Endlagendämpfung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezeichnet eine Endlagendämpfung einer druckmittelbetriebenen Vorrichtung, insbesondere eines pneumatischen oder hydraulischen Arbeitszylinders.

[0002] Nach der IPC (Internationale Patentklassifikation) werden druckmittelbetriebenen Vorrichtungen in der IPC F15B15/00 klassifiziert, wobei Einzelheiten zum Verzögern des Hubs in der IPC F15B15/22 erfaßt sind. Eine Verzögerung oder Dämpfung des Hubs eines Kolbens in einem Zylinder kann über das Druckmittel selbst erfolgen. Dabei wird über einen entsprechenden Gegendruck auf den Kolben die Dämpfungskraft erzielt, welche vorzugsweise proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens ist. Neben einem aktiv geführten (gesteuerten) Druckmittel bietet sich als passive Variante ein gedrosselter Druckmittelfluß an, bei dem das Druckmittel eine Drossel durchquert. Dabei besteht näherungsweise ein proportionaler Zusammenhang zwischen des die Drossel durchströmenden Druckmittelvolumens und der Druckdifferenz beiderseits der Drossel. Der Proportionalitätsfaktor als Kennwert wird wesentlich durch die Geometrie der Drossel bestimmt.

[0003] Die gewünschte Drosselung soll erst bei Annäherung an die Endlage wirken. Entsprechend muß sich der Strömungszustand abhängig von der Lage des Kolbens im Zylinder, insbesondere bezüglich der Endlage, verändern. Dies kann durch verschiedene Maßnahmen erzielt werden.

[0004] Eine Möglichkeit besteht in der Veränderung der Auslaßöffnung, bsw. indem nach der Druckschrift DE 2206410 dessen wirksamer Querschnitt durch Einfahren eines Kolbenansatzes verringert wird. Nach der Druckschrift DE1925166A1 ist eine ähnlich wirkende Lösung bekannt, bei welcher von mehreren parallel geschalteten Auslaßöffnungen ein Teil durch den Kolben selbst verdeckt wird.

[0005] Bei einer geeigneten Anordnung und/oder Dimensionierung lassen sich verschiedene Dämpfungsfunktionen realisieren.

[0006] Eine andere Möglichkeit besteht in der Ausbildung eines Dämpfungsraumes, welche bezüglich der Bewegungsrichtung des Kolben hinter der eigentlichen Auslaßöffnung angeordnet ist. Das sich in diesem Dämpfungsraum befindliche Druckmittel kann nur gedrosselt in die eigentliche Auslaßöffnung entweichen, wenn der Kolben in diesen Dämpfungsraum eintaucht.

[0007] Eingeschränkt auf die letztere Möglichkeit sind eine Vielzahl von Ausführungen bekannt, bei denen die Drossel über spezielle Kanäle mit der Auslaßöffnung verbunden im Kolben oder im Zylinder angeordnet ist. Ebenfalls vorbekannt ist die Nutzung des sich zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausbildenden Freiraumes zur Drosselung.

[0008] Nach der Druckschrift DEGM6943765 wird die Drossel selbst durch den ringförmigen Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausgebildet und bleibt bezüglich der Eintauchtiefe in ihrem Kennwert konstant.

[0009] Eine nach der Druckschrift US4425836 vorbekannte Lösung verwendet eine helixartige Vertiefung auf der Mantelfläche des Kolbens als Drossel. Durch die Kolbenlage im Dämpfungsraum verändert sich entsprechend die wirksame Länge der den Kennwert bestimmenden Drosselgeometrie, wodurch dieser linear zur Eindringtiefe zunimmt. Nachteilig ist die zwingend lineare Kennwertzunahme, es sei denn, man realisiert konstruktiv aufwendig Helixstrukturen mit veränderlichem Steigungswert und/oder Querschnitt.

[0010] Aus der Druckschrift US4207800 ist ebenfalls die Verwendung eines speziellen Dämpfungselementes bekannt, welcher zwischen dem Kolben und dem Zylinder angeordnet und als ein Ring (Kolbenring) ausgebildet ist. Es weist an einer Stirnseite eine Vielzahl radiale offene Kanäle auf, ist axial etwas verschiebbar und liegt bei Drosselung an der gegenüberliegenden Ringnut des Kolbens an, wodurch das Druckmittel die radialen Drosselkanäle durchströmt sowie unterhalb und hinter dem Drosselring zur Auslaßöffnung gelangt. Der Vorteil einer derartigen modularen Lösung liegt in der einfachen Austauschbarkeit dieses Drosselringes. Der Nachteil dieser Lösung liegt in dem bezüglich der Eintauchtiefe konstanten Kennwert der Drossel.

[0011] Des Weiteren ist aus der Druckschrift DD 105 493 A eine ausfahrseitige Endlagenbremse für hydraulische oder pneumatische Arbeitszylinder mit Scheibenkolben nach dem Prinzip der wegabhängigen Drosselung des austretenden Fluids mittels Blende bekannt, die aus einer ringförmigen, an einer Stelle gesprengten Drosselblende mit axialen Nuten am Innenmantel mit Fortsetzung auf der dem Kolben zugewandten Planfläche besteht und in einer Nut der Kolbenstange sitzt. Bei Bremsbeginn taucht die Drosselscheibe in eine Buchse ein und drosselt den Querschnitt für den Austritt des Fluids durch entsprechend geschliffene axiale Nuten im Innenmantel der Buchse wegabhängig, wobei das Fluid über diese Nuten und den Axialspalt zwischen Kolbenstange und Drosselblende fließt. Die Nachteile dieser Lösung bestehen insbesondere in der nur sehr aufwändig herzustellenden Drosselscheibe sowie der Schwächung der Kolbenstange durch die Nut zur Aufnahme der Drosselscheibe.

[0012] Die Aufgabe der Erfindung ist die Ausbildung einer Endlagendämpfung der oben bezeichneten Art zu entwickeln, wobei durch eine konstruktiv einfache Lösung ein beliebiger stetiger Kennwertverlauf der Drossel bezüglich der Eintauchtiefe realisierbar und dieser Kennwertverlauf einfach veränderbar ist.

[0013] Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0014] Die Erfindung besteht in der Benutzung des vorhandenen Spaltes eines Kolbenringes als Drosselelement und der Veränderung dessen wirksamer Öffnung in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe über die durch eine spezielle Buchse vorgegebene Änderung des Zylinderinnendurchmessers.

[0015] Der Kolbenring weist den kleinsten Abstromquerschnitt auf, wenn er innerhalb des Zylinderrohres geführt wird, oder sich in der Endlage der Dämpfungsbuchse befindet. Damit ist dem Prinzip involviert, daß die konische Dämpfungsbuchse in der Endlage dem Kolbendurchmesser zu entsprechen hat. Die Konizität der Dämpfungsbuchse ist nur so groß, daß die Stirnfläche derselben durch die Stirnfläche des Zylinderrohres erfaßt wird, wodurch beim Anzug der Verschlußteile, die Dämpfungsbuchse oder im Falle der Anwendung beim Differentialarbeitszylinder die Buchsen fest verspannt werden. Bei der Bewegung des Arbeitskolbens in Richtung zur Endlage springt der mitgeführte Kolbenring im Bereich des größten Durchmessers der Dämpfungsbuchse infolge seiner inneren Eigenspannung radial auf und versperrt die für den Abfluß vorgesehenen Radialbohrungen, wodurch der oben beschriebene Abstrom erzwungen ist. Im Fortlauf der Bewegung innerhalb der Dämpfungsbuchse wird der Kolbenringspalt, bis zum kleinsten Abstromquerschnitt hin, geschlossen. Infolge der radialen Flexibilität des Kolbenringes und der Konizität der Dämpfungsbuchse wird diese bewegte Zustellung des Abflußquerschnittes erreicht. Die Dämpfung ist progressiv in Abhängigkeit vom Kegelwinkel der Dämpfungsbuchse.

[0016] Das Grundprinzip ist wie bei allen Dämpfungsarten durch die mathematische Beziehung

gegeben.

[0017] Der Gegendruck ist wie folgt bestimmt:

[0018] In den aufgeführten Formeln bedeuten:

p = Auslaufgegendruck

P_Br = Bremsdruck

m = vom Kolben bewegte Masse

ρ= Druckmitteldichte

v = Kolbengeschwindigkeit bei Bremsbeginn

F_Br = Bremskraft

s = Bremsweg

A_Dr = Drosselquerschnitt

A₂ = Kolbenquerschnitt

[0019] Die Austauschbarkeit des Kolbenringes und der konischen Dämpfungsbuchse ermöglicht auf einfache Weise die Änderung der Dämpfungscharakteristik, wodurch es problemlos möglich ist, spezielle Anforderungen im Anwendungsfalle zu berücksichtigen. Die Konizität der Dämpfungsbuchse ist vorzugsweise in den Grenzen von Kegelwinkel tanα_min = 0, 01 bis Kegelwinkel tanα_max = 0,04 vorgesehen. Die Länge des Konusses der Dämpfungsbuchse bestimmt die Länge des Dämpfungsweges. Der Dämpfungsweg selbst ist Bestandteil des Gesamthubes.

[0020] In den genannten vorbekannten Fällen ist meist eine aufwendige Fertigungstechnik erkennbar, zudem ist das den Drosselquerschnitt tragende Element in seinem Querschnittswert vorbestimmt, während es im Falle der vorliegenden Erfindung sich im Fortlauf der Kolbenbewegung ändert. Das Neue der erfindungsgemäßen Lösung ist somit durch den im bewegten System angeordneten Durchflußquerschnitt charakterisiert, der seinen Wert innerhalb der Dämpfungsstrecke bis zum Endanschlag ändert, wodurch infolge der leichten Austauschbarkeit der dämpfungsbestimmenden Teile jede gewünschte Dämpfungscharakteristik vorgegeben werden kann. Auf diese Weise ist eine Lösung vorgegeben, die einfach in der Herstellung, flexibel in der dem Anwendungsfall gemäßen Dämpfungscharakteristik ausrüstbar und in seiner Wirksamkeit unabhängig von der fluidischen Substanz als Druckmittelträger ist.

[0021] Die Erfindung soll im Weiteren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

• Fig. 1 einen Differentialarbeitszylinder mit Dämpfungsbuchsen in den Endlagen
• Fig. 2 einen Ausschnitt des Dämpfungsraumes im Verschlußteil
• Fig. 3 einen Kolbenring
• Fig. 4 eine Dämpfungsbuchse

[0022] Fig. 1 zeigt in Verbindung mit dem Ausschnitt nach Fig. 2, der Einzelheit Kolbenring nach Fig. 3 und der Einzelheit Dämpfungsbuchse nach Fig. 4 einen Differentialarbeitszylinder, welcher in den Hubendlagen mit Dämpfungsbuchsen 1 versehen ist, die als Bestandteil des Hubes 2, den Kolben 3 im Endlagenbereich führen. Der Kolben 3 trennt durch Abdichtung vermittels einer Kolbendichtung 4 den Arbeitsraum des Differentialarbeitszylinders in die Teile Kolbenraum 5.1 und Ringkolbenraum 5.2. Zudem ist der Kolben 3 mit Kolbenringen 6 versehen, die in Nutungen 7 des Kolbens 3 gehalten werden, deren Eigenspannungsverhalten es ermöglicht, daß sie sich gering über den Kolbendurchmesser hinaus ausdehnen. Der Kolbenring 6 ist aus diesem Grunde so gewählt, daß er die kleinste Spaltweite 8 dann aufweist, wenn er im Zylinderrohr 9 geführt wird. Innerhalb eines Dämpfungsbereiches 10 wird der Kolbens 3 im Fortlauf der Bewegung infolge seines Eigenspannungsverhaltens radial bis auf einen größten Konusinnendurchmesser 11 der Dämpfungsbuchse 1 aufgeweitet. Der Kolbenring 6 ist daher im entspannten Zustand immer größer als der größte Konusinnendurchmesser 11, um längst des Hubes 2 an allen Innendurchmessern spannungssicher anzuliegen. In diesem Bereich der Dämpfungsbuchse 1 sind Radialbohrungen 12 vorgesehen, die das Druckmittel in Längsnuten 13 leiten, wo es über einen Ringkanal 14 zum Abflußanschluß 15 gelangt. Überfahrt der Kolbenring 6 die Position der Radialbohrungen 12 wird die vor dem Kolben 3 befindliche Druckmittelmenge nur noch über die Spaltweite 8 des Kolbenringes 6 abgeführt, wodurch die Dämpfung einsetzt, die sich im Fortgang der Bewegung des Kolbens 3 auf die Endlagen zu infolge der Wirkung eines Innenkonusses 16 als Dämpfung mit progressiven Charakter ergibt. Das über die Spaltweite 8 abfließende gedrosselte Druckmittel gelangt über die Radialbohrungen 12 und Längsnuten 13 in den Ringkanal 14 und auf diese Weise zum Abflußanschluß 15. Um die Gewähr für den Druckaufbau im Differentialarbeitszylinder zu haben, sind die Verschlußteile 17.1 und 17.2 jeweils mit einer Dichtung 18 versehen. Die Dämpfungsbuchse 1 wird durch Verschraubung über ein Gewinde 19 verspannt, wobei sich eine Stirnfläche 20 des Zylinderrohres 9 gegen eine Dämpfungsbuchsenstirnfläche 21 drückt und dieselbige mit einer Außenstirnfläche 22 gegen eine Innenfläche 23 des Verschlußteiles 17.1. Durch die geringe Rauhtiefe dieser Flächen ist dafür gesorgt, daß der Druckmittelstrom nicht über diesen Weg in den Abflußanschluß 15 gelangt, um den notwendigen Gegendruck im Ringkolbenraum 5.2 zu erhalten.

[0023] Verwendete Bezugszeichen

1

Dämpfungsbuchse

2

Hub

3

Kolben

4

Kolbendichtung

5.1

Kolbenraum

5.2

Ringkolbenraum

6

Kolbenring

7

Nutung

8

Spaltweite

9

Zylinderrohr

10

Dämpfungsbereich

11

Konusinnendurchmesser

12

Radialbohrung

13

Längsnut

14

Ringkanal

15

Abflußanschluß

16

Innenkonus

17.1

Verschlußteil I

17.2

Verschlußteil II

18

Dichtung

19

Gewinde

20

Stirnfläche

21

Dämpfungsbuchsenstirnfläche

22

Außenstirnfläche

23

Innenfläche

Ansprüche

1. Endlagendämpfungsvorrichtung einer druckmittelbetriebenen Vorrichtung, bei welcher der Hub (2) eines Kolbens (3) in einem Zylinder (9) verzögert wird, indem innerhalb eines Dämpfungsbereiches (10) durch Drosselung des verdrängten Druckmittels ein Gegendruck erzeugt wird, bevor es über Kanäle in den Abflußanschluß (15) entweicht, wobei ein in Nutungen (7) des Kolbens (3) gehaltener, gespaltener Kolbenring (6) zur Drosselung verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,

• dass der Zylinder (9) in den Hubendlagen mit Dämpfungsbuchsen (1) versehen ist, die als Bestandteil des Hubes (2) den Kolben (3) im Endlagenbereich führen,

• dass das Eigenspannungsverhalten des Kolbenringes (6) es ermöglicht, diese über den Kolbendurchmesser hinaus auszudehnen, und der Kolbenring (6) sich infolge seines Eigenspannungsverhaltens radial bis auf einen größten Konusinnend urchmesser (11) aufgeweitet,

• dass ein Innenkonus (16) der Dämpfungsbuchse (1) eine Dämpfung mit progressiven Charakter ergibt,

• dass die kleinste Spaltweite (8) des Kolbenringspaltes des Kolbenringes (6) im Zylinderrohr (9) erzielt wird

• und dass im Bereich der Dämpfungsbuchse (1) Radialbohrungen (12) vorgesehen sind, die das Druckmittel in Längsnuten (13) leiten, wo es über einen Ringkanal (14) zum Abflußanschluß (15) gelangt.

2. Endlagendämpfung einer druckmittelbetriebenen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das über die Spaltweite (8) abfließende gedrosselte Druckmittel über die Radialbohrungen (12) und Längsnuten (13) in den Ringkanal (14) und auf diese Weise zum Abflußanschluß (15) gelangt.

3. Endlagendämpfung einer druckmittelbetriebenen Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die Dämpfungsbuchse (1) durch Verschraubung über ein Gewinde (19) verspannt wird, wobei sich eine Stirnfläche (20) des Zylinderrohres (9) gegen eine Dämpfungsbuchsenstirnfläche (21) drückt, und dieselbige mit einer Außenstirnfläche (22) gegen eine Innenfläche (23) des Verschlußteiles I (17.1) und

dass durch die geringe Rauhtiefe dieser Flächen {(20), (21), (22), (23)} der Druckmittelstrom nicht über diesen Weg in den Abflußanschluß (15) gelangt.

Claims

1. End position damping device of a device actuated by a pressure medium, wherein the stroke (2) of a piston (3) in a cylinder (9) is slowed, in that a counter pressure is produced within a damping region (10) by throttling of the displaced pressure medium before it escapes via ducts into the discharge connection (15), wherein a split piston ring (6) held in grooves (7) in the piston (3) is used for the throttling effect,
characterised in that,

• the cylinder (9) is provided in the stroke end positions with damping bushings (1) which, as a part of the stroke (2), guide the piston (3) in the end position region,

• the behaviour of the piston ring (6) owing to inherent tension makes it possible to expand it beyond the piston diameter, and the piston ring (6), as a result of its behaviour owing to inherent tension, widens radially to a maximum internal tapered diameter (11),

• an internal taper (16) in the damping bushing (1) produces damping of a progressive nature,

• the smallest gap width (8) in the piston ring gap of the piston ring (6) is achieved in the cylinder pipe (9)

• and that in the region of the damping bushing (1) radial bores (12) are provided which channel the pressure medium into longitudinal grooves (13) wherein it arrives via an annular duct (14) at the discharge connection (15).

2. End position damping of a device actuated by a pressure medium according to claim 1,
characterised in that,
the throttled pressure medium flowing out via the gap width (8) passes via the radial bores (12) and longitudinal grooves (13) into the annular groove (14) and in this way to the discharge connection (15).

3. ' End position damping of a device actuated by a pressure medium according to claim 1 or
claim 2, characterised in that

the damping bushing (1) is clamped by screwing by means of a thread (19), wherein an end face (20) of the cylindrical pipe (9) is pressed against an end face (21) of the damping bushing, and this damping bushing is pressed with one outer end face (22) against an inner surface (23) of the closure part I (17.1) and

by reason of the low surface roughness of these surfaces {(20), (21), (22), (23)} the pressure medium flow does not reach the discharge connection (15) via this path.

Revendications

1. Amortisseur de fin de course d'un dispositif entraîné par un agent sous pression, dans lequel la course (2) d'un piston (3) dans un cylindre (9) est ralentie en engendrant une contre-pression à l'intérieur de la zone d'amortissement (10), par étranglement de l'agent de pression refoulé avant qu'il ne s'échappe à travers des canaux reliés au raccord de sortie (15), l'étranglement étant produit par une bague (6) montée dans une gorge (7) du piston (3),
caractérisé en ce que

- le cylindre (9), au niveau des fins de course, est équipé de douilles d'amortissement (1) qui assurent le guidage du piston (3) dans les zones de fin de course,

- la bague de piston (6) a un comportement propre sous tension qui lui permet de s'expanser au-delà du diamètre du piston et de ce fait d'atteindre radialement un plus grand diamètre (11) interne d'un cône,

- un cône intérieur (16) de la douille d'amortissement (1) assure un amortissement à caractère progressif,

- la largeur (8) de la fente de la bague de piston (6) atteint sa valeur la plus faible quand la bague 'est à l'intérieur du tube (9) du cylindre,

dans la zone de la douille d'amortissement (1) il est prévu des perçages radiaux (12) qui amènent l'agent de pression dans des rainures longitudinales (13) et de là, par un canal circulaire (14) au raccord de sortie (15).

2. Amortisseur de fin de course selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'agent de pression dont l'écoulement est étranglé par la largeur de la fente (8) passe ensuite à travers les perçages radiaux (12) et les rainures longitudinales (13) dans le canal annulaire (14) et de cette manière parvient au raccord de sortie (15).

3. Amortisseur de fin de course selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que

- la douille d'amortissement (1) est serrée par vissage sur un filetage (19), une face frontale (20) du tube de cylindre (9) étant en pression contre une face frontale (21) d'une double d'amortissement qui est elle-même en pression par une face frontale externe (22) sur une portée interne (23) de la pièce de fermeture (17, 1), et

- la faible profondeur de rugosité des portées (20, 21, 22, 23) est telle que le courant de l'agent de pression n'emprunte pas ce chemin pour gagner le raccord de sortie (15).

Zeichnung