DE3039801C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Dämpfeinrichtungen versehenen Kolben für ein pneumatisches Aggregat, wobei eine Dämpfeinrich­ tung durch einen ständig geöffneten Drosselquerschnitt gebildet ist.

Zur Begrenzung der Ausschubgeschwindigkeit der Kolbenstange einer Gasfeder auf ein vorbestimmtes Maß ist es bekannt, die Dämpfein­ richtung durch einen ständig geöffneten Drosselquerschnitt zu bilden. Hierzu zeigt die DE-GM 18 98 692 eine Konstruktion, wobei der ständig geöffnete Drosselquerschnitt eine zentrale Wirbelkam­ mer aufweist, die mit einem tangentialen Einlaß und einem zentra­ len Auslaß versehen ist. Die Anordnung einer achsparallelen Dros­ selbohrung im Kolben als ständig geöffneter Drosselquerschitt zeigen das DE-GM 18 99 218 sowie das DE-GM 78 33 144. Gerade bei Gasfedern, die einen hohen Innendruck aufweisen, werden diese Drosselbohrungen zur Erzielung der gewünschten Dämpfwirkung mit etwa 0,3 bis 0,4 mm ⌀ ausgeführt. Bedingt durch diesen engen Boh­ rungsquerschnitt sind diese Drosselbohrungen sehr anfällig gegen Verstopfen, da bereits kleinste Partikel diesen Querschnitt ver­ schließen können. Damit die Dämpfwirkung in der geforderten Tole­ ranz bleibt, müssen diese Bohrungen sehr exakt hergestellt wer­ den und das Dämpfmedium darf keinerlei Verunreinigung aufweisen, damit die gewünschte Dämpfwirkung ohne Veränderung über einen langen Zeitraum erhalten bleibt.

Für die hydraulische Dämpfung eines Gummilagers ist es durch die DE-OS 29 05 091 bekannt, einen ständig geöffneten Drosselquer­ schnitt durch einen schrauben- bzw. wendelförmigen Drosselkanal zu bilden. Dieser Drosselkanal benötigt eine große axiale Baulän­ ge und dient lediglich der hydraulischen Dämpfung ohne Anwendung eines hohen Fülldruckes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dämpfeinrich­ tung für ein pneumatisches Aggregat zu schaffen, welche ohne Ver­ schmutzungsgefahr die geforderte Dämpfwirkung in der gewünschten Toleranz über einen langen Zeitraum gewährleistet und außerdem problemlos hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der ständig geöffnete Drosselquerschnitt mindestens einen spiralförmig ausge­ bildeten Drosselkanal aufweist, der in einer zur Kolbenachse senkrecht stehenden Ebene angeordnet ist und sich über einen Win­ kel erstreckt, der größer als 360° ist und in den Drosselkanal im Bereich des radial innenliegenden Kanalendes mindestens eine im Kolbenkörper angeordnete Axialbohrung mündet. Diese spiralförmige Ausbildung des Drosselkanales ermöglicht es, diesen relativ lang auszubilden und daher mit einem entsprechend großen Querschnitt zu versehen, wodurch ein Verstopfen infolge Verunreinigungen, die vom Dämpfmittel mitgeführt werden, vermieden wird. Die gewünsch­ te Dämpfwirkung kann auf einfache Weise durch Verändern der Ka­ nallänge und des Kanalquerschnittes erzielt werden. Ein solch re­ lativ großer Kanalquerschnitt hat den Vorteil, daß vom Dämpfme­ dium evtl. mitgeführte Verunreinigungen sich nicht festsetzen können, sondern durch den Drosselkanal gespült werden. Durch die innenliegende Axialbohrung wird gewährleistet, daß der Drosselka­ nal in seiner gesamten Länge durchströmt wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt jeder Axialbohrung größer als der Querschnitt des Drosselkanales. Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, daß diese Axialbohrung ohne Toleranzanforderungen hergestellt werden kann, da lediglich der Drosselkanal als Dämpfeinrichtung anzusehen ist. Die Axial­ bohrung kann dadurch ohne weiteres beim Sintern oder Spritzen des Kolbens hergestellt werden und bedarf keiner Nacharbeit.

Auch die Herstellung des spiralförmigen Drosselquerschnittes ist sehr einfach, denn dieser wird - wie ein Merkmal der Erfindung zeigt - in einer Stirnseite des Kolbenkörpers angeordnet und von einer Kolbenplatte abgedeckt. Diese vorteilhafte Ausbildung er­ möglicht eine kostensparende Herstellung des Kolbenkörpers, da dieser mit den heutigen Spritz- bzw. Sintertechniken mit hoher Genauigkeit herstellbar ist und auch der rinnenförmige Kanal kei­ ne Herstellungsprobleme aufwirft. Andererseits ist es entspre­ chend der Erfindung ohne weiteres möglich, diesen spiralförmigen Drosselkanal in einer Kolbenplatte anzuordnen.

Sind hohe Dämpfkräfte erforderlich oder wird ein relativ großer Kanalquerschnitt gewünscht, so wird merkmalsgemäß beiderseits des Kolbenkörpers ein spiralförmig ausgebildeter Drosselkanal ange­ ordnet, wobei diese jeweils im Bereich des radial innenliegenden Kanalendes mit einer Axialbohrung verbunden sind. Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in vorteilhafter Weise der Auslaßschlitz bzw. Einlaßschlitz des Drosselkanales in etwa tangential zur Kolbenumfangsfläche angeordnet.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasfeder;

Fig. 2 den Kolbenkörper in Draufsicht nach Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie II-II;

Fig. 3 die Anordnung eines spiralförmig ausgebildeten Drosselka­ nales in der Kolbenplatte;

Fig. 4 die Draufsicht auf den Kolben entsprechend der Schnitt­ linie IV-IV und

Fig. 5 einen Kolben, welcher beidseitig im Kolbenkörper angeord­ nete, spiralförmig ausgebildete Drosselkanäle aufweist.

Die Beschreibung der Erfindung erfolgt über eine Gasfeder, welche ein pneumatisches Aggregat bildet und eine Ausschubkraft besitzt, die dem Produkt aus Kolbenstangen-Querschnittsfläche und Druck entspricht. Selbstverständlich kann die Erfindung für jedes an­ dere pneumatische, hydraulische oder hydropneumatische Aggregat Verwendung finden, welches eine gedämpfte Bewegung der Kolben­ stange aufweisen soll. Gerade bei Gasfedern, die beispielsweise als Betätigungshilfen zum Öffnen einer um eine waagerechte Achse schwingenden Klappe eingebaut sind, werden zur Vermeidung von schnellen Kolbenstangenbewegungen Dämpfeinrichtungen eingebaut.

Die in Fig. 1 gezeigte Gasfeder besitzt einen Zylinder 1, in wel­ chem ein mit einer Kolbenstange 4 verbundener Kolben 5 gleitet. Eine Kolbenstangenführung 2 und die Kolbenstangendichtung 3 sind am einen Ende des Zylinders angeordnet. Durch den auf dem Ansatz 13 der Kolbenstange 4 befestigten Kolben 5 wird der Innenraum des Zylinders 1 in den Arbeitsraum 14 oberhalb des Kolbens und den Arbeitsraum 15 unterhalb des Kolbens getrennt. Diese Arbeitsräu­ me 14 und 15 sind mit einer unter Druck stehenden Gasfüllung ver­ sehen. Der Kolben 5 besteht aus dem zwischen der Kolbenplatte 9 und der Kolbenscheibe 10 angeordneten Kolbenkörper 6. Eine ring­ förmige Aussparung im Kolbenkörper 6 bildet zusammen mit der Kolbenscheibe 10 eine Kolbenringnut 11, die sowohl in axialer als auch radialer Richtung größer ausgebildet ist als der Kolben­ ring 12. Der Kolbenring 12 kann sich somit in axialer Richtung in der Kolbenringnut 11 bewegen. Im Kolbenkörper 6 befindet sich außerdem eine Axialbohrung 7, die mit dem Drosselkanal 8 verbun­ den ist. Diese Axialbohrung 7 und der Drosselkanal 8 bilden den ständig geöffneten Durchlaßquerschnitt zwischen dem Arbeitsraum 14 und dem Arbeitsraum 15. In Fig. 2 ist die Anordnung des Dros­ selkanales 8 im Kolbenkörper 6 gezeigt und es ist ersichtlich, daß die Axialbohrung 7 im Bereich des radial innen liegenden Kanalendes mündet und dieser Kanal 8 spiralförmig auf der unteren Stirnseite des Kolbenkörpers 6 verläuft. Der Austritt des Drossel­ kanales 8 in den Arbeitsraum 15 verläuft in etwa tangential zur Umfangsfläche des Kolbenkörpers 6. Um ein einwandfreies Abfließen in den Arbeitsraum 15 zu gewährleisten, wird vorteilhafterweise die Kolbenplatte 9 mit einem etwas geringeren Durchmesser verse­ hen als der Kolbenkörper 6.

Die Wirkungsweise dieser in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gasfeder ist nachfolgend näher erläutert. Infolge des Innen­ druckes der Gasfeder ergibt sich eine Ausschubkraft der Kolben­ stange, die dem Druck mal der Kolbenstangen-Querschnittsfläche entspricht. Die Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange 4 aus dem Zylinder 1 wird durch die im Kolben 5 befindliche Drosseleinrich­ tung bestimmt. Bei der Ausfahrbewegung der Kolbenstange 4 gelangt das Dämpfmedium über den in der Kolbenscheibe 10 befindlichen Durchtrittsquerschnitt und die Axialbohrung 7 in den Drosselka­ nal 8. Die Dämpfung der Ausfahrgeschwindigkeit wird im wesent­ lichen durch die Länge und den Querschnitt des spiralförmig an­ geordneten Drosselkanales 8 bestimmt durch den das Dämpfmittel in den Arbeitsraum 15 abströmt. Bei dieser Ausfahrbewegung liegt infolge der Reibung zwischen dem Kolbenring 12 und der Innenwand des Zylinders 1 der Kolbenring an der Unterkante der Kolbenring­ nut 11 an. Dadurch wird der zwischen dem Kolben 5 und dem Zylin­ der 1 befindliche Ringspalt verschlossen, so daß das Dämpfmedium nur über die Axialbohrung 7 und den Drosselkanal 8 vom Arbeits­ raum 14 in den Arbeitsraum 15 strömen kann. Die Länge des Dros­ selkanales 8 kann auf Grund der spiralförmigen Anordnung relativ groß gewählt werden, also wesentlich größer als 360°. Es ist in Fig. 1 deutlich sichtbar, daß der Drosselkanal vom Kolbenkörper 6 und von der Kolbenplatte 9 begrenzt wird. Diese Anordnung des Drosselkanales gestattet eine sehr leichte Herstellung.

Beim Einschieben der Kolbenstange 4 in den Zylinder 1 wird auf die Kolbenstange eine Einschubkraft ausgeübt, wobei die Einschub­ bewegung bewirkt, daß der Kolbenring 12 in der Kolbenringnut 11 an der Stirnseite der Kolbenscheibe 10 zur Anlage kommt. Dadurch wird ein Querschnitt vom Kolbenring 12 freigegeben und das Dämpf­ medium strömt über den Ringquerschnitt zwischen dem Kolbenkörper 6 und dem Zylinder 1 und die Kolbenringnut 11 sowie die Durch­ brechung in der Kolbenscheibe 10 vom Arbeitsraum 15 in den Ar­ beitsraum 14, ohne daß hier ein wesentlicher Widerstand der Ein­ schubbewegung entgegengesetzt wird.

Die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von der nach den Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß im Kolbenkörper 6 mehrere Axialbohrungen 7 vorgesehen sind, die in einen im Kolbenkörper 6 befindlichen Ringkanal 16 münden. Auch hier besteht der Kolben 5 aus dem zwischen der Kolbenscheibe 10 und der Kolbenplatte 9 auf dem Ansatz 13 der Kolbenstange 14 be­ festigten Kolbenkörper 6. Unterschiedlich ist, daß der spiralför­ mig ausgebildete Drosselkanal 17 in der Kolbenplatte 9 angeordnet ist und vom Kolbenkörper 6 abgedeckt wird. Der Ringkanal 16 des Kolbenkörpers 6 steht im Bereich des radial innen liegenden Endes des Drosselkanales 17 mit diesem in Verbindung. Bei der Ausfahr­ bewegung der Kolbenstange 4 strömt somit das Dämpfmedium vom Ar­ beitsraum 14 durch die Aussparung in der Kolbenscheibe 10 in die Axialbohrungen 7 und über den Ringkanal 16 in den Drosselkanal 17 und von dort in den Arbeitsraum 15.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Kolbenkörper 6 beid­ seitig mit spiralförmig ausgebildeten Drosselkanälen versehen. Der von der Kolbenscheibe 18 abgedeckte Drosselkanal 20 besitzt radial außen den Einlaßschlitz 21 und mündet an seinem radial innen liegenden Kanalende in die Axialbohrung 7. Diese Axialboh­ rung 7 verbindet den Drosselkanal 20 mit dem Drosselkanal 8, der von der Kolbenplatte 9 abgedeckt ist und radial außen den Auslaß­ schlitz 22 besitzt. Um beim Einschieben der Kolbenstange 4 und damit des Kolbens in den Zylinder 1 die praktisch ungedrosselte Durchlaßöffnung zwischen dem von Kolben und Innenwand des Zyli­ ders 1 gebildeten Ringkanal zu schaffen, ist die Kolbenscheibe 18 mit Aussparungen 19 versehen. In dieser Einschubphase legt sich der Kolbenring 12 infolge der Reibung an der Innenwand des Zy­ linders 1 an die von der Kolbenscheibe 18 gebildete Anlagefläche. Durch die Aussparungen 19 und die Kolbenringnut 11 sowie den zwischen Kolben und Zylinder gebildeten Ringquerschnitt kann das Dämpfmedium ungedrosselt aus dem unterhalb des Kolbens liegenden Arbeitsraum in den oberhalb des Kolbens angeordneten Arbeitsraum strömen. Eine solche Ausführung eignet sich insbesondere für solche Aggregate, die eine hohe Dämpfwirkung beim Ausfahren der Kolbenstange erfordern oder die mit relativ großem Drosselquer­ schnitt versehen werden.

Claims (6)

1. Mit Dämpfeinrichtungen versehener Kolben für ein pneumatisches Aggregat, wobei eine Dämpfeinrichtung durch einen ständig ge­ öffneten Drosselquerschnitt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ständig geöffnete Drosselquerschnitt mindestens einen spiralförmig ausgebildeten Drosselkanal (8, 17, 20) aufweist, der in einer zur Kolbenach­ se senkrecht stehenden Ebene angeordnet ist und sich über ei­ nen Winkel erstreckt, der größer als 360° ist, und in den Drosselkanal (8, 17, 20) im Bereich des radial innenliegenden Kanalendes mindestens eine im Kolbenkörper (6) angeordnete Axialbohrung (7) mündet.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schnitt jeder Axialbohrung (7) größer als der Querschnitt des Drosselkanales (8, 17, 20) ist.

3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (8, 20) in einer Stirnseite des Kolben­ körpers (6) angeordnet und von einer Kolbenplatte (9, Kolben­ scheibe 10) abgedeckt ist.

4. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (17) in einer Kolbenplatte (9) angeordnet ist.

5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Kolbenkörpers (6) spiralförmig ausgebilde­ te Drosselkanäle (8, 17, 20) angeordnet sind, die jeweils im Bereich des radial innenliegenden Kanalendes mit einer Axial­ bohrung (7) verbunden sind.

6. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßschlitz (22) bzw. der Einlaßschlitz (21) des Drosselkanales (8, 17, 20) in etwa tangential zur Kolbenum­ fangsfläche angeordnet ist.