Die Erfindung betrifft hydraulische Differentialzylinder für hydromechanische Antriebe für elektrische Leistungsschalter.

Hydromechanische Federspeicherantriebe weisen üblicherweise Differentialzylinder auf. Ein Kolben des Differentialzylinders ist mit einer Kolbenstange verbunden, die durch Druckbeaufschlagung eines Druckvolumens bewegbar ist. Weiterhin ist die Kolbenstange mit einem elektrischen Leistungsschalter verbunden, so dass durch Bewegen der Kolbenstange der elektrische Leistungsschalter geschaltet werden kann. Beispielsweise kann zum Öffnen des elektrischen Leistungsschalters das Druckvolumen des Differentialzylinders mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt werden, so dass sich die Kolbenstange in eine entsprechende Position bewegt.

Der Druck in dem Druckvolumen wird üblicherweise von einem Druckzylinder bereitgestellt, der mit einem mechanischen Energiespeicher, wie beispielsweise einer Federanordnung, gekoppelt ist. Soll der Leistungsschalter geschaltet werden, wird die Federkraft auf den Druckzylinder freigegeben, so dass sich dort ein Arbeitsdruck aufbaut, der über eine hydraulische Verbindung auch in dem Druckvolumen des Differentialzylinders vorliegt. Durch den Arbeitsdruck in dem Druckbereich werden der Kolben und die Kolbenstange des Differentialzylinders bewegt.

Wenn der mechanische Energiespeicher an dem Druckzylinder als Federanordnung ausgebildet ist, wird dieser üblicherweise zum Bereitstellen einer ausreichenden Kraft mit einer Vorspannung beaufschlagt. Beim Auslösen der Federanordnung baut sich der Arbeitsdruck sehr schnell auf, so dass der Druckbereich des Differentialzylinders beinahe unmittelbar mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird.

Dadurch wird der Kolben des Differentialzylinders mit einer hohen Beschleunigungskraft in Richtung eines Endanschlags bewegt. Zur Schonung des Differentialzylinders und der weiteren damit gekoppelten mechanischen Bauteile ist daher häufig eine Endlagendämpfung vorgesehen, bei der die Geschwindigkeit des Kolbens reduziert wird, bevor dieser oder ein weiteres Bauteil an einem Anschlag anschlägt. Die Dämpfung soll bewirken, dass die Endgeschwindigkeit des Kolbens beim Anschlagen unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes gebracht wird, um eine Beschädigung der Bauteile zu vermeiden.
Abhängig vom Einsatzfall und vom Typ des zu schaltenden Leistungsschalters, der Auslösegeschwindigkeit, des bereitgestellten Arbeitsdrucks und dergleichen muss für jede Anwendung individuell eine eigene geometrische Auslegung der Dämpfung erfolgen. Dadurch sind die hydromechanischen Federspeicherantriebe bereits zu Beginn der Fertigung auf eine bestimmte Anwendung festgelegt. Ein Wechsel des Anwendungsbereichs ist nach ihrer Herstellung in der Regel nicht mehr ohne Weiteres möglich. Dies macht die Herstellung der hydromechanischen Federspeicherantriebe unflexibel, da diese nur gezielt für einen bestimmten Anwendungsfall hergestellt werden können und es nicht möglich ist, sie für eine Reihe unbestimmter Anwendungen auf Vorrat zu produzieren und nach ihrer Herstellung an den gegebenen Anwendungsfall anzupassen.
Die US 3,885,454 beschreibt einen hydraulisch betriebenen Antrieb für einen Leistungsschalter, bei dem ein hydraulischer Hochdruckspeicher die zum Schalten erforderliche Energie bereitstellt, wobei der Druck im Hochdruckspeicher durch eine Pumpe aufrechterhalten wird. Der Antrieb enthält einen Differentialzylinder mit Endlagendämpfung wie oben für hydromechanische Federspeicherantriebe beschrieben, wobei der Kolben ein zapfenförmiges Ende aufweist, welches vor Erreichen des Endanschlags durch den Kolben in eine Bohrung eindringt. Die Hydraulikflüssigkeit kann dann nur noch durch eine Bypassleitung mit einstellbarem Querschnitt entweichen, wodurch eine Dämpfung erzielt wird.

Weitere relevante Dämpfungsvorrichtungen für einen Antrieb eines Leistungsschalters sind aus den JP 2002/133982 A1, DE 26 03 041 A1 und DE 91 13 366 U1 bekannt.

Es ist wünschenswert, einen hydromechanischen Federspeicherantrieb zu schaffen, der eine Endlagendämpfung aufweist, die ungeachtet des von dem mechanischen Energiespeicher bereitgestellten Arbeitsdrucks und ungeachtet der mit der Kolbenstange bewegten Masse so abgebremst werden kann, dass eine Endgeschwindigkeit der Kolbenstange unter einem vorgegebenen Schwellenwert erreicht wird, bevor der Kolben, die Kolbenstange oder ein damit verbundenes Bauteil an einem Endanschlag anschlägt.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydromechanischen Antrieb zum Betätigen eines elektrischen Leistungsschalters zur Verfügung zu stellen, bei dem die Höhe der Endlagendämpfung am fertig montierten Antrieb individuell eingestellt werden kann oder selbsttätig die Höhe der Endlagendämpfung reguliert wird.

Diese Aufgabe wird durch den Differentialzylinder für einen hydromechanischen Antrieb zum Betätigen eines elektrischen Leistungsschalters gemäß Anspruch 1 sowie durch den hydromechanischen Antrieb gemäß Anspruch 8 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Differentialzylinder für einen hydromechanischen Antrieb zur Betätigung eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Hochspannungsschalters, vorgesehen. Der Differentialzylinder umfasst:

• einen ersten Druckbereich zum Beaufschlagen mit einem Arbeitsdruck;
• einen zweiten Druckbereich;
• einen in einem Bewegungsbereich beweglichen Kolben, der abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckbereich bewegbar ist;

Eine Idee des obigen Differentialzylinders für einen hydromechanischen Antrieb besteht darin, eine Dämpfung einer Bewegung des Kolbens in einem Abschnitt (Teilbereich) des Bewegungsbereichs des Kolbens vorzusehen, um die Geschwindigkeit des Kolbens vor Erreichen eines Endanschlags zu reduzieren. Durch Vorsehen einer einstellbaren Dämpfung ist es möglich, den Differentialzylinder unabhängig von der Kenntnis des späteren Systems, in dem dieser eingesetzt wird, auszubilden. Die Dämpfung wird erst dann eingestellt, wenn die gewünschte Dämpfung bekannt ist, die der Kolben vor dem Auftreffen an einem Anschlag erfahren soll.
Auf diese Weise ist eine weitestgehend anwendungsneutrale Fertigung von derartigen hydromechanischen Antrieben möglich, die ohne Kenntnis der Endanwendung erfolgen kann.

Weiterhin weist die Dämpfungseinrichtung eine Dämpfungskammer an einem dem Kolben gegenüberliegenden Ende des zweiten Druckbereichs und einen an dem Kolben in Richtung des zweiten Druckbereichs hervorstehenden Dämpfungszapfen auf, wobei der Dämpfungszapfen und die Dämpfungskammer so ausgebildet sind, dass der Dämpfungszapfen in einem Abschnitt des Bewegungsbereichs in die Dämpfungskammer hineinragt und damit den zweiten Druckbereich von der Dämpfungskammer trennt.
Dadurch kann erreicht werden, dass in einem ersten Abschnitt des Bewegungsbereichs des Kolbens keine nennenswerte Dämpfung hervorgerufen wird. Erst in einem zweiten Abschnitt des Bewegungsbereichs, wenn der Dämpfungszapfen durch die Bewegung des Kolbens in eine Dämpfungskammer gelangt, wird das in der Dämpfungskammer befindliche Fluid eingeschlossen, so dass dieses nur durch einen reduzierten Durchlassquerschnitt aus der Dämpfungskammer ausströmen kann. In Folge ist die Dämpfung gegenüber der Bewegung des Kolbens in dem ersten Kolbenbereich deutlich erhöht. Der Querschnitt, durch den die Hydraulikflüssigkeit aus der Dämpfungskammer ausströmen kann, ist einstellbar, so dass der hydromechanische Antrieb auf den Anwendungsfall, d. h. auf die Ausgangsgeschwindigkeit des Kolbens, die auf den Kolben wirkende Kraft, die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens und die Masse der mit der Kolbenstange verbundenen Elemente, einstellbar ist, um das gewünschte Schaltverhalten des mit dem hydromechanischen Antrieb betätigten Leistungsschalters zu erreichen.

Es kann vorgesehen sein, dass der Dämpfungszapfen und die Dämpfungskammer so ausgebildet sind, dass nach dem Eindringen des Dämpfungszapfens in die Dämpfungskammer ein Restspalt verbleibt, der einen vorgegebenen Durchlassquerschnitt aufweist.

Insbesondere kann der vorgegebene Durchlassquerschnitt so gewählt werden, dass dieser eine vorgegebene maximale Dämpfung gegen die Bewegung des Kolbens bewirkt.

Die Dämpfungskammer kann einen oder mehrere Auslassleitungen aufweisen, die jeweils je nach Position des Dämpfungszapfens in der Dämpfungskammer durch den Dämpfungszapfen verschlossen oder offen sind, wobei die Auslassleitungen über Verbindungsleitungen mit einstellbaren Drosseleinheiten verbunden sind, um einen Durchlassquerschnitt für eine in der Dämpfungskammer befindliche Hydraulikflüssigkeit einzustellen.

Weiterhin kann eine Verstelleinheit vorgesehen sein, um die Durchlassquerschnitte der Drosseleinheiten gemeinsam einzustellen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Dämpfungskammer in einem beweglichen Dämpfungskolben angeordnet sein, der in Richtung eines dritten Druckbereichs beweglich ist, so dass sich abhängig von einem Druck in der Dämpfungskammer der Dämpfungskolben in Richtung des dritten Druckbereichs bewegt, so dass ein Druckanstieg in der Dämpfungskammer begrenzt wird.

Zwischen der Dämpfungskammer oder dem Dämpfungszapfen und einem mit dem zweiten Druckbereich verbundenen Volumen kann eine Druckausgleichsleitung vorgesehen sein, wobei in der Druckausgleichsleitung ein Ventil vorgesehen ist, um nur ein Einströmen von Hydraulikflüssigkeit in die Dämpfungskammer zuzulassen.

Weiterhin ist eine Verbindungsleitung zwischen der Dämpfungskammer und einem mit dem zweiten Druckbereich verbundenen Volumen vorgesehen, wobei in der Verbindungsleitung ein Ventil vorgesehen ist, das abhängig von einem bereitgestellten Arbeitsdruck und einem Druck in der Dämpfungskammer einen Durchlassquerschnitt freigibt, um den Druck in der Dämpfungskammer zu begrenzen, und wobei eine weitere Steuerfläche vorgesehen ist, um das Ventil bei einem positiven Druckgefälle zwischen dem mit dem zweiten Druckbereich verbundenen Volumen und dem Druck in der Dämpfungskammer zu öffnen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein hydromechanischer Antrieb mit dem obigen Differentialzylinder vorgesehen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen hydraulischen Differentialzylinder mit einer Endlagendämpfung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Figur 2

eine schematische Querschnittsdarstellung einer Dämpfungsdrossel, die in dem hydraulischen Differentialzylinder der Figur 1 gezeigt ist;

Figur 3

eine schematische Querschnittsdarstellung eines hydraulischen Differentialzylinders gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Figur 4

eine schematische Querschnittsdarstellung eines hydraulischen Differentialzylinders gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Figur 5

eine schematische Querschnittsdarstellung eines hydraulischen Differentialzylinders gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Figur 6

eine schematische Querschnittsdarstellung eines hydraulischen Differentialzylinders gemäß einer weiteren Ausführungsform; und

Figur 7

eine schematische Querschnittsdarstellung eines hydraulischen Differentialzylinders gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines hydraulischen Differentialzylinders 1 mit einem Kolben 2, der einen ersten Druckbereich 3 von einem zweiten Druckbereich 4 trennt. Der Kolben 2 ist beweglich in einem Zylinderinnenraum 5 angeordnet, wobei der Kolben 2 den ersten und den zweiten Druckbereich 3, 4 hermetisch voneinander trennt. Der erste Druckbereich 3 ist durch einen Arbeitsdruck beaufschlagbar.

Der Arbeitsdruck kann beispielsweise von einem separaten Druckzylinder (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, der durch das Freigeben eines mechanischen Energiespeichers, wie beispielsweise einer vorgespannten Teller- oder Schraubenfeder, auf einen Kolben des Druckzylinders bewirkt werden kann.

Der hydraulische Differentialzylinder 1 dient zum Bereitstellen einer Auslösebewegung. Dazu ist der Kolben 2 des Differentialzylinders 1 mit einer Kolbenstange 6 verbunden, die als Aktuator direkt oder indirekt ein Öffnen bzw. Schließen eines elektrischen Leistungsschalters bewirkt.

Bei Einwirken des Arbeitsdrucks in dem ersten Druckbereich 3 bewegt sich der Kolben 2 entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckbereich 3, 4 so, dass sich das Volumen des zweiten Druckbereichs 4 verkleinert, wobei die in dem zweiten Druckbereich 4 befindliche Hydraulikflüssigkeit über die Hydraulikleitung 7 direkt in einen Hydraulikflüssigkeitsbehälter (nicht gezeigt) abfließt und deshalb keinen wesentlichen Gegendruck auf den Kolben 2 ausübt. Beim Auslösen des hydromechanischen Antriebs wird der Kolben 2 des Differentialzylinders 1 beschleunigt, wobei der zweite Druckbereich 4 nicht zum Verringern der Geschwindigkeit des Kolbens 2 beiträgt. Auf diese Weise kann ein mithilfe des hydromechanischen Antriebs vorgenommener Schaltvorgang mit einer gewünschten Geschwindigkeit durchgeführt werden, so dass schnelle Auslösevorgänge möglich sind.

Es soll vermieden werden, dass der durch den Auslösevorgang beschleunigte Kolben 2 des Differentialzylinders 1 oder ein damit verbundenes Bauteil ungebremst an einem Endanschlag anschlägt, da dieser dadurch beschädigt werden kann und zudem störende Geräusche entstehen können. Aus diesem Grund ist eine Endlagendämpfung vorgesehen. Die Endlagendämpfung ist in dieser Ausführungsform mithilfe eines zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen, Dämpfungszapfens 10 ausgebildet, der während einer Bewegung des Kolbens 2 in einem Bewegungsbereich B des Innenraums 5 passiv ist und eine Dämpfung der Bewegung des Kolbens 2 bewirkt, sobald sich der Kolben 2 bei weiterer Verringerung des Volumens des zweiten Druckbereichs 4 in einem Dämpfungsbereich D bewegt. Die Position, die den Übergang zwischen dem Bewegungsbereich B und dem Dämpfungsbereich D darstellt, ist bei Verringerung des Volumens des zweiten Druckbereichs 4 durch den Eintritt des Dämpfungszapfens 10 in eine ebenfalls zylindrische Dämpfungskammer 11 definiert.

Im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Dämpfungskammer 11 einen Querschnitt auf, der im Wesentlichen dem Querschnitt des Dämpfungszapfens 10 entspricht. Tritt der Dämpfungszapfen 10 in die Dämpfungskammer 11 ein, so schließt der Dämpfungszapfen 10 die in der Dämpfungskammer 11 befindliche Hydraulikflüssigkeit hermetisch bzw. größtenteils hermetisch gegenüber dem zweiten Druckbereich 4 ab. Die Hydraulikleitung 7 zum Ableiten der Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Druckbereich 4 steht somit nicht mehr in direkter fluidischer Verbindung mit der in der Dämpfungskammer 11 eingeschlossenen Hydraulikflüssigkeit. In einer alternativen Ausführungsform kann der Querschnitt des Dämpfungszapfens 10 kleiner als der Querschnitt der Dämpfungskammer 11 ausgebildet sein, um einen Restspalt 8 für den Durchtritt von Hydraulikflüssigkeit zu gewährleisten. Der effektive Durchlassquerschnitt des Restspalts kann so gewählt sein, dass eine Dämpfung der Bewegung des Kolbens 2 mit einer maximal einstellbaren Dämpfung ermöglicht wird. Die maximal einstellbare Dämpfung kann beispielsweise bei der Auslegung des hydraulischen Antriebs vorgegeben sein. So ist z. B. ein Durchlassquerschnitt von 0,5% bis 5% der Querschnittsfläche des Dämpfungszapfens 10 möglich.

Die Dämpfungskammer 11 weist eine Anzahl von Auslassleitungen 9 auf, die Verbindungsleitungen zwischen der Dämpfungskammer 11 und der Hydraulikleitung 7 darstellen. Die Auslassleitungen 9 weisen jeweils eine Drosseleinheit 12 auf, die einen Strömungswiderstand für die Hydraulikflüssigkeit in den Auslassleitungen 9 darstellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Auslassleitungen 9 mit jeweiligen Drosseleinheiten 12 mit separat veränderlichem Querschnitt vorgesehen. Die Auslassleitungen 9 sind an einer Seitenwand der Dämpfungskammer 11 bezüglich der Bewegungsrichtung des Dämpfungszapfens 10 an axial zueinander versetzten Positionen angeordnet, so dass einer oder mehrere der Auslassleitungen 9 abhängig von der Stellung des Dämpfungszapfens 10 in der Dämpfungskammer 11 durch den Dämpfungszapfen 10 (bzw. durch die Seitenwand des Dämpfungszapfens 10) verschließbar sind.

Weiterhin ist in einer weiteren Verbindungsleitung 14 zwischen dem zweiten Druckbereich 4 bzw. der Hydraulikleitung 7 und der Dämpfungskammer 11 ein Rückschlagventil 15 vorgesehen, um bei einer Bewegung des Kolbens 2 aus dem Dämpfungsbereich D heraus nicht auch diese Bewegung zu dämpfen, sondern diese Bewegung möglichst dämpfungsarm durchführen zu können. Bei einer Bewegung des Kolbens 2 in Richtung des Bewegungsbereichs B fließt dann Hydraulikflüssigkeit von dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter über die Hydraulikleitung 7, die weitere Verbindungsleitung 14 und das Rückschlagventil 15 auch in die Dämpfungskammer 11. Damit die Mündung der weiteren Verbindungsleitung 14 in die Dämpfungskammer 11 nicht durch den Dämpfungszapfen 10 verschließbar ist und dadurch das Einströmen der Hydraulikflüssigkeit behindert, ist die Mündung der weiteren Verbindungsleitung 14 an einem Ende der Dämpfungskammer 11 angeordnet, das der Öffnung für den Dämpfungszapfen 10 gegenüberliegt.

Die Drosseleinheiten 12 weisen einen veränderlichen Querschnitt auf, der individuell einstellbar ist. Die jeweiligen Verbindungsleitungen 9, die die Dämpfungskammer 11 über die jeweilige Drosseleinheit 12 mit dem zweiten Druckbereich 4 verbinden, sind bezüglich der Bewegungsrichtung des Dämpfungszapfens 10 an verschiedenen axialen Positionen angeordnet. Auf diese Weise kann eine zunehmende Dämpfung erreicht werden, je weiter der Dämpfungszapfen 10 in die Dämpfungskammer 11 eindringt. Während anfangs in dem Dämpfungsbereich die Querschnitte der Drosseleinheiten 12 in Summe den Abfluss der in der Dämpfungskammer 11 eingeschlossenen Hydraulikflüssigkeit zulassen, wird bei weiterer Bewegung des Dämpfungszapfens 10 zunächst der Zugang zu der ersten Verbindungsleitung 9 und der entsprechenden Drosseleinheit 12 geschlossen, so dass nur noch die Querschnitte der zweiten und dritten Drosseleinheit 12 für den Abfluss der Hydraulikflüssigkeit aus der Dämpfungskammer 11 sorgen können. Bei einer weiteren Bewegung des Dämpfungszapfens 10 in die Dämpfungskammer 11 hinein wird dann auch mit entsprechender Zunahme der Dämpfung der Zugang zu der zweiten Verbindungsleitung 9 verschlossen, da nur noch der Querschnitt der dritten Drosseleinheit als verbleibender Querschnitt für den Abfluss der Hydraulikflüssigkeit dient. Die schrittweise Verkleinerung des Querschnitts, durch den die Hydraulikflüssigkeit aus der Dämpfungskammer 11 abfließen kann, bewirkt ein schrittweises Erhöhen der auf den Kolben 2 wirkenden Dämpfung und führt zu einem sich verstärkenden Abbremsen der Bewegung des Kolbens 2. Die Drosseleinheiten 12 sind dazu vorzugsweise so eingestellt, dass der Dämpfungsdruck im Dämpfungsbereich D einen zulässigen Maximalwert nicht überschreitet.

Das Rückschlagventil 15 bleibt beim Abbremsen der Bewegung, d. h. bei einer Bewegung des Kolbens 2 in Richtung des Dämpfungsbereichs D, geschlossen und dient lediglich dazu, dass die Bewegung des Kolbens 2 in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Richtung des Bewegungsbereichs B, nicht durch die Dämpfung behindert wird.

Da die Geschwindigkeit und die Masse, die mit dem Kolben 2 bewegt wird, variabel sind, würden Dämpfungsdruck und Endgeschwindigkeit mit einer festen, nicht veränderlichen Geometrie der Verbindung zwischen der Dämpfungskammer 11 und dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter so stark differieren, dass sie nicht zu beherrschen wären. Durch das Vorsehen von Drosseleinheiten 12 mit variabler Querschnittsgeometrie sind somit die Dämpfung und auch der Dämpfungsverlauf einzeln, unabhängig voneinander und stufenlos einstellbar, so dass die Differentialzylinder anwendungsunabhängig gefertigt werden können.

In Figur 2 ist ein Beispiel für eine Drosseleinheit 12 mit individuell einstellbarer effektiver Querschnittsfläche dargestellt. Man erkennt eine Drosselhülse 20, die an einem Stirnende über die Auslassleitung 9 mit der Dämpfungskammer 11 verbindbar ist. Quer zur Achsrichtung der Hülse 20 ist eine Anschlussleitung 21 vorgesehen, die mit der Hydraulikleitung 7 verbindbar ist oder dieser entspricht. Im Inneren der Hülse 20 ist eine Stellschraube 22 eingebracht. Die Stellschraube 22 weist ein Kopfteil 26 auf, das in axialer Richtung A der Drosselhülse 20 bewegbar ist, um einen Durchlass zwischen der Auslassleitung 9 und der Anschlussleitung 21 zu vergrößern oder zu verkleinern. Der effektive Durchlassquerschnitt kann durch Positionieren der Stellschraube 22 eingestellt werden.

Die Stellschraube ist an einem Kopfteil 26 mit einem Außengewinde 23 versehen. Das Außengewinde 23 steht in Eingriff mit einem Innengewinde 24, das an der Hülse 20 an einem dem Außengewinde 23 gegenüberliegenden Bereich angeordnet ist. Durch die Gewinde kann die Stellschraube 23 durch Drehen in axialer Richtung A verstellt werden, wodurch eine exakte Einstellung des effektiven Durchlassquerschnitts der Drosseleinheit 12 möglich ist.

In den Figuren 3, 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen gezeigt, bei der die Auslassleitungen 9 der Dämpfungskammer 11 mit entsprechenden Drosseleinheiten 12 versehen sind. Die Durchlassquerschnitte der Drosseleinheiten 12 werden gemeinsam eingestellt. Dazu ist ein Stellelement 31 in einer hülsenförmigen Ausnehmung 32 vorgesehen, wobei das Stellelement 31 drehbar gehalten ist, so dass es sich in axialer Richtung der hülsenförmigen Ausnehmung 32 nicht bewegen kann. Dies kann beispielsweise durch eine umfangsseitig ausgebildete Stufe 34 realisiert werden, die durch eine entsprechende Stufe 35 in der hülsenförmigen Ausnehmung 32, die als Anschlag dient, gehalten wird.

In eine Mantelfläche der hülsenförmigen Ausnehmung 32 münden die Verbindungsleitungen der Auslassleitungen 9. An einem stirnseitigen Ende der hülsenförmigen Ausnehmung 32 ist ein Anschluss zu der Hydraulikleitung 7 bzw. dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter vorgesehen.

Das Stellelement 31 weist einen Hohlraum 37 auf. Durchlässe 33 in der Mantelfläche des Stellelements 31 verbinden die Außenfläche mit dem Hohlraum 37 bzw. dem Freiraum 37. Der Hohlraum 37 bzw. der Freiraum 37 mündet an einem Ende des Stellelements 31, das dem mit dem Anschluss zu der Hydraulikleitung 7 versehenen, stirnseitigen Ende der hülsenförmigen Ausnehmung 32 zugeordnet ist. Die Durchlässe 33 können schlitzförmig, kreisförmig oder als Exzenter ausgebildet mit sich in axialer oder radialer Erstreckungsrichtung des Stellelements 31 veränderndem Querschnitt vorgesehen sein. Die Durchlässe 33 sind an Positionen angeordnet, die den Positionen der Mündungen der Auslassleitungen 9 entsprechen, so dass durch entsprechende Verdrehung des Stellelements 31 die Durchlässe 33 teilweise oder vollständig mit den Mündungen der Auslassleitungen 9 in Deckung kommen. Der Grad der Überdeckung zwischen den Mündungen der Auslassleitungen 9 und den Durchlässen 23 definiert den effektiven Durchlassquerschnitt der so gebildeten Drosseleinheit.

In Figur 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen hydraulischen Differentialzylinder 40 mit Endlagendämpfung dargestellt. Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem hydraulischen Differentialzylinder der Figur 1 und dem hydraulischen Differentialzylinder der Figur 7 besteht darin, dass die Dämpfungskammer 11 in einem beweglichen Dämpfungskolben 41 angeordnet ist. Der Dämpfungskolben 41 ist in die gleiche Richtung wie der Kolben 2 bewegbar und auf einer der Dämpfungskammer 11 gegenüberliegenden Seite (dritter Druckbereich) mit dem Arbeitsdruck oder einem sonstigen einstellbaren Druck beaufschlagbar.

Wie in Figur 1 weisen der Dämpfungszapfen 10 und die Dämpfungskammer 11 Querschnitte auf, die bei Eindringen des Dämpfungszapfens 10 in die Dämpfungskammer 11 einen Restspalt 42 lassen, durch den Hydraulikflüssigkeit aus der Dämpfungskammer 11 in den zweiten Druckbereich 4 austreten kann. Auf diese Weise wird durch den Restspalt 42 eine Drosselwirkung realisiert, da die in der Dämpfungskammer 11 eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit über den zweiten Druckbereich 4 in den Hydraulikflüssigkeitsbehälter gelangen kann.

Die Dämpfungskammer 11 in dem Dämpfungskolben 41 ist im Unterschied zur Ausführungsform der Figur 1 nicht über eine oder mehrere Drosseleinheiten 12 mit dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter verbunden.

Bei der Bewegung des Kolbens 2 in den Dämpfungsbereich D wird die ungehinderte Ableitung von Hydraulikflüssigkeit in der Dämpfungskammer 11 zu dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter unterbunden und es entsteht ein hoher Dämpfungsdruck in der Dämpfungskammer 11. Der Dämpfungsdruck wirkt auf eine erste Steuerfläche A₁, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche der Dämpfungskammer 11 entspricht. Der Dämpfungsdruck bewirkt eine Kraft auf den Dämpfungskolben 41. Sobald die Kraft auf die erste Steuerfläche A₁ in der Dämpfungskammer 11 größer ist als die Kraft, die über eine weitere der Dämpfungskammer 11 gegenüberliegende Kolbenfläche A₂ des Dämpfungskolbens 41 durch den Arbeitsdruck ausgeübt wird, wird der Dämpfungskolben 41 in Dämpfungsrichtung bewegt, d. h. in die gleiche Richtung, in der sich der Dämpfungszapfen 10 bewegt. Dadurch wird der Anstieg des Dämpfungsdrucks in der Dämpfungskammer 11 vermindert. Sobald der Kolben 2 seine Endlage erreicht hat und der Bremsvorgang des Differentialkolbens 2 abgeschlossen ist, fällt der Dämpfungsdruck in der Dämpfungskammer 11 durch ein Abfließen der Hydraulikflüssigkeit durch den Restspalt 42 wieder ab und der Dämpfungskolben 41 wird durch den Arbeitsdruck auf die zweite Kolbenfläche A₂ in seine Ausgangslage zurückgeschoben. Durch den Druck im dritten Druckbereich oder die Größe einer zweiten Steuerfläche A₂ kann die Dämpfung des Kolbens 2 im Dämpfungsbereich eingestellt werden.

Es kann ein Rückschlagventil 43 in einer Bypassleitung 44 im Inneren des Dämpfungszapfens 10 vorgesehen sein, durch das eine Öffnung zur Dämpfungskammer 11 mit einer Öffnung in der Seitenwand des Dämpfungszapfens 10 verbunden ist. Dadurch wird eine fluidische Verbindung zwischen der Dämpfungskammer 11 und dem zweiten Druckbereich 4 vorgesehen, auch wenn sich der Dämpfungszapfen 10 in der Dämpfungskammer 11 befindet. Das Rückschlagventil 43 ist so vorgesehen, dass es sich bei einer Bewegung des Kolbens 2 in einer Bewegungsrichtung aus dem Dämpfungsbereich D hinaus öffnet, d. h. bei einem positiven Druckgefälle zwischen dem zweiten Druckbereich 4 und der Dämpfungskammer 11. Diese Ausführung ermöglicht eine unbehinderte Bewegung des Kolbens 2 in Bewegungsrichtung B.

In Figur 7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen hydraulischen Differentialzylinder 50 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Dämpfungskammer 11 über eine Verbindungsleitung 51 mit der Hydraulikleitung 7, die den zweiten Druckbereich 4 mit dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter verbindet, bzw. direkt mit dem zweiten Druckbereich 4 verbunden. In der Verbindungsleitung 51 ist ein Steuerzylinder 53 mit einem Steuerkolben 54 vorgesehen. Der Steuerkolben 54 dient dazu, eine Verbindung zwischen der Dämpfungskammer 11 und dem zweiten Druckbereich 4 bzw. dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter zu schaffen. Der Steuerkolben 54 ist als Differentialkolben ausgebildet, dessen eine Seite eine Kolbenfläche A₃ aufweist, die dem Arbeitsdruck ausgesetzt ist, mit dem auch der Kolben 2 seitens des ersten Druckbereichs 3 beaufschlagt ist, während die entsprechende andere Seite eine im Vergleich dazu kleinere Steuerfläche A₁ auf einem an dem Steuerkolben vorgesehenen Steuerzapfen 55 aufweist, die dem Druck der Dämpfungskammer 11 ausgesetzt ist. Der Steuerzapfen 55 dient weiterhin dazu, ein Ventil für die Verbindungsleitung 51 zu bilden, wobei der Durchlassquerschnitt des Ventils durch die Stellung des Steuerkolbens 54 angegeben wird. Aufgrund des auf die Kolbenfläche A₃ wirkenden Arbeitsdrucks ist das Ventil anfänglich geschlossen.

Wie bei der Ausführungsform der Figur 6 ist zwischen dem Dämpfungszapfen 10 und der Dämpfungskammer 11 ein Restspalt 56 vorgesehen, der einen Austritt von Hydraulikflüssigkeit in den zweiten Druckbereich 4 mit einem definierten Querschnitt ermöglicht. Steigt der Dämpfungsdruck in der Dämpfungskammer 11 an, so kommt es auf die Auslegung des Steuerkolbens 54 an, wann der Steuerkolben 54 bewegt wird und die zusätzliche Ableitung zwischen der Dämpfungskammer 11 zu dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter über die Verbindungsleitung 51 zulässt. Sinkt der Druck in der Dämpfungskammer 11, so bewegt der Arbeitsdruck, der auf die weitere Steuerfläche A₃ des Steuerzapfens 55 wirkt, den Steuerkolben 54 und bewirkt ein Schließen der Verbindungsleitung 51.

Der Öffnungsdruck der Steuerkolbens 54 lässt sich einfach über das Flächenverhältnis der Kolbenfläche A₃ zur Steuerfläche A₁ (P1 = P3 x A₃ / A₁) bestimmen. Der Steuerkolben 54 bildet ein selbstregelndes System, das den Druck in der Dämpfungskammer 11 während des gesamten Abbremsvorgangs des Kolbens 2 konstant unter einem durch das Flächenverhältnis eingestellten Wert hält.

Der Steuerkolben 54 weist weiterhin eine Fläche A₂ auf, auf die im geschlossenen Zustand des Steuerventils der Druck der Hydraulikflüssigkeit im zweiten Druckbereich 4 wirkt. Soll sich der Kolben 2 in die entgegengesetzte Richtung bewegen (durch Verringerung des Arbeitsdrucks), so reduziert sich der Dämpfungsdruck in der Dämpfungskammer 11 und es entsteht ein positives Druckgefälle zwischen dem zweiten Druckbereich 4 und der Dämpfungskammer 11. In diesem Fall öffnet der Steuerkolben 54 den kompletten Querschnitt und lässt einen ausreichend großen Flüssigkeitsstrom von der Hydraulikflüssigkeitsleitung 7 in die Dämpfungskammer 11 zu, um die Bewegung des Dämpfungszapfens 10 aus der Dämpfungskammer 11 heraus nicht zu behindern. Um eine solche Funktionalität zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Summe der ersten Steuerfläche A₁ und der zweiten Steuerfläche A₂ die weitere Kolbenfläche A₃ übersteigt.

1

Differentialzylinder

2

Kolben

3

erster Druckbereich

4

zweiter Druckbereich

5

Zylinderinnenraum

6

Kolbenstange

7

Hydraulikleitung

8

Restspalt

9

Auslassleitung

10

Dämpfungszapfen

11

Dämpfungskammer

12

Drosseleinheit

14

weitere Verbindungsleitung

15

Rückschlagventil

20

Hülse

21

Anschlussleitung

22

Stellschraube

23

Außengewinde

24

Innengewinde

26

Kopfteil

31

Stellelement

32

Ausnehmung

33

Durchlass

34

Stufe

35

Stufe

37

Hohlraum, Freiraum

40

Differentialzylinder

41

Dämpfungskolben

42

Restspalt

43

Rückschlagventil

44

Bypassleitung

50

Differentialzylinder

51

Verbindungsleitung

53

Steuerzylinder

54

Steuerkolben

55

Steuerzapfen

56

Restspalt

A₁

erste Steuerfläche

A₂

zweite Steuerfläche

A₃

weitere Steuerfläche