AT502447A1

AT502447A1 - Zylinder für hochdruckhydraulik

Info

Publication number: AT502447A1
Application number: AT0198004A
Authority: AT
Original assignee: Hoelzl Margit
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2007-03-15
Also published as: ATE479024T1; US20100077918A1; WO2006055997A1; AT502447B1; DE502005010149D1; EP1819928B1; EP1819928A1

Description


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(33 396) II
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinder für Hochdruckhydraulik mit einem zwischen einem Zylinderboden und einem Zylinderkopf verlaufenden Zylindermantel aus einem Innenrohr und einem auf das Innenrohr aufgebrachten Aussenmantel aus faserverstärkten Kunststoff.
Um die Korrosionsempfindlichkeit metallischer Druckzylinder zu vermeiden und Gewicht einzusparen, ist es bekannt (DE 69 16 307 U), den Zylindermantel zwischen einem Zylinderboden und einem mit dem Zylinderboden über Zuganker verbundenen Zylinderkopf aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr auszubilden. Diese bekannten Druckzylinder sind jedoch für eine Hochdruckhydraulik mit hydrostatischen Drücken beispielsweise über 200 bar nicht geeignet.

   Es wurde daher vorgeschlagen (EP 0 701 065 B1), den Zylindermantel aus einem dünnwandigen, metallischen Innenrohr und einem faserverstärkten Aussenmantel herzustellen, der über Zuganker unter einer geringen Vorspannung steht. Die radialen Druckkräfte werden über das dünnwandige Innenrohr auf den faserverstärkten Aussenmantel übertragen, der diese Druckkräfte aufnimmt, ohne ein Undichtwerden des Zylinders befürchten zu müssen, weil der Aussenmantel aus faserverstärktem Kunststoff von axialen Zugbelastungen frei bleibt. Die durch die Hochdruckhydraulik bedingten axialen Kräfte werden ausschliesslich durch die Zuganker aufgenommen.

   Nachteilig bei diesen bekannten Zylindern ist, dass die für die Aufnahme der axialen Kräfte erforderlichen Zuganker nicht nur den Bauaufwand und die Zylinderabmessungen vergrössern, sondern auch eine Gewichtserhöhung mit sich bringen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder für Hochdruckhydraulik der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass mit einfachen konstruktiven Mitteln auf den Einsatz von Zugankern zur Aufnahme der axialen Kräfte verzichtet werden kann.

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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das mit dem Zylinderboden verschraubte, mit dem Aussenmantel schubfest verbundene Innenrohr des Zylindermantels zugfest am Zylinderkopf angreift.
Durch das Verschrauben des Innenrohres mit dem Zylinderboden und die zugfeste Verbindung dieses Innenrohres mit dem Zylinderkopf können die auftretenden Axialkräfte in überraschender Weise auch bei einer Hochdruckhydraulik durch den Zylindermantel aufgenommen werden, wenn durch eine schubfeste Verbindung des Aussenmantels aus faserverstärktem Kunststoff mit dem Innenrohr ein entsprechender, sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung wirksamer Verbundkörper geschaffen wird.

   Durch das Vorsehen mehrerer Lagen unterschiedlich ausgerichteter Verstärkungsfasem, vorzugsweise Kohlenstoffasern, kann der Aussenmantel des Zylindermantels in einfacher Weise an die jeweiligen Belastungsanforderungen angepasst werden. Mit dem Wegfall von Zugankern werden somit besonders leichte Druckzylinder möglich, die trotz der leichten Bauweise für eine Hochdruckhydraulik eingesetzt werden können.
Das Innenrohr kann dabei in an sich bekannter Weise aus Metall, aber auch aus einem Polyetheretherketon (PEEK) bestehen, weil in beiden Fällen nicht nur die axialen Zugkräfte im Verbund mit dem Aussenmantel aus faserverstärktem Kunststoff aufgenommen werden können, sondern auch der Aussenmantel vor einer unmittelbaren Belastung durch das Hydraulikmittel geschützt wird,

   so dass die Festigkeitseigenschaften des faserverstärkten Kunststoffes nicht durch in Mikroporen eindringendes Hydraulikmittel beeinträchtigt werden können.
Besonders günstige Anbindungsverhältnisse für den Zylindermantel an den Zylinderboden ergeben sich, wenn der Aussenmantel aus Kunststoff mit dem Zylinderboden schubfest verbunden wird und den Zylinderboden stirnseitig übergreift, so dass die axiale Krafteinleitung in den Aussenmantel nicht ausschliesslich über die Schubkräfte zwischen dem Innenrohr und dem Aussenmantel erfolgt.

   Die schubfeste Verbindung zwischen dem Aussenmantel aus faserverstärktem Kunststoff mit dem Innenrohr bzw. dem Zylinderboden kann in einfacher Weise durch eine Klebeschicht erreicht werden.
Die zugfeste Anbindung des Zylinderkopfes an den Zylindermantel kann in ähnlicher Weise wie die Anbindung des Zylinderbodens konstruktiv gelöst werden, was jedoch ein nachträgliches Abnehmen des Zylinderkopfes vom Zylindermantel und damit einen möglichen Kolbenausbau ausschliesst. Aus diesem Grunde kann das Innenrohr des Zylindermantels auf der Zylinderkopfseite einen stirnseitigen Ringflansch aufweisen, der durch eine am Zylinderkopf vorgesehene Überwurfmutter übergriffen wird, so dass mit Hilfe dieser Überwurfmutter die notwendige zugfeste Verbindung zwischen dem Innenrohr des Zylindermantels und dem Zylinderkopf sichergestellt werden kann.

   In diesem Fall erstreckt sich der Aussenmantel aus faserverstärktem Kunststoff bis zum zylinderkopfseitigen Ringflansch des Innenrohres.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird ein erfindungsgemässer Zylinder für Hochdruckhydraulik in einem vereinfachten Längsschnitt gezeigt.
Der dargestellte Zylinder weist einen Zylinderboden 1 , einen Zylinderkopf 2 sowie einen zwischen Zylinderboden 1 und Zylinderkopf 2 verlaufenden Zylindermantel 3 auf. Der Zylindermantel 3 wird durch einen Verbundkörper aus einem dünnwandigen, metallischen Innenrohr 4 und einem mit dem Innenrohr 4 schubfest verbundenen Aussenmantel 5 aus faserverstärktem Kunststoff gebildet. Zur Faserverstärkung werden dabei vorzugsweise Kohlenstoffasern eingesetzt.

   Die Auswahl des Kunststoffes erfolgt naturgemäss in Abhängigkeit von den jeweiligen Belastungsanforderungen.
Das Innenrohr 4 weist auf der Seite des Zylinderbodens 1 einen verdickten Anschlussabschnitt 6 mit einem Gewinde 7 auf, mit dessen Hilfe das Innenrohr 4 zugfest mit dem Zylinderboden 1 verbunden ist. Auf der Zylinderkopfseite ist das Innenrohr 4 ebenfalls mit einem verdickten Endabschnitt 8 versehen, der jedoch einen stirnseitigen Ringflansch 9 bildet.

   Dieser Ringflansch 9 wird von einer auf dem <>..<>.:..4..'
Zylinderkopf 2 schraubverstellbar gelagerten Überwurfmutter 10 übergriffen, so dass durch die Überwurfmutter 10 eine zugfeste Verbindung mit dem Zylinderkopf 2 hergestellt wird, der nach dem Lösen der Überwurfmutter 10 vom Zylindermantel 3 abgenommen werden kann.
Der Aussenmantel 5 aus faserverstärktem Kunststoff erstreckt sich im Bereich des Endabschnittes 8 des Innenrohres 4 bis zum Ringflansch 9 und wird daher von der Überwurfmutter 10 umschlossen.

   Auf der gegenüberliegenden Seite des Innenrohres 4 ist der Aussenmantel 5 über den verdickten Endabschnitt 6 hinaus verlängert und übergreift den Zylinderboden 1 stirnseitig, wodurch die axiale Anbindung des Zylindermantels 3 an den Zylinderboden 1 vorteilhaft unterstützt wird, insbesondere dann, wenn der Aussenmantel 5 auch mit dem Zylinderboden 1 durch eine Klebeschicht schubfest verbunden wird.
Da die Anschlüsse 11 und 12 für das Hydraulikmittel durch den Zylinderboden 1 und den Zylinderkopf 2 geführt sind, wird die Belastbarkeit des Zylindermantels 3 durch diese Anschlüsse 11 und 12 nicht beeinträchtigt.

   Über den Zylindermantel 3 werden die radialen und axialen Druckkräfte aufgenommen, wobei das metallische Innenrohr 4, das vorzugsweise aus einem korrosionsfesten Stahl besteht, den Aussenmantel 5 aus Kunststoff vor einer unmittelbaren Belastung durch das Hydraulikmittel schützt, so dass eine allenfalls vorhandene Mikroporosität des faserverstärkten Kunststoffes zu keiner Festigkeitseinschränkung aufgrund einer unmittelbaren Druckbelastung durch das Hydraulikmittel führt.
Das Innenrohr 4 kann auch aus Kunststoff gefertigt sein, und zwar aus einem Polyetheretherketon. Auch in diesem Fall wird das Innenrohr 4 mit dem Zylinderboden verschraubt, um eine sichere axiale Anbindung zu erreichen.

   Zusätzlich kann das Innenrohr 4 mit dem Zylinderboden verklebt werden.
Der Kolben 13 mit der Kolbenstange 14 können ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sein, was jedoch nicht zwingend ist. Bei der Ausformung der Kolbenstange 14 aus Kunststoff empfiehlt sich allerdings eine metallische Beschichtung, um die Dichtungsbedingungen für eine Hochdruckhydraulik zu verbessern. Wl

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Gerhard Hübscher Dipl.-Ing. Helmut Hübscher Spittelwiese 7, A-4020 Linz (33 396) II P a t e n t a n s p r ü c h e :

1. Zylinder für Hochdruckhydraulik mit einem zwischen einem Zylinderboden (1) und einem Zylinderkopf (2) verlaufenden Zylindermantel (3) aus einem Innenrohr (4) und einem auf das Innenrohr (4) aufgebrachten Aussenmantel (5) aus faserverstärktem Kunststoff, wobei das mit dem Zylinderboden (1) verschraubte, mit dem Aussenmantel (5) schubfest verbundene Innenrohr (4) des Zylindermantels (3) zugfest am Zylinderkopf (2) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aussenmantel (5) aus faserverstärktem Kunststoff zylmderkopfseitig bis zu einem stirnseitigen Ringflansch (9) des Innenrohres (4) erstreckt und dass der Zylinderkopf (2) eine den Ringflansch (9) übergreifende Überwurfmutter (10) trägt.

1. Zylinder für Hochdruckhydraulik mit einem zwischen einem Zylinderboden (1) und einem Zylinderkopf (2) verlaufenden Zylindermantel (3) aus einem Innenrohr (4) und einem auf das Innenrohr (4) aufgebrachten Aussenmantel (5) aus faserverstärkten Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Zylinderboden (1) verschraubte, mit dem Aussenmantel (5) schubfest verbundene Innenrohr (4) des Zylindermantels (3) zugfest am Zylinderkopf (2) angreift.

2. Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr in an sich bekannter Weise aus Metall, vorzugsweise Stahl, besteht.

2. Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr in an sich bekannterWeise aus Metall, vorzugsweise Stahl, besteht.

3. Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr aus Polyetheretherketon besteht.

4. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schubfest mit dem Zylinderboden (1) verbundene Aussenmantel (5) aus faserverstärktem Kunststoff den Zylinderboden (1) stirnseitig übergreift.

5. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel (5) aus faserverstärkten Kunststoff mit dem Innenrohr (4) durch eine Klebeschicht schubfest verbunden ist.

6. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aussenmantel (5) aus faserverstärkten Kunststoff zylmderkopfseitig bis zu einem stimseitigen Ringflansch (9) des Innenrohres (4) erstreckt und dass der Zylinderkopf (2) eine den Ringflansch (9) übergreifende Überwurfmutter (10) trägt.

Linz, am 23. November 2004 Margit Hölzl durch: öw pü ^

2A A 1980/2004; F 15 B (33 396) ll/pe

Neue Patentansprüche

P a t e n t a n s p r ü c h e :

5. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel (5) aus faserverstärktem Kunststoff mit dem Innenrohr (4) durch eine Klebeschicht schubfest verbunden ist.

Linz, am 12. Oktober 2006 Margit Hölzl durch: j[ \ .

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