DE102014114344B4

DE102014114344B4 - Arbeitszylinder

Info

Publication number: DE102014114344B4
Application number: DE102014114344.2A
Authority: DE
Inventors: Klaus Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Mayer Klaus De
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: DE102014114344A1

Abstract

Arbeitszylinder mit einem Gehäuse (1), in dem zumindest ein axial verschiebbarer Kolben (9) zwischen zwei Druckräumen (10, 11) angeordnet ist, wobei ein Druckraum (10) der Aufnahme eines gasförmigen und der andere Druckraum (11) der Aufnahme eines flüssigen Mediums dient und wobei den Kolben (9) zumindest eine Querbohrung (16) durchzieht, welche zwischen Innenwand (14) des Druckraums (10, 11) und einer an der Innenwand (14) des Druckraums (10, 11) entlang gleitenden Umfangsfläche des Kolbens (9) ausmündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrung (16) mit einem aussermittigen Rüssel (19), der aus dem Kolben (9) herausführt, in Verbindung steht und der Rüssel (19) gleitbar in einer Bohrung in einem Zylinderkopf (2) geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
Arbeitszylinder dieser Art sind in vielfältiger Form und Ausführung bekannt und auf dem Markt. Durch sie wird eine Vielzahl von Tätigkeiten verrichtet. Der Kolben ist dabei in der Regel mit einer Kolbenstange verbunden, an der sich ein beliebiges Arbeitselement befindet.
Vor allem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Arbeitszylinder mit Druckübersetzung. In der DE 198 59 891 A1 wird ein hydropneumatischer Druckübersetzer gezeigt, wie er vor allem bei Werkzeugmaschinen eingesetzt wird und unter wechselnden Drücken, nämlich Hochdruck und Niederdruck im Arbeitsraum, sowie pneumatischen und hydraulischen Arbeitsmitteln mit z. T. schlagartiger Druckerhöhung und zum Teil vom Überdruck zum Unterdruck wechselnd arbeitet. Derartige Druckübersetzer dienen auch vor allem dazu, ein Arbeitselement der Kolbenstange schnell vorzubewegen, den eigentlichen Arbeitshub dann mit erhöhtem Druck zu vollziehen.
Aus der WO 2013/167225 A1 ist weiterhin eine hydropneumatische Vorrichtung zur Druckübersetzung bekannt. Diese dort gezeigte Vorrichtung weist einen Arbeitskolben und einen Übersetzerkolben zur Druckübersetzung auf den Arbeitskolben auf, wobei für die Bereitstellung einer Arbeitskraft durch den Arbeitskolben der pneumatisch beaufschlagte Übersetzerkolben in eine Hydraulikflüssigkeit eintaucht und nach dem Verdrängerprinzip Hydraulikflüssigkeit verdrängt, wobei der Arbeitskolben in einem Krafthub mit einer Kraftübersetzung entsprechend der wirksamen Kolbenfläche von der verdrängten Hydraulikflüssigkeit in eine Arbeitsrichtung bewegt wird. Ausserdem ist ein Speicherkolben vorgesehen, der vor dem Krafthub eine schnelle Eilbewegung des Arbeitskolbens bei einem ersten Hub bzw. bei einem Eilhub das Nachfliessen von Hydraulikflüssigkeit unterstützt. Derartige Arbeitszylinder haben den Nachteil, dass der Kolben einerseits von einem gasgefüllten Druckraum und andererseits von einem mit Flüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl gefüllten Druckraum beaufschlagt wird. Bei der Bewegung des Kolbens sind Leckagen von dem einen zu dem anderen Raum kaum zu vermeiden, d. h., die Gas-Flüssigkeits-Trennung stellt hier ein erhebliches Problem dar.
Ferner werden oft unterschiedliche Druckübersetzer gefordert, wozu dann unterschiedliche Arbeitszylinder vorgesehen sind, was diese Art der Druckübersetzung dann wesentlich verteuert.
Die DE 197 15 604 A1 beschreibt einen pneumatisch hydraulischen Druckübersetzer. Hier ist eine Druckluftzuführung zur Belüftung eines Druckraumes vorgesehen. Nachteilig ist aber, dass am Arbeitszylinder nur eine sehr geringe Rückhubkraft vorhanden ist, da der Luftdruck, der auf dem Ölvolumen anliegt, immer der Rückhubkraft entgegenwirkt und das ganze System auch nur vertikal zum Einsatz kommen kann.
Die DE 10 2007 030 400 A1 bezieht sich auch auf einen hydraulischen Druckübersetzer. Dort wird ein als Ringkolben ausgebildeter Speicherkolben beschrieben, der axial verschiebbar angeordnet und durch Radialdichtungen nach innen und aussen abgedichtet ist. Ausserdem ist auf der Mantelfläche dieses Speicherkolbens eine lange Ringnut vorgesehen und über eine Entlüftungsbohrung nach aussen hin druckentlastet. Auf der Innenseite des Speicherkolbens ist eine zusätzliche Ringnut vorgesehen, welche über eine radial im Speicherkolben verlaufende Entlastungsbohrung mit der Ringnut verbunden und dadurch ebenfalls druckentlastet ist. Hierdurch wird erreicht, dass irgendwelche ungewünscht in den Spalt zwischen Zylinderrohr und Speicherkolben gelangende Gase oder auch Flüssigkeiten druckentlastet bzw. nach aussen abgeleitet werden. Nachteilig wirkt sich hier aus, dass sich nur kurze Zusteller übel verwirklichen lassen, da bei langen Üben der Zylinder enorm verlängert werden muss, da der Bauraum, der zur Entlüftung benötigt wird, sehr groß ist.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Arbeitszylinder der o. g. Art vorzusehen, bei dem Leckagen zwischen den einzelnen Druckräumen auf ein Minimum reduziert oder gänzlich beseitig werden.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale von Anspruch 1.
Das bedeutet, dass Leckagen gasförmiger oder flüssiger Art, wenn sie zwischen Räume zwischen dem gasförmigen Druckraum und dem flüssigen Druckraum gelangen, in die Querbohrung ausweichen können. Es wird damit gewährleistet, dass diese Leckagen zumindest zum grössten Teil nicht in den jeweils anderen Druckraum gelangen.
Von dort sollen die sich dort ansammelnden Leckagen auch weiter abgeführt werden Gemäss der vorliegenden Erfindung ist hierzu ein aussermittiger Rüssel vorgesehen, der von der Querbohrung nach aussen führt. Am geeignetsten erscheint hierzu, wenn dieser Rüssel in etwa parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens angeordnet wird, da dann dieser Rüssel auch der Bewegung des Kolbens folgen kann. Geeignet erscheint hierzu, wenn der Rüssel von dem Kolben durch einen der Druckräume hindurch und durch eine dann folgende Wand des Druckraumes hindurchgeführt wird. In der Regel dürfte dies ein Zylinderkopf sein. Der Rüssel ist dann in einer entsprechenden Bohrung in der Wand/in dem Zylinderkopf geführt, wobei diese Bohrung natürlich mit entsprechenden Dichtungen ausgerüstet ist.
Bevorzugt soll in dem Kolben eine Mehrzahl von Querbohrungen vorgesehen sein, die in etwa radial verlaufen. Letzteres muss aber nicht sein, sie können tangential oder den Kolben querend durchlaufen.
Im Falle, dass eine Mehrzahl von Querbohrungen vorgesehen ist, dürfte es sich als ratsam erweisen, diese Querbohrungen durch entsprechende Ringkanäle in der inneren bzw. äusseren Umfangsfläche des Kolbens zu verbinden, so dass dann die entsprechenden Leckagen in diejenige Querbohrung geleitet werden, die mit dem oben beschriebenen Rüssel in Verbindung steht. Natürlich können mehrere Rüssel vorgesehen sein: Besser erscheint aber, wenn der Innendurchmesser des Rüssels vergrössert wird, so dass er eine grössere Menge Leckagen ableiten kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel befinden sich bevorzugt beidseits der Querbohrung zu den einzelnen Druckräumen hin nach jeweils zusätzliche Dichtungen, welche bereits den Hauptteil der Leckagen verhindert.
Figurenbeschreibung
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Arbeitszylinder;
2 einen teilweise dargestellten Längsschnitt durch den Arbeitszylinder gemäss 1 entlang Linie A-A;
3 einen Teillängsschnitt durch den Arbeitszylinder gemäss 1 entlang Linie A-A;
4 und 5 zwei Teillängsschnitte entsprechend 3 durch jeweils eine unterschiedliche Ausführungsform des Arbeitszylinders.
Ein erfindungsgemässer Arbeitszylinder P weist gemäss 1 ein Gehäuse 1 auf, welches einerseits von einem Zylinderkopf 2 und andererseits von einem Deckel 3 begrenzt ist. Dazwischen sind ein Zwischenflansch 4 und ein Zwischenkörper 5 vorgesehen, sowie zwischen dem Zwischenflansch 4 und dem Zylinderklopf 2 als auch zwischen dem Zwischenkörper 5 und dem Deckel 3 sind jeweils ein Zylinderrohr 6 bzw. 7 angeordnet. Das ganze wird von Zugankern 8 zusammengespannt.
Das Innere des Arbeitszylinders ist für eine Druckübersetzung ausgestaltet. Die wesentliche Anordnung für die Druckübersetzung ist in 2 gezeigt. Dort befindet sich in dem Zylinderrohr 6 ein Kolben 9 zwischen einem Pneumatikraum 10 und einem Hydraulikraum 11. Der Pneumatikraum 10 kann mit einem Gas, insbesondere Druckluft gefüllt werden, der Hydraulikraum mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit einem Öl.
Der Kolben 9 umfängt ein Druckrohr 12, welches ebenfalls in dem Pneumatikraum 10 und Hydraulikraum 11 angeordnet ist. Dabei bildet der Kolben 9 zum Druckrohr 12 hin eine innere Umfangsfläche 13 aus. Er weist bevorzugt zwei Führungsscheiben 29.1 und 29.2, die in diesem bevorzugten Fall aus hochfestem Aluminium, z. B. harteloxiert, aber auch aus jedem anderen Werkstoff mit entsprechenden Führungseigenschaften bestehen, welche gleichzeitig als axiale Einbaubegrenzung für Dichtungen 30.1 und 30.2 dienen. Diese Anordnung hat den Vorteil, einer optimalen Führungseigenschaft bei gleichzeitig kleinstem Bauraum.
Zu einer Innenwand 14 des Zylinderrohres 6 bzw. der Druckräume 10 und 11 bildet der Kolben 9 eine äussere Umfangsfläche 15 aus. Zwischen der äusseren Umfangsfläche 15 und der inneren Umfangsfläche 13 erstreckt sich etwa radial durch den Kolben 9 hindurch eine Querbohrung 16. Bevorzugt sind radial um das Druckrohr 12 herum eine Mehrzahl von derartigen Querbohrungen 16 vorgesehen, die über einen äusseren Ringkanal 15 und einen inneren Ringkanal 18 in dem Kolben 9 miteinander verbunden sind.
Von der Querbohrung 16 zweigt ein aussermittiger Rüssel 19 ab, der durch den Zylinderkopf 2 abgedichtet nach aussen führt.
Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:
Für einen Schnellhub einer in den 3 bis 5 gezeigten Kolbenstange 20 wird der Pneumatikraum 10 mit Druckluft beaufschlagt. Unter dem Druck dieser Druckluft bewegt sich der Kolben 9 entlang dem Druckrohr 12 nach unten, wobei Flüssigkeit aus dem Hydraulikraum 11 verdrängt wird. Diese Flüssigkeit gelangt durch entsprechende Bohrungen 21 und über ein Rückschlagventil 22 sowie einen Spalt zwischen Dichtung und Kolbenstange in der in den Figuren gezeigten Grundstellung in das Innere des Druckrohrs 12 zum Bewegen der Kolbenstange 20 in Richtung x, wobei ein entsprechender Druckraum vor einem weiteren Kolben 9.1 ausgebildet wird. Wie dies geschieht, ist im vorliegenden Fall von untergeordneter Bedeutung. Erfindungswesentlich ist, dass Leckagen, die immer zwischen dem Pneumatikraum 10 und dem Hydraulikraum 11 entstehen können, weitestgehend verhindert werden. Dies geschieht nicht nur durch entsprechende Lippendichtungen 23, sondern vor allem durch die Aufnahme solcher gasförmigen bzw. flüssigen Leckagen in den Querbohrungen 16, wobei diese Leckagen dann über den aussermittigen Rüssel 19 nach aussen abgeführt werden.
Beim Bewegen des Kolbens 9 in dem Zylinderrohr 6 folgt auch der Rüssel 10, wobei er in dem Zylinderkopf 2 in einer entsprechenden Dichtungsanordnung 24 geführt ist.
Die Kolbenstange 20 ist leicht austauschbar, was in den 3 bis 5 dargestellt wird. Die Kolbenstange 20 erstreckt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel anschliessend an das Druckrohr 12, welches sich noch durch den Zwischenflansch 4 und teilweise den Zwischenkörper 5 hinein erstreckt. Damit geschieht die Verbindung zwischen Kolbenstange 20 und Druckrohr 12 über ein Zwischenstück 25, welches mit einer Dichtungsaufnahme 26 zusammenwirkt. Darauf folgt eine Ölzuführung 27 in Grundstellung, der in Verbindung mit der Bohrung 21 steht. Danach erstreckt sich um die Kolbenstange 20 herum eine weitere Dichtungsaufnahme 28.
In 3 ist eine Kolbenstange 28 mit einem Durchmesser d₂ dargestellt. Die Druckübersetzung beträgt 1:39.
Wird nun eine andere Druckübersetzung gewünscht, z. B. eine Druckübersetzung 1:25, so soll der Kolben nach 4 einen Durchmesser d₃ aufweisen. Diesem Durchmesser werden erfindungsgemäss die beiden Dichtungsaufnahmen 28.1 und 26.1 angepasst, jedoch nicht deren entsprechende Aufnahmen in dem Zwischenkörper 5. Das gleiche gilt auch für das Zwischenstück 25.1 und dementsprechend den Zwischenflansch 4. Das Innere von Zwischenstück 25, Dichtungsaufnahme 26 und Dichtungsaufnahme 28 wird dann so abgeändert, dass es dem grösseren Durchmesser d₃ der Kolbenstange 20.1 angepasst ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss 5 handelt es sich um ein Übersetzungsverhältnis von 1:17,5, wobei die Kolbenstange 20.2 einen Durchmesser d₄ aufweist. Entsprechend dem zu 4 Ausgeführten sind auch hier die beiden Dichtungsaufnahmen 26.2 und 28.2 und das Zwischenstück 25.2, der Vergrösserung angepasst. Zwischenflansch 4 und Zwischenkörper 5 bleiben gleich. Bezugszeichenliste

1	Gehäuse
2	Zylinderkopf
3	Deckel
4	Zwischenflansch
5	Zwischenkörper
6	Zylinderrohr
7	Zylinderrohr
8	Zuganker
9	Kolben
10	Pneumatikraum
11	Hydraulikraum
12	Druckrohr
13	Innere Umfangsfläche
14	Innenwand
15	äußere Umfangsfläche
16	Querbohrung
17	Ringkanal
18	Ringkanal
19	Rüssel
20	Kolbenstange
21	Bohrung
22	Rückschlagventil
23	Lippendichtung
24	Dichtungsanordnung
25	Zwischenstück
26	Dichtungsaufnahme
27	Ölzuführung
28	Dichtungsaufnahme
29	Führungsscheiben
30	Dichtung
d	Durchmesser von 20
P	Arbeitszylinder

Claims

Arbeitszylinder mit einem Gehäuse (1), in dem zumindest ein axial verschiebbarer Kolben (9) zwischen zwei Druckräumen (10, 11) angeordnet ist, wobei ein Druckraum (10) der Aufnahme eines gasförmigen und der andere Druckraum (11) der Aufnahme eines flüssigen Mediums dient und wobei den Kolben (9) zumindest eine Querbohrung (16) durchzieht, welche zwischen Innenwand (14) des Druckraums (10, 11) und einer an der Innenwand (14) des Druckraums (10, 11) entlang gleitenden Umfangsfläche des Kolbens (9) ausmündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbohrung (16) mit einem aussermittigen Rüssel (19), der aus dem Kolben (9) herausführt, in Verbindung steht und der Rüssel (19) gleitbar in einer Bohrung in einem Zylinderkopf (2) geführt ist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rüssel (19) einen Axialkanal aufweist, der mit der Querbohrung (16) in Verbindung steht.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (9) ein Arbeitselement (12) umfängt, welches mit einer Kolbenstange (20) zusammen wirkt, wobei dieses Arbeitselement (12) ebenfalls in den Druckräumen (10, 11) angeordnet ist, und die oder eine weitere Querbohrung (16) zwischen dem Arbeitselement (12) und einer inneren Umfangsfläche (13) des Kolbens (9) ausmündet.
Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (9) auch entlang dem Arbeitselement (12) gleitet.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Innenwand (14) des Druckraums (10, 11) und äußerer Umfangsfläche des Kolbens (9) und/oder zwischen dem Arbeitselement (12) und der inneren Umfangsfläche des Kolbens (9) ein Ringraum (17, 18) vorgesehen ist, in den die Querbohrung/en (16) einmündet/en.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein- oder beidseits der Querbohrung/en (16) Dichtungen (23) vorgesehen sind.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (9) zumindest eine Führungsscheibe (29.1, 29.2) zur Einbaubegrenzung von zumindest einer Dichtung (30.1, 30.2) aufweist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheibe (29.1, 29.2) aus hochfestem Aluminium besteht.