DE8800694U1 - Hydraulic cylinder with dimensionally stable piston guide - Google Patents
Hydraulic cylinder with dimensionally stable piston guideInfo
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Description
Anmelder &igr; Dipl. Ing.Adalbert Huperz Meisenweg Nr. 3, 6832 HockenheimApplicant &igr; Dipl. Ing.Adalbert Huperz Meisenweg Nr. 3, 6832 Hockenheim
Erfinders Dipl.-Ing. Adalbert Huperz Meisenweg Nr. 3, 6832 Hockenheim undInventor Dipl.-Ing. Adalbert Huperz Meisenweg No. 3, 6832 Hockenheim and
Dipl.-Ing. Harald Solmitz Kantstrasse 8, 6800 Mannheim 1Dipl.-Ing. Harald Solmitz Kantstrasse 8, 6800 Mannheim 1
Hydraulik - Zylinder mit formstabile.: KolbenführungHydraulic cylinder with dimensionally stable piston guide
Die Erfindung betrifft einen Hydraulik - Zylinder, welcher gegenüber den benannten Versionen aus einem äußeren Mantelrohr mit innen liegendem druckausgeglichenem Führungsrohr besteht. Das Führungsrohr nimmt den Kolben auf, wobei ein konstanter Abdichtungsspalt zwischen Kolben und Führungsrohr weitgehendst unabhängig vom herrschenden hydraulischen Betriebsdruck erhalten bleibt, da das Führungsrohr praktisch keinen ^.astabhängigen Aufweitungen unterliegt.The invention relates to a hydraulic cylinder which, in contrast to the versions mentioned, consists of an outer jacket tube with an internal pressure-balanced guide tube. The guide tube accommodates the piston, whereby a constant sealing gap between the piston and the guide tube is maintained largely independent of the prevailing hydraulic operating pressure, since the guide tube is practically not subject to any branch-dependent expansion.
Diese Bauart eignet sich insbesondere für Hochdruckhydraulik von mehr als 1000 bar und ist für die Ausführungsformen Gleichgang- und Differentialzylinder gleichermaßen vorteilhaft. This design is particularly suitable for high-pressure hydraulics of more than 1000 bar and is equally advantageous for the synchronous and differential cylinder designs.
Die Anwendung von immer höheren Drücken in Hydrauliksysternon führt zu verstärkten Problemen im Zylinderbau. Die Steigerung der Flüssigkeitsdrücke bedingt bei den geläufi-.gen Belastungseinheiten immer dickwandigere Zylinderabmessungen, welche nicht nur aus Festigkeitsgründen, sondern auch bei der konventionellen Bauart mit einmänteliger Zylinderwandung von ihrer druckabhängigen Aufdehnung nötwendig sind. Diese elastischen Wandungsdeformationen des Zylinder-The use of ever higher pressures in hydraulic systems leads to increased problems in cylinder construction. The increase in fluid pressures requires increasingly thick-walled cylinder dimensions in the common load units, which are necessary not only for reasons of strength, but also in the conventional design with a single-walled cylinder wall due to their pressure-dependent expansion. These elastic wall deformations of the cylinder
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rohres hat unerwünschte Spalterweiterungen zwischen Kolben und dem umgebenden Zylinderrohr zur Folge. Die Spaltvergrößerung bewirkt bei Flüssigkeitskolbenabdichtung durch reine Spaltwiderstandswirkung oder auch bei Einsatz spezieller Kolbendichtungen erhebliche Abdichtungsschwierigkeiten am Kolben, zumal in diesem Hochdruckbereich nicht selten eine Spaltvergrößerung um mehr als eine Zehnerpotenz gegenüber dem fertigungsgemäß vorgegebenen geringeren Ursprungsspalt zunimmt. tube results in undesirable gap expansions between the piston and the surrounding cylinder tube. The gap enlargement causes considerable sealing difficulties on the piston in the case of liquid piston sealing due to the pure gap resistance effect or when using special piston seals, especially since in this high-pressure range it is not uncommon for the gap to increase by more than a power of ten compared to the smaller original gap specified during production.
Liegt zwischen Zylinderrohr und Kolben eine reine Spaltabdichtung vor, also eine Abdichtung ohne Verwendung von Dichtungselementen, so vergrößern sich die Flüssigkeitsverluste am Spalt im Verhältnis der dritten Potenz zur auftretenden Spaltweite. Zusätzlich wirkt sich der Einsatz von niederviskosen Medien,wie z. B. Wasser, auf die Leckverluste steigernd aus. Außerdem wird bei großer Spaltbildung die außermittige Verlagerung des Kolbens begünstigt, wodurch eine konzentrische Spaltbildung nicht mehr gegeben ist, und sich die Leckkage nochmals bis zum 2,5-fachen des beim konzentrischen Spalt gegebenen Viertes vervielfachen kann.If there is a pure gap seal between the cylinder tube and the piston, i.e. a seal without the use of sealing elements, the fluid losses at the gap increase in proportion to the cube of the gap width. In addition, the use of low-viscosity media, such as water, increases the leakage losses. In addition, if the gap is large, the piston is more likely to move off-center, which means that a concentric gap is no longer formed, and the leakage can multiply again by up to 2.5 times the fourth that occurs with a concentric gap.
Die aufgezeigten physikalischen Erscheinungen verursachen unzulässige ,Leist.mgsverluste, die bei Hoch- und Höchstdruckhydrauliksysterne&eegr; durch Ernergieumwandlung starke örtliche Aufheizungen im Kolbenbereich und damit gekoppelte Folgeschäden nicht ausschließen. The physical phenomena described cause unacceptable "power losses" which, in high and ultra-high pressure hydraulic systems, cannot rule out strong local heating in the piston area and the associated consequential damage due to energy conversion.
Wird zwischen Zylinderrohr und Kolben die Abdichtung mittels einer zusätzlichen Kolbendichtung vorgenommen» so versagen in solchen Fällen regelmäßig herkömmliche Kanschetten-, Stopfbuchsen- Dichtungen oder dergleichen, de. bei der beschriebenen druckabhängigen Spalterweiterung eine ausreichende Abstützung der Dichtung nicht mehr vorliegt. Die Begründung hieri'Ür is.t darin zu suchen, daß der zur Dichtung üblich gehörende stütz-If the seal between the cylinder tube and the piston is made using an additional piston seal, then in such cases conventional collar, stuffing box seals or the like regularly fail, since the seal is no longer adequately supported by the pressure-dependent gap expansion described. The reason for this is that the supporting element usually associated with the seal
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rin<g nur passend zum fertigungsgemäß vorhandenen engen Ursprungsspalt bemessen weiden kann* Somit wandert im Zuge dei? Kolbenbewegung das Dichtungsmaterial bei drastischer Spältvergrößerüng und dabei gleichzeitig herrschendem hohen Flüssigkeitsdruck in den Dichtungsspalt ein. Bei Druckabbau zieht sich das elastische Zylinderrohr wieder zusammen und zerquetscht die Kolbendichtung. Dieser Zerstörungsprozeß wird noch durch sich einklemmende Schmutzpartikel, welche im Zylinderrohr Längsriefen bilden» Veisehlimiiüert. Auch dis Verschleißbildüng an Kolbenstangen und Zylinderbohrung durch zu starke Kantenpressung an den Führungsbuchsen wird durch unzulässig große Spaltbildung in gefährlicher Weise begünstigt.ring can only be dimensioned to match the narrow original gap that exists during production. As a result, during the piston movement the sealing material migrates into the sealing gap with a drastic increase in the gap and at the same time the high fluid pressure prevailing. When the pressure drops, the elastic cylinder tube contracts again and crushes the piston seal. This destructive process is further limited by trapped dirt particles that form longitudinal grooves in the cylinder tube. Wear on the piston rods and cylinder bore due to excessive edge pressure on the guide bushes is also dangerously promoted by the formation of an unacceptably large gap.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde hier mittels einer zweckmäßigen Problemlösung abzuhelfen, um präzis arbeitende Hydraulik - Zylinder mit oder ohne Verwendung Von Gleitdichtungen bei geringer Leckkage, niedrigen Reibverlusten und beachtlicher Lebensdauer für den Einsatz in der allgemeinen Hydraulik, insbesondere bei Wasserbetrieb im Bereich der Hoch- und Höchstdruckhydraulik, zu schaffen. Darüber hinaus soll sich der Zylinderantrieb durch montagegünstigen Aufbau und wirtschaftlicher Fertigung auszeichnen. Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Hydraulikzylinder dadurch, daß zwei mit üblichen Hydraulikanschlüssen ausgestattete Zylinderköpfe von beiden Seiten ein Zylindermantelrohr zentrierend aufnehmen und durch Zuganker verspannt eine Einheit bilden, welche ein von einer Mehrzahl an hintereinander aufgereihten Druckkammern umgebenes Führungsrohr fluchtend aufnimmt, wobei die Druckkammern beliebig über die Bohrungen des Führungs- oder Zylinderrohres, zum Zwecke des Druckausgleiches am Führungsrohr mit der für den Kolbenantrieb vorhandenen Druckflüssigkeit kommunizieren, und daß jede der Druckkammern durch schmiegsame Dichtungen verschlossen zwischen dem Zylindermantel und dem Führungsrohr elastisch vorgespannt eingebettet ist, und das Führungsrohr den Antriebskolben einschließlich der zugehörigen Kolbenstangenlagerung zentral aufnimmt, wobei gege-The invention is based on the object of remedying this problem by means of an expedient solution in order to create precisely functioning hydraulic cylinders with or without the use of sliding seals with low leakage, low friction losses and a considerable service life for use in general hydraulics, in particular in water operation in the field of high and ultra-high pressure hydraulics. In addition, the cylinder drive should be characterized by a design that is easy to assemble and economical to manufacture. The invention solves this problem in a hydraulic cylinder of the type in that two cylinder heads equipped with conventional hydraulic connections receive a cylinder casing tube from both sides in a centered manner and, braced by tie rods, form a unit which receives a guide tube surrounded by a plurality of pressure chambers arranged one behind the other in an aligned manner, whereby the pressure chambers communicate with the pressure fluid available for the piston drive via the bores of the guide or cylinder tube for the purpose of pressure equalization on the guide tube, and whereby each of the pressure chambers is embedded between the cylinder casing and the guide tube in an elastically pre-stressed manner, closed by flexible seals, and the guide tube receives the drive piston including the associated piston rod bearing centrally, whereby
behenfalls bei Einsatz von Kolbendichtungen, diese in Zwei "pichtungspakete aufgeteilt und mit Hilfe von zwei im Kolben kompakt untergebrachten Rückschlagventilen ständig und selbsttätig unter funktionögerechten hydraulischen Anpreßdruck stehen, und daß eine handelsübliche statische Abdichtungsart für den hermetischen äußeren Verschluß der erfindungsgemäßen Zylindereinheit Sorge trägt.if piston seals are used, these are divided into two seal packages and are constantly and automatically under functional hydraulic contact pressure with the help of two check valves compactly housed in the piston, and that a commercially available static seal type ensures the hermetic external closure of the cylinder unit according to the invention.
Diese Maßnahmen der Erfindung bewirken zwischen Führungsrohr und Kolben, unabhängig von veränderlichen Flüssigkeitsdruckbeaufschlagungen, die konstante Beibehaltung des Abdiehtungsspaltes. Denn der im Führungsrohr auftretende unterschiedli-' ehe Hydraulikdruck überträgt sich abschnittsweise auf die in dichter Reihenfolge zwischen Führungsrohr und Mantelrohr un^ tergebrachten Druckkammern, d.h. es stellt sich unbeeinträchtigt von axialen Kolbenbewegungen und der am Kolben anfallenden unterschiedlichen Druckdifferenz weitgehendst ein hydraulischer Druckausgleich am Führungsro)or ein, wodurch dieses für die Aufrechterhaltung des angestrebten geringen Abdichtungsspaltes entscheidende Bauteil formstabil erhalten bleibt. These measures of the invention ensure that the sealing gap is maintained between the guide tube and the piston, regardless of changing fluid pressures. This is because the different hydraulic pressures occurring in the guide tube are transferred in sections to the pressure chambers arranged in close succession between the guide tube and the casing tube, i.e. hydraulic pressure equalization is largely achieved on the guide tube, unaffected by axial piston movements and the different pressure differences occurring on the piston, whereby this component, which is crucial for maintaining the desired small sealing gap, remains dimensionally stable.
Bei Einsatz von Kolbendichtungen bewirkt die im Kolben integrierte, äußerst raumsparende und einfache Rückschlagventilkonstruktion, welche die Funktion von hydraulisch betätigten Druckeinlaßventilen übernimmt, eine optimale radiale Forinstabilität bei der hydraulischen Anpressung der beiden Kolbendichtungspakete an das Führungsrohr, ohne daß es bei Lastwechselbetrieb oder Dichtungsve^-schleiß zu Verlagerungen der Dichtungen innerhalb ihrer Kolbeneinbettung kommt.When using piston seals, the extremely space-saving and simple check valve construction integrated in the piston, which takes over the function of hydraulically operated pressure inlet valves, ensures optimal radial form instability when the two piston seal packages are hydraulically pressed onto the guide tube, without causing the seals to shift within their piston embedding during load change operation or seal wear.
Die sowohl am Führungsrohr als auch an den Kolbendichtungen erfindungsgemäß getroffenen Stabilisierungsmaßnahmen sind wichtige Voraussetzungen für das einwandfreie Gleitverhalten zwischen Kolbendichtüngen und dem Führungsrohr, wobei der Druckausgleich über Zylinderbohrungen die Führungsrohrlauffläche bohrungsfrei hält, was aber ein zusätzliches steuergerät erfordert.The stabilization measures taken according to the invention on both the guide tube and the piston seals are important prerequisites for the perfect sliding behavior between the piston seals and the guide tube, whereby the pressure equalization via cylinder bores keeps the guide tube running surface free of holes, which, however, requires an additional control unit.
Ein weiteres vorteilhaftes charakteristisches Merkmal der Erfindung bezieht sich auf eine in seltenen Fällen notwendige Dauetfestigkeitssteigerung des Zylindermantelrohres zum Schutz gegen Rißbildung bei einer dynamisch außergewöhnlich stark beanspruchten Belastungseinheit.A further advantageous characteristic feature of the invention relates to an increase in the durability of the cylinder casing tube, which is necessary in rare cases, to protect against cracking in a load unit subject to exceptionally high dynamic stress.
Ohne die Formstabilität des Führungsrohres und damit des zwischen Kolben und Führungsrohr auftretenden Abdichtungsspaltes zu beeinflussen* kann nach der Methode des Baukastenprinzips anstelle des einfachen Zylindermantelrohres ohne weiteres ein Doppelhüllrohr treten, dessen durch seine Doppelwandung gebildeter und beiderseits verschlossener Hohlraum mit Druck ■( hydrostatisch aufgepumpt wird.Without affecting the dimensional stability of the guide tube and thus the sealing gap between the piston and the guide tube*, the modular principle can be used to replace the simple cylinder jacket tube with a double jacket tube, the hollow space of which is formed by its double wall and closed on both sides and is pumped up hydrostatically with pressure ■ ( ) .
Diese Variante erlaubt die Anwendung des Fördermediums als statisches Vorspannmittel innerhalb des Doppelhüllrohrmantels zur Erzielung einer beachtlichen Steigerung der Dauerfestigkeit des dynamisch hoch beanspruchten Zylvindermaterials. Aber der erfinderische Aufbau des Hydraulik-zylinders läßt keine Verformungsübertragung vom Doppelhüllrohrmantel auf das Führungsrohr zu» da das Führungsrohr gegenüber dem Doppelhüllrohrmantel elastisch abgefedert gelagert ist.This variant allows the use of the conveying medium as a static pre-stressing agent within the double-walled casing to achieve a considerable increase in the fatigue strength of the cylinder material, which is subject to high dynamic stress. However, the inventive design of the hydraulic cylinder does not allow any deformation to be transferred from the double-walled casing to the guide tube, since the guide tube is elastically cushioned relative to the double-walled casing.
So läßt die Erfindung eine Verbundtechnik zu, bei der die Einbeziehung des bekannten Vorspannverfähirens zur Dauerfestigkeitserhöhüng eines mittels hydrostatischen Druck vorgespannten Doppelhüllzylinderrohres keinen schädlichen Einfluß auf die formstabile Führung zwischen Kolben und Führungsrohr ausübt. The invention thus allows a composite technology in which the inclusion of the known prestressing process for increasing the fatigue strength of a double-shell cylinder tube prestressed by means of hydrostatic pressure does not have a harmful effect on the dimensionally stable guide between the piston and the guide tube.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Ausführungsbeispieles eines über Führungsrohrbohrungen druckausgeglichenen Gleichgangzylinders, dessen wechselseitig antreibbarer Kolben Dichtungen aufweist mittels Fig. 1, Fig,2 und Fig. 3 näher erläutert. Die Abbildungen zeigen»In the following, the invention is explained in more detail using the example of a double-acting cylinder that is pressure-balanced via guide tube bores and whose alternately drivable piston has seals using Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3. The figures show»
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SKss
Fig.l einen erfindungsgemäßen axial geschnittenen HydrauÜk-Öleichgang-Zylinder zur Verdeutlichung seiner Konzeption und Funktionsweise.Fig.l shows an axially sectioned hydraulic oil calibration cylinder according to the invention to illustrate its concept and functioning.
Fig.2 einen Schnitt durch die Detaüe Führungsrohr und Kolben mit den beiderseitigen Kolbenstangen zur Herausstellung der Wirksamkeit von Kolbenabdichtung und spezieller Montagebelange hinsichtlich des mit Dichtungen ausgestatteten Kolbens in Verbindung mit dem Führungsrohr.Fig.2 a section through the details of the guide tube and piston with the piston rods on both sides to highlight the effectiveness of the piston seal and special assembly requirements with regard to the piston equipped with seals in connection with the guide tube.
Fig*3 einen axial hälftigen Teilschnitt zur Veranschaulichung der Einbeziehung eines hydrostatisch vorgespanntenFig*3 an axial half section to illustrate the inclusion of a hydrostatically prestressed
Doppelhüllrohrmantels in die ZylindefkonstruktionDouble cladding tube jacket in the cylinder construction
zwecks Erhöhung der Dauerfestigkeit dieses Bauteiles.in order to increase the fatigue strength of this component.
Das Zylindermantelrohr (1) ist mittels Zugankerschrauben (2) zwischen den Kopfstücken (3) und (4) fest eingespannt. Jedes der Kopfstücke ist mit einem als Gewindebohrung (5) bzw. (15) ausgebildeten Druckanschluß versehen, welcher in den Ringkanal (6) bzw. (14) mündet. Wird einerseits über Gewindebohrung(5), dem Ringkanal (6) und den Bohrungen (7) des Führungsrohres (8) Druckmittel zum wechselseitig antreibbaren KoJben C-IO) gepumpt, so kommt es andererseits zu einer Verdrängung ^ des Fördermediums über die Bohrung (9) des Führungsrohres (8), dem Ringkanal (11), den Bohrungen (12) der Paßhülse (13) dem Ringkanal (l4x 'md Gewindebohrung (15). Eine entgegengesetzte Durchflutungsrichtung bewirkt die Umkehr des Antriebes am Kolben (10)* Das Führungsrohr (8), weiches den in Fig«2 näher verdeutlichten Kolbenantrieb verscMebiich und präzise aufnimmt, findet beiderseits zentrische Aufnahme und zwar irr> Kopfstück (3) durch Bohrung (16) und im Kopfstück (4) durcii Bohrung (17) über die zwischengelagerten Paßhülsen.(tThe cylinder casing tube (1) is firmly clamped between the head pieces (3) and (4) by means of tie rod screws (2). Each of the head pieces is provided with a pressure connection designed as a threaded bore (5) or (15), which opens into the annular channel (6) or (14). If, on the one hand, pressure medium is pumped to the reciprocally driven piston (C-10) via the threaded bore (5), the ring channel (6) and the bores (7) of the guide tube (8), then on the other hand the pumped medium is displaced via the bore (9) of the guide tube (8), the ring channel (11), the bores (12) of the adapter sleeve (13) and the ring channel ( 14 ) and the threaded bore (15). An opposite flow direction causes the drive on the piston (10) to be reversed. The guide tube (8), which accommodates the piston drive shown in more detail in Fig. 2, is accommodated centrally on both sides, namely in the head piece (3) through bore (16) and in the head piece (4) through bore (17) via the intermediately mounted adapter sleeves.
1 Mill«1 Mill«
(18). Außerdem befindet sich z\irischen Paßhülse (18) einerseits und der vorkragenden ringförmigen Stirnfläche (19) andererseits eine Mehrzahl von hintereinander aufgereihten Druckkammern (20), welche zwischen dem Zylindermantelrohr (1) und Führungsrohr (8) eingebettet sind. Die Länge jeder Druckkammer (20) ist durch den Distanzring (21) definiert. Die in Reihe angeordneten und d^s Führungsrohr (8) umfassenden Druckkammern (20) sind gegeneinander mittels schmiegsamer Dichtungen (22) abgeschottet, wobei diese Dichtungen (22) selbst beiderseitig durch elastisehe Stützringe (>23) verschlossen sind. Sämtliche nacheinander liegende Kammerelemente (21), (22), (23) sind über Paßhülse (13), Stützring (24), Packungen (25) und Paßhülse (18) durch * die V7irkung des im Kopfstück (4) eingeschraubten Gewinderinges (26) gegen die umfangsmäßig vorkragende Stirnfläche (19) kraftschlüssig verspannt. Für den Gewindeanzug von Teil (26) liegt ein vorgeschriebenes, empirisch ermitteltes Drehmoment zugrunde. Bedingung für den Verspannungsprozeß der um das Führungsrohr (8) aufgereihten Kammerelemente* ist eine freie axiale Beweglichkeit des Führungsrohres (8) samt seiner benachbarten Teile. Dieses sind die Lagerbrille (2?) und anderwärts die Lagerbrille (28) einschließlich des durch die Stützringe (29) und (31) gekapselten O-Ringes (30). Das Führungsrohr nimmt nicht nur diese verschieblichen Teile, sondern auch den wechselseitig antreibbaren Kolben (10) fluchtend auf. Wiederum erfährt das Führungsrohr (8) über die angrenzenden Teile (27), (28)» (29)# (30), (31) seine Fixierung* indem durch Festschrauben des Gewinderinges (32) eine eindeutige Abstüzung aller zwischen den Gewinderingen (26) und (32) befindlichen Teiln vorliegt.(18). In addition, between the fitting sleeve (18) on the one hand and the projecting annular front surface (19) on the other hand, there are a number of pressure chambers (20) arranged one behind the other, which are embedded between the cylinder casing tube (1) and the guide tube (8). The length of each pressure chamber (20) is defined by the spacer ring (21). The pressure chambers (20) arranged in a row and enclosing the guide tube (8) are sealed off from one another by means of flexible seals (22), whereby these seals (22) themselves are closed on both sides by elastic support rings (23). All chamber elements (21), (22), (23) arranged one after the other are clamped against the circumferentially projecting end face (19) by means of the adapter sleeve (13), support ring (24), packings (25) and adapter sleeve (18) by * the action of the threaded ring (26) screwed into the head piece (4). A prescribed, empirically determined torque is used to tighten the thread of part (26). The condition for the clamping process of the chamber elements* arranged around the guide tube (8) is free axial mobility of the guide tube (8) and its adjacent parts. These are the bearing bracket (2?) and elsewhere the bearing bracket (28) including the O-ring (30) encapsulated by the support rings (29) and (31). The guide tube not only accommodates these movable parts, but also the alternately driven piston (10) in alignment. In turn, the guide tube (8) is fixed* via the adjacent parts (27), (28)» (29)# (30), (31) by screwing the threaded ring (32) tight, which provides clear support for all parts located between the threaded rings (26) and (32).
Eine Vielzahl im Führungsrohr (8) kreistörmig angeordneter porenartiger f.icro-Bohrungen (33), die jeder Druckkammer (20) analog zugeordnet sind, ermöglichen die FlüssigkeitsspeiöUng sämtlicher Druckkammern (20) entsprechend der am Kolben (10) auftretenden hydraulischen Druckdifferenz. So besteht fort-A large number of pore-like micro-holes (33) arranged in a circle in the guide tube (8), which are assigned to each pressure chamber (20) in an analogous manner, enable the liquid to be fed into all pressure chambers (20) in accordance with the hydraulic pressure difference occurring at the piston (10). This means that
während zvischen dsm Innenraum und den im Außenraum des Führungsrohres (8) befindlichen Druckkammern (20) eine kommunizierende Flüssigkeitsübertragung. Der so hervorgerufene Druckausgleich sorgt im weitesten Maße für die Forinstabilität des Führungsrohres ($) unabhängig von beliebig auflastenden Druckschwankungen des Fördermediums, die in Abhängigkeit -/on der Stellung oder axialen Belastung des Kolbens auftreten.during a communicating fluid transfer between the interior and the pressure chambers (20) located on the outside of the guide tube (8). The pressure equalization thus caused ensures the shape instability of the guide tube ($) to a large extent, independent of any pressure fluctuations of the conveying medium that occur depending on the position or axial load of the piston.
Nicht unterbunden wird die druckabhängige Dehnung des Zylinder-» _ mantelrohres (&igr;). Das Atmen des Zylindermantelrohres (1) be-The pressure-dependent expansion of the cylinder casing tube ( &igr; ) is not prevented. The breathing of the cylinder casing tube (1)
wirkt eine wechselseitige Durchflutung der porenarfcigen Micro-·( Bohrungen (33) und erbringt damit einen Reinigungseffekt, welcher die Micro-Bohrungen (33) vor Verschmutzungen bzw. Ver-A mutual flow of the porous micro - holes (33) is achieved, thus providing a cleaning effect which protects the micro-holes (33) from contamination or
stopfungen bewahrt. Die durch die elastische Dehnung bedingte : Zylinderrohrvergrößerung nimmt auf die Dichtheit der Druckkammern (20) keinen Einfluß, da die für derartige Abdichtungsfälle gewählten Dichtungselemente (22) und (23) ohne Schwierigkeiten der atemartigen Zylinderrohrbewegung Folge leisten.blockages. The cylinder tube enlargement caused by the elastic expansion has no influence on the tightness of the pressure chambers (20), since the sealing elements (22) and (23) selected for such sealing cases follow the breathing-like cylinder tube movement without difficulty.
Beiderseitig sind die Kolbenstangen (10.01) und (10,02) des Kolben (10) in den Dichtungspaketen (34) und (35),welche aus Führungs-, Stütz-: und Dchtungsringen bestehen und sich sinngemäß innerhalb der Lagerbrille (27) bzw. (28) befinden, geführt und abgedichtet. Den Gewinderingen (36) und (37) fällt die Aufgabe zu, bei den Kolbenstangenabdichtungen für den geeigneten Anpreßdruck an die Kolbenstangen (10.01) ui»d (10.02) zu sorgen. Zur Vermeidung von Leckkage sind die Weichdichtungen (38)bzw. (39) einschließlich der zusätzlichen Schmutzabstreifringe (40) bzw. (41) bestimmt, der Leckkageabschluß zu den Gewindeanschlüssen (42) bzw. (43) wird durch ein gebräuchliches Abflußsystem mittels Ringkanälen und Bohrungen gewährleistet. Die Gewinderinge (26), (36) sowie (32), (37) sind zwecks Abdichtung nach außen unter Einbeziehung Von Teflonbahd als Dichtungsmittel eingeschraubte» Gegen den hydraulisch auflastenden Arbeitsdruck dichtet die Packung (25) und O-RingeOn both sides, the piston rods (10.01) and (10,02) of the piston (10) are guided and sealed in the sealing packages (34) and (35), which consist of guide, support and sealing rings and are located inside the bearing flange (27) and (28). The threaded rings (36) and (37) have the task of ensuring the appropriate contact pressure on the piston rods (10.01) and (10.02) for the piston rod seals. The soft seals (38) and (39) including the additional dirt scraper rings (40) and (41) are designed to prevent leakage; the leakage to the threaded connections (42) and (43) is ensured by a conventional drainage system using ring channels and bores. The threaded rings (26), (36) and (32), (37) are screwed in for the purpose of sealing against the outside using Teflon tape as a sealing agent. The packing (25) and O-rings seal against the hydraulically increasing working pressure.
' - 9 (30) sowie (48) hermetisch ab.' - 9 (30) and (48) hermetically sealed.
Der Vorschub des Kolbens (10) wird durch eine herkömmliche Endlagendämpfung begrenzt. In die Bohrungen (44) oder (45), welche je eine Einschraubdrossel (46) oder (47) besitzt, tauchen im Endlagenbereich des Ärbeitshubes die Dampfungskolbenteile (10.03) oder (10.04) ein. Dabei wird Flüssigkeitsvolumen entweder über die entsprechende Drossel (46) oder (47) verdrängt., bis der Antriebskolben kontrolliert über einen gedämpften Bremsweg zum Stillstand kommt»The advance of the piston (10) is limited by a conventional end position damping. The damping piston parts (10.03) or (10.04) are immersed in the bores (44) or (45), each of which has a screw-in throttle (46) or (47), in the end position area of the working stroke. In the process, the liquid volume is displaced either via the corresponding throttle (46) or (47), until the drive piston comes to a stop in a controlled manner via a dampened braking path.
Erläuteru.ngen_zu_Ficj_._2Explanations_to_Ficj_._2
Das Führungsrohr (8) mit den Bohrungen (7) und (9) sowie den Micro-Bohrungen (33) nebst des kompletten doppelseitigen KoI-benant.risbes entstammen der Fig. 1.The guide tube (8) with the holes (7) and (9) as well as the micro holes (33) together with the complete double-sided piston rod are shown in Fig. 1.
Im Kolben (10) befinden sich am Kolbenumfang zwei um 180° versetzte konisch abgesetzte Radialfoohrungen (10.06) und (10.10), vgl. vergrößerter Teilausschnitt A zu Fig. 2. Die konisch ausgebildeten Bohrungsansenkungen dienen als Ventilsitze zur Aufnahme der Rückschlagkugeln (10.07) und (10.11). Beide Kugeln stehen zugleich unter der Rückstellkraft des sie umfassenden federnden Spannringes (10.08), welcher kreisförmig in der Umfangsrille (10.09) des Kolben (10) einliegt. Als Alternative für das Maschinenelement Spannring (10.08) bietet sich auch für dieses Bauteil der O-Ring an.In the piston (10) there are two conical radial bores (10.06) and (10.10) offset by 180° on the piston circumference, see enlarged section A of Fig. 2. The conical bore countersinks serve as valve seats for the check balls (10.07) and (10.11). Both balls are simultaneously subject to the restoring force of the spring-loaded clamping ring (10.08) that surrounds them and which lies in a circle in the circumferential groove (10.09) of the piston (10). As an alternative to the clamping ring machine element (10.08), the O-ring is also suitable for this component.
Die Ruckschlagkugeln (10.07) und (10.11) übernehmen die Funktion von Druckeinlaßventilen, v/elche stets mit dem an der gegenüberliegenden wirksamen Stirnfläche des scheibenartigen Kolbens (10) wechselnd auftretenden höchsten flüssigkeitsdruck das Jichtungspaket (10.17) und (10.18) unter hydraulischen Anpreßdruck setzen.Es kommt also der von der1 Kölbenvorschubkraft abhangige hydraulische Kräftfluß je nach Antrlebsrichtung des Kolbens (10) über die Bohrungen (10.13), (10.05)t Rückschlag-The check balls (10.07) and (10.11) take over the function of pressure inlet valves, which always put the sealing package (10.17) and (10.18) under hydraulic contact pressure with the highest fluid pressure that alternates on the opposite effective face of the disk-like piston (10). The hydraulic force flow, which depends on the piston thrust force, thus comes through the bores (10.13), (10.05 ) to the check valves, depending on the direction of travel of the piston (10).
kugel (10.07), Bohrung (10.06) oder Bohrung (10.16), Ringkanal (10.14), Bohrungen (10.15), (10.12), Rückschlagkugel (10.11), Bohrung (10.10) der Kolbenabdichtung als hydraulische Spannkraft zustatten. Auf diese Weise halten die Kolbenabdichfcungspakete (IC.17) und (10.18),ebenfalls bestehend aus Führungs-, Stütz- und Dichtungsringen, auch bei Lastwechselbelastung am Kolben (10) immer ihre definierte Lage bei optimal zweckmäßiger Vorspannung-;ein,was eine wichtige Voraussetzung für die notwendige innere radiale Formstabilität beim Gleiter, rwisch ;n j. Kolben QO) und Führungsrohr (8) ist. jball (10.07), bore (10.06) or bore (10.16), ring channel (10.14), bores (10.15), (10.12), check ball (10.11), bore (10.10) of the piston seal as hydraulic clamping force. In this way, the piston sealing packages (IC.17) and (10.18), also consisting of guide, support and sealing rings, always maintain their defined position with optimally appropriate preload, even under alternating loads on the piston (10), which is an important prerequisite for the necessary internal radial form stability of the slider, rwisch ;n j. piston QO) and guide tube (8). j
• m • m
\ Sämtliche Elemente der Dichtungsp:*.kete (10.17) und (10,18) zum;" \ All elements of the sealing p:*.kete (10.17) and (10,18) to;"
Kolben (10) erhalten ihre mechanische Grundvorspannung durchPistons (10) receive their basic mechanical preload through
J Festschrauben des Gewindeüberwurfes (10.04). Der Montageablauf zur Aufbringung der mechanischen Grundvorspannung für die Dich-«* tungspakete (10.17) und (10.18) ist innerhalb des Führungs- #- : rohres (8) vorgesehen, da nach mechanischer Aufbringung der Ge--·J Tighten the threaded union (10.04). The assembly process for applying the mechanical basic preload for the sealing packages (10.17) and (10.18) is provided inside the guide tube (8), since after mechanical application of the preload,
j windevorspannung außerhalb des Führungsrohres (8) das Einbrinjj gen des Kolben (10) in das Führungsrohr (8) bei zu stark aufge- : dehnten Dichtungspaketen (10.17) und (lO.j.8) große üchwierigkeiten bereitet.j Due to the pre-tensioning of the thread outside the guide tube (8), the insertion of the piston (10) into the guide tube (8) is very difficult if the seal packages (10.17) and (10.8) are too expanded .
Zur Realisierung des Vorhabens wird die Kolbenstange (10.01) mittels Gabelschlüssel (Wl) an ihren Anflächungen (10.19) gehalten und dabei derGewindeüberwurf (10,04), welcher durch das Steckwerkzeug (W 2) über die Bohrung (9) und (10.20) mit dem Führungsrohr (8) formschlüssig verbunden ist, zvecks Erzielung des gewünschten Gevundeanztages in Drehung versetzt.To implement the project, the piston rod (10.01) is held at its flats (10.19) using an open-end wrench (Wl) and the threaded union (10.04), which is positively connected to the guide tube (8) by the plug-in tool (W 2) via the bore (9) and (10.20), is rotated to achieve the desired joint.
Erlauterungen_zu_Fi0j.3Explanations_to_Fi0j.3
Nach dem Baukastenprinzip tritt ein Doppelhüllrohrmantel (50) anstelle des einfachen Zylindermantolrohres (1). Über die Fütterventile (51), welche prinzipiell nach der im Kolbe» (10) befindlichen Ventilart»vgl. " Erläuterungen zu Teiiaus« »chnit+i A der Pig. 2 ·', ausgelegt sind, wird der maximale Betriebsdr4£k aus dem Druckveiflauf dös Fördermediums" herausge-According to the modular principle, a double jacket tube (50) replaces the single cylinder jacket tube (1). The maximum operating pressure is extracted from the pressure curve of the conveying medium via the feed valves (51), which are basically designed according to the type of valve in the piston (10) (see "Explanations for section A of Figure 2").
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filtert und zwischen die Wandungen des Doppelhüllrohrmantels | (5Ö) eingebracht. Dieses Verfahren erzielt zwischen den beiden Wandungen des Rohrmantels den Aufbau einer ruhenden hydrostatischen Flüssigkeitsschicht und damit eine Vorspannung zum Schutz gegen Schwellspannungen des Fördermediums» welche die Innenwand des Doppelhüllrohrmantels (50) beaufschlagen»filtered and introduced between the walls of the double-cladding pipe jacket | (5Ö). This process achieves the formation of a resting hydrostatic liquid layer between the two walls of the pipe jacket and thus a pre-stress to protect against threshold stresses of the conveying medium» which act on the inner wall of the double-cladding pipe jacket (50)»
Im Ergebnis ergibt sich eine beachtliche Dauerfestigkeitserhöhung des dynamisch beanspruchten Zylindermateriales unter Vermeidung von Verformungen des Führungsrohres (8) durch Einwirkung des hydraulisch vorgespannten Doppelhüllrohrmantels (50), da das formstabil gehaltene Führungsrohr (8) durch die Druckkammern l°0) mit den Kammerelementen (21), (22), (23) elastisch abgefedert einliegt.The result is a considerable increase in the fatigue strength of the dynamically stressed cylinder material while avoiding deformation of the guide tube (8) due to the effect of the hydraulically prestressed double cladding tube (50), since the dimensionally stable guide tube (8) is elastically cushioned by the pressure chambers (10) with the chamber elements (21), (22), (23).
Weiterhin lehrt die Erfindung bei Aufrechterhaltung des zugrundegelegten Prinzips, daß sich bei Speisung des Druckmittels über Zylinderrohrbohrungen zwecks Führungsrohrstabilisierung der gleiche Effekt einstellt. Es werden nun die Druckkammeraufladungen nicht mehr von innen über Führungsrohrbohrungen sondern von außen über Zylinderrohrbohrungen mit Flüssigkeitsdruck vorgenommen, was allerdings eine zusätzliche hydraulische Steuereinrichtung erfordert. Der Vorteil dieser zwar aufwendigeren Bauweise besteht in dem Erhalt einer bohrungsfreien Führungsrohrlauffläche und der hiermit gegebenen optimalen Voraussetzung für das dichtungsschonende Gleitverhalten.Furthermore, the invention teaches, while maintaining the underlying principle, that the same effect occurs when the pressure medium is fed via cylinder tube bores for the purpose of guide tube stabilization. The pressure chamber charging is no longer carried out from the inside via guide tube bores, but from the outside via cylinder tube bores with liquid pressure, which, however, requires an additional hydraulic control device. The advantage of this more complex design is that it maintains a bore-free guide tube running surface and the optimal prerequisite for the seal-friendly sliding behavior that this provides.
Nachstehend wird diese Erfindungsvariante anhand des Ausführungsbeispieles eines über Zylinderrohrbohrangen druckausgeglichenen und damit in seiner Kolbenführung formstabil gehaltenen Gleichgangzylinders, welcher über eine zusätzliche hydraulische Steuereinrichtung verfügt, und dessen wechselseitig antreibbarer Kolben Dichtungen aufweist, in der Zeichnung Fig. 4 dargestellt und näher erläutert &igr;This variant of the invention is shown and explained in more detail in the drawing Fig. 4 using the embodiment of a synchronous cylinder that is pressure-balanced via cylinder tube bores and thus dimensionally stable in its piston guide, which has an additional hydraulic control device and whose alternately drivable piston has seals.
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Die abgebildete Zylinderstruktür ist bis auf geringfügige Modifikationen mit der in Fig· I gezeigten Darstellung baugleich. Es entfallen lediglich im Führungsrohr (8) die Micro - Bohrungen (33). Die Distanzringe (21), welche die Länge der Druckkammern (20) definieren, werden nun nicht mehr außen im Zylindermantelrohr (1) sondern innen im Führungsrohr (8) umfangsmäßig aufgenommen, sodaß die Druckkammern (20) von innen nach außen umsiedeln, wo sie über konisch angefaste Sackbohrungen (52) mittels der als selbsttätig dichtenden Schlauchstücke bzw. endseitig gedichteten Röhrchen oder ähnlich ausgebildeten Verbindungselementen (53) mit Druckflüssigkeit versorgt werden, wobei die Verbindungselemente (53) zwischen den Sackbohrungen (52) und (54) bei der Montage des Steuerblockes (55) auf die beiden Kopfstücke (3) und (4) Vorspannung erhalten. Der Steuerblock (55), ein Bestandteil der Steuereinrichtung, ist auf den Kopfstücken (3) und (4) -des Gleichgang - Zylinders angeflanscht und hydraulisch verbunden durch die Bohrungen (5), (56) und (15), (57) und den dazugehörenden Abdichtungselementen, wie Stützring (58) und 0 - Ring (5&) bzw. Stützring (60) und O - Ring (61), sowie den üblichen Leckkageabflüssen (42) und (43). Der Steuerblock (55) nimmt in seiner zum Kolben (10) parallel fluchtend geführten Bohrung (62) den Steuerkolben (63) auf, wobei die Dichtungslängen von Kolben (10) und Steuerkolben (63) gleichlang gehalten sind. Der scheibenförmige Steuerkolben (63) findet über seine Kolbenstangen (63.1) und (63.2) beiderseits zentrisch in den Gleitlagern (64) und (65) Aufnahme und Abdichtung durch die Elemente (66) und (67), wobei die Gleitlager (64)und(65)per Gewinderinge (68) bzw. (69) fest und teflongedichtet verschraubt sind.The cylinder structure shown is, apart from minor modifications, identical to the representation shown in Fig. I. Only the micro-bores (33) in the guide tube (8) are omitted. The spacer rings (21), which define the length of the pressure chambers (20), are no longer accommodated on the outside of the cylinder casing tube (1) but on the inside of the guide tube (8) so that the pressure chambers (20) move from the inside to the outside, where they are supplied with pressure fluid via conically chamfered blind bores (52) by means of the self-sealing hose pieces or tubes sealed at the end or similarly designed connecting elements (53), whereby the connecting elements (53) between the blind bores (52) and (54) are pre-tensioned when the control block (55) is mounted on the two head pieces (3) and (4). The control block (55), a component of the control device, is flanged onto the head pieces (3) and (4) of the synchronous cylinder and is hydraulically connected through the bores (5), (56) and (15), (57) and the associated sealing elements, such as the support ring (58) and O-ring (56) or the support ring (60) and O-ring (61), as well as the usual leakage drains (42) and (43). The control block (55) accommodates the control piston (63) in its bore (62) which is aligned parallel to the piston (10), whereby the sealing lengths of the piston (10) and the control piston (63) are kept the same. The disc-shaped control piston (63) is held centrally in the plain bearings (64) and (65) on both sides via its piston rods (63.1) and (63.2) and sealed by the elements (66) and (67), whereby the plain bearings (64) and (65) are screwed firmly and Teflon-sealed using threaded rings (68) and (69).
Die Kolbenstangen (10.02) und Steuerkolbenstange (63.2) sind über die skizzierte verwindungssteife Kupplung "K" formschlüssig aber querkraftfrei miteinander innig verbunden, wodurch der Kraftfluß von Kolben (lö) zum Steuerkolben (63) bewerkstelligt ist. Natürlich bietet sich die Realisierung einerThe piston rods (10.02) and control piston rod (63.2) are connected to one another in a form-fitting manner but without transverse forces via the torsion-resistant coupling "K" shown, whereby the force flow from the piston (lö) to the control piston (63) is achieved. Of course, the implementation of a
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zweiten Kupplungsanordnung gleicher Art zwischen den Kolbenstange«? (10.01) und (63.1) an*second coupling arrangement of the same type between the piston rods«? (10.01) and (63.1)*
Im Resultat ist zwischen gleichlangen Kolben (10) und dem Steuerkölben (63) ein auf einen Schleppeffekt beruhender Synchronlauf erzielt, was in Auswirkung die funktionale Ansteuerung der Druckkammern (20) durch den Steuerkolben (63) und in Folge eine bohrungsfreie und für Kolbendichtungen schönende Lauffläche des Führungsrohres (8) erbringt.As a result, a synchronous operation based on a drag effect is achieved between the equally long pistons (10) and the control piston (63), which results in the functional control of the pressure chambers (20) by the control piston (63) and, as a result, a bore-free running surface of the guide tube (8) that is good for piston seals.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE8800694U DE8800694U1 (en) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | Hydraulic cylinder with dimensionally stable piston guide |
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Publication Number | Publication Date |
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DE8800694U1 true DE8800694U1 (en) | 1989-05-18 |
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ID=6819810
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DE8800694U Expired DE8800694U1 (en) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | Hydraulic cylinder with dimensionally stable piston guide |
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DE (1) | DE8800694U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010084002A3 (en) * | 2009-01-22 | 2011-04-14 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic machine assembly |
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1988
- 1988-01-21 DE DE8800694U patent/DE8800694U1/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010084002A3 (en) * | 2009-01-22 | 2011-04-14 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic machine assembly |
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