DE2015765C2 - Mit strömenden Medien arbeitender Zylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit strömenden Medien arbeitenden Zylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die FR-PS 14 97 969 1st ein mit strömenden Medien arbeitender Zylinder der eingangs genannten Art bekanntgeworden.

Bei dieser bekannten Anordnung befindet sich die von einer Einlageplatte aus porösem Material sowie einer die poröse Einlageplatte abdeckenden Gummiklappe gebildete Drosseleinrichtung Innerhalb der Dämpfungskammer. Die Tiefe der von der als Boden dienenden Drosseleinrichtung begrenzten Dämpfungskammer 1st jedoch größer als die die mittlere Scheibe In axialer Richtung überragende Höhe des Kolbenkörpers, so daß die genannte Scheibe In der Kolbenendstellung auf einem die Dämpfungskammer radial Ionen begrenzenden Kragen Zur Anlage kommt. Ein Aufsetzen der Stirnseite des aus elastischem Material bestehenden Kolbenkörpers auf dem zugewandten Dämpfungskammerboden und damit ίο eine Pufferwirkung, d.h. die Umwandlung kinetischer Energie der sich In Bewegung befindenden Masse in Verformungsenergie, findet nicht statt, sofern von der nicht beachtlichen Verformung der mittleren Scheibe einmal abgesehen wird. Die gewünschte Dämpfung ist daher bei der bekannten Anordnung allein über die Verdrängung von Druckmittel aus der Dämpfungskammer zu bewerkstelligen. Ein pufferndes Zusammenspiel von Kolbenkörper und dem von der Drosseleinrichtung gebildeten Dämpfungskammerboden 1st bei der bekannten Anordnung nicht möglich, da hier der Dämpfungskammerboden zur Bewirkung einer Drosselung des zu verdrängenden Druckmittels durch die poröse Einlageplatte gebildet wird, die einer derartigen Belastung nicht gewachsen Ist. Darüber hinaus besteht bei der vorbekannten Konstruktion auch die Gefahr, daß sich die Poren im Laufe der Zelt zusetzen und damit die ursprünglich zugedachte Funktion beeinträchtigt wird. Außerdem 1st die die poröse Einlageplatte abdeckende Gummiklappe äußerst störanfällig. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung Ist in der Ausbildung des Kolbenkörpers selbst zu sehen. Die äußere Umfangsfläche, die völlig wulstlos ausgebildet 1st, liegt bei der bekannten Anordnung auf der gesamten Kolbenhöhe satt am Zylindermantel an. Dasselbe gilt für den Bereich des Innenumfangs. Die mittels der glatten Flächenanlage erzielte Dichtungswirkung 1st jedoch relativ schlecht. Offenbar zur Verbesserung der Dichtwirkung sind daher bei der bekannten Anordnung im radial äußeren Bereich der Kolbenstirnseiten Hlnterschneidungen vorgesehen, die dlchtlippenartige Kanten ergeben. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß sich diese Dichtlippen Insbesondere unter axialer Druckoeaufschlagung aufstellen, wobei bereits eine geringfügige Verwerfung gegenüber der in der Zeichnung dargestellten Lage genügt, um die scharfen Stirnkanten und nur noch diese In gleitenden Kontakt mit dem Zylindermantel zu bringen. In Fällen dieser Art ist daher zu befürchten, daß der auf dem Zylindermantel sich befindende Ölfilm insbesondere im Bereich der Dämpfungskammer, In welcher hohe Drücke unumgänglich sind, abgerissen wird, so daß der Kolben zum Steckenbleiben bzw. Festsitzen neigt. Die hierdurch verursachten negativen Auswirkungen auf die Betriebssicherheit bzw. auf die Führung der Kolbenstange sind naheliegend. Ganz abgesehen davon sind aufgrund der zur Bildung von Dichtlippen vorgenommenen Hlnterschneidungen und der wulstlosen Ausbildung des Innen- und Außenumfangs des Kolbenkörpers schlechte Dämpfungseigenschaften hinsichtlich in radialer Richtung verlaufender Schwingungen zu erwarten.

Durch die US-PS 29 73 744 1st ein mit strömenden Medien arbeitender Zylinder bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Anordnung sind Im Zylinderkopf verlegte, mit der Ein- bzw. Auslaßöffnung strömungsmäßig verbundene Kanäle vorgesehen, die mit einem Rückschlagventll bzw. einem Drossel-Regelventil bestückt sind. Der Kolben der bekannten Anordnung kömmt In der Endlage mit seiner Stirnseite am benachbarten Zylinderkopf zur Anlage. Der Kolben und der Zylinderkopf

bestehen bei der bekannten Anordnung jedoch aus metallischem Material, so daß eine elastische Verformung zur Absorption kinetischer Energie nicht beabsichtigt und auch nicht möglich ist. Die genannten, mit einem Rückschlagventil bzw. einem Drospsl-Regelventil 5 bestückten Kanäle münden bei der bekannten Anordnung nicht In Dämpfungskammern, sondern direkt in den Zylinderraum, wobei in der Bewegungs- Endphase des Kolbens die Entleerung des ZyHnderraums nur noch über die genannten Kanäle erfolgen soll. In der Endphase der Kolbenbewegung soll daher hler der Zylinderraum offenbar selbst als Dämpfungskammer wirken. Das 1st jedoch ungünstig, weil bei einer derartigen Anordnung In der Bewegungsendphase, in welcher der freie Abströmquerschnitt bereits verschlossen ist, noch relativ viel is Flüssigkeit über die genannten Ventile verdrängt werden muß, so daß hierzu verhältnismäßig viel Zelt benötigt wird.

Schließlich ist durch die US-FS 28 95 773 ein Kolbenkörper aus elastischem Material mit einer im Querschnitt sattelförmigen Umfangsoberfläche bekanntgeworden. Be! der bekannten Anordnung handelt es sich jedoch um Kolben für Injektionsspritzen für medizinische Zwecke. Der Sinn der sattelförmigen Ausbildung der Umfangsoberfläche 1st dabei, eine möglichst weite Anpassungsfählgkelt des Kolbens an unterschiedliche Zylinderdurchmesser zu bewerkstelligen. Die durch diese Patentschrift bekanntgewordenen Kolben sind jedoch nicht geeignet, trotz einer Druckerhöhung In einer Dämpfungskammer die Dichtwirkung zu erhöhen, ohne einen Abriß des Schmierfilms zu provozieren, und gleichzeitig eine zweistufige Absorption der kinetischen Energie der hin- und herbewegten Massen zu bewerkstelligen, bei gleichzeitiger Herbeiführung von Schwingungsinterferenzen im Umkehrbereich. Der Kolben einer medizinischen Injektlonssprltze wird nämlich von Hand betätigt, wobei es bekanntlich auf eine sehr feinfühlige Handhabung mit einem langsamen Kolbenvorschub ankommt. Die Problematik von Schwingungen bzw. von im Umkehrbereich freiwerdender kinetischer Energie bzw. von Schmierfilm- «o erhalt trotz Druckerhöhung spielen bei einer medizinischen Injektionsspritze keine Rolle.

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der Kolben In der Umkehr- oder Aufprallphase, d. h. Im Bereich seines Hubendes eine wirksame Schwingungsdämpfung und Pufferung ermöglicht, indem er hinsichtlich der Abdichtung bei höheren Drücken, hinsichtlich der Führung der Einheit Kolbenstange/Kolben sowie hinsichtlich der Gleiteigenschaften und der Vermeldung sogenannter schädlicher Räume verbessert wird, so daß eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die Im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die durch die erfindungsgemäße Lösung erzielbaren Vorteile sind Insbesondere In einer ausgezeichneten zweistufigen Schwingungsdämpfung und einer hervorragenden Betriebssicherheit zu sehen. Dadurch, daß der Kolbenkörper die Tragscheibe ganz erheblich überragt, 1st eine mehrstufige Schwingungsdämpfung Im Umkehrbereich des Kolbens sichergestellt. Zum einen kommt die Druckwirkung des in der Dämpfungskammer eingeschlossenen Druckmittels und zum anderen kommt eine spürbare Verformung des elastischen Materials des KoI-benkörpers zum Tragen. Die zusätzliche Dämpfung durch die elastische Verformung des Kolbens wird dadurch ermöglicht, daß sich der Kolben in der Umkehrphase auf den Boden der Drosselkammer aufsetzen kann, ohne daß die Drosseleinrichtung gefährdet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Drosseleinrichtung aus der Drosselkammer heraus In die Zylinderköpfe verlegt 1st. Die erfindungsgemäße Kombination mit einem Einwegeventil und einem hiervon unabhängigen regelbaren Drosselventil in den beiden vom Hauptströmungsweg zur Dämpfungskammer führenden Strömungswegen gewährleistet auch unter robusten Betriebsbedingungen und langen Wartungsintervallen eine ausgezeichnete Betriebssicherheit. Außerdem Ist dei gewünschte Dämpfungseffekt ohne weiteres auf die Verhältnisse jedes Einzelfalls einstellbar. Ferner lassen sich in vorteilhafter Weise aufgrund der wulstartigen Ausbildung der Kolbenenden insbesondere im Bereich der Dämpfungskammer, in welcher der Druck während des Dämpfungsvorgangs spürbar erhöht wird, dennoch ausgezeichnete Dichtungseigenschaften erreichen. Gleichzeitig ist durch diese Maßnahme eine breite Interferenzvariation sichergestellt. Unter normalen Umständen wäre dabei zu befürchten, daß hler im Bereich der Dämpfungskammer aufgrund der dort stattfindenden Druckerhöhung eine erhöhte Gefahr eines sogenannten Kolbenfestsetzens bzw. -stekkenblelbens gegeben 1st. Dieser Gefahr wird jedoch mit einer ausgezeichneten Schmierung begegnet. Die konvexe Ausbildung der Endteile des Kolbenkörpers schafft nämlich In vorteilhafter Weise eine trichterförmige Einmündung für das Öl und wirkt sich daher günstig auf die Erhaltung des Ölfilms aus, und zwar nicht nur im Bereich des Zylindermantels, sondern auch im Wandungsbereich der Dämpfungskammer. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kolbenkörpers werden aber nicht nur die Abdichtung bei höheren Drücken, die Führung der Einheit Kolbenstange/Kolbenkörper und die Gleiteigenschaften des Kolbens verbessert, sondern der Kolben erfüllt darüber hinaus noch eine gewisse Sicherheitsfunktion, falls bei veränderten Druckverhältnissen durch Leckage oder Temperaturschwankuugen es vorkommt, daß der Kolbenkörper unmittelbar auf den Dämpfungskammerboden aufsetzt. Auch in einem solchen Fall wird die Berührung der Metallscheibe mit dem die Dämpfungskammer innen begrenzenden Kragen des Zylinderkopfes vermieden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
Es zeigt:

Fig. 1 einen Axiallängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinder, wobei der obere Teil um 90° versetzt gegenüber dem unteren Teil dargestellt ist,

Fig. 2 In größerem Maßstab eine Einzelheit des Kolbens Im Axialschnitt,

Flg. 3, 4, 5 und 6 im Axialschnitt weitere Ausführungsformen des Kolbens,

Flg. 7 einen Querschnitt längs der Linie VII-VII der Flg. 6.

Gemäß den F1 g. 1 und 2 besteht der Kolben des erfindungsgemäßen Zylinders aus einer Metallscheibe 1, die an der Kolbenstange 2 des mit strömenden Medien arbeitenden Zylinders beispielsweise durch Verschweißen befestigt ist und aus einem Fertigteil 3 aus elastischem Material, wie beispielsweise Gummi, der den Kolbenkörper bildet und an der Scheibe 1 angebracht wird. Letztere hat einen etwas geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Zylindermantels 4. Der Kolbenkörper 3 Ist seitlich von einer und/oder der anderen Seite In bezug

auf die Scheibe 1 abstehend ausgebildet und besteht aus einem im wesentlichen hohlzylindrischen Körper, der mittig In Querrichtung eine Rille 5 (F 1 g. 2) besitzt, in die der periphere Rand der Scheibe 1 eintreten kann.

Wie deutlich aus Fl g. 2 ersichtlich ist, Ist der Teil 31m Axialquerschnitt sattelartig geformt und weist an der äußeren Umfangsfläche mittig eine Einschnürung 6 auf, an welche sich die Ringwülste 7, die an den Endabschnitten nach innen abgerundete Ränder bilden, anschließen. Im Bereich der Endabschnitte, jedoch an der inneren Umfangsfläche, weist der Teil 3 weitere Ringwülste 8 auf, die aus dem übrigen Teil der Innenfläche herausragen. Der Kolbenkörper 3 wird auf der Scheibe 1 montiert. Indem der periphere Rand der Scheibe 1 in die Rille 5 eintritt. Die Wülste 7 liegen auf diese Weise nach der Montage an der Innenfläche des Zylindermantels 4 längs zwei Ringzonen an, welche die Einschnürung 6 begrenzen.

Die Zylinderköpfe 9 und 10 werden an den Enden des Zylinders eingesetzt und dort mittels elastischer Metallringe 11 blockiert, welche periphere Ansätze aufweisen, die in entsprechende Ausnehmungen oder Rillen Im Zylindermantel eingreifen. Die Befestigung der Zylinderköpfe 9 und 10 kann übrigens auf beliebige Art und Weise bewerkstelligt werden. Auf den Zylinderköpfen werden sodann die Abschlußbodenscheiben 12 angebracht.

Beide Zylinderköpfe besitzen gegen den Kolben hinweisend Vertiefungen, die von dem Zylindermantel 4 umgeben sind und ringförmige Dämpfungskammern 13 und 14 bilden, die für die Aufnahme der Endabschnitte des Kolbenkörpers 3 dienen. Wenn diese Endabschnitte in die Dämpfungskammern 13 und 14 eintreten, werden Druckräume begrenzt, die befähigt sind, eine wirksame Dämpfung während der Phase des Hubendes zu erzeugen.

Die Zylinderköpfe 9 und 10 sind mit Dichtungen 15 versehen, die zwischen den Köpfen und dem Mantel 4 liegen.

Der Zylinderkopf 10 weist eine Bohrung 16 für die Speisung und den Abfluß auf, welche mit einem zylindrischen Hohlraum 17 Im selben Zylinderkopf in Verbindung steht. Der Hohlraum 17 ist mit der Dämpfungskammer 14 über Durchlässe 18, 19, die von einem Einwegventil 20 gesteuert werden, und über andere Durchlasse 21, 22 verbunden, deren Steuerung durch ein regelbares Drosselventil 23, beispielsweise ein Nadelventil, erfolgt.

Der andere Zylinderkopf 9 ist in ähnlicher Weise wie der Zylinderkopf 10 ausgebildet und weist einen Hohlraum 24 auf, durch den die Kolbenstange 2 hindurchgeführt ist und der mit einer Speise- oder Auslaßöffnung 25 verbunden ist. Im dargestellten Beispiel sind die Regciventile und die Einwegventile im Zylinderkopf 9 nicht dargestellt, da die Schnittebenen der Zylinderköpfe 9 und 10 in Fig. 1 untereinander um 90° versetzt sind.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Zylinders erläutert.

Beim Einlassen des Betriebsmediums durch die Bohrung 16 gelangt dieses über den Hohlraum 17 und die Durchlässe 18 und 19 in die Zylinderkammer, so daß der Kolbenkörper 3 zum Zylinderkopf 9 geschoben wird.

Sobald der Kolben nach dem nächsten Hub wieder den Zylinderkopf 10 erreicht, tritt der eine Endabschnitt des Kolbenkörpers 3 In die Dämpfungskammer 14 ein und das Strömungsmedium, das sich unterhalb der Scheibe 1 befindet (mit Bezugnahme auf die punktiert angedeutete Stellung gemäß F1 g. 1), gelangt direkt zum Auslaß 16, wogegen das in der Dämpfungskammer 14 eingeschlossene Strömungsmedium zusammengedrückt wird und eine Dämpfung ausübt, da der Durchfluß durch die Durchlässe 19 und 18 zum Abfluß 16 vom Einwegventil 20 verhindert wird, wogegen er durch die Durchlässe 22 und 21 durch das regelbare Drosselventil 23 gedrosselt wird. Durch dieses regelbare Drosselventil kann der Durchtritt des Strömungsmediums auch vollkommen verhindert werden oder es kann, je nach Einstellung, der Durcnstrom einer nur geringen Menge gestattet werden.

Der elastische Kolbenkörper 3 übt ferner einen Dämpfungseffekt gegenüber den Schwingungen aus, welchen der Kolben in der Aufprallphase ausgesetzt Ist. Dies wird durch die In weiten Grenzen variierbare Interferenz ermöglicht, die man zwischen dem Kolbenkörper 3 und dem Zylindermantel 4 durch die Ringwülste 7 und zwischen demselben Kolbenkörper 3 und dem nach innen abstehenden Teil des Zylinderkopfes durch die Ringwülste 8 schaffen kann. Diese Interferenz, die bei fortschreitender Abnahme des Volumens der Dämpfungskammer mit dem Druck ansteigt, begrenzt die Größe und die Häufigkeit der Schwingungen. Der seitliche Fortsatz des Körpers 3 in bezug auf die Scheibe 1 1st an einer Seite oder an beiden Selten derart ausgebildet, daß die Länge größer 1st als die Tiefe der Dämpfungskammern 13 und 14, so daß ein Teil der kinetischen Energie der In Bewegung befindlichen Masse durch die elastische Verformung des Gummis 0. dgl. absorbiert wird.

Die F i g. 3 bis 7 zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kolbenkörpers.

Gemäß Flg. 3 besitzt die Scheibe la einen wesentlichen pilzförmlgen Querschnitt mit verbreitertem Rand Ib, der in eine entsprechende Rille in dem elastischen Kolbenkörper 3a eintreten kann.

Gemäß Fig. 4 weist die Scheibe Ic einen größeren Durchmesser als die Scheibe 1 auf, wogegen der Koibenkörper 3 durch gleiche und symmetrische Teile 3b ersetzt wird, die In geeigneter Welse auf der Scheibe Ic aufgeklebt oder aufvulkanisiert werden. Gemäß einer Variante können die Teile 3b auswechselbare Verschleißteile besitzen.

Gemäß F i g. 5 sind ähnlich wie bei dem vorerwähnten Kolbenkörper zwei Teile 3c vorgesehen, die auf den zwei Flanschstücken \d aufvulkanisiert oder aufgeklebt sind, die ihrerseits an der Kolbenstange 2 mit elastischen Kiernrnringen Ie und Zwischenschaltung einer Ringdichtung 1/befestigt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 6 und 7 besteht der Kolben aus zwei symmetrischen und gleichartigen Teilen 3d, die auf je einem Metallring 3e aufvulkanisiert oder aufgeklebt sind, der seinerseits an dem Rand der Scheibe Ig mittels verfonnbarer Klemmsegmente 3/ und mittels elastischer Elemente 3g mit C-förmigem Querschnitt abwechselnd befestigt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit strömenden Medien arbeitender Zylinder mit mindestens einem eine Zu- bzw. Abströmöffnung aufweisenden Zylinderkopf, der mit einem frei la die Zylinderkammer hineinragenden mittleren Ringabschnltt und dem ihn umschließenden Zylindermantel eine Dämpfungskammer bildet, welche strömungsmäßig über eine Drosseleinrichtung und In die Dämpfungskammer einmündende Kanäle mit der Zu- bzw. Abströmöffnung verbunden ist, und mit einem zum Verdrängen des sich in der Dämpfungskammer befindlichen Mediums vorgesehenen, elastischen, hohlzyllnderförmlgen Kolbenkörper, der auf einer an der Kolbenstange befestigten Scheibe freitragend gelagert und auf dem Zylindermantel gleitend geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Drosseleinrichtung in an sich bekannter Weise von einem regelbaren Drosselventil und einem Einwegventil gebildet ist, die in den Kanälen angeordnet sind, und

b) der Kolbenkörper (3) die Scheibe (1) um eine gegenüber der Tiefe der Dämpfungskammer (13; 14) größere Länge überragt und Im Bereich seiner Enden je einen gegenüber der Inneren und äußeren Umfangsoberfläche vorstehenden Ringwulst (7, 8) aufweist, die der Umfangsoberfläche eine sattelartige Kontur mit radial nach innen abgerundeten Rändern verleihen.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der äußeren Umfangsfläche des Kolbenkörpers (3) vorgesehenen Ringwülste (7) größere Ausmaße aufweisen als die an der inneren Umfangsfläche vorgesehenen Ringwülste (8).

3. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper (3) in der axialen Symmetrieebene geteilt 1st und daß jeder Teil wenigstens einen Ringwulst (8) auf der inneren und wenigstens einen Ringwulst (7) auf der äußeren Umfangsfläche aufweist.

4. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teil (3c) des Kolbenkörpers auf einem L-förmigen Ringflansch (Id) befestigt ist, derart, daß die Flanschschenkel zum Zusammensetzen des Kolbenkörpers gegenelnanderlegbar und mit den anderen Flanschschenkeln an der Kolbenstange (2) befestigbar sind.

5. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teil (3t/) des Kolbenkörpers auf einem Metallring (3e) befestigt ist und daß die beiden Metallringe zum Zusammensetzen des Kolbenkörpers mittels verformbarer Klemmsegmente (3/, 3g) zusammenklemmbar sind.