DE68914848T2

DE68914848T2 - Hydraulischer zylinder mit dämpfungsanordnung.

Info

Publication number: DE68914848T2
Application number: DE68914848T
Authority: DE
Inventors: Sven-Erik Jaerfaella Overstrom
Original assignee: OVERSTROM SVEN ERIK
Current assignee: OVERSTROM SVEN ERIK
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2009-11-03
Also published as: DE68914848D1; SE8804035L; EP0442908B1; CA2002278A1; SE8804035D0; SE465529B; WO1990005245A1; EP0442908A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Fluid-Arbeitszylinder, der mit einer Dämpfungseinrichtung für das Dämpfen der Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder versehen ist.
Fluid-Arbeitszylinder erfordern oft eine Dämpfungseinrichtung, welche den Kolben an einem oder beiden Enden seines Hubes innerhalb des Zylinders verzögert. Bei den meisten Dämpfungseinrichtungen läßt man ein Restvolumen an Fluid, das in einem Dämpfungsabteil eingefangen ist, aus dem Dämpfungsabteil nur durch eine beschränkte Auslaßpassage entweichen, um die Bewegung des Kolbens während des Endabschnitts seines Hubes zu verzögern.
Bei einer Dämpfungseinrichtung dieses Typs nach dem Stand der Technik (SE-B-347046) ist ein einziger Dämpfungskolben auf einer Seite eines Arbeitskolbengliedes vorgesehen, der hin- und herbeweglich ist zwischen entgegengesetzten Endpositionen in einem Arbeitszylinderglied. Wenn das Arbeitskolbenglied sich einer Endposition nähert, wird der Dämpfungskolben in einem Dämpfungszylinder, der an einem Ende des Arbeitszylindergliedes vorgesehen ist, aufgenommen, so daß Fluid in einem Dämpfungsabteil eingefangen wird, begrenzt von dem Dämpfungszylinder. Eine beschränkte Auslaßpassage für das eingefangene Fluid wird gebildet durch Nuten oder Bohrungen, die mit dem engen Ringraum kommunizieren zwischen dem Dämpfungskolben und der Wandung des Dämpfungszylinders.
Ein Problem, das bei dieser und vielen anderen vorbekannten Dämpfungseinrichtungen vorliegt, besteht darin, daß der Dämpfungseffekt abhängt von der Abmessungsgenauigkeit der Komponenten, welche sich relativ zueinander bewegen und zwischeneinander die begrenzte Durchtrittspassage definieren. Verschleiß dieser Komponenten beeinflußt auch den Dämpfungseffekt, der im Laufe der Zeit deshalb allmählich abnimmt.
Ein anderes Problem, das bei vielen Dämpfungseinrichtungen nach dem Stand der Technik vorliegt, besteht darin, daß es schwierig ist, den Dämpfungseffekt einzujustieren derart, daß die gewünschte Dämpfung für beide Endpositionen oder Hubenden erreicht wird.
Ein Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Fluid-Arbeitszylinder zu schaffen, der mit einer Dämpfungseinrichtung ausgestattet ist, welche bezüglich der oben erwähnten Probleme verbessert ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Fluid-Arbeitszylinder geschaffen, umfassend ein Arbeitszylinderglied, ein Arbeitskolbenglied, das einen Arbeitskolbenkorpus umfaßt, der in dem Arbeitszylinderglied zwischen einander abgekehrten Endpositionen hin- und herbeweglich ist, und eine Kolbenstange umfaßt, die an dem Arbeitskolbenkorpus angebracht ist und aus einem Ende des Arbeitszylinderglieds herausragt, und eine Einrichtung für das Dämpfen der Relativbewegungen des Arbeitszylindergliedes und des Arbeitskolbengliedes an den Endpositionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung umfaßt (a) für jede Endposition einen Dämpfungskolben an dem Arbeitszylinderglied und einen Dämpferzylinder an dem Arbeitskolbenglied, wobei der Dämpfungszylinder ein Dämpfungsabteil begrenzt mit einem geschlossenen inneren Ende und einem offenen äußeren Ende, in dem der Dämpfungskolben aufnehmbar ist, wenn er die Endposition erreicht, und (b) ein Dämpfungsfluidreservoir in konstanter Fluidströmungskommunikation mit beiden Dämpfungsabteilen, wobei eine beschränkte Durchtrittspassage den einzigen Pfad für das Entweichen von Dämpfungsfluid aus dem zugeordneten Dämpfungsabteil zu dem Dämpfungsfluidreservoir bildet, wenn der Dämpfungskolben in dem Dämpfungszylinder aufgenommen wird,
- daß die Kolbenstange des Arbeitskolbengliedes hohl ist und ihr Inneres in konstanter unbeschränkter Kommunikation mit dem Dämpfungsfluidreservoir steht,
- daß die Dämpfungszylinder innerhalb der Kolbenstange des Arbeitskolbengliedes angeordnet sind und axial voneinander beabstandet sind, wobei benachbarte Zylinderenden offen sind zum Definieren der offenen äußeren Enden der Dämpfungsabteile,
- daß jeder Dämpfungskolben äußerlich mit einer Fluiddichtung versehen ist, ausgebildet zum Dichtungseingriff mit der Innenwandung des zugeordneten Dämpfungszylinders, wenn der Dämpfungskolben sich in dem Dämpfungszylinder in Richtung des inneren Endes des Dämpfungsabteils bewirkt, und zum Ermöglichen im wesentlichen unbeschränkter Fluidströmung zwischen dem Dämpfungskolben und der Innenwandung des Dämpfungszylinders, wenn der Dämpfungskolben sich in dem Dämpfungszylinder in Richtung des äußeren Endes des Dämpfungsabteils bewegt, und
- daß die Durchtrittspassage eine Passage ist, die in dem Dämpfungskolben vorgesehen ist und an der Fluiddichtung vorbeiführt.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Fluid-Arbeitszylinders gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht eines Abschnitts des Fluid-Arbeitszylinders nach Fig. 1.
Wie in der Zeichnung gezeigt, wird die Erfindung in einem doppelt wirkenden Pneumatikzylinder angewandt, der mit einer hydraulischen Einrichtung für das Dämpfen des Hubes des Arbeitskolbengliedes des Zylinders in beiden Endpositionen oder Hubenden versehen ist. Zwei separate Dämpfungszylinder sind innerhalb einer rohrförmigen Kolbenstange des Arbeitszylindergliedes vorgesehen und gehen mit dieser hin und her, und ein doppelt wirkender Dämpfungskolben ist stationär relativ zu dem Arbeitszylinderglied, in welchem das Arbeitskolbenglied hin- und herbeweglich ist. Es ist jedoch verständlich, daß die Erfindung bei anderen Typen von Fluid-Arbeitszylindern anwendbar ist, beispielsweise Zylindern, bei denen dieselbe Art von Fluid sowohl für als Arbeitsfluid als auch als Dämpfungsfluid eingesetzt wird.
Der dargestellte Fluid-Arbeitszylinder umfaßt ein Arbeitszylinderglied, das insgesamt mit 11 bezeichnet ist, und ein Arbeitskolbenglied 12, das in dem Arbeitszylinderglied hin- und herbeweglich ist. Er umfaßt auch eine hydraulische Dämpfungseinrichtung einschließlich eines Paares von Dämpfungszylindern 13, eines Doppeldämpfungs kolbens 14 mit zugeordnetem Stützrohr 15 und einem Dämpfungsflüssigkeitsreservoir 16.
Die Hauptkomponenten des Arbeitszylindergliedes 11 sind ein zylindrisches Rohr 20 runden Querschnitts und Front- und Rückendwandungen 21 bzw. 22, welche abdichtend die Enden des Rohres verschließen und mit Verbindern 23 bzw. 24 versehen sind, durch welche das Arbeitsfluid, nämlich Druckluft, eingespeist bzw. abgeführt wird. Die Rückendwandung 22 ist integral mit dem Dämpfungsflüssigkeitsreservoir 16 hergestellt. Auf dem Reservoir 16 ist ein Paar von ausgefluchteten Schwenkzapfen 25 montiert, mittels welchen das Arbeitszylinderglied 11 an einem (nicht dargestellten) Winkel schwenkbeweglich montiert werden kann.
Das Arbeitskolbenglied 12 umfaßt einen Arbeitskolbenkorpus 26, der abdichtend im Eingriff steht mit der Innenwandung des Zylinderrohres 20 und den Zylinderraum zwischen den Endwandungen in ein frontseitiges bzw. rückseitiges Zylinderabteil 27 bzw. 28 unterteilt, welche mit dem frontseitigen Luftverbinder 23 bzw. dem rückwärtigen Luftverbinder 24 kommunizieren, und eine rohrförmige Kolbenstange 29, deren eines, nämlich das rückwärtige Ende, mit dem Arbeitskolbenkorpus verbunden ist und sich nach vorn durch eine Gleitdichtung in der frontseitigen Endwandung 21 des Arbeitszylindergliedes 11 erstreckt. Verbunden mit dem frontseitigen Ende der Kolbenstange 29 ist ein Augenbolzen 30, durch welchen das Arbeitskolbenglied 12 mit einem zu betätigenden Bauteil verbunden werden kann, etwa einer Tür oder dergleichen.
Die Endpositionen der hin- und hergehenden Bewegungen des Arbeitskolbengliedes 12 in dem Arbeitszylinderglied 11 werden definiert durch ein Paar von Anschlägen, die auf den Zylinderendwandungen 23 und 24 vorgesehen sind und ausgebildet sind, daß der Arbeitskolbenkorpus 26 auf sie auftreffen kann.
Die Dämpfungszylinder 13 der Dämpfungseinrichtung werden gebildet durch frontseitige und rückseitige zylindrische Hülsen, die in der hohlen Kolbenstange 29 nahe entsprechenden frontseitigen und rückseitigen Enden derselben befestigt sind. Die einander zugekehrten Enden der beiden Hülsen sind intern angefast oder aufgeweitet. Zusammen mit dem frontseitigen Teil der Kolbenstange 29 und dem Arbeitskolbenkorpus 26 begrenzen die Hülsen 13 ein Paar von Dämpfungsabteilen 31A, 31B, die offen sind in Richtung des Inneren 32 der Kolbenstange an deren äußeren, einander zugekehrten Enden, jedoch im übrigen verschlossen sind.
Der Doppeldämpfungskolben 14 ist am frontseitigen Ende des Stützrohres 15 befestigt, das ihrerseits mit seinem rückseitigem Ende an der Zylinderendwandung 22 befestigt ist und in ständiger offener Kommunikation steht mit einem Dämpfungsflüssigkeitsabteil 33 in dem Dämpfungsflüssigkeitsreservoir 16. Das Stützrohr 15 erstreckt sich durch eine Gleitdichtung 34 in dem Arbeitskolbenkorpus 26 und durch die rückwärtige Dämpfungszylinderhülse 13.
Der Dämpfungskolben 14 umfaßt einen frontseitigen Kolbenabschnitt 14A und einen rückseitigen Kolbenabschnitt 14B. Wenn das Arbeitskolbenglied 12 einwärts bewegt wird in seine innere Endposition im Arbeitszylinderglied 11, wie in der Zeichnung gezeigt, wird der frontseitige Dämpfungskolbenabschnitt 14A einwärts bewegt in das frontseitige Dämpfungszylinderabteil 31A in die Nähe des inneren Endes oder des Bodens des Abteils. In ähnlicher Weise wird in der äußeren Endposition des Arbeitskolbengliedes 12 der rückseitige Dämpfungszylinderabschnitt 14B einwärts in das rückseitige Dämpfungszylinderabteil 31B in die Nähe des inneren Endes oder Bodens desselben bewegt.
Der Doppeldämpfungskolben 14 umfaßt einen hantelförmigen Metallkorpus, dessen sich erweiternde Endabschnitte den frontseitigen bzw. rückseitigen Dämpfungskolbenabschnitt 14A, 14B bilden und einen Durchmesser aufweisen, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Dämpfungszylinderhülsen 13. Die Differenz in den Durchmessern ist hinreichend, um eine im wesentlichen ungedrosselte Flüssigkeitsströmung durch den Spalt zwischen jeder Dämpfungszylinderhülse 13 und dem zugeordneten Dämpfungskolbenabschnitt 14A, 14B, der darin aufgenommen wird, zu ermöglichen.
Jeder Dämpfungskolbenabschnitt 14A, 14B ist mit einer externen Umfangsnut 35A, 35B versehen, welche einen kegelstumpfförmigen Dichtring 36A, 36B aus relativ weichem Material aufnimmt. Die Dichtungsringe sind einander derart abgekehrt, daß ihre weiteren Enden, die ausgebildet sind zum dichtenden Eingriff mit der Innenwandung der Dämpfungszylinderhülsen 13, voneinander abgekehrt sind, d.h. in Richtung der inneren Enden der Dämpfungsabteile.
Durch den gesamten Dämpfungskolben 14 erstreckt sich eine zentrale axiale Passage 37, die ständig in offener Kommunikation steht mit dem Inneren des Stützrohres 15 und demgemäß mit dem Dämpfungsflüssigkeitsabteil 33. ln das frontseitige Ende dieser Passage ist eine kalibrierte Drossel 38 eingefügt. Mittels einer Querpassage 39 steht der zentrale Abschnitt der Passage 37 in dauernder ungedrosselter Kommunikation mit dem Raum um den Dämpfungskolben.
Von der rückseitigen Endfläche des rückwärtigen Kolbenabschnitts 14B erstreckt sich eine axiale Passage 40, die in dauernder ungedrosselter Kommunikation mit dem Kolbenstangenraum 32 steht und dauernd in gedrosselter Kommunikation steht mit dem Raum rings um den Dämpfungskolben, welche letzterwähnte Kommunikation über eine kalibrierte Drosselung 41 erfolgt, die angeordnet ist zwischen den beiden Dichtungsringen in einem geringen Abstand von dem Dichtungsring 36B.
Der Kolbenstangenraum 32 und die mit ihm kommunizierenden Räume sind ständig mit der Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Wenn der Arbeitskolben 12 sich nach außen relativ zu dem Arbeitszylinderglied 11 aus der dargestellten inneren Endposition unter der Wirkung von Druckluft bewegt, die dem rückwärtigen Arbeitszylinderabteil 28 zugeführt wird, expandiert das frontseitige Dämpfungszylinderabteil 31A, das frontseitig begrenzt wird von dem frontseitigen Dämpfungskolbenabschnitt 14A. Während dieser Bewegung wird das Dämpfungsabteil 31A allmählich mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt, die gegen sehr geringen Widerstand in das Abteil an dem Dichtring 36A vorbeiströmt, weil dieser Dichtungsring in seine Nut 35A gepreßt wird. Demgemäß wirkt der Dichtungsring 36A als ein Ventil (Rückschlagventil), das sich automatisch öffnet, um Flüssigkeitsströmung in das frontseitige Dämpfungszylinderabteil 31A zu ermöglichen.
Wenn das Arbeitskolbenglied 12 sich seiner äußeren Endposition nähert, wird der rückseitige Dämpfungskolbenabschnitt 14B in der rückseitigen Dämpfungszylinderhülse 13 aufgenommen. Der rückseitige Dichtungsring 36B wird wegen seiner Kegelstumpfform dazu gebracht, abdichtend sich an die Innenwandung der Hülse anzulegen (Rückschlagventilwirkung). Der einzige Weg, durch welchen die Dämpfungsflüssigkeit, die im rückseitigen Dämpfungszylinderabteil 31B eingefangen ist, entweichen kann, wird demgemäß gebildet durch die Passage 40, welche die kalibrierte Drosselung 41 enthält. Aufgrund ihrer Querschnittsfläche bestimmt diese Drosselung die Rate, mit der das Arbeitskolbenglied 12 seine Bewegung in die äußere Endposition fortsetzt.
Während des Rücklaufs des Arbeitskolbengliedes 12 in seine innere Endposition, bestimmt in ähnlicher Weise die kalibrierte Drossel 38 in dem frontseitigen Dämpfungskolbenabschnitt 14A die Rate, mit der der Endabschnitt dieses Rücklaufs erfolgt.
Im Betrieb erfolgt kein Verschleiß jener Elemente, nämlich der Drosseln 38 und 41 der Dämpfungseinrichtung, welche die Geschwindigkeit festlegen, mit der das Arbeitskolbenglied 12 sich nahe den Endpositionen bewegt, unter der Annahme, daß die auf das Arbeitskolbenglied 12 wirkenden Kräfte gegeben sind. Diese Elemente unterliegen demgemäß keinerlei Anderung bezüglich ihrer vorbestimmten Querschnittsströmungsfläche während der Betriebsdauer der Dämpfungseinrichtung. Da es darüber hinaus auch leicht ist, die Drosseln mit der gewünschten Querschnittsströmungsfläche zu konstruieren und sicherzustellen, daß die Dämpfungsflüssigkeit, eingefangen in den Dämpfungszylinderabteilen, nur durch die Drosseln entweichen kann, kann die Dämpfungseinrichtung so konstruiert werden, daß sie den gewünschten Dämpfungseffekt ergibt. Darüber hinaus ist es einfach sicherzustellen, daß jeglicher Verschleiß, der stattfindet, nicht den Dämpfungseffekt über die Zeit in einer Weise beeinflußt, der schwierig zu kompensieren wäre. Wenn die Dämpfungswirkung der Einrichtung sich verringern sollte wegen Verschleiß der Dichtungsringe der Dämpfungskolben, kann der gewünschte Dämpfungseffekt ohne weiteres durch Austausch der Dichtungsringe wieder hergestellt werden.
In der dargestellten Ausführungsform sind die kalibrierten Drosseln festliegend, doch liegt es natürlich im Rahmen der Erfindung, sie einstellbar zu machen.
Das Dämpfungsflüssigkeitsreservoir 16, dessen Hauptkorpus integral mit der rückseitigen Zylinderendwandung 22 hergestellt ist, hat eine im wesentlichen kreiszylindrische Außenform und ist abdichtend an seinem rückwärtigen Ende mittels eines Gewindedeckels 42 verschlossen.
Die beiden ausgefluchteten Schwenkzapfen 25 sind an einer runden Klammer 43 befestigt, die in Position um das Dämpfungsflüssigkeitsreservoir 16 mittels eines Bolzens 44 gehalten wird, die durch ein Paar von auswärts abgewinkelten Flanschen 45 der Klammer geführt ist. Die Klammer 43 wird axial in ihrer Position und möglicherweise auch gegen Drehung auf dem Dämpfungsflüssigkeitsreservoir festgelegt durch eine Rippe 46 auf der Innenseite der Klammer oder durch irgendeinen anderen geeigneten Fortsatz, der in eine entsprechende Nut oder Ausnehmung 47 auf der Außenseite des Dämpfungsflüssigkeitsreservoirs 16 eingreift.

Claims

1. Ein Fluid-Arbeitszylinder, umfassend

ein Arbeitszylinderglied (11),

ein Arbeitskolbenglied (12), das einen Arbeitskolbenkorpus (25) umfaßt, der in dem Arbeitszylinderglied zwischen einander abgekehrten Endpositionen hin- und herbeweglich ist, und eine Kolbenstange (29) umfaßt, die an dem Arbeitskolbenkorpus angebracht ist und aus einem Ende des Arbeitszylindergliedes herausragt, und

eine Einrichtung für das Dämpfen der Relativbewegungen des Arbeitszylindergliedes (11) und des Arbeitskolbengliedes (12) an den Endpositionen,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Dämpfungseinrichtung umfaßt

(a) für jede Endposition einen Dämpfungskolben (14A, 14B) an dem Arbeitszylinderglied (11) und einen Dämpfungszylinder (13) an dem Arbeitskolbenglied (12), wobei der Dämpfungszylinder (13) ein Dämpfungsabteil (31A,31B) begrenzt mit einem geschlossenen inneren Ende und einem offenen äußeren Ende, in dem der Dämpfungskolben aufnehmbar ist, wenn er die Endposition erreicht, und

(b) ein Dämpfungsfluidreservoir (16) in konstanter Fluidströmungskommunikation mit beiden Dämpfungsabteilen (31A,31B), wobei eine beschränkte Durchtrittspassage (37/38,40/41) den einzigen Pfad für das Entweichen von Dämpfungsfluid aus dem zugeordneten Dämpfungsabteil zu dem Dämpfungsfluidreservoir bildet, wenn der Dämpfungskolben in dem Dämpfungszylinder aufgenommen wird,

daß die Kolbenstange (29) des Arbeitskolbengliedes (12) hohl ist und ihr Inneres in konstanter unbeschränkter Kommunikation mit dem Dämpfungsfluidreservoir (16) steht,

daß die Dämpfungszylinder (13) innerhalb der Kolbenstange des Arbeitskolbengliedes (12) angeordnet sind und axial voneinander beabstandet sind, wobei benachbarte Zylinderenden offen sind zum Definieren der offenen äußeren Enden der Dämpfungsabteile (31A,31B),

daß jeder Dämpfungskolben (14A,14B) äußerlich mit einer Fluiddichtung (36A,36B) versehen ist, ausgebildet zum Dichtungseingriff mit der Innenwandung des zugeordneten Dämpfungszylinders (13), wenn der Dämpfungskolben sich in dem Dämpfungszylinder in Richtung des inneren Endes des Dämpfungsabteils (31A, 31B) bewirkt, und zum Ermöglichen im wesentlichen unbeschränkter Fluidströmung zwischen dem Dämpfungskolben und der Innenwandung des Dämpfungszylinders, wenn der Dämpfungskolben sich in dem Dämpfungszylinder in Richtung des äußeren Endes des Dämpfungsabteils bewegt, und

daß die Durchtrittspassage (37/38,40/41) eine Passage ist, die in dem Dämpfungskolben vorgesehen ist und an der Fluiddichtung (36A,36B) vorbeiführt.

2. Ein Fluid-Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittspassage (37/38,40/41) eine kalibrierte Drossel (38,41) umfaßt.

3. Ein Fluid-Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (38) an einem Drosselglied vorgesehen ist, das austauschbar an dem Dämpfungskolben (14A) montiert ist.

4. Ein Fluid-Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddichtung (36A,36B) in Eingriff bringbar ist mit der Innenwandung des Dämpfungszylinders (13) unter der Wirkung von Fluiddruck, der axial auf die Fluiddichtung wirkt und in Richtung des inneren Endes des Dämpfungsabteils (31A,31B) gerichtet ist, und von der Wandung wegverlagerbar ist unter der Wirkung von Fluiddruck, der axial auf die Fluiddichtung wirkt in Richtung des äußeren Endes des Dämpfungsabteils.

5. Ein Fluid-Arbeitszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddichtung (36A,36B) ein kegelstumpfförmiger Ring aus federndem Material ist, wobei das weitere Ende des Ringes dem inneren Ende des Dämpfungsabteils (31A,31B) zugekehrt ist.

6. Ein Fluid-Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsfluidreservoir (16) eine im wesentlichen zylindrische Axialverlängerung des anderen Endes des Arbeitszylindergliedes (11) bildet.

7. Ein Fluid-Arbeitszylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptabschnitt des Dämpfungsfluidreservoirs (16) integral mit einer Endwandung (22) des Arbeitszylindergliedes (11) hergestellt ist.