DE102019216453A1

DE102019216453A1 - Hydrostatischer Zylinder mit Gasdruckspeicher

Info

Publication number: DE102019216453A1
Application number: DE102019216453.6A
Authority: DE
Inventors: Marc Weigand; Markus Junker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-04-29
Also published as: WO2021078727A1; EP4048903B1; US20220397127A1; EP4048903A1

Abstract

Offenbart ist ein hydrostatischer Zylinder mit einem Gasdruckspeicher, der vorzugsweise als Kolbenspeicher ausgebildet ist, und der konzentrisch am Außenumfang des Zylinders angeordnet ist. Über eine Konstantdruckquelle wird ein in Grenzen oder im Wesentlichen konstanter Gasdruck in dem Gasdruckspeicher und somit auch ein konstanter Druckmitteldruck unabhängig vom Füllungsgrad des Gasdruckspeichers realisiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinder mit einem Gasdruckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind hydraulische bzw. hydrostatische Zylinder bekannt, an deren Außenumfang Gasdruckspeicher angeordnet sind.
In den Druckschriften DE 100 11 002 A1 , DE 38 16 102 C1 , DE 10 2018 201 456 A1 und DE 698 05 252 T2 sind derartige Zylinder mit hohlzylindrischen bzw. im Querschnitt ringförmigen Gasdruckspeichern offenbart. Die Gasdruckspeicher weisen schlauchartige Membrane auf, die einen ringförmigen Gasraum von einem ringförmigen Druckmittelraum trennen. In den Druckschriften DE 10 2018 201 456 A1 und DE 698 05 252 T2 ist jeweils ergänzend ein Füllventil offenbart, über das Gas in den außen angeordneten ringförmigen Gasraum strömen kann.
Nachteilig an derartigen Zylindern mit integrierten Gasdruckspeichern ist, dass die Gasdruckspeicher wegen des eingespannten Gases nicht geeignet für kleine zulässige Druckspannen sind.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Zylinder mit integriertem Gasdruckspeicher zu schaffen, der trotz seiner kompakten Ausführung geeignet für kleine zulässige Druckspannen ist, die im z.B. Tankbereich zulässig sind. Insbesondere soll ein im Wesentlichen konstanter Druck im Gasdruckspeicher bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Zylinder mit Gasdruckspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die beanspruchte Anordnung weist einen Zylinder mit einem integrierten Gasdruckspeicher auf, wobei der Gasdruckspeicher im Querschnitt betrachtet ringförmig am Außenumfang des Zylinders angeordnet ist. In dem Gasdruckspeicher ist ein Gasraum von einem Druckmittelraum mittels eines elastischen oder beweglichen Trennelements getrennt. Erfindungsgemäß ist der Gasraum mit einer Konstantdruckquelle verbindbar oder verbunden. Damit wird die oben genannte Aufgabe gelöst, da der Gasdruckspeicher in seinem Druckmittelraum auch dann einen konstanten oder in Grenzen konstanten Druck aufweist, wenn Druckmittel aus dem Druckmittelraum abgelassen wird, wobei das Volumen des Gasraums zunimmt. Dann fördert die Konstantdruckquelle ergänzendes Gas in den Gasraum.
Weiterhin wird die Dynamik des Gasdruckspeichers verbessert. Weiterhin entsteht kein Verlust des Wirkmediums bzw. Gases, z.B. Stickstoff. Schließlich ist die Auslegung des Gasdruckspeichers vereinfacht, da eine Gaskompressionsberechnung entfällt.
Bei einer bevorzugten Anwendung ist der Gasdruckspeicher ein Niederdruckspeicher, wobei der Druckmittelraum einen Niederdruckanschluss hat. An den Niederdruckanschluss kann eine hydraulische Komponente eines geschlossenen hydraulischen Systems angeschlossen werden, dem auch der Zylinder zugeordnet ist, und mit dem auch der Zylinder über einen oder zwei Arbeitsanschlüsse verbunden ist. Das hydraulische System ist beispielweise eine servohydraulische Achse.
Der Niederdruckspeicher und die Konstantdruckquelle können z.B. für einen Maximaldruck von 7 bar, bei einer Verwendung für sehr kleine zulässige Druckbereiche bzw. Druckspannen z. B. von 1 bis 3 bar ausgelegt sein.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Trennelement ein Ringkolben. Damit ist eine Kombination aus Zylinder und integriertem Gasspeicher geschaffen, der im Unterschied zum Stand der Technik als Kolbenspeicher ausgestaltet ist.
Insbesondere bei der Ausgestaltung des Gasdruckspeichers als Kolbenspeicher wird ein beidseitig fein bearbeitetes Zwischenrohr bevorzugt, das einerseits eine Außenwand des Zylinders und andererseits eine Innenwand des Gasdruckspeichers bildet.
Um bei Ausfall der Konstantdruckquelle oder bei Leitungsbruch zumindest eine gewisse Gasspannung erhalten zu können, wird es bevorzugt, wenn zwischen der Konstantdruckquelle und einem Einlass ein Rückschlagventil angeordnet ist, das vom Einlass zur Konstantdruckquelle schließt.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat der Gasraum einen Ablass, an dem ein durch eine Feder vorgespanntes Rückschlagventil angeordnet ist, das in Richtung zum Ablass schließt. Damit weist der Gasdruckspeicher in seinem Druckmittelraum auch dann einen konstanten oder in Grenzen konstanten Druck auf, wenn Druckmittel in den Druckmittelraum hineingefördert wird, wobei das Volumen des Gasraums abnimmt. Dann entweicht über den Ablass Gas aus dem Gasraum. Um dabei die Gasspannung des Gasdruckspeichers einstellen zu können wird es bevorzugt, wenn eine Kraft der Feder einstellbar ist.
Die Anzahl der benötigten Bauteile der Anordnung lässt sich reduzieren, wenn der Gasdruckspeicher zwischen zwei stirnseitig am Zylinder befestigten Zylinderflanschen aufgenommen ist. Diese beiden Zylinderflansche können den Zylinder und den Gasdruckspeicher beidseitig abdecken und verschließen.
Der Niederdruckanschluss kann an einem der beiden Zylinderflansche angeordnet oder gebildet sein. Bei der Weiterbildung mit dem Ringkolben kann damit der Druckmittelraum vollständig entleert werden, in dem der Ringkolben an dem betroffenen Zylinderflansch in Anlage kommt.
Der Einlass und/oder der Ablass kann/können an einem Außenrohr des Gasdruckspeichers angeordnet oder gebildet sein. Der Einlass und/oder der Ablass kann/können an einem der beiden Zylinderflansche angeordnet oder gebildet sein.
Wenn der Zylinder ein Differenzialzylinder oder ein Gleichgangzylinder ist, hat er zwei Arbeitsanschlüsse. Bei der Weiterbildung mit dem beiden Zylinderflaschen sind die beiden Arbeitsanschlüsse besonders bevorzugt jeweils an einem der Zylinderflansche angeordnet oder gebildet.
Anhand der Figuren werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 in einem schematischen Längsschnitt den erfindungsgemäßen Zylinder mit Gasdruckspeicher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
2 in einem Längsschnitt den erfindungsgemäßen Zylinder mit Gasdruckspeicher gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt einen Zylinder 1, der als Differentialzylinder ausgebildet ist. Der Zylinder 1 ist mittels eines Zwischenrohres 2 gebildet, an dessen Innenumfang ein Kolben 4 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 4 trennt zwei Arbeitsräume 5 des Zylinders 1 voneinander.
Am Außenumfang des Zwischenrohres 2 ist konzentrisch zum Zylinder 1 ein als Kolbenspeicher ausgebildeter Gasdruckspeicher 6 angeordnet. Dieser hat einen Ringkolben 8, der zwischen einem Außenumfang des Zwischenrohres 2 und einem Innenumfang eines Außenrohres 10 verschiebbar geführt ist. Da der Kolben 4 dichtend und verschiebbar entlang dem Innenumfang des Zwischenrohres 2 geführt ist, und da der Ringkolben 8 dichtend und verschiebbar entlang einerseits dem Außenumfang des Zwischenrohres 2 und andererseits dem Innenumfang des Außenrohres 10 geführt ist, sind die drei genannten Umfangsflächen feinbearbeitet.
Der Ringkolben 8 des Gasdruckspeichers 6 trennt einen Gasraum 12 von einem Druckmittelraum 14. Damit der Gasdruckspeicher 6 unabhängig von dem Füllgrad in seinem Druckmittelraum 14 stets einen konstanten oder in Grenzen konstanten Druck ausübt bzw. aufweist, ist an einen Einlass 16 des Gasraums 12 über ein Rückschlagventil 18 eine Konstantdruckquelle 20 angeschlossen. Das Rückschlagventil 18 öffnet von der Konstantdruckquelle 20 zum Einlass 16. Wenn Druckmittel aus dem Druckmittelraum 14 in das damit verbundene (nicht gezeigte) geschlossene System abgelassen wird, und der Ringkolben 8 sich (in 1 nach links) bewegt, so dass das Volumen des Gasraums 12 zunimmt, fördert die Konstantdruckquelle 20 ergänzendes Gas in den Gasraum 12.
Ebenfalls um konstante oder in Grenzen konstante Druckverhältnisse zu erreichen ist an einen Ablass 22 des Gasraums 12 ein durch eine Feder vorgespanntes Rückschlagventil 24 angeschlossen, dessen Öffnungsrichtung von dem Ablass 22 zur Umgebung gerichtet ist. Aufgrund der Feder muss ein gewisser äquivalenter Grenzdruck (z. B. 3 bar) im Gasraum 12 überschritten sein, bevor das Rückschlagventil 24 öffnet und Gas abströmen kann. Dieser Grenzdruck lässt sich über eine Verstellvorrichtung der Feder einstellen und später auch verstellen. Wenn also zusätzliches Druckmittel in den Druckmittelraum 14 gefördert wird, und der Ringkolben 8 (in 1 nach rechts) bewegt wird, so dass sich das Volumen des Gasraums 12 verkleinert, kann Gas über den Ablass 22 abströmen.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kombination aus Zylinder 1 und Gasdruckspeicher 6 in einem Längsschnitt.
Folgende Bauteile und Funktionen entsprechen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels aus 1: Der Zylinder 1 ist ein Differenzialzylinder und mittels des Zwischenrohres 2 gebildet, an dessen Innenumfang der Kolben 4 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 4 trennt den beiden Arbeitsräume 5 des Zylinders 1 voneinander. Am Außenumfang des Zwischenrohres 2 ist konzentrisch zum Zylinder 1 der als Kolbenspeicher ausgebildeter Gasdruckspeicher 6 angeordnet. Dieser hat den Ringkolben 8, der zwischen einem Außenumfang des Zwischenrohres 2 und dem Innenumfang des Außenrohres 10 verschiebbar geführt ist. Da der Kolben 4 dichtend und verschiebbar entlang dem Innenumfang des Zwischenrohres 2 geführt ist, und da der Ringkolben 8 weiterhin dichtend und verschiebbar entlang einerseits dem Außenumfang des Zwischenrohres 2 und andererseits dem Innenumfang des Außenrohres 10 geführt ist, sind die drei genannten Umfangsflächen feinbearbeitet. Der Ringkolben 8 des Gasdruckspeichers 6 trennt den Gasraum 12 vom Druckmittelraum 14. Damit der Gasdruckspeicher 6 unabhängig vom Füllgrad in seinem Druckmittelraum 14 stets einen konstanten oder in Grenzen konstanten Druck ausübt bzw. aufweist, ist an den Einlass 16 des Gasraums 12 über das Rückschlagventil an die Konstantdruckquelle (beide in 2 nicht gezeigt) angeschlossen. Das Rückschlagventil öffnet von der Konstantdruckquelle zum Einlass 16. Wenn Druckmittel aus dem Druckmittelraum 14 in das damit verbundene geschlossene System abgelassen wird, und der Ringkolben 8 sich (in 2 nach links) bewegt, so dass das Volumen des Gasraums 12 zunimmt, fördert die Konstantdruckquelle ergänzendes Gas in den Gasraum 12. Ebenfalls um konstante oder in Grenzen konstante Druckverhältnisse zu erreichen ist an den Ablass 22 des Gasraums 12 das durch die Feder vorgespannte Rückschlagventil 24 angeschlossen, dessen Öffnungsrichtung vom Ablass 22 zur Umgebung gerichtet ist. Aufgrund der (in 2 nicht gezeigten) Feder muss ein gewisser äquivalenter Grenzdruck im Gasraum 12 überschritten sein, bevor das Rückschlagventil 24 öffnet und Gas abströmen kann. Dieser Grenzdruck lässt sich über eine (in 2 nicht gezeigte) Verstellvorrichtung der Feder einstellen und später auch verstellen. Wenn also zusätzliches Druckmittel in den Druckmittelraum 14 gefördert wird, und der Ringkolben 8 (in 2 nach rechts) bewegt wird, so dass sich das Volumen des Gasraums 12 verkleinert, kann Gas über den Ablass 22 abströmen.
Ergänzend zum oder abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel aus 1 sind beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 folgende Bauteile und Funktionen vorgesehen:

Es sind ein druckraumseitiger Zylinderflansch 26 und ein gasraumseitiger Zylinderflansch 28 zu erkennen, die jeweils innen die entsprechende Stirnseite des Zylinders 1 und die jeweils außen die entsprechende Stirnseite des Gasdruckspeichers 6 verschließen. Dazu sind das Zwischenrohr 2 und das Außenrohr 10 etwa gleich lang ausgeführt. Damit verringert sich die Anzahl der Bauteile gegenüber dem Stand der Technik.

Der Ablass 22 mit dem Rückschlagventil 24 und der Einlass 16 sind an dem gasraumseitigen Zylinderflansch 28 ausgebildet bzw. angeordnet. Zwei Tankanschlüsse T sind an dem druckraumseitigen Zylinderflansch 26 gebildet.
Schließlich sind noch eine Dichtung 30 am Außenumfang des Ringkolbens 8 und eine Dichtung 32 am Innenumfang des Ringkolbens 8 dargestellt.
Da der Zylinder 1 ein Differenzialzylinder ist, hat er zwei (nicht gezeigte) Arbeitsanschlüsse A, B. Diese sind jeweils an einem der Zylinderflansche 26, 28 angeordnet oder gebildet.
Offenbart ist ein hydrostatischer Zylinder mit einem Gasdruckspeicher, der vorzugsweise als Kolbenspeicher ausgebildet ist, und der konzentrisch am Außenumfang des Zylinders angeordnet ist. Über eine Konstantdruckquelle wird ein in Grenzen oder im Wesentlichen konstanter Gasdruck in dem Gasdruckspeicher und somit auch ein konstanter Druckmitteldruck unabhängig vom Füllungsgrad des Gasdruckspeichers realisiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10011002 A1 [0003]
DE 3816102 C1 [0003]
DE 102018201456 A1 [0003]
DE 69805252 T2 [0003]

Claims

Hydrostatischer Zylinder, an dessen Außenumfang ein ringförmiger Gasdruckspeicher (6) angeordnet ist, in dem ein Gasraum (12) von einem Druckmittelraum (14) mittels eines elastischen oder beweglichen Trennelements getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (12) mit einer Konstantdruckquelle (20) verbindbar oder verbunden ist.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach Anspruch 1, wobei der Gasdruckspeicher (6) ein Niederdruckspeicher ist, und wobei der Druckmittelraum (14) einen Niederdruckanschluss (T) hat.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trennelement ein Ringkolben (8) ist.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem beidseitig fein bearbeiteten Zwischenrohr (2), das eine Außenwand des Zylinders (1) und eine Innenwand des Gasdruckspeichers (6) bildet.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konstantdruckquelle (20) an einen Einlass (16) des Gasraumes (12) anschließbar oder angeschlossen ist, und wobei zwischen der Konstantdruckquelle (20) und dem Einlass (16) ein Rückschlagventil (18) angeordnet ist, das vom Einlass (16) zur Konstantdruckquelle (20) schließt.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasraum (12) einen Ablass (22) hat, an den ein durch eine Feder vorgespanntes Rückschlagventil (24) angeschlossen ist, das in Richtung zum Ablass (22) schließt.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach Anspruch 6, wobei eine Kraft der Feder einstellbar ist.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gasdruckspeicher (6) zwischen zwei stirnseitig am Zylinder (1) befestigten Zylinderflanschen (26, 28) aufgenommen ist.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach den Ansprüchen 2 und 8, wobei der Niederdruckanschluss (T) an einem der beiden Zylinderflansche (26) angeordnet oder gebildet ist.
Zylinder mit Gasdruckspeicher (6) nach Anspruch 5 und nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Einlass (16) an einem der beiden Zylinderflansche (28) angeordnet oder gebildet ist.
Zylinder mit Gasdruckspeicher nach Anspruch 6 und nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Ablass (22) an einem der beiden Zylinderflansche (28) angeordnet oder gebildet ist.