DE3635694A1 - Dichtungsanordnung fuer eine antriebsstange sowie elektrohydraulischer stellantrieb mit einer solchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine eine mit einer Flüssigkeit, wie Hydrauliköl, gefüllte Kammer gegen ihre Umgebung abschließende Wand beweglich durchsetzende Antriebsstange oder dergleichen mit vorzugs­ weise kreisrundem Querschnitt, sowie einen elektrohydrau­ lichen Stellantrieb mit einer derartigen Dichtungsanordnung, mit zwei durch einen Kolben voneinander getrennten Zylinder­ kammern, von denen eine schubstangenseitige von einer mit dem Kolben verbundenen Schubstange durchsetzt ist, die ab­ gedichtet gleitbeweglich durch den Zylinderboden und einen Boden eines das Zylindergehäuse umgebenden, zwischen seiner Innenwand und der Außenwand des Zylinders einen Hydrauliköl- Vorratsbehälter bildenden Antriebsgehäuses geführt ist.

Bei der Abdichtung von mit z. B. Hydrauliköl gefüllten Kam­ mern, aus denen eine Antriebsstange, beispielsweise ein Drehkolben oder auch eine Schubstange, herausführt, besteht allgemein das Problem, daß die Dichtung mittels Nutringen oder dergleichen nicht vollkommen dicht ist, sondern daß im Laufe der Zeit in Folge von Leckage, Flüssigkeit, im vorstehend beschriebenen Beispielsfall also Hydrauliköl, entlang der Antriebsstange aus der Kammer heraustritt. Dieser Teil der Hydraulikflüssigkeit geht häufig verloren, wobei insgesamt auch die Dichtwirkung mittels Nutringen oder dergleichen nicht vollständig befriedigend ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dich­ tungsanordnung sowie insbesondere einen elektrohydrauli­ schen Stellantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher es möglich ist, nicht nur durch Leckage austretende Flüssigkeit aufzufangen und vorzugsweise erneut in einen Arbeitskreislauf zurückzuführen, sondern mittels der aufgefangenen Flüssigkeit die Dichtwirkung noch weiter zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Dichtungsan­ ordnung der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß zwi­ schen der Kammer und der Umgebung eine von der Antriebs­ stange durchsetzte Zwischenkammer angeordnet ist, die gegen die Kammer durch mindestens einen die Antriebsstange umfassenden Innennutring, der bei im Verhältnis zu der Kammer positivem Differenzdruck in der Zwischenkammer in Richtung auf die Kammer flüssigkeitsdurchlässig ist, und gegen die Umgebung durch einen die Antriebsstange umfassen­ den Außennutring abgedichtet ist, wobei in der Zwischenkam­ mer sich durch Leckage ansammelnde Flüssigkeit durch Volumenverringerung der Zwischenkammer in die Kammer rückführbar ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß bei Aufteilung der Kammer in eine Arbeitskammer und eine Flüssigkeits-Vorratskammer die Arbeitskammer gegenüber der Zwischenkammer durch einen ersten Innennutring und die Vorratskammer gegenüber der Zwischenkammer durch einen zweiten Innennutring abge­ dichtet ist, wobei bei Volumenverringerung der Zwischen­ kammer die Leckageflüssigkeit durch den zweiten Innennut­ ring hindurch in die Vorratskammer rückführbar ist.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene elektrohydraulische Stellantrieb der eingangs genannten Art zeichnet sich da­ durch aus, daß zwischen dem Zylinderboden einerseits und dem Boden des Antriebsgehäuses andererseits die Zwischen­ kammer angeordnet ist, die gegen die schubstangenseitige Zylinderkammer mittels des ersten Innennutringes, gegen den Vorratsbehälter mittels des zweiten Innennutringes und gegen einen die Kolbenstange umgebenden, eine Feder­ anordnung aufweisenden Federraum mittels des Außennutringes abgedichtet ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die Schubstange einen Anschlag aufweist, der bei ihrer den Kolben unter Vergröße­ rung des Volumens der schubstangenseitigen Zylinderkammer in Richtung auf die schubstangenabgewandte Zylinderkammer ver­ schiebenden Einwärtsbewegung an einem Anschlag des Antriebs­ gehäuses zur Anlage kommt und dieses unter Verringerung des Volumens der Zwischenkammer in Richtung auf das Zylinder­ gehäuse mitnimmt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Volumen der Zwischenkammer bei der Einwärtsbewegung der Schubstange im wesentlichen auf Null reduzierbar ist.

Auch kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Einwärtsbewegung der Schubstange unter Einwirkung der Federanordnung bei Überschreiten der Antriebslenkkraft automatisch erfolgt.

Die Erfindung schlägt gegebenenfalls auch vor, daß die Schubstange in dem Antriebsgehäuse formschlüssig exakt geführt ist; und daß der Kolben in einem zu der Innenwand des Zylindergehäuses konzentrischen Zylinderrohr gleitet, welches in dem Zylindergehäuse lediglich an dem der Zwischenkammer abgewandten Ende der schubstangenabge­ wandten Zylinderkammer fest angebracht, schubstangen­ seitig hingegen schwimmend gelagert und somit innerhalb des Zylindergehäuses mittels des durch die Schubstange zwangs­ zentrierten Kolbens zentriert ist.

Auch kann dabei vorgesehen sein, daß das Hydrauliköl der schubstangenseitigen Zylinderkammer durch den Ringspalt zwischen der Innenwand des Zylindergehäuses und der Außen­ wand des Zylinderrohres zuführbar ist.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, die gestellte Aufgabe bei einer Dichtungsanordnung der gattungsgemäßen Art dadurch zu lösen, daß die Antriebs­ stange zusätzlich zu den an sich zur Abdichtung vorge­ sehenen Nutringen zusätzlich mittels der sich in der Zwi­ schenkammer infolge von Leckagen ansammelnden Flüssigkeit abgedichtet wird, die hierdurch nicht nur vorzüglich aufge­ fangen werden kann, sondern bei bestimmten Arbeitsbewegun­ gen der Antriebsstange von selbst in den Arbeitskreislauf zurückgeführt werden kann. Da bei einem elektrohydraulischen Stellantrieb der erfindungsgemäßen Art die Schubstange natürlich vorzugsweise im Bereich der Zwischenkammer prä­ zise im Antriebsgehäuse geführt ist, ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Überbestimmung der Führung der aus der Schubstange und dem Kolben bestehenden Antriebseinheit dadurch vermieden wird, daß der Kolben seinerseits in einem lediglich schwimmend innerhalb des Zylinderge­ häuses gelagerten Zylinderrohr geführt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungs­ beispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist.

Dabei zeigt die aus einer einzigen Figur bestehende Zeich­ nung ein Ausführungsbeispiel eines elektrohydraulischen Stellantriebes nach der Erfindung im Schnitt durch die Längsmittelachse seiner Schubstange.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, weist der elektrohydrau­ lische Stellantrieb bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Elektromotor 1 auf, der eine Zahnradpumpe 2 antreibt, die aus ihrer Umgebung Hydrauliköl 3 ansaugt und über ein Rükschlagventil 4 eine Steuereinheit 5 - in der Zeichnung als 4/3-Wege-Ventil dargestellt - mit Druckenergie versorgt. Je nach Ansteuerung werden eine schubstangenseitige Zylin­ derkammer 6 und eine schubstangenabgewandte Zylinderkammer 7 mit unter Druck stehendem Hydrauliköl versorgt oder das Hydrauliköl fließt relativ drucklos über die Steuereinheit und einen Kanal 8 in einen Hydrauliköl-Vorratsbehälter 9 zurück. Ein Kolben 10 wird hierdurch in die gewünschte Richtung verstellt. Über eine Schubstange 11, die mit dem Kolben 10 starr verbunden ist, werden die Stellwege und Stellkräfte nach außen (in der Zeichnung also nach unten) übertragen.

Das Hydrauliköl in der mit Druck beaufschlagbaren schub­ stangenseitigen Zylinderkammer 6 wird nach außen zu einer zunächst hydraulikölfreien, drucklosen Zwischenkammer 12 mittels eines ersten Innennutringes 13 abgedichtet. Die Abdichtung des unter dem geringen Ölstandsdruck des Vorrats­ behälters 9 stehenden Reservoir-Hydrauliköls zur Zwischen­ kammer 12 erfolgt mittels des zweiten Innenutringes 14. Zusätzlich wird die Zwischenkammer 12 mittels eines Außen­ nutringes 15 nach außen zur Atmosphäre hin abgedichtet.

Die gesamte Antriebseinheit - Zylinder, Zylinderdeckel, Elektromotor 1, Zahnradpumpe 2, Steuereinheit 5 etc. - ist vollständig in das Hydrauliköl 3 des Vorratsbehälters 9 eingetaucht und mit einer auf die Nennkraft des Antrie­ bes vorgespannten Feder 16 an einer Traverse 17 für beide Hubrichtungen federnd aufgehängt. Die Traverse 17 stützt sich an einem Antriebsgehäuse 18 ab.

Gelangt Leck-Hydrauliköl von der Zylinderkammer 6 über den ersten Innennutring 13 oder vom Vorratsbehälter 9 über den zweiten Innennutring 14 in die mit relativ kleinem Volumen versehene Zwischenkammer 12, so wird das Hydrauliköl von dem Außennutring 15 in der Zwischen­ kammer 12 zurückgehalten. Übersteigt die hydraulische Kolbenkraft bei der Bewegungsrichtung "Schubstange 11 einfahrend" die Nennkraft des Antriebes oder ist der Antrieb in der oberen Endlage an Anschlägen 19 und 20, so entsteht gegen die Feder 16 eine Relativbewegung zwischen dem Antriebsgehäuse 18 und einem Zylinderge­ häuse 21. Dieser Hub wird genutzt, um den Antrieb elek­ trisch abzuschalten und um das Leck-Hydrauliköl der Zwischenkammer 12 über den zweiten Innennutring 14 in den Vorratsbehälter 9 zurückzupumpen. Die Dichtlippen der Nutringe sind so ausgebildet, daß das Hydrauliköl nur in einer Richtung abgedichtet wird. Sie sind jedoch so weit vorgespannt, daß über den Außennutring 15 keine Luft in die Zwischenkammer 12 eindringen kann, wenn in der Endlage bei ausgefahrener Schubstange 11 ein geringer Unterdruck in der Zwischenkammer 12 entsteht.

Innerhalb des Zylindergehäuses 21 ist ein hochpräzises Zylinderrohr 22 mit einer Innenfläche von Ra ≦ 1,0 µm lediglich einseitig, an der der Durchführung der Schub­ stange 11 durch den Bereich der Zwischenkammer 12 abge­ wandten Seite im Zylindergehäuse 21 fixiert. Im Bereich der Schubstangendurchführung hingegen ist das Zylinder­ rohr 21 schwimmend gelagert. Somit wird das Zylinderrohr 22 innerhalb des Zylindergehäuses 21 mittels des Kolbens 10 zentriert, der seinerseits innerhalb des Zylinderge­ häuses 21 durch die Schubstange 11 zentriert ist, welche wiederum innerhalb des Antriebsgehäuses 18 exakt geführt ist. Der Spalt zwischen der Innenwand des Zylindergehäu­ ses 21 und der Außenwand des Zylinderrohres 22 wird dabei für die Zuführung von Hydrauliköl 3 zur mit Druck beauf­ schlagbaren schubstangenseitigen Zylinderkammer 6 genutzt. In einem in der Zeichnung untenliegenden, die Schubstange 11 außerhalb des Flüssigkeitsbereiches umgebenden Feder­ raum ist eine Federanordnung mit zwei Federn 23, 24 ange­ ordnet.

Durch die vorstehend beschriebene Anordnung ist gewährlei­ stet, daß das Leck-Hydrauliköl aus der Zwischenkammer 12 mit Hilfe des Hubes der Federn 23, 24 beim Überschreiten der Nennkraft des Antriebes in Richtung "Schubstange 11 einfahrend" spätestens dann, wenn die in der Zeichnung obere Endlage erreicht ist, in den Vorratsbehältern 9 zurück­ geführt wird. Die schwimmende Lagerung des Zylinderrohres 22 mit Zentrierung durch den Kolben 10 auf der Seite der Schubstangendurchführung hat den Vorteil günstigerer Ferti­ gungs- und Toleranzbedingungen, wobei sich Mittenabweichun­ gen zwischen dem Zylinder und der Schubstange 11 automatisch ausgleichen lassen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschie­ denen Ausführungsformen wesentlich sein.

• Bezugszeichenliste  1 Elektromotor
   2 Zahnradpumpe
   3 Hydrauliköl
   4 Rückschlagventil
   5 Steuereinheit
   6 schubstangenseitige Zylinderkammer
   7 schubstangenabgewandte Zylinderkammer
   8 Kanal
   9 Hydrauliköl-Vorratsbehälter
  10 Kolben
  11 Schubstange
  12 Zwischenkammer
  13 erster Innennutring
  14 zweiter Innennutring
  15 Außennutring
  16 Feder
  17 Traverse
  18 Antriebsgehäuse
  19 Anschlag
  20 Anschlag
  21 Zylindergehäuse
  22 Zylinderrohr
  23 Feder
  24 Feder

Claims (8)

1. Dichtungsanordnung für eine eine mit einer Flüssigkeit, wie Hydrauliköl, gefüllte Kammer gegen ihre Umgebung ab­ schließende Wand beweglich durchsetzende Antriebsstange oder dergleichen mit vorzugsweise kreisrundem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kammer (6, 9) und der Umgebung eine von der Antriebsstange (11) durch­ setzte Zwischenkammer (12) angeordnet ist, die gegen die Kammer (6, 9) durch mindestens einen die Antriebsstange (11) umfassenden Innennutring (13, 14), der bei im Ver­ hältnis zu der Kammer (6, 9) positivem Differenzdruck in der Zwischenkammer (12) in Richtung auf die Kammer (6, 9) flüssigkeitsdurchlässig ist, und gegen die Umge­ bung durch einen die Antriebsstange umfassenden Außen­ nutring (15) abgedichtet ist, wobei in der Zwischenkam­ mer (12) sich durch Leckage ansammelnde Flüssigkeit durch Volumenverringerung der Zwischenkammer (12) in die Kammer (6, 9) rückführbar ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Aufteilung der Kammer (6, 9) in eine Arbeits­ kammer (6) und eine Flüssigkeits-Vorratskammer (9) die Arbeitskammer (6) gegenüber der Zwischenkammer (12) durch einen ersten Innennutring (13) und die Vorratskammer (9) gegenüber der Zwischenkammer (12) durch einen zweiten Innennutring (14) abgedichtet ist, wobei bei Volumenver­ ringerung der Zwischenkammer (12) die Leckageflüssigkeit durch den zweiten Innennutring (14) hindurch in die Vor­ ratskammer (9) rückführbar ist.

3. Elektrohydraulischer Stellantrieb mit einer Dichtungs­ anordnung nach Anspruch 2, mit zwei durch einen Kolben voneinander getrennten Zylinderkammern, von denen eine schubstangenseitige von einer mit dem Kolben verbundenen Schubstange durchsetzt ist, die abgedichtet gleitbeweg­ lich durch den Zylinderboden und einen Boden eines das Zylindergehäuse umgebenden, zwischen seiner Innenwand und der Außenwand des Zylinders einen Hydrauliköl-Vorrats­ behälter bildenden Antriebsgehäuses geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinderboden (21) einer­ seits und dem Boden des Antriebsgehäuses (22) andererseits die Zwischenkammer (12) angeordnet ist, die gegen die schubstangenseitige Zylinderkammer (6) mittels des ersten Innennutringes (13 ), gegen den Vorratsbehälter (9) mittels des zweiten Innennutringes (14) und gegen einen die Kolben­ stange umgebenden, eine Federanordnung (23, 24) aufweisenden Federraum mittels des Außennutringes (15) abgedichtet ist.

4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (11) einen Anschlag (20) aufweist, der bei ihrer den Kolben (10) unter Vergrößerung des Volumens der schubstangenseitigen Zylinderkammer (6) in Richtung auf die schubstangenabgewandte Zylinderkammer (7) verschiebenden Einwärtsbewegung an einem Anschlag (21) des Antriebsgehäuses (18) zur Anlage kommt und dieses unter Verringerung des Volumens der Zwischenkammer (12) in Richtung auf das Zylinder­ gehäuse (21) mitnimmt.

5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Zwischenkammer (12) bei der Einwärts­ bewegung der Schubstange (11) im wesentlichen auf Null reduzierbar ist.

6. Stellantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einwärtsbewegung der Schubstange (11) unter Einwirkung der Federanordnung (23, 24) bei Über­ schreiten der Antriebslenkkraft automatisch erfolgt.

7. Stellantrieb nach einem der Anprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange (11) in dem Antriebs­ gehäuse (18) formschlüssig exakt geführt ist; und daß der Kolben (10) in einem zu der Innenwand des Zylindergehäuses (21) konzentrischen Zylinderrohr (22) gleitet, welches in dem Zylindergehäuse (21) lediglich an dem der Zwischen­ kammer (12) abgewandten Ende der schubstangenabgewandten Zylinderkammer (7) fest angebracht, schubstangenseitig hingegen schwimmend gelagert und somit innerhalb des Zylindergehäuses (21) mittels des durch die Schubstange (12) zwangszentrierten Kolbens (10) zentriert ist.

8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrauliköl (3) der schubstangenseitigen Zylinder­ kammer (6) durch den Ringspalt zwischen der Innenwand des Zylindergehäuses (21) und der Außenwand des Zylinder­ rohres (12) zuführbar ist.