DE202021003179U1

DE202021003179U1 - Zylinderentgasungseinheit und Arbeitszylinder

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Publication number: DE202021003179U1
Application number: DE202021003179.0U
Authority: DE
Original assignee: Buemach Engineering International BV
Current assignee: Buemach Engineering International BV
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2031-10-13

Abstract

Zylinderentgasungseinheit (7),
aufweisend einen Grundkörper (1), einen inneren Ausleitabschnitt (2), eine Ringkammer (3) und einen äußeren Ausleitabschnitt (4),
wobei der Grundkörper (1) zur lagefesten Anordnung an einem Arbeitszylinder (8) an einer Wandungslochung (5.1) eines Zylinderrestluftraums (5) ausgebildet ist und eine Konkavkontur (1.1) aufweist, die die Ringkammer (3) ausbildet,
wobei der innere Ausleitabschnitt (2) einen inneren Ausleitkanal (2.1) und einen inneren elastomeren Ringkörper (2.2) aufweist,
wobei der innere Ausleitkanal (2.1) in dem Grundkörper (1) angeordnet ist, den Zylinderrestluftraum (5) mit der Ringkammer (3) verbindet sowie einen inneren Einlass (2.3) an dem Zylinderrestluftraum (5) und einen Zwischenauslass (2.4) an der Ringkammer (3) aufweist,
wobei der innere elastomere Ringkörper (2.2) den Zwischenauslass (2.4) überdeckt und eine Vorspannung aufweist und ausgebildet ist, in einer Ausleitrichtung eine erste Druckbarriere und in einer Einlassrichtung eine zweite Dichtebene auszubilden,
wobei der äußere Ausleitabschnitt (4) einen äußeren Ausleitkanal (4.1) und einen äußeren elastomeren Ringkörper (4.2) aufweist,
wobei der äußere Ausleitkanal (4.1) in dem Grundkörper (1) angeordnet ist, die Ringkammer (3) mit einer Außenatmosphäre (6) verbindet, sowie einen Zwischeneinlass (4.3) an dem Zylinderrestluftraum (5) und einen äußeren Auslass (4.4) an der Ringkammer (3) aufweist,
wobei der äußere elastomerer Ringkörper (8) den äußeren Auslass (4.4) überdeckt und eine Vorspannung aufweist und ausgebildet ist, in einer Ausleitrichtung eine zweite Druckbarriere und einer Einlassrichtung eine zweite Dichtebene auszubilden,
wobei die Zylinderentgasungseinheit (7) ausgebildet ist, einen vollen Ausleitbetriebszustand, einen partiellen Ausleitbetriebszustand und einen Verschlussbetriebszustand aufzuweisen und
wobei in dem vollen Ausleitbetriebszustand ein Überdruck in dem Zylinderrestluftraum (5) gegenüber der Außenatmosphäre (6) vorliegt, der die ersten und die zweite Druckbarriere überwindet und einen Medienaustritt aus dem Zylinderrestluftraum (5) über den inneren Ausleitabschnitt (2), die Ringkammer (3) und den äußeren Ausleitabschnitt (4) in die Außenatmosphäre (6) bereitstellt,
wobei in dem partiellen Ausleitbetriebszustand ein Überdruck in dem Zylinderrestluftraum (5) gegenüber der Ringkammer vorliegt (3), der die erste Druckbarriere überwindet und einen Medienaustritt aus dem Zylinderrestluftraum (5) über den inneren Ausleitabschnitt (2) in die Ringkammer (3) bereitstellt,
und wobei in dem Verschlussbetriebszustand weder die erste noch die zweite Druckbarriere überwunden werden und der innere Ausleitabschnitt (2) den Zylinderrestluftraum (5) gegenüber der Ringkammer (3) und der äußere Ausleitabschnitt (4) die Ringkammer (3) gegenüber der Außenatmosphäre (6) abdichtet

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderentgasungseinheit zur Entlüftung eines Arbeitszylinders sowie einen Arbeitszylinder mit einer solchen Zylinderentgasungseinheit.
Insbesondere bei einfachwirkenden Hub- oder Zugzylindern, also Arbeitszylindern die nur in einer Arbeitsrichtung hydraulisch aktiv betätigt werden und lastbedingt oder federkraftgesteuert wieder in die Ausgangslage gebracht werden, können unter dem hohen Druck des hydraulischen Druckmittels gelöste Gase und Feuchtigkeit über die Kolbendichtung in den leeren Bewegungsraum übergehen. Verstärkt wird dies durch den entstehenden Unterdruck im Leerraum bei der Rückstellbewegung des Kolbens, da der leere Bewegungsraum einer Volumenveränderung infolge der Hubbewegung des Kolbens unterliegt.
Demzufolge muss der Leerraum bei der Arbeitsbewegung wieder entlüftet werden. Die Entlüftung erfolgt um solche Gase wieder auszuleiten und die Druckverhältnisse in dem leeren Bewegungsraum zu steuern. Hierzu wird nach dem Stand der Technik beispielsweise eine Luftaustauschbohrung vorgesehen, die den leeren Bewegungsraum mit der Umgebungsatmosphäre verbindet.
Damit bei den wechselnden Kolbenbewegungen keine Außenluft und damit verbunden Verschmutzungen in den leeren Bewegungsraum des Zylinders übergehen, wird nach dem Stand der Technik eine solche Luftaustauschbohrung beispielsweise mit einem Funktionselement versehen.
Der Stand der Technik beschreibt hierbei unterschiedliche Lösungen. Bekannt sind beispielsweise reine Filterelemente aus porösem Material oder Ventile mit einseitig selbstverriegelnder Funktion. Dies ermöglicht das Entweichen des eingeschlossenen Gases. Zusätzlich wird ein Rückströmen der Außenluft und darin enthaltener Schmutzpartikel verhindert.
Eine technisch ausgereifte Lösung beschreibt die Gebrauchsmusteranmeldung DE 20 2011 102 288 U1 . Die darin beschriebene Gasaustauschsperre beschreibt ein Rückschlagventil mit einem integrierten Filterelement, das als Modul ausgebildet und somit einfach zu montieren ist. Ein Nachteil bestehender Lösungen liegt insbesondere in dem konstruktiven Aufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderentgasungseinheit aufzuzeigen mit der eine Entlüftung eines Zylinderrestlaufraums eines Arbeitszylinders konstruktiv einfach, kostengünstig, besonders betriebssicher und für unterschiedliche Parameter adaptiv bereitstellbar ist. Ferner ist es die Aufgabe, einen Arbeitszylinder mit einer solchen Zylinderentgasungseinheit aufzuzeigen
Die Aufgabe wird in Bezug auf die Zylinderentgasungseinheit durch die in dem Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale und in Bezug auf den Arbeitszylinder durch die in dem Schutzanspruch 9 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den zugeordneten abhängigen Ansprüchen.
Die Zylinderentgasungseinheit weist als Grundkomponenten erfindungsgemäß einen Grundkörper, einen inneren Ausleitabschnitt, eine Ringkammer und einen Ausleitabschnitt auf.
Die Zylinderentgasungseinheit ist als kompaktes modulares Bauteil ausgelegt. Typischerweise wird die Zylinderentgasungseinheit zur Entlüftung von Kolbenräumen bei Hub- oder Zugzylindern verwendet.
Der Zylinderentgasungseinheit liegt erfindungsgemäß zu Grunde, dass in einem Arbeitszylinder ein Zylinderrestluftraum besteht, der nicht von einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt ist und dessen Volumen sich infolge der Hubbewegung des Kolbens des Arbeitszylinders verändert. Hierbei ist an dem Arbeitszylinder eine Wandungslochung ausgebildet, die eine über die Zylinderentgasungseinheit geleitete Verbindung zwischen einem Zylinderrestluftraums und der Außenatmosphäre bereitstellt.
Der Grundkörper dient zur lagefesten Anordnung an einem hydraulischen Arbeitszylinder, nachfolgend auch verkürzt als Arbeitszylinder bezeichnet. Der Grundkörper ist bei bestimmungsgemäßer Verwendung zumindest abschnittsweise in der Wandungslochung des Arbeitszylinders angeordnet.
Der Grundkörper weist eine Konkavkontur auf, die vorzugsweise in der Bauform eines umlaufenden Ringspalts oder einer umlaufenden Ringnut die Ringkammer ausbildet. Die Konkavkontur ist vorzugsweise als Durchmesserverjüngung des Grundkörpers ausgelegt und bildet mit dem Innenmantel der Wandungslochung einen umlaufenden Hohlraum, der die Ringkammer bereitstellt.
Das Volumen der Ringkammer steuert das speicherbare Luftvolumen und den abgehenden Volumenstrom. Zudem übernimmt die Ringkammer die Funktion eines Druckraums.
Der innere Ausleitabschnitt weist erfindungsgemäß einen inneren Ausleitkanal und einen inneren elastomeren Ringkörper auf.
Der innere Ausleitkanal ist in dem Grundkörper angeordnet und kann insbesondere als Bohrung bereitgestellt werden. Der innere Ausleitkanal verbindet den Zylinderrestluftraum mit der Ringkammer. Hierfür weist der innere Ausleitkanal an dem einen Ende einen inneren Einlass, angeordnet an dem Zylinderrestluftraum, auf. An dem anderen Ende des inneren Ausleitkanals befindet sich ein Zwischenauslass an der Ringkammer.
Der innere elastomere Ringkörper überdeckt den Zwischenauslass und weist eine Vorspannung auf. Der innere elastomere Ringkörper ist ausgebildet, in einer Ausleitrichtung eine erste Druckbarriere und einer Einlassrichtung eine zweite Dichtebene auszubilden.
Der äußere Ausleitabschnitt ist ähnlich dem inneren Ausleitabschnitt aufgebaut. Er ist ebenfalls in dem Grundkörper angeordnet und weist einen äußeren Ausleitkanal und einen äußeren elastomeren Ringkörper auf.
Der äußere Ausleitkanal verbindet die Ringkammer mit der Außenatmosphäre. Hierfür weist der vorzugsweise geneigte äußere Ausleitkanal ein einem ersten Ende einen Zwischeneinlass an dem Zylinderrestluftraum sowie an seinem gegenüberliegenden Ende einen äußeren Auslass an die Außenatmosphäre auf. Den äußeren Auslass überdeckt der äußere elastomere Ringkörper. Wie der innere elastomere Ringkörper weist auch der äußere elastomere Ringkörper eine Vorspannung auf und ist ausgebildet, in der Ausleitrichtung eine zweite Druckbarriere und der Einlassrichtung eine erste Dichtebene auszubilden. Bei Überwindung der zweiten Druckbarriere erfolgt ein Austritt des Ausleitmediums in den Niederdruckbereich der Atmosphäre.
Als Ausleitrichtung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung die Richtung von innen nach außen, also von dem Zylinderrestluftraum in Richtung Außenatmosphäre verstanden. Die Ausleitrichtung beschreibt den möglichen Weg eines Ausleitmediums aus dem Zylinderrestluftraum heraus in die Außenatmosphäre.
Als Einlassrichtung wird die der Auslassrichtung entgegengesetzte Richtung verstanden.
Die Reihenfolge der Bezeichnung der Druckbarrieren folgt der Ausleitrichtung und die Reihenfolge der Bezeichnung der Dichtebenen folgt der Einlassrichtung.
Bei dem Ausleitmedium handelt es sich insbesondere um gasförmige Medien wie Luft oder Gase, die aus dem hydraulischen Druckmittel infolge der Druckdifferenzen ausgegast werden, oder teilweise auch um hydraulisches Druckmittel, dass durch Abstreifung an dem Innenmantel des Arbeitszylinders infolge der Kolbenbewegung oder als Leckstrom in kleineren Mengen in den Zylinderrestluftraum gelangen kann oder auch um Kondensate. Das Ausleitmedium wird nachfolgend teilweise auch als Gas oder Luft bezeichnet.
Die Dichtebenen ermöglichen es in Abhängigkeit des Betriebszustands, einen Hochdruckbereich im Zylinderrestluftraum und dem inneren Ausleitkanal, einen Mitteldruckbereich nach dem inneren elastomeren Ringkörper in der Ringkammer und dem äußeren Ausleitkanal bis zu dem äußeren Ringkörper sowie danach einen Niederdruckbereich in Außenatmosphäre zu unterteilen.
Die Materialhärte, die Vorspannung nach dem Aufziehen auf den Grundkörper und die Wandstärke des jeweiligen elastomeren Ringkörpers sowie der Öffnungsquerschnitt des Zwischenauslasses beziehungsweise des äußeren Auslasses definieren den benötigten Druck zum Ausströmen des Ausleitmediums.
Ist der definierte Druck im inneren Ausleitkanal erreicht, weitet sich der innere elastomere Ringkörper und lässt das Ausleitmedium in die Ringkammer entweichen. Aufgrund der durch die Vorspannung gegebenen Schließkraft, bleibt nach dem Abströmen auch ein definierter Druck im Zylinderrestluftraum zurück.
Entsprechendes gilt für den äußeren Auslass. Ist der Mindestdruck erreicht, weitet sich der äußere elastomere Ringkörper und der äußere Auslass wird freigegeben. Das Gas kann aus dem Zwischenraum über den äußeren Ausleitkanal und den äußeren Auslass in den Atmosphärenbereich entweichen. Die Vorspannung des äußeren elastomeren Ringkörpers definiert, ab welchem Restdruck dieser den äußeren Auslass verschließt. Es kann so ein definierter Druck in der Ringkammer, hier auch bezeichnet als Mitteldruckbereich, aufrechterhalten werden.
Das Luftverteilungsmodul ist ferner erfindungsgemäß ausgebildet, einen vollen Ausleitbetriebszustand, einen partiellen Ausleitbetriebszustand und einen Verschlussbetriebszustand aufzuweisen.
In dem vollen Ausleitbetriebszustand liegt ein Überdruck in dem Zylinderrestluftraum gegenüber der Außenatmosphäre vor. Dieser überwindet die erste und die zweite Druckbarriere und führt zu einem Medienaustritt des Ausleitmediums aus dem Zylinderrestluftraum über den inneren Ausleitabschnitt, die Ringkammer und den äußeren Ausleitabschnitt in die Außenatmosphäre. Hierbei liegen die beschriebenen gestuften Druckverhältnisse aus Hochdruck im Zylinderrestlaufraum, Mitteldruck in der Ringkammer und Niederdruck in der Außenatmosphäre vor.
Bei dem partiellen Ausleitbetriebszustand liegt ein Überdruck in dem Zylinderrestluftraum gegenüber der Ringkammer vor. Dieser überwindet die erste Druckbarriere und es erfolgt ein Medienaustritt aus dem Zylinderrestluftraum über den inneren Ausleitabschnitt in die Ringkammer. In dem partiellen Ausleitbetriebszustand ist die Druckdifferenz jedoch nicht so groß, dass auch die zweite Druckbarriere überwunden wird. Die erste Dichtebene bleibt verschlossen.
Bei dem Verschlussbetriebszustand wird weder die erste noch die zweite Druckbarriere überwunden. Der innere Ausleitabschnitt dichtet den Zylinderrestluftraum gegenüber der Ringkammer und der äußere Ausleitabschnitt die Ringkammer gegenüber der Außenatmosphäre ab.
Mit der erfindungsgemäßen Zylinderentgasungseinheit wurde überraschend eine konstruktive einfache Lösung gefunden, die mehrere besondere Vorteile bereitstellt.
Mit besonders einfachen und robusten Mitteln wird in Funktionsintegration sowohl eine Ventilwirkung, als auch eine Druckregelung erreicht.
Vorteilhaft wird ein zweistufiger Ausleitweg, erstens vom Zylinderrestluftraum in die Ringkammer und dann zweitens von dort in die Atmosphäre, mit zwei barrierebildenden elastomeren Ringkörpern bereitgestellt. Damit wird eine Schleusenfunktion erreicht. So ist der Zylinderrestluftraum nicht direkt mit der Umgebung des Zylinders verbunden. Das wiederrum führt zu einem erhöhten Schutz des Zylinderrestluftraums gegenüber den Schadeinflüssen der atmosphärischen Umgebung. Schmutzpartikel, schädigende Gase oder Aerosole werden zweistufig abgehalten und können nicht in den Zylinder eindringen und diesen beschädigen.
Vorteilhaft wird durch den äußeren Ausleitabschnitt bereits die Ringkammer von Verschmutzungen abgeschirmt, so dass insbesondere der innere elastomere Ring besonders geschützt ist und seine Funktionsfähigkeit auch bei problematischen Bedingungen der Außenatmosphäre nicht beeinträchtigt wird.
Ebenso vorteilhaft ist auch der durch die Erfindung ermöglichte definierte Restdruck in der Ringkammer. Besonders vorteilhaft können durch den Restdruck in Funktionsintegration mehrere vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.
Der Restdruck ist zum einen eine Stufe einer vorteilhaften Druckkaskade, wobei dieser ein Druckzwischenniveau zwischen einem möglichen maximalen Druck im Zylinderrestluftraum und einem lediglich atmosphärischen Druck in der Außenatmosphäre bereitstellt. Die Gesamtdruckdifferenz wird so vorteilhaft auf zwei Stufen aufgeteilt.
Weiterhin besteht zum anderen der Vorteil, dass auch bei einem Unterdruck des Zylinderrestluftraums gegenüber der Außenatmosphäre ein Überdruck zwischen der Ringkammer und der Außenatmosphäre ein Eindringen von Außenluft in die Ringkammer verhindert.
Indem der innere Kolbenring - in Einlassrichtung betrachtet - mit dem Restdruck beaufschlagt wird, unterstützt der Restdruck die Dichtwirkung des inneren Kolbenrings in dessen Verschlussbetriebszustand.
Dies erlaubt es, ohne die Gefahr des Eintrags von Außenluft und Verschmutzungen bei einer Hubbewegung des Kolbens mit Volumenvergrößerung des Zylinderrestluftraums dort einen Unterdruck vorzusehen. Die Arbeitsbewegung des Kolbens wird dadurch unterstützt und energieeffizienter.
Vorteilhaft wird zudem durch den Übergang der abströmenden Luft bei schnellen Kolbenbewegungen in mindestens zwei Druckstufen eine Verminderung der Lärmbelastung erzielt. Der Ausleitstrom wird durch die Ringkammer gepuffert. So werden laute Zischgeräuschen wie bei üblichen Zylindern, die direkt vom Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich ausleiten, vermieden.
Vorteilhaft ist auch die konstruktive Einfachheit. Der Grundkörper kann in einfacher Weise als Dreh-Frästeil bereitgestellt werden. Die elastomeren Ringkörper können als einfache Schlauchabschnitte oder Gummiringe ausgebildet werden. Damit geht der Vorteil der besonderen Robustheit einher. Zudem können die Ringkörper bei Bedarf einfach ausgewechselt und so erneuert werden. Vorteilhaft kann der Grundkörper so in einer Wandungslochung angeordnet werden, dass er axial mit dem äußeren Ausleitabschnitt nach außen übersteht so dass der potenziell durch Umwelteinflüsse stärker belastete äußere elastomere Ringkörper ohne Demontage der Zylinderentgasungseinheit von der Wandungslochung und vorzugsweise sogar werkzeuglos gewechselt werden kann.
Ferner ist es möglich, durch Wahl der Vorspannung der elastomeren Ringkörper und die gewünschten Drücke im Zylinderrestluftraum und in der Ringkammer anwendungsspezifisch bei einem gleichen Grundkörper mit gleicher Dimensionierung der Ausleitkanäle und Auslässe festzulegen. Darüber hinaus ist auch durch eine Veränderung der Querschnitte der Auslässe eine weitere Anpassung möglich.
In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Zylinderentgasungseinheit nach dem vorhergehenden Anspruch weist der Grundkörper eine zylindrische Grundform auf und wird in einer als hohlzylindrische Bohrung ausgebildeten Wandungslochung des Zylinderrestluftraums aufgenommen.
Vorteilhaft kann der Grundkörper mit einem Außengewinde ausgebildet sein, das in ein korrespondierendes Innengewinde der Wandungslochung des Arbeitszylinders eingreift. Es sind aber auch andere Verbindungen, beispielsweise als Presspassung, möglich.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind der innere elastomere Ringkörper und der äußere elastomere Ringkörper baugleich ausgebildet.
Diese Weiterbildung ermöglicht eine weitere konstruktive Vereinfachung und Optimierung. Soweit mittels des inneren elastomeren Ringkörpers an Zwischenauslass als erste Druckbarriere und mittels des äußeren elastomeren Ringkörpers an dem äußeren Auslass als zweite Druckbarriere trotzdem unterschiedliche Differenzdrücke bereitgestellt werden sollen ist dies trotzdem möglich, indem beispielsweise unterschiedliche Querschnitte der jeweiligen Auslässe der Ausleitkanäle oder unterschiedliche Durchmesser der Lagersitze der elastomeren Ringkörper gewählt werden.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Zylinderentgasungseinheit wird die Ringkammer durch die Konkavkontur des Grundkörpers und einen Innenmantel der Wandungslochung gebildet.
Die Konkavkontur das Grundkörpers kann kostengünstig und in einfacher Weise, vorzugsweise durch ein Abdrehen, erzeugt werden. Möglich ist aber auch das Ausfräsen einer nicht radialsymmetrischen konkaven Kontur. Die geometrische Ausbildung der Konkavkontur des Grundkörpers definiert im Zusammenwirken mit dem in der Regel zylindrischen Innenmantel die Form und das Volumen der Ringkammer. Auf diese Weise können die Druckverhältnisse und das Strömungsverhalten zielgerichtet beeinflusst werden.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Zylinderentgasungseinheit ist die Ringkammer in dem Verschlussbetriebszustand für einen Überdruck gegenüber der Außenatmosphäre ausgebildet.
Durch den Überdruck entsteht in der Ringkammer eine Schleusenfunktion. Das Eindringen von Schmutz oder anderweitig verunreinigter Luft wird durch den dauerhaft anstehenden Überdruck verhindert. Der Überdruck der Ringkammer bleibt während einer Hubbewegung des Kolbens sowie in jeder möglichen Kolbenposition sowie bei jedem möglichen Druckzustand des Zylinderrestluftraums bestehen. Der Überdruck in der Ringkammer verhindert das Eindringen von Außenluft und Verschmutzungen in die Ringkammer sowie unterstützt die Dichtwirkung des inneren elastomeren Ringkörpers in seiner Funktion als zweite Dichtebene.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Zylinderentgasungseinheit weist diese einen inneren O-Ring auf, der für eine dichtende Anlage an der Wandungslochung ausgebildet ist und eine Dichtebene zwischen dem Zylinderrestluftraum und der Ringkammer ausbildet.
Mit dieser Weiterbildung wird ein Weg zur weiteren konstruktiven Vereinfachung und zur Erhöhung der Wirksamkeit der Drucksteuerungsfunktion und Ventilfunktion aufgezeigt.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Zylinderentgasungseinheit weist diese einen äußeren O-Ring auf, der für eine dichtende Anlage an der Wandungslochung ausgebildet ist und eine Dichtebene zwischen der Ringkammer und der Außenatmosphäre ausbildet.
Auch hier wird - in entsprechender Weise wie bei dem inneren O-Ring - eine weitere konstruktiven Vereinfachung und eine Erhöhung der Wirksamkeit der Drucksteuerungsfunktion und Ventilfunktion bereitgestellt.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Zylinderentgasungseinheit nach den vorhergehenden Ansprüchen weist diese einen weiteren inneren Ausleitabschnitt und eine weitere Ringkammer auf, die funktional in Reihe zu dem inneren Ausleitabschnitt und der Ringkammer angeordnet sind.
Die Weiterbildung beruht auf einem weiteren besonderen Vorteil, dass die Mehrstufigkeit mit einer dritten oder weiteren Stufe weiter ausgebaut werden kann.
Je nach Anwendungsfall mit verschiedenen Bewegungsgeschwindigkeiten des Kolbens und angewandten Druckbereichen, können weitere Druckstufen in der Zylinderentgasungseinheit in Reihe geschaltet werden. Dadurch können Dämpfung, Geräuschbildung und das Verhalten der abströmenden Gase gesteuert und weiter verbessert werden. Zudem wird vorteilhaft die aufzubringende Druckdifferenz zwischen den jeweiligen Druckstufen bei gleicher Gesamtdruckdifferenz zwischen dem Zylinderrestluftraum und der Außenatmosphäre gesenkt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder. Dieser weist einen Zylinderrestluftraum auf, dem eine Wandungslochung zugeordnet ist die eine Durchsetzung bereitstellt.
Zudem weist dieser erfindungsgemäße Arbeitszylinder eine erfindungsgemäße Zylinderentgasungseinheit auf, die an der Wandungslochung angeordnet ist. Die Zylinderentgasungseinheit ist nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet.
Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Arbeitszylinder als ein einfachwirkender hydraulischer Arbeitszylinder ausgebildet, der lediglich in eine Arbeitsrichtung über ein Fluid betätigt wird. Der durch den Kolben mit seiner Kolbendichtung davon abgegrenzte leere Bewegungsraum bildet den Zylinderrestluftraum. Bei dem leeren Bewegungsraum handelt es sich beispielsweise im Falle eines Zugzylinders um den Kolbenraum und im Falle eines Druckzylinders um den Kolbenstangenraum. Im Übrigen ist der Arbeitszylinder in an sich bekannter Weise ausgebildet.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

1 schematische Schnittdarstellung des Arbeitszylinders
2 schematische Schnittdarstellung der Zylinderentgasungseinheit

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.
Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Arbeitszylinders 8 mit der montierten Zylinderentgasungseinheit 7.
Bei dem Arbeitszylinder 8 handelt es sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen hydraulischen Zugzylinder. Dieser weist einen seitlichen Druckmittelanschluss in der Zylinderwandung auf, durch den der Kolbenstangenraum mit dem Druckmittel beaufschlagbar ist. Hierdurch wird die dem Führungsverschlussteil zugewandte Ringfläche des Kolbens mit einem Druck beaufschlagt und der Kolben mit angekoppelter Kolbenstange führt eine einwärtsgerichtete Hubbewegung aus. Der Zylinderrestluftraum ist nicht mit dem Druckmittel beaufschlagt sondern verbleibt leer. Infolge der Hubbewegung ändert sich das Volumen des Zylinderrestluftraums 5.
Die Zylinderentgasungseinheit 7 ist mit einer Verbindung zu dem Zylinderrestluftraum 5 in dem Ausführungsbeispiel in einem aufgeweiteten Abschnitt der als Bohrung ausgebildeten Wandungslochung 5.1 platziert, die dem Zylinderrestluftraum 5 zugeordnet ist und mit diesem einen einheitlichen Druckraum bildet. Aufgrund dieser Anordnung kann die Zylinderentgasungseinheit 7 der Zylinderrestluftraum 5 bei einer einfahrenden Kolbenbewegung entlüften. Die weiteren Details der Zylinderentgasungseinheit 7 zeigt nachfolgend 2
Die 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung die Zylinderentgasungseinheit 7.
Diese besteht aus dem Grundkörper 1, einem inneren Ausleitabschnitt 2 und einem äußeren Ausleitabschnitt 4. Ferner wird durch die Konkavkontur 1.1 des Grundkörpers 1 die Ringkammer 3 ausgebildet.
Der innere Ausleitabschnitt 2 ist bei bestimmungsgemäßer Montage in der als Bohrung ausgebildeten Wandungslochung 5.1 des Arbeitszylinders angeordnet und mit seinem inneren Ausleitkanal 2.1 druckverbunden mit dem Zylinderrestluftraum 5. Der innere Ausleitkanal 2.1 beginnt mit dem inneren Einlass 2.3 an dem Zylinderrestluftraum 5 an der Bohrung und führt zu dem Zwischenauslass 2.4, mit dem er in die Ringkammer 3 führt. Der Zwischenauslass 2.4 ist durch den inneren elastomeren Ringkörper 2.2 überdeckt, der im Ausführungsbeispiel als ein aufgespannter Gummiring oder Plastring mit flachem Querschnitt ausgebildet ist. Die Abdichtung und Drucktrennung zwischen dem Zylinderrestluftraum 5 und der Ringkammer 3 erfolgt im Ausführungsbeispiel durch den inneren O-Ring 9.
Der äußere Ausleitabschnitt 4 ist analog ausgebildet und besteht aus dem äußeren Ausleitkanal 4.1 und dem äußeren elastomeren Ringkörper 4.2. Ausgebildet als eine Bohrung durchdringt der äußere Ausleitkanal 4.1 den Grundkörper 1. Der innere Ausleitkanal 4.1 weist mit dem Zwischeneinlass 4.3 eine Druckverbindung zu der Ringkammer 3 auf und endet in Ausleitrichtung mit äußeren Auslass 4.4 an dem äußeren elastomeren Ringkörper 4.2 und führt somit zur Außenatmosphäre 6, die nicht Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
Für eine aktive Hubbewegung des Zugzylinders des Ausführungsbeispiels wird das hydraulische Druckmittel in den Kolbenstangenraum geleitet, wo es den Kolben in Richtung Kolbenboden bewegt. Das Volumen im Kolbenraum verringert sich und der Druck eines dort angesammelten Ausleitmediums erhöht sich. Der Kolbenraum ist hier der Zylinderrestluftraum 5.
Im Falle eines Überdrucks im Zylinderrestluftraum 5, der so groß ist, dass der die Vorspannung des elastomeren Ringkörpers 2.2 überwindet, strömen die auszuleitenden Gase über den inneren Einlass 2.3 in den inneren Ausleitkanal 2.1 ein und durchströmen diesen bis zum Zwischenauslass 2.4 und gelangen von dort vorbei an dem inneren elastomeren Ringkörper in die Ringkammer 3. Bei der Ringkammer 3 handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel um einen umlaufenden Hohlraum, der durch die Konkavkontur 1.1 des Grundkörpers 1 und durch die Wandung der Bohrung, hier schematisch dargestellt durch die vertikalen Strichlinien, gebildet wird.
Der Zwischenauslass 2.3 wird durch den inneren elastomeren Ringkörper 7 verschlossen und erst ab einem bestimmten Druck öffnet sich der innere elastomere Ringkörper 7. Er geht vom Hochdruckbereich im Arbeitszylinder in dessen Zylinderrestluftraum 5 in den Mitteldruckbereich einer Ringkammer 3 über. Die Ringkammer 3 wird aufgrund der Druckdifferenz mit dem Ausleitmedium gefüllt.
Danach strömen die Gase in den äußeren Ausleitabschnitt 4. Über den Zwischeneinlass 4.3 strömen die Gase in den äußeren Ausleitkanal 4.1. Der äußere Auslass 4.4 ist durch den äußeren elastomeren Ringkörper 4.2 verschlossen. Dieser öffnet ebenfalls bei einem bestimmten Druck des Gases und lässt es in die Außenatmosphäre, den Niederdruckbereich, abströmen.
Bei einer passiven Hubbewegung des Kolbens in Ausfahrrichtung vergrößert sich wieder das Volumen im Kolbenraum und der Druck sinkt. Beide elastomeren Ringkörper 2.2, 4.2 liegen an den jeweils zugeordneten Auslässen 2.4, 4.4 an, verschließen diese und bilden so eine erste und eine zweite Dichtebene aus. Selbst wenn nun der Druck im Zylinderrestluftraum 5 geringer als in der Außenatmosphäre 6 ist, verbleibt aufgrund des Verschlusses des Zwischenauslasses 2.4 durch den inneren elastomeren Ringkörper 2.2 - als zweite Dichtebene - sowie aufgrund der Vorspannung des äußeren elastomeren Ringkörpers 4.2 an dem äußeren Auslass als - zweite Druckbarriere - ein relativer Überdruck in dem Ringraum 3 gegenüber der Außenatmosphäre 6. Dieser verhindert zuverlässig ein Eindringen der Außenluft. Es liegt der Verschlussbetriebszustand vor.
Die Einkreisungen der Bezugszeichen 5, 3 und 6 verdeutlichen die unterschiedlichen Druckzonen. Ferner zeigen die horizontalen Strichlinien schematisch die Abgrenzung der unterschiedlichen Druckzonen.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
1.1: Konkavkontur
2: innerer Ausleitabschnitt
2.1: innerer Ausleitkanal
2.2: innerer elastomerer Ringkörper
2.3: innerer Einlass
2.4: Zwischenauslass
3: Ringkammer
4: äußerer Ausleitabschnitt
4.1: äußerer Ausleitkanal
4.2: äußerer elastomerer Ringkörper
4.3: Zwischeneinlass
4.4: äußerer Auslass
5: Zylinderrestluftraum
5.1: Wandungslochung
6: Außenatmosphäre
7: Zylinderentgasungseinheit
8: Arbeitszylinder
9: innerer O-Ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202011102288 U1 [0006]

Claims

Zylinderentgasungseinheit (7), aufweisend einen Grundkörper (1), einen inneren Ausleitabschnitt (2), eine Ringkammer (3) und einen äußeren Ausleitabschnitt (4), wobei der Grundkörper (1) zur lagefesten Anordnung an einem Arbeitszylinder (8) an einer Wandungslochung (5.1) eines Zylinderrestluftraums (5) ausgebildet ist und eine Konkavkontur (1.1) aufweist, die die Ringkammer (3) ausbildet, wobei der innere Ausleitabschnitt (2) einen inneren Ausleitkanal (2.1) und einen inneren elastomeren Ringkörper (2.2) aufweist, wobei der innere Ausleitkanal (2.1) in dem Grundkörper (1) angeordnet ist, den Zylinderrestluftraum (5) mit der Ringkammer (3) verbindet sowie einen inneren Einlass (2.3) an dem Zylinderrestluftraum (5) und einen Zwischenauslass (2.4) an der Ringkammer (3) aufweist, wobei der innere elastomere Ringkörper (2.2) den Zwischenauslass (2.4) überdeckt und eine Vorspannung aufweist und ausgebildet ist, in einer Ausleitrichtung eine erste Druckbarriere und in einer Einlassrichtung eine zweite Dichtebene auszubilden, wobei der äußere Ausleitabschnitt (4) einen äußeren Ausleitkanal (4.1) und einen äußeren elastomeren Ringkörper (4.2) aufweist, wobei der äußere Ausleitkanal (4.1) in dem Grundkörper (1) angeordnet ist, die Ringkammer (3) mit einer Außenatmosphäre (6) verbindet, sowie einen Zwischeneinlass (4.3) an dem Zylinderrestluftraum (5) und einen äußeren Auslass (4.4) an der Ringkammer (3) aufweist, wobei der äußere elastomerer Ringkörper (8) den äußeren Auslass (4.4) überdeckt und eine Vorspannung aufweist und ausgebildet ist, in einer Ausleitrichtung eine zweite Druckbarriere und einer Einlassrichtung eine zweite Dichtebene auszubilden, wobei die Zylinderentgasungseinheit (7) ausgebildet ist, einen vollen Ausleitbetriebszustand, einen partiellen Ausleitbetriebszustand und einen Verschlussbetriebszustand aufzuweisen und wobei in dem vollen Ausleitbetriebszustand ein Überdruck in dem Zylinderrestluftraum (5) gegenüber der Außenatmosphäre (6) vorliegt, der die ersten und die zweite Druckbarriere überwindet und einen Medienaustritt aus dem Zylinderrestluftraum (5) über den inneren Ausleitabschnitt (2), die Ringkammer (3) und den äußeren Ausleitabschnitt (4) in die Außenatmosphäre (6) bereitstellt, wobei in dem partiellen Ausleitbetriebszustand ein Überdruck in dem Zylinderrestluftraum (5) gegenüber der Ringkammer vorliegt (3), der die erste Druckbarriere überwindet und einen Medienaustritt aus dem Zylinderrestluftraum (5) über den inneren Ausleitabschnitt (2) in die Ringkammer (3) bereitstellt, und wobei in dem Verschlussbetriebszustand weder die erste noch die zweite Druckbarriere überwunden werden und der innere Ausleitabschnitt (2) den Zylinderrestluftraum (5) gegenüber der Ringkammer (3) und der äußere Ausleitabschnitt (4) die Ringkammer (3) gegenüber der Außenatmosphäre (6) abdichtet
Zylinderentgasungseinheit (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) eine zylindrische Grundform aufweist und ausgebildet ist, in einer als hohlzylindrischen Bohrung ausgebildete Wandungslochung zu dem Zylinderrestluftraum (5) aufgenommen zu werden.
Zylinderentgasungseinheit (7) nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere und der äußere elastomere Ringkörper (2.2, 4.2) baugleich ausgebildet sind.
Zylinderentgasungseinheit (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (3) durch die Konkavkontur (1.1) des Grundkörpers (1) und einen Innenmantel der Wandungslochung gebildet ist.
Zylinderentgasungseinheit (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (3) in dem Verschlussbetriebszustand für einen Überdruck gegenüber der Außenatmosphäre (6) ausgebildet ist.
Zylinderentgasungseinheit (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen inneren O-Ring (9) aufweist, der für eine dichtende Anlage an der Wandungslochung ausgebildet ist und eine Dichtebene zwischen dem Zylinderrestluftraum (5) und der Ringkammer (3) ausbildet
Zylinderentgasungseinheit (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen äußeren O-Ring aufweist, der für eine dichtende Anlage an der Wandungslochung (5.1) ausgebildet ist und eine Dichtebene zwischen der Ringkammer (3) und der Außenatmosphäre (6) ausbildet.
Zylinderentgasungseinheit (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen weitere inneren Ausleitabschnitt und eine weitere Ringkammer aufweist, die funktional in Reihe zu dem inneren Ausleitabschnitt (2) und der Ringkammer (3) angeordnet sind.
Arbeitszylinder (8), aufweisend den Zylinderrestluftraum (6) und eine Wandungslochung (5.1), sowie aufweisend eine Zylinderentgasungseinheit (7), die an der Wandungslochung (5.1) angeordnet ist, wobei die Zylinderentgasungseinheit (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.