-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenzylindereinheit sowie einen Hydraulikzylinder mit einer solchen Kolbenzylindereinheit. Ebenfalls von der Erfindung umfasst sind Arbeitsmaschinen mit einer solchen Kolbenzylindereinheit
-
Es ist ein bekanntes Problem von Kolbenzylindereinheiten, dass diese beim Ein- und Ausfahren der Kolbenstange aus dem Zylindergehäuse die Bewegung nicht kontinuierlich und gleichmäßig ausführen, sondern es zu einem Ruckgleiten (auch genannt: Haftgleiten oder Stick-Slip-Effekt) kommt. Anstelle einer gleichmäßigen und kontinuierlichen Bewegung der Kolbenstange gegenüber dem Zylindergehäuse kommt es über die gesamte Länge des Hubs hinweg zu mehreren ruckartigen Bewegungen. Dieser Effekt tritt insbesondere dann auf, wenn die Haftreibung größer ist als die Gleitreibung der gegeneinander zu verschiebenden Bestandteile der Kolbenzylindereinheit.
-
Verstärkt lässt sich dieses Phänomen beobachten bei Kolbenzylindereinheiten, die sehr lange Zylinder aufweisen, beispielsweise mit einer Länge von 3 m oder länger. Aber auch bei sehr hohen Querkräften auf die Kolbenzylindereinheit kommt es vermehrt zu einem solchen Ruckgleiten. Ursache hierfür ist, dass bei einem langhubigen Hydraulikzylinder die Dichtvorrichtung zum Abdichten der Kolbenstange in dem Zylindergehäuse sowohl Toleranzen der Kolbenstangen bei einer Durchbiegung wie auch in dessen Radialumfang kompensieren muss und dabei gleichzeitig weiterhin eine hohe Dichtigkeit aufweisen soll. Dabei sind weit aus dem Zylindergehäuse herausgeführte Kolbenstangen zudem auch noch anfällig für die Durchbiegung aufgrund des wirkenden Eigengewichts und den auf die Kolbenzylindereinheit wirkenden Betriebsdruck. Zur Gewährleistung der Dichtigkeit unter den vorstehend beschriebenen Voraussetzung führt dies in der Regel dazu, dass die Dichtvorrichtung die Kolbenstange besonders fest und dicht umschließt. Dabei sind die Hydraulikdichtungen in festen Dichtungsräumen im Zylindergehäuse eingesetzt. Hieraus ergibt sich dann die besondere Anfälligkeit für das Ruckgleiten der beiden Komponenten beim Aus- oder Einfahren der Kolbenstange, da die Dichtung und insbesondere die Führungsbänder (Kantenpressung) eine sehr hohe Reibkraft ausüben müssen. So kommt es vor, dass ein solcher Hydraulikzylinder dann während des Betriebs nur ruckartig verfahren werden kann und unter Umständen auch noch ein lautes Quietschgeräusch erzeugt.
-
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die vorstehend aufgeführten Nachteile zu überwinden und eine Kolbenzylindereinheit vorzusehen, die weniger anfällig für das Ruckgleiten ist. Dies gelingt mit einer Kolbenzylindereinheit, die sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind dabei in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
-
Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Kolbenzylindereinheit ein Zylindergehäuse, eine Kolbenstange, die in dem Zylindergehäuse hin- und herbewegbar aufgenommen ist und zumindest teilweise aus dem Zylindergehäuse herausragt, und eine Dichtvorrichtung umfasst, um einen aus dem Zylindergehäuse herausragenden Abschnitt der Kolbenstange gegenüber dem in dem Zylindergehäuse befindlichen Abschnitt der Kolbenstange abzudichten, wobei die Dichtvorrichtung einen Dichtungsträger aufweist, der mindestens eine Dichtung trägt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger schwimmend angeordnet ist.
-
Durch die schwimmende Anordnung des Dichtungsträgers ergibt sich der Vorteil, dass sich dieser unter Druck zentrisch zu der Kolbenstange ausrichtet, sodass die vom Dichtungsträger getragene mindestens eine Dichtung immer die gleiche Ausrichtung bzw. Fluchtung zu der zu dichtenden Kolbenstange aufweist. Hieraus ergibt sich eine verbesserte Reibung, welche die Wahrscheinlichkeit eines Ruckgleitens und das Auftreten eines Quietschens signifikant verringert. Darüber hinaus ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die Lebensdauer der verwendeten Dichtungen, welche auf dem schwimmend angeordneten Dichtungsträger angeordnet sind, deutlich länger ausfällt als die herkömmlicherweise fest verbauten Dichtungen, sodass die Standzeit der Kolbenzylindereinheit verbessert ist.
-
Nach einer vorteilhaften Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger schwimmend in dem Zylindergehäuse angeordnet ist. Dabei ist also der Dichtungsträger so in dem Zylindergehäuse aufgenommen, dass dieser schwimmend gelagert ist. Der Dichtungsträger kann sich also an eine Ausrichtungsverschiebung zur zentrischen Lage der Kolbenstange anpassen, die beispielsweise durch eine einwirkende Querkraft oder eine Abweichung in der Geradlinigkeit der Kolbenstange verursacht wird. Dabei kann die schwimmende Anordnung des Dichtungsträgers so ausgestaltet sein, dass ein im Zylindergehäuse vorhandenes Fluid (typischerweise ein Hydraulikfluid bspw. ein Öl) dazu genutzt wird, den Dichtungsträger an den Außenumfang der abzudichten Kolbenstange zu drücken. Kommt es dann zu einer Auslenkung der Kolbenstange führt diese nicht wie bei fest angeordneten Dichtungen dazu, dass einfach eine Seite der Dichtung stärker beansprucht wird, sondern, dass der schwimmend angeordnete Dichtungsträger der durch die Auslenkung der Kolbenstange hervorgerufenen Kraft nachgibt und entsprechend mitbewegt wird. Somit bleibt der Dichtungsträger und die dadurch getragenen Dichtungen zentrisch zu der abzudichten Kolbenstange, was die Reibung gegenüber der herkömmlichen Umsetzung minimiert.
-
Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger mehrere in Längsrichtung der Kolbenzylindereinheit beabstandete Nuten zum Aufnehmen von Dichtungen aufweist. Vorzugsweise kann dabei in mehrere oder in jede der Nuten des Dichtungsträgers eine Dichtung vorhanden sein. Das Vorsehen mehrerer Nuten zum Einlegen von mehreren in Längsrichtung zur Kolbenstange beabstandeten Dichtungen ist dem Einsatzfall entsprechend auszulegen.
-
Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger neben der mindestens einen Dichtung mindestens eine Aufnahme für ein Führungselement zum Führen einer Bewegung der Kolbenstange gegenüber dem Zylindergehäuse aufweist. Speziell die Führungsbänder erhalten häufig eine sehr hohe Kantenpressung aufgrund des statischen Einbaus. Dies führt zu verstärktem Stück-Slip-Verhalten. Die Erfindung umfasst weiter die Möglichkeit, dass nicht nur mindestens eine Dichtung durch den schwimmend gelagerten Dichtungsträger getragen wird, sondern deckt auch den Fall ab, dass ein Führungselement auf dieselbe Art und Weise über den schwimmend gelagerten Dichtungsträger angeordnet ist.
-
In diesem Fall wird die Wahrscheinlichkeit eines Ruckgleitens weiter verringert, da eventuell entstehende Reibkräfte, die durch das nicht perfekt zentrisch zur Kolbenstange ausgerichtete Führungselement auftreten können, eliminiert werden. So führt das Einwirken einer Querkraft auf die teilweise aus dem Zylindergehäuse hervorstehende Kolbenstange nicht mehr zu einer einseitig auftretenden hohen Reibbelastung (Kantenpressung), da die durch die Querkraft hervorgerufene Deformation der Kolbenstange aufgrund der schwimmenden Lagerung des Dichtungsträgers vollständig oder teilweise kompensiert wird. Das Führungselement wird also genau wie die Dichtung über den schwimmend gelagerten Dichtungsträger mitgeführt. Das Führungselement kann dabei aus einem ringförmigen Metallband gefertigt sein und erzeugt einen Gleitkontakt mit der verfahrbaren Kolbenstange.
-
Nach einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger mehrere in Längsrichtung der Kolbenzylindereinheit beabstandete Aufnahmen zum jeweiligen Einfügen von Führungselementen aufweist. Es ist demnach möglich, dass es mehrere in Längsrichtung zur Ausdehnung der Kolbenzylindereinheit versetzt angeordnete Führungselemente gibt, die allesamt durch den schwimmend angeordneten Dichtungsträger getragen werden. Dabei erstreckt sich das mindestens eine Führungselement genau wie die mindestens eine Dichtung entlang der Umfangsseite der Kolbenstange und umschließt diese vollständig.
-
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger einteilig ausgebildet ist und/oder die Kolbenstange umfangsseitig umgibt.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist, der an seiner Innenseite mindestens eine umlaufende Nut zum Einlegen einer Dichtung und/oder eines Führungselements aufweist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Dichtungsträger dabei mehrere an der Innenseite angeordnete Nuten aufweist, die in Längsrichtung zueinander beabstandet sind. Die mindestens eine Nut verläuft dabei vorzugsweise in einer Normalenebene zur Längsrichtung des als Hohlzylinder ausgestalteten Dichtungsträgers.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Variante der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Hub der Kolbenzylindereinheit mindestens 8 m, vorzugsweise mindestens 10 m und bevorzugterweise mindestens 12 m beträgt.
-
Die Erfindung betrifft ferner einen Hydraulikzylinder, vorzugsweise einen Differential-Hydraulikzylinder zum Einsatz als Teleskopierzylinder, mit einer Kolbenzylindereinheit nach einer der vorhergehend diskutierten Varianten.
-
Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist eine Baumaschine, insbesondere ein Kran, mit einem Hydraulikzylinder nach einer der vorstehend diskutierten Varianten, wobei vorzugsweise der Hydraulikzylinder bzw. die Kolbenzylindereinheit in einem Ausleger der Baumaschine eingebaut ist.
-
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigt:
- 1: eine teilweise geöffnete Darstellung einer erfindungsgemäßen Kolbenzylindereinheit, und
- 2: eine teilweise geöffnete Darstellung einer erfindungsgemäßen Kolbenzylindereinheit nach einer weiteren Ausführungsform.
-
1 zeigt eine teilweise geöffnete Darstellung einer erfindungsgemäßen Kolbenzylindereinheit 1. Diese umfasst ein Zylindergehäuse 2 und eine Kolbenstange 3, die in dem Zylindergehäuse 2 hin- und herbewegbar aufgenommen ist. Dabei ragt ein Teil der Kolbenstange 3 aus dem Zylindergehäuse 2 heraus, wohingegen ein anderer Teil der Kolbenstange 3 von dem Zylindergehäuse 2 aufgenommen ist. Um nun das Innere des Zylindergehäuses abzudichten ist eine Dichtvorrichtung 4 (Führung bzw. Lager) vorgesehen. In das Innere des Zylindergehäuses 2 eingeführtes Fluid zum Bewegen des Zylinderkolbens 3 strömt demnach nicht nach außen, sondern bewirkt beispielsweise eine Druckkraft zum Ausfahren der Kolbenstange 3. Um nun eine besonders gute Abdichtung der gegeneinander verfahrbaren Bauteile zu erwirken ist ein Dichtungsträger 5 vorgesehen, der schwimmend gelagert ist. Dieser Dichtungsträger 5 trägt mindestens eine Dichtung 6, die eine Abdichtung der Kolbenstange 3 bewirkt. Durch die schwimmende Lagerung des Dichtungsträgers 5wird die Wahrscheinlichkeit eines Ruckgleitens minimiert, da bei einer Auslenkung der Kolbenstange 3 aus seiner zentrischen Lage zum Zylindergehäuse 2 der Dichtungsträger 5 eine entsprechende Bewegung ausführen kann. Die mindestens eine vom Dichtungsträger 5 getragene Dichtung 6 bleibt demnach zentrisch an dem Außenumfang der Kolbenstange 3 angeordnet, sodass es nicht zu einem Ansteigen einer Reibkraft kommt, die mitunter ursächlich für das Ruckgleiten ist.
-
Insbesondere bei langen Kolbenstangen 3 ist dies von Vorteil, da bereits das Eigengewicht der Kolbenstange 3 in einem ausgefahrenen Zustand zu einem Auslenken bzw. einem Schrägstellen aus der zentrischen Position gegenüber dem Zylindergehäuse 2 führen kann.
-
Ferner erkennt man mehrere Führungselemente 7, die fest mit dem Zylindergehäuse 2 verbunden sind, und eine Führung beim Bewegen des Zylinderkolbens 3 bewirken. Diese Führungselemente 7 sind gegenüber dem Dichtungsträger 5 nach innen hin zu einem Boden des Zylindergehäuse 2 versetzt, der zu dem offenen Ende des Zylindergehäuses 2, aus dem der Zylinderkolben 3 herausgeführt wird, gegenüberliegt.
-
2 zeigt eine teilweise geöffnete Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenzylindereinheit 1. Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform in 1 sind die dort vorhandenen Führungselemente 7 nicht in herkömmlicher Art und Weise fest mit dem Zylindergehäuse 2 verbunden, sondern werden ebenfalls von dem schwimmend gelagerten Dichtungsträger 5 getragen. Somit ergibt sich nicht nur für die Dichtungen 6 eine Möglichkeit zur Anpassung an eine Auslenkung bzw. Schrägstellung aus einer zentrischen Position der Kolbenstange 3 zu dem Zylindergehäuse 2, sondern auch für die Führungselemente 7. Dies verringert durch Reduzierung der Kantenpressung auf die Fühungsbänder die beim Einwirken einer Querkraft entstehende Reibung weiter, da nun auch die Führungselemente 7 entsprechend nachgeführt werden können. Die Wahrscheinlichkeit eines Ruckgleitens bei einem Bewegen der Kolbenstange 3 aus dem Zylindergehäuse wird somit weiter verringert.
-
Dem Fachmann ist klar, dass das Zylindergehäuse 2 eine entsprechende Ausnehmung zum schwimmenden Aufnehmen des Dichtungsträgers 5 aufweist. Dabei kann das Fluid, welches zum Bewegen der Kolbenstange 3 verwendet wird, ein Anpressen des Dichtungsträgers an die Außenumfangsfläche der Kolbenstange 3 bewirken.
-
Der Dichtungsträger 5 kann dabei ein- oder mehrteilig ausgeführt sein und die Form eines Hohlzylinders einnehmen. Dabei kann an der Innenseite des Hohlzylinders mindestens eine Nut vorgesehen sein, um eine Dichtung 6 und/oder ein Führungselement 7 anzuordnen. Die Tiefe der Nut und/oder die Breite der Nut kann dabei an die Aufnahme einer Dichtung 6 bzw. eines Führungselements 7 angepasst sein. So ist die Tiefe der Nut für eine Dichtung 6 stärker ausgeprägt als für ein Führungselement 7, wohingegen die Breite geringer ausfällt.
-
Nach alledem ist eine Kolbenzylindereinheit 1 vorgesehen, die den Effekt des Ruckgleitens durch das Vorsehen eines schwimmenden Dichtungsträgers 5 minimiert.
