DE4413279A1 - Hydraulische Einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Aus der Praxis sind Hydraulikzylinder bekannt, die nur in einer Richtung Kraft ausüben können, meist in die Aus­ schubrichtung der Kolbenstange. Einerseits haben solche einfach wirkenden Hydraulikzylinder gegenüber doppelt wirkenden Zylindern, die sowohl Zug- als auch Schubkräfte ausüben können, den Vorteil, daß sie nur eine einzige Druckmittelzuleitung benötigen. Andererseits sind einfach wirkende Hydraulikzylinder entweder auf Aufwendungen be­ schränkt, bei denen die Kolbenstange durch das Eigen­ gewicht des angetriebenen Gegenstandes in ihre Ausgangs­ lage zurückbewegt wird, oder für den Kolben muß eine Rück­ holvorrichtung vorgesehen werden.

In dem Normblatt DIN 24 300 ist zum Beispiel ein einfach wirkender Zylinder beschrieben, bei dem die Rückbewegung des Kolbens mittels einer innerhalb des Zylinders an­ geordneten Druckfeder erreicht wird. Die Druckfeder wird beim Ausschieben der Kolbenstange zusammengedrückt und übt auf den Kolben eine rücktreibende Kraft aus.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine hy­ draulische Einrichtung zu schaffen, die eine Rückholvor­ richtung umfaßt, die durch Gasdruck betätigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hydrau­ lische Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge­ löst.

Bei der neuen hydraulischen Einrichtung ist der von einem Gehäuse umschlossene Innenraum mittels eines bewegbaren Kolbens in zwei Kammern unterteilt. Die erste der beiden Kammern weist einen Anschluß für ein Druckmittel auf, durch den sie be- und entlüftet wird. Die zweite Kammer ist mit einem Behälter strömungsmäßig verbunden, der mit unter Druck stehendem Gas gefüllt ist. Wird die erste Kam­ mer mit Druckmittel belüftet, wird das Gas in der zweiten Kammer weiter komprimiert. Wird die erste Kammer entlüf­ tet, treibt das komprimierte Gas den Kolben wieder in seine Ausgangslage zurück.

In einer Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung ist der mit Gas gefüllte Behälter innerhalb der zweiten Kammer angeordnet, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn er von einem Teil der zweiten Kammer gebildet ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn ein Anschlag die Bewegung des Kolbens im Sinne einer Verkleinerung der zweiten Kammer begrenzt, insbesondere wenn der Anschlag innerhalb der zweiten Kammer angeordnet ist.

Bei einer besonders einfachen Konstruktion der erfin­ dungsgemäßen hydraulischen Einrichtung bildet ein beidends mit Endstücken verschlossenes Rohr das Gehäuse. Bei dieser Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung kann durch eine Durchgangsbohrung in einem der Endstücke eine Kolbenstange ragen, auf deren Ende ein Kolben befestigbar ist, der gegen die Innenwand des Rohres abgedichtet ist. In diesem Fall kann der oben genannte Anschlag vorteilhafterweise durch ein rohrförmiges Distanzstück gebildet sein.

In einer Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung wird die zweite Kammer durch einen innerhalb der Kolbenstange verlaufenden Kanal mit dem unter Druck stehenden Gas be­ füllt. Zu diesem Zweck trägt die Kolbenstange an ihrem in den Außenraum ragenden Ende ein Rückschlagventil, das diesen Kanal gasdicht verschließt. Bei dieser Ausbildung kann die Füllung mit Gas besonders einfach erfolgen.

Der Druckmittelanschluß für die erste Kammer ist zweck­ mäßigerweise in einem massiven Endstück angeordnet, um das den Zylinder bildende Rohr nicht zu schwächen.

Damit der Kolben bei vollständig eingeschobener Kolben­ stange die strömungsmäßige Verbindung zwischen der ersten Kammer und dem Druckmittelanschluß nicht verschließen kann, ist an dem betreffenden Endstück ein weiterer An­ schlag vorgesehen, der die Einschubbewegung der Kolben­ stange begrenzt. Besonders vorteilhaft ist es, diesen An­ schlag mittels einer Ausnehmung in dem Endstück zu schaf­ fen, so daß an die Innenwand der Zylinderkammer angrenz­ end, ein ringförmiger Absatz entsteht, an dem der im wesentlichen plane Kolben bei vollständig eingeschobener Kolbenstange aufsteht. Mit der Ausnehmung wird erreicht, daß schon zu Beginn der Ausschubbewegung der Druck des Druckmittels nahezu auf die gesamte Kolbenfläche wirkt und annähernd die maximale Kraftwirkung auf den Kolben erzielt wird.

Mit Vorteil ist an dem massiven Endstück auch ein Element angeordnet, beispielsweise eine Bohrung, das die Be­ festigung des Hydraulikzylinders an einer Maschine oder einem Maschinenelement ermöglicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder in einem Längsschnitt und

Fig. 2 den Endbereich der Kolbenstange des Hydraulik­ zylinders nach Fig. 1 in einem Längsschnitt und in einem anderen Maßstab.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder 1, der ein zylindrisches Rohr 2 aufweist, das einen Zylinder bildet, dessen Innenraum 3 von der Innenwand 4 des Rohres 2 begrenzt ist. Das Rohr 2 ist endseitig mit einem ersten Endstück 6 und einem zweitens Endstück 7 verschlossen. Durch eine Bohrung 8 in dem zweiten Endstück 7 ist eine Kolbenstange 9 gesteckt, die an ihrem in den Zylinder ragenden inneren Ende einen Kolben 11 trägt. Der Kolben 11 ist längsverschieblich abgedichtet in dem Rohr 2 geführt.

Der Innenraum 3 des Zylinders wird von dem Kolben 11 in eine von der Kolbenstange 9 abliegende erste Zylinderkam­ mer 12 und in eine kolbenstangenseitige zweite Zylinder­ kammer 13 aufgeteilt. Die von der Kolbenstange 9 ablie­ gende Oberfläche des Kolbens 11 ist im wesentlichen plan.

Das erste Endstück 6 ist ein massives zylindrisches Teil, das einen ersten Abschnitt 14 und einen zweiten Abschnitt 15 aufweist. In den ersten Abschnitt 14, dessen Durchmes­ ser so groß ist wie der Innendurchmesser des Rohres 2, ist eine parallelflankige Nut 17 eingestochen, die einen O-Ring 18 aufnimmt. Der Durchmesser des zweiten Abschnit­ tes 15 ist so groß wie der Außendurchmesser des Rohres 2, so daß zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 14, 15 an der Übergangsstelle ein Absatz 19 entsteht. Das End­ stück 6 wird in ein Ende des Rohres 2 so weit eingesteckt, bis die Wandung des Rohres 2 an dem Absatz 19 ansteht. Durch eine in das Rohr 2 eingeprägte Sicke 21 ist das End­ stück 6 formschlüssig gehaltert und mittels des O-Ringes 18 gegen die Innenwand 4 des Rohres 2 abgedichtet.

In dem Endstück 6 ist eine zentrische Sackbohrung 22 an­ geordnet, die, aus dem Innenraum 3 des Zylinders kommend, durch den ersten Abschnitt 14 hindurch bis in den zweiten Abschnitt 15 reicht. Eine radiale Bohrung 23 im zweiten Abschnitt 15 des Endstückes 6, deren Durchmesser sich zum Zentrum des Endstückes 6 hin in zwei Stufen verjüngt, trifft auf die Sackbohrung 22 und stellt mit ihr zusammen eine durchgängige strömungsmäßige Verbindung zwischen der von der Kolbenstange 9 abliegenden Zylinderkammer 12 und dem Außenraum her. Die radiale Bohrung 23 ist im ersten an den Außenraum grenzenden Abschnitt mit einem Gewinde 24 versehen und bildet einen Anschluß für eine Druckmittel­ druckleitung. Im Endbereich des zweiten Abschnittes 15 des Endstückes 6 befindet sich eine durchgängige Bohrung 25, die zur Befestigung des Hydraulikzylinders dient.

In der der Zylinderkammer 12 zugewandten Stirnfläche 26 des Endstücks 6 ist eine flache Ausdrehung 27 angeordnet, deren Durchmesser so groß ist, daß in der Nähe der Innen­ wand 4 des Rohres 2 ein ringförmiger Absatz 28 entsteht.

Das zweite Endstück 7 besteht im wesentlichen aus einer dicken Scheibe, in deren Außenumfang eine parallelflankige Nut 29 zur Aufnahme eines O-Ringes 30 eingestochen ist. Ebenso wie das erste Endstück 6 ist auch das zweite End­ stück 7 durch eine in das Rohr 2 eingeprägte Sicke 31 formschlüssig gehaltert und gegenüber der Innenwand 4 des Rohres 2 abgedichtet. Auf seiner äußeren Stirnseite 32 weist das zweite Endstück 7 eine Ausdrehung 33 auf, die den Durchmesser der Durchgangsbohrung 8 vergrößert und so tief ist, daß ein Abstreifer 34 in ihr Platz findet. Der Abstreifer 34 entfernt beim Einschieben der Kolbenstange 9 Schmutzpartikel von ihrer Oberfläche. Im Inneren der kol­ benstangenseitigen Zylinderkammer 13 befindet sich eine Scheibe 35, die an dem zweiten Endstück 7 anliegt und eine Durchgangsbohrung 36 für die Kolbenstange 9 aufweist. In einer auf dem Außenumfang der Scheibe 35 umlaufenden Nut 37 mit rechteckigem Querschnitt ist ein Dichtungspaket 38 gehaltert, das die Kolbenstange 9 abdichtet.

Die Scheibe 35, die mit ihrer einen Seite an dem zweiten Endstück 7 anliegt wird auf ihrer anderen Seite mittels eines rohrförmigen Distanzstückes 39 festgelegt, das wiederum durch eine in das äußere Rohr 2 und gleichzeitig in das Distanzstück 39 eingeprägte Sicke 41 formschlüssig gehaltert ist.

Der im wesentlichen scheibenförmige Kolben 11 trägt auf der der Kolbenstange 9 zugewandten Seite einen zylindri­ schen Ansatz 42, in den eine parallelflankige Nut 43 ein­ gestochen ist. Die Kolbenstange 9 weist auf ihrem dem Kol­ ben 11 zugewandten Ende eine Ausdrehung 44 auf, deren Ab­ messungen bis auf ein geringes Spiel den Außenabmessungen des Ansatzes 42 entsprechen und die den Ansatz 42 auf­ nimmt. Durch eine in die Kolbenstange 9 eingeprägte Sicke 46 ist der Kolben 11 mit der Kolbenstange 9 formschlüssig verbunden.

Der Kolben 11 trägt auf seinem Außenumfang zwei Nuten 46, 47, die jeweils ein Dichtungspaket 48, 49 Kammern, die den Kolben 11 gegenüber der Innenwand 4 des Rohres 2 ver­ schiebbar abdichten.

Die zylindrische, massive, mit dem Kolben 11 verbundene Kolbenstange 9 weist eine zentrische Bohrung 51 auf, deren Bohrungsgrund 52 in der Nähe der Übergangsstelle zwischen dem Ansatz 42 und dem Kolben 11 liegt. Der Durchmesser der Bohrung 51 ist so bemessen, daß die Stabilität der Kol­ benstange 9 nicht beeinträchtigt wird. Im Bereich der Sicke 46 weist die Kolbenstange 9 eine radiale Bohrung 53 auf, die eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der Boh­ rung 51 und der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer 13 herstellt.

Auf den in den Außenraum ragenden Endbereich 54 der Kol­ benstange 9 ist ein Gewinde 56 geschnitten, um die Kol­ benstange 9 mit einer Maschine oder einem anzutreibenden Maschinenelement zu verbinden. Im Inneren des Endbereiches 54 ist ein die Bohrung verschließendes Rückschlagventil 57 angeordnet, dessen Sperrichtung aus dem Inneren der Kol­ benstange 9 in den Außenraum weist.

Fig. 2 zeigt das Rückschlagventil 57 aus Fig. 1 im Aus­ schnitt und in einem anderen Maßstab. In dem Endbereich 54 der Kolbenstange 9 befindet sich eine zentrische Bohrung 58, deren Durchmesser sich in zwei Stufen auf den Durch­ messer der zentrischen Bohrung 51 verjüngt, wodurch zwis­ chen der ersten und zweiten Stufe 59, 61 ein ringförmiger Absatz 62 entsteht. Die zweite Stufe 61 der Bohrung 58 ist mit einem Gewinde 63 versehen, in das ein zylindrischer Körper 64 eingeschraubt ist, der den Ventilkörper des Rückschlagventils 57 bildet. Der Ventilkörper 64 weist zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern auf, so daß eine Ringschulter 66 entsteht. Mit der Ringschulter 66 preßt der Ventilkörper 64 eine Dichtung 67 auf den ring­ förmigen Absatz 62 und dichtet auf diese Weise den Ven­ tilkörper 64 gegen die Bohrung 58 ab. Ein durchgängiger Kanal 68 in dem Ventilkörper 64 erweitert sich im Inneren zu einer zylindrischen Kammer 69, in der sich ein Ventil­ verschlußteil 71 frei bewegen kann.

Herrscht an der Mündung 72 des Kanals 68 ein höherer Druck als in der Kammer 69, wird das Ventilverschlußteil 71 von seinem Ventilsitz 73 abgehoben und gibt eine strömungsmäß­ ige Verbindung durch den Kanal 68 frei. Bei umgekehrten Druckverhältnissen wird das Ventilverschlußteil 71 auf den Ventilsitz 73 gepreßt und verschließt den Kanal 68 gas­ dicht.

Der Hydraulikzylinder wird drucklos zusammengebaut und danach mit einem unter Druck stehenden Gas, vorzugsweise Stickstoff, befüllt. Das Gas strömt durch den Kanal 68 des Ventils 57, durch die zentrale Bohrung 51 und die radiale Bohrung 53 in die kolbenstangenseitige Zylinderkammer 13, bis dort ein Druck von etwa 10 bar herrscht. Nachdem das Gas eingefüllt ist, verschließt das Rückschlagventil 57 das Gasvolumen. Schon während des Füllvorganges verschiebt sich der Kolben 11 unter der Wirkung des Gasdruckes, bis er an dem ringförmigen Absatz 28 des Endstückes 6 anliegt. Um den Hydraulikzylinder betriebsbereit zu machen, muß nur noch der Druckmittelanschluß mit einer Hydraulikleitung verbunden werden.

Der insoweit beschriebene Hydraulikzylinder funktioniert in der Weise, daß unter Druck stehendes Druckmittel durch den Druckmittelanschluß in die von der Kolbenstange 9 ab­ liegende Zylinderkammer 12 strömt und eine Kraft auf den an dem ringförmigen Absatz 28 anstehenden Kolben 11 aus­ übt. Die Ausdrehung 27 in dem Endstück gewährleistet, daß der Öldruck schon zu Beginn der Bewegung der Kolbenstange 9 fast auf die gesamte Fläche des Kolbens 11 wirkt, so daß näherungsweise die größtmögliche Kraft auf den Kolben 11 ausgeübt wird.

Diese Kraft bewirkt eine Ausschubbewegung der Kolbenstange 9, die abgeschlossen ist, wenn kein weiteres Druckmittel in die Zylinderkammer 12 gepreßt wird oder wenn der Kolben 11 an dem Bund des Distanzstückes 39 ansteht, der einen Anschlag für die Ausschubbewegung der Kolbenstange 9 bil­ det.

Wird der Druckmittelanschluß drucklos geschaltet, d. h. steht der Druckmittelanschluß nicht unter einem Überdruck, vollzieht die Kolbenstange 9 unter der Wirkung des unter Druck stehenden Gases in der kolbenstangenseitigen Zylin­ derkammer 13 eine Einzugbewegung. Die Einzugbewegung der Kolbenstange 9 ist beendet, wenn der Kolben 11 an der ringförmiger Absatz 28 des Endstück 6 ansteht. Auf diese Weise wirkt das unter Druck stehende, eingeschlossene Gas als Rückholvorrichtung für die Kolbenstange 9.

Bei der Ausschubbewegung der Kolbenstange 9 steigt der Druck des in der Zylinderkammer 13 eingeschlossenen Gases immer weiter an, bis der Kolben 11 am Bund des Distanz­ stückes 39 anstößt. In dieser Stellung wird der maximale Gasdruck in der Zylinderkammer 13 erreicht, der bei gege­ benem, dem Gas zur Verfügung stehenden Volumen durch den anfänglichen Fülldruck des Gases und die Länge des rohr­ förmigen Distanzstückes 39 bestimmt ist. Das Distanzstück 39 gewährleistet somit, daß ein festgelegter maximaler Gasdruck nie überschritten wird, wodurch eine Beschädigung der Dichtungspakete 38, 48, 49 durch Überdruck aus­ geschlossen wird.

Die auf die Kolbenstange 9 wirkende rücktreibende Kraft ist von konstanten geometrischen Abmessungen und dem ver­ änderlichen in der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer 13 herrschenden Druck bestimmt.

Die Stärke der rücktreibenden Kraft wird bei gegebenem Zylinderdurchmesser und bei gegebener Ausschublänge der Kolbenstange durch folgende Maßnahmen festgelegt: Die Höhe des Druckes der Gasfüllung in der kolbenstangenseitigen Zylinderkammer 13 bestimmt den minimalen Wert der rück­ treibenden Kraft, die bei vollständig eingeschobener Kol­ benstange 9 vorliegt. Durch den Fülldruck des Gases und durch die Länge des Distanzstückes 39, das die Größe des bei vollständig ausgeschobener Kolbenstange 9 verbleiben­ den Gasvolumens in der kolbenstangenseitigen Zylinderkam­ mer 13 definiert, ist der Maximalwert der rücktreibenden Kraft bestimmt. Der maximale Wert der rücktreibenden Kraft wird am Ende der Ausschubbewegung der Kolbenstange 9 er­ reicht.

Die im Ausführungsbeispiel erläuterte Erfindung ist nicht auf Linearzylinder beschränkt, sondern kann ohne weitere erfinderische Tätigkeit auch auf sogenannte Schwenkmotoren übertragen werden.

Claims (16)

1. Hydraulische Einrichtung (1),
mit einem einen Innenraum (3) umschließenden Gehäuse (2)
mit einem in dem Innenraum (3) bewegbaren Kolben (11), der in dem Innenraum (3) zwei Kammern (12, 13) abgrenzt,
mit einem Anschluß (24) für ein Fluid durch den die erste Kammer (12) be- und entlüftet werden kann und
mit einem Behälter, der mit der zweiten Kammer (13) strömungsmäßig verbunden ist und mit unter Druck stehendem Gas gefüllt ist.

2. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter innerhalb der zwei­ ten Kammer (13) angeordnet ist.

3. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kammer (13) den Be­ hälter umfaßt.

4. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein, die Bewegung des Kolbens (11) im Sinne einer Verkleinerung der zweiten Kammer (13), begrenzender Anschlag (39) vorgesehen ist.

5. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (39) innerhalb der zweiten Kammer (13) angeordnet ist.

6. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) von einem zylin­ drischen Rohr (2) gebildet ist, dessen Innenwand (4) den zylindrischen Innenraum (3) begrenzt und das beidends mit einem ersten und mit einem zweiten End­ stück (6, 7) verschlossen ist.

7. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Anschlag (39) durch ein rohrförmiges Teil (39) gebildet ist.

8. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Kolbenstange (9) mit einem Ende durch eine Durchgangsbohrung (8) eines End­ stückes (7) in den Innenraum (3) ragt.

9. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) an dem in den Innenraum (3) ragenden Ende der Kolbenstange (9) be­ festigt ist und gegen die Innenwand (4) des Rohres (2) längsverschieblich abgedichtet ist.

10. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kolbenstange (9) ein Kanal (51) verläuft, der die zweite Kammer (13) strömungsmäßig mit dem Außenraum verbindet.

11. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (51) mit einem Rück­ schlagventil (57) verschließbar ist.

12. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (24) für das Fluid in dem ersten Endstück (6) angeordnet ist.

13. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) den Anschluß (24) nicht verschließen kann.

14. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein, die Bewegung des Kolbens (11) im Sinne einer Vergrößerung der zweiten Kammer (13), begrenzender Anschlag (28) vorgesehen ist.

15. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Endstück (6) eine dem Kolben (11) zugewandte Ausnehmung (27) aufweist.

16. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Endstück (6) ein Ele­ ment (25) zur Befestigung der hydraulischen Einrich­ tung aufweist.