WO2024078651A1 - Dämpfungszylinderbaueinheit - Google Patents

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WO2024078651A1
WO2024078651A1 PCT/DE2023/000103 DE2023000103W WO2024078651A1 WO 2024078651 A1 WO2024078651 A1 WO 2024078651A1 DE 2023000103 W DE2023000103 W DE 2023000103W WO 2024078651 A1 WO2024078651 A1 WO 2024078651A1
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WO
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cylinder tube
closure part
damping
cylinder
guide
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/000103
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English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Bueter
Original Assignee
Bürnach Engineering International B. V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bürnach Engineering International B. V. filed Critical Bürnach Engineering International B. V.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/06—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
    • F16F9/08—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid where gas is in a chamber with a flexible wall
    • F16F9/096—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid where gas is in a chamber with a flexible wall comprising a hydropneumatic accumulator of the membrane type provided on the upper or the lower end of a damper or separately from or laterally on the damper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/06—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
    • F16F9/064—Units characterised by the location or shape of the expansion chamber
    • F16F9/065—Expansion chamber provided on the upper or lower end of a damper, separately there from or laterally on the damper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
    • F16F2226/04—Assembly or fixing methods; methods to form or fashion parts
    • F16F2226/048—Welding

Definitions

  • the invention relates to a damping cylinder assembly, in particular for demanding applications with high dynamic loads, such as in agricultural machinery technology.
  • Hydraulic damping cylinders have proven to be more advantageous in the state of the art. This is especially true when they are equipped with a diaphragm accumulator or bladder accumulator.
  • the high dynamic loads and the pressure peaks that occur are problematic, and require particularly strong couplings.
  • the disadvantage is the complex manufacturing required for this, as extensive machining must be carried out to produce the damping cylinder and the high thermal loads associated with MAG welding, for example, can have a negative impact on quality and service life and require a high level of energy consumption.
  • Another disadvantage is that the interior of the cylinder has to be cleaned after MAG welding. It is therefore known in the state of the art to alternatively couple the guide closure part using a screw connection.
  • the object of the invention is to provide a damping cylinder assembly that can be manufactured in a resource-saving manner, with high quality and with little expenditure of time.
  • the damping cylinder assembly has a hydraulic cylinder and a damping accumulator as basic components.
  • the hydraulic cylinder acts as a pressure flow generator during an entry movement and as a pressure flow consumer during an exit movement.
  • a fluid flow is generated and the fluid is pressed into the damping cylinder and absorbed there.
  • the fluid is led out of the damping accumulator based on pressure and absorbed by the hydraulic cylinder. In at least one direction of movement of the fluid, the fluid flow is throttled and thus dampened.
  • the hydraulic cylinder and the damping accumulator are also referred to below as the hydraulic units.
  • the hydraulic cylinder has a cylinder tube, a guide closure part, a bottom closure part and a piston unit.
  • the cylinder tube has a guide-side cylinder tube end and a base-side cylinder tube end.
  • the guide closure part is arranged on the guide-side cylinder tube end.
  • the bottom closure part of the hydraulic cylinder is designed in a special way and has a cylinder tube receiving section, a damping accumulator receiving section and a fluid channel.
  • the cylinder tube is arranged with its bottom-side cylinder ear end on the cylinder tube receiving section and forms a bottom-side axial boundary of the cylinder interior, which is opposite the guide-side axial boundary of the cylinder interior.
  • the piston unit slides through the guide closure part and forms a working chamber together with the cylinder tube and the bottom closure part.
  • This working chamber is connected to the fluid channel so that the fluid an entry movement is displaced from the shrinking working space and pressed into the fluid channel and, conversely, can flow into the working space via the fluid channel and generate an exit movement.
  • the piston unit can be designed in particular as a unit consisting of a piston and piston rod. However, it can also be designed as a plunger piston, so that in this case the hydraulic cylinder is a plunger cylinder.
  • the fluid channel arranged in the bottom closure part connects the cylinder tube receiving section and the damping accumulator receiving section.
  • the damping accumulator has a pressure capsule and a fluid chamber accommodated by the pressure capsule and a pressure-deformable air chamber separated from the fluid chamber by a membrane.
  • a membrane-separated pressure-deformable air chamber is understood to be a structural design in which, depending on the fluid pressure, a compression of the air enclosed in the air chamber is brought about, thus pre-stressing the air that acts on the fluid. The compression causes a reduction in the volume of the air chamber, so that the fluid chamber can hold more fluid in the same way. It is preferably a membrane accumulator, although other structural designs such as a metal bellows accumulator are also included in the solution according to the invention.
  • the damping accumulator also has a damping accumulator fluid connection which is arranged on the bottom closure part. There, the damping accumulator is coupled to the bottom closure part in such a way that a sealing connection exists and at the same time a fixed positional relationship is established between the bottom closure part and the damping accumulator.
  • This coupling can preferably be designed as a laser-welded connection.
  • the bottom closure part is functionally integrated, firstly, to create space for the working space of the hydraulic cylinder, and secondly, to serve as a base body for Power transmission and for mounting, for example, on a machine part and thirdly, a carrier for the damping accumulator.
  • the damping fluid connection is connected to the fluid channel of the bottom closure part in a fluid-conducting manner, so that the fluid displaced from the hydraulic cylinder during an inward movement can be pressed into the damping cylinder via this path and vice versa can be fed back again during an outward movement.
  • the damping cylinder assembly according to the invention is particularly characterized in that a combination of two beam welding processes is used in the production of a hydraulic unit consisting of the hydraulic cylinder and the damping accumulator and thus of two different hydraulic units for their permanent coupling.
  • the damping cylinder assembly is characterized in that the damping accumulator is welded to its pressure capsule according to the invention by means of an electron beam ring weld seam.
  • the damping accumulator is welded to its pressure capsule according to the invention by means of an electron beam ring weld seam.
  • several electron beam weld seams can also be present on the damping accumulator.
  • the damping cylinder assembly is characterized in that the guide closure part is connected to the cylinder tube by means of a first circumferential Laser ring weld seam is materially connected, and that the base closure part is materially connected to the cylinder tube by means of a second circumferential laser ring weld seam.
  • the coupling according to the invention by means of two circumferential laser ring welds makes it possible for the first time to manufacture the hydraulic cylinder, including its components that can only withstand limited thermal loads, such as piston seals and guides on the piston or on the guide closure part, with such high quality that it is not necessary to revise the guide closure part, for example by means of a screw coupling.
  • the particularly high dynamic loads from the connected components to be dampened required massive MAG welds between the cylinder tube and the base closure part according to the state of the art, which disadvantageously placed massive thermal loads on the coupling partners, a way was surprisingly found here to use laser welding by means of the special arrangement of the laser ring welds.
  • the first laser ring weld seam is radial and butt-jointed and the second laser ring weld seam is conical with an inclination angle.
  • the electron beam welding process on the damping accumulator and the laser welding process on the hydraulic cylinder are advantageously combined in the damping cylinder assembly.
  • the laser steel welding process is energetically advantageous for smaller weld seams, especially below 5 mm, while, on the other hand, a high energy efficiency when welding larger seams, such as those present in the manufacture of the damping accumulator, is achieved by the electron beam welding.
  • the electron beam welding process is easier to control, so that the power density can be adjusted.
  • the advantages that result from the combination of the two beam welding processes cannot be achieved by using just one of the two beam welding processes.
  • Laser welding advantageously allows the cylinder tube to be designed with a thinner wall, as otherwise the allowances required to compensate for thread removal would be omitted according to the state of the art. By eliminating minimum lengths for thread sections, shorter overall lengths of the cylinder tube are also possible.
  • damping cylinder assembly there are a wide range of possible applications for the damping cylinder assembly according to the invention, particularly in agricultural machinery, vehicles and in mechanical engineering.
  • the damping cylinder assembly is characterized in that the cylinder tube receiving section of the bottom closure part has a conical receiving contour and that the cylinder tube has a corresponding conical ring surface, and that the second laser ring weld seam is designed with a laser weld seam inclination angle of 20 to 70 degrees. Due to the conical receiving contour and the corresponding conical ring surface, two surfaces lie opposite each other essentially without a gap, so that the laser with a penetration depth coordinated therewith causes a full-surface weld with a low linear energy. Furthermore, according to this advantageous development, the cylinder tube has an end section with an axial ring surface that projects axially distally beyond the conical ring surface. This axial ring surface rests against an axial counter ring surface of the cylinder tube receiving section.
  • the distally projecting end section has a wall thickness that is reduced compared to the wall thickness of the cylinder tube.
  • the wall thickness of the distally projecting end section is preferably between 10 and 30 percent of the full wall thickness of the cylinder tube.
  • the distally projecting end section forms an outer surface radially on the outside, which rests against an opposite inner surface of the cylinder tube receiving section.
  • the conical receiving contour on the base closure part and the corresponding conical ring surface on the cylinder tube can be produced in a simple manner and with little material removal by turning and milling. In terms of manufacturing technology, this also enables a self-centering joining of the cylinder tube with the base closure part to form a pre-group before laser welding.
  • the length of the distally protruding end section is also selected so that it is axially prestressed during joining by means of elastic compression when the conical receiving contour and the conical ring surface are in contact with one another in an assembly position ready for welding. Laser welding is then carried out. The elastic prestress is retained even after laser welding has taken place.
  • the axial ring surface is already in metallic contact with the axial counter ring surface during welding, so that the interior of the cylinder is reliably protected from contamination during welding.
  • the geometry of the conical receiving contour of the base closure part and its continuation on the inner surface in conjunction with the conical ring surface and its continuation through the outer surface and the distally protruding end section also makes it particularly advantageous to enable a particularly stable coupling despite the high dynamic loads.
  • the pressure fluctuations with sudden pressure peaks that occur during the impacts to be dampened put a strain on the coupling.
  • the fluid also acts radially on the inner surface of the distally protruding end section.
  • the reduced wall thickness of the distally protruding end section enables its elastic compression and prestressing on the one hand and, on the other hand, when the radial force is applied, it is pressed outwards against the inner surface of the cylinder tube receiving section by pressure peaks, so that in this operating state there is increased surface friction between the outer surface of the distally protruding end section and the inner surface and the distally protruding end section is supported radially.
  • the damping cylinder assembly is characterized in that the guide closure part has a stepped hollow cylindrical receiving contour, that a radial outer ring surface of the hollow cylindrical receiving contour rests against an inner circumferential surface of the cylinder tube and that the guide closure part has a proximal axial ring surface which, together with a distal axial counter ring surface of the cylinder tube, forms the first laser ring weld seam in a butt-joint manner.
  • This further advantageous development relates to the formation of the coupling between the guide closure part and the cylinder tube and thus concerns the first laser ring weld seam.
  • the radial outer ring surfaces of the hollow cylindrical receiving contour and the inner surface of the cylinder tube form a separation that prevents a direct connection of the first laser weld seam, including its weld seam root, to the cylinder interior, so that contamination of the interior during welding is also prevented here.
  • the radial form fit supports the coupling of the guide closure part to the cylinder tube.
  • Fig. 1 Longitudinal section of a damping cylinder unit
  • FIG. 2 Enlarged section of the bottom cylinder section
  • Fig. 4 Enlarged section of the guide-side cylinder section explained in more detail.
  • Fig. 1 shows in an embodiment the hydraulic cylinder 10 and the damping accumulator 20 as the basic components in the positional relationship determined by the bottom closure part 50.
  • the bottom closure part 50 is manufactured as a so-called burn-in part and the cylinder tube receiving section 51, the damping accumulator receiving section 52 and the fluid channel 53 are subtractively introduced by machining.
  • a filling and venting opening (without reference symbol) is assigned to the top of the fluid channel.
  • the hydraulic cylinder 10 is formed by the cylinder tube 30 together with the guide closure part 40 arranged at its guide-side cylinder tube end 31 and the bottom closure part 50 arranged at its bottom-side cylinder tube end 32 as well as the piston unit 60, which is present here as a plunger piston.
  • the damping accumulator 20 is a membrane accumulator and has (not shown) a membrane in its pressure capsule 21 which separates an air chamber from the fluid in a fluid chamber, wherein the air chamber is compressible by means of the fluid pressure and the volume of the fluid chamber is increased depending on the pressure and the resulting degree of compression.
  • both laser beam welding and electron beam welding are present.
  • the guide closure part 40 is integrally connected to the cylinder tube 30 with the first laser ring weld 71.
  • the base closure part 50 is also integrally connected to the cylinder tube 30 by means of the second laser ring weld 72.
  • the pressure capsule 21 of the damping accumulator 20 is welded by means of the electron beam ring weld 22.
  • Fig. 2 and Fig. 3 each show an enlarged detail of the area of the hydraulic cylinder 10 on the bottom closure part side in a preferred embodiment.
  • the cylinder tube 30 has a conical ring surface 34, which is adjoined by a distally projecting end section 33.
  • the conical receiving contour 54 is located opposite the conical ring surface 34 with the same conicity angle.
  • the second laser ring weld seam 72 is arranged on the joining surface between the conical ring surface 34 and the conical receiving contour 54, which has a laser weld seam angle a of approximately 30 degrees in accordance with the conicity in the embodiment.
  • the distally projecting end section 33 is significantly tapered compared to the full cylinder tube wall thickness, as is the case in the other areas, and also has a slight excess length. This makes it possible to prestress the end section 33 by means of elastic compression before the second laser ring weld seam 72 is created.
  • the axial ring surface 35 and the axial counter ring surface 55 lie against one another.
  • the radial outer surface 36 and the radial inner surface 56 lie opposite one another, so that at high pressures the end section 33, which is tapered for the elastic prestress, comes into pressure contact with the radial inner surface 56 and is supported by it.
  • Fig. 4 shows, in another enlarged detail, the area of the hydraulic cylinder 10 on the bottom closure part side in a preferred embodiment.
  • the guide closure part has a stepped hollow cylindrical receiving contour 41 at the connection point to the cylinder tube 30, so that the radial outer ring surface 42 of the guide closure part 40 and the guide-side inner surface 37 of the cylinder tube 30 are opposite each other in the radial direction and the proximal axial ring surface 43 of the guide closure part and the guide-side axial counter ring surface 38 are opposite each other in the axial direction.
  • the proximal axial ring surface 43 and the guide-side axial counter ring surface 38 form a butt joint.
  • the first laser ring weld seam 71 is arranged there in a radial orientation - shown by the dashed line. Reference symbols used

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungszylinderbaueinheit, aufweisend einen Hydraulikzylinder (10) und einen Dämpfungsspeicher (20), wobei der Hydraulikzylinder ein Zylinderrohr (30), ein Führungsverschlussteil (40), ein Bodenverschlussteil (50) und eine Kolbeneinheit (60) aufweist, wobei das Zylinderrohr (30) ein führungsseitiges Zylinderrohrende (31) und ein bodenseitiges Zylinderrohrende (32) aufweist, wobei das Führungsverschlussteil (40) an dem führungsseitigen Zylinderrohrende (31) angeordnet ist, wobei das Bodenverschlussteil (50) einen Zylinderrohraufnahmeabschnitt (51), einen Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt (52) und einen Fluidkanal (53), der den Zylinderrohraufnahmeabschnitt (51) und den Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt (52) verbindet, aufweist, wobei das Zylinderrohr (30) mit dem bodenseitigen Zylinderrohrende (32) an dem Zylinderrohraufnahmeabschnitt (51) angeordnet ist, wobei die Kolbeneinheit (60) gleitend das Führungsverschlussteil (40) durchsetzt und zusammen mit dem Zylinderrohr (30) und dem Bodenverschlussteil (50) einen Arbeitsraum ausbildet, der mit dem Fluidkanal (53) verbunden ist, wobei der Dämpfungsspeicher (20) eine Druckkapsel und von dieser aufgenommen eine Fluidkammer und eine von der Fluidkammer membrangetrennte druckdeformierbare Luftkammer sowie einen Dämpfungsspeicherfluidanschluss (21) aufweist, der an dem Bodenverschlussteil (50) angeordnet ist, wobei der Dämpfungsfluidanschluss (21) mit dem Fluidkanal (53) verbunden ist.

Description

Dämpfungszylinderbaueinheit
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungszylinderbaueinheit, insbesondere für anspruchsvolle Einsatzgebiete mit hoher dynamischer Belastung wie beispielsweise in der Landmaschinentechnik.
Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, beispielsweise in der Landmaschinentechnik in der Bodenbearbeitung Dämpfungsvorrichtungen vorzusehen, bei denen schwere Druckfedern verwandt werden. Diese Lösung ist aufgrund der geringen aufnehmbaren Kraft und der schlechten Kennlinie nachteilig.
Als vorteilhafter haben sich im Stand der Technik hydraulische Dämpfungszylinder erwiesen. Dies gilt insbesondere dann, wenn diese mit einem Membranspeicher oder Blasenspeicher versehen sind. Problematisch sind die hohen dynamischen Belastungen und die auftretenden Druckspitzen, die besonders feste Kopplungen verlangen. Nachteilig ist die hierfür notwendige aufwändige Fertigung, da für die Herstellung des Dämpfungszylinders eine umfangreiche spanende Bearbeitung vorgesehen werden muss und die beispielsweise mit einer MAG-Verschweißung verbundenen hohen thermischen Belastungen die Qualität und die Lebensdauer nachteilig beeinflussen können und einen hohen Energieeinsatz erfordern. Zudem ist nach der MAG-Verschweißung nachteilig eine Reinigung des Zylinderinnenraums erforderlich. Daher ist es im Stand der Technik bekannt, alternativ das Führungsverschlussteil mittels Verschraubung zu koppeln.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dämpfungszylinderbaueinheit aufzuzeigen, die ressourcenschonend, mit hoher Qualität und mit geringem Zeitaufwand herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die erfindungsgemäße Dämpfungszylinderbaueinheit weist als Grundkomponenten einen Hydraulikzylinder und einen Dämpfungsspeicher auf. Der Hydraulikzylinder wirkt bei einer Einfahrtbewegung als Druckstromerzeuger und bei einer Ausfahrt als Druckstromverbraucher. Bei der Einfahrtbewegung, die durch eine von einer angekoppelten Gerätekomponente eingebrachten Kraft bewirkt wird und gedämpft erfolgen soll, wird ein Fluidstrom erzeugt und das Fluid wird in den Dämpfungszylinder gepresst und dort aufgenommen. Umgekehrt wird das Fluid bei einer Ausfahrtbewegung druckbasiert aus dem Dämpfungsspeicher herausgeführt und von dem Hydraulikzylinder aufgenommen. In mindestens einer Bewegungsrichtung des Fluids erfolgt eine Drosselung des Fluidstroms und damit eine Dämpfung. Der Hydraulikzylinder und der Dämpfungsspeicher werden nachfolgend zusammengefasst auch als die hydraulischen Aggregate bezeichnet.
Der Hydraulikzylinder weist ein Zylinderrohr, ein Führungsverschlussteil, ein Bodenverschlussteil und eine Kolbeneinheit auf.
Hierbei weist das Zylinderrohr ein führungsseitiges Zylinderrohrende und ein bodenseitiges Zylinderrohrende auf. Das Führungsverschlussteil ist an dem führungsseitigen Zylinderrohrende angeordnet.
Das Bodenverschlussteil des Hydraulikzylinders ist in besonderer Weise ausgebildet und weist sowohl einen Zylinderrohraufnahmeabschnitt, einen Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt und einen Fluidkanal auf.
Das Zylinderrohr ist mit seinem bodenseitigen Zylinderohrende an dem Zylinderrohraufnahmeabschnitt angeordnet und bildet eine bodenseitige axiale Begrenzung des Zylinderinnenraums, die der führungsseitigen axialen Begrenzung des Zylinderinnenraums gegenüberliegt.
Die Kolbeneinheit durchsetzt gleitend das Führungsverschlussteil und bildet zusammen mit dem Zylinderrohr und dem Bodenverschlussteil einen Arbeitsraum aus. Dieser Arbeitsraum ist mit dem Fluidkanal verbunden, so dass das Fluid bei einer Einfahrtbewegung aus dem sich verkleinernden Arbeitsraum verdrängt und in den Fluidkanal eingepresst wird und umgekehrt über den Fluidkanal in den Arbeitsraum einströmen und eine Ausfahrtbewegung erzeugen kann. Die Kolbeneinheit kann insbesondere als eine Einheit aus Kolben und Kolbenstange ausgebildet sein. Sie kann aber auch als ein Tauchkolben ausgebildet sein, so dass in diesem Fall der Hydraulikzylinder als Plungerzylinder vorliegt.
Der in dem Bodenverschlussteil angeordnete Fluidkanal verbindet hierbei den Zylinderrohraufnahmeabschnitt und den Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt.
Der Dämpfungsspeicher weist eine Druckkapsel und von der Druckkapsel aufgenommen eine Fluidkammer und eine von der Fluidkammer membrangetrennte druckdeformierbare Luftkammer auf. Als membrangetrennte druckdeformierbare Luftkammer wird vorliegend eine konstruktive Ausbildung verstanden, bei der in Abhängigkeit des Fluiddrucks eine Kompression der in der Luftkammer eingeschlossenen Luft bewirkt wird und so eine Vorspannung der Luft vorliegt, die auf das Fluid wirkt. Durch die Kompression tritt eine Volumenminderung der Luftkammer ein, so dass die Fluidkammer in gleicher weise mehr Fluid aufnehmen kann. Bevorzugt handelt es sich um einen Membranspeicher, wobei jedoch auch andere konstruktive Ausbildungen wie beispielsweise ein Metallbalgspeicher von der erfindungsgemäßen Lösung umfasst sind.
Der Dämpfungsspeicher weist ferner einen Dämfpungsspeicherfluidanschluss auf, der an dem Bodenverschlussteil angeordnet ist. Dort ist der Dämpfungsspeicher mit dem Bodenverschlussteil in der Weise gekoppelt, so dass eine dichtende Verbindung besteht und zugleich eine feste Lagebeziehung zwischen dem Bodenverschlussteil und dem Dämpfungsspeicher hergestellt ist. Diese Kopplung kann vorzugsweise als eine Laserschweißverbindung ausgebildet sein.
Das Bodenverschlussteil ist in Funktionsintegration sowohl erstens raumbildend für den Arbeitsraum des Hydraulikzylinders, als auch zweitens Grundkörper zur Kraftübertragung und zur Montage beispielsweise an ein Maschinenteil sowie ferner drittens Träger für den Dämpfungsspeicher.
Der Dämpfungsfluidanschluss ist hierbei mit dem Fluidkanal des Bodenverschlussteils fluidführend verbunden, so dass über diesen Weg das aus dem Hydraulikzylinder bei einer Einfahrtbewegung verdrängte Fluid in den Dämpfungszylinder gepresst werden kann und umgekehrt bei einer Ausfahrtbewegung wieder zurückgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Dämpfungszylinderbaueinheit ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von zwei Strahlschweißverfahren bei der Herstellung einer hydraulischen Einheit, bestehen aus dem Hydraulikzylinder und dem Dämpfungsspeicher und damit aus zwei unterschiedliche hydraulischen Aggregaten, zu deren unlösbarer Kopplung vorliegt.
Es wurde gefunden, dass durch die Kombination zweier Strahlschweißverfahren, die beide auf der Beaufschlagung der Kopplungspartner mit einer hochenergetischen Strahlung beruhen, aber zugleich als Elektronenstrahlschweißverfahren und als Laserstrahlschweißverfahren unterschiedlichen spezifischen Anforderungen entsprechen können, sowohl eine besonders hochwertige, als auch energieeffiziente Herstellung einer Dämpfungszylindereinheit aufgezeigt werden kann. Vorteilhaft kann damit den besonderen Bedingungen, die auf den unterschiedlichen Funktionen und Baumerkmalen der beiden hydraulischen Aggregate beruhen, entsprochen werden.
Hierfür ist die Dämpfungszylinderbaueinheit dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsspeicher an seiner Druckkapsel erfindungsgemäß mittels einer Elektronenstrahlringschweißnaht verschweißt ist. Optional können auch mehrere Elektronenstrahlschweißnähte an dem Dämpfungsspeicher vorliegen.
Ferner ist die Dämpfungszylinderbaueinheit dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsverschlussteil mit dem Zylinderrohr mittels einer ersten umlaufenden Laserringschweißnaht stoffschlüssig verbunden ist, und dass das Bodenverschlussteil mit dem Zylinderrohr mittels einer zweiten umlaufenden Laserringschweißnaht stoffschlüssig verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Kopplung mittels zweier umlaufender Laserringschweißnähte ermöglicht es erstmals, den Hydraulikzylinder einschließlich seiner thermisch nur begrenzt belastbaren Bauteile wie Kolbendichtungen und Führungen am Kolben oder an dem Führungsverschlussteil so qualitätssicher herzustellen, dass es einer Revisionierbarkeit beispielsweise durch eine Schraubkopplung des Führungsverschlussteils nicht bedarf. Während aufgrund der besonders hohen dynamischen Belastungen durch die angeschlossenen und zu dämpfenden Bauteile nach dem Stand der Technik massive MAG-Verschweißungen zwischen dem Zylinderrohr und dem Bodenverschlussteil erforderlich waren, die die Kopplungspartner nachteilig massiv thermisch belastet haben, wurde vorliegend überraschend ein Weg gefunden, mittels der besonderen Anordnung der Laserringschweißnähte eine Laserverschweißung anzuwenden.
Vorzugsweise ist die erste Laserringschweißnaht radial und stumpfstoßend und die zweite Laserringschweißnaht konisch mit einem Neigungswinkel ausgebildet.
Vorteilhaft werden erfindungsgemäß das Elektronenstrahl-Schweißverfahren am Dämpfungsspeicher und das Laserschweißverfahren am Hydraulikzylinder in der Dämpfungszylinderbaugruppe kombiniert. Mit der Kombination des Elektronenstrahl-Schweißverfahrens und des Laserschweißverfahrens wurde eine Lösung gefunden, die einen zeitsparenden und energiesparenden Fertigungsprozess und zugleich eine hochwertige und prozesssichere Herstellung einer Dämpfungszylinderbaugruppe ermöglicht.
Dem liegt zu Grunde, dass zum einen das Laserstahlschweißverfahren für kleinere Schweißnähte, insbesondere auch unterhalb von 5 mm energetisch vorteilhaft ist, während zum anderen eine hohe Energieeffizienz bei der Verschweißung größerer Nähte, wie sie bei der Herstellung des Dämpfungsspeichers vorliegen, durch das Elektronenstrahlschweißverfahren erreicht werden kann. Zudem ist das Elektronenschweißverfahren leichter regelbar, so dass eine Anpassung der Leistungsdichte möglich ist. Zum anderen sind die aufgrund der Kombination der beiden Strahlschweißverfahren vorliegenden Vorteile bei der alleinigen Anwendung nur eines der beiden Strahlschweißverfahren nicht erreichbar.
Weiterhin besteht ein besonderer fertigungstechnischer Vorteil, da verfahrensbedingte und arbeitsschutzbedingte Vorhaltungen für eines der Schweißverfahren wie beispielsweise eine Einhausung des Prozessbereichs oder eine Abschirmung zugleich für die Durchführung des anderen Schweißverfahrens genutzt werden können, so dass eine mehrfache Vorhaltung eingespart werden kann.
Vorteilhaft kann durch die Laserverschweißung das Zylinderrohr mit einer geringeren Wandstärke ausgebildet werden, da sonst nach dem Stand der Technik erforderliche Zulagen zur Kompensation eines Gewindeabtrags entfallen können. Durch den Entfall von Mindestlängen für Gewindeabschnitte sind vorteilhaft zudem kürzere Baulängen des Zylinderrohrs möglich.
Es bestehen vielfältige Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Dämpfungszylinderbaueinheit, insbesondere in Landmaschinen, Fahrzeugen und im Maschinenbau.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Dämpfungszylinderbaueinheit dadurch gekennzeichnet, dass der Zyinderrohraufnahmeabschnitt des Bodenverschlussteils eine konische Aufnahmekontur aufweist und dass das Zylinderrohr eine hierzu korrespondierende konische Ringfläche aufweist, sowie dass die zweite Laserringschweißnaht mit einem Laserschweißnahtneigungswinkel ausgebildet ist, der 20 bis 70 Grad beträgt. Durch die konische Aufnahmekontur und die korrespondierende konische Ringfläche liegen sich zwei Flächen im Wesentlichen spaltfrei gegenüber, so dass der Laser mit einer hierauf abgestimmten Eindringtiefe eine vollflächige Verschweißung bei zugleich geringer Streckenenergie herbeiführt. Ferner weist nach dieser vorteilhaften Weiterbildung das Zylinderrohr einen die konische Ringfläche axial distal überstehenden Endabschnitt mit einer axialen Ringfläche auf. Diese axiale Ringfläche liegt an einer axialen Gegenringfläche des Zylinderrohraufnahmeabschnitts an.
In einer fortführenden vorteilhaften Weiterbildung weist der distal überstehende Endabschnitt eine gegenüber der Wandungsstärke des Zylinderrohrs verringerte Wandungsstärke auf. Vorzugsweise beträgt die Wandungsstärke des distal überstehenden Endabschnitts zwischen 10 und 30 Prozent der vollen Wandungsstärke des Zylinderrohrs. Zudem bildet der distal überstehende Endabschnitt radial außen eine Außenmantelfläche aus, die an einer gegenüberliegenden Innenmantelfläche des Zylinderrohraufnahmeabschnitts anliegt.
Diese Weiterbildungen weisen insbesondere die nachfolgend beschriebenen Vorteile auf. Die konische Aufnahmekontur an dem Bodenverschlussteil und die korrespondierende konische Ringfläche an dem Zylinderrohr sind vorteilhaft in einfacher Weise und mit geringem Materialabtrag durch eine Dreh-Fräs-Bearbeitung herstellbar. Fertigungstechnologisch vorteilhaft wird damit zugleich eine selbstzentrierende Fügung des Zylinderrohrs mit dem Bodenverschlussteil zu einer Vorgruppe vor dem Laserverschweißen ermöglicht. Vorzugsweise wird zudem die Länge des distal überstehenden Endabschnitts so gewählt, dass dieser beim Fügen mittels elastischer Stauchung in eine axiale Vorspannung gebracht wird, wenn die konische Aufnahmekontur und die konische Ringfläche in einer Montagelage verschweißungsfertig aneinander anliegen. Nachfolgend wird die Laserverschweißung durchgeführt. Auch nach der erfolgten Laserverschweißung bleibt die elastische Vorspannung erhalten. Vorteilhaft liegt somit bereits während der Verschweißung die axiale Ringfläche metallisch dichtend auf der axialen Gegenringfläche auf, so dass der Zylinderinnenraum zuverlässig vor Verunreinigungen während der Verschweißung geschützt wird. Durch die Verschweißung an der konischen Flächenpaarung mit einem Laserschweißnahtneigungswinkel wird vorteilhaft sowohl eine größere Schweißnahtfläche geschaffen, ein ungehinderter räumlicher Zugang des Lasers zu der Schweißnaht bereitgestellt, als auch im Zusammenwirken mit dem distal überstehenden Endabschnitt erreicht, dass die Schweißnahtwurzel nicht den Zylinderinnenraum berührt.
Besonders vorteilhaft wird zudem durch die Geometrie der konischen Aufnahmekontur des Bodenverschlussteils und deren Fortsetzung an der Innenmantelfläche im Zusammenwirken mit der konischen Ringfläche und deren Fortsetzung durch die Außenmantelfläche und den distal überstehenden Endabschnitt trotz der hohen dynamischen Lasten eine besonders stabile Kopplung ermöglicht. Die bei den zu dämpfenden Schlägen auftretenden Druckschwankungen mit sprunghaften Druckspitzen belasten die Kopplung. Infolge der Vorspannung an der axialen Ringflächen liegt dort zudem ein Barriere vor, die das Fluid von der zweiten Laserringschweißnaht trennt. Ferner wirkt das Fluid radial auf die Innenfläche des distal überstehenden Endabschnitts. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass durch die reduzierte Wandungsstärke des distal überstehenden Endabschnitts zum einen dessen elastische Stauchung und Vorspannung ermöglicht wird und zum anderen dieser bei dem radialen Kraftangriff durch Druckspitzen nach außen gegen die Innenmantelfläche des Zylinderrohraufnahmeabschnitts gepresst wird und so in diesem Betriebszustand eine erhöhte Mantelreibung zwischen der Außenmantelfläche des distal überstehenden Endabschnitts und der Innenmantelfläche vorliegt sowie der distal überstehende Endabschnitt radial abgestützt wird. Diese Faktoren zusammen entlasten wirksam die Laserschweißnaht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Dämpfungszylinderbaueinheit dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsverschlussteil eine gestufte hohlzylindrische Aufnahmekontur aufweist, dass eine radiale Außenringfläche der hohlzylindrischen Aufnahmekontur an einer Innenmantelfläche des Zylinderrohrs anliegt und dass das Führungsverschlussteil eine proximale axiale Ringfläche aufweist, die zusammen mit einer distalen axialen Gegenringfläche des Zylinderrohrs die erste Laserringschweißnaht stumpfstoßend ausbildet. Diese weitere vorteilhafte Weiterbildung bezieht sich auf die Ausbildung der Kopplung zwischen dem Führungsverschlussteil und dem Zylinderrohr und betrifft damit die erste Laserringschweißnaht.
Vorteilhaft bilden die radialen Außenringflächen der hohlzylindrischen Aufnahmekontur und die Innenmantelfläche des Zylinderrohrs eine Trennung aus, die eine direkte Verbindung der ersten Laserschweißnaht einschließlich derer Schweißnahtwurzel zu dem Zylinderinnenraum verhindert, so dass auch hier Verschmutzungen des Innenraums während der Verschweißung verhindert werden. Ferner unterstützt der radiale Formschluss die Kopplung des Führungsverschlussteils an dem Zylinderrohr.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
Fig. 1 Längsschnitt einer Dämpfungszylindereinheit
Fig. 2 Vergrößerungsausschnitt des bodenseitigen Zylinderabschnitts
Fig. 3 Vergrößerungsausschnitts des Bereichs der zweiten Laserringschweißnaht
Fig. 4 Vergrößerungsausschnitt des führungsseitigen Zylinderabschnitts näher erläutert.
Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind. Fig. 1 zeigt in einem Ausführungsbeispiel die den Hydraulikzylinder 10 und den Dämpfungsspeicher 20 als die Grundkomponenten in der durch das Bodenverschlussteil 50 festgelegten Lagebeziehung.
Das Bodenverschlussteil 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel als sogenanntes Brennteil hergestellt und der Zylinderrohraufnahmeabschnitt 51 , der Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt 52 sowie der Fluidkanal 53 sind durch spanende Bearbeitung subtraktiv eingebracht. Dem Fluidkanal ist oben eine Befüll- und Entlüftungsöffnung (ohne Bezugszeichen) zugeordnet.
Der Hydraulikzylinder 10 wird durch das Zylinderohr 30 zusammen mit dem an dessen führungsseitigen Zylinderrohrende 31 angeordneten Führungsverschlussteil 40 und dem an dessen bodenseitigen Zylinderrohrende 32 angeordneten Bodenverschlussteil 50 sowie der Kolbeneinheit 60, die hier als Tauchkolben vorliegt, gebildet.
Der Dämpfungsspeicher 20 liegt in diesem Ausführungsbeispiel als Membranspeicher vor und weist (nicht dargestellt) in seiner Druckkapsel 21 eine Membran auf, die eine Luftkammer gegenüber dem Fluid in einer Fluidkammer abtrennt, wobei die Luftkammer mittels des Fluidducks komprimierbar ist und je nach Druck und hieraus resultierendem Kompressionsgrad das Volumen der Fluidkammer vergrößert wird.
Gemäß der erfindungsgemäßen Kombination aus zwei unterschiedlichen Strahlschweißnähten liegt sowohl eine Laserstrahlverschweißung als auch eine Elektronenstrahlverschweißung vor. Das Führungsverschlussteil 40 ist mit dem Zylinderrohr 30 mit der ersten Laserringschweißnaht 71 stoffschlüssig verbunden. Ferner ist auch das Bodenverschlussteil 50 mit dem Zylinderrohr 30 mittels der zweiten Laserringschweißnaht 72 stoffschlüssig verbunden. Zugleich liegt eine Verschweißung der Druckkapsel 21 des Dämpfungsspeichers 20 mittels der Elektronenstrahlringschweißnaht 22 vor. Fig. 2 und Fig. 3 zeigen jeweils in einem Vergrößerungsausschnitt den bodenverschlussteilseitigen Bereich des Hydraulikzylinders 10 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Das Zylinderrohr 30 weist eine konische Ringfläche 34 auf, an die sich ein distal überstehender Endabschnitt 33 anschließt. Der konischen Ringfläche 34 liegt mit gleichem Konizitätswinkel die konische Aufnahmekontur 54 gegenüber. An der Fügefläche zwischen der konischen Ringfläche 34 und der konischen Aufnahmekontur 54 ist die zweite Laserringschweißnaht 72 angeordnet, die gemäß der Konizität im Ausführungsbeispiel einen Laserschweißnahtwinkel a von ca. 30 Grad aufweist.
Der distal überstehende Endabschnitt 33 ist gegenüber der vollen Zylinderrohrwandungsstärke, wie sie in den übrigen Bereichen vorliegt, deutlich verjüngt und weist zudem eine geringfügige Überlänge auf. Dies ermöglicht es, den Endabschnitt 33 bereits vor dem Erzeugen der zweiten Laserringschweißnaht 72 mittels elastischer Stauchung vorzuspannen. Die axiale Ringfläche 35 und die axiale Gegenringfläche 55 liegen aneinander an. Ferner liegen die radiale Außenmantelfläche 36 und die radiale Innenmantelfläche 56 einander gegenüber, so dass bei hohen Drücken der für die elastische Vorspannung verjüngt ausgebildete Endabschnitt 33 zu der radialen Innenmantelfläche 56 in Druckkontakt gerät und von dieser gestützt wird.
Fig. 4 zeigt in einem anderen Vergrößerungsausschnitt den bodenverschlussteilseitigen Bereich des Hydraulikzylinders 10 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Das Führungsverschlussteil weist an der Verbindungsstelle zum Zylinderrohr 30 eine gestufte hohlzylindrische Aufnahmekontur 41 auf, so dass sich in radialer Richtung die radiale Außenringfläche 42 des Führungsverschlussteils 40 und die führungsseitige Innenmantelfläche 37 des Zylinderohrs 30 und in axialer Richtung die proximale axiale Ringfläche 43 des Führungsverschlussteils und die führungsseitige axiale Gegenringfläche 38 gegenüberliegen. Die proximale axiale Ringfläche 43 und die führungsseitige axiale Gegenringfläche 38 bilden einen Stumpfstoß. Dort ist die erste Laserringschweißnaht 71 in radialer Orientierung - dargestellt durch die Strichlinie - angeordnet. Verwendete Bezugszeichen
10 Hydraulikzylinder
20 Dämpfungsspeicher
21 Druckkapsel
22 Elektronenstrahlringschweißnaht
30 Zylinderrohr
31 führungsseitiges Zylinderrohrende
32 bodenseitiges Zylinderrohrende
33 überstehender Endabschnitt
34 konische Ringfläche
35 axiale Ringfläche
36 radiale Außenmantelfläche
37 führungsseitige Innenmantelfläche
38 führungsseitige axiale Gegenringfläche
40 Führungsverschlussteil
41 gestufte hohlzylindrische Aufnahmekontur
42 radiale Außenringfläche
43 proximale axiale Ringfläche
50 Bodenverschlussteil
51 Zylinderrohraufnahmeabschnitt
52 Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt
53 Fluidkanal
54 konische Aufnahmekontur
55 axiale Gegenringfläche
56 radiale Innenmantelfläche
60 Kolbeneinheit
71 erste Laserringschweißnaht
72 zweite Laserringschweißnaht a Laserschweißnahtneigungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Dämpfungszylinderbaueinheit, aufweisend einen Hydraulikzylinder (10) und einen Dämpfungsspeicher (20), wobei der Hydraulikzylinder ein Zylinderrohr (30), ein Führungsverschlussteil (40), ein Bodenverschlussteil (50) und eine Kolbeneinheit (60) aufweist, wobei das Zylinderrohr (30) ein führungsseitiges Zylinderrohrende (31) und ein bodenseitiges Zylinderrohrende (32) aufweist, wobei das Führungsverschlussteil (40) an dem führungsseitigen Zylinderrohrende (31) angeordnet ist, wobei das Bodenverschlussteil (50) einen Zylinderrohraufnahmeabschnitt (51), einen Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt (52) und einen Fluidkanal (53), der den Zylinderrohraufnahmeabschnitt (51) und den Dämpfungsspeicheraufnahmeabschnitt (52) verbindet, aufweist, wobei das Zylinderrohr (30) mit dem bodenseitigen Zylinderrohrende (32) an dem Zylinderrohraufnahmeabschnitt (51) angeordnet ist, wobei die Kolbeneinheit (60) gleitend das Führungsverschlussteil (40) durchsetzt und zusammen mit dem Zylinderrohr (30) und dem Bodenverschlussteil (50) einen Arbeitsraum ausbildet, der mit dem Fluidkanal (53) verbunden ist, wobei der Dämpfungsspeicher (20) eine Druckkapsel und von dieser aufgenommen eine Fluidkammer und eine von der Fluidkammer membrangetrennte druckdeformierbare Luftkammer sowie einen Dämpfungsspeicherfluidanschluss (21) aufweist, der an dem Bodenverschlussteil (50) angeordnet ist, wobei der Dämpfungsfluidanschluss (21) mit dem Fluidkanal (53) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungszylinderbaueinheit mittels einer Kombination aus zwei Strahlschweißverfahren gekoppelt ist, dass die Druckkapsel (21) des Dämpfungsspeichers (20) eine Elektronenstrahlringschweißnaht (22) aufweist und dass das Führungsverschlussteil (40) mit dem Zylinderrohr (30) mittels einer ersten umlaufenden Laserringschweißnaht (71) stoffschlüssig verbunden ist, und dass das Bodenverschlussteil (50) mit dem Zylinderrohr (30) mittels einer zweiten umlaufenden Laserringschweißnaht (72) stoffschlüssig verbunden ist. Dämpfungszylinderbaueinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zyinderrohraufnahmeabschnitt (51) eine konische Aufnahmekontur
(54) aufweist, dass das Zylinderrohr (30) eine hierzu korrespondierende konische Ringfläche (34) aufweist, dass die zweite Laserringsschweißnaht (72) mit einem Laserschweißnahtneigungswinkel (a) ausgebildet ist, der 20 bis 70 Grad beträgt und dass das Zylinderrohr (30) einen die konische Ringfläche (34) axial distal überstehenden Endabschnitt (33) aufweist, der eine axiale Ringfläche (35) aufweist, die an einer axialen Gegenringfläche
(55) des Zylinderrohraufnahmeabschnitts (51) anliegt. Dämpfungszylinderbaueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der der distal überstehende Endabschnitt (33) eine Wandungsstärke von 10 bis 30 Prozent der Wandungsstärke des Zylinderrohrs (30) sowie eine radiale Außenmantelfläche (36) aufweist, die an einer radialen Innenmantelfläche (56) des Zylinderohraufnahmeabschnitts (51) anliegt. Dämpfungszylinderbaueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsverschlussteil (40) eine gestufte hohlzylindrische Aufnahmekontur (41) aufweist, dass eine radiale Außenringfläche (42) der hohlzylindrischen Aufnahmekontur (41) an einer führungsseitigen Innenmantelfläche (37) des Zylinderrohrs (30) anliegt und dass das Führungsverschlussteil (40) eine proximale axiale Ringfläche (43) aufweist, die zusammen mit einer führungsseitigen distalen axialen Gegenringfläche (38) des Zylinderrohrs (30) die erste Laserringschweißnaht (71) stumpfstoßend ausbildet.
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