DE2223967A1

DE2223967A1 - Vorrichtung zur Begrenzung der Verdrängungsleistung bei einem Arbeitszylinder

Info

Publication number: DE2223967A1
Application number: DE19722223967
Authority: DE
Inventors: Louis Senlis Oise Martin (Frankreich)
Original assignee: Poclain SA
Current assignee: Poclain SA
Priority date: 1971-05-24
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1972-12-07
Also published as: ES403091A1; FR2138342A1; US3786724A; BE782245A; GB1366457A; FR2138342B1; IT958847B

Description

Vorrichtung zur Begrenzung der Verdrängungs·
leistung bei einem Arbeitszylinder

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung der
Verdrängungsleistung bei einem Arbeitszylinder, der einen zusätzlichen, an einem Endteil des Zylinders in diesen eingearbeiteten und mit dem Hauptverdrängungsraum in Verbindung stehenden Raum aufweist", der in den äussersten Querschnitt des
Hauptraumes einmündet und einen zur Achse des Zylinders senkrechten, fühlbar geringeren Querschnitt als der Hauptraum aufweist, mit einem an der Kolbenstange zur Verschiebung mit
dieser angebrachten und sich auf ihr abstützenden, einen Ab-

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satz bildenden Element, wobei die Kolbenstange auf der den Hauptverdrängungaraum begrenzenden Seite des Kolbens befindlich ist und das Element einen zur Achse des Zylinders senkrechten, nur geringfügig unterhalb des Querschnitts des zusätzlichen Raumes liegenden Querschnitt und eine komplementäre Form- zu diesem aufweist und in diesen zusätzlichen Raum eindringen kann, und wobei die Verdrängungsleitung des Arbeitszylinders in den zusätzlichen Raum einmündet.

Um zu verhindern, dass der Kolben eines Arbeitszylinders sich schlagartig und plötzlich bei Beendigung seiner Hubbewegung am Zylinderboden abstützt bzw. auf diesen aufschlägt, ist es bekannt, in den Arbeitszylinder eine Vorrichtung zur Begrenzung der Kolbengeschwindigkeit einzubauen, die sich nur am Hubende auswirkt.

Man geht dabei in bekannter Weise so vor, dass man für das restliche, noch zu verdrängende Fluidum eine Drosselung vorsieht, und zwar in einer zusätzlichen Kammer mit bezüglich des Querschnittes der Hauptverdrängungskammer verringerten Querschnitt. Man gelangt auf diese Weise zu einer die Verdrängungsleistung eines Arbeitszylinders begrenzenden Vorrichtung.

Es ist offensichtlich und wurde auch schon durch Messungen wiederholt festgestellt, dass der von dem Fluidum in dem zusätzlichen Raum erreichte Druck sehr hohe Werte annehmen kann. Ein solcher Zustand ist mit schwerwiegenden Nachteilen verhaftet, da die entwickelten Überdrücke so beträchtlich

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sind, dass nicht selten permanente Verformungen an dem Zylinder festgestellt werden können, was das Auswechseln des Zylinders und seinen Ersatz notwendig macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Begrenzung der Verdrängungsleistung bei einem Arbeitszylinder zu schaffen, bei der auch ein zu hoher Druckanstieg vermieden werden kann und die mit einer bisher noch nicht bekannten Progressivität arbeitet.

Die Erfindung geht daher aus von einer Vorrichtung zur Begrenzung der Verdrängungsleistung der eingangs als bekannt bezeichneten Art und löst diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass mindestens eines der Teile, nämlich entweder das einen Absatz bildende Element oder die den zusätzlichen Raum begrenzende Wand, unter der Druckwirkung des Pluidums verformbar ist, wobei-diese mögliche Verformung eine Vergrösserung des Durchlassquerschnittes zwischen dem Hauptraum und dem zusätzlichen Raum entspricht, und der Durchlassquerschnitt gebildet ist von dem von den Wandteilen von Element und zusätzlichen Raum begrenzten Volumen und die Wandteile einander geradlinig gegenüberliegen und zwischen den äusseren Querschnitten von Hauptraum und dem Absatz des Elements befindlich ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht das verformbare Element aus einem elastischen Material. Weiterhin ist es vorteilhaft, das verformbare Element strukturmässig zu der KoI-

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benstange und/oder dem Zylinder, an welchem es zur Durchführung einer Verschiebung befestigt ist, unterschiedlich zu machen, damit ein Austausch möglich ist.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht dieses verformbare Element aus einem Hülsenelement, dessen verformbare Wände parallel zur Achse des Zylinders verlaufen und welches mit den Wänden des zusätzlichen Raumes einen Durchlass für das Fluidum bilden, dessen Querschnitt als Punktion der Druckwirkungen des Pluidums variabel ist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das verformbare Element gebildet von einem hülsenförmigen Drehelement, dessen Erzeugendtl %iner Verformung zugängliches Anfangsprofil und eine Konfiguration aufweist, die in Beziehung steht mit dem der Momentan-position des Kolbens in dem Zylinder entsprechenden Wert der Verdrängungsleistung.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden anhand der Figuren Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der Erfindung im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder, der eine bekannte Vorrichtung zur Begrenzung der Verdrängungsleistung aufweist,

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Pig. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Teilausschnitt und

Fig. 4 in Form eines Diagrammes Kurvenverläufe, aus denen die Abhängigkeit der Verlangsamung bzw. Abbremsung des Kolbens aufgrund der erfindungsgemässen Vorrichtung entsprechend den Figuren 2 und 3 hervorgeht.

In Fig. 1 ist ein Arbeits- bzw. Druckzylinder üblicher Art dargestellt, der aus einem Zylinder 1 besteht, in dessen Inneren zur Durchführung einer gleitenden Bewegung entlang der Achse 3 des Zylinders 1 ein Kolben 2 angeordnet ist. Zwischen dem Kolben 2 und der Wand des Zylinders 1 ist eine Dichtung 4, beispielsweise ein Kolbenring, eingefügt.

Weiterhin ist eine Kolbenstange 5 in formschlüssiger Verbindung mit dem Kolben 2 vorgesehen, die sich unter Zwischenschaltung einer weiteren Dichtung 7 durch den Bodenteil 6 des Zylinders 1 erstreckt. Auf diese Weise bildet sich ein von dem Kolben 2 und den Wänden des Zylinders 1 begrenzter Raum8, der als sogenannter Hauptdruckraum bezeichnet werden soll und der über eine Druckleitung 9 mit dem Aussenteil des Arbeitszylinders in Verbindung steht, aus.

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Darüberhinaus befindet sich am Ende des Hauptraumes 8 ein zusätzlicher, zylindrischer und koaxial zur Achse 3 angeordneter Raum 1o, wobei die Druckleitung 9 in diesen Raum 1o einmündet. Der Querschnitt des Raumes 1o ist kreisringförmig mit einem grossen Durchmesser D und einem kleinen Durchmesser, der gleich ist dem Durchmesser der Kolbenstange 5» dabei ist der Querschnitt des Raumes 1o merklich geringer als derjenige des Hauptraumes 8.

Weiterhin ist in formschlüssiger Fortsetzung des Kolbens 2 und angrenzend an die Fläche 2a des Kolbens 2 eine Schulter 11 bzw. ein Absatz 11 mit einem Durchmesser d vorgesehen, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser D. Der Ansatz 11 ist koaxial zur Achse 3 ausgerichtet und in der Lage, in der Endbewegung des Kolbens 2 in den Raum 1o einzudringen.

In der Darstellung der Pig, 2 findet man die meisten der schon mit Bezug auf Fig. 1 erwähnten Elemente wieder. In dieser Figur befindet sich das Dämpfungselement in der Position, in welcher es sich wirksam zur Reduzierung der Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens des Zylinders auswirkt.

Der Kolben 2 wirddadurch in formschlüssiger Verbindung mit der Kolbenstange 5 bei Verschiebung gehalten, dass er sich mit seiner Fläche 2a auf einen mit der Kolbenstange 5 formschlüssig verbundenen Bund 12 abstützt, wobei eine Schraube 13 auf das mit einem Gewinde 14 versehene Kolbenstangenende aufgeschraubt ist, um die Fläche 2a in Kontakt mit dem Bund

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12 zu halten. Gebildet ist der Bund 12 als äusserster Querschnitt eines Hülsenelementes 15, welches zur einstückigen Durchführung der Verschiebung der Kolbenstange 5 axial zwischen einen Absatz 16 der Kolbenstange 5 und der Fläche 2a des Kolbens 2 geklemmt ist.

Das Hülsenelement 15 ist von zylindrischer Form und begrenzt mittels seiner zur Achse 3 parallelen Wände 17 sowie mit der Wand, die an den Absatz 11 angrenzt, sowie mit der Fläche 2a des Kolbens 2 ein inneres Volumen 18.

Das Hülsenelement 15 unterscheidet sich daher von der Kolbenstange 5 und ist auswechselbar. Darüberhinaus ist es aus einem elastischen Material hergestellt und kann sich unter dem Druck eines in dem Raum 8 enthaltenden Fluidums elastisch verformen, und zwar im Sinne einer unmittelbaren, provisorischen Verringerung ^-des Durchmessers d der äusseren Flächen der Wände 17. Schliesslich durchsetzt eine Leitung 19 eine der Wände des Hülsenelementes 15 und verbindet das innere Volumen 18 mit dem zusätzlichen Raum 1o.

Es sei bemerkt, dass es als Variante auch möglich ist, an der Kolbenstange 5 einen festen, formschlüssigen Anschlag vorzusehen, dann jedoch als den zusätzlichen Raum begrenzende Wand einen Ring bzw. ein Hülsenelement anzuordnen, welches in der Lage ist, entsprechend dem weiter vorne erwähnten Hülsenelement 15 verformt zu werden·, das Wesentliche ist dabei, dass, wie man aus der Darstellung der Fig. 2 ent-

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nimmt, im Moment des Endteils der Hubbewegung des Arbeitszylinders ein einer Verformung zugängliches Organ anzuordnen, welches jedoch zu dem Hauptkörper des Zylinders 1 selbst unterschiedlich ist.

Weiterhin ist es entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in Fig. 3 gezeigt, möglich, dass das vorher erwähnte Hülsenelement 15 durch ein Hülsenelement 15a ersetzt wird, dessen äussere Wände 17a von einer nichtzylindrischen Drehfläche begrenzt sind. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass in dem einen oder in dem anderen Fall die Deformationen, die die Hülsenelemente 15 bzw. 15a erleiden, in der Lage sind, als Funktion der Position des Kolbens 2 selbst in dem Zylinder 1 sich zu verändern, einer Position, die als Entfernung L in den Figuren angegeben ist und die den Endquerschnitt 8a des Raumes 8 von dem Absatz 11 trennt.

In Fig. 4 sind Kurven 15 und 15a aufgezeichnet, die die Abhängigkeit zwischen der Verdrängungsleistung Q des Fluidums und damit der Geschwindigkeit V des Kolbens 2 und dem Weg L zeigen, und zwar für Arbeitszylinder, die einerseits mit dem Hülsenelement 15 und andererseits mit dem Hülsenelement 15a ausgestattet sind.

Im folgenden wird auf die Wirkungsweise der soeben beschriebenen Arbeitszylinder bei deren Verwendung näher eingegangen.

Wenn der Kolben 2 des in Fig. 1 dargestellten Arbeitszylin-

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ders in den näheren Bereich des Hübendes gerät, dann gelangt der Absatz 11 zu einem gegebenen, ersten Zeitpunkt in die Nähe des Endquerschnittes 8a des Raumes 8. Das noch in dem Räume 8 enthaltende Fluidum kann dann lediglich noch durch den Durchlass verdrängt werden, der gebildet ist von der zylindrischen Wand des Absatzes 11 (mit Durchmesser d) und dem zusätzlichen Raum 1o (mit Durchmesser D). Aufgrund des Umstandes, dass D nur geringfügig grosser als d ist, ist dieser Durchlass eng und liegt selbstverständlich im Querschnitt beträchtlich unterhalb des Querschnittes des freien Raumes 1o. Aus dieser Anordnung resultiert, dass das Fluidum nur nach langsamen, gedrosselten Abfluss verdrängt werden kann, was einen Druckanstieg in dem Raum 8 bewirkt. Dieser Druck wirkt sich auf die Fläche 2a des Kolbens 2 aus und erzeugt eine der Verschiebung der Kolbenstange entgegengesetzte Wirkung, d.h. eine Abbremsung. Im Falle, wo die Geschwindigkeit der Kolbenstange eine Folge der Trägheitsmitnahme einer gegebenen Masse ist, entspricht diese Bremswirkung einer Bewegungsverzögerung und' damit einer Gesehwindigkeitsverringerung, bevor ein Stillstand aufgrund mechanischer Stosseinwirkung auftritt.

Unglücklicherweise ist der erreichte Druckwert eine Funktion zahlreicher Parameter und dem Einfluss physikalischer Strömungsgesetze eines zwischen Wänden eingeschlossenen Fluidums unterworfen. Es sei hierbei unter anderem lediglich erinnert an den Einfluss der Viskosität des Fluidums und an die Länge des eingeschränkten Durchlasses, an die Durchflussleistung des Fluidums von dem Raum 8 in den Raum 1o und an den TJnter-

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schied zwischen den Durchmessern D und d. In bestimmten Fällen ist der erreichte Druckwert beträchtlich,und die Druckauswirkungen auf die Zylinderwände bewirken eine permanente Verformung des Zylinders und damit des gesamten Arbeitszylinders, und zwar nicht durch mechanische Stoss- oder Schockeinwirkung, sondern durch übermässigen Druckeinfluss.

Um diese Nachteile zu vermeiden, die schliesslich genauso schwerwiegend und negativ sind wie die Zerstörung durch mechanische Stosseinwirkung, ist es zweckmässig, gemäss den Ausführungsbeispielen der Erfindung vorzugehen, die in den Figuren 2 und 3 beschrieben sind oder analoge Ausführungsformen anzuwenden. Bei dem Arbeitszylinder der Fig. 2 wirkt sich die Druckerhöhung am Ende des Kolbenhubes 2 darin aus, dass sich das Hülsenelement 15 im Sinn einer Verringerung des Durchmessers d deformiert und damit im Sinne einer Vergrösserung des Durchlassquerschnittes zwischen der Bohrung mit dem Durchmesser D und dem Hülsenelement mit dem Durchmesser d. Was auch immer die Werte der anderen Parameter sind, der resultierende Fluidumsdruck in dem Raum 8 wird auf einen geeigneten Wert begrenzt, und zwar auf Werte, die als Grenzwerte für die Erhaltung des Arbeitszylinders betrachtet werden und die früher überschritten worden sind. Indessen erhält man auch noch die Verlangsamung bzw. die Bremsung, die auf die Drosselung des Fluidums zwischen den zylindrischen Wänden des zusätzlichen Raumes 1o (mit dem Durchmesser D) und den Absatz 11 (mit dem Durchmesser d) zurückzuführen ist,

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Dabei muss man sich darüber klar sein, dass selbst dann, wenn es zu einer permanenten oder lang dauernden Deformation kommt, gemäss einem Merkmal -der Erfindung lediglich das Hülsenelement 15 betroffen ist. Man zerstört daher nicht mehr den vollständigen Arbeitszylinder, sondern lediglich ein preiswertes, zusätzliches Element.

Darüberhinaus ist schon auf den offensichtlichen Vorteil hingewiesen worden, das Hülsenelement 15 abnehmbar bzw. austauschbar" zu halten, so dass sein eventueller Ersatz einfach ist; auch ist es aus elastischem Material gewählt worden, was in den meisten Fällen eine permanente Deformation des Hülsenelementes vermeiden hilft, so dass auch ein Ersatz selbst nicht notwendig ist.

Schliesslich ist es auch offensichtlich, dass es die Leitung 19 dem Fluidum erlaubt, auf beiden Seiten des Hülsenelementes 15 vorhanden zu sein, so dass auf diese Weise für ein Gleichgewicht der Drücke im Ruhezustand gesorgtist. Diese Anordnung erlaubt daher auch die Wahl von eher bescheidenen Abmessungen für das Hülsenelement 15. Wohl bemerkt, bewirkt der Pluidumsübergang durch diese Leitung 19 unter Berücksichtiging der Hülsendeformation nur eine kleine Druckdifferenz der in den Kammern 1o und 18 enthaltenden Flüssigkeiten bzws. Fluidums, wenn man von dem Ausmass der Volumensänderung des Raumes 18 ausgeht, das sehr klein ist.

Schliesslich ist es möglich, Ausführungsformen zu wählen,

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beispielsweise die in den Figuren 2 oder 3 dargestellten, die es erlauben, in Funktion der jeweiligen Position des Kolbens 2 mit Bezug auf den Abstand L eine mehr oder weniger energische Bremswirkung zu erzielen, wie dies in Fig. 4 anhand des Diagramms gezeigt ist.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern auch weitere, den erfindungsgemässen Rahmen nicht verlassende Abwandlungsmöglichkeiten bietet.

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Claims

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A 32 970 16. Mai 1972

Patentansprüche

Vorrichtung zur Begrenzung der Verdrängungsleistung bei einem Arbeitszylinder, der einen zusätzlichen, an" einem Endteil des Zylinders in diesen eingearbeiteten und mit dem Hauptverdrängungsraum in Verbindung stehenden Raum aufweist, der in den äussersten Querschnitt des Hauptraumes einmündet und einen zur Achse des Zylinders senkrechten, fühlbar geringeren Querschnitt als der Hauptraum aufweist, mit einem an der Kolbenstange zur Verschiebung mit dieser angebrachten und sich auf ihr abstützenden, einen Absatz bildenden Element, wobei die Kolbenstange auf der den Hauptverdrängungsraum begrenzenden Seite des Kolbens befindlich ist und das Element einen zur Achse des Zylinders senkrechten, nur geringfügig unterhalb des Querschnitts des zusätzlichen Raumes liegenden Querschnitt und eine komplementäre Form zu diesem aufweist und in den zusätzlichen Raum eindringen kann und wobei die Verdrängungsleitung des Arbeitszylinders in den zusätzlichen Raum einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Teile, nämlich entweder das einen Absatz (11) bildende Element (15) oder die den zusätzlichen Raum (1o) begrenzende Wand,unter der Druckwirkung des Fluidums verformbar ist, wobei diese mögliche Verformung einerVergrösserung des Durchlassquerschnittes zwischen dem Hauptraum (8) und dem zusätzlichen Raum (1o) entspricht und

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der Durchlassquerschnitt gebildet ist von dem von den Wandteilen von Element (15) und zusätzlichen Raum (1o) begrenzten Volumen, und die Wandteile einander gegenüberliegen und zwischen den äusseren Querschnitten von Hauptraun) (8) und dem Absatz des Elementes (15) befindlich sind.
2. Vorrichtung nach An-spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Verformbarkeit aufweisende Element aus elastischem Material besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Element, die Wand der zusätzlichen Kammer (1o) und/oder das Element (15) zur Struktur der Kolbenstange (5) und/oder des Zylinders (1), an welchem es zur Verschiebung befestigt ist, unterschiedlich ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Element von einem im wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Hülsenelement (15) gebildet ist, dessen parallel zur Achse des Zylinders verlaufende Wände verformbar sind und das mit den Wänden des zusätzlichen Raumes (1o) einen Durchlass für das Arbeitsfluidum begrenzt, dessen Querschnitt als Punktion der Wirkungen des Pluidumsdrucks variabel ist.

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Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das deformierbare Element gebildet ist von einem hülsenartigen Drehteil (15)» dessen Erzeugende ein einer Deformation zugängliches Anfangsprofil sowie eine Konfiguration aufweist, die in Beziehung steht zu dem der Momentanposition des Kolbens in dem Zylinder entsprechenden Wert der Verdrängungsleistung,

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