DE19925600A1 - Leichtbau-Hydraulikzylinder mit Zugankern - Google Patents

Abstract

Leichtbau-Hydraulikzylinder mit Zugankern und einem Zylinderrohr in Verbundbauweise mit anisotropen Werkstoffen, gekennzeichnet durch die Anordnung der Zuganker innerhalb eines äußeren, die Umfangskräfte aus dem hydraulischen tragenden Zylinderrohres, außerhalb oder innerhalb des hydraulischen Arbeitsraumes. Eine Verringerung der Biegebeanspruchung der Zylinderböden kann zur Gewichtseinsparung genutzt werden. Zusätzlich wird bei Wahl einer nicht magnetischen Laufbuchse (4) die Verwendung von magnetempfindlichen Schaltern (9) möglich oder bei der Durchführung der Zuganker durch den Kolben eine Verdrehsicherung der Kolbenstange erzielt.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um einen Leichtbau-Hydraulikzylinder mit Zugankern.

Bei Hydraulikzylindern mit beweglichen Kolben entstehen durch den hydraulischen Druck Tangential- und Normalkräfte. Ausführungen von Leichtbauzylindern mit für diese unterschiedlichen Beanspruchungen besonders geeigneten Werkstoffen mit anisotropen Eigenschaften werden zum Beispiel in Gestalt von Zylinderrohren aus gewickelten hochfesten Fasern hergestellt. Dabei werden die Normalkräfte vorzugsweise durch Zuganker aufgenommen. Durch Bauart bedingte Umleitung dieser Kräfte treten zusätzliche Beanspruchungen der Bauteile durch Biegung auf, die eine entsprechende Dimensionierung der Bauteile erfordern, um diese auftretenden Kräfte aufzunehmen und zu verteilen. Diese Bauteile schlagen mit einem entsprechenden Gewicht zu Buche.

Ziel der Erfindung ist es, die Beanspruchung von Bauteilen durch Biegung durch eine Verbesserte Krafteinleitung zu reduzieren, damit diese Bauteile leichter ausgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zuganker so dicht wie möglich an dem Ort der Krafterzeugung angeordnet werden.

In einer ersten Stufe bedeutet dies, die Zuganker innerhalb eines tangential beanspruchten Zylindermantels des Zylinderrohres anzuordnen. Dazu wird das Zylinderrohr aus folgenden Schichten aufgebaut:
Ein inneres Rohr nimmt die Kräfte aus dem Innendruck auf und bildet die Laufbuchse für den Kolben. Von der Außenseite dieser Laufbuchse übertragen längsgestreckte doppel-T-förmig profilierte Druckstücke die Dehnung des inneren Rohres auf ein äußeres Mantelrohr, das z. B. als Wickelrohr aus anisotopem Werkstoff wie z. B. Faserverbund oder Federstahlband eine hohe Festigkeit und Steifigkeit in Umfangsrichtung aufweist.

Zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr und zwischen den Stegen der Druckstücke ist bei erfindungsgemäßer Ausführung jetzt der Raum für die Durchführung von Zugankern vorhanden, die so dicht wie möglich außen am Innenraum des Hydraulikzylinders angeordnet sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß ein Teil der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Hohlräume auch für andere Aufgaben genutzt werden kann. Möglich sind z. B. die Durchführung von hydraulischen Anschlußleitungen und bei Verwendung nicht magnetisierbarer Werkstoffe für das dünnwandige innere Rohr auch die beliebig verschiebbare Anordnung von Schaltern, die auf einen Magneten am Kolben reagieren.

In einer zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Gestaltungsprinzips können die Zuganker in dem Ringraum zwischen Kolbenstange und Zylinderrohr angeordnet werden.

Diese Bauform ist besonders für große flache Zylinder vorteilhaft. Dem Nachteil zusätzlicher statischer und dynamischer Dichtflächen steht eine erhebliche Reduktion der Biegung der Zylinderdeckel gegenüber.

Einen weiterer Vorteil ist die Verkleinerung der Außenabmessung.

Einen weiterer Vorteil kann sich aus der mit dieser Ausführung verbundenen Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber dem Zylinderrohr ergeben.

Fig. 1 und 2 zeigen am Beispiel eines einfachen Hydraulikzylinders mit Differentialkolben 2 die Ausführung eines doppelwandigen Zylinderrohres 1. Auf der Laufbuchse 5 sind in regelmäßiger Teilung die Druckstücke 4 in Form von doppel-T-förmig profilierten Leisten angebracht, darüber ist das Mantelrohr 3 gewickelt. Zwischen den Stegen der Druckstücke entstehen parallel zur Zylinderachse die Räume 6 für die Durchführung der Zuganker 7. Oben in Fig. 1 ist die Anordnung eines magnetempfindlichen Schalters 8 dargestellt, dessen Position durch eine Klemmschraube 9 fixiert wird.

Fig. 3 zeigt für eine Doppelzylinder mit Anschlüssen an einer Kolbenstange die Möglichkeit, einen Hohlraum für die Durchführung einer Leitung 11 zu verwenden.

Fig. 4 zeigt am Beispiel eines Hohlkolben-Zylinders die Anordnung von Zugankern im hydraulischen Arbeitsraum 11. Der äußere Zylinder ist in Verbundbauweise mit einer dünnwandigen Laufbuchse 12 und direkt darauf aufgebrachtem Faserwickelrohr 13 hergestellt.

Die Laufbuchse 12 ist durch eine Schweißnaht mit dem Zylinderdeckel 13 verbunden. Das Innere Rohr 14 ist einteilig mit dem Zylinderboden 15 gefertigt und trägt oben am Ende der Lauffläche einen Führungsring 16.

Der innere und äußere Zylinderrohr werden an Zylinderboden bzw. Zylinderdeckel durch in regelmäßiger Teilung und soweit baulich möglich im Flächenschwerpunkt der hydraulisch wirksamen Ringfläche angeordnete Zuganker 17 zusammen gespannt, die in Zylinderboden und Zylinderdeckel verankert sind und durch den Kolben 18 des Kolbenrohres 19 mit geeigneten Stangendichtungen 20 und Führungsbuchsen hindurchgeführt sind.

Im vorzugsweise aus Aluminium gefertigten Zylinderboden ist an den Zugankern ein konischer Schraubenkopf 21 vorgesehen, am Deckel erfolgt die Befestigung durch Gewinde oder eine Mutter 22.

Eine weitere Maßnahme für eine beanspruchungsgerechte und Gewicht sparende Ausführung ist die Fertigung des Kolbens 18 und des größten Teiles des Kolbenrohres 19 aus Leichtmetall und die Verlängerung des Kolbenrohres 19 mit einem Druckring 23 aus hochfestem Stahl, um eine punktförmig eingeleitete Kraft aufzunehmen und gleichmäßig auf das Kolbenrohr 19 zu übertragen. Eine Demontage des verschraubten Druckring ermöglicht außerdem einen Austausch der Stangendichtung 24 ohne vollständige Demontage des Hydraulikzylinders.

Claims (4)

1. Leichtbau-Hydraulikzylinder mit Zugankern und einem Zylinderrohr in Verbundbauweise mit anisotropen Werkstoffen gekennzeichnet durch:
Die Anordnung der Zuganker innerhalb eines äußeren, die Umfangskräfte aus dem hydraulischen Innendruck tragenden Zylinderrohres, außerhalb oder innerhalb des hydraulischen Arbeitsraumes.

2. Leichtbau-Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Zylinderrohres (1) als Verbund eines als Lautbuchse (5) dienenden inneren Rohres, eines äußeren Mantelrohres (3), das die Tangentialkräfte aus dem Innendruck aufnimmt und im Ringraum zwischen diesen Rohren in regelmäßiger Teilung angeordneten Druckstücken (4) in Form von Leisten mit doppel-T-förmigem Querschnitt, welche die Kräfte von innen nach außen übertragen. Dabei bleiben zwischen den Stegen der Druckstücke (4) Hohlräume (6) für die Durchführung von Zugankern (7) oder Leitungen (10).

3. Leichtbau-Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch die Verwendung von nicht magnetischem Werkstoff (wie z. B. Aluminium, Chrom-Nickel-Stahl, Keramik, Kunststoff oder Kombinationen davon) für die Laufbuchse (5) und die Druckstücke (4) und die Verwendung von beliebigen hochfesten Werkstoffen (wie z. B. Faserverbund­ werkstoffe CFK, GFK oder unter Vorspannung aufgebrachte Wickelbandagen aus hochfestem anisotopen Bandstahl) und die dadurch mögliche Nutzung der Hohlräume (6) für die Anbringung von magnetempfindlichen Schaltern (8).

4. Leichtbau-Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung von Zugankern (17) innerhalb des hydraulischen Arbeitsraums (11), indem die Zuganker (17) im Ringraum zwischen Laufbuchse (11) und Kolbenrohr (19) in regelmäßiger Teilung angeordnet sind und mit geeigneten Stangendichtungen (20) und Führungen durch den Kolben (18) des Hydraulikzylinders hindurch geführt sind.