[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder mit Endlagendämpfung,
insbesondere für ein Flurförderzeug, umfassend einen Hohlzylinder, einen im Hohlzylinder
in Axialrichtung verschiebbaren Arbeitskolben, einen Dämpfungskolben, der mit dem
Arbeitskolben in Verbindung steht und relativ zu diesem in Axialrichtung beweglich
ist, eine Feder, durch die der Dämpfungskolben axial in Richtung einer in der Nähe
des Bodens des Hohlzylinders ausgebildeten Einlass- und Auslassöffnung für Hydraulikflüssigkeit
vorgespannt ist, wobei der Dämpfungskolben derart ausgebildet ist, dass er beim Absenken
des Arbeitskolbens kurz vor Erreichen einer Arbeitskolbenendlage die Einlass-/Auslassöffnung
abdichtet, so dass der Strömungsquerschnitt für Hydraulikflüssigkeit durch im Dämpfungskolben
wirkende Drosselmittel hindurch in die Einlass-/Auslassöffnung verringert ist. Die
Drosselmittel sind derart ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit
der Relativbewegung des Arbeitskolbens zum Dämpfungskolben bis zum Erreichen der Arbeitskolbenendlage
weiter verringerbar ist.
[0002] Ein solcher Hydraulikzylinder ist beispielsweise aus der
EP 1 647 721 A1 bekannt. Dabei ist der Dämpfungskolben mit einer kegelförmigen Mantellinie ausgeführt,
so dass im Zusammenwirken mit einer am Arbeitskolben in einer Aufnahme gesicherten
Buchse mit Radial- und Axialspiel die Endlagendämpfung erreicht wird. Der Dämpfungskolben
ist dabei schwimmend im Arbeitskolben aufgenommen, um Mängel bei der gegenseitigen
Ausrichtung zwischen Dämpfungs- und Arbeitskolben auszugleichen, und um den reduzierten
Strömungsquerschnitt bei der Endladendämpfung bereitzustellen.
[0003] Ferner ist auf die
EP 1 002 198 B1 und die
EP 0 931 758 B1 hinzuweisen, bei denen ein in einem Flurförderzeug als Hubzylinder eingesetzter Hydraulikzylinder
eine im Dämpfungskolben vorgesehene, als Bohrung ausgebildete Drosselstelle aufweist,
die zu einer konstanten Dämpfung über den gesamten Dämpfungsweg führt.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hydraulikzylinder der genannten Art derart weiterzubilden,
dass die Dämpfungscharakteristik über den Dämpfungsweg beeinflussbar ist, wobei auf
einen zwischen Dämpfungskolben und Arbeitskolben ausgebildeten, axial verlaufenden
Kanal verzichtet werden soll.
[0005] Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Drosselmittel eine Düsennadel umfassen,
die einen in Axialrichtung von ihrer Spitze aus zunehmenden, vorzugsweise kontinuierlich
zunehmenden Querschnitt aufweist.
[0006] Durch derart ausgebildete Drosselmittel kann der Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit
durch den Dämpfungskolben hindurch zur Einlass-/Auslassöffnung über den Dämpfungsweg
variiert werden. Es ist also möglich, das Absenken des Arbeitskolbens und somit der
damit verbundenen Hubvorrichtung nicht nur auf eine konstante, zur Stoßverhinderung
geeignete Absetzgeschwindigkeit zu reduzieren, sondern die Dämpfung progressiv zu
gestalten, so dass das Absenken über den Dämpfungsweg verlangsamt wird. Die Gefahr
des Auftretens von Stößen auf die Hubvorrichtung und auf aufgenommene Lasten kann
somit weiter verringert und im Prinzip ausgeschlossen werden.
[0007] Vorzugsweise fassen die Drosselmittel einen im Dämpfungskolbenboden ausgebildete
Drosselöffnung. Diese Drosselöffnung weist einen kleineren Strömungsquerschnitt wie
die im Zylinderboden ausgebildete Einlass-/Auslassöffnung auf, so dass durch diese
Drosselöffnung bereits eine Dämpfungswirkung erreicht wird.
[0008] Ferner ist die Düsennadel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform relativ zur Drosselöffnung
durch diese hindurch beweglich, wobei die im Dämpfungskolbenboden ausgebildete Drosselöffnung
und die Düsennadel insbesondere einen Ringspalt bilden, durch den Hydraulikflüssigkeit
aus dem Dämpfungskolben in die Einlass-/Auslassöffnung strömt.
[0009] Durch die über den Dämpfungsweg in die Drosselöffnung des Dämpfungskolbens hindurchgehende
Düsennadel wird der Strömungsquerschnitt aufgrund des zunehmenden Durchmessers der
Düsennadel verringert, da der durch den Außenumfang der Düsennadel und den Innenumfang
der Drosselöffnung gebildete Ringspalt immer kleiner wird. Je nach Formgebung der
Düsennadel kann die progressive Dämpfungscharakteristik über den Dämpfungsweg beeinflusst
werden. Beispielsweise kann die Düsennadel anstelle einer bevorzugten kontinuierlichen
Durchmesserzunahme eine stufenartige Durchmesserzunahme aufweisen. Insgesamt kann
also die Dämpfungscharakteristik durch die Dimensionierung der Drosselöffnung und
die Dimensionierung der Düsennadel bezüglich ihrer Länge und ihrer Dicke für entsprechende
Bedürfnisse angepasst werden.
[0010] Um die relative Bewegung der Düsennadel zur Drosselöffnung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen,
dass die Düsennadel am Arbeitskolben angebracht, insbesondere mit diesem verschraubt
ist. Eine solche Konstruktion führt aufgrund der Kopplung zwischen Düsennadel und
Arbeitskolben zu einer Veränderung des Strömungsquerschnitts in direkter Abhängigkeit
von der Bewegung des Arbeitskolbens.
[0011] Damit Hydraulikflüssigkeit durch den Dämpfungskolben hindurchströmen kann, wird vorgeschlagen,
dass die Drosselmittel eine radial verlaufende Öffnung im Dämpfungskolben umfassen,
welche die Hydraulikverbindung zwischen der Drosselöffnung und einer durch den Hohlzylinder
und den Arbeitskolben begrenzten Zylinderkammer herstellt. Unter der Zylinderkammer
wird der im Volumen veränderbare Raum verstanden, der in radialer Richtung durch die
Hohlzylinderwandung und in axialer Richtung durch den Zylinderboden und den Arbeitskolbenboden
begrenzt ist.
[0012] Wenn der Dämpfungskolben die Einlass-/Auslassöffnung abdichtet, ist die Zylinderkammer
als Ringkammer ausgebildet, die axial durch den Zylinderboden und den Arbeitskolbenboden
und radial durch die Innenseite des Hohlzylinders und die Außenseite des Dämpfungskolbens
begrenzt ist. Dabei wird die in der Ringkammer befindliche Hydraulikflüssigkeit aufgrund
der relativen Bewegung des Arbeitskolbens zum Dämpfungskolben durch die im Dämpfungskolben
vorgesehene, radial verlaufende Öffnung und den durch die Drosselöffnung und die Düsennadel
gebildeten Ringspalt zur Einlass-/ Auslassöffnung hin verdrängt. Wie dies bei solchen
Hydraulikzylindern üblich ist, kann ein geringer Anteil der Hydraulikflüssigkeit zwischen
dem Außenumfang des Arbeitskolbens, insbesondere einem am Außenumfang angebrachten
Führungsring und der Innenseite des Hohlzylinders vorbeiströmen, um einen Druckausgleich
im Hydraulikzylinder zu ermöglichen.
[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dämpfungskolben in eine sich vom
Arbeitskolbenboden axial erstreckende Öffnung eingesetzt und wenigstens teilweise
im Arbeitskolben aufgenommen. Dabei kann zur Vorspannung des Arbeitskolbens in Richtung
der Einlass-/Auslassöffnung die Feder in der Öffnung abgestützt sein.
[0014] Wenn der Arbeitskolben in seiner Endlage auf dem Hohlzylinderboden anliegt, ist der
Dämpfungskolben unter Kompression der Feder nahezu vollständig in der Öffnung im Arbeitskolben
aufgenommen. Wenn der Arbeitskolben und der die Einlass-/Auslassöffnung abdichtende
Dämpfungskolben zum Anheben des Arbeitskolbens mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden,
bewegen sie sich weg von der Einlass-/Auslassöffnung und es erfolgt dann in Abhängigkeit
des aufgebrachten Hydraulikdrucks eine Relativbewegung zwischen Arbeitskolben und
Dämpfungskolben, wobei der Dämpfungskolben bei nachlassendem Hydraulikdruck aufgrund
der Ausdehnung der Feder aus der im Arbeitskolben vorgesehenen Öffnung austritt.
[0015] In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass Anschlagmittel vorgesehen sind, welche
die Relativbewegung zwischen dem Arbeitskolben und dem Dämpfungskolben in Richtung
der Federvorspannung des Dämpfungskolbens begrenzen. Insbesondere sollen die Anschlagmittel
durch eine am Außenumfang des Dämpfungskolbens axial verlaufende Begrenzungsnut und
einen sich radial in die Nut erstreckenden, am Arbeitskolben befestigten Stift gebildet
sein.
[0016] Vorzugsweise handelt es sich beim Hydraulikzylinder um einen einfach wirkenden Zylinder.
Allerdings kann ein solches Dämpfungssystem mit variabler Dämpfungscharakteristik
selbstverständlich auch bei doppelt wirkenden Zylindern zum Einsatz kommen.
[0017] Die Erfindung betrifft ferner auch ein Flurförderzeug mit wenigstens einem erfindungsgemäßen
Hydraulikzylinder als Hubzylinder einer zum Flurförderzeug zugehörigen Hubvorrichtung.
[0018] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft
anhand einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders beschrieben.
- Fig. 1
- ist eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform des Hydraulikzylinders in Endlage.
- Fig. 2
- ist ein leicht vergrößerter Ausschnitt des Hydraulikzylinders mit Dämpfungskolben
am Anfang des Dämpfungswegs.
[0019] Ein in der Fig. 1 in Längsschnittdarstellung dargestellter Hydraulikzylinder 10 umfasst
einen Hohlzylinder 12 und einen im Hohlzylinder in Axialrichtung A verschiebbaren
Arbeitskolben 14. Der Hohlzylinder 12 ist an seinem unteren Ende durch einen Zylinderboden
16 verschlossen, in dem eine Öffnung 18 für den Einlass und Auslass von Hydraulikflüssigkeit
ausgebildet ist. Diese Einlass-/Auslassöffnung 18 mündet in einem ebenfalls im Zylinderboden
16 ausgeführten Leitungsabschnitt 20, der mit einer nicht dargestellten Pumpe und
einem ebenfalls nicht dargestellten Tank in Verbindung steht. Die Einlass-/Auslassöffnung
18 ist bezogen auf die Hydraulikzylinderachse als koaxiale Bohrung im Zylinderboden
16 ausgeführt.
[0020] Der Kolben 14 weist an seinem unteren Ende einen Führungsring 22 auf, der den Arbeitskolben
14 in radialer Richtung bezüglich des Hohlzylinders 12 abstützt. Ferner ist oberhalb
des Führungsrings 22 ein Drahtring 24 um den Außenumfang des Arbeitskolbens 14 angebracht,
der beim Ausfahren des Arbeitskolbens 14 aus dem Hohlzylinder 12 als Anschlag dient,
wenn er am Zylinderkopf 26 bei 28 anliegt.
[0021] Im Arbeitskolben 14 ist eine ausgehend vom Arbeitskolbenboden 30 axial verlaufende
Öffnung 32 in Form einer zur Hydraulikzylinderachse konzentrischen Bohrung ausgebildet.
In diese Bohrung 32 ist ein Dämpfungskolben 34 eingesetzt, der in Axialrichtung A
in der Öffnung 32 relativ zum Arbeitskolben 14 beweglich ist. Der Dämpfungskolben
34 weist an seinem der Einlass-/Auslassöffnung 18 zugewandten Ende einen konisch zulaufenden
Dämpfungskolbenboden 36 auf, in dem eine Drosselöffnung 38 konzentrisch zur Hydraulikzylinderachse
ausgebildet ist. Der Dämpfungskolben 34 ist durch eine Feder 40 in Richtung der Einlass-/Auslassöffnung
18 vorgespannt, so dass er bei Beginn der Dämpfung, wie dies in Fig. 2 dargestellt
ist, die Einlass-/Auslassöffnung 18 mit seinem Dämpfungskolbenboden 36 abdichtet,
bevor der Arbeitskolben 14 durch weiteres Absenken seine Endlage gemäß Fig. 1 erreicht.
[0022] Die relative Bewegung des Dämpfungskolbens 34 zum Arbeitskolben 14 in Richtung der
Einlass-/Auslassöffnung 18 ist begrenzt durch das Zusammenwirken einer in Axialrichtung
verlaufenden, im Dämpfungskolben 34 vorgesehenen Begrenzungsnut 42 und einem in die
Nut eingreifenden, orthogonal zu dieser im Arbeitskolben 14 angeordneten Stift 44.
Die maximale Länge, um welche der Dämpfungskolben 34 aus dem Arbeitskolben 14 durch
die Feder 40 ausgefahren ist, ist in Fig. 2 dargestellt und stellt den für diese Ausführungsform
maximalen Dämpfungsweg D dar, welcher durch den Doppelpfeil in Fig. 2 angedeutet ist.
[0023] Zu Beginn der Dämpfung ist gemäß Fig. 2 die Einlass-/Auslassöffnung 18 durch den
Zylinderboden 36 des Dämpfungskolbens 34 abgedichtet. Dies hat zur Folge, dass beim
weiteren Absenken des Arbeitskolbens 14 das in einer Ringkammer 46 noch vorhandene
Hydrauliköl hauptsächlich durch eine im Dämpfungskolben 34 ausgebildete, in radialer
Richtung verlaufende Öffnung 48 in den Dämpfungskolben 34 hineinströmt und von dort
durch die Drosselöffnung 38 zur Einlass-/Auslassöffnung 18. Ein geringer Teil des
in der Ringkammer 46 zu verdrängenden Hydrauliköls wird zwecks Druckausgleich im Hydraulikzylinder
10 auch nach oben hin verdrängt werden, indem es zwischen dem Führungsring 22 und
der Innenseite des Hohlzylinders 12 nach oben strömt in einen zwischen Arbeitskolben
14 und Hohlzylinder 12 ausgebildeten Hohlraum 50.
[0024] Um nicht nur eine konstante Dämpfungscharakteristik über den gesamten Dämpfungsweg
D zu haben, weist der Hydraulikzylinder 10 ferner eine konzentrisch zum Dämpfungskolben
34 angeordnete und durch diesen hindurchgehende Düsennadel 52 auf. Die Düsennadel
52 ist bei 54 mit dem Arbeitskolben 14 verschraubt. Zu Beginn der Dämpfung gemäß Fig.
2 ist die Düsennadel 52 mit ihrer Spitze 56 im Bereich der Drosselöffnung 38 des Dämpfungskolbens
34 angeordnet. Hierdurch wird ein durch die Drosselöffnung 38 und durch die Düsennadel
52 begrenzter Ringspalt 58 ausgebildet. Die Düsennadel 52 weist einen sich von ihrer
Spitze 56 in axialer Richtung vergrößernden Durchmesser auf, wobei die Durchmesserzunahme
im Wesentlichen über die gesamte Dämpfungslänge D erfolgt. Wenn sich der Arbeitskolben
14 und somit auch die Düsennadel 52 ausgehend von der Dämpfungsanfangsstellung in
Fig. 2 weiter absenken, wird der Ringspalt 58 aufgrund des zunehmenden Durchmessers
der Düsennadel 52 immer kleiner, so dass der Strömungsquerschnitt weiter verringert
wird, je näher der Arbeitskolben 14 seiner Endlage gemäß Fig. 1 kommt. Im Ausführungsbeispiel
ist die Düsennadel mit einem kontinuierlich zunehmenden Durchmesser dargestellt. Allerdings
kann die Durchmesserzunahme auch stufenweise erfolgen.
[0025] Wenn der Arbeitskolben 14 seine Endlage gemäß Fig. 1 erreicht hat, befindet sich
in der Drosselöffnung 38 des Dämpfungskolbens 34 ein zylindrischer Abschnitt 60 der
Düsennadel 52, der einen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen dem Drosselöffnungdurchmesser
entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass beim Anheben des Arbeitskolbens 14 aus seiner
Endlage heraus der Kolbenboden 36 des Dämpfungskolbens 34 mit Hydraulikdruck beaufschlagt
wird und den gesamten Arbeitskolben 14 von der Einlass-/Auslassöffnung abhebt, so
dass Hydraulikflüssigkeit links und rechts des Dämpfungskolbens 34 den Kolbenboden
30 des Arbeitskolbens 14 beaufschlagen kann. Der Dämpfungskolben 34 verbleibt dann
bei hohem Hydraulikdruck in der in Fig. 1 dargestellten Stellung in der Öffnung 32
im Arbeitskolben 14. Der Druckausgleich im Dämpfungskolben 34 erfolgt über die Queröffnung
48. Sobald die durch den Hydraulikdruck auf den Dämpfungskolbenboden 36 wirkende Kraft
kleiner wird als die durch die Feder 40 hervorgerufene Vorspannkraft, wird der Dämpfungskolben
34 aus der Öffnung 32 geschoben, so dass er beim Absenken des Arbeitskolbens 14 erneut
in der ausgefahrenen Stellung gemäß Fig. 2 zu Beginn des Dämpfungswegs D die Einlass-/Auslassöffnung
abdichten kann.
[0026] Der Hydraulikzylinder zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass die Führungstoleranzen
vom Dämpfungskolben zum Arbeitskolben relativ groß sein können. Ferner kann die Dimensionierung
des Dämpfungskolbens in Verbindung mit der Dimensionierung der Düsennadel variiert
werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Düsennadel einen zunehmenden
Durchmesser aufweist, um eine progressiv wirkende Dämpfung zu realisieren.
[0027] Im Ausführungsbeispiel ist ein einfach wirkender Hydraulikzylinder dargestellt. Es
ist aber klar, dass eine solche Endlagendämpfung mit Düsennadel auch bei einem doppelt
wirkenden Zylinder entsprechend eingesetzt werden kann.
[0028] Wie oben bereits angedeutet, wird ein erfindungsgemäßer Hydraulikzylinder bevorzugt
als Hubzylinder für eine Hubvorrichtung eines Flurförderzeugs eingesetzt. Er kann
aber grundsätzlich bei jeder beliebigen Vorrichtung verwendet werden, bei der Hydraulikzylinder
mit Endlagendämpfung erforderlich sind.
1. Hydraulikzylinder (10) mit Endlagendämpfung, insbesondere für ein Flurförderzeug,
umfassend:
einen Hohlzylinder (12),
einen im Hohlzylinder (12) in Axialrichtung (A) verschiebbaren Arbeitskolben (14),
einen Dämpfungskolben (34), der mit dem Arbeitskolben (14) in Verbindung steht und
relativ zu diesem in Axialrichtung (A) beweglich ist, eine Feder (40), durch die der
Dämpfungskolben (34) axial in Richtung einer in der Nähe des Bodens (16) des Hohlzylinders
(12) ausgebildeten Einlass- und Auslassöffnung (18) für Hydraulikflüssigkeit vorgespannt
ist,
wobei der Dämpfungskolben (34) derart ausgebildet ist, dass er beim Absenken des Arbeitskolbens
(14) kurz vor Erreichen einer Arbeitskolbenendlage die Einlass-/Auslassöffnung (18)
abdichtet, so dass der Strömungsquerschnitt für Hydraulikflüssigkeit durch im Dämpfungskolben
(34) wirkende Drosselmittel (38, 48, 52) hindurch in die Einlass-/Auslassöffnung verringert
ist, und
wobei die Drosselmittel (38, 48, 52) derart ausgebildet sind, dass der Strömungsquerschnitt
in Abhängigkeit der Relativbewegung des Arbeitskolbens (14) zum Dämpfungskolben (34)
bis zum Erreichen der Arbeitskolbenendlage weiter verringerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselmittel ferner eine Düsennadel (52) umfassen, die einen in Axialrichtung
(A) von ihrer Spitze (56) aus zunehmenden, vorzugsweise kontinuierlich zunehmenden
Querschnitt aufweist.
2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel eine im Dämpfungskolbenboden (36) ausgebildete Drosselöffnung (38)
umfassen.
3. Hydraulikzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (52) relativ zur Drosselöffnung (38) durch diese hindurch beweglich
ist.
4. Hydraulikzylinder nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Dämpfungskolbenboden (36) ausgebildete Drosselöffnung (38) und die Düsennadel
(52) einen Ringspalt (58) bilden, durch den Hydraulikflüssigkeit aus dem Dämpfungskolben
(34) in die Einlass-/Auslassöffnung (18) strömt.
5. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (52) am Arbeitskolben (14) angebracht, insbesondere mit diesem verschraubt
(54) ist.
6. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselmittel eine radial verlaufende Öffnung (48) im Dämpfungskolben (34) umfassen,
welche die Hydraulikverbindung zwischen der Drosselöffnung (38) und einer durch den
Hohlzylinder (12) und den Arbeitskolben (14) begrenzten Zylinderkammer herstellt.
7. Hydraulikzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkammer bei die Einlass-/Auslassöffnung (18) abdichtendem Dämpfungskolben
(34) als Ringkammer (46) ausgebildet ist, die axial durch den Zylinderboden (16) und
den Arbeitskolbenboden (30) und radial durch die Innenseite des Hohlzylinders (12)
und die Außenseite des Dämpfungskolbens (34) begrenzt ist.
8. Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskolben (34) in eine sich vom Arbeitskolbenboden (30) axial erstreckende
Öffnung (32) eingesetzt und wenigstens teilweise im Arbeitskolben (14) aufgenommen
ist.
9. Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (40) am Arbeitskolben (14), vorzugsweise in der Öffnung (32), abgestützt
ist.
10. Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlagmittel (42, 44) vorgesehen sind, welche die Relativbewegung zwischen dem
Arbeitskolben (14) und dem Dämpfungskolben (34) in Richtung der Federvorspannung des
Dämpfungskolbens (34) begrenzen.
11. Hydraulikzylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagmittel durch eine am Außenumfang des Dämpfungskolbens (34) axial verlaufende
Begrenzungsnut (42) und einen sich radial in die Nut (42) erstreckenden, am Arbeitskolben
(14) befestigten Stift (44) gebildet sind.
12. Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (10) als einfach wirkender Zylinder ausgeführt ist.
13. Flurförderzeug mit wenigstens einem Hydraulikzylinder (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche als Hubzylinder einer zum Flurförderzeug zugehörigen Hubvorrichtung.