DD258047A1 - Endlagenbremsung fuer hydraulische stellorgane - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Endlagenbremsung fuer hydraulische Stellorgane, beispielsweise Hydraulikzylinder, nach dem Prinzip der Drosselung eines Teils des Fluids kurz vor dem Hubende des Kolbens. Ziel ist eine zuverlaessige, nahezu wartungsfrei und wenig aufwendige Endlagenbremsung. Hierbei soll eine gute Bremscharakteristik bei einstellbarer Daempfung und selbstaendiger Entlueftung mit einfachen Mitteln erreicht werden. Erfindungsgemaess schliesst sich jeweils in Verlaengerung des Raumes des Stellorgans, aus dem das Fluid bzw. die Luft ausgeschoben wird, ein separater Druckraum (10; 11) an. Dieser ist ueber ein Drosselventil (18; 19) mit der Ablaufleitung und ueber ein Rueckschlagventil ohne Gegendruck (14; 15) mit einer druckfuehrenden Leitung in Verbindung. In dem separaten Druckraum (10; 11) ist jeweils ein Kolbenelement (12; 13) gefuehrt. Der Kolben (3) des Stellorgans ist je Kolbenelement (12; 13) mit einem auf das Kolbenelement gerichteten axial angeordneten Zapfen versehen. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Endlagenbremsung für hydraulische Stellorgane, beispielsweise Hydraulikzylinder, bei denen gegen Ende des Hubes ihres Kolbens ein bestimmtes Volumen des Fluids über eine Drossel bzw. ein als Drossel wirkendes Element aus dem Stellorgan ausgeschoben wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Vermeidung eines harten Anschlagens des Kolbens in seiner Endlage bzw. seinen Endlagen, was insbesondere bei Kolbengeschwindigkeiten von ν > 0,1 m/s oder großen Massekräften auftritt, werden die Stellorgane mit Endlagendämpfungen ausgerüstet. Dazu wird bei bekannten Endlagenbremsungen der aus dem hydraulischen Stellorgan abfließende oder verdrängte Volumenstrom durch eine Drossel oder als Drossel wirkende Spalten oder Rillen ausgeschoben, so daß sich kurz vor Erreichen der jeweiligen Endlage des Kolbens der Druck im Kolbenraum erhöht.

Es sind im wesentlichen zwei Ausführungsarten der Endlagenbremsung bekannt. Die erste Möglichkeit ist die einstellbare Endlagendämpfung mit Drosselschraube (Oelhydraulikund Pneumatik, Bd. 6, Krauskopf-Verlag Mainz, S.63ff). Der wesentliche Nachteil dieser einfachen Ausführung ist, daß mit abnehmender Kolbenbewegung der Flüssigkeitsstrom kleiner wird, so daß in der Endphase der konstante Drosselquerschnitt keinen nennenswerten Widerstand darstellt. Der Kolben wird also mit einer Restgeschwindigkeit gegen die Zylinderwand anschlagen. Der Drosselquerschnitt ist zwar auf einfache Weise veränderbar, kann aber nicht beliebig klein eingestellt werden, da er für den gesamten Flüssigkeitsstrom der Bremsung ausreichend groß sein muß, um eine ruckartige Abbremsung des Kolbens zu vermeiden. Somit ist diese technische Lösung nur begrenzt anwendbar

Die zweite Möglichkeit der Endlagenbremsung ist die Dämpfung mit veränderlichem Drosselquerschnitt der Auslauf leitung. Das wird entweder durch einen konischen Dämpfungszapfen, der gegen Ende der Hubbewegung in eine zylindrisch oder ebenfalls konisch gearbeitete Ausnehmung, die mit der Auslaufleitung verbunden ist, einfährt, oder durch verlaufende enge Kanäle oder einen Ringspalt realisiert (Bauelemente der Ölhydraulik; Krauskopf-Taschenbuch, Mainz, S.343ff.) Durch den sich verengenden

Drosselquerschnitt wird der Bremsdruck konstant gehalten, und die Geschwindigkeit des Kolbens sinkt geradlinig bis auf Null ab. Der Nachteil dieser Konstantbremsung besteht darin, daß der zum Aufbau des Bremsdruckes erforderliche Drosselquerschnitt bereits bei der Konstruktion des Stellorgans festgelegt wird und nachträglich nur noch durch besonderen technischen Aufwand geändert werden kann.

Die Fertigung der Passung zwischen Dämpfungszapfen und Auslaufleitung erfordert ebenso wie die Herstellung der engen Drosselspalte einen hohen technologischen Aufwand. Aufwendig ist auf Grund der komplizierten geometrischen Verhältnisse auch die Bestimmung des Bremsdruckes.

Des weiteren ist zur Vermeidung eines Anfahrsprunges beim Anfahren des Kolbens aus seiner Endlage in die entgegengesetzte Richtung ein zusätzliches Rückschlagventil erforderlich, das die Beaufschlagung der gesamten Kolbenfläche mit Fluid gewährleistet.

Ein wesentlicher Nachteil beider genannten Endlagenbremsungen ist außerdem der hohe Wartungsaufwand zur Gewährleistung ihrer Zuverlässigkeit.

Die Zuverlässigkeit der Endlagenbremsung ist an eine regelmäßige und vorschriftsmäßig durchgeführte Wartung der Stellorgane gebunden. Es muß stets gewährleistet sein, daß der abfließende Strom ein Flüssigkeitsstrom ist. Das bedeutet, daß das System, in daß das Stellorgan eingebaut ist, regelmäßig, insbesondere nach längeren Pausen, gründlich entlüftet wird.

Die Funktionstüchtigkeit dieser Endlagenbremsung wird weiterhin durch Verschleiß an den bewegten Teilen beeinträchtigt.

Abriebpartikel können sich in den engen Kanälen oder Spalten festsetzen und diese verschließen.

Ziel der Erfindung '

Ziel der Erfindung ist es, die Endlagenbremsung hydraulisch betriebener Stellorgane ohne wesentliche Erhöhung des Aufwandes und bei Gewährleistung des Anwendungsbereiches der Endlagenbremsung mit veränderlichem Drosselquerschnitt zuverlässiger und nahezu wartungsfrei zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Endlagenbremsungen hydraulischer Stellorgane derart zu verändern, daß die mittels veränderlichem Drosselquerschnitt erreichte gute Bremscharakteristik mit einfacheren Mitteln als bisher erreicht werden kann und außerdem variierbar ist, daß gleichzeitig eine selbständige Entlüftung des Systems möglich ist und durch Verschleiß bedingte Abriebpartikel sowie andere Fremdkörper im Fluid nicht in die Drosselkanäle gelangen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich jeweils in der Verlängerung des Raumes des Stellorgans, aus dem das Fluid bzw. die Luft ausgeschoben wird, ein separater Druckraum anschließt, der in seinem der Endlage des Kolbens des Stellorgans gegenüberliegenden Bereich über das Drosselventil bzw. das als Drossel wirkende Element mit der Ablaufleitung des Stellorgans in Verbindung steht. Der bzw. die separaten Druckräume stehen ferner jeweils über ein Rückschlagventil ohne Gegendruck mit einer druckführenden Leitung, beispielsweise mit der druckbeaufschlagten Seite des Stellorgans in Verbindung. In den separaten Druckraum bzw. Druckräumen ist jeweils ein Kolbenelement geführt, das kolbenseitig an einem festen Anschlag anschlägt und den Innenraum des Stellorgans gegenüber dem separaten Druckraum verschließt. Beim zweiseitig wirkenden Kolben ist das kolbenstangenseitige Kolbenelement mit einem Durchbruch versehen, durch den die Kolbenstange geführt ist. Der Kolben des Stellorgans ist je Kolbenelement mit einem auf das Koibenelement gerichteten axial angeordneten Zapfen versehen.

Die Erfindung basiert auf der Grundlage der Schaffung eines separaten Druckraumes, der unabhängig vom abfließenden Volumenstrom ist. Dieser separate Druckraum wird noch vor Beginn der Ausfahrbewegung des Kolbens mit Fluid gefüllt, wobei beim Anschluß des bzw. der separaten Druckräume an die druckbeaufschlagte Seite des Stellorgans auf Grund der Reibung in den Führungen des Kolbens sowie der Trägheit des Kolbens einschließlich der mit diesem verbundenen Elemente garantiert ist, daß mit Beginn der Bewegung des Kolbens der jeweilige separate Druckraum bereits mit Fluid gefüllt ist. Im Fall des Anschlusses des bzw. der separaten Druckräume an eine extra gespeiste druckführende Leitung muß diese Bedingung schaltungstechnisch gewährleistet werden.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auf verhältnismäßig einfache Weise, insbesondere unter Vermeidung kompliziert zu fertigender Formen wie konische Passungen, Rillen oder Ringspalte, eine gute Bremscharakteristik erreicht wird. Die Bremswirkung tritt in dem Augenblick ein, wenn einer der Zapfen des Kolbens auf das ihm zugewandte Kolbenelement auftrifft. Entsprechend dem Durchlaß des verwendeten Drosselventils wird das Kolbenelement durch die Wirkung des Kolbens in den separaten Druckraum zu seiner gegenüberliegenden Endlage geführt und verringert dabei die Geschwindigkeit des Kolbens. Je nach Länge des Zapfens schlägt dann der Kolben gedämpft an seiner Endlagenbegrenzung an oder wird durch die Begrenzung des Hubes des Kolbenelementes zum Stillstand gebracht. Ist der Ablauf des bzw. der separaten Druckräume an der Zylinderwandung dieser Druckräume im Bereich der Endlage des Kolbenelementes angeordnet, wirkt sich das beim Verschluß der Auslaufleitung durch das Kolbenelement zwischen Kolbenelementfläche und Druckraumbegrenzung entstehende Fluidpolster günstig auf das Anhalten des Kolbens aus. Der Nachteil, daß in der letzten Phase des Bremsvorganges die Drossel keinen nennenswerten Widerstand mehr darstellt, d. h. das Kolbenelement mit einer bestimmten Geschwindigkeit gegen die Zylinderwand schlägt, ist damit ausgeschaltet.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im System vorhandene Luft, insbesondere Lufteinschlüsse in den vom Kolben 3 verdrängten Medium den Bremsvorgang nicht beeinträchtigen. Lufteinschlüsse in den separaten Druckräumen 10; 11 entweichen bei der Füllung dieser Räume über die Abiauf leitung selbständig, insbesondere dann, wenn bei waagerechter Arbeitslage des Stellorgans die Ablaufleitung an der oberen Zylinderwand des bzw. der separaten Druckräume angeordnet ist. In dieser Arbeitslage und dieser Anordnung der Ablaufleitung kann auch eine weitere Verbesserung der Bremscharakteristik dadurch erreicht werden, daß das Drosselventil sehr eng eingestellt wird und der bzw. die separaten Druckräume zusätzlich über ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil mit der Ablaufleitung verbunden werden. Beispielsweise kann der Eingang dieses Druckbegrenzungsventils zwischen dem jeweiligen separaten Druckraum und dem

dazugehörigen Rückschlagventil ohne Gegendruck an die druckführende Leitung angeschlossen sein.

In diesem Fall entweicht über das Drosselventil lediglich die in dem separaten Druckraum vorhandene Luft, während das Fluid über das Druckbegrenzungsventil in die Ablaufleitung gelangt. Dadurch wird ein konstanter Bremsdruck und damit eine konstante Bremsung erreicht. Außerdem verringern sich die Leckverluste, so daß sich der Wirkungsgrad des Stellorgans insgesamt erhöht.

Schließlich ist als Vorteil noch die Unempfindlichkeit der Endlagenbremsung gegenüber Abtrieb und anderen fremden Partikeln im Fluid zu nennen. Diese setzen sich jeweils im untersten Bereich des bzw. der separaten Druckräume ab und gelangen nicht in das Drosselventil der Ablaufleitung.

Eine Einstellung der Dämpfung des Kolbens ist bei Verwendung eines Drosselventils mit verstellbarer Verengung möglich.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung am Beispiel eines doppelt wirkenden hydraulischen Arbeitszylindes näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch den Arbeitszylinder und das Schema der hydraulischen Schaltung. Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, besteht der erfindungsgemäß veränderte doppeltwirkende Arbeitszylinder aus einem Gehäuse 1, in dem ein mit einer Kolbenstange 2 fest verbundener Kolben 3 geführt ist. Die Stirnseiten des Kolben 3 weisen in seiner axialen Verlängerung je einen zapfenförmigen Absatz 4 bzw. 5 auf, wobei der kolbenstangenseitige Absatz 5 einen größeren Durchmesser aufweist als die Kolbenstange 2. Der Kolben 3 unterteilt den Arbeitszylinder in Druckräume 6 und 7, wobei sich der Druckraum 6 auf der der Kolbenstange 2 abewandten Seite des Kolbens 3-und der Druckraum 7 auf seiner Kolbenstangenseite befinden. Die Druckräume 6; 7 sind jeweils an eine Zu- bzw. Ablaufleitung 8; 9 angeschlossen, die je nach Arbeitsrichtung des Arbeitszylinders wahlweise mit der druckbeaufschlagten Seite oder mit der Ablaufleitung des Systems verbunden werden können.

An die stirnseitige Begrenzung der Druckräume 6; 7 schließen sich je ein separater Druckraum 10; 11 an, deren Volumen gegenüber dem sich aus den Druckräumen 6 und 7 zusammensetzenden Volumen des Arbeitszylinders im vorliegenden Beispiel wesentlich kleiner ist. In diesen separaten Druckräumen 10; 11 ist je ein Kolbenelement 12; 13 axial und gegen die Wandung der separaten Druckräume 10; 11 dichtend geführt. In der den Druckräumen 6; 7 zugewandten Endlage der Kolbenelemente 12; 13 schlagen diese gegen die Ringfläche einer Einschnürung des Arbeitszylinderinnenraumes, die druckraumseitig gleichzeitig die jeweilige Endlage des Kolbens 3 bildet. Die separaten Druckräume 10; 11 sind jeweils über ein Rückschlagventil ohne Gegendruck 14 bzw. 15 mit den Zu- bzw. Ablaufleitungen 8; 9 verbunden, so daß diese Verbindungen für die separaten Druckräume 10; 11 nur als Zuführleitungen 16; 17 dienen. Die separaten Druckräume 10; 11 sind außerdem in ihrem in Arbeitslage obersten Bereich jeweils über ein Drosselventil 18; 19 mit der Ablaufleitung des Systems verbunden. Die Rückschlagventile ohne Gegendruck 14 bzw. 15 sichern ab, daß keine Rückwirkungen des entstehenden Druckes im separaten Druckraum 10 bzw. 11 auf die Kolbenflächen entstehen.

Zur Minimierung der Leckverluste sowie zur weiteren Verbesserung der Bremscharakteristik ist im vorliegenden Beispiel zusätzlich ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil 20; 21 jeweils zwischen separatem Druckraum 10; 11 und Rückschlagventil ohne Gegendruck 14; 15 an die Zuführleitungen 16; 17 angeschlossen und ebenfalls mit der Ablauf leitung des Systems verbunden.

Im folgenden soll die Funktionsweise der Endlagenbremsung beschrieben werden. Entsprechend der gewünschten Arbeitsrichtung wird der Arbeitszylinder mit Fluid beaufschlagt. Dabei füllen sich der jeweilige Druckraum 6 bzw. 7 und der mit diesem über die Zuführleitung 16 bzw. 17 verbundene zusätzliche Druckraum 10 bzw. 11. Da der Druck eine Funktion der ihm entgegengebrachten Widerstände ist und die Summe der Widerstände infolge der Kolbenbewegung größer ist als der Widerstand des jeweiligen Kolbenelements 12 bzw. 13 ist gewährleistet, daß vor Beginn der Anfahrbewegung des Kolbens 3 der separate Druckraum 10 bzw. 11 mit dem Fluid gefüllt ist. Dabei entweicht die eingeschlossene Luft über das Drosselventil 18 bzw. 19. Erst danach baut sich in dem mit diesem separaten Druckraum 10 bzw. 11 verbundenen Druckraum 6 bzw. 7 ein Druck auf, in dessen Folge der Kolben 3 in Richtung des mit Fluid gefüllten separaten Druckraumes 10 bzw. 11 bewegt wird. Kurz vor Erreichen seiner Endlage trifft der in dieser Richtung vorstehende zapfenförmige Absatz 4 bzw. 5 auf das Kolbenelement 12 bzw. 13 auf. Dieses verdrängt das Fluid im separaten Druckraum 10 bzw. 11 über das Drosselventil 18 bzw. 19 oder, wenn der Durchlaß dieses Drosselventils 18 bzw. 19 entsprechend eng eingestellt wurde, über das direktgesteuerte Druckbegrenzungsventil 20 bzw. 21, wobei gleichzeitig in beiden Fällen der Kolben 3 biszum Stillstand sanft abgebremst wird. Der Einstelldruck des direktgesteuerten Druckbegrenzungsventils 20 bzw. 21 beträgt dabei einige MPa mehr als der des Sicherheitsventils der Pumpe.

Claims (4)

1. Endlagenbremsung für hydraulische Stellorgane, beispielsweise Hydraulikzylinder, bei denen
gegen Ende des Hubes ihres Kolbens ein bestimmtes Volumen des Fluids über ein Drosselventil
bzw. ein als Drossel wirkendes Element aus dem Stellorgan ausgeschoben wird, gekennzeichnet
dadurch, daß sich jeweils in der Verlängerung des Raumes des Stellorgans, aus dem Fluid bzw. die Luft ausgeschoben wird, ein separater Druckraum (10; 11) anschließt, der in seinem der Endlage des Kolbens (3) des Stellorgans gegenüberliegenden Bereich über das Drosselventil (18; 19) bzw. das als Drossel wirkende Element mit der Ablauf leitung des Stellorgans in Verbindung steht, der ferner jeweils über ein Rückschlagventil ohne Gegendruck (14; 15) mit einer druckführenden Leitung in
Verbindung steht, in dem außerdem jeweils ein Kolbenelement (12; 13), das kolbenseitig an einem festen Anschlag anschlägt, geführt ist, wobei bei einem doppelt wirkenden Kolben (3) das
kolbenstangenseitige Kolbenelement (13) mit einem Durchbruch versehen ist, durch den die
Kolbenstange (2) geführt ist, und daß ferner der Kolben (3) je Kolbenelement (12; 13) mit einem auf das Kolbenelement (12; 13) gerichteten axial angeordneten zapfenförmigen Absatz (4; 5) versehen ist.

2. Endlagenbremsung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der bzw. die separaten
Druckräume (10; 11) über das Rückschlagventil ohne Gegendruck (14; 15) mit der
druckbeaufschlagten Seite des Stellorgans in Verbindung stehen.

3. Endlagenbremsung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der bzw. die separaten Druckräume (10; 11) zusätzlich über ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil (20; 21) mit der Ablaufleitung des Stellorgans verbunden sind.

4. Endlagenbremsung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das direktgesteuerte
Druckbegrenzungsventil (20; 21) mit seinem Eingang zwischen separatem Druckraum (10; 11) und Rückschlagventil ohne Gegendruck (14; 15) an die Zuführleitung (16; 17) angeschlossen ist.