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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus dem Stand der Technik sind Hydraulikzylinder oder Hydrozylinder bekannt, die ein Zylinderrohr mit einem Kopf und einem Boden aufweisen. Im Zylinderrohr ist ein Kolben gleitend geführt, der einen ersten Druckraum von einem zweiten Druckraum trennt. Vom Kolben aus erstreckt sich zumindest eine Kolbenstange, die den Kopf durchsetzt und nach außen auskragt.
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Aus der
DE 10 2013 212 224 A1 ist ein Hydraulikzylinder bekannt, bei dem im Bereich des Kopfs eine Spaltbuchse vorgesehen ist, die die Kolbenstange umgreift. Die Spaltbuchse bildet zusammen mit der Kolbenstange eine Spaltdichtung aus. Die Spaltbuchse ist dabei an ihrer Außenmantelfläche abschnittsweise mit Druckmittel vom angrenzenden Druckraum radial nach innen beaufschlagt. Eine Innenmantelfläche der Spaltbuchse ist ebenfalls von Druckmittel beaufschlagt, wobei der auf die Innenmantelfläche wirkende Druck in Längsrichtung gesehen und in Richtung von innen nach außen gesehen linear abnimmt. Bei der Spaltbuchse handelt es sich nachteilig um ein präzises und kostenintensiv gefertigtes Metallteil. Dieses ist äußerst empfindlich gegenüber Druckverformungen.
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Alternativ zur Spaltbuchse ist denkbar, eine Elastomerdichtung vorzusehen, wobei sich allerdings nachteilig die Kolbenstange an dieser reibt. Außerdem weist die Elastomerdichtung einen vergleichsweise hohen Verschleiß auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hydraulikzylinder zu schaffen, der kostengünstig ist und eine vergleichsweise geringe oder keine Reibung und einen vergleichsweise geringen oder keinen Verschleiß aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein Zylinder, insbesondere ein Hydraulikzylinder, mit einem Zylindergehäuse vorgesehen. Eine Kolbenstange ist hierbei aus dem Zylindergehäuse über eine Gehäuseöffnung geführt. Zwischen der Kolbenstange und dem Zylindergehäuse ist vorzugsweise ein ringförmiges Dichtelement in der Gehäuseöffnung vorgesehen. Dieses kann die Kolbenstange umfassen. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich die Kolbenstange von einem im Zylindergehäuse geführten Kolben weg erstreckt, der von einer ringförmigen Kolbendichtung umfasst sein kann, die beispielsweise am Kolben vorgesehen ist. Mit Vorteil ist zumindest eine Drucktasche vorgesehen. Diese kann unter anderem von einer Außenmantelfläche des die Kolbenstange umgreifenden Dichtelements begrenzt sein. Über einen Fluidpfad kann die Drucktasche mit einem von der Innenmantelfläche des Dichtelements begrenzten Dichtbereich verbunden sein. Im Übrigen kann die Drucktasche beispielsweise abgedichtet sein. Von der Drucktasche aus gesehen liegt der Dichtbereich radial innen von dieser. Der Dichtbereich und die Drucktasche können somit beispielsweise in Radialrichtung gesehen hintereinander in Reihe angeordnet sein. Der Dichtbereich wird vorzugsweise vom Dichtelement und der Kolbenstange begrenzt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Drucktasche ausgebildet ist, die von einer Innenmantelfläche der den Kolben umgreifenden Kolbendichtung begrenzt ist. Die Drucktasche kann dann weiter über einen Fluidpfad mit einem von einer Außenmantelfläche der Kolbendichtung begrenzten Dichtbereich verbunden sein. Der Dichtbereich ist dann vorzugsweise von der Drucktasche aus gesehen radial außen von dieser angeordnet, wobei die Drucktasche und der Dichtbereich in Radialrichtung gesehen in Reihe angeordnet sein können. Der Dichtbereich ist vorzugsweise vom Dichtelement und vom Zylindergehäuse begrenzt.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass das Dichtelement und/oder die Kolbendichtung im Bereich ihrer Drucktasche im Wesentlichen druckausgeglichen sind. Je nach Ausgestaltung der Drucktasche und Anzahl von Drucktaschen kann beispielsweise auch eine im Wesentlichen vollständige Druckentlastung der Kolbendichtung und/oder des Dichtelements erfolgen. Soll eine Spaltdichtung zwischen dem Dichtelement und der Kolbenstange beziehungsweise zwischen der Kolbendichtung und dem Zylindergehäuse vorgesehen werden, so kann diese durch entsprechende Ausgestaltung der zumindest einen Drucktasche oder der zumindest einen jeweiligen Drucktasche ausgebildet werden. Durch die Drucktasche oder Drucktaschen kann somit vorteilhafterweise beispielsweise ein kleiner Spalt mit definierte Leckage ausgebildet werden, wobei es nicht notwendig ist, das Dichtelement und/oder die Kolbendichtung präzise und kostenintensiv herzustellen. Tatsächlich kann das Dichtelement im Innendurchmesser und/oder die Kolbendichtung im Außendurchmesser vergleichsweise ungenau, beispielsweise aus einem günstigen Kunststoff, gefertigt werden, ohne dass hierdurch die Spaltdichtung negativ beeinflusst wird. Die Spaltdichtung kann, wie vorstehend bereits erläutert, eben aufgrund der zumindest einen Drucktasche definiert eingestellt werden.
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Bei der im Folgenden beschriebenen Drucktasche kann es sich um die Drucktasche für die Dichtbuchse und/oder für die Kolbendichtung handeln. Wird eine Drucktasche erläutert, so können diese Erläuterungen auch für Mehrere oder alle Drucktaschen gelten.
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Die Drucktasche ist vorzugsweise in beide Längsrichtungen des Hydraulikzylinders gesehen abgedichtet. Somit kann die Drucktasche definiert in Längsrichtung begrenzt werden. Die Abdichtung erfolgt vorzugsweise über zusätzliche Dichtelemente. Die Drucktasche für das Dichtelement ist dann zwischen der Außenmantelfläche des Dichtelements, einer Innenmantelfläche des Zylindergehäuses oder eines Kopfes des Zylindergehäuses und den zusätzlichen Dichtelementen vorgesehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Drucktasche oder eine jeweilige Drucktasche ringförmig ausgestaltet sein und das Dichtelement und/oder die Kolbendichtung umgreifen. In Längsrichtung der Dichtbuchse und/oder der Kolbendichtung gesehen kann die Drucktasche von zwei Dichtelementen in Form von Dichtringen begrenzt sein. Bei dem Dichtelement können die Dichtringe das Dichtelement am Außenumfang umgreifen. Bei der Kolbendichtung kann vorgesehen sein, dass die Dichtringe radial innen von der Kolbendichtung vorgesehen sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Drucktasche bei dem Dichtelement über einen im Dichtelement ausgebildeten Fluidkanal mit dem Druckbereich verbunden ist, was vorrichtungstechnisch äußerst einfach ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Drucktasche bei der Kolbendichtung über einen in der Kolbendichtung ausgebildeten Fluidkanal mit dem Druckbereich verbunden ist. Weiter vorrichtungstechnisch einfach ist denkbar, den Fluidkanal als Radialbohrung oder Radialkanal auszugestalten, der einfach herstellbar ist. Außerdem ist denkbar, mehrere Fluidkanäle oder Fluidpfade für die Drucktasche vorzusehen, damit ein äußerst schneller Druckangleich zwischen dem Druck in der Drucktasche und dem Druck im Druckbereich vorgesehen ist. Die Mehrzahl von Fluidpfaden sind vorzugsweise auf einem Teilkreis vorgesehen, also in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt und möglicherweise gleich ausgestaltet, was zu einer gleichmäßigen Druckbeaufschlagung des Dichtelements und/oder der Kolbendichtung über die Drucktasche führt. Die Fluidpfade sind beispielsweise als Bohrungsstern ausgebildet.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können einen Mehrzahl von Drucktaschen beim Dichtelement vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Mehrzahl von Drucktaschen bei der Kolbendichtung vorgesehen sein. Hierdurch können unterschiedliche Druckniveaus in den Drucktaschen ausgebildet werden, um beispielsweise einen oder den Dichtspalt noch genauer einzustellen. Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Drucktaschen in Längsrichtung gesehen in Reihe angeordnet. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass beispielsweise ein linearer Druckabfall im Druckbereich zwischen Dichtelement und Kolbenstange über die Drucktaschen annähernd abgebildet werden kann. Das gleiche gilt für den Druckbereich zwischen der Kolbendichtung und dem Zylindergehäuse. Somit kann ein linearer oder ein nicht konstanter - von innen nach außen in Längsrichtung gesehener - Druckverlauf im Dichtspalt kompensiert werden durch einen oder mehrere dem Druckbereich gegenüberliegende Druckkammern. Beispielsweise kann eine Aufweitung des Dichtelements und/oder der Kolbendichtung durch den linearen Druckverlauf im Dichtspalt durch einen gestuften Druckverlauf in den Drucktaschen oder Kammern, die der Aufweitung entgegen wirken, kompensiert werden. Es ist denkbar, dass zwischen zwei Drucktaschen ein, insbesondere gemeinsames, Dichtelement, insbesondere in Form eines Dichtrings, vorgesehen ist, was vorrichtungstechnisch äußerst einfach ist.
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Bevorzugter Weise weist das Dichtelement für den Dichtring oder für einen jeweiligen Dichtring eine, insbesondere von der Außenmantelfläche her eingebrachte, Ringaussparung auf, womit dieser vorrichtungstechnisch einfach definiert festgelegt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Kolbendichtung für den Dichtring oder für einen jeweiligen Dichtring eine, insbesondere von der Innenmantelfläche her eingebrachte, Ringaussparung hat. Das Dichtelement mit dem Dichtring oder mit den Dichtringen und/oder die Kolbendichtung mit dem Dichtring oder mit den Dichtringen kann/können dann eine Art Einheit bilden, die einfach montierbar ist.
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Bevorzugter Weise ist das Dichtelement im Zylindergehäuse in eine radial nach innen offene Ringnut eingesetzt. Es ist denkbar die Ringnut in einen Zylinderkopf oder einer Führungsbuchse des Hydraulikzylinders vorzusehen. Das Dichtelement kann dann radial nach innen von der offenen Ringnut auskragen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Kolbendichtung im Kolben in eine radial nach außen offene Ringnut eingesetzt ist und radial nach außen von dieser auskragt. Durch die Ringnut ist das Dichtelement und/oder die Kolbendichtung definiert im Hydraulikzylinder beziehungsweise im Kolben festgelegt.
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Bei dem Dichtelement und/oder der Kolbendichtung handelt es sich beispielsweise um eine Spaltbuchse. Das Dichtelement und/oder der Kolbendichtung ist/sind vorzugsweise, insbesondere etwa, als Hohlkreiszylinder ausgestaltet.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt eines Hydraulikzylinders gemäß einem Ausführungsbeispiel im Bereich seiner Austrittsöffnung,
- 2 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt des Hydraulikzylinders gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Bereich seines Kolbens und
- 3 in einem Längsschnitt einen Teil eines Dichtelements.
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Gemäß 1 ist ein Hydraulikzylinder 1 gezeigt, der schematisch mit einer Strichlinie dargestellt ist. Dieser hat eine Kolbenstange 2, die über eine Austrittsöffnung 4 aus einem Zylindergehäuse 6 auskragt. In dieses ist in einer die Kolbenstange 2 umgreifenden Fläche eine Ringnut 8 eingebracht. In dieser ist ein Dichtelement in Form einer Spaltbuchse 10 eingesetzt. Diese ist ringförmig und umgreift die Kolbenstange 2. Die Spaltbuchse 10 begrenzt mit ihrer Außenmantelfläche 4 Drucktaschen 12, 14, 16 und 18. Diese sind dann jeweils zwischen einem Nutgrund der Ringnut 8 und der Außenwandfläche der Spaltbuchse 10 ausgebildet. Voneinander getrennt sind die Drucktaschen 12 bis 18 über Dichtringe 20 von denen der Einfachheit halber nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die jeweils seitlichen Drucktaschen 12 und 18 sind dann zur Seite hin über einen Dichtring 20 begrenzt. Die Dichtringe 20 umgreifen die Spaltbuchse 10 und sind jeweils in eine äußere Ringnut der Spaltbuchse 10 eingesetzt. Von einer jeweiligen Drucktasche 12 bis 18 erstreckt sich des Weiteren radial nach innen jeweils ein Fluidkanal 22, von denen der Einfachheit halber nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Über den jeweiligen Fluidkanal 22 ist dann eine jeweilige Drucktasche 12 bis 18 mit einem Abschnitt des Druckbereichs 24 zwischen der Kolbenstange 2 und der Spaltbuchse 10 fluidisch verbunden. Liegt nun ein linearer Druckabfall von außen (p_2) nach innen (p_1) im Druckbereich 24 vor, was durch Pfeile 26 gekennzeichnet ist, so weisen die Drucktaschen 12 bis 18 jeweils einen sich voneinander unterscheidenden Druck auf, wobei die Drucktasche 12 den höchsten Druck hat und der Druck in den folgenden Drucktaschen 14 bis 18 jeweils kleiner wird, im Vergleich zur jeweiligen vorhergehenden Tasche in Längsrichtung der Kolbenstange 2 von innen nach außen des Zylindergehäuses 6 gesehen. Somit entsteht in Längsrichtung gesehen ein annähernd linearer Druckverlauf durch die Mehrzahl von Drucktaschen 12 bis 18. Der in Längsrichtung gesehen innerste Dichtring 20 trennt einen endseitigen Außenmantelflächenabschnitt der Spaltbuchse 10 von der Drucktasche 12 ab. Dieser ist fluidisch mit einem vor dem Druckbereich 24 vorgesehenen Eingangsbereich verbunden und weist somit einen höheren Druck im Vergleich zur benachbarten Drucktasche 12 auf. Der die Drucktasche 18 begrenzende letzte Dichtring 20 trennt einen Außenmantelflächenabschnitt der Spaltbuchse 10 von der Drucktasche 18 ab. Dieser ist dann fluidisch mit einem Austrittsbereich des Bereichs 24 verbunden und wird somit mit dem geringsten Druck beaufschlagt.
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Gemäß 2 ist ein Kolben 30 dargestellt, der in einem Zylinderrohr 32 des Hydraulikzylinders 1, siehe 1, geführt ist. Der Kolben trennt einen ersten Druckraum 32 von einem zweiten Druckraum 34. In eine Außenmantelfläche 36 des Kolbens 30 ist eine Ringnut 38 eingebracht. In diese ist eine ringförmige Kolbendichtung 40 eingesetzt, die den Kolben 30 umgreift. Die Kolbendichtung 40 kann als Spaltbuchse ausgestaltet sein. Mit ihrer Innenmantelfläche begrenzt die Kolbendichtung 40 mehrere Drucktaschen 42 bis 48, die in Längsrichtung des Kolbens 30 in Reihe angeordnet sind und den Kolben 30 umgreifen. Die Drucktaschen 42 bis 48 sind voneinander jeweils über einen Dichtring 50 abgegrenzt, wobei der Einfachheit halber in 2 nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Dichtringe 50 können hierbei jeweils in eine jeweilige innere Ringnut der Kolbendichtung 40 eingesetzt sein. Von einer jeweiligen Drucktasche 42 bis 48 erstreckt sich in radialer Richtung jeweils ein Fluidkanal 22, wobei der Einfachheit halber nur einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Fluidkanäle 22 sind mit einem Abschnitt eines Druckbereichs 52 zwischen einer Außenmantelfläche der Kolbendichtung 40 und dem Zylinderrohr 32 verbunden.
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Im Druckraum 34 herrscht gemäß dem Betriebszustand in 2 ein höherer Druck (p_1) als im Druckraum 32. Somit stellt sich im Druckbereich 52 ausgehend vom Druckraum 34 ein linear abfallender Druck in Längsrichtung des Kolbens 30 gesehen hin zum Druckraum 32 ein. Die Drucktaschen 42 bis 48 bilden dann entsprechend der Ausführungsform in 1 einen annähernd linearen Druckverlauf ab. Des Weiteren weist die Kolbendichtung 40 auf Seiten des Druckraums 34 einen Innenmantelflächenabschnitt auf, der vom randseitigen Dichtring 50 begrenzt ist und fluidisch mit dem Druckraum 34 verbunden ist. An ihrem auf Seiten des Druckraums 32 vorgesehenen Endabschnitt hat die Kolbendichtung 40 einen Innenmantelflächenabschnitt, der vom äußeren Dichtring 50 begrenzt ist und fluidisch mit dem Druckraum 32 verbunden ist.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Spaltbuchse 54 dargestellt. Diese weist im Unterschied zu 1 nur eine Drucktasche 56 auf. Diese ist in Längsrichtung gesehen zwischen zwei Dichtringen 20 ausgebildet. Der in der 3 rechte Dichtring 20 ist des Weiteren über einen Spalt 58 auf seiner von der Drucktasche 56 wegweisenden Seite mit dem höchsten Druck beaufschlagbar.
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Offenbart ist ein Hydraulikzylinder mit einem Zylindergehäuse in dem ein Kolben mit einer Kolbenstange gleitend geführt ist. Die Kolbenstange ist aus dem Zylindergehäuse über eine Gehäuseöffnung herausgeführt. In der Gehäuseöffnung ist ein Dichtelement vorgesehen, das die Kolbenstange umgreift. Das Dichtelement hat auf Seiten seiner Außenmantelfläche zumindest eine Drucktasche, die fluidisch mit einem Bereich zwischen dem Dichtelement und der Kolbenstange verbunden ist, wobei der Bereich in Längsrichtung gesehen auf Höhe der Drucktasche vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Kolben eine Kolbendichtung aufweisen, die diesen umgreift. Die Kolbendichtung kann an ihrer Innenmantelfläche eine Drucktasche haben, die dann fluidisch mit einem Bereich zwischen der Kolbendichtung und dem Zylindergehäuse verbunden ist, in Längsrichtung gesehen auf Höhe der Drucktasche.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikzylinder
- 2
- Kolbenstange
- 4
- Austrittsöffnung
- 6
- Zylindergehäuse
- 8
- Ringnut
- 10; 54
- Spaltbuchse
- 12, 14, 16, 18; 42, 44, 46, 48; 56
- Drucktasche
- 20, 50
- Dichtring
- 22
- Fluidkanal
- 24; 52
- Druckbereich
- 26
- Druckabfall
- 28
- Endabschnitt
- 30
- Kolben
- 31
- Zylinderrohr
- 32, 34
- Druckraum
- 36
- Außenmantelfläche
- 38
- Ringnut
- 40
- Kolbendichtung
- 58
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013212224 A1 [0003]
