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Hydraulik-Zylinder Die Erfindung betrifft einen Hydraulik-Zylinder,
dessen Arbeitsraum mit einem hydraulisch-pneumatischen Federungselement verbunden
ist und bei dem der Kolben innerhalb des Zylinders den Zulauf des von einer Druckmittelpumpe
geförderten Arbeitsmittels sowie dessen Ablauf derart steuert, daß er eine Mittellage
einnimmt, in der er sowohl den Zulauf als auch den Ablauf des Arbeitsmittels sperrt
und in der er unabhängig von der auf ihn wirkenden Last verharrt.
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Derartige Hydraulik-Zylinder werden z.B. zur Abstützung von Fahrzeugachsen
gegen den Fahrzeugrahmen verwendet. Bekanntlich wirkt bei einer derartigen Anwendung
das im Zylinder befindliche Arbeitsmittel auf ein hydro-pneumatisches Federungsel'ement,
welches die Fahrzeugachsen gegen den Rahmen abfedert.
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Das hydro-pneumatische Federungselement federt entsprechend der Fahrzeugbelastung
mehr oder weniger stark ein. Um eine konstante Höhe des Fahrzeugaufbaues über den
Achsen zu sichern, muß daher entsprechend der Belastung des Fährzeuges entweder
Arbeitsmittel zu- oder abgeführt werden.
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Es sind derartige Hydraulik-Zylinder bekanntgeworden, bei denen der
beidseitig vom Arbeitsmittel umgebende und mit Drosselöffnungen versehene Kolben
sowohl den Zulauf als auch den Ablauf des Arb#eitsmittels steuert. Nachteilig ist
dabei, daß auf der Kolbenstangenseite aufwendige Dichtungen notwendig sind. Weiter
sind Hydraulik-Zylinder bekannt, bei denen zur Steuerung des Ablaufes des Arbeitsmittels
ein Schieber und Nuten notwendig sind. Nachteilia bei dieser Konstruktion ist es,
daß die Steuerung des Ablaufes nicht allein durch Nuten, sondern zusätzlich durch
einen Schieber erfolgt. Ein weiterer Nachteil ist es, daß ein ständiger Umlauf des
Arbeitsmittels aufrechterhalten werden muß.
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Weiterhin sind solche Hydraulik-Zylinder bekanntgeworden, bei denen
der Zulauf und Ablauf des Arb#eitsmittels durch ein Regelglied beeinflußt werden,
welches die Höhe des Fahrzeugaufbaues über den Achsen ermittelt und Abweichungen
von dem vorgegebenen Sollwert als Stellimpuls auf ein Ventil weiterleitet, welches
den Zulauf oder den Ablauf des Arbeitsmittels entsprechend beeinflußt. Von Nachteil
bei dieser Anordnung ist die Verwendung eines Ventils.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen
sowie die Fertigung zu vereinfachen.
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Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der Kolben im Bereich
des Mantels mit Steuernuten versehen ist -und die, Zylinderbohrung in an sich bekannter
Weise Steuernuten aufweist, wobei in der Mittellage des Kolbens die Steuernuten
im Kolbenmantel durch nicht genutete Bereiche des Kolbenmantels von den Steuernuten
der Zylinderbohrung getrennt sind und bei Entfernung des Kolbens aus der Mittellage
im. Sinn einer Verkleinerung des Arbeitsraumes über Steuernuten des Kolbenmantels
und über Steuernuten der Zylinderbohrung der Arbeitsraum mit dem Zulauf des Arbeitsmittels
und bei Entfernung des Kolbens aus der Mittellage im Sinn einer Vergrößerung des
Arbeitsraumes über weitere Steuernuten des Kolbenmantels und über weitere, Steuernuten
der Zylinderbohrung der Arbeitsraum mit dem Ablauf des Arbeitsmittels verbunden
wird-.
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Durch diese Anordnung wird ein ständiger Umlauf des Arbeitsmittels
vermieden, wodurch der benötigte Bedarf an Arbeitsmittel klein wird. Weiterhin vorteilhaft
bei geeigneter Ausführung der Nuten ist es, daß keinerlei Schieber, Ventile od.
dgl. zur Steuerung des Zu- bzw. Ablaufes des Arbeitsmittels notwendig sind, roWlern
daß diese Steuerung allein durch den Kolben selbst erfolgt. In weiterer Ausführung
der Erfindung werden die Steuernuten so angeordnet, daß die Kolbenstangenseite des
Kolbens niemals mit druckbelastetem Arbeitsmittel beaufschlagt wird. Dadurch entfallen
an der Kolbenstange. aufwendige Dichtungen, da die Dichtungen nur mit drucklos abfließendem
Öl belastet werden. Dadurch könnte z. B. der Zylinder fest am Aufbau eines
Fahrzeuges montiert sein, wobei die Zuführung des Arbeitsmittels -durch eine
fest verlegte Leitung erfolgen könnte. Die Kolbenstange könnte schwenkbar angeordnet
sein, so daß die Schwenkbewegungen einer an ihr befestigten Fahrzeugachse auf den
Kolben übertragen werden könnten. Als Dichtung gegen das drucklos abfließende Arbeitsmittel
könnte ein Faltenbelag Verwendung finden, der alle Bewegungen der Kolbenstange mitmacht
und am Zylinder und an der Achse befestigt ist, wobei keine gleitende Berührung
zwischen Dichtung und Kolbenstange aufzutreten braucht, wodurch Leckverluste vermieden
werden.
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Die Zeichnung gibt Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder.
F
i g. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Zylinder dar,-Fig. 2 ist ein
Schnitt gemäß Linie AB der F i g. 1;
F i g. 3 ist ein Längsschnitt
durch eine andere Ausführungsform des Zylinders gemäß der Erfindung; F i
g. 4 stellt eine weitere AusführuÜgsfoi:ni des Zylinders im Längsschnitt
dar.
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Ein Zylinderrohr 1. ist durch. einen -F1,ansch 2 verschlossen,
welcher mit B6hrungen 3 zur' BiDfästiäung am Fahrzeugrahmen- versehen-
' ist. Der Kolben 4 schließt zwischen :dem Flansch 2 und dem- Zylinderrohr
1 den Arbeitsraum 5 des Zylindeis ein, welcher über eine Gewindebohrung
6 und eine Drosselbohrung 7 mit -einem schematisch dargestellten hydropneumatischen
Federelement 8 in Verbindung steht. Der Kolben 4 ist mit zwei diametral gegenüberliegenden,
gleichbreiten Längsnuten 9 versehen, welche durch eine Bohrung10 im Kolben
miteinander verbundcn sind.
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Die Bohrung des Zylinderrohrs 1 weist zwei diainetral gegenüberliegende
Län'gsnutenll von gleicher Breite auf, die von der Flanschseite des Zylinderrohrs
aus bearbeitet sind. Um 909 versetzt dazu sind in die Bohrung des Zvlinders
zwei weitere diametral gegenüberliegende Nuten 12 von der offenen Seite -des Zylinderrohrs
her angebracht. Im Bereich der Nuten 9
mündet eine Gewindebohrung
13 in das Zylinderrohr 1, durch,die aus einem schematisch dargestellten
Ölkreislauf, bestehend aus dem Behälter 14, einer Pumpe 15 undeinem Drosselventil
16, dem Zylinder Arbeitsmittel zugeführt wird. Der Kolben 4 ist über eine
Kugel 17 und über die an dieser befestigten Kolbenstange 18 an der
nicht dargestellten Fahrzeugachse angelenkt.
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Das kolbenstangenseitige Ende des Zylinderrohrs ist durch einen Faltenbalg
19 verschlossen, durch den die Kolbenstange 18 hindurchtritt. Der
Faltenbalg ist mit einer Tülle 20 versehen, an dem eine Leitung zur Ableitung des
Arbeitsmittels in den Behälter 14 angeschlossen ist. Damit der Kolben 4 sich nicht
gegenüber dem Zylinderrohr 1 verdrehen kann, ist er mit einem Zapfen 21 versehen,
welcher in eine der Nuten 12 eingreift.
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Der Abwärtshub des Kolbens 14 ist durch einen Sprengring 22 begrenzt,
welcher in der Zylinderbohrung des Zylinders 1 am unteren Ende angebracht
ist. Eine Verschraubung 23 sichert die Kugel 17 der Kugelgelenkverbindung
zwischen Kolbenstange und Kolben gegen Abhebung vom Sitz im Kolben.
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Der Kolben 4 ist in einer Lag-- dargestellt, welche er unabhängig
von der auf ihn wirkenden Last einhalten soll. In dieser Lage sind die im Bereich
der Einlaßbohrung 13 liegenden Nuten 9 !des Kolbenmantels durch einen
nicht genuteten Teil des Kolbens 4 von den Nuten 11 in der Zylinderbohrung
getrennt, so daß kein Arbeitmittel in den Arbeitsraum 5
des Zylinders gelangen
kann. Ebenso sind die Nuten 12 gegenüber dem Arbeitsraum 5 des Zylinders
durch einen nicht genuteten Bereich des Kolbenmantels abgeschlossen.
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Wird der Zylinder über die Kolbenstange 18 stärker belastet,
so wird das Gas in dem hydraulischpneumatischen Federungselement 8 zusammengepreßt,
und das Volumen des Arbeitsraumes5 verkleinert sich. Dadurch erhalten die Nuten
9 Verbindung mit den Nuten 11, und aus der Zulaufbohrung
13
kann so lange Arbeitsmittel in den Arbeitsraum 5
eintreten, bis der
Kolben nach Abwärtsewegung eidd%'-Ste,llüiig lejänimmt, in der.-dieN-utäii.9;Wiedöf
von den Nuten 11 getreq#it.#ind. Bei Entlastung des Kolbens dehnt sich das
in dein hydro-pneumatischen Federungselement 8 komprimierte Gas aus, und
der Arbeitsräum 5 -des Zylinders Vergrößert sich. -Die Qbe#k?gtp,- d(#s.-Xpl#bens.-4
gi.bt,-die 4ten 1? #In. . der Bohrung des Zylinderrohrs, frei, und es strömt
so lange Arbeitsmittel '-drucklos in den Faltenbalg 19
und vön--d##rt-ia"#de-,n','Behälter14
ab, bis der Kolben die Nuten 12 wieder , verdeckt. Die Nuten 9, 11
und 12 sind von gleich-er Breite und diametral gegenüberliegend angeordnet, damit
auf den Kolben 4 keine Radialkräfte wirken können, welche durch einseitige Belastung.
des Kolbens- mit unter Druck stehendem Arbeitsmittel hervorgerufen werden.
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Der Aufbau des Zylinders nach F i g. 3 entspricht im wesentlichen-
dem des Zylinders nach F i g. 1. Der Nut 26 im Mantel des Kolbens
27, welche im Bereich der Zulaufbohrung 13 liegt, liegt j#edoch diametral
eine Nut 28 gegenüber, welche den Ablauf des Arbeitsmittels steuert. Die
Nut 28 ist um ein gewisses Maß länger als die Nut.26, so daß, da bei-de Nuten
dauernd mit unter Druck stehendem Arbeitsmittel belastet sind, eine Radialkraft
auf den Kolben 27
wirkt, wodurch eine mechanische Dämpfung des Kolbens erreicht
wird, die in manchen Fällen wünschenswert erscheint.
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In der gezeichneten Mittellage verdecken nicht genutete Teile des
Kolbenmantels die Nut26 gegenüber der Nut29, die an der Flanschseite in die Bohrung
des Zylinders eingebracht ist. Die Nut 28 ist durch einen nicht -enuteten
TeildesKolbenmantels gegen die Nut 30 abgegrenzt, welche am kolbenstangenseitigen
Ende in die Zylinderbohrung eingebracht ist und über den Faltenbalg 19 mit
dem Behälter 14 in Verbindung steht. In die Nut 28 greift ein Zapfen
32
ein, welcher den Kolben 27 gegen Verdrehen gegenüber dem Zylinderrohr
31 sichert.
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In der dargestellten Mittellage des Kolbens 27 zum Zylinderrohr
31 ist daher der Arbeitsraum 32 des Zylinders gegenüber dem Zulauf
und dem Ablauf des Arbeitsmittels abgedichtet. Bei Belastung des Kolbens und damit
verbundener Verkleinerung des Arbeitsraumes 32 kommen die Nuten
26 und 29 mitoinander in Verbindung, und aus der Zulaufbohrung
13
strömt unter Druck stehendes Arbeitsmittel so lange in den Arbeitsraum32
ein, bis die gezeichnete Mittellage annähernd wieder erreicht ist. Bei Entlastung
des Kolbens und demzufolge Vergrößerung des Arbeitsraumes 32 kommt die Nut
28 im Kolbenmantel mit der Nut 30 in der Bohrung des Zylinders
31 in Verbindung, und es fließt so lange Arbeitsmittel drucklos ab, bis die
dargestellte Mittellage wiederum annähernd erreicht wird.
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- Durch zweckmäßige Bemessung der Drossel 16
und der
Drosselbohrung 7 kann erreicht werden, daß das Nachfüllen bzw. Entleeren
des Arbeitsraumes in einer gewünschten Geschwindigkeit erfolgt. Die Drosselbohrung
7 kann in an sich bekannter Weise auch dazu benutzt werden, um eine geschwindigkeitsabhängige
Dämpfung der Kolbenbewegung zu erzielen, wobei an Stelle einer Bohrung auch mehrere
verschieden große Bohrungen oder durch einseitig wirkende Ventile abgeschlossene
Bohrungen verwendet werden können.
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Der Zylinder gemäß F i g. 4 unterscheidet sich von den Zylindern
gemäß F i g. 1 bis 3 dadurch, daß an Stelle der Längsnuten sowohl
im Mantel des Kolbens
35 als auch in der Bohrung des Zylinderrohrs
36
Ringnuten zur Steuerung des Arbeitsmittels angeordnet sind. In die Ringnut
37 des Zylinders mündet die Zulaufbohrung 13 für das Arbeitsmittel.
Der Kolben 35 hat eine Ringnut 38 und eine Ringnut 39. Beide
stehen über Bohrungen 40 und 41 mit dem Arbeitsraum 42 des Zylinders in Verbindung.
Eine zentrale Bohrung 43 im Kolben 35 dient zur Schmierung des Kugelgelenks
zur Befestigung der Kolbenstange 18
am Kolben. In der gezeichneten Mittellage
des Kolbens 35 im Zylinderrohr 36 ist sowohl die Zulaufnut
37 inder Zylinderbohrung als -auch die Ablaufnut 44 des Arbeitsmittels durch
nicht genutete Teil-- des Kolbenma,ntels gegen den Arbeitsraum abgedichtet. Bewegt
sich der Kolbenunter Belastung in Richtung auf den Flansch, so erhalten die Nuten
37 und 38 Verbindung miteinander, so daß unter Druck stehendes Arbeitsmittel
durch die Zulaufbohrung 13 in den Arbeitsraum 42 einströmen kann. Der Kolben
35 bewegt sich dabei so lange im Sinn einer Vergrößerung des Arbeitsraumes,
bis die Nuten 37 und 38 wieder voneinander getrennt sind.
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Bei Entlastung des Kolbens und daraus folgender Vergrößerung des Arbeitsraumes
42 erhält die Ringnut 39 im Kolben Verbindung mit der Ringnut 44 im Arbeitszylinder,
und Aübeitsflüssigkeit kann drucklos durch den Falt--nbalg 19 in Aden Behälter
14 abfließen, bis die dargestellte Mittellage des Kolbens annähernd wieder erreicht
ist. Die Ausführung des Arbeitszylinders gemäß F i g. 4 hat gegenüber den
vorher beschriebenen Ausführungen den Vorteil, daß der Kolben von Radialkräften,
die vom Arbeitsmittel herrühren, entlastet ist. Darüber hinaus ist eine, Sicherung
des Kolbens gegen Verdrehen überflüssig.