerichtete horizontale zylindrische Fläche 85,
die nach links davon weitergeht, um wieder an den inneren Rand der
linken Endfläche 78 anzuschließen.
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Rechtes
Kolbenteil 76 wird gezeigt als nacheinander begrenzt durch
eine ringförmige
vertikale linke Fläche 86,
eine nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 88, eine nach
links gerichtete ringförmige
vertikale Fläche 89 und
nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 90, eine nach rechts
gerichtete ringfönnige
vertikale Fläche 91, eine
nach außen
gerichtete horizontale zylindrische Fläche 92, eine ringförmige vertikale
rechte Endfläche 93 und
eine nach innen gerichtete horizontale zylindrische Fläche 94,
die nach links davon weitergeht, um wieder an den innern Rand der
linken Endfläche 86 anzuschließen.
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Ein
Abschnitt der rechten Kolbenfläche 88 ist dafür vorgesehen,
mit geringem Abstand in Richtung Fläche 83 angeordnet
zu werden, und die gleitende Fuge dazwischen ist mit Mitteln eines
O-Rings 95 abgedichtet. Ein O-Ring 96 dichtet
die gleitende Fuge zwischen linker Kolbenfläche 81 und der nach
innen gerichteten Fläche 98 des
Gehäuses
ab. Ein weiterer O-Ring 99 ist wirksam erhöht, um die
gleitende Fuge zwischen linker Kolbenfläche 79 und der nach
innen gerichteten Fläche 100 des
Gehäuses
abzudichten. Noch ein weiterer O-Ring ist angeordnet, um die gleitende
Fuge zwischen rechter Kolbenfläche 90 und Gehäusefläche 98 abzudichten.
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Das
Gehäuse
enthält
einen Durchgang 105, der eine kleine Flüssigkeitssammelkammer 106 mit einem
unter Druck stehenden Druckbereich 108 verbindet.
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Der
in 2 gezeigte Stoßdämpfer, obgleich strukturell
unterschiedlich, arbeitet funktionell im Wesentlichen in gleicher
Weise wie die in 1 gezeigte Vorrichtung.
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Der
Stoßdämpfer hat
keine störenden
Auswirkungen auf die normale Bewegung der Stange zwischen beiden
Enden ihres Hubs.
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Wenn
sich die Stange nach rechts relativ zu dem Gehäuse in Richtung des Endes ihres
Hubs bewegt, bringt die nach rechts gerichtete ringförmige vertikale
Fläche
der linken Stangendruckstütze 26 zuerst
die linke Kolbenfläche 78 in
Eingriff. Danach wird fortgesetzte Rechtsbewegung der Stange verursachen,
dass das linke Kolbenteil sich nach rechts relativ zum feststehenden
rechten Kolbenteil 76 bewegt. Dies wird verursachen, dass
Flüssigkeit
in der Kammer variablen Volumens 109 durch begrenzte Öffnung 110 in
Flüssigkeitssammler 106 und
von dort durch Durchlass 105 zu dem unter Druck stehenden Druckspeicher
fließt.
Dieser Vorgang wird solche Rechtsbewegung der Stange relativ zu
dem Gehäuse
an dem rechten Ende ihres Hubs abbremsen und dämpfen.
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Sollte
sich umgekehrt die Stange nach links relativ zum Gehäuse bewegen,
wird die nach links gerichtete ringförmige vertikale Fläche der
rechten Stangendruckstütze 28 zuerst
rechte Kolbenfläche 93 in
Eingriff bringen. Danach wird fortgesetzte Linksbewegung der Stange
relativ zu dem Gehäuse
den rechten Kolbenteil 76 veranlassen, sich nach links
relativ zu feststehendem linken Kolbenteil 75 zu bewegen,
um wieder das Volumen der mit Flüssigkeit
gefüllten
Kammer 109 zu verringern und Flüssigkeit durch begrenzte Öffnung 110 und
Durchgang 105 zu Druckspeicher 108 zu drücken. Dieser
Vorgang wird solche Linksbewegung der Stange anstoßend an
das linke Ende ihres Hubs abbremsen und dämpfen.
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Deshalb
stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte, in sich geschlossene
Hubende-Stoßdämpfungsvorrichtung
bereit, die bidirektional arbeitet (zum Beispiel unabhängig davon,
in welcher Richtung sich der Stab relativ zum Gehäuse bewegt).
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Modifizierungen
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Selbstverständlich können viele
verändernde
Modifizierungen durchgeführt
werden. Zum Beispiel kann einer der Teile als ein Kolben konfiguriert werden,
der relativ zum anderen bewegt werden kann, der wie in 1 gezeigt
als Zylinder konfiguriert sein kann. Alternativ kann das Gehäuse einen Zylinder
definieren, und beide der Teile können als innerhalb des Zylinders
bewegliche Kolben konfiguriert sein, wie in 2 gezeigt.
Die unter Druck stehende Flüssigkeit,
bereitgestellt durch Druckspeicher 68, 108, neigt
die Kolben-Zylinder-Teile und Kolben-Kolben-Teile jeweils, um sich
getrennt voneinander zu bewegen. Wenn jedoch die unter Druck stehenden Druckspeicher
entfallen sollen, könnte
eine Rückholfeder
diese Funktion ausführen.
Die Materialien für die
Konstruktion und Abmessungen werden nicht als besonders entscheidend
erachtet und können
nach Wunsch völlig
verändert
oder modifiziert werden. In ähnlicher
Weise sind die allgemeine Gestaltung und Zusammenstellung der verschiedenen
Teile nicht begrenzt auf die einzelnen gezeigten Formen. Außerdem können andere
Arten von Leerlaufverbindungen an diese Stelle gesetzt werden.
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Folglich,
indem zwei gegenwärtig
bevorzugte Formen der verbesserten Hubende-Stoßdämpfungsvorrichtung
gezeigt und beschrieben und verschiedene Modifizierungen und Veränderungen
davon behandelt wurden, werden Kenner der Technik leicht erkennen,
dass verschiedene weitere Änderungen
und Modifizierungen gemacht werden können, ohne vom Anwendungsbereich
der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert
und differenziert ist.