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Die Erfindung geht aus von einem Zylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Zylinder werden beispielsweise im Kraftwerksbereich, insbesondere bei Gas- und Dampfturbinenanlagen eingesetzt. Sie können dann beispielsweise bei Betätigung eines Ventilkörpers verwendet werden, der zum Regeln einer Druckmittelverbindung zwischen einem Abhitzekessel und einer Dampfturbine dient, wobei ein Schnellschluss möglich sein soll. Der Trend in diesem Bereich geht zu autarken und kompakten Armaturen- beziehungsweise Linearantrieben mit einem derartigen Zylinder, die neben dem Zylinder insbesondere eine elektrische Steuereinheit, einen Elektromotor, eine Hydropumpe und einen hydraulischen Steuerblock mit Ventilen aufweisen. Die meist sperrigen Komponenten werden bei einer bekannten und vergleichsweise kompakten Lösung an das Zylindergehäuse des hubausführenden Zylinders angeordnet, wobei der Armaturenantrieb dann insgesamt ein hohes Gewicht und immer noch einen vergleichsweise hohen Bauraumbedarf aufweist.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder zu schaffen, der zu einem kompakten und einem geringen Bauraumbedarf aufweisenden Armaturenantrieb führt.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Zylinder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein Zylinder mit einem Zylindergehäuse vorgesehen, in dem ein Kolben axial verschiebbar geführt ist. Vom Kolben aus erstreckt sich eine, insbesondere fest mit diesem verbundene Kolbenstange. Mit dem Kolben wird zumindest eine Zylinderkammer begrenzt. Vorteilhafterweise ist eine Hydromaschine in dem Zylindergehäuse integriert. Mit dieser ist Druckmittel aus oder in die Zylinderkammer förderbar oder die Hydromaschine ist über das Druckmittel der Zylinderkammer antreibbar. Bei der Hydromaschine handelt es sich vorzugsweise um eine Kolbenmaschine, insbesondere um eine Axialkolbenmaschine.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch die Anordnung der Hydromaschine in dem Zylinder beispielsweise ein den Zylinder verwendender Armaturenantrieb äußerst kompakt ausgestaltet ist. Durch die Anordnung der Hydromaschine in dem Zylindergehäuse sind Druckmittelströmungspfade von der Hydromaschine zu der zumindest einen Zylinderkammer im Vergleich zum Stand der Technik äußerst kurz. Des Weiteren entfallen Leitungszüge, die im Stand der Technik notwendig sind, um die Hydromaschine fluidisch an den Zylinder anzuschließen, wodurch insbesondere ein Wirkungsgrad der Hydromaschine verbessert ist. Außerdem sind die Komponenten der Hydromaschine im Wesentlichen frei von Korrosion, da die Hydromaschine von Druckmittel, beispielsweise Hydrauliköl, umgeben ist. Bewegbare Elemente der Hydromaschine können dann vorteilhafterweise durch das Hydrauliköl geschmiert werden. Durch die Hydraulik ist auch eine hohe Energiedichte geschaffen. Der erfindungsgemäße Zylinder ist auch unabhängig von einer externen Druckmittelversorgung, womit der Zylinder und beispielsweise der den Zylinder verwendende Armaturenantrieb jeweils ein geschlossenes System ist. Da die Anschlüsse am Zylinder zum fluidischen Anschluss der Hydromaschine entfallen, besteht des Weiteren eine äußerst geringe Leckagegefahr.
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Wird als Hydromaschine eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe, eingesetzt, so hat dies überraschenderweise den Vorteil, dass dann aufgrund des hohen Wirkungsgrads und der hohen Leistungsdichte der Axialkolbenmaschine diese eine vergleichsweise kleine Baugröße aufweisen kann und der Kolben damit ebenfalls vergleichsweise klein ausgebildet werden kann. Dies wiederum führt dazu, dass der Zylinder insgesamt äußerst kompakt ausgestaltbar ist.
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Vorzugsweise ist die Hydromaschine zusammen mit dem Kolben axial verschiebbar. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hydromaschine in dem Kolben angeordnet beziehungsweise integriert. Dies führt dann dazu, dass kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird, um die Hydromaschine in dem Zylinder anzuordnen.
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Es ist denkbar, dass der Kolben ein Maschinengehäuse für die Hydromaschine bildet, was zu einer Gewichtsreduzierung führt.
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Vorzugsweise hat die Hydromaschine eine erste Maschineneinrichtung, die relativ zu einer zweiten Maschineneinrichtung drehbar ist. Hierdurch kann die Hydromaschine dann Druckmittel fördern oder von dem Druckmittel angetrieben werden. Die erste Maschineneinrichtung der Hydromaschine kann dann drehfest mit dem Kolben verbunden sein. Die andere zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine ist dann beispielsweise von einer Triebwelle in zumindest einer Drehrichtung antreibbar. Der Kolben und somit die erste Maschineneinrichtung der Hydromaschine sind dann drehfest und axial verschiebbar mit dem Zylindergehäuse verbunden. Alternativ kann der Kolben und somit die erste Maschineneinrichtung in zumindest einer Drehrichtung, insbesondere über die Kolbenstange, antreibbar sein, wobei dann die zweite Maschineneinrichtung drehfest mit dem Zylindergehäuse verbunden ist.
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Es ist denkbar den erfindungsgemäßen Zylinder als Ersatz eines Kugelgewindetriebs oder Planetengewindetriebs einzusetzen. Es könnten dann beispielsweise die Antriebskomponenten des Kugelgewindetriebs eingesetzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Zylinder können die Vorteile eines Kugelgewindetriebs mit den Vorteilen eines hydraulischen Antriebs kombiniert werden. Beispielsweise können axiale auf den Kolben wirkende ungewollte Kraftstöße beispielsweise einfach durch ein mit der Zylinderkammer verbundenes Druckbegrenzungsventil begrenzt werden, während derartige Kraftstöße bei einem Kugelgewindetrieb zu Beschädigungen führen können. Ein derartiger Zylinder weist auch eine vergleichsweise geringe Ausfallwahrscheinlichkeit im Gegensatz zu Kugelgewindegetriebe oder Planetengewindetriebe.
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Mit Vorteil mündet ein Druckanschluss der Hydromaschine in einer die Zylinderkammer begrenzenden Stirnfläche des Kolbens zum Beschicken und Entlassen von Druckmittel in die Zylinderkammer.
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Ist eine Triebwelle vorgesehen, so kann diese den Zylinder axial durchsetzen und aus diesem auskragen.
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Die Triebwelle kann beispielsweise einfach zusammen mit der Kolbenstange auf einer gleichen Seite beziehungsweise Stirnseite des Zylindergehäuses auskragen.
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Alternativ ist denkbar, dass die Triebwelle auf der einen Seite und die Kolbenstange auf der anderen Seite des Zylindergehäuses auskragen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Triebwelle lagefest am Kolben und somit relativ zum Zylindergehäuse in axialer Richtung zusammen mit dem Kolben verschiebbar.
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Alternativ kann die Triebwelle lagefest am Zylindergehäuse angeordnet sein, wobei dann der Kolben relativ zur Triebwelle verschiebbar ist. Hierbei ist denkbar, dass die Triebwelle mit der zweiten Maschineneinrichtung in Drehrichtung formschlüssig oder reibschlüssig verbunden ist. Ein Reibschluss kann einfach umgesetzt werden, da die auf die zweite Maschineneinrichtung wirkenden Kräfte in Axialrichtung wesentlich größer als die in Drehrichtung sind. Ein Reibschluss zwischen der Triebwelle und der zweiten Maschineneinrichtung kann dann einfach ausgebildet werden, in dem dieser nur in Axialrichtung überwunden werden kann.
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Der Zylinder kann weiter kompakt ausgestaltet sein, wenn die Triebwelle eine axiale Durchgangsaussparung der Kolbenstange durchsetzt. Die Kolbenstange kann hierbei beispielsweise hohlzylindrisch sein. Somit muss die Triebwelle gegenüber dem Zylindergehäuse nicht abgedichtet werden. Es ist lediglich eine Dichtung zwischen Kolbenstange und Zylindergehäuse notwendig. Alternativ ist denkbar, dass die Triebwelle in eine, insbesondere sacklochförmige Aussparung der Kolbenstange eintauchbar ist und dann mit ihrem anderen Endabschnitt aus dem Zylindergehäuse herausgeführt ist.
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Wird die Hydromaschine über den Kolben angetrieben, so kann zur Festlegung der zweiten Maschineneinrichtung der Hydromaschine am Zylindergehäuse beispielsweise einfach ein Zapfen in dem Zylindergehäuse vorgesehen sein, der fest mit diesem verbunden ist und sich vorzugsweise axial darin erstreckt. Die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine kann dann axial verschiebbar und drehfest auf dem Zapfen angeordnet sein. Hierbei ist denkbar, dass der Zapfen mit der zweiten Maschineneinrichtung in Drehrichtung formschlüssig oder reibschlüssig verbunden ist. Ein Reibschluss kann einfach umgesetzt werden, da die auf die zweite Maschineneinrichtung wirkenden Kräfte in Axialrichtung wesentlich größer als die in Drehrichtung sind. Ein Reibschluss zwischen dem Zapfen und der zweiten Maschineneinrichtung kann dann einfach ausgebildet werden, in dem dieser nur in Axialrichtung überwunden werden kann.
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Vorzugsweise durchsetzt der Zapfen die Hydromaschine und kann in die Aussparung der Kolbenstange eintauchen.
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Ist der Zylinder beispielsweise als Gleichgang- oder Differentialzylinder ausgebildet, so kann der Kolben die Zylinderkammer von einer weiteren zweiten Zylinderkammer trennen. Mit der Hydromaschine ist dann Druckmittel von der einen in die andere Zylinderkammer oder umgekehrt förderbar. Oder alternativ kann die Hydromaschine von dem Druckmittel angetrieben sein. Vorzugsweise mündet dann in jeder Stirnfläche des Kolbens ein Druckmittelanschluss der Hydromaschine. Im Unterschied zu Kugelgewindetrieben kann mit einem derartigen Zylinder eine zusätzliche Sicherheitsfunktion ermöglicht werden, wenn beispielsweise ein hydraulischer Kurzschluss beider Zylinderkammern insbesondere unter Verwendung eines Ventils oder mehrerer Ventile unter bestimmten Lastzuständen ermöglicht wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Triebwelle als zweite Kolbenstange ausgebildet, die sich vom Kolben aus erstreckt und die zweite vom Kolben begrenzte Zylinderkammer durchsetzt.
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Alternativ zur Ausbildung der Triebwelle als zweite Kolbenstange kann ausgehend vom Kolben eine zweite die zweite Zylinderkammer durchsetzende und mit dem Kolben, insbesondere fest verbundene Kolbenstange vorgesehen sein. Diese Kolbenstange hat dann vorzugsweise eine axiale Durchgangsaussparung, durch die die Triebwelle geführt ist. Die Triebwelle kann dann zusammen mit dem Kolben relativ zum Zylindergehäuse verschiebbar sein.
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Mit Vorteil haben beide Kolbenstangen einen gleichen Durchmesser, womit der Zylinder volumenausgeglichen ist und kein zusätzlicher Speicher notwendig ist.
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Ist der Zylinder beispielsweise als Differential- oder Plungerzylinder ausgebildet, so kann ein Speicher zum Volumenausgleich vorgesehen sein. Dieser kann äußerst kompakt in dem Zylindergehäuse vorgesehen sein.
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Mit Vorteil ist der Speicher zusammen mit dem Kolben axial verschiebbar, womit der Speicher immer unmittelbar mit der Hydromaschine verbunden ist, womit der Aufwand zum fluidischen Verbinden der Hydromaschine mit dem Speicher äußerst gering ist.
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Vorzugsweise hat der Speicher eine, insbesondere axiale, Durchgangsaussparung. Diese kann von der Triebwelle durchsetzt sein und/oder diese dient um über die Hydromaschine Druckmittel in die den Speicher aufweisende Zylinderkammer zu beschicken oder von dieser Zylinderkammer über die Hydromaschine zu entlassen. Der Speicher kann hierbei beispielsweise hohlzylindrisch ausgebildet sein.
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Es ist auch denkbar, den Speicher in die Kolbenstange zu integrieren. Beispielsweise hat die Kolbenstange etwa den Durchmesser des Kolbens, womit der Zylinder dann einfach als Plungerzylinder eingesetzt werden kann. Des Weiteren ist hierdurch ein großer Bauraum für den Speicher geschaffen, der beispielsweise von der Kolbenstange umgriffen ist.
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Zur drehfesten Verbindung der Kolbenstange mit dem Zylindergehäuse ist vorzugsweise ein Querschnitt der drehfest mit dem Zylindergehäuse zu verbindenden Kolbenstange und ein Querschnitt einer Gehäusedurchführung des Zylindergehäuses für diese Kolbenstange derart ausgestaltet, dass diese Kolbenstange drehfest bezüglich dem Zylindergehäuse ist. Beispielsweise sind die Kolbenstange und die Gehäusedurchführung im Querschnitt oval ausgeführt ist, womit ein Verdrehen der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder verhindert wird.
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Zusätzlich oder alternativ kann als Verdrehsicherung die Kolbenstange außermittig, beispielsweise etwa parallel versetzt zur Längsachse des Zylinders, angeordnet sein. Somit kann die Kolbenstange zum Zylindergehäuse nicht konzentrisch angeordnet sein und somit ein Verdrehen der Kolbenstange um die Kolbenstangenachse zur Zylinderachse verhindert werden.
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Des Weiteren ist alternativ oder zusätzlich zur Verdrehsicherung möglich, dass die Kolbenstange aus zumindest zwei sich im Wesentlichen im Parallelabstand zueinander erstreckenden Stangen gebildet ist. Somit können zwei Stangen auf einer Seite des Kolbens angeordnet sein und dadurch ein Verdrehen der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder verhindern.
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Es ist denkbar, in den Zylinder, insbesondere in das Zylindergehäuse, zusätzlich noch einen Elektromotor zu integrieren bzw. anzuordnen oder mit diesem zu verbinden. Ist der Elektromotor im Zylindergehäuse integriert, kann dieser beispielsweise zusammen mit dem Kolben und der Hydromaschine axial verschiebbar sein. Eine Bestromung des Elektromotors erfolgt dann beispielsweise über die Kolbenstange oder den Zapfen.
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In weiterer Ausgestaltung ist denkbar, eine Endlagendämpfung für den Kolben vorzusehen. Diese kann auch so ausgeführt sein, dass diese bidirektional wirkt, also beide Verfahrrichtungen an den Endlagen bedämpft.
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Die Übersetzung des Zylinders kann einfach durch Veränderung der die Zylinderkammern begrenzenden Stirnflächen des Kolbens oder durch Veränderung der die eine Zylinderkammer begrenzende Stirnfläche des Kolbens variiert werden.
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Der Zylinder kann vorzugsweise auch „plug & play“-fähig sein, womit beispielsweise nur ein Anschluss an eine elektrische Versorgung oder einen elektrischen Antrieb notwendig ist. Die mechanische Anbindung vereinfacht sich auch stark, da zum Beispiel der hydraulische Anschluss entfällt.
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Die Hydromaschine ist beispielsweise drehzahlvariabel einsetzbar oder mit der Hydromaschine ist zumindest eine einfache Auf- und Zubewegung eines Ventilkörpers realisierbar.
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Es ist denkbar die Hydromaschine als Konstant- oder Verstelleinheit auszugestallten.
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Es ist denkbar, dass Ventile zum Steuern der Hydromaschine ebenfalls in dem Zylindergehäuse, insbesondere in dem Kolben, vorgesehen beziehungsweise angeordnet sind.
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Es ist weiter denkbar, den Zylinder hydraulisch oder pneumatisch für lineare Antriebsaufgaben einzusetzen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Zylinder sind Komponenten des hydraulischen Armaturenantriebs durch eine Kombination der Kolben- und Pumpenfunktion reduziert. Der Armaturenantrieb ist hierdurch gewichts- und bauraumoptimiert und kombiniert die Vorteile der elektrischen mit den Vorteilen der hydraulischen Armaturenantriebe.
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Anstelle einer axialen Verschiebung des Kolbens und der mit diesem lagefest verbundenen Komponenten relativ zum Zylindergehäuse ist denkbar, dass das Zylindergehäuse relativ zum Kolben und der mit diesem lagefest verbundenen Komponenten verschiebbar ist.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1a und 1b jeweils in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Zylinder gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3a und 3b jeweils in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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4a und 4b jeweils in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
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5a und 5b jeweils in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
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6a und 6b jeweils in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
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7a und 7b jeweils in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel,
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8a und 8b jeweils in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem achten Ausführungsbeispiel und
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9a und 9b jeweils in einer schematischen Darstellung den Zylinder gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1a hat der Zylinder 1 einen Kolben 2, der axial gleitbar in einem als Zylinderrohr ausgebildeten Zylindergehäuse 4 angeordnet ist. Der Kolben 2 trennt in dem Zylindergehäuse 4 eine erste Zylinderkammer 6, siehe auch 1b, von einer zweiten Zylinderkammer 8. An der Außenmantelfläche des Kolbens 2 sind hierbei Dichtmittel vorgesehen. Die Zylinderkammer 8 ist von einer ersten fest mit dem Kolben 2 verbundenen Kolbenstange 10 durchsetzt, die aus einem Boden 12 des Zylindergehäuses 4 auskragt. Hierzu hat der Boden 12 eine Durchgangsöffnung 14, in der Dichtmittel vorgesehen sind.
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In der von der Kolbenstange 10 wegweisenden Stirnfläche 16 des Kolbens 2 ist eine Aussparung 18 eingebracht, in die ein Verdränger beziehungsweise eine Hydromaschine 20 vorzugsweise vollständig eingesetzt ist. Diese wird somit vom Kolben 2 umgriffen.
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Bei der Hydromaschine 20 handelt es sich beispielsweise um eine 4-Quadranteneinheit. Die Hydromaschine 20 kann des Weiteren als Flügelzellenmaschine, als Zahnradmaschine (innen- oder außenverzahnt), als Schraubenspindelmaschine, als Axialkolbenmaschine, als Radialkolbenmaschine oder als eine Hubkolbenmaschine ausgebildet sein. Die Hydromaschine hat hierbei eine erste Maschineneinrichtung, die relativ zu einer zweiten Maschineneinrichtung drehbar ist, womit, falls die Hydromaschine als Hydropumpe eingesetzt wird, Druckmittel gefördert werden kann und, falls die Hydromaschine als Hydromotor eingesetzt wird, dieser durch das Druckmittel angetrieben werden kann.
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Die erste Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 ist hierbei mit dem Kolben 2 fest verbunden. Die zweite Maschineneinrichtung ist dagegen mit einer Triebwelle 22 fest verbunden. Diese erstreckt sich in axialer Richtung des Zylinders 1, insbesondere koaxial zu diesem, ausgehend vom Kolben 2 beziehungsweise der Hydromaschine 20 weg von der Kolbenstange 10. Die Triebwelle 22 durchsetzt dann einen Kopf 24 des Zylindergehäuses 4 und kragt aus diesem aus. Der Kopf 24 hat hierfür eine Durchgangsöffnung 26, in der Dichtmittel eingebraucht sind. Die Triebwelle 22 ist beispielsweise über einen elektrischen Antrieb (Elektromotor) drehzahlvariabel in unterschiedlichen Drehrichtungen antreibbar, womit wiederum die Triebwelle 22 dann die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 antreibt. Diese kann dann Druckmittel entweder von der ersten Zylinderkammer 6 in die zweite Zylinderkammer 8 oder umgekehrt von der zweiten Zylinderkammer 8 in die erste Zylinderkammer 6 fördern. Hierfür ist in die von der Stirnfläche 16 wegweisenden Stirnfläche 28 des Kolbens 2 her ein mit der Hydromaschine 20 verbundener Druckmittelanschluss 30 vorgesehen, über den die Hydromaschine 20 mit der zweiten Zylinderkammer 8 fluidisch verbunden ist. Auf ihrer zur ersten Zylinderkammer 6 weisenden Seite hat die Hydromaschine 20 einen weiteren Druckmittelanschluss 32, über den sie fluidisch mit der ersten Zylinderkammer 6 verbunden ist.
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Die Triebwelle 22 und die Kolbenstange 10 haben eine im Wesentlichen gleiche Querschnittsfläche, weswegen es sich bei dem Zylinder 1 um einen Gleichgangzylinder handelt.
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In der 1a ist hierbei eine eingefahrene Position des Zylinders 1 gezeigt, in der der Kolben 2 mit seiner Stirnfläche 16 am Kopf 24 des Zylindergehäuses 4 im Wesentlichen anliegt. 1b zeigt dagegen eine ausgefahrene Position des Zylinders 1, bei der der Kolben 2 mit seiner anderen Stirnfläche 28 am Boden 12 des Zylindergehäuses 4 anliegt oder leicht davon beabstandet ist.
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Die Kolbenstange 10 ist drehfest mit dem Zylindergehäuse 4 verbunden, wobei sie hierfür etwa einen ovalen Querschnitt aufweist. Die Durchgangsöffnung 14 des Zylindergehäuses 4 hat dann ebenfalls einen etwa ovalen Querschnitt, was zu einer Verdrehsicherung der Kolbenstange 10 gegenüber dem Zylindergehäuse 4 führt. Alternativ wäre denkbar, zur Verdrehsicherung vorzusehen, die Kolbenstange 10 außermittig etwa im Parallelabstand zur Längsachse des Zylinders 1 anzuordnen.
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Wird die zweite Maschineneinrichtung von der Triebwelle 22 angetrieben und dreht sich relativ zur ersten Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20, so kann Druckmittel gemäß 1a von der zweiten Zylinderkammer 8 in die erste Zylinderkammer 6 gefördert werden, wodurch der Kolben 2 weg vom Kopf 24 bewegt wird. Wird die Triebwelle 22 in entgegen gesetzter Drehrichtung betrieben, so fördert die Hydromaschine 20 umgekehrt Druckmittel von der ersten Zylinderkammer 6 in die zweite Zylinderkammer 8, womit der Kolben 2 beispielsweise ausgehend von der Position in 1b weg vom Boden 12 bewegt wird. Die Hydromaschine 20 fördert somit drehrichtungsabhängig von der ersten in zweite Zylinderkammer 6, 8 oder umgekehrt. Hierdurch entsteht eine translatorische Relativbewegung zwischen dem Kolben 2 und dem Zylindergehäuse 4.
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Denkbar wäre auch, den Kolben 2 über die Kolbenstange 10 mit einer in axialer Richtung wirkenden Betätigungskraft zu beaufschlagen, wobei dann Druckmittel von der einen in die andere Zylinderkammer 6, 8 über die Hydromaschine 20 strömen kann, wodurch diese als Hydromotor betreibbar ist und beispielsweise hierdurch die Triebwelle 22 antreibt.
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Denkbar wäre auch, die Triebwelle 22 drehfest mit dem Zylindergehäuse 4 zu verbinden und die Hydromaschine 20 dann über die dann nicht drehfest mit dem Zylindergehäuse 4 verbundene Kolbenstange 10 anzutreiben.
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Gemäß 2 hat die Kolbenstange 10 zwei in Parallelabstand zueinander angeordnete Stangen 34, 36. Diese durchsetzen hierbei den Boden 12 des Zylindergehäuses 4. Für die Stange 34 ist hierbei eine Durchgangsöffnung 38 und für die Stange 36 eine Durchgangsöffnung 40 in den Boden 12 eingebracht, in die Dichtmittel angeordnet sind. Die Stangen 34 und 36 sind etwa parallel versetzt zur Längsachse des Zylindergehäuses 4 angeordnet und weisen etwa einen gleichen Abstand zu dieser Längsachse auf. Der Druckmittelanschluss 30 ist hierbei im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1a und 1b mittig in der Stirnfläche 28 vorgesehen.
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Gemäß der Ausführungsformen der 3a ist im Unterschied zur Ausführungsform aus der 1a anstelle der Triebwelle 22 eine weitere Kolbenstange 42 vorgesehen. Diese erstreckt sich ausgehend vom Kolben 2. Des Weiteren hat der Kolben 2 eine Platte 44, die die Aussparung 18 verschließt. Ein Außendurchmesser der Platte 44 entspricht dabei einem Außendurchmesser des übrigen Kolbens 2. Ausgehend von der Platte 44 erstreckt sich dann die Kolbenstange 42.
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Des Weiteren ist bei der Ausführungsform in 3a im Unterschied zur Ausführungsform in 1a die Kolbenstange 10 mit einer Durchgangsaussparung 46 ausgebildet. Diese erstreckt sich dabei axial durch die Kolbenstange 10. Durch die Durchgangsaussparung 46 wiederum erstreckt sich dann die Triebwelle 22 und durchsetzt einerseits die Hydromaschine 20 und kragt andererseits mit einem Endabschnitt 48 aus der Kolbenstange 10 und somit aus dem Zylindergehäuse 4 aus.
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Die Kolbenstange 10 und/oder die Kolbenstange 42 sind drehfest mit dem Zylindergehäuse 4 verbunden. Über die Triebwelle 22 ist die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 antreibbar. Die Hydromaschine 20 kann dann Druckmittel von dem die Platte 44 durchsetzenden Druckmittelanschluss 50 zum anderen Druckmittelanschluss 30 fördern, womit der Kolben 2 zusammen mit den Kolbenstangen 10, 42 und der Triebwelle 48 in Richtung der in der 3b gezeigten Position verschiebbar ist. Wird die Hydromaschine 20 in entgegen gesetzter Drehrichtung angetrieben, so fördert sie Druckmittel über den Druckmittelanschluss 30 zum Druckmittelanschluss 50, womit wiederum der Kolben 2 hin zum Kopf 24 des Zylindergehäuses 4 bewegt wird, siehe 3b.
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Die Dichtungen zwischen dem Zylindergehäuse 4 und den Kolbenstangen 10 und 42 werden durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Zylinders 1 gemäß den 3a und 3b nur durch eine translatorische Bewegung belastet, da die die rotatorische Bewegung ausführende Triebwelle 22 durch die Kolbenstange 10 geführt ist. Die Dichtungen sind demnach einfacher ausgestaltbar und/oder weisen eine höhere Lebensdauer im Vergleich zu Dichtungen auf, die durch eine translatorische und rotatorische Bewegung belastet werden.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4a hat der Zylinder 1 im Unterschied zu den vorhergehend erläuterten Ausführungsbeispielen keine Triebwelle. Stattdessen ist ein Zapfen 52 vorgesehen. Dieser erstreckt sich ausgehend von einer inneren Kopffläche 54 des Kopfs 24 des Zylindergehäuses 4. Der Zapfen 52 ist hierbei etwa koaxial zur Längsachse des Zylindergehäuses 4 angeordnet und endet innerhalb des Zylindergehäuses 4 in axialer Richtung gesehen beabstandet zum Boden 12.
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Die Kolbenstange 10 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Aussparung in Form einer Sacklochbohrung 56, die ausgehend vom Kolben 2 in die Kolbenstange 10 eingebracht ist. Der Zapfen 52 durchsetzt dann die Hydromaschine 20 vollständig und kann dann in die Sacklochbohrung 56 eintauchen. Auf der von Kolbenstange 10 wegweisenden Seite des Kolbens 2 ist ein Speicher 58 angeordnet. Dieser ist fest mit dem Kolben 2 verbunden und hat einen Außendurchmesser, der etwa dem Außendurchmesser des Kolbens 2 entspricht. Ein Querschnitt des Speichers 58 ist etwa kreisringförmig ausgebildet. Der Speicher 58 hat somit eine Durchgangsaussparung 60, die von dem Zapfen 52 durchsetzt ist. Ein Durchmesser der Durchgangsaussparung 60 ist dabei größer gewählt als ein Durchmesser des Zapfens 52. In die Durchgangsaussparung 60 mündet hierbei der Druckmittelanschluss 32 der Hydromaschine 20. Diese kann somit über den Druckmittelanschluss 32 und über die Durchgangsaussparung 60 in die erste Zylinderkammer 6, siehe auch 4b, Druckmittel fördern oder von dieser saugen.
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Die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 ist drehfest mit dem Zapfen 52 verbunden und relativ zur diesem in axialer Richtung verschiebbar. Die erste Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 wird dann über die Kolbenstange 10 angetrieben. Drehrichtungsabhängig fördert die Hydromaschine 20 dann Druckmittel von der erste Zylinderkammer 6 in die zweite Zylinderkammer 8 oder umgekehrt. Zum Volumenausgleich zwischen den Zylinderkammern 6 und 8 bei einer Verschiebung des Kolbens 2 in axialer Richtung ist dann der Speicher 58 vorgesehen.
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Anstelle des Speichers 58 mit dem Kolben 2 mitzubewegen, ist auch denkbar, diesen fest mit dem Zylindergehäuse 4 zu verbinden.
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Der Zapfen 52 kann zur Verdrehsicherung im Querschnitt gesehen ein Profil aufweisen, das mit einem entsprechenden Profil der zweiten Maschineneinrichtung zusammenwirkt.
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Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel in den 5a und 5b ist anstelle des Zapfens 52 gemäß der vierten Ausführungsform der 4a und 4b die Triebwelle 22 vorgesehen. Diese ist relativ zum Zylindergehäuse 4 drehbar und an diesem lagefixiert. Die Dichtmittel zwischen der Triebwelle 22 und dem Zylindergehäuse 4 werden demnach vorteilhafterweise nur durch eine rotatorische Bewegung belastet. Die Triebwelle 22 kragt durch die Durchgangsöffnung 26 aus dem Kopf 24 des Zylindergehäuses 4 aus. Die Triebwelle 22 durchsetzt den Speicher 58 und die Hydromaschine 20 mit dem Kolben 2 und ist in die Sacklochbohrung 56 der Kolbenstange 10 eintauchbar. Die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 ist dann drehfest mit der Triebwelle 22 verbunden und in axialer Richtung relativ zu dieser verschiebbar. Die Kolbenstange 10 ist drehfest mit dem Zylindergehäuse 4 verbunden. Zum Verschieben des Kolbens 2 zusammen mit dem Speicher 58 und der Hydromaschine 20 wird die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 über die Triebwelle 22 angetrieben.
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5a zeigt hierbei eine eingefahrene Position der Kolbenstange 10 und 5b eine ausgefahrene Position der Kolbenstange 10.
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Gemäß der sechsten Ausführungsform in den 6a und 6b erstreckt sich die Triebwelle 22 im Unterschied zum fünften Ausführungsbeispiel in den 5a und 5b auf der gleichen Seite aus dem Zylindergehäuse 4, wie die Kolbenstange 10. Hierzu weist die Kolbenstange 10 eine axiale Durchgangsaussparung 46 auf. Über diese wird die Kolbenstange 10 vollständig von der Triebwelle 22 durchsetzt, wobei die Triebwelle 22 dann aus der Kolbenstange 10 mit dem Endabschnitt 48 auskragt. Die Triebwelle 22 ist fest mit der zweiten Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 verbunden. Die Triebwelle 22 durchsetzt dabei die Hydromaschine 20 vollständig und endet beim Speicher 58. Dieser ist hierbei im Unterschied zu den Ausführungsformen der 4a bis 5b nicht mit einem etwa kreisringförmigen Querschnitt ausgestaltet, sondern weist lediglich eine Durchgangsaussparung 70 auf, die als Fluidkanal dient. Die Durchgangsaussparung 70 verbindet dann den Druckmittelanschluss 32 der Hydromaschine 20 mit der ersten Zylinderkammer 6, siehe auch 6b.
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Die Kolbenstange 10 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 6a und 6b drehfest mit dem Zylindergehäuse 4 verbunden und in axialer Richtung relativ zu diesem verschiebbar. Zum Verschieben des Kolbens 2 wird die Hydromaschine 20 über die Triebwelle 22 angetrieben.
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Gemäß 6a ist die Kolbenstange 10 hierbei in einer eingefahrenen Position und gemäß 6b in einer ausgefahrenen Position gezeigt.
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Bei den Ausführungsformen der 4a bis 6b handelt es sich dann um einen Differenzialzylinder.
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Der Zylinder 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel hat in den 7a und 7b nur eine wirksame Zylinderkammer 6. Der Kolben mit seiner Kolbenstange ist hierbei durch eine etwa hohlzylindrische Hülse 72 gebildet. Deren Außendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser des Zylindergehäuses 4. In die Hülse 72 sind dann der Speicher 58 und die Hydromaschine 20 angeordnet. Die Hydromaschine 20 ist dabei in Radialrichtung gesehen vollständig von der Hülse 72 umfasst und erstreckt sich ausgehend von der zum Kopf 24 des Zylindergehäuses 4 weisenden Stirnfläche 16 der Hülse 72. Im Anschluss an die Hydromaschine 20 ist der Speicher 58 in der Hülse 72 angeordnet, der sich dann ausgehend von der Hydromaschine 20 bis zur von der Stirnfläche 16 wegweisenden Stirnfläche 76 der Hülse 72 erstreckt. Der Speicher 58 ist etwa hohlzylindrisch ausgestaltet. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 4a und 4b ist in dem Zylindergehäuse 4 der Zapfen 52 vorgesehen, der sich ausgehend vom Kopf 24 in axialer Richtung erstreckt und dabei die Hydromaschine 20 durchsetzt und in den Speicher 58 in dessen Durchgangaussparung 60 eintauchbar ist.
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Da der Außendurchmesser der Hülse 72 dem Innendurchmesser des Zylindergehäuses 4 entspricht und die Hülse 72 aus dem Zylindergehäuse 4 auskragt, ist im Unterschied zu den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen kein Boden in dem Zylindergehäuse 4 vorgesehen. In der Durchgangsöffnung 78 des Zylindergehäuses 4, durch die die Hülse 72 dann geführt ist, sind Dichtmittel eingebracht.
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Die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 ist drehfest mit dem Zapfen 52 verbunden und relativ zu diesem in axialer Richtung verschiebbar. Die erste Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 ist dann über die als Kolbenstange eingesetzte Hülse 72 antreibbar.
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7a zeigt den Zylinder 1 dabei in einer eingefahrenen Position und 7b in einer ausgefahrenen Position.
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Der Zylinder 1 gemäß den 8a und 8b hat in seinem achten Ausführungsbeispiel im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 7a und 7b keinen Zapfen, sondern eine Triebwelle 22. Diese ist am Zylindergehäuse 4 lagefest angeordnet und kragt über den Kopf 24 aus dem Zylindergehäuse 4 aus. Sie durchsetzt die Hydromaschine 20 und kann in den Speicher 58 eintauchen. Sie endet dabei innerhalb des Zylindergehäuses 4 in axialer Richtung gesehen beabstandet zur Durchgangsöffnung 78.
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Die zweite Maschineneinrichtung der Hydromaschine 20 ist dann drehfest mit der Triebwelle 22 verbunden und in axialer Richtung relativ zu dieser verschiebbar. Die Hülse 72 ist dann drehfest in dem Zylindergehäuse 4 angeordnet. Zum Verschieben der Hülse 72 wird die Hydromaschine 20 über die Triebwelle 22 angetrieben.
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In der 8a ist die Hülse 72 in der eingefahrenen Position und in der 8b in der ausgefahrenen Position gezeigt.
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Wird die Hydromaschine 20 über die Hülse 72 angetrieben, so fördert sie entweder Druckmittel vom Speicher 58 in die erste Zylinderkammer 6, womit die Hülse 72 weg vom Kopf 24 bewegt wird, oder von der ersten Zylinderkammer 6 in den Speicher 58, womit die Hülse 72 hin zum Kopf 24 bewegt wird.
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Die 9a und 9b zeigen den Zylinder 1 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel aus den 8a und 8b ist die Triebwelle 22 lagefest mit der Hülse 72 über die Hydromaschine 20 verbunden und kragt nicht aus dem Kopf 24 des Zylindergehäuses 4 aus, sondern aus der Durchgangsöffnung 78. Die Triebwelle 22 durchsetzt dabei die Hydromaschine 20 und endet in axialer Richtung gesehen auf Höhe der Stirnfläche 16 der Hülse 72. Ausgehend von der Hydromaschine 20 erstreckt sich die Triebwelle 22 dann vollständig durch die Durchgangsausparung 60 des Speichers 58 und kragt aus diesem mit dem Endabschnitt 48 aus. Die Hülse 72 ist drehfest mit dem Zylindergehäuse 4 verbunden, während die Triebwelle 22 drehbar ist. Über die Triebwelle 22 ist dann die Hydromaschine 20 angetrieben.
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Gemäß 9a ist die Hülse 72 in einer eingefahrenen Position und gemäß 9b in einer ausgefahrenen Position dargestellt.
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Offenbart ist ein Zylinder, der einen Kolben mit einer Hydromaschine aufweist. Mit dieser kann Druckmittel zwischen beiden Seiten des Kolbens hin- und hergefördert werden, so dass sich der Kolben bewegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 2
- Kolben
- 4
- Zylindergehäuse
- 6
- erste Zylinderkammer
- 8
- zweite Zylinderkammer
- 10
- Kolbenstange
- 12
- Boden
- 14
- Durchgangsöffnung
- 16
- Stirnfläche
- 18
- Aussparung
- 20
- Hydromaschine
- 22
- Triebwelle
- 24
- Kopf
- 26
- Durchgangsöffnung
- 28
- Stirnfläche
- 30
- Druckmittelanschluss
- 32
- Druckmittelanschluss
- 34
- Stange
- 36
- Stange
- 38
- Durchgangsöffnung
- 40
- Durchgangsöffnung
- 42
- Kolbenstange
- 44
- Platte
- 46
- Durchgangsaussparung
- 48
- Endabschnitt
- 50
- Druckmittelanschluss
- 52
- Zapfen
- 54
- Kopffläche
- 56
- Sacklochbohrung
- 58
- Speicher
- 60
- Durchgangsaussparung
- 70
- Durchgangsaussparung
- 72
- Hülse
- 76
- Stirnfläche
- 78
- Durchgangsöffnung
