DE3146833C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Puffer, be­ stehend aus einem Druckzylinder, der koaxial von einem Zylinderrohr umgeben ist und mit diesem zusammen einen hydropneumatischen Akkumulator bildet, wobei Druckzylinder und Zylinderrohr einerseits von einem Deckel und anderer­ seits von einem Verschlußstück abgeschlossen sind, wobei durch den Deckel ein Ausgleichskolben in einen Arbeits­ raum des Druckzylinders ragt und im Verschlußstück sich ein zwischen Arbeitsraum und Akkumulator geschaltetes Druckventil befindet.

Es sind Puffer oder Stoßdämpfer bekannt, die mit einer mechanischen, einer Gas- oder Flüssigkeitsfeder kombiniert sind und bei denen die Dämpfungskraft durch ein federbe­ lastetes Druckbegrenzungsventil kontrolliert wird.

Es wurde auch ein Puffer vorgeschlagen, bei welchem als Federelement des Druckbegrenzungsventils eine Flüssig­ keitsfeder verwendet wird. Der Vorteil der Flüssigkeits­ feder besteht darin, daß der Ventilkörper nur eine geringe Masse aufweist und daher keine massebedingten Druckspitzen beim Öffnen des Ventils auftreten.

Wenn jedoch - wie dies vorgeschlagen wurde - der Puffer als Flüssigkeitsfeder ausgebildet ist, dann wird die als Druckbegrenzungsventil ausgebildete Flüssigkeitsfeder durch den in dem Puffer wirkenden Druck beeinflußt. Der Nachteil des als Flüssigkeitsfeder ausgebildeten Puffers besteht darin, daß der hohe Druck der Flüssigkeitsfeder nur eine relativ geringe Druckdifferenz für die Erzeugung der Dämpfungskraft zuläßt. Hieraus ergeben sich, insbe­ sondere bei Puffern mit geringer Rückstellkraft, Grenzen für die Minimierung der Baugröße des Puffers.

Durch die Erfindung sollen bei maximaler Dämpfungskraft bzw. Arbeitsaufnahme minimale Abmessungen des hydraulischen Puffers erreicht werden, um die Material- und Fertigungs­ kosten zu senken und die Einbaubedingungen zu optimieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei hydrauli­ schen Puffern mit relativ geringer Rückstellkraft durch eine Verringerung des für die Rückstellkraft erforder­ lichen Druckes einen wesentlich erhöhten Druck für die Dämpfungskraft zu nutzen, wobei die Größe der nahezu konstant verlaufenden Dämpfungskraft mit einfachen Mit­ teln einstellbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, wie im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches erläutert, gelöst.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt den Längs­ schnitt durch einen hydraulischen Puffer.

Ein Druckzylinder 1 umschließt einen Arbeitsraum 2. Der Druckzylinder 1 ist an seinem einen Ende mit einem Deckel 3 und an seinem anderen Ende mit einem Verschlußstück 4 versehen. Ein Ausgleichsraum 5 wird durch den Druckzylin­ der 1 und ein Zylinderrohr 6 gebildet. Der Ausgleichsraum 5 ist ebenfalls durch das Verschlußstück 4 und den Deckel 3 abgeschlossen. Zum Abfangen einer auf den hydraulischen Puffer einwirkenden Kraft ist ein Arbeitskolben 7 in einer durchgehenden Bohrung 8 des Deckels 3 vorgesehen.

Zur Abdichtung des Arbeitskolbens 7 ist am selbigen eine Laufbuchse 9 und außerdem im Deckel 3 eine weitere Lauf­ buchse 10 angeordnet. Innerhalb des Verschlusses 4 be­ findet sich ein Kompressionsraum 11 sowie ein gestufter Kompressionskolben 12. Das kleinere Ende des Kompressi­ onskolbens 12 ist dem Arbeitsraum 2 des hydraulischen Puffers zugewandt, während das größere Ende des Kom­ pressionskolbens 12 zum Verstellelement 13 gerichtet ist. Eine Druckfeder 14 befindet sich im Kompressionsraum 11 und bringt den Kompressionskolben 12 zum ständigen Kon­ takt mit dem Verstellelement 13. Eine axiale Bohrung 15 im Kompressionskolben 12, eine Ringnut 16 im Verschluß­ stück 4 sowie ein Kanal 17 verbinden den Arbeitsraum 2 mit dem Ausgleichsraum 5. Weiterhin ist im Verschlußstück 4 noch ein Rückschlagventil 18 vorgesehen, das über eine Bohrung 19 mit Drossel eine Verbindung vom Ausgleichsraum 5 zum Arbeitsraum 2 herstellt. Der Aus­ gleichsraum 5 ist in der Regel mit einem Gas gefüllt. Die hierzu notwendigen konstruktiven Details sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht sichtbar, da sie mit der Erfindung keinen Zusammenhang haben. Die Wirkungsweise wird nachfolgend erläutert.

Wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, befindet sich der Arbeitskolben 7 im Ruhestand. Alle Räume innerhalb des Druckzylinders 1 und im Verschlußstück 4 sind voll­ kommen mit einem Fluid gefüllt. Dagegen ist der Aus­ gleichsraum 5 nur zum Teil, vorzugsweise etwa zu einem Drittel mit dem gleichen Fluid wie im Druckzylinder 1 gefüllt und das restliche Volumen im Ausgleichsraum 5 wird von einem unter Druck stehenden Gas eingenommen.

Bei Belastung des Arbeitskolbens 7 durch eine äußere Kraft, die in der Regel durch eine bewegte Masse schlag­ artig auf den Arbeitskolben 7 einwirkt, wird dieser mit der Geschwindigkeit der Masse in den Arbeitsraum 2 hin­ einbewegt. Das Fluid gelangt dabei aus dem Arbeitsraum 2 über die axiale Bohrung 15 des Kompressionskolbens 12 auf die dem Verstellelement 13 zugewandte Fläche des Kompressionskolbens 12 und bewegt den Kompressionskolben 12 in Richtung des Arbeitsraumes 2. Dabei erreicht der Kompressionskolben 12 eine Stellung, bei der er die Ring­ nut 16 und dadurch dem Fluid den Weg über den Kanal 17 zum Ausgleichsraum 5 freigibt. In dieser Bewegungsphase des Kompressionskolbens 12 wird das im Kompressionsraum 11 be­ findliche Fluid komprimiert, da bis auf fertigungstech­ nisch bedingte Toleranzen der Kompressionsraum dicht ver­ schlossen ist.

Der Druck innerhalb des Kompressionsraumes 11 kann verän­ dert, z. B. erhöht werden, wenn das Verstellelement 13 beispielsweise mittels eines Schraubgewindes zurückgedreht wird, so daß der Kompressionskolben 12 einen größeren Weg in den Kompressionsraum 11 zurücklegen muß. Der Druck im Kompressionsraum 11 entspricht dem Druck im Arbeitsraum 2 und wirkt somit auch auf die Querschnittsfläche des Ar­ beitskolbens 7. Hieraus ergibt sich die Dämpfungskraft für den hydraulischen Puffer. Der Kompressionskolben 12 ist erfindungsgemäß ein Ventilkörper eines Druckbegrenzungs­ ventils, und wie bei einem solchen steigt die Kennlinie - in diesem Fall die Dämpfungskraft - mit dem Fluidstrom - in diesem Fall die Geschwindigkeit der bewegten Masse, die auf den Arbeitskolben 7 von außen auftritt, die gleich der des Arbeitskolbens 7 ist, nur geringfügig. Daraus ergibt sich ein Dämpfungsdiagramm mit einem Völligkeitsgrad von nahezu 100% und damit eine maximale Arbeitsaufnahme bei minimalem Dämpfungshub und minimaler Dämpfungskraft.

Die Anlaufphase des Dämpfungsdiagrammes wird einerseits durch die Bewegung des Kompressionskolbens 12 und anderer­ seits durch die Kompression des Fluids im Arbeitsraum 2 bestimmt. Der Kompressionskolben 12 bewegt sich bei stei­ gendem Druck im Kompressionsraum 11 in diesen hinein, bis die Nut 16 freigegeben und damit auch die Anlaufphase des Dämpfungsdiagrammes beendet ist. Die Größe des Weges des Arbeitskolbens 7 ergibt sich aus dem Verhältnis der Quer­ schnittsflächen von Arbeitskolben 7 und Kompressionskol­ ben 12, da das vom Arbeitskolben 7 verdrängte Volumen den Kompressionskolben 12 verschiebt. Bei dieser Betrachtung bleibt allerdings die Kompression des Fluids im Arbeits­ raum 2 unberücksichtigt. Da das Flächenverhältnis 1 : 12,25 beträgt und der maximale Druck 2500 bar betragen kann, und der Weg des Kompressionskolbens 12 im Mittel 10 mm beträgt, ergibt sich daraus für den Arbeitskolben 7 ein Weg von unter 1 mm, der praktisch vernachlässigbar ist.

Der Anstieg des Dämpfungsdiagrammes ist daher in erster Linie durch die Kompressibilität des Fluids im Arbeitsraum 2 bestimmt. Wenn von dem Volumen des Fluids im Arbeitskol­ ben 7 abgesehen wird, ist die Zusammendrückung des Fluids durch das Verhältnis Weg s des Arbeitskolbens 7 zu Länge l des Volumens im Arbeitsraum 2 bestimmt. Bei einem Druckan­ stieg bis 2500 bar ergibt sich eine Zusammendrückung des Fluids Hydrauliköl von ca. 10%. Das ergibt bei einer Länge des Volumens von 200 mm einen Weg des Arbeitskolbens von 20 mm. Die Kennlinie der Anlaufphase entspricht der Kenn­ linie einer Flüssigkeitsfeder mit einem Flüssigkeitsvolumen V = 7,7 dm³ und einem Kolbendurchmesser von 70 mm. Die Federkraft beträgt dabei 960 KN.

Als Folge der auf den Arbeitskolben 7 auflaufenden Masse, beispielsweise eines Kranes, bewegt sich der Arbeitskolben 7 so lange in den Arbeitsraum 2 hinein, bis die kinetische Energie durch den sogenannten Arbeitsverzehr des hydrauli­ schen Puffers verbraucht ist. Der Ausgleichsraum 5 wird dann zu etwa zwei Drittel mit Fluid gefüllt sein und der ursprüngliche Gasdruck hat sich etwa verdoppelt.

Nachdem der Arbeitskolben 7 zum Stillstand gekommen ist, entspannt sich das Gas im Kompressionsraum 11, wodurch der Kompressionskolben 12 in seine ursprüngliche Lage zum Verstellelement 13 hin verschoben wird.

Das Fluid kann aus dem Ausgleichsraum 5 nur noch über die Bohrung 19 und das Rückschlagventil 18 in den Arbeitsraum 2 zurückströmen. Dadurch kehrt der Arbeitskolben 7 in seine Ausgangslage zurück. Da der Kompressionsraum 11 gegenüber dem Arbeitsraum 2 lediglich durch Passungsdich­ tung gedichtet ist, stellt sich nach erfolgter Rückfede­ rung innerhalb relativ kurzer Zeit in beiden Räumen der gleiche Druck ein.

Claims (1)

1. Hydraulischer Puffer, bestehend aus einem Druckzylinder, der koaxial von einem Zylinderrohr umgeben ist und mit diesem zusammen einen hydropneumatischen Akkumulator bil­ det, wobei Druckzylinder und Zylinderrohr einerseits von einem Deckel und andererseits von einem Verschlußstück ab­ geschlossen sind, wobei durch den Deckel ein Arbeitskolben in einen Arbeitsraum des Druckzylinders ragt und im Ver­ schlußstück sich ein zwischen Arbeitsraum und Akkumulator geschaltetes Druckventil befindet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verschlußstück (4) ein Kompressionsraum (11) vorgesehen ist, in dem sich ein gestufter Kompressionskol­ ben (12) befindet, dessen kleinere Fläche zum Arbeitsraum (2) und dessen größere Fläche zu einem Verstellelement (13) gerichtet sind, wobei der Kompressionskolben (12) mit einer axialen Bohrung (15) versehen ist, die bei Verschiebung des Kompressionskolbens (12) über eine Ringnut (16) und eine Bohrung (17) den Arbeitsraum (2) mit einem Ausgleichsraum (5) verbindet, wobei die Ausgangsstellung des Kompressions­ kolbens (12) durch das Verstellelement (13) bestimmt wird, an welches der Kompressionskolben (12) mittels einer Druck­ feder (14) angedrückt wird, wobei sich die Druckfeder (14) einerseits auf die den Kompressionsraum (11) gegenüber dem Arbeitsraum (2) abschließende Buchse bzw. Wand und anderer­ seits auf die Ringfläche des Kompressionsraumes (11) ab­ stützt.