Führungsseitige Dämpfung in einfach wirkenden Arbeitszylindern

Abstract

 Die Erfindung bezeichnet einen fluidbetriebenen, vorzugsweise einfach wirkenden Arbeitszylinder mit führungsseitiger Dämpfung, dessen Dämpfungsstrecke und Dämpfungscharakteristik dem jeweiligen Einsatzgebiet einfach anpaßbar ist, keine mechanisch wirkenden Bauteile aufweist, keine zusätzlichen äußeren oder inneren Verbindungen mit hohem Fertigungsaufwand oder großer radialer Ausdehnung benötigt und durch eine progressive Dämpfungscharakteristik die schonende Bewegung von Massen bzw. Kräften in getriebetechnischen Systemen ermöglicht sowie kostengünstig herstellbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Arbeitszylinder (1) aus einem Zylinderrohr (3) und einem mit diesem verbundenen Dämpfungsrohr (4) besteht und, daß das Dämpfungsrohr (4) an seiner Innenmantelfläche (25) eine sich über dessen gesamte Länge erstreckenden Abströmkerbe (23) aufweist, deren Mittelachse (24), gegenüber der Zentralachse (2) des Arbeitszylinders (1), in einem Winkel mit dem Wert

bis 0,3 geneigt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezeichnet einen fluidbetriebenen, vorzugsweise einfach wirkenden Arbeitszylinder, der auf der Führungsseite gedämpft wird.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zum Dämpfen der Kolbenbewegungen in einem fluidbetriebenen Arbeitszylinder bekannt, bei denen der Dämpfungseffekt im Fortlauf der Kolbenbewegung bei Annäherung an die Endlage erfolgt und das Druckmittel als Dämpfungsmittel genutzt wird, wobei der gedrosselte Abstrom des Druckmittels aus einem in Bewegungsrichtung vor dem Kolben ausgebildeten Dämpfungsraum in den Druckmittelraum des Arbeitszylinders erfolgt. Zum gedrosselten Abstrom des Fluids aus dem Dämpfungsraum sind eine Vielzahl von Ausführungen beschrieben, bei denen speziell angeordnete Kanäle im Kolben oder Zylinder eingebracht sind, sich zwischen Kolben und Zylinder ausbildende Freiräume genutzt werden oder auch Drosselventile eingesetzt werden.
In der Druckschrift DE 3513369 A1 wird ein hydraulischer Arbeitszylinder beschrieben, bei dem im letzten Abschnitt der Kolbenbewegung eine Dämpfung erreicht werden soll, bei dem am freien Ende des Zylinders ein Druckmittelraum vorgesehen ist, in dem ein durch einen Mitnehmer des Kolbens verschiebbarer Ring angeordnet ist, wobei das durch den Ring verdrängte Druckmittel über eine Drosselstelle bzw. Bohrung in den Zylinderraum fließen kann. Die Nachteile dieser Lösung bestehen in der im Verhältnis zum übrigen Zylinderdurchmesser großen radialen Ausdehnung des Druckmittelraums im Führungsbereich des Kolbens, wodurch die Anwendung bei begrenzten Raumgrößen nicht möglich ist. Durch die zusätzliche Kolbenringausbildung in Verbindung mit dem konventionellen Rückschlagventil und mehreren Leitbohrungen für das Druckmittel ist die Fertigung kostenintensiv. Zudem entstehen bei der vorgeschlagenen Lösung bei hohen Geschwindigkeiten und großen bewegten Massen Schwingungen im System.
Ein Hydraulikzylinder mit Endlagendämpfung, bei dem die Dämpfung beim Anfahren der Endlage durch den Abstrom des Druckmittels durch einen ringförmigen Spalt zwischen der stirnseitigen Begrenzung des Kolben-Ringkanals und der Zylinderwandung in Verbindung mit dem freien Querschnitt der in den Anschlußstutzen übergehenden Bohrung in der Zylinderwandung erfolgt, ist aus der Druckschrift DE 6943765 bekannt. Im Kolben sind zusätzlich Rückschlagventile angeordnet, um die Bewegung in die Gegenrichtung zu ermöglichen. Die Dämpfungscharakteristik ist konstant und läßt sich mit einfachen Mitteln nicht verändern oder anpassen. Der Fertigungsaufwand für diesen Arbeitszylinder ist durch die notwendigen Rückschlagventile aufwendig.
Die Druckschrift US 4425836 offenbart eine weitere Möglichkeit zur Dämpfung eines fluidbetriebenen Arbeitszylinders. Hier wird eine in der Mantelfläche des Kolbens eingebrachte helixartige Vertiefung zum gedrosselten Abströmen des Fluids genutzt, wobei sich durch die Kolbenlage im Dämpfungsraum eine wirksame lineare Zunahme des Drosselkennwerts ergibt. Nachteilig ist die zwingend lineare Zunahme des Drosselkennwerts, dessen Veränderung nur durch aufwendige Helixstrukturen mit veränderlichem Steigungswert und/oder Querschnitt möglich wäre.

[0003] Mit der Druckschrift DE 29803739.4 wird eine Endlagendämpfung einer Druckmittelbetriebenen Vorrichtung beschrieben, bei der die Drosselung des Abstroms des Druckmittels über einen Kolbenring mit veränderlicher Spaltweite beim Einfahren in eine konisch ausgebildete Topfbuchse in der Nähe der Endlage erfolgt. Die Fertigung eines Arbeitszylinders mit einer derartigen Endlagendämpfung ist durch die Vielzahl von Einzelteilen sowie der notwendigen Einhaltung von engen Toleranzen aufwendig. Für einfach wirkende Arbeitszylinder mit einem kleinen Kolbenstangenverhältnis (1,1 bis 1,4) weist diese Dämpfung aufgrund des nur in geringem Maße vorhandenen Dämpfungsvolumens den Nachteil auf, daß bei hohen Geschwindigkeiten die Dämpfung im Hubbereich zu frühzeitig einsetzt. Der höhere Widerstandsbeiwert während des Hubs würde über eine längere Strecke wirksam und damit den Wirkungsgrad innerhalb des Hubintervalls wesentlich verschlechtern.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine führungsseitige Dämpfung, vorzugsweise eines einfach wirkenden Arbeitszylinders mit geringem Dämpfungsvolumen zu entwickeln, dessen Dämpfungsstrecke und Dämpfungscharakteristik dem jeweiligen Einsatzgebiet einfach anpaßbar ist, keine mechanisch wirkenden Bauteile aufweist, keine zusätzlichen äußeren oder inneren Verbindungen mit hohem Fertigungsaufwand oder großer radialer Ausdehnung benötigt und durch eine insbesondere progressive Dämpfungscharakteristik die schonende Bewegung von Massen bzw. Kräften in getriebetechnischen Systemen bei verbessertem Gesamtwirkungsgrad innerhalb der Hubbewegung ermöglicht sowie kostengünstig herstellbar ist, bei verbessertem Gesamtwirkungsgrad innerhalb der Hubbewegung.

[0005] Die Aufgabe wird durch die Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0006] Das Wesen der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Arbeitszylinders für einen fluidbetriebenen, vorzugsweise einfach wirkenden Arbeitszylinder aus einem Zylinderrohr und einem mit diesem über eine dichtungssichere Muffenverbindung lösbar verbundenen Dämpfungsrohr mit einer sich über dessen gesamte Länge erstreckenden Abströmkerbe, deren Mittelachse gegenüber der Zentralachse des Arbeitszylinders in einem Winkel mit dem Wert

bis 0,3 geneigt ist, wodurch sich im Fortlauf der Bewegung der Kolbenstange bis zum Endanschlag des Kolbens im Dämpfungsrohr der Querschnitt der Abströmkerbe mindert, das Abströmen des Fluids aus dem Kolbenraum in den Zylinderraum zunehmend gedrosselt und eine progressive Dämpfung bewirkt wird. Die Länge der Dämpfungsstrecke, die Neigung und der Querschnitt der Abströmkerbe bestimmen die Dämpfungscharakteristik.
Der Innendurchmesser des Zylinderrohrs weist ein in üblicher Größenordnung liegendes Übermaß gegenüber dem Kolbendurchmesser auf, wohingegen das Dämpfungsrohr paßgenau auf den Kolbendurchmesser abgestimmt ist. Die Innendurchmesserdifferenz des Dämpfungsrohres zum Zylinderrohr ist vom Anwendungsfall des Arbeitszylinders abhängig und sollte insbesondere einen Flächenkoeffizienten aufweisen, der in den Grenzen von:

liegt.

[0007] Vorteilhaft wird das Dämpfungsrohr an dem zur Kopplung mit dem Zylinderrohr vorgesehenen Ende mit einem Übergangskonus versehen, der einen kontinuierlichen, widerstandsarmen Übergang des Kolbens aus dem Zylinderrohr in das Dämpfungsrohr ermöglicht. Die Größe des Konuswinkels bestimmt die Dämpfungsintensität. Mit der Wahl des Flächenkoeffizienten ist die Überstromfunktion des Fluids innerhalb des Zylinderrohres als auch im Übergangsbereich zum Dämpfungsrohr festgelegt. Bei hohen Ausfahrgeschwindigkeiten der Kolbenstange sollte der Wert des Flächenkoeffizienten im unteren Grenzbereich gehalten werden.

[0008] Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in der einfachen Anpassung der Dämpfungscharakteristik eines einfach wirkenden Arbeitszylinders mit geringem Dämpfungsvolumen durch die Kombination eines an den jeweiligen Einsatzzweck angepaßten Dämpfungsrohres mit einem Zylinder. Auf diese Weise kann ein Baukastensystem für derartige Arbeitszylinder aufgebaut werden, das bei gleichen Zylindern unterschiedliche Dämpfungscharakteristika aufweisen. Auch eine aus sich ändernden Betriebspararmetern ergebende notwendige Veränderung der Dämpfungscharakteristik ist problemlos realisierbar. Individuelle Anpassungen der Dämpfungsstrecke durch die Länge des Dämpfungsrohrs sowie der Dämpfungsparameter durch den Querschnitt und der Neigung der Dämpfungskerbe sind günstig zu realisieren.

[0009] Die strömungsbedingten Verluste und der daraus abgeleitete Wirkungsgrad des Arbeitszylinders sind der erwünschten Dämpfungsintensität angepaßt, weisen aber, gegenüber den bekannten Dämpfungssystemen, begünstigtere Werte auf. Durch die insbesondere progressive Dämpfungscharakteristik wird die schonende Bewegung von Massen bzw. Kräften in getriebetechnischen Systemen gewährleistet. Die radialen Abmessungen sind nicht größer als die der Verschlußteile des Arbeitszylinders.
Die Fertigung ist kostengünstig, da keine zusätzlichen äußeren oder inneren Verbindungen für die Realisierung einer Dämpfung herzustellen oder zu montieren sind. Es ergeben sich für den Anwender im Verhältnis zu anderen gedämpften Arbeitszylindern geringere Wartungskosten, da keine störanfälligen oder verschleißenden zusätzlichen Bauteile wie Kolbenringe oder Ventile vorhanden sind.

[0010] Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von

Fig. 1 als Längsschnitt eines einfach wirkenden Arbeitszylinders,

Fig. 2 als Halbschnitt des Dämpfungsrohrs und

Fig. 3 als Querschnitt des Dämpfungsrohrs näher erläutert.

[0011] Nach Fig.1 besteht ein einfach wirkender Arbeitszylinder 1 mit einer Zentralachse 2 aus einem Zylinderrohr 3 und einem Dämpfungsrohr 4 mit einem Übergangskonus 5, die im Bereich ihrer Stoßstelle 6 durch eine Muffe 7 mit Muffendichtungen 8 kraft- und formschlüssig miteinander verbunden sind. Mit dem Zylinderrohr 3 ist ein Bodenverschlußteil 9 mittels einer unteren Gewindepaarung 10 lösbar verbunden, wobei über das Bodenverschlußteil 9 der Druckmittelanschluß erfolgt. Das Dämpfungsrohr 4 ist mittels einer oberen Gewindepaarung 11 mit einem Führungsverschlußteil 12 lösbar verbunden. Im Arbeitszylinder 1 ist eine Kolbenstange 13 mit darauf befindlichem Kolben 14 angeordnet, die in bekannter Weise im Führungsverschlußteil 12 durch einen Abstreifer 15, eine Kolbendichtung 16 und eine Führung 17 geführt und abgedichtet ist. Zwischen dem Kolben 14 und dem Führungsverschlußteil 12 sind ein oberer Druckmittelraum 18 sowie zwischen dem Kolben 14 und dem Bodenverschlußteil 9 ein unterer Druckmittelraum 19 ausgebildet. Die Abdichtung des Dämpfungsrohr 4 im Führungsverschlußteil 12 als auch des Zylinderrohres 3 im Bodenverschlußteil 9, erfolgt mittels Dichtungen 20. Zur Entlüftung des Arbeitszylinders 1 ist eine Bohrung 21 mit einer Verschlußschraube 22 im Führungsverschlußteil 12 angeordnet.
Nach Fig. 2 und Fig. 3 weist das Dämpfungsrohr 4 über seine gesamte Länge eine Abströmkerbe 23 auf, deren Mittelachse 24 um einen Wert von

gegenüber der Zentralachse 2 des Arbeitszylinders 1 geneigt und deren Querschnitt in eine Innenmantelfläche 25 des Dämpfungsrohr 4 eingebracht ist, wodurch sich nach Fig. 1 ein von der Stoßstelle 6 bis zu einem Endanschlag 26 am Führungsverschlußteil 12 abnehmender Abströmquerschnitt ergibt, wodurch eine progressive Dämpfung erzielt wird.
Der nach Fig. 1 auf der Kolbenstange 13 angeordnete Kolben 14, weist, gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohres 3, ein Untermaß auf, das einem Flächenkoeffizienten von 0,966 entspricht, wodurch ein Ringkanal 27 mit einer Abströmringfläche 28 ausgebildet wird.

[0012] Bei Beaufschlagung des Arbeitszylinder 1 mit einem Druckmittel über das Bodenverschlußteil 9 wird die Kolbenstange 13 ausgefahren, dabei strömt das im oberen Druckmittelraum 18 befindliche Druckmittel über den Ringkanal 27 in den unteren Druckmittelraum 19. Im Fortlauf der ausfahrenden Bewegung der Kolbenstange 13 erreicht der Kolben 14 den Übergangskonus 5 des Dämpfungsrohr 4 an der Stoßstelle 6 und die Dämpfung setzt durch die fortlaufende Verringerung der Abströmfläche der Abströmkerbe 23 ein. Nachdem der Kolben 14 das Ende des Übergangskonuses 5 im Dämpfungsrohr 4 erreicht hat, wird er in diesem dichtungssicher geführt, der Abstrom des Druckmittels aus dem oberen Druckmittelraum 18 in den unteren Druckmittelraum 19, kann nur noch über den sich ändernden Querschnitt der Abströmkerbe 23 erfolgen, wodurch die progressive Dämpfungscharakteristik erzielt wird.

Verwendete Bezugszeichen

[0013] 

1

Arbeitszylinder

2

Zentralachse

3

Zylinderrohr

4

Dämpfungsrohr

5

Übergangskonus

6

Stoßstelle

7

Muffe

8

Muffendichtungen

9

Bodenverschlußteil

10

untere Gewindepaarung

11

obere Gewindepaarung

12

Führungsverschlußteil

13

Kolbenstange

14

Kolben

15

Abstreifer

16

Kolbendichtung

17

Führung

18

oberer Druckmittelraum

19

unterer Druckmittelraum

20

Dichtungen

21

Bohrung

22

Verschlußschraube

23

Abströmkerbe

24

Mittelachse

25

Innenmantelfläche

26

Endanschlag

27

Ringkanal

28

Abströmringfläche

Ansprüche

1. Fluidbetriebener, vorzugsweise einfach wirkender Arbeitszylinder (1) mit führungsseitiger Dämpfung, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Arbeitszylinder (1) aus einem Zylinderrohr (3) und einem mit diesem verbundenen Dämpfungsrohr (4) besteht und,

daß das Dämpfungsrohr (4) an seiner Innenmantelfläche (25) eine sich über dessen gesamte Länge erstreckende Abströmkerbe (23) aufweist, deren Mittelachse (24), gegenüber der Zentralachse (2) des Arbeitszylinders (1), in einem Winkel mit dem Wert

bis 0,3 geneigt ist.

2. Arbeitszylinder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Dämpfungsrohr (4) an dem zur Kopplung mit dem Zylinderrohr (3) vorgesehenen Ende einen Übergangskonus (5) aufweist.

3. Arbeitszylinder (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Zylinderrohr (3) und ein Dämpfungsrohr (4), mit unterschiedlichen Charakteristika, in einem Baukastensystem miteinander kombinierbar sind.

Zeichnung