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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Verstellvorrichtung mit einem
relativ zu einem Boden axial verstellbaren Kolben, wobei zwischen
dem Boden und dem Kolben ein Druckraum ausgebildet ist, ist den über eine
Zuführleitung
ein Druckmedium einbringbar ist.
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Eine
derartige Verstellvorrichtung, die auch als Kolben-Zylinder-Einheit
bekannt ist, findet in vielen Bereichen der Technik Verwendung,
um eine Verstellbewegung auszuführen
oder zu initiieren. Üblicherweise
umfaßt
die Verstellvorrichtung ein Gehäuse
mit einem kreiszylindrischen Querschnitt, in das ein kreiszylindrischer
Kolben, der auf seiner Umfangsfläche
eine oder mehrere Ringdichtungen trägt, axial verschieblich eingesetzt
ist, wodurch in dem Innenraum des Gehäuses ein begrenzter Druckraum gebildet
ist. In den Druckraum kann über
eine Zuführleitung
ein hydraulisches Druckmedium, beispielsweise Luft oder Hydrauliköl, eingebracht
werden, wodurch der Kolben relativ zu dem Gehäuse innerhalb von diesem verschoben
werden kann. Die Rückstellung
des Kolbens erfolgt entweder infolge seines Eigengewichts gegebenenfalls
unter zusätzlicher
Wirkung einer Rückstellfeder
oder es ist auf der dem Druckraum entgegengesetzten Seite des Kolbens ein
weiterer Druckraum ausgebildet, in den ebenfalls das Druckmedium
eingebracht werden kann.
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Bei
den bekannten Verstellvorrichtungen findet die Abdichtung zwischen
dem Kolben und dem Gehäuse
mittels der Ringdichtungen statt, die auf der Umfangsfläche des
Kolbens sitzen. Um eine sichere Halterung der Ringdichtungen und
eine gute Dichtwirkung zu erreichen, sollte der Kolben einen kreisförmigen oder
zumindest annähernd
kreisförmigen Querschnitt
besitzen. Auf diese Weise sind die Formgebung des Kolbens und somit
seine Einsatzmöglichkeiten
stark beschränkt
oder es ist eine Bearbeitung eines außerhalb des Dichtungsbereichs
liegenden Abschnitts des Kolbens notwendig, was jedoch aufwendig
und kostenintensiv ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung der
genannten Art zu schaffen, bei der sich eine beliebige Querschnittsform
des Kolbens in einfacher Weise verwirklichen läßt.
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Diese
Aufgabe wird bei einer hydraulischen Verstellvorrichtung der genannten
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß auf
der dem Boden zugewandten Stirnfläche des Kolbens eine Ringnut
ausgebildet ist, in der ein umlaufendes Dichtungsteil axial verschieblich
aufgenommen ist, und daß das
Dichtungsteil dichtend gegen den Boden gespannt ist. Dabei kann
die Spannkraft des Dichtungsteils mittels eines Federelementes und/oder
mittels des Mediumdrucks in dem Druckraum erzeugt werden.
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Erfindungsgemäß wird von
der Grundüberlegung
ausgegangen, die Abdichtung des Druckraums nicht auf der Umfangsfläche des
Kolbens auszubilden, sondern zwischen der Stirnfläche des
Kolbens und einem der Stirnfläche
gegenüberliegenden
Boden vorzusehen. Auf diese Weise ist die Querschnittsform des Kolbens
für die
Dichtwirkung unerheblich, so daß der
Kolben mit einer beliebigen Querschnittsform ausgebildet sein kann.
Die Abdichtung wird durch ein umlaufendes Dichtungsteil erreicht, das
in einer beispielsweise kreisförmig
oder in einer anderen geschlossenen Konfiguration umlaufenden Ringnut
sitzt, die auf der Stirnfläche
des Kolbens ausgebildet ist. Das Dichtungsteil ist axial verstellbar
und wird mittels des zumindest einen Federelementes gegen den Boden
gespannt. Darüber
hinaus ist das Dichtungsteil gegenüber der Wandung der Ringnut abgedichtet,
so daß auf
der radialen Innenseite des Dichtungsteils der Druckraum gebildet
ist, in den das Druckmedium eingeführt werden kann, um den Kolben
relativ zu dem Boden zu verstellen. während der Verstellung des Kolbens
bleibt das Dichtungsteil infolge der Federkraft gegen den Boden
gespannt, so daß die
Abdichtung zuverlässig
aufrechterhalten bleibt.
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Der
Boden kann von einer Grund- oder Stützplatte gebildet sein, in
Weiterbildung der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, daß der Boden
Teil eines becherartigen, zylindrischen Gehäuses ist, in dem der Kolben
vorzugsweise spielfrei aufgenommen ist.
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Das
Dichtungsteil umfaßt
vorzugsweise einen eigenstabilen, in seiner Konfiguration an den Verlauf
der Ringnut angepaßten
ringförmigen
Träger, an
dem zumindest ein umlaufender Dichtungsring angeordnet ist. Um die
Dichtung der Unterseite des Dichtungsteils gegenüber dem Boden sicherzustellen,
sollte ein erster Dichtungsring auf der dem Boden zugewandten Seite
des Trägers
angeordnet sein. Der erste Dichtungsring wird durch die Kraft des Ringelementes
gegen den Boden gedrückt
und dichtet den Träger
gegenüber
dem Boden ab.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste
Dichtungsring einen radial nach innen, d. h. zur Seite des Druckraums
hin öffnenden
U-förmigen
Querschnitt besitzt. Mit dieser Anordnung ist der Vorteil verbunden,
daß der
in dem Druckraum wirksame Mediumdruck im Inneren des U-förmigen ersten
Dichtungsrings wirksam wird und die Schenkel des U-förmigen Dichtungsring
auseinanderdrückt,
so daß dadurch
die Dichtwirkung erhöht ist.
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Zusätzlich kann
vorgesehen sein, daß in dem
ersten Dichtungsring ein Versteifungsring angeordnet ist, wodurch
die Elastizitätseigenschaften
des ersten Dichtungsrings beeinflußbar und einstellbar sind.
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Das
Federelement, mittels dessen das Dichtungsteil gegen den Boden gedrückt wird,
ist vorzugsweise zwischen dem Dichtungsteil und dem Nutgrund der
Ringnut angeordnet. Dabei kann das Federelement eine in eine Ausnehmung
des Dichtungsteils eingesetzte Spiralfeder sein, die durch die Ausnehmung
stabilisiert und geführt
ist. Insbesondere sind über
den Umfang des Dichtungsteils mehrere Spiralfedern vorzugsweise
gleich verteilt angeordnet, um das Dichtungsteil mit über den
Umfang annähernd
gleichmäßiger Andruckkraft
gegen den Boden zu spannen.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Dichtungsteil
nicht unter enger Passung axial verschieblich in der Ringnut sitzt, sondern
mit radialem Spiel in diese eingesetzt ist. Dabei ist vorzugsweise
ein zweiter Dichtungsring auf der radialen Außenseite des Trägers angeordnet
und der Träger
kann unter einer radial nach außen
gerichteten Vorspannung in der Ringnut sitzen, wodurch er mit dem
zweiten Dichtungsring gegen die Wandung der Ringnut gedrückt wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der zweite
Dichtungsring einen zum Nutgrund der Ringnut öffnenden U-förmigen Querschnitt
besitzt, so daß es
möglich
ist, den Mediendruck im Druckraum auch im Inneren des zweiten Dichtungsrings
wirksam werden zu lassen, wodurch dessen außenseitiger Schenkel gegen
die Wandung der Ringnut gedrückt
wird.
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Wenn
der Boden als Bestandteil eines den Kolben aufnehmenden Gehäuses ausgebildet
ist, kann der Kolben unter enger Passung in dem Gehäuse sitzen,
wobei vorgesehen sein kann, daß das
Gehäuse
und der Kolben einen kreisförmigen
oder elliptischen oder auch vorzugsweise einen polygonförmigen Querschnitt
besitzt.
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In
der folgenden Beschreibung mit ein Ausführungsbeispiel ersichtlich.
Es zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt durch eine hydraulische Verstellvorrichtung gemäß der Erfindung in
einer eingefahrenen Stellung des Kolbens,
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2 das
Detail II in 1,
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3 eine 1 entsprechende
Darstellung in einer ausgefahrenen Stellung des Kolbens,
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4 das
Detail IV in 3 und
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5 den
Schnitt V-V in 3.
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Eine
in den Figuren dargestellte hydraulische Verstellvorrichtung 10 umfaßt ein becherartiges zylindrisches
Gehäuse 11,
das auf seiner Unterseite einen Boden 11a und eine seitliche,
nach oben vorstehende, umlaufende Seitenwand 11b umfaßt. In das
Gehäuse 11 ist
ein Kolben 12 unter enger Passung eingesetzt und kann relativ
zu dem Gehäuse 11 um
ein geringes Maß axial
verstellt werden, wobei er während
der Verstellbewegung durch die Seitenwand 11b geführt ist.
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In
dem Kolben 12 ist eine Bohrung ausgebildet, die eine Zuführleitung 21 bildet,
die auf der unteren, dem Boden 11a des Gehäuses 11 zugewandten Stirnfläche 12a des
Kolbens mündet.
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In
der Stirnfläche 12a des
Kolbens 12 ist eine umlaufende Ringnut 14 ausgebildet,
in der ein ebenfalls umlaufendes Dichtungsteil 15 sitzt.
Das Dichtungsteil 15 ist mit radialem Spiel in der Ringnut 14 aufgenommen
und relativ zu dieser in Axialrichtung des Kolbens 12 verstellbar.
Das Dichtungsteil 15 umfaßt einen eigenstabilen Träger 17,
der auf seiner unteren, dem Boden 11a des Gehäuses 11 zugewandten
Seite einen ersten Dichtungsring 18 trägt, der einen radial nach innen öffnenden,
U-förmigen
Querschnitt besitzt und in seinem Inneren einen Versteifungsring 19 aufweist.
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Auf
der dem Boden 11a abgewandten Seite des Trägers 17 sind
mehrere Ausnehmungen 20 ausgebildet, in die jeweils eine
Spiralfeder 16 eingesetzt ist, die sich mit ihrem oberen
Ende am Nutgrund 14a der Ringnut 14 abstützt und
dem Träger 17 mit
dem ersten Dichtungsring 18 gegen den Boden 11a des Gehäuses 11 spannt.
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Auf
der Außenseite
des Trägers 17 ist
ein zweiter umlaufender Dichtungsring 19 angeordnet, der
einen zum Nutgrund 14a der Ringnut 14 öffnenden
U-förmigen
Querschnitt besitzt und an der äußeren Seitenwand
der Nut 14 unter Vorspannung anliegt.
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Wie
insbesondere 2 zeigt, ist der von der Ringnut 14 umgebende
bzw. eingefaßte
Bereich der Stirnfläche 12a des
Kolbens 12 geringfügig
zurückgesetzt,
so daß zwischen
dem Boden 11a des Gehäuses 11 und
den Kolben 12 auch im eingefahrenen Zustand des Kolbens 11 ein
Spalt 22 verbleibt.
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In
dem eingefahrenen Zustand des Kolbens 12, der in den 1 und 2 dargestellt
ist, liegt der Kolben 12 mit seinen äußeren Bereichen auf dem Boden 11a des
Gehäuses 11 auf.
Das Dichtungsteil 15 liegt infolge der Spannung der Spiralfedern 16,
die sich in ihrem am weitesten zusammengedrückten Zustand finden, mit seinem
unterseitigen ersten Dichtungsring 18 in abgedichteter
Weise auf dem Boden 11a des Gehäuses 11 auf. Darüber hinaus
liegt das Dichtungsteil 15 infolge seiner radial nach außen gerichteten
Vorspannung mit dem außenseitigen zweiten
Dichtungsring 19 dicht an der äußeren Wandung der Ringnut 14 an.
Wie 2 zeigt, ist die Höhe des Dichtungsteils 15 geringer
als die Tiefe der Ringnut 14, so daß zwischen dem Nutgrund 14a und
dem Dichtungsteil 15 ein Spalt 23 verbleibt.
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Um
den Kolben 12 auszufahren, wird ein Druckmedium, beispielsweise
Hydrauliköl,
durch die Zuführleitung 21 von
der Außenseite
des Kolbens 12 in einen Druckraum 13 eingebracht,
der unterseitig von dem Boden 11a des Gehäuses 11,
außenseitig von
dem Dichtungsteil 15 und oberseitig von dem inneren Bereich
der Stirnfläche 12a des
Kolbens 12 begrenzt ist. Infolge der Druckerhöhung in
dem Druckraum 13 wird der Kolben 12 gemäß 1 nach
oben aus dem Gehäuse 11 in
die in 3 dargestellte ausgefahrene Stellung verschoben.
Der Druck des Druckmediums wirkt über den Spalt 22 sowohl
innerhalb des U-förmi-gen
ersten Dichtungsring 18, wodurch dessen Schenkel gespreizt
und insbesondere sein unterer Schenkel gegen die Oberseite des Bodens 11a des
Gehäuses 11 gedrückt werden,
als auch über
den Spalt 23 im Inneren des zweiten Dichtungsrings 19,
wodurch dessen außenseitiger Schenkel
gegen die äußere Innenwand
der Ringnut 14 gespannt wird. Das Dichtungsteil 15 verbleibt während der
gesamten Bewegung des Kolbens 12 aufgrund der Wirkung der
Federn 16 verstärkt
durch die Wirkung des Mediumdrucks in dem Druckraum 22 in
Anlage mit dem Boden 11a des Gehäuses 11, so daß sich bei
dem Ausfahren des Kolbens 12 eine Vergrößerung des Spaltes 23 einstellt,
wie aus 4 ersichtlich ist.
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Wie 5 zeigt,
besitzen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Gehäuse 11 und
der Kolben 12 einen rechteckigen Querschnitt, während die
Ringnut 14 und somit auch das in ihr angeordnete Dichtungsteil 15 eine
kontinuierlich umlaufende Konfiguration mit vier im wesentlichen
geradlinigen Seitenabschnitten, die über Übergangsbögen miteinander verbunden sind.
Da die Dichtung zwischen dem Kolben 12 und dem Gehäuse 11 auf
der Stirnseite des Kolbens 12 und nicht auf dessen Umfangsfläche erricht
wird, können
das Gehäuse 11 und
der Kolben 12 eine beliebige, jedoch aufeinander angepaßte Querschnittsform
besitzen, ohne die Dichtwirkung nachteilig zu beeinflussen.