JP2000509803A - 流体式衝突緩衝器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、固定された部品の衝突面に対する可動部品（８）の当接を緩衝するための要素に関する。この場合、緩衝要素はピストン（１１）とシリンダ（１０）を備え、このピストンとシリンダは少なくとも１個の戻しばね（１２，２７）の力に抗して静止位置から相対的に移動可能に案内されている。シリンダ（１０）の両端はそれぞれ流体室（１７）に接続されている。流体室（１７）は少なくとも１つの流路（１８）と少なくとも１つの絞り通路（１６）を介して接続され、この流路（１８）は逆止弁（１９）を備え、この逆止弁は静止位置からの相対運動時に閉じる。

Description

【発明の詳細な説明】 流体式衝突緩衝器 実質的に駆動部品と、切換え操作すべき最終制御要素に連結された可動部品か らなり、多くの場合駆動部品の作動時に戻しばねの力に抗して移動可能であるア クチュエータは、多くの場合、速い切換え操作速度を有していなければならない 。特に駆動部品が電磁石である場合、アーマチュアによって形成された可動部品 が近接する際電磁石の極面に対するアーマチュアの間隔が狭くなるにつれて、ア ーマチュアに作用する磁力が大きくなるので、アーマチュアは速い速度で極面に 衝突する。この場合、騒音発生のほかに、跳ね返りが生じる。すなわち、アーマ チュアは先ず最初に極面に衝突し、そして少なくとも短い時間だけ最終的に完全 に接触するまで極面から離れる。これにより、最終制御要素の機能に悪影響を与 えることになる。これは特に、切換え周波数の高いアクチュエータの場合に、重 大な故障を生じることになり得る。 従って、衝突速度が０．１ｍ／ｓよりも遅いオーダーであることが望まれる。 この場合、このような遅い衝突速度がそれに関連する外部からのすべての無規則 的な変動や外乱、例えば振動等を含む実際の運転条件下でも確保されることが重 要である。 本発明の根底をなす課題は、固定された部品に対する可動部品の衝突速度を低 減することができる流体式緩衝要素を提供することである。 この課題は本発明に従い、緩衝要素がピストンとシリンダを備え、このピスト ンとシリンダが少なくとも１個の戻しばねの力に抗して静止位置から相対的に移 動可能に案内され、シリンダの両端がそれぞれ流体室に接続され、流体室が少な くとも１つの流路と少なくとも１つの絞り通路を介して接続され、この流路が逆 止弁を備え、この逆止弁が静止位置からの相対運動時に閉じる、固定された部品 の衝突面に対する可動部品の当接を緩衝するための要素によって解決される。流 体式緩衝要素が短いストロークを有し、それぞれ可動部品が切換え位置を定める 固定部品上の衝突面に衝突する直前に初めて可動部品に作用連結されるので、ア ーマチュアの可動部品例えば最終制御要素は先ず最初は自由であり、速い切換え 速度で移動可能である。アーマチュアが衝突面、特に電磁石の極面に近接する最 終相で初めて、可動部品が緩衝要素に衝突し、そしてその運動を制動するので、 可動部品は衝突面に“やさしく”接触する。電磁アクチュエータの場合には、電 磁石の極面に近接する際に極面からの間隔が小さくなるにつれて、（電流の大き さが同じであると仮定すると）アーマチュアに作用する磁力が増大するという利 点が生じる。この増大する磁力は流体式緩衝要素の“制動力”に反作用する。こ のような流体式緩衝要素の可動質量がアクチュエータの可動質量（実質的にアー マチュア、可動部品および構造に応じて切換え操作すべき最終制御要素からなる ）に比べてはるかに小さいので、流体式緩衝要素の可動部分はピストンまたはシ リンダの形成に応じて非常に強く加速され、可動部品が緩衝作用によって制動さ れるので、跳ね返りがもはや発生しない。流体式緩衝要素の可動部分の移動速度 が増大するにつれて、流体式緩衝要素から可動部品に加わる反力も増大する。従 って、衝突面に対して可動部品が衝突するまで、速度の均一な低下、ひいては反 力の均一な低下が生じ、衝突面に“やさしく”接触する。圧力流体としては、ガ ス状の流動性媒体を使用することができる。しかし、圧力流体として液体を使用 すると有利である。この場合、ピストンはシリンダ壁に沿って封隙的に案内して もよいし、適当な絞り通路を備えていてもよいし、またその外周面がシリンダ壁 に対して所定の間隔をおいて案内され、それによって形成される中間室が流通す る圧力流体のための絞り通路として役立つようにしてもよい。戻しばねは、緩衝 要素の可動部分の質量がその戻り運動時にできるだけ迅速に静止位置に再び戻る ように設計しなければならない。それによって、高い切換え周波数の場合にも、 申し分のない緩衝が保証される。ここで考慮した、流体式緩衝要素の可動部分の 短い移動長さの場合には、少量の圧力流体を動かすだけでよい。流路内に逆止弁 を配置することにより、静止位置に戻る際に、緩衝運動時にシリンダから押し出 された流体が再びシリンダ室に戻される。流路については、戻り運動時の絞り作 用をできるだけ小さくするために、大きな流れ横断面積の流路であると合目的で ある。 圧力流体供給部により、衝突時に押しのけられた流体は静止位置に戻る際に再 び補充され、漏れ損失が補償される。これは外部の圧力流体供給部によって達成 可能である。しかし、流体式緩衝要素を自励系（自律系）として形成することも できる。この場合、当接時に押しのけられた流体は、一体化された収容室に案内 される。この収容室は例えば弾性的なダイヤフラム装置によって形成される。そ して、流体式緩衝要素が戻しばねによって再びその静止位置に押し戻されるとき に、流体は収容室から再び吸引されて戻される。 ピストンがシールを備えていないと、ピストン外周面とシリンダ内壁の間の中 間室は、ピストンとシリンダの相対運動時にこの中間室が一方の流体室から他方 の流体室への流体の流れを絞るように採寸可能である。本発明の好ましい実施形 では、絞り通路がピストンの一部である。 本発明の合目的な実施形では更に、流路の少なくとも一部がピストン内を延び ている。この実施形は、逆止弁をピストンに一体化することができるという利点 がある。この変形では、流路の少なくとも一部がシリンダの壁内を延びている。 本発明の有利な実施形では更に、流体室がシリンダの端側に一体化されて形成 されている。これにより、コンパクトな構造となり、緩衝要素を簡単に組み込む ことができる自励系として形成することが可能である。 本発明の合目的な他の実施形では、ピストンが環状ピストンとして形成され、 かつシリンダと共に両部品の一方（可動部品または固定された部品）を取り囲ん でいる。これにより、緩衝すべき系の構造長を短縮することができる。なぜなら 、緩衝要素が可動部品の移動軌道内に一体化できるからである。 本発明の実施形では、シリンダの少なくとも端側が開放した管として形成され 、この管の端部がシールを介してピストンに連結され、このシールが同時に戻し ばねを形成している。この場合更に、シールが端側の流体室の外側を画成してい ると有利である。 概略図に基づいて本発明を詳しく説明する。 図１は、流体式緩衝要素を備えた電磁アクチュエータを、使用例として概略的 に示す図、 図２の流体式緩衝要素の構造の原理図、 図３は流体式緩衝要素のための第１の実施の形態を示す図、 図４は環状の流体式緩衝要素の第２の実施の形態を示す図、 図５は図４の実施の形態の変形を示す図、 図６は図４の実施の形態の複動作用形態を示す図、 図７は外部の流体供給部を備えた実施の形態を示す図である。 図１には、電磁アクチュエータが原理図で示してある。この電磁アクチュエー タは固定された部品としての電磁石１を備えている。この電磁石のコイル２は制 御可能な電力供給装置３を介して給電可能である。衝突面を形成する電磁石１の 極面４には、アーマチュア５が付設されている。このアーマチュアは押し要素６ に連結されている。アーマチュア５と押し要素は可動部品を形成している。アー マチュア５はコイル２の給電時に保持ばね７の力に抗して極面４に接触する。押 し要素６は図示していない最終制御要素に連結されている。この最終制御要素は アーマチュア５の運動によって往復運動可能である。図において、アクチュエー タはコイル２に給電していないときのその第１の切換え位置が示してある。コイ ル２に給電すると、最終制御要素はアーマチュア５が極面４に接触することによ ってその第２の切換え位置を占める。この場合、保持ばね７が圧縮される。 例えば一定の高さの電流によって電磁石１のコイル２に給電すると、極面４に 近接するにつれて益々増大する磁力がアーマチュア５に作用する。この磁力は保 持ばね７が反対方向に作用するにもかかわらず、アーマチュア５が極面４に衝突 するまで、アーマチュア５の移動速度を高めることになる。 極面４に対するアーマチュア５の衝突を緩衝するために、押し要素６の自由端 ８に流体式緩衝要素９が付設されている。この流体式緩衝要素はその作用が概略 的に示してある。緩衝要素９はシリンダ１０を備え、このシリンダ内でピストン １１が案内されている。このピストン１１は戻しばね１２によって図示静止位置 に保持される。 流体室１３を形成するシリンダ室には、その圧力流体流出口１４の範囲に、絞 り１５が付設されている。この絞りは概略的に示され、絞り通路１６を介して第 ２の流体室１７に接続されている。 第２の流体室１７は更に、逆止弁１９を配置した流路１８を介してシリンダ室 に接続されている。ピストン１１が戻しばね１２の力に抗して矢印２０の方向に 移動すると、圧力流体はピストン１１によってシリンダ室１３から絞り装置１５ を通って流体室１７に押し出される。ピストン１１が負荷解除されると、ピスト ンは戻しばね１２によってその静止位置に戻る。この場合、押し出された流体は 流路１８から再び補償される。この場合、逆止弁１９が開放する。 流体室１７は緩衝要素に一体化することができるかあるいは外部の装置、例え ば全体装置に既に設けられた、ポンプ等の形をした圧力流体装置によって形成可 能である。この外部装置、例えば圧力流体装置によって、多数の緩衝要素や他の 装置に圧力流体を供給可能である。 緩衝要素９は切換え操作変位Ｓ．２をおいてアクチュエータの自由端８に付設 されている。この切換え操作変位は、コイル２の非給電の際アーマチュア５がそ の第１の切換え位置にあるときに、極面４に対するアーマチュア５の間隔Ｓ．１ よりも予め設定可能な寸法だけ小さい。これにより、アーマチュア５はその押し 要素６を介して、極面４に衝突する直前に、緩衝要素９に作用連結され、それに よって先ず最初はアーマチュア５の速い移動速度およびそれに伴い速い切換え速 度が与えられ、アーマチュアが極面４に衝突する直前に緩衝要素９が作用するこ とによってアーマチュアが制動され、それに伴い極面に衝突する際の速度が低減 される。 図１に基づいて緩衝要素の作用を原理的な回路に基づいて図示し説明したが、 図２は流体緩衝要素の構造を原理的に示している。この場合、シリンダ１０内を ピストン１１が案内されている。このピストンは一体化された絞り１５を備えた 絞り通路１６と、一体化された逆止弁１９を備えた流路１８を形成している。シ リンダ１０内の圧力流体流出口１４は絞り通路１６の示唆的に示した延長部を介 して、詳しく示していない圧力流体供給部に接続されている。 ピストン１１が固定されたシリンダと相対的に矢印２０の方向に移動すると、 図１に基づいて説明した緩衝作用が開始される。 図２に略示した装置は、シリンダが固定されたピストン１１と相対的に矢印２ ０．１の方向に案内されるときにも作用する。 更に、各々の緩衝要素を自励系として形成することもできる。これは例えば、 緩衝要素が収容室１７．１を備え、この収容室内に絞り通路１６と流路１８が開 口し、そして例えばダイヤフラム１７．２を備えていることによって達成可能で ある。押し要素６が衝突する際に、流体はシリンダ室１３から絞り１５を経て収 容室１７．１に押し出される。ピストン１１が戻し手段によって戻されると、圧 力流体は逆止弁１９を経て再びシリンダ室１３に吸引されて戻される。 図２に略示した絞り１５は異なる方法で実施可能である。ピストン内に配置し た別個の絞り要素の代わりに、適当に採寸された滑らかな穴をピストンに設ける ことができる。更に、シリンダ内径に比べてピストン外径を小さくすることがで きる。それによって、シリンダ内壁とピストン外壁の間に形成された環状隙間が 絞り穴として作用する。 図３には、緩衝要素９の特に有利な実施の形態が示してある。これは実質的に 、シリンダ１０．１とピストン１１．１からなっている。このピストンは図示し た実施の形態の場合には絞りピストンとして形成されている。次に、機能につい て詳細に説明する。絞りピストン１１．１は図示していないアクチュエータケー シングの部分Ｇに固定連結され、その突起２１が圧力媒体供給部に至る接続通路 １６／１８を形成している。 シリンダ１０．１はシール兼案内リング２２を介して絞りピストン１１．１の 固定された突起２１上で軸方向に往復移動可能に案内されている。この場合、シ リンダ内室１３寄りのシール兼案内リング２２の面は当接面２３を形成している 。シリンダ１０．１はその静止位置で戻しばね１２を介して絞りピストン１１． １の肩部２４に押し付けられる。 接続通路１６／１８はばねで付勢された逆止弁１９を介してシリンダ内室１３ に接続されている。 押し要素６の自由端８が図示のようにシリンダ１０．１の自由端側に当接する や否や、シリンダ１０．１は戻しばね１２の力に抗して絞りピストン１１．１と 相対的に摺動する。絞りピストン１１．１の外周面とシリンダ１０．１のシリン ダ内壁との間に、所定の隙間幅の中間室２５が設けられているので、シリンダ１ ０．１と絞りピストン１１．１が相対運動する際に、圧力流体はシリンダ内室１ ３から中間室２５を通って押し出される。このようにして押し出された圧力流体 の流出は少なくとも１つの圧力媒体流出口２６を経て行われる。この圧力媒体流 出口は接触面２４の平面内で絞りピストン１１．１に配置され、圧力流体通路１ ６／１８に接続されている。 押し要素６がシリンダ１０．１から離れるや否や、戻しばね１２はシリンダ１ ０．１を再び当接面２３によって定められたその静止位置に押し戻す。この静止 位置では、圧力流体流出口２６は閉鎖される。この戻し運動の際、逆止弁１９が 開放するので、押し出された流体は圧力流体通路１６／１８から再び補充される 。 図４に示した実施の形態の場合には、ピストン１１は環状ピストンとして形成 されている。この環状ピストンは可動部品８．１、例えばアーマチュアに連結さ れた電磁アクチュエータの押し要素を、遊びをもって取り囲んでいる。ピストン １１はシリンダ１０内を案内されている。このシリンダはアクチュエータケーシ ングＧの詳しく図示していない部分に連結されている。 シリンダ１０とピストン１１の端側は、第１の流体室１３が一方の端側に形成 され、第２の流体室１７が他方の端側に形成されるように形成されている。両流 体室１３，１７の外側はシール２７によってシールされている。このシールは同 時に戻しばねとして形成され、図示した静止位置にシリンダ１１を保持する。 ピストン１１内には複数の流路１８が設けられている。この流路は逆止弁１９ を介して閉鎖されている。この逆止弁はシリンダ１０が矢印２０の方向に移動す る際に閉じ、静止位置に戻る際に開放する。 ピストン１１はシールを用いないでシリンダ１０内で案内されている。従って 、ピストン外周面とシリンダ内壁の間の中間室は絞り通路１６を形成している。 この場合、絞りは通路自体によって形成される。 この構造の場合には、押し要素８．１が固定された当接リング８．２を備えて いる。この当接リングは、押し要素８．１が矢印２０の方向に移動する際にピス トンの端面１１．１に当たり、その際図１に基づいて説明したように、押しロッ ド８．１に連結された部品、例えばアーマチュア５が付設の衝突面に衝突する際 にこの衝突を緩衝する。 図５には、図４に基づいて説明した緩衝要素の変形が示してある。この緩衝要 素はその基本構造が図４の緩衝要素と一致している。同じ部品には同じ参照符号 が付けてある。 図５の実施の形態の場合には、シリンダ１０はその外面にねじ２８を備えてい る。緩衝要素はこのねじによってケーシング部分Ｇにねじ込まれ、それによって 調節可能である。ピストン１１は端側が弾性的なシール２７を介してシリンダ１ ０に連結されている。シリンダ１０の壁には複数の流路１８．１が設けられてい る。ピストン１１にも流路１８．２が設けられている。この流路１８．２にはそ れぞれ、球形逆止弁として形成された逆止弁１９が挿入されている。この場合、 両シリンダ壁部分１６．１，１６．２とそれに付設されたシリンダ内周面は、一 体化された絞りを有する絞り通路１６を形成するように採寸されている。 この実施の形態の場合にも、押し要素８．１の運動の際当接リング８．２がピ ストン１１の衝突面１１．１に衝突する際に、衝突速度が制動される。 図５の実施の形態の場合には、シリンダ室１３によって形成された流体室のほ かに、端側の２つの流体室１７．１，１７．２が設けられている。この２つの流 体室は自由流路１８．１を介して互いに接続されている。当接リング８．２が衝 突面２９に衝突する際に、流体はシリンダ室１３から絞り通路１６．１を経て流 体室１７．１に押し出される。この場合同時に、流体室１７．２との間で流体の 補償が行われる。長い絞り通路、従って絞り作用の強い絞り通路１６．２からの 流体の流出も同様に補償される。 戻り運動の際、液体が流体室１７．２からピストン１１内の流路１８．２を経 てシリンダ室１３に吸い込まれて戻る。 図６には、図５の実施の形態の変形が示してある。この変形は複動作用する装 置として形成されているので、押し要素８．１はそれぞれ２個の当接リング８． ２１，８．２２によって押し要素の両移動方向において衝突時に緩衝作用を受け る。ピストンは簡単なピストンとして往復運動可能に案内されている。しかし、 この実施の形態の場合、シリンダ１０は端側にそれぞれ、シリンダ室１３．１， １３．２を画成する環状面２９．１，２９．２を備えている。このシリンダ室内 には、逆止弁１９を備えた流路１８．２が配置されている。この場合、環状面２ ９．１に付設された、ピストン軸３０を取り囲む穴３１はその内のりの中間室に よって絞り通路１６を形成している。この場合、機能は図５の実施の形態の機能 に一致している。 上述の緩衝要素は自励系として形成されているが、図７に示した実施の形態は 、図２に基づいて説明したように、外部の圧力流体貯蔵部を介して流体が装置内 に貯蔵される装置である。シリンダ室１３と流体室１７の間での流体の交換は外 部に対して接続通路１８．３と、シリンダ１０内を延びる流路１８．１と、ピス トン内を延びる流路１８．２を介して行われる。この流路１８．２内には逆止弁 １９が配置されている。更に、弾性的なシール２７が設けられている。このシー ルは同時に戻しばねを形成している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハルトマン・エルンスト―ジークフリート ドイツ連邦共和国、Ｄ―51491 オーベラ ート、ヴァルデンブルガー・ストラーセ、 ７ (72)発明者 アルトドルフ・ヨアヒム ドイツ連邦共和国、Ｄ―51147 ケルン、 フランクフルター・ストラーセ、248 (72)発明者 シュヴァーデルラップ・トーマス ドイツ連邦共和国、Ｄ―41539 ドルマー ゲン、ネッターガッセ、66

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．緩衝要素がピストン（１１）とシリンダ（１０）を備え、このピストンとシ リンダが少なくとも１個の戻しばね（１２，２７）の力に抗して静止位置から 相対的に移動可能に案内され、シリンダ（１０）の両端がそれぞれ流体室（１ ７）に接続され、流体室（１７）が少なくとも１つの流路（１８）と少なくと も１つの絞り通路（１６）を介して接続され、この流路（１８）が逆止弁（１ ９）を備え、この逆止弁が静止位置からの相対運動時に閉じる、固定された部 品の衝突面に対する可動部品（８）の当接を緩衝するための要素。 ２．絞り通路（１６）がピストン（１１）の一部であることを特徴とする請求項 １記載の要素。 ３．流路（１８）の少なくとも一部がピストン（１１）内を延びていることを特 徴とする請求項１または２記載の要素。 ４．流路（１８）の少なくとも一部がシリンダ（１０）の壁内を延びていること を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の要素。 ５．流体室（１７）がシリンダ（１０）の端側に一体化されて形成されているこ とを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の要素。 ６．ピストン（１１）が環状ピストンとして形成され、かつシリンダ（１０）と 共に両部品の一方（可動部品または固定された部品）を取り囲んでいることを 特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の要素。 ７．シリンダ（１０）の少なくとも端側が開放した管として形成され、この管の 端部がシール（２７）を介してピストン（１１）に連結され、このシールが同 時に戻しばねを形成していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに 記載の要素。 ８．シール（２７）が端側の流体室（１７）の外側を画成していることを特徴と する請求項１〜７のいずれか一つに記載の要素。 ９．流体を案内する部品が閉じた系として形成されていることを特徴とする請求 項１〜８のいずれか一つに記載の要素。 10．流体室（１７）が流体供給部に接続されていることを特徴とする請求項１〜 ９のいずれか一つに記載の要素。