DE3543702A1 - Zylinder mit einem kolben mit veraenderbarer wirksamer kolbenflaeche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinder mit einem Kolben mit veränderbarer wirksamer Kolbenfläche und einer aus dem Zylinder herausgeführten Kolbenstange.

Aus der DE-OS 33 10 508 ist eine Hydraulik-Zylinder- Kolbeneinheit mit änderbarem Wirkdurchmesser für Schwingfestigkeitsuntersuchung von Probestücken be­ kannt. Bei dieser Einheit wird der Kolben nicht im Zy­ linder, sondern nur im Zylinderdeckel sowie zusätzlich durch das zu prüfende Werkstück, das über eine Kolben­ stange mit dem Kolben verbunden ist, geführt. Der Kol­ ben ist durch geeignete Dichtringe gegenüber dem Zylin­ der bzw. dem Zylinderdeckel abgedichtet. Durch diese Anordnung ist es möglich, Kolben mit unterschiedlich großem wirksamen Durchmesser und entsprechend angepaß­ ten Zylinderdeckeln für den gleichen Zylinder zu ver­ wenden. Zur Änderung des Kolbendurchmessers muß das Druckmittel aus dem Zylinder abgelassen und die Zylin­ der-Kolbeneinheit auseinandergebaut werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylin­ der mit einem Kolben mit veränderbarer wirksamer Kol­ benfläche zu schaffen, bei dem eine kontinuierliche An­ derung der wirksamen Kolbenfläche bei eingebautem Kol­ ben möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die An­ sprüche betreffen auch vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Durch die Verwendung von Kolbenelementen, die in der Kolbenstange geführt und senkrecht zur Zylinderachse beweglich sind und von entsprechend beweglich angeord­ neten und in Wirkverbindung mit den Kolbenelementen stehenden Zylinderwänden wird eine Zylinder-Kolbenein­ heit geschaffen, die es ermöglicht, die wirksame Kol­ benfläche in einem weiten Bereich von Null aufwärts einzustellen. Hierbei ist ein Ausbau des Kolbens oder eine Demontage des Zylinders nicht erforderlich. Mit der vorgeschlagenen Anordnung kann beispielsweise ein hydraulischer Belastungszlinder in Prüfeinrichtungen bei konstantem Systemdruck durch Veränderung der Kol­ benfläche kraftmäßig an die geforderte Belastung ange­ paßt werden. Da die Kolbenkraft auf Null begrenzt wer­ den kann ist es möglich, die vom Belastungszylinder kommenden Einschaltstöße auf das Prüfobjekt zu vermei­ den. Zusätzliche Sicherungen gegen übermäßige Beanspru­ chung können daher entfallen. Außerdem kann der Volu­ menstrom des Druckmittels für die jeweilige Aufgabe optimiert und energiesparend eingestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei­ spiel in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:.

Fig. 1 einen Längsschnitt (Axialschnitt) eines hydrau­ lischen Belastungszylinders mit verstellbarer Kolbenfläche

Fig. 2 einen Querschnitt (Radialschnitt) des Zylinders nach Fig. 1 längs der Linie II-II

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Belastungszylin­ der sind Zylindergehäuse, Kolben bzw. Kolbenstange und Kolbenelemente rechteckig ausgebildet. Das Zylinderge­ häuse 1 besteht zwei festen, parallelen Zylinderwänden 2, 2′ und zwei weiteren festen und parallelen Zylinder­ wänden 3, 3′, die rechtwinklig zu den Zylinderwänden 2, 2′ angeordnet sind sowie aus den beiden Zylinderdeckeln 4, 4′. Die einzelnen Bauteile sind in geeigneter Weise, z. B. durch Verschrauben, miteinander verbunden. Zwi­ schen den Zylinderwänden 2, 2′ und den Zylinderdeckeln 4, 4′ besteht eine druckdichte Verbindung.

Die Zylinderdeckel 4, 4′ sind mit Durchgängen für einen Kolben bzw. eine Kolbenstange 5 versehen. An den Durch­ gängen können Dichtungen geeigneter Art, z. B. Spalt­ dichtungen 7, angeordnet sein. An den Zylinderdeckeln 4, 4′ sind auch die Druckmittelzuführungen für den Zy­ linder angeordnet (in Fig. 1 gestrichelt angedeutet).

Innerhalb des Zylindergehäuses 1 sind parallel zu den festen Zylinderwänden 3, 3′ bewegliche Zylinderwände 6, 6′ angeordnet. Diese Zylinderwände sind gegenüber den festen Zylinderwänden 2, 2′ und den Zylinderdeckeln 4, 4′ durch geeignete Dichtelemente 8, z. B. Berührungs­ dichtungen, wie in der Zeichnung schematisch angedeu­ tet, abgedichtet.

Die beweglichen Zylinderwände 6, 6′ sind senkrecht zur Zylinderachse 9 verschiebbar bzw. verstellbar, wie durch Doppelpfeile bei 6, 6′ angedeutet. Im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel sind hierzu als Verstellmittel Schrauben 11 vorgesehen. Anstelle der Schrauben können auch hydraulische Betätigungselemente, z. B. hydrauli­ sche Stellzylinder, verwendet werden. Die Stellzylinder können servohydraulisch betätigt und mit Wegregelung betrieben werden. Zur Rückstellung der beweglichen Zy­ linderwände 6, 6′ bzw. zur Einstellung einer größeren Kolbenfläche werden die Zylinderwände durch den Druck in den Zylinderkammern 12, 12′ beaufschlagt.

In rechteckigen Aussparungen 13 der Kolbenstange 5 sind bewegliche Kolbenelemente 15 angeordnet, die zur Verän­ derung der wirksamen Kolbenfläche in Richtung der Dop­ pelpfeile verschiebbar sind. Die im Querschnitt eben­ falls rechteckigen Kolbenelemente sind gleitend in den Ausnehmungen 13 geführt. Sie können durch Dichtelemente 18 gegenüber den Ausnehmungen 13 und den festen Zylin­ derwänden 2, 2′ abgedichtet sein und werden durch Fe­ dern 16 an die beweglichen Zylinderwände 6, 6′ ange­ drückt. In den Kolbenelementen 15 sind Durchgangs­ bohrungen 17 zum Druckausgleich zwischen den Zylinder­ kammern 12, 12′ und den Ausnehmungen 13 vorgesehen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die beweg­ lichen Zylinderwände 6, 6′ soweit zur Kolbenstange 5 hin verstellt werden, daß sich praktisch die Kolbenflä­ che Null ergibt. Die beweglichen Zylinderwände 6, 6′ liegen hierbei an der Kolbenstange an und die bewegli­ chen Kolbenelemente 15 befinden sich vollständig inner­ halb der Ausnehmungen 13 (innere Endstellung). Wenn die beweglichen Zylinderwände den konstruktiv vorgesehenen Maximalabstand von der Kolbenstange 5 haben (äußere Endstellung), weist die Zylinder-Kolbenanordnung die maximal einstellbare wirksame Kolbenfläche auf.

Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten rechteckigen Kolbenstange ist es auch möglich, die Kol­ benstange nur in ihrem mittleren Teil für die Aufnahme der beweglichen Kolbenelemente rechteckig oder quadra­ tisch auszubilden. Die an den Zylinderdeckeln 4, 4′ an­ liegenden und nach außen geführten Teile der Kolben­ stange sind in herkömmlicher Weise rund ausgebildet. Bei dieser Anordnung läßt sich allerdings die wirksame Kolbenfläche nicht auf Null verkleinern, da die beweg­ lichen Kolbenelemente 15 nur einen Teil der Kolbenflä­ che bilden.

Weiterhin ist es möglich, den Erfindungsgedanken bei einer runden Kolbenstange anzuwenden, wobei die Kolben­ elemente 15 und die beweglichen Zylinderwände 6, 6′ an den aneinander anliegenden Flächen als Zylindersegmente ausgebildet sind. Eine weitere Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß eine runde Kolbenstange an zwei ein­ ander gegenüberliegenden Seiten angeflacht wird und die beweglichen Kolbenelementen und Zylinderwände am den flachen Seiten angeordnet sind.

Claims (7)

1. Zylinder mit einem Kolben mit veränderbarer wirksa­ mer Kolbenfläche und einer aus dem Zylinder her­ ausgeführten Kolbenstange, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbenstange (5) senkrecht zur Zylin­ derachse (9) bewegliche Kolbenelemente (15) ange­ ordnet sind, die zumindest einen Teil der wirksa­ men Kolbenfläche bilden, und daß die Zylinderwände (6, 6′), an denen die beweglichen Kolbenelemente (15) in Bewegungsrichtung anliegen ebenfalls senk­ recht zur Zylinderachse (9) beweglich ausgebildet sind.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinder (1), Kolbenstange (5) und Kolbenele­ mente (15) rechteckig oder quadratisch ausgebildet sind, wobei zwei einander gegenüberliegende Zylin­ derwände (2, 2′) fest und die beiden anderen Zy­ linderwände (6, 6′) beweglich angeordnet sind.

3. Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenelemente (15) in Ausneh­ mungen (13) der Kolbenstange (5) gleitend geführt sind und von in den Ausnehmungen (13) angeordneten Federn (16) an die beweglichen Zylinderwände (6, 6′) angedrückt werden.

4. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenelemente (15) Durchgangsbohrungen (17) zur Verbindung der Ausnehmungen (13) mit den Anlageflächen der Kolbenelemente (15) an den be­ weglichen Zylinderwänden (6, 6′) aufweisen.

5. Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Zylin­ derwände (6, 6′) mechanisch oder hydraulisch ver­ stellbar sind.

6. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenelemente (15) und die beweglichen Zylinderwände (6, 6′) an den aneinander anliegen­ den Flächen als Zylindersegmente ausgebildet sind.

7. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) rund ausgebildet ist und innerhalb des Zylinders (1) ein rechteckiges oder quadratisches Teilstück zur Aufnahme der bewegli­ chen Kolbenelemente (15) aufweist.