EP0870931A1 - Endlagengedämpfter Arbeitszylinder - Google Patents

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EP0870931A1
EP0870931A1 EP98101226A EP98101226A EP0870931A1 EP 0870931 A1 EP0870931 A1 EP 0870931A1 EP 98101226 A EP98101226 A EP 98101226A EP 98101226 A EP98101226 A EP 98101226A EP 0870931 A1 EP0870931 A1 EP 0870931A1
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EP
European Patent Office
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piston
damping
working cylinder
control
fluid
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EP98101226A
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English (en)
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EP0870931B1 (de
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Josef Büter
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Buemach Engineering International BV
Original Assignee
Buemach Engineering International BV
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/22—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke
    • F15B15/222—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke having a piston with a piston extension or piston recess which throttles the main fluid outlet as the piston approaches its end position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/22—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke
    • F15B15/223—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke having a piston with a piston extension or piston recess which completely seals the main fluid outlet as the piston approaches its end position

Definitions

  • the invention relates to an end position damped working cylinder which can be used in all fields of fluid technology in which working cylinders have to be damped in the end positions.
  • Systems are known in which the main piston of a working cylinder is braked at the respective stroke end by reducing the flow cross-section for the flowing fluid flow, often supplemented by an externally adjustable throttle.
  • the most varied variants are implemented. They can be divided into systems which have the throttled discharge cross section in fixed parts of the working cylinder or those in which the throttling discharge cross section is present in moving parts thereof.
  • the damping basically aims at braking the entire kinetic energy of the moving parts of the working cylinder with the aim of keeping the impact energy as low as the respective application allows.
  • a non-return valve in the piston and outlet openings with a small cross-section in the jacket of the cylinder, which the piston passes over in part.
  • a special location-controlled contour function is implemented, which is optimally proportional to the square of the stroke in the outlet cross-section.
  • the damping is achieved here by a special shape of the piston, in which an undersized ring with Subsequent free space forms an annular space with the cylinder.
  • the outlet of the pressure medium from this is throttled and the damping area corresponds to the piston area.
  • the publication US 4207800 achieves damping with the aid of a special piston ring, which sits at the end of the piston, is axially somewhat displaceable and somewhat undersized, as a result of which a check valve is formed by the surface of the ring broken on one side, and the compression of the pressure medium in the cylinder space results in pressure-controlled damping an annular gap is achieved.
  • An equally simple damping is described in US 4425836.
  • the damping is achieved by an annular groove located between the piston and the cylinder. It is a function of the position in this way, since the closer the piston is to the end, the longer the effective spiral.
  • a residual cylinder space with an attenuator is embodied within a second pressure medium bore, which acts directly as an attenuation element. Overlapping is also pressure-controlled damping by means of the annular gap in the area of the undersized piston ring and position-controlled damping by the effective length of the spiral groove which increases towards the end. In this case, the spiral groove is made in the range of motion of the piston ring.
  • the object of the invention is to develop an end position damped working cylinder, which eliminates the disadvantages of the prior art by the technical and constructive Effort to ensure the damping and the application-related adjustment the damping, is simple.
  • the damping should be without additional damping-related Sealing elements can be achieved. Furthermore, the wear of the damping-related Components can be excluded.
  • the damping should be soft and reliable under full load take place, the damping should be regulated from the outside. Furthermore should damping is used in all areas of fluid technology (liquids and gases) in which working cylinders must be damped in the end positions.
  • a master piston 1 of the working cylinder is arranged coaxially in front of a piston rod 2, in the respectively adjacent cylinder spaces 3 and a control piston 5, which is positively connected to the piston rod 2 and the control piston 5 by a conical spring 6.
  • the advance distance of the control piston 5 corresponds at the same time to a damping distance 7 which arises as the main piston 1 moves in the direction of the end stops 8 and 9 on the base and guide side.
  • this leading control piston 5 closes, depending on its direction of movement, an outflow channel I 10 of a base 11, or an outflow channel II 12 of a guide 13, by abutment of a control piston end face 14 on the base-side end stop 9 or on the guide-side end stop 8.
  • the throttled outflow bore 15 has a radially arranged, threaded bore 16, in which a throttle adjusting screw 17 is located.
  • the damping back pressure can be influenced (see also FIG. 4).
  • the control piston 5 is at the same time also a carrier of a ring magnet 18, the field lines of which serve to activate the sensors 19 arranged in the region of the outflow channels I and II 10, 12, whereby a signal is initiated. which serves to switch the fluid flow.
  • the sensor 19 is activated without contact.
  • the directional valve units customary in hydraulic systems are controlled, which initiates the reversal of the direction of the fluid flow.
  • the fluid inflow is blocked in this way in the respective feed, which serves the direction of movement of the piston, in favor of the feed of the same into the cylinder space 3 or 4, in which, according to FIG. 3, a damping space 20 is provided by flat contact of the control piston end face 14 on the bottom or guide side Forms end stop 8 or 9 and at the same time a valve is formed.
  • the back pressure that forms within the damping space 20, inside the cylinder spaces 3 or 4, depending on the ratio of the cross section of the outflow channel I 10 or the outflow channel II 12 to the cross section of the throttled outflow bore 15, can be superimposed in this way on a counterpressure which Influences the damping.
  • This damping is thus adjustable via the throttle adjusting screw 17 and the specification of the fluid pressure.
  • the time of signaling for the purpose of switching is predetermined by the choice of the length of the conical spring 6, which thus also defines the damping path 7, as shown in FIG. 1. The duration of the signaling of the sensor 19 is thus also dependent on this damping path 7 and the speed of the main piston 1.
  • the damping characteristic curve can be structurally influenced simply by selecting the conical spring 6.
  • the arrangement of the sensor 19 is exclusively dependent on the intensity of the flux through the magnetic field on the one hand and the accessibility in practical use on the other.
  • the sensors 19 according to FIG. 3 are embedded in paramagnetic housing 21.
  • the function of the invention is characterized according to Figure 1 to Figure 4 in that the master piston 1 of the working cylinder, in each case adjacent, is preceded by the control piston 5, which on its radial control piston end face 14 carries the ring magnet 18 which transmits the contactless signal through the magnetic field of its permanent magnet enables.
  • the control piston 5 consists of a paramagnetic material (primarily austenitic Cr-Ni steel) or a fluid-resistant plastic material which corresponds to the static loads (polyamides, polyvinylchloride, polytetrafluoroethylene or also phenolic resins provided with fillers).
  • the arrangement of the sensor 19 is dependent on the application, a radial or male version being possible with regard to the location relative to the piston rod 2.
  • the through Characterized parameter is the dynamic pressure build-up as a function of the geometric size of the working cylinder and its outflow conditions.
  • damping principle applied to compressible fluids, these are dependent on the value of the polytropic change in state of the system, corrected by the outflow ratio of the throttled outflow cross section to the unrestricted and in the case of application to incompressible liquids, depending on the dynamic pressure which forms as a result of the outflow ratio.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen endlagengedämpften Arbeitszylinder bei dem aufgabengemäß der technische und konstruktive Aufwand zur Gewährleistung der Dämpfung sowie die einsatzbezogene Anpassung der Dämpfung, einfach ist. Dies wird erfindungsgemäß gelöst, indem dem Hauptkolben (1) des Arbeitszylinders ein einen Ringmagnet (18) tragender Steuerkolben (5) vorgelagert ist, im führungsseitigen Endanschlag (8) und im bodenseitigen Endanschlag (9) derselben auf berührungslose magnetische Durchflutung wirkende Sensoren (19) eingebracht sind, bei Annäherung des Ringmagneten (18), mindestens jedoch bei der abdichtenden Anlage des Steuerkolbens (5) an den jeweiligen Endanschläge (8); (9), die Signalgabe des Sensors (19) erfolgt, welche der Steuerung des Fluidstromes dient, der Steuerkolben (5) als Absperrorgan und Ventil für die Abströmkanäle I; II (10; 12) dient und sich bei Anlage des Steuerkolbens (5) im führungsseitigen Endanschlag (8) und im bodenseitigen Endanschlag (9) jeweils ein Dämpfungsstauraum (20) ausbildet, deren gedämpfte Fluidabströmung über eine gedrosselte Abströmbohrung (15) durch eine Drosselstellschraube (17) von außen einstellbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen endlagengedämpften Arbeitszylinder, der auf allen Gebieten der Fluidtechnik eingesetzt werden kann, bei denen Arbeitszylinder in den Endlagen gedämpft werden müssen.
Bekannt sind Systeme, bei denen das Abbremsen des Hauptkolben eines Arbeitszylinders am jeweiligen Hubende dadurch erfolgt, daß der Durchflußquerschnitt für den abfließenden Fluidstrom verkleinert wird, vielfach ergänzt durch eine von außen einstellbare Drossel. Konstruktiv sind hierbei die verschiedensten Varianten ausgeführt. Sie lassen sich einteilen in Systeme, die den gedrosselten Abflußquerschnitt in feststehenden Teilen des Arbeitszylinders aufweisen oder solche, bei denen der die Drosselung bewirkende Abflußquerschnitt in sich bewegenden Teilen desselben vorhanden ist. Die Dämpfung zielt hierbei grundsätzlich auf die Abbremsung der gesamten Bewegungsenergie der bewegten Teile des Arbeitszylinders mit der Zielstellung, die Aufprallenergie so gering zu halten als es der jeweilige Einsatzfall erlaubt. Die Funktion der Querschnittsminderung im Fortlauf der Bewegung des Kolbens auf die Endlagen zu - vom Zeitpunkt der Einleitung der Dämpfung an betrachtet-, bestimmt hierbei den Charakter derselben. Bekannt sind Dämpfungssysteme, die den Abströmquerschnitt abrupt verschließen und den Abstrom über den gedrosselten Querschnitt leiten oder auch solche, bei denen der Dämpfungsverlauf progressiv im Sinne einer allmählichen Anpassung an den Zustand der Ruhe des Kolbens erfolgt, wobei der gedrosselte Querschnitt im Fortlauf der Bewegung des Kolben allmählich verringert wird.
Die folgenden Druckschriften belegen diese Aussage:
Die Druckschrift DE-OS 1925166 nimmt in ihren Ausführungen zum Stand der Technik Bezug auf die Druckschrift DE-AS 1256296, bei welcher ein spezielles Dämpfungselement beschrieben wird, bei welchem der Kolben das Druckmittel durch einen engen Spalt preßt und somit druckgesteuert die Bewegung des Kolbens dämpft.
Ebenfalls beschrieben wird ein Rückschlagventil im Kolben sowie Auslaßöffnungen mit kleinem Querschnitt im Mantel des Zylinders, die der Kolben zum Teil überfährt. Dabei wird eine spezielle ortsgesteuerte Konturfunktion, welche im Auslaßquerschnitt optimal proportional zum Quadrat des Hubes ist, realisiert.
In der Druckschrift DE-G 6943765 wird eine Austrittöffnung für Druckmittel vor dem Ende des Zylinders zur Dämpfung beschrieben, dessen Austrittsöffnung in den Anschlußstutzen übergeht. Ein Ringspalt, der durch einen untermaßigen Ring mit dahinter befindlichen Freiraum und dem Zylinder gebildet wird, wirkt als druckgesteuertes Dämpfungselement. Des weiteren befindet sich ein Ringkanal im Kolben sowie ein Rückschlagventil zwischen dem Ringkanal und dem Zylinderraum innerhalb des Kolbens zur richtungsabhängigen Steuerung.
Bekannt ist eine Dämpfung durch ein Drosselventil im Druckmittelaustritt nach der Druckschrift DE-OS 2206410, in welches eine Verlängerung des Kolbens eintritt sowie ein Rückschlagventil im Kolben selbst. Erfindungsgemäß wird hierbei die Dämpfung durch eine spezielle Form des Kolbens erzielt, bei dem ein untermaßiger Ring mit anschließendem Freiraum mit dem Zylinder einen Ringraum bildet. Der Austritt des Druckmittels aus diesem ist gedrosselt und der Dämpfungsbereich entspricht dem Kolbenbereich.
Die Druckschrift US 4207800 erzielt eine Dämpfung mit Hilfe eines speziellen Kolbenringes, welcher am Ende des Kolbens sitzt, axial etwas verschiebbar und etwas untermaßig ist, wodurch ein Rückschlagventil durch die einseitig gebrochene Oberfläche des Ringes gebildet und die Komprimierung des Druckmittels im Zylinderraum eine druckgesteuerte Dämpfung über einen Ringspalt erzielt wird.
Eine gleichermaßen einfache Dämpfung ist in der Druckschrift US 4425836 beschrieben. Hier wird die Dämpfung durch eine Ringnut, die sich zwischen dem Kolben und dem Zylinder befindet, erreicht. Sie ist auf diese Weise eine Funktion der Lage, da die wirksame Spirale länger wird, je näher sich der Kolben am Ende befindet.
In der Druckschrift DE-G 9418042.3 ist ein Restzylinderraum mit Dämpfungsglied innerhalb einer zweiten Druckmittelbohrung ausgeführt, welches unmittelbar als Dämpfungselement wirkt. Überlagernd erfolgt eine ebenfalls druckgesteuerte Dämpfung mittels des Ringspaltes im Bereich des untermaßigen Kolbenringes sowie eine positionsgesteuerte Dämpfung durch die sich zum Ende hin vergrößernde wirksame Länge der Spiralnut. In diesem Fall ist die Spiralnut im Bewegungsbereich des Kolbenringes eingebracht.
Nachteilig an allen aufgeführten Varianten ist der hohe konstruktive Aufwand, um eine stoßfreie Verzögerung der bewegten Massen zu erreichen. Eine konstruktiv einfache Möglichkeit, die Dämpfung einem konkreten Einsatzfall entsprechend anzupassen, liegt nicht vor.
Die Dämpfung folgt im herkömmlichen Sinne der Funktion: P2 x z ≥ Wk + Wd ± Wp Hierbei bedeuten:
p2
= Dämpfungsdruck
z
= Zylinderkonstante
Wk
= kinetische Energie
Wd
= Druckenergie der Dämpfungsstrecke
Wp
= potentielle Energie der Lage
Um den angestrebten Dämpfungseffekt - bei gleichzeitigem Erhalt der erforderlichen Betriebskraft - zu erreichen, muß p2 erhöht werden.
Das geschieht durch:
  • a) Erhöhung des Betriebsdruckes, da dann p2 als Dämpfungsstaudruck gleichermaßen erhöht werden kann,
    oder
  • b) durch Vergrößerung des Arbeitszylinders, da dann der Staudruck an der Drossel höher eingestellt werden kann.
    • Beide Versionen sind energetisch ungünstig und verursachen bei plötzlicher Querschnittsminderung die Gefahr der schwingungsbelasteten Verzögerung der Massen. Diese Dämpfungsvarianten gewährleisten keine zeitfunktionsbezogene Ortslagenzuordnung der Dämpfung.
    Strebt man eine progressive Dämpfung an, ist der hohe konstruktive Aufwand dominant und häufig kommerziell nicht mehr vertretbar.
    Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen endlagengedämpften Arbeitszylinder zu entwickeln, der die Nachteile des Standes der Technik beseitigt, indem der technische und konstruktive Aufwand zur Gewährleistung der Dämpfung sowie die einsatzbezogene Anpassung der Dämpfung, einfach ist. Die Dämpfung soll ohne zusätzliche dämpfungsbezogene Dichtelemente erreicht werden. Weiterhin soll der Verschleiß der dämpfungsbezogenen Bauteile ausgeschlossen sein. Die Dämpfung soll unter Vollast weich und funktionssicher erfolgen, wobei die Dämpfung von außen geregelt werden soll. Des weiteren soll die Dämpfung auf allen Gebieten der Fluidtechnik (Flüssigkeiten und Gase) eingesetzt werden, bei denen Arbeitszylinder in den Endlagen gedämpft werden müssen.
    Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind aus den Unteransprüchen ableitbar.
    Die Vorteile der Erfindung bestehen darin,
  • daß der technische und konstruktive Aufwand zur Gewährleistung der Dämpfung einfach ist,
  • daß der technische und konstruktive Aufwand zur einsatzbezogenen Anpassung der Dämpfung einfach ist,
  • daß die Dämpfung ohne zusätzliche dämpfungsbezogene Dichtelemente vorgenommen wird und somit ein zusätzlicher Verschleiß von Bauteilen ausgeschlossen ist,
  • daß die Dämpfung unter Vollast weich und funktionssicher erfolgt und von außen regulierbar ist,
  • daß die Dämpfung auf allen Gebieten der Fluidtechnik (Flüssigkeiten und Gase) eingesetzt werden kann, bei denen Arbeitszylinder in den Endlagen gedämpft werden müssen,
  • daß die Umkehr der Bewegungsrichtung des den Hauptkolben treibenden Fluids vollständig oder gepulst veranlaßt wird.
    • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen nachstehend dargestellt:
    mit Figur 1
    als Schnitt durch den Arbeitszylinder bei einer Kolbenmittelstellung,
    mit Figur 2
    als Bodenendlage des Kolbens mit axial eingebautem Sensor,
    mit Figur 3
    als Bodenendlage des Kolbens mit radial eingebauten Sensor und Darstellung des Dämpfungsraumes,
    mit Figur 4
    als Seitenansicht des Arbeitszylinders mit radial eingebauten Sensor und Stellschraube für den gedrosselten Abstrom.
    Nach Figur 1 ist einem Hauptkolben 1 des Arbeitszylinders koaxial zu einer Kolbenstange 2, in den jeweils benachbarten Zylinderräumen 3 und ein Steuerkolben 5 vorgelagert, der durch eine Kegelfeder 6, formschlüssig mit der Kolbenstange 2 und dem Steuerkolben 5 verbunden ist. Die Vorlaufstrecke des Steuerkolbens 5 entspricht zugleich einer Dämpfungsstrecke 7, die im Fortlauf der Bewegung des Hauptkolbens 1 in Richtung auf boden- und führungsseitige Endanschläge 8 und 9 entsteht.
    Dieser vorlaufende Steuerkolben 5 verschließt nach Figur 2, je nach seiner Bewegungsrichtung, einen Abströmkanal I 10 eines Bodens 11, oder einen Abströmkanal II 12 einer Führung 13, durch Anlage einer Steuerkolbenstirnfläche 14 an den bodenseitigen Endanschlag 9, oder an den führungsseitigen Endanschlag 8. Bei der jeweiligen Anlage ist dafür gesorgt, daß jeweils eine gedrosselte Abströmbohrung 15 frei bleibt, die im Boden 11 aus zeichentechnischem Grund nicht dargestellt ist.
    Nach Figur 1 besitzt die gedrosselte Abströmbohrung 15 eine radial angeordnete, ein Gewinde aufweisende Bohrung 16, in der sich eine Drosselstellschraube 17 befindet. Durch Einstellung der Drosselstellschraube 17 kann Einfluß auf den Dämpfungsstaudruck genommen werden (siehe auch Figur 4).
    Nach Figur 1, Figur 2 und Figur 3 ist der Steuerkolben 5 zugleich auch Träger eines Ringmagneten 18, dessen Feldlinien dazu dienen, die jeweils im Bereiche der Abströmkanäle I und II 10, 12, angeordneten Sensoren 19 zu aktivieren, wodurch eine Signalgabe eingeleitet wird, die der Umschaltung des Fluidstromes dient. Die Aktivierung des Sensors 19 erfolgt kontaktlos. Bei der Umschaltung werden die in Hydrauliksystemen üblichen Wegeventileinheiten gesteuert, wodurch die Richtungsumkehr des Fluidstromes eingeleitet wird. Der Fluidzustrom wird auf diese Weise in der jeweiligen Zuführung gesperrt, die der Bewegungsrichtung des Kolbens dient, zugunsten der Zuführung desselben in den Zylinderraum 3 oder 4, in dem sich nach Figur 3 ein Dämpfungsraum 20 durch flächige Anlage der Steuerkolbenstirnfläche 14 an den bodenseitigen oder führungsseitigen Endanschlag 8 oder 9 ausbildet sowie gleichzeitig ein Ventil gebildet wird. Dem sich innerhalb des Dämpfungsraumes 20, im Inneren der Zylinderräume 3 oder 4, bildenden Staudruck, in Abhängigkeit vom Verhältnis des Querschnittes des Abströmkanals I 10 oder des Abströmkanals II 12 zum Querschnitt der gedrosselten Abströmbohrung 15, kann auf diese Weise ein Gegendruck überlagert werden, der Einfluß auf die Dämpfung nimmt. Diese Dämpfung ist somit einstellbar über die Drosselstellschraube 17 und der Vorgabe des Fluiddruckes. Der Zeitpunkt der Signalgabe zum Zwecke der Umschaltung ist vorbestimmt durch die Wahl der Länge der Kegelfeder 6, die damit zugleich auch die Dämpfungsstrecke 7, wie in Figur 1 dargestellt, festlegt. Die Zeitdauer der Signalgabe des Sensors 19 ist somit zugleich abhängig von dieser Dämpfungsstrecke 7 und der Geschwindigkeit des Hauptkolbens 1. In Abhängigkeit von den Kenngrößen des Arbeitszylinders und dessen praktischen Einsatzfall, kann die Beeinflussung der Dämpfungskennlinie konstruktiv einfach durch die Wahl der Kegelfeder 6 vorgenommen werden. Bei Variation der Einflußgrößen ist auf diese Weise ein breites Anwendungsfeld mit geringem konstruktiven Aufwand erschlossen.
    Die Anordnung des Sensors 19 ist hierbei ausschließlich abhängig von der Intensität der Durchflutung durch das Magnetfeld einerseits und der Zugänglichkeit im praktischen Gebrauch andererseits. Um den Einfluß von Magnetstreufeldern auf den Zeitpunkt der Signalgabe zu verhindern, werden die Sensoren 19 nach Figur 3 in paramagnetische Gehäuse 21 eingelagert.
    Die Funktion der Erfindung ist nach Figur 1 bis Figur 4 dadurch charakterisiert, daß dem Hauptkolben 1 des Arbeitszylinders, jeweils benachbart, der Steuerkolben 5 vorgelagert ist, der auf seiner radialen Steuerkolbenstirnfläche 14 den Ringmagneten 18 trägt, der die berührungslose Signalgabe durch das Magnetfeld seines Dauermagneten ermöglicht.
    Der Steuerkolben 5 besteht aus einem paramagnetischen Werkstoff (vornehmlich austenitischer Cr-Ni-Stahl) oder einem fluidresistenten sowie den statischen Belastungen entsprechenden Plastwerkstoff (Polyamide, Polyvenylchloride, Polytetrafluorethylen oder auch mit Füllstoffen versehene Phenolharze). Hierbei ist die Anordnung des Sensors 19 abhängig von der Anwendung, wobei eine radiale oder auch male Version hinsichtlich der Ortslage zur Kolbenstange 2 möglich ist.
    Die Vorteile dieser Dämpfungsart bestehen darin,
  • daß der Zeitpunkt der Signalgabe konstruktiv einfach durch die Größe der vorlaufenden Dämpfungsstrecke 7 des Steuerkolbens 5 über die Kegelfeder 6 vorbestimmt ist,
  • daß die Signalgabe des Sensors 19 unabhängig von der Geschwindigkeit des Hauptkolbens 1 über die Dämpfungsstrecke 7 erfolgt, wobei die Signalgabe durch die Einwirkung des Magnetfeldes des Ringmagneten 18 auf den Sensor 19 auf den Zeitraum bestimmt ist, bei dem der Ringmagnet 18 an der Endlage 8, 9 anliegt,
  • daß eine Kopplung zwischen der Dämpfung der Bewegung des Hauptkolbens 1 und der gleichzeitigen Umsteuerung des Fluidstroms erfolgt,
  • daß die Dämpfung ohne zusätzliche dämpfungsbezogene Dichtelemente erfolgt, wodurch der Verschleiß derselben ausgeschlossen ist,
  • daß die Dämpfung auch unter Vollast weich und funktionssicher arbeitet,
  • daß der gekapselte Einbau der Sensoren 19 in den feststehenden Teil der Endlagen 8, 9 des Arbeitszylinders einen Schutz darstellt, der jegliche Beschädigung ausschließt,
  • daß die Dämpfung durch eine Drosselschraube 17 von außen einstellbar ist,
  • daß der Steuerkolben 5 mit den Abströmkanälen I, II 10, 12 eine Ventilwirkung aufweist,
  • daß die Dämpfung auf allen Gebieten der Fluidtechnik eingesetzt werden kann, bei denen Arbeitszylinder in den Endlagen gedämpft werden müssen,
  • daß über die Steuerung der Strömungsrichtung des Fluids die Umkehr der Bewegungsrichtung des Hauptkolbens 1 veranlaßt oder eine gesteuerte aktive Dämpfung durch eine dämpfungsstaudruckerhöhende Impulsschaltung der Strömungsrichtung des Fluids eingeleitet wird.
    • Der sich überlagernde Außendruck kann allerdings nur wirksam werden, wenn der sich im inneren Dämpfungsraum einstellende Gegendruck kleiner oder gleich demselben ist. Entspricht der Innendruck dem Betriebsdruck, erfolgt eine Kompensation der Druckenergie, die längs der Dämpfungsstrecke wirkt. Die mathematische Beziehung läßt den Vorteil dieser Lösung gegenüber dem im Stand der Technik dargelegten Lösungen eindeutig erkennen.
    Unter der Voraussetzung das p2 = pB , gilt: p2 = m (v2 + 2 x g x lD) x (2 x z)-1 Ist der Außendruck größer als pB, d.h. pA = pB + ΔpA , dann gilt: 2 (p2 x z + ΔpA x lD x A) = m (v2 + g x lD x 2)
    Hierbei bedeuten:
    p2
    = Dämpfungsstaudruck
    pB
    = Betriebsdruck
    pA
    = äußerer Druck der zur Dämpfung überlagert wird
    m
    = die bewegte Masse des Systems
    v
    = die Geschwindigkeit der bewegten Massen
    lD
    = die Dämpfungsstrecke
    z
    = einen Arbeitszylinder bezogenen Parameter
    g
    = die Erdbeschleunigung
    A
    = die Fläche des Hauptkolbens
    Handelt es sich um ein gasförmiges Fluid, ist p2 durch die polytrope Zustandsänderung bestimmt, dem sich der äußere differentielle Druck überlagert.
    Wie hieraus erkennbar, unterscheidet sich das Dämpfungsprinzip gegenüber herkömmlich bekannten Systemen dadurch, daß
  • a) der Betriebsdruck des Hauptkolbens längs der Dämpfungsstrecke mindestens kompensiert wird
    oder
  • b) bei höherem Außendruck ein zusätzlicher Gegendruck wirksam ist.
    • In der durch
    Figure 00080001
    z" charakterisierten Kenngröße ist die Staudruckbildung in Abhängigkeit von der geometrischen Größe des Arbeitszylinders und dessen Abströmbedingungen erfaßt. Diese sind im Falle der Anwendung des Dämpfungsprinzips auf kompressible Fluide abhängig vom Wert der polytropen Zustandsänderung des Systems, korrigiert durch das Abströmverhältnis des gedrosselten Abströmquerschnittes zum ungedrosselten, und im Falle der Anwendung auf inkompressible Flüssigkeiten abhängig vom sich bildenden Staudruck infolge des Abströmverhältnisses.
    Durch die Anordnung eines Sensors 19 in den jeweiligen Endanschlägen 8; 9 des Hauptkolbens 1 des Arbeitszylinders erfolgt in dargelegter Weise eine Signalgabe, dessen Befehl die Einleitung der Gegenschaltung eines äußeren Fluidstromes zur Folge hat. Die dem Hauptkolben 1 des Arbeitszylinders vorlaufenden Steuerkolben 5 sind koaxial zur Kolbenstange 2 angeordnet und werden in einem definierten Abstand zu den Stirnflächen des Hauptkolbens 1 formschlüssig durch die Kegelfelder 6 gehalten, wodurch zugleich der Abstand zur Steuerkolbenstirnfläche 14 gegeben ist, die zum Zweck einer raumsparenden Gestaltung eine solche Ausnehmung erhält, daß die Kegelfelder 6, die als Kopplungselement zwischen Hauptkolben 1 und Steuerkolben 5 fungiert, und der Steuerkolben 5 selbst, in dieser Ausnehmung aufgenommen werden können. Im Fortlauf der Bewegung wird der vorlaufende Steuerkolben 5 zugleich dazu benutzt, den Abströmkanal I 10 bzw. II 12 für das Fluid zu verschließen, wodurch die Abströmung des Fluids nur noch über den gedrosselten Querschnitt möglich ist; infolge der Querschnittsminderung der gewünschte Dämpfungsstaudruck des inneren Systems des Arbeitszylinders eintritt. Diesem Dämpfungsstaudruck wird ein zum äußeren System zugehöriger Druck überlagert, der mindestens dem Betriebsdruck entspricht.
    Hierbei erfolgt zeitgleich mit dem Verschluß der Abströmkanals 10 oder 12 durch den Steuerkolben 5 die Signalgabe für die Einleitung des Fluides in den Dämpfungsraum 20 des inneren Systems, infolge der magnetischen Durchflutung des berührungslosen Sensors 19, wodurch in Abhängigkeit von der Schaltungsart
  • a) entweder die Umkehr der Strömungsrichtung des Fluids zur Bewegungsrichtung des Hauptkolbens 1
    oder
  • b) eine impulsmäßige Gegenschaltung der Strömungsrichtung des Fluids zu gesteuerten Dämpfung, wobei in Abhängigkeit von der Dauer des Impulses eine Intensitätsregelung derselben gegeben ist.
    • In beiden Fällen wird Einfluß auf den inneren Staudruck genommen, dessen Dämpfungskennlinie somit gesteuert werden kann.
    Verwendete Bezugszeichen
    1
    Hauptkolben
    2
    Kolbenstange
    3
    linker Zylinderraum
    4
    rechter Zylinderraum
    5
    Steuerkolben
    6
    Kegelfeder
    7
    Dämpfungsstrecke
    8
    führungsseitiger Endanschlag
    9
    bodenseitiger Endanschlag
    10
    Abströmkanal I
    11
    Boden
    12
    Abströmkanal II
    13
    Führung
    14
    Steuerkolbenstirnfläche
    15
    gedrosselte Abströmbohrung
    16
    Bohrung
    17
    Drosselstellschraube
    18
    Ringmagnet
    19
    Sensor
    20
    Dämpfungsstauraum
    21
    paramagnetisches Gehäuse

    Claims (6)

    1. Endlagengedämpfter Arbeitszylinder, deren strömendes Fluid als Druckmittel zur Energieübertragung dient, dadurch gekennzeichnet,
      daß dem Hauptkolben (1) des Arbeitszylinders, jeweils benachbart, ein einen Ringmagnet (18) tragender Steuerkolben (5) vorgelagert ist,
      daß die Steuerkolben (5) über Kegelfedern (6) formschlüssig mit dem Hauptkolben (1), sowie in der Nähe desselben mit der Kolbenstange (1) verbunden sind,
      daß im führungsseitigen Endanschlag (8) und im bodenseitigen Endanschlag (9) derselben auf berührungslose magnetische Durchflutung wirkende Sensoren (19) eingebracht sind,
      daß bei Annäherung des Ringmagneten (18), mindestens jedoch bei der abdichtenden Anlage des Steuerkolbens (5) an den jeweiligen Endanschläge (8); (9), die Signalgabe des Sensors (19) erfolgt,
      daß die Signalgabe des Sensors (19) der Steuerung des Fluidstromes dient,
      daß der Steuerkolben (5) verschiebbar und dichtungssicher auf der Kolbenstange (2) gleitet,
      daß der Steuerkolben (5) als Absperrorgan und Ventil für die Abstromkanäle I; II (10; 12) dient,
      daß sich bei Anlage des Steuerkolbens (5) im führungsseitigen Endanschlag (8) und im bodenseitigen Endanschlag (9) jeweils ein Dämpfungsstauraum (20) ausbildet, deren gedämpfte Fluidabströmung über eine gedrosselte Abströmbohrung (15) durch eine Drosselstellschraube (17) von außen einstellbar ist.
    2. Endlagengedämpfter Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
      daß die Sensoren (19) in radialer oder axialer Weise innerhalb eines paramagnetischen Gehäuses (21) in die jeweiligen Endanschläge (8; 9) derart eingebaut sind,
      daß eine die Signalgabe auslösende magnetische Durchflutung durch den auf dem Steuerkolben (5) befindlichen Ringmagneten (18) gegeben ist.
    3. Endlagengedämpfter Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
      daß der Ringmagnet (18) an der Stirnseite des Steuerkolbens (5) angeordnet ist.
    4. Endlagengedämpfter Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
      daß in der Endlage des Hauptkolbens (1) der Steuerkolben (5) und die Kegelfeder (6) in einer Ausnehmung des Hauptkolbens (1) aufgenommen wird.
    5. Endlagengedämpfter Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
      daß die Dämpfungsstrecke (7) konstruktiv einfach durch Änderung der als formschlüssiges Kopplungselement wirkenden, vornehmlich als Kegelfeder (6) ausgebildeten, Federlänge vorgenommen wird.
    6. Endlagengedämpfter Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
      daß durch eine gezielte Beeinflussung des Gegensteuerdrucks eine geregelte (ideale) Dämpfung in Abhängigkeit von der zu dämpfenden Energie über eine Steuerung/Gegensteuerung der Strömungsrichtung des Fluids zur Erzielung einer gewünschten Dämpfungskennlinie erreicht wird.
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