DE4219906A1 - Hydraulikzylinder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder.

Hydraulikzylinder sind allgemein bekannt und dienen zur Handhabung bzw. Bewegung schwerer Arbeitsgeräte, die genau und feststellbar positioniert werden müssen.

Herkömmliche Hydraulikzylinder weisen einen im Zylinder axial beweglichen Kolben auf, der mit einer massiven Kolben­ stange verbunden ist, welche sich außerhalb des Zylinders erstreckt und durch eine den Zylinder nach außen abdichtende Einrichtung geführt ist. Der Einlaßanschluß mündet unmittel­ bar in dem zwischen Zylinderboden und zugewandter Stirnflä­ che des Kolbens gebildeten Hubraum, während der Auslaßan­ schluß mit einer zwischen Kolben und Dichteinrichtung beste­ henden Kammer in Verbindung steht.

Ferner ist es bekannt, einen herkömmlichen Hydraulikzylinder mit einer externen Sperreinrichtung zu versehen, die zur Aufgabe hat, den Hydraulikzylinder in seiner gegenwärtigen Position zu fixieren. Insbesondere bei längeren Transport­ vorgängen kommt es vor, daß der ausgefahrene Kolben in die­ ser Stellung zu fixieren ist. Die Sperreinrichtung weist Rückschlagsventile auf, die eine selbsttätige Druckentspan­ nung verhindern.

Derartige externe Sperreinrichtungen erhöhen jedoch den Raumbedarf des Hydraulikzylinders und können durch Schlag oder Stoß leicht beschädigt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hy­ draulikzylinder anzugeben, der einen kompakten Aufbau hat und gegen selbsttätige Druckentspannung gesichert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Hy­ draulikzylinder mit einem axial beweglichen Kolben, der mit einem einen Innenkanal umfassenden Innenrohr und mit einem das Innenrohr und einen Zwischenkanal umfassenden Außenrohr verbunden ist. Die herkömmliche Kolbenstange ist somit durch Kolbenrohre ersetzt worden, die einen Innenkanal bzw. Zwi­ schenkanal zur Zuführung des hydraulischen Fluids aufweisen. Ferner ist eine Dichteinrichtung für den Zylinder vorgese­ hen, die das Außenrohr gleitend aufnimmt und den Hub des Kolbens begrenzt. In dem Kolben ist ein Einlaßdurchgang ge­ bildet, der den Zwischenkanal bzw. Innenkanal mit einem zwi­ schen Zylinderboden und zugewandter Stirnfläche des Kolbens gebildeten Hubraum verbindet. Dieser Einlaßdurchgang dient somit zur axialen Verschiebung des Kolbens längs des Zylin­ ders. Es wird an der dem Zylinderboden zugewandten Stirnflä­ che des Kolbens durch einströmendes Fluid ein Druck aufge­ baut, der den Kolben mit zunehmendem Hubraum verschiebt. Ferner ist in dem Kolben ein Auslaßdurchgang gebildet, der den Innenkanal bzw. Zwischenkanal mit einer zwischen Kolben und Dichteinrichtung gebildeten Kammer verbindet. Der Aus­ laßdurchgang ermöglicht die Abfuhr von hydraulischem Fluid, das infolge des sich verringernden Kammervolumens bei zuneh­ mendem Hubraum abgeführt werden muß. Die Beschickung des Einlaßdurchgangs und Auslaßdurchgangs durch Innenkanal bzw. Zwischenkanal der Rohre ist alternativ möglich. Ferner sind in den Durchgängen ein Einlaß- und ein Auslaßventil angeord­ net, die so koppelbar sind, daß beide Durchgänge im wesent­ lichen zur gleichen Zeit geöffnet bzw. geschlossen werden können. Die Ventile ermöglichen eine gleichzeitige Öffnung bzw. Schließung der Durchgänge und somit die hydraulisch ge­ steuerte Verschiebung des Kolbens im Zylinder. Bei Öffnung der Ventile kann durch Druckbeaufschlagung des Einlaßdurch­ gangs der Hubraum vergrößert und das Kammervolumen verklei­ nert werden. Bei Druckbeaufschlagung des Auslaßdurchgangs kann bei geöffneten Ventilen das Kammervolumen vergrößert und der Hubraum verkleinert werden.

Die durch die Durchgänge und die darin angeordneten Ventile gebildete Sperreinrichtung sichert den Hydraulikzylinder ge­ gen einen selbsttätige Druckentspannung, die zu einer unbeab­ sichtigten Verschiebung des Kolbens im Zylinder führen kann. Die erfindungsgemäße Sperreinrichtung ist im Kolben inte­ griert, so daß der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder kom­ pakt ist, wobei die Sperreinrichtung gegen äußere Schlagein­ wirkung geschützt ist.

Es ist bevorzugt, daß der Einlaßdurchgang den Zwischenkanal mit dem Hubraum und der Auslaßdurchgang den Innenkanal mit der Kammer verbindet. Diese Auswahl unter den alternativen Verbindungsmöglichkeiten hat einen konstruktiven Vorteil, da der Zwischenkanal radial weiter außen liegt und dadurch eine kürzere Verbindung mit der Stirnfläche des Kolbens ermög­ licht ist. Auf diese Weise ist der Druckabfall über den Ein­ laßdurchgang minimiert und ein wirksamer Druckübertrag in den Hubraum sichergestellt.

Der Zwischenkanal ist bevorzugt ein Ringraum, der zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildet ist. Auf diese Wei­ se ist eine konstruktiv einfache und bevorzugt koaxiale Anordnung der Rohre ineinander möglich.

Die Ventile sind bevorzugt Rückschlagsventile, die bei Druckbeaufschlagung durch den Innenkanal bzw. Zwischenkanal öffnen und andernfalls schließen. Dies ermöglicht eine Arre­ tierung des Kolbens in jeder beliebigen Position, insbeson­ dere während längerer Transportfahrten.

Es ist bevorzugt, daß der Einlaßdurchgang und der Auslaß­ durchgang durch einen Kanal verbunden sind, wobei in dem Ka­ nal ein axial beweglicher Schieber dichtend angeordnet ist, der zwei mit Verschlußorganen der Ventile zusammenwirkende Stößel aufweist. Diese Anordnung gewährleistet das gleich­ zeitige Öffnen der Ventile. Wenn durch den Einlaßdurchgang Fluid beaufschlagt wird, hebt sich das Verschlußorgan des Einlaßventils und wandert in die Öffnungsstellung, so daß Fluid in den Hubraum strömen kann. Gleichzeitig wird der in dem Kanal angeordnete Schieber durch das druckbeaufschlagte Fluid verschoben. Der mit dem Schieber verbundene Stößel wirkt dabei auf das Verschlußorgan des anderen Ventils, d. h. des Auslaßventils und hebt dieses in seine Öffnungsstellung. Auf diese Weise wird auch der Auslaßdurchgang geöffnet. Das­ selbe geschieht umgekehrt bei Beaufschlagung des Auslaß­ durchgangs zur Verkleinerung des Hubvolumens, wobei das Ver­ schlußorgan des Einlaßventils geöffnet wird.

Der Schieber ist bevorzugt durch Druckbeaufschlagung des Einlaßdurchgangs bzw. Auslaßdurchgangs in Richtung des Ver­ schlußorgans des Auslaß- bzw. Einlaßventils verschiebbar, wobei der entsprechende Stößel das Verschlußorgan des Aus­ laß- bzw. Einlaßventils gegen eine Federkraft in die Öffnungsstellung drückt. Die Verschlußorgane sind federge­ spannt entgegen der Öffnungsrichtung, wobei die Federspan­ nung so eingestellt ist, daß eine geeignete Druckbeaufschla­ gung die Federkraft jeweils überwindet.

Das Innenrohr und das Außenrohr sind bevorzugt an ihrem dem Kolben abgewandten Enden mit einem Verschlußteil verbunden, das einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß für hydraulisches Fluid sowie damit verbundene Leitungen auf­ weist, die in dem Zwischenkanal und dem Innenkanal der Rohre münden. Das Verschlußteil ermöglicht eine geeignete Zufüh­ rung der Fluide von außerhalb des Zylinders. Ein Einlaßan­ schluß und ein Auslaßanschluß am Zylinder entfallen. Dies schafft ggf. den Vorteil, daß die Anschlüsse und zugeordnete Leitungen bzw. Schläuche sich nicht bewegen, wenn das mit dem Kolben verbundene Verschlußteil stationär befestigt ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch den Kolben des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders.

Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Hydraulikzylin­ der besteht aus einem Stahlzylinder 2, der an seinem einen Ende geschlossen ist und einen Zylinderboden 16 aufweist. An seinem anderen Ende ist der Zylinder 2 offen und besitzt ein Innengewinde, durch das eine bolzenartige Dichteinrichtung 24 eingeschraubt ist. Die Dichteinrichtung 24 dichtet das Zylinderinnere nach außen ab und weist zu diesem Zweck zu­ mindest einen in einer radialen Ringnut aufgenommenen Dicht­ ring auf.

In dem Zylinder 2 ist axial beweglich ein Kolben 4 angeord­ net, der an seiner unteren Stirnfläche eine zylindrische Aussparung besitzt, die ein Innengewinde aufweist, in das ein entsprechend mit Gewinde versehenes Außenrohr 10 einge­ schraubt werden kann. Das Außenrohr 10 ist ferner durch eine Dichtung gegen den Kolben abgedichtet. Ferner befindet sich in dem Kolben eine gegenüber der Aussparung weitergehende zylinderische Vertiefung kleineren Durchmessers, in die ein Innenrohr 6 mit gegenüber dem Außenrohr 10 verkleinertem Durchmesser eingeschoben werden kann. Das Innenrohr 6 ist ebenfalls durch eine Dichtung gegenüber dem Kolben 4 ab­ dichtbar.

Das Innenrohr 6 weist einen in seinem Innenraum befindlichen Innenkanal 8 auf, der, wie später beschrieben, für die Fluidzufuhr dient. Ferner ist zwischen Innenrohr 6 und Außenrohr 10 ein Zwischenkanal 12 gebildet, der ebenfalls der Fluidzufuhr dient, wie nachstehend beschrieben wird. Da beide Rohre kreiszylindrischen Querschnitt haben, ist der Zwischenkanal ringraumförmig ausgebildet. Aufgrund der über die Aussparung hinausgehenden Vertiefung, in der das Innen­ rohr eingeschoben ist, umfaßt das Außenrohr 10 das Innenrohr an dessen vorderen Ende nicht mehr.

Am anderen dem Kolben abgewandten Ende der Rohre 6, 10 sind diese mit einem besonders geformten Verschlußteil 46 verbun­ den, das einen ringzylindrisch vorspringenden Schraubteil aufweist, der in seinem inneren Bereich ein Innengewinde trägt, mit dem das ebenfalls mit Gewinde versehene Innenrohr 6 in den Schraubteil einschraubbar ist. Ferner weist das Verschlußteil 46 ein Außengewinde auf, durch das das Außen­ rohr 6 auf den Verschlußteil aufgeschraubt und daran befe­ stigt wird.

Das Verschlußteil 46 weist einen Eingangsanschluß 48 auf, an dem ein beliebiges Verbindungsmittel, vorzugsweise ein Schlauch, befestigbar ist. Der Eingangsanschluß 48 definiert eine radiale Durchführung in das Innere des Verschlußteils 46, von wo sich eine axial erstreckte Eingangsleitung 52 an­ schließt. Die Eingangsleitung 52 mündet in dem Zwischenkanal 12. Ferner ist in dem Verschlußteil 46 ein Ausgangsanschluß 50 vorgesehen, an dem ebenfalls ein Fluid-Verbindungsmittel, z. B. ein Schlauch anschließbar ist. Von dem Ausgangsanschluß 50 erstreckt sich eine Durchführung radial in das Innere des Verschlußteils 46, wo sich eine axiale Ausgangsleitung 54 anschließt, die in dem Innenkanal 8 mündet.

Der Kolben 4 weist einen Einlaßdurchgang 14 auf, der den Zwischenkanal 12 mit einem Hubraum 20 verbindet, der zwi­ schen dem Zylinderboden 16 und einer dem Zylinderboden zuge­ wandten Stirnfläche 18 des Kolbens 4 definiert ist. Der Ein­ laßdurchgang 14 erstreckt sich zunächst von dem Zwischenka­ nal 12 in dessen radial äußerem Bereich abgehend axial in den Kolben hinein und mündet in einem radial im Kolben ge­ bildeten zylindrischen Kanal 32. Radial außerhalb der Mün­ dungsstelle in den Kanal 32 setzt sich der Durchgang 14 fort und öffnet sich an der Stirnfläche 18 in einem leicht ver­ tieften Bereich. Auf diese Weise kann hydraulisches Fluid durch den Eingangsanschluß 48 und die Eingangsleitung 52 durch den ringraumförmigen Zwischenkanal 12 und den Einlaß­ durchgang 14 zur Stirnfläche 18 und sodann in den Hubraum 20 gefördert werden, wo aufgrund des sich aufbauenden Fluid­ drucks eine Axialkraft auf den Kolben ausgeübt wird, die ihn abwärts drückt.

Ferner ist in dem Kolben 4 ein Auslaßdurchgang 22 gebildet, der von dem Innenkanal 8 ausgeht und sich axial bis in den Kanal 32 erstreckt. Radial außerhalb dieser Mündungsstelle erstreckt sich der Auslaßdurchgang 22 von dem Kanal 32 aus­ gehend zurück durch den Kolben 4 hindurch und mündet in ei­ ner zwischen Kolben 4 und Dichteinrichtung 24 gebildeten Fluidkammer 26. Bei zunehmenden Hubraumvolumen verkleinert sich das Volumen der Kammer 26, wodurch die Notwendigkeit besteht, das in der Kammer 26 befindliche Fluid abzuführen. Dies geschieht durch den Auslaßdurchgang 22, den Innenkanal 8 und die Ausgangsleitung 54 hindurch in den Ausgangsan­ schluß 50, von wo das Fluid durch geeignete Leitungen abge­ führt wird.

In dem radial im Kolben 4 erstreckten Kanal 32 ist ein obe­ res Auslaßventil 30 sowie ein unteres Einlaßventil 28 gebil­ det, die jeweils den Auslaßdurchgang 22 und Einlaßdurchgang 14 öffnen bzw. sperren. Das Einlaßventil 28 besteht aus ei­ nem Verschlußorgan 38, das einen zylinderischen Mittelteil und einen vergrößerten zylindrischen Kopfteil mit konischem Abschluß aufweist. Das Verschlußorgan 38 sitzt auf einer im Kolben 4 gebildeten Ringschulter auf und definiert bei Anla­ ge an der Ringschulter die Verschlußposition des Einlaßven­ tils 28. Um den zylindrischen Mittelteil des Verschlußor­ gangs 38 herum ist eine Schraubenfeder 29 angeordnet, die in Fig. 1 zu sehen ist. Die Schraubenfeder 29 stützt sich an der unteren Stirnwand des Kanals 32 ab und drückt das koni­ sche Kopfteil des Verschlußorgans gegen die Ringschulter. Bei Fluid-Beaufschlagung durch den Einlaßdurchgang 14 dringt das Fluid an der Ringschulter entlang und hebt das Ver­ schlußorgang gegen die Wirkung der Feder 29 aus seiner Ver­ schlußstellung in die Öffnungsstellung, wodurch das Fluid an dem Verschlußorgan entlang und durch den fortgesetzten Ein­ laßdurchgang 14 hindurch in den Hubraum 20 strömen kann.

Das Verschlußorgan 36 des Auslaßventils 30 weist einen zy­ lindrischen Mittelteil und einen verdickten Kopfteil mit ko­ nischem Endteil auf, der an einer entsprechend im Kolben 4 gebildeten Ringschulter anliegt und somit den Durchgang 22 sperrt. Um den zylindrischen Mittelteil herum ist eine Schraubenfeder 31 angeordnet, die sich an dem oberen Boden des Kanals 32 abstützt. Durch Fluidbeanspruchung durch den Auslaßdurchgang 22 hindurch dringt Fluid in den Kanal 32 ein und gelangt an der Ringschulter vorbei gegen den konischen Endteil des Verschlußorgans 36 des Auslaßventils. Durch den Druck hebt sich das Verschlußorgan 36 und bewegt sich in die Öffnungsstellung, wodurch an dem Verschlußorgan 36 herum Fluid längs des oberen Teils des Kanals 32 und in den fort­ gesetzten Auslaßdurchgang 22 strömen kann, von wo es in die Kammer 26 gelangt.

In dem Kanal 32 ist ferner ein Schieber 40 hin- und herge­ hend angeordnet. Durch eine radial angebrachte Dichtung des Schiebers 40 ist der Einlaßdurchgang 14 von dem Auslaßdurch­ gang 22 fluidmäßig getrennt. Der zylinderische Schieber 40 weist einen oberen vorspringenden Stößel 42 auf, der eben­ falls zylindrisch mit kleinerem Durchmesser ist und zur An­ lage an dem Verschlußorgan 36 des Auslaßventils bestimmt ist. Ferner weist der Schieber 40 einen nach unten vorsprin­ genden Stößel 44 verkleinerten Durchmessers auf, der zur An­ lage an dem Verschlußorgan 38 des Einlaßventils bestimmt ist. Der Schieber 40 hat die Aufgabe, bei Druck durch den Einlaßdurchgang 14 sich in Richtung des Auslaßdurchgangs 22 zu bewegen, wodurch der obere Stößel 42 in Anlage mit dem Verschlußorgan 36 dieses gegen die Wirkung der Feder 31 in die Öffnungsstellung hebt und dadurch ebenfalls den Auslaß­ durchgang 22 freigibt. Auf diese Weise kann bei Druckbeauf­ schlagung des Einlaßdurchgangs 14 das Hubraumvolumen 20 er­ höht werden, während das überschüssige Fluid des abnehmenden Kammervolumens durch den Durchgang 22 und in der Folge den Ausgangsanschluß 50 abgeführt wird.

In gleicher Weise führt eine Druckbeaufschlagung des Auslaß­ durchgangs 22 zu einer Verschiebung des dem Druck auswei­ chenden Schiebers 40 nach unten in Richtung zum Einlaßdurch­ gang 14, wodurch der Stößel 44 des Schiebers 40 gegen das Verschlußorgan 38 des Einlaßventils 28 drückt und dieses aus der Verschlußstellung gegen die Wirkung der Feder 29 in die Öffnungsstellung hebt. Dadurch wird nun auch der Einlaß­ durchgang 14 freigegeben und gleichzeitig mit der Vergröße­ rung des Volumens der Kammer 26 kann Fluid aus dem Hubraum 20 durch den Einlaßdurchgang 14 und in der Folge durch den Eingangsanschluß 48 abgeführt werden. Dies tritt ein, wenn die Kolben/Zylindereinheit kontrahiert werden soll.

In dem Zylinderboden 16 ist exzentrisch im Bereich des Ran­ des ein zylindrisches Halteteil 56 durch Gewindeverschluß einschraubbar, welches zur Kraftübertragung und Halterung des Zylinders 2 dient. Die exzentrische Anordnung des Halte­ teils 56 ermöglicht größtmöglichen Bewegungsfreiraum im Be­ reich des Halteteils 56, das gewöhnlich in einen oberen (nicht gezeigten) Fanghaken übergeht.

Der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder läßt sich insbesonde­ re zur hydraulischen Verstellung von landwirtschaftlichen Arbeitsgeräten verwenden, beispielsweise Pflügen und Mähbal­ ken. Dabei wird das mit dem Kolben 4 verbundene Verschluß­ teil 46 an einer landwirtschaftlichen Zugmaschine befestigt, während das exzentrische Halteteil 56 mit dem Pflug bzw. Mähbalken verbunden ist. Die Höhe bzw. Auslenkung des Pflugs bzw. Mähbalkens wird durch die hydraulisch steuerbare Posi­ tion des Kolbens im Zylinder bestimmt. Der Kolben läßt sich stufenlos regelbar durch Beaufschlagung des Eingangsan­ schlusses 48 ausfahren und stufenlos regelbar durch Beauf­ schlagung des Ausgangsanschlusses 50 wieder einfahren. Da­ durch läßt sich insbesondere die Höhe bzw. Arbeitsposition der Geräte einstellen.

Claims (7)

1. Hydraulikzylinder (2) mit einem axial beweglichen Kolben (4), der mit einem einen Innenkanal (8) umfassenden Innenrohr (6) und mit einem das Innenrohr (6) und einen Zwischenkanal (12) umfas­ senden Außenrohr (10) verbunden ist, und einer Dichteinrichtung (24) für den Zylinder (2), die das Außenrohr (10) gleitend aufnimmt und den Hub des Kolbens (4) begrenzt, wobei in dem Kolben (4) ein Einlaßdurchgang (14), der den Zwischenkanal (12) bzw. Innenkanal (8) mit einem zwischen Zylinderboden (16) und zuge­ wandter Stirnfläche (18) des Kolbens (4) gebilde­ ten Hubraum (20) verbindet, sowie ein Auslaß­ durchgang (22) gebildet ist, der den Innenkanal (8) bzw. Zwischenkanal (12) mit einer zwischen Kolben (4) und Dichteinrichtung (24) gebildeten Kammer (26) verbindet, wobei in den Durchgängen (14, 22) ein Einlaß- und ein Auslaßventil (28, 30) angeordnet sind, die so koppelbar sind, daß beide Durchgänge (14, 22) im wesentlichen zur gleichen Zeit geöffnet bzw. geschlossen werden können.

2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einlaßdurchgang (14) den Zwischen­ kanal (12) mit dem Hubraum (20) und der Auslaß­ durchgang (22) den Innenkanal (8) mit der Kammer (26) verbindet.

3. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkanal (12) ein Ringraum ist, der zwischen dem Innenrohr (6) und dem Außenrohr (10) gebildet ist.

4. Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile Rückschlagventile (28, 30) sind, die bei Druckbe­ aufschlagung durch den Innenkanal (8) bzw. Zwischen­ kanal (12) öffnen und andernfalls schließen.

5. Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß­ durchgang (14) und der Auslaßdurchgang (22) durch einen Kanal (32) verbunden sind, wobei in dem Kanal (32) ein axial beweglicher Schieber (40) dichtend angeordnet ist, der zwei mit Verschlußorganen (36, 38) der Ventile (28, 30) zusammenwirkende Stößel (42, 44) aufweist.

6. Hydraulikzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schieber (40) durch Druckbeauf­ schlagung des Einlaßdurchgangs (14) bzw. Auslaß­ durchgangs (22) in Richtung des Verschlußorgans (36; 38) des Auslaß- bzw. Einlaßventils (28; 30) verschieb­ bar ist, wobei der entsprechende Stößel (42; 44) das Verschlußorgang (36, 38) des Auslaß- bzw. Einlaß­ ventils (28; 30) gegen eine Federkraft in die Öffnungs­ stellung drückt.

7. Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (6) und das Außenrohr (10) an ihren dem Kolben abgewandten Enden mit einem Verschlußteil (46) verbunden sind, das einen Eingangsanschluß (48) und einen Ausgangsanschluß (50) für hydraulisches Fluid sowie damit verbundene Leitungen (52, 54) aufweist, die in dem Zwischenkanal (12) und dem Innenkanal (8) der Rohre münden.