DE4314690A1 - Hydraulikzylinder mit Endlagenbremsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hydraulikzylinder, insbeson­ dere einen Zylinder, der nach dem Tauchkolbenprinzip nur in eine Richtung hydraulische Arbeit verrichtet und durch die Eigenmasse seines Kolbens und/oder einer äußeren Kraft in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben wird. Die Erfindung betrifft ein integriertes Endlagenbremsventil dazu.

Endlagenbremsen an Hydraulikzylindern der unterschiedlich­ sten Bauart sind immer dann notwendig, wenn Kräfte von be­ wegten Massen in Endlagen des Kolbens niedrig zu halten sind, um ein hartes Aufsetzen des Kolbens zu vermeiden. Das geschieht in der Regel durch eine Drosselung des aus dem Zy­ linderraum verdrängten Ölvolumens mittels einer Quer­ schnittsverengung von Abflußöffnungen. Dazu sind vielfältige konstruktive Ausführungen bekannt. So ist es bekannt, den freien Abfluß im Zylinder durch den Kolben zu verschließen und nur einen Bypaß mit einer ver­ stellbaren oder nichtverstellbaren Konstantdrossel in der Zylinderwand offen zu halten. Bekannt ist auch, den Kolben oder Teile davon mit längsver­ laufenden Nuten oder Kerben mit konstantem Querschnitt zu versehen, die in axiale Ablaufbohrungen des Zylinders ein­ tauchen.

Es ist auch die Kombination nacheinanderwirkender und abge­ stufter Konstantdrosseln bekannt. Zur steten Senkung der Geschwindigkeit ist es weiter be­ kannt, den Kolben oder Teile davon konisch auszuführen oder konisch verlaufende Kerben oder Schlitze am Kolben vorzuse­ hen, die in axiale Ablaufbohrungen des Zylinders eintauchen. Auch die Kombination von konstanten und über den Kolbenweg veränderbaren Drosselquerschnitten ist bekannt.

An einem hydraulischen Gabelstapler kommt in der Regel ein einseitig wirkender Hydraulikzylinder zum Einsatz, dessen Kolbenstange hydraulisch angetrieben ausfährt und dabei eine Last anhebt und die durch ihre Eigen- und die Transportlast wieder einfährt und dabei die Last absenkt.

Zur Dämpfung der Senkbewegung des Zylinderkolbens im Bereich der Endlage besitzt dieser in seinem Boden eine zylindrische Ausnehmung, die durch einen topfartig ausgebildeten und be­ weglichen Dämpfungskolben verschlossen ist. Der Dämpfungs­ kolben wird von einer, sich am Zylinderkolben abstützenden Druckfeder auf Anschlag gehalten. In der nach außen gerich­ teten Stirnfläche des Dämpfungskolbens ist eine Durchgangs­ bohrung eingebracht, die den vom Zylinderkolben und dem Dämpfungskolben gebildeten Raum und den Zylinderraum mitein­ ander verbindet. Weiterhin ist an der Stirnfläche des Dämp­ fungskolbens ein äußerer zylindrischer Ansatz mit mindestens einer radialen Drosselkerbe ausgebildet.

Bei der Senkbewegung taucht der Zylinderkolben mit dem her­ vorstehenden Dämpfungskolben in den Zylinder ein. Mit dem Aufsetzen des Dämpfungskolbens auf den Zylinderboden beginnt die Phase der Dämpfung.

Dabei wird der Dämpfungskolben durch die weitere Abwärtsbe­ wegung des Zylinderkolbens und entgegen der Kraft der ge­ meinsamen Druckfeder in die Ausnehmung des Zylinderkolbens hineingeschoben. Der von beiden Elementen gebildete Raum verkleinert sich, wodurch das darin befindliche Öl über die Durchgangsbohrung und die radiale Drosselkerbe in den ei­ gentlichen Zylinderraum und von dort in die Ablaufleitung verdrängt wird.

Alle diese Lösungen basieren auf dem Prinzip der Drosselung von Volumenströmen. Die Aufsetzgeschwindigkeit wird daher bestimmt von der am Zylinderkolben angreifenden Last, von der Viskosität des Mediums und von der Kontur und der Größe der Drosselöffnung.

Diese Lösungen haben als wesentlichen Nachteil die Lastab­ hängigkeit. Weiterhin bleibt die Geschwindigkeit in der ge­ samten Bremsphase konstant, was zu technisch-ökonomischen Kompromissen in der Auslegung der Endlagenbremsung führt. Der unter diesem Kompromiß gewählte Bremsgeschwindigkeits­ verlauf beeinflußt natürlich die Einfahrzeit des Zylinders und damit die Effektivität des Transportgerätes, zum Bei­ spiel eines Gabelstaplers.

Die Aufgabe besteht darin, einen Hydraulikzylinder mit einem Endlagenbremsventil auszurüsten, das weitestgehend lastunab­ hängig arbeitet und das in seinem Bremsverlauf bedarfsge­ recht ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Dämpfungskolben alle Funktionselemente eines Zweiwege-Strombegrenzungsventi­ les und Einrichtungen zur wahlweisen Beeinflussung des gere­ gelten Ölstromes besitzt.

Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprü­ che 2 bis 4.

Mit diesem Hydraulikzylinder treten die angestrebten Vortei­ le ein. Einseitig wirkende Hydraulikzylinder können nunmehr weitestgehend unabhängig von der auf ihn einwirkenden Last in der Aufsetzgeschwindigkeit kontrolliert werden. Weiterhin wird es nun möglich, den Bewegungsablauf insbeson­ dere eines Gabelstaplers in der abgebremsten Phase so spezi­ ell zu gestalten, daß langsame Bewegungsabläufe nur in den unbedingt notwendigen Bereichen stattfinden. Dadurch werden Transportzeiten gesenkt, ohne daß Funktions- und Gebrauchs­ nachteile zugelassen werden.

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Dazu zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen einseitig wirkenden Hydraulikzylinder mit einem Endlagenbremsventil.

In einem Zylinder 1 ist ein Zylinderkolben 2 eingepaßt, der in seinem Bodenbereich eine zylindrische Ausnehmung 3 be­ sitzt.

Diese Ausnehmung 3 ist durch einen axial beweglichen Dämp­ fungskolben 4 verschlossen. Der Dämpfungskolben 4 ist topf­ artig ausgebildet und mit seiner offenen Stirnfläche 5 dem Zylinderkolben 2 zugewandt, so daß sich zwischen dem Zylin­ derkolben 2 und dem Dämpfungskolben 4 ein Dämpfungsraum 6 bildet. Eine in der Ausnehmung 3 des Zylinderkolbens 2 ein­ gepaßte Buchse 7 dient gegenüber dem Dämpfungskolben 4 als Gleit- und Anschlagelement. Im Dämpfungsraum 6 ist eine Druckfeder 8 angeordnet, die sich am Zylinderkolben 2 ab­ stützt und den Dämpfungskolben 4 auf Anschlag gegen die Buchse 7 drückt. Im Dämpfungskolben 4 sind Elemente eines Zweiwege-Strombe­ grenzungsventiles in der Art angeordnet, daß ein Regelschie­ ber 9 mit einer Meßblende 10 von einer, sich von der Stirn­ fläche 11 des Dämpfungskolbens 4 abstützenden Regelfeder 12, belastet wird und radiale Bohrungen 13 im Regelschieber 9 und eine Freidrehung 14 mit einer Regelkante 15 im Dämp­ fungskolben 4 eine Druckwaage bilden. Die Freidrehung 14 hat Verbindung zum Zylinderraum 16 und damit zum Zylinderan­ schluß 17 Der Regelschieber 9 wird auf seiner, in Strom­ richtung vor der Meßblende 10 liegenden Fläche 18 von einer, sich am Zylinderkolben 2 abstützenden Gegenregelfeder 19 be­ lastet. Dabei besitzt die Gegenregelfeder 19 eine gegenüber der Regelfeder 12 geringere Federkraft. Der Dämpfungskolben 4 besitzt in seiner Stirnfläche 11 eine Ausgleichsbohrung 20. Auf dem Umfang des Dämpfungskolbens 4 sind weiterhin zwei Arten von ein oder mehreren, gleichmäßig verteilten Längsnuten 21 und 22 eingearbeitet. Die Längsnut 21 beginnt an der offenen Stirnfläche 5 und überragt in der Anschlagpo­ sition des Dämpfungskolbens 4 die Buchse 7 in der Länge um einen vorbestimmten Betrag.

Dieser überragende Teil der Längsnut 21 läuft querschnitts­ verkleinernd aus. Die Längsnut 22 beginnt in der Anschlagsposition des Dämp­ fungskolbens 4 im abgedeckten Bereich der Buchse 7 und endet oberhalb der Stirnfläche 11. Die Anzahl und die weitere Ge­ staltung der beiden Längsnuten 21 und 22 werden von den ge­ forderten Bedingungen eines konkreten Anwendungsfalles be­ stimmt. Zum Heben einer Last, beispielsweise einer Transportpalette durch einen Gabelstapler aus der in der Fig. 1 gezeigten Po­ sition wird Drucköl über den Zylinderanschluß 17 in den Zy­ linderraum 16 geleitet. Das Drucköl belastet die gesamte Flä­ che des Zylinderkolbens 2 und bewegt ihn mit dem in Anschlag befindlichen Dämpfungskolben 4 nach oben. Zum Absenken der Last, zum Zwecke des Abstellens der Palette wird durch die Betätigung der hydraulischen Bedienungsele­ mente der Zylinderanschluß 17 mit dem Tank verbunden. Die Eigenlast des Zylinderkolbens 2 in Verbindung mit der Last der Palette drücken den Zylinderkolben 2 nach unten und ver­ drängen das Öl aus dem Zylinderraum 16 über den Zylinderan­ schluß 17 in den Tank. Die Absenkgeschwindigkeit ist dabei relativ schnell gewählt. Mit dem Aufsetzen der Stirnfläche 11 des Dämpfungskolbens 4 beginnt die Dämpfungsphase der Absenkbewegung. Der nun fest­ stehende Dämpfungskolben 4 und der sich weiter absenkende Zylinderkolben 2 bewegen sich entgegen der Kraft der Druck­ feder 8 aufeinander zu und verkleinern den dazwischenliegen­ den Dämpfungsraum 6. Das darin befindliche Öl wird verdrängt und strömt einesteils durch die Längsnut 21 am Umfang des Dämpfungskolbens 4 und anderenteils durch die Meßblende 10 und die radialen Bohrungen 13 des Regelschiebers 9 und die Freidrehung 14 des Dämpfungskolbens 4. Beide Teilströme vereinen sich wieder im Zylinderraum 16 und gelangen über den Zylinderanschluß 17 in den Tank. In der Phase des Übergangs von der normalen Senkgeschwindig­ keit in die gedämpfte Geschwindigkeit verkleinert sich der über die Längsnut 21 strömende Teilstrom entsprechend der Querschnittsverkleinerung der Längsnut 21 bis er ganz abge­ schnitten wird. Damit ist ein abrupter Übergang von einer schnellen in die gedämpfte Senkgeschwindigkeit verhindert. Beim Durchströmen des Regelschiebers 9 treten die bekannten Wirkungen eines Zweiwege-Strombegrenzungsventiles ein. So ergibt sich an der Meßblende 10 ein entsprechender Druck­ abfall. Der Druck vor der Meßblende 10 wirkt auf die Fläche 18 des Regelschiebers 9 und der Druck nach der Meßblende 10 auf die regelfederbelastete und gleich große Fläche des Re­ gelschiebers 9. Dadurch wird der Regelschieber 9 so lange entgegen der Federkraft der Regelfeder 12 in Schließrichtung verstellt, bis sich die resultierende hydrostatische Kraft mit der Federkraft im Gleichgewicht befindet. Dieses Kräfte­ gleichgewicht am Regelschieber 9 wird durch die Drosselwir­ kung an den Bohrungen 13 des Regelschiebers 9 fortwährend so korrigiert, daß die Druckdifferenz über der Meßblende 10 konstant bleibt. Damit ist eine konstante lastunabhängige Absenkgeschwindig­ keit des Zylinderkolbens 2 in der Dämpfungsphase gewährlei­ stet.

Zur Erreichung einer steten Verringerung der gedämpften Ab­ senkgeschwindigkeit kann wahlweise eine Gegenregelfeder 19 eingesetzt werden. Mit zunehmendem Weg des Zylinderkolbens 2 erhöht sich die Kraft der Gegenregelfeder 19, so daß sich die Regeldruckdifferenz, d. h. die resultierende, stromauf­ wärts gerichtete Federkraft von Regelfeder 12 und Gegenre­ gelfeder 19, stetig verringert. Das verringert gleichermaßen den Regelstrom und führt zur gewollten Verringerung der ge­ dämpften Absenkgeschwindigkeit im Bereich der Endlage. Nach dem kontrollierten Absetzen der Palette muß die Abwärtsbewegung des Zylinderkolbens 2 fortgesetzt werden, um die Gabel von der Palette freizubekommen und sie ungehindert herauszuziehen. Dieser Teilbereich der Absenkbewegung wird dadurch wieder schnell gemacht, daß die Längsnut 22 zeitwei­ se eine neue Verbindung zwischen dem Dämpfungsraum 6 und dem Zylinderraum 16 für einen neuen zweiten Teilstrom herstellt und die Bremswirkung aufhebt.

Zum erneuten Ausfahren des Zylinderkolbens 2 wird wiederum über den Zylinderanschluß 17 Drucköl in den Zylinderraum 16 geleitet und damit die wirksame Fläche des Zylinderkolbens 2 belastet. Der Zylinderkolben 2 fährt aus. Der Dämpfungskol­ ben 4 wird zunächst durch die Kraft der Druckfeder 8 in Richtung Boden des Zylinders 1 belastet. Der erforderliche Druckölausgleich zwischen dem Zylinderraum 16 und dem Dämp­ fungsraum 6 erfolgt über die Bohrungen 13, die Ausgleichs­ bohrung 20 und die Meßblende 10 einerseits sowie über die zeitweilig offenen Längsnuten 21 und 22. Befindet sich der Dämpfungskolben 4 mit der Buchse 7 in Anschlag, folgt der Dämpfungskolben 4 dem Weg des Zylinderkolbens 2.

Claims (4)

1. Hydraulikzylinder mit Endlagenbremsventil, bestehend aus einem Zylinder mit einem Zylinderanschluß, einem Zylin­ derkolben mit einer zylindrischen Ausnehmung und einem Dämp­ fungskolben, wobei der Dämpfungskolben hohlförmig ausgebil­ det, in der zylindrischen Ausnehmung des Zylinderkolbens be­ weglich eingepaßt, in seiner axialen Bewegungsfreiheit be­ grenzt und gegenüber dem Zylinderkolben druckfederbelastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämp­ fungskolben (4) alle Funktionselemente eines Zweiwege-Strom­ begrenzungsventiles und wahlweise Einrichtungen zur Beein­ flussung des geregelten Ölstromes besitzt.

2. Hydraulikzylinder mit Endlagenbremsventil nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Fläche (18) des Regelschiebers (9) des Zweiwege­ Strombegrenzungsventiles eine, sich am Zylinderkolben (2) abstützende Gegenregelfeder (19) anliegt, die auf ihrem ge­ samten Federweg gegenüber der Regelfeder (12) eine geringere Federkraft besitzt.

3. Hydraulikzylinder mit Endlagenbremsventil nach den Ansprüchen 1 und wahlweise 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämp­ fungskolben (4) an seinem Umfang eine oder mehrere Längsnu­ ten (21) besitzt, die in der Anschlagposition des Dämpfungs­ kolbens (4) die Buchse (7) im Zylinderkolbens (2) in Rich­ tung des Zylinderbodens um eine bestimmte Länge überragen und dieser überragende Teil der Längsnuten (21) quer­ schnittsverkleinernd ausläuft.

4. Hydraulikzylinder mit Endlagenbremsventil nach den Ansprüchen 1 und wahlweise 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämp­ fungskolben (4) an seinem Umfang eine oder mehrere Längsnu­ ten (22) mit einer die Führungslänge des Zylinderkolbens (2) überragenden Länge besitzt, wobei die Längsnuten (22) axial so ausgerichtet sind, daß sie nur in einem bestimmten Bewe­ gungsbereich des Dämpfungskolbens (4) die Führungslänge des Zylinderkolbens (2) zu beiden Seiten überragen.