EP1907708B1

EP1907708B1 - Betätigungszylinder

Info

Publication number: EP1907708B1
Application number: EP06776415.9A
Authority: EP
Inventors: Michael Ruopp; Christian Schweigl
Original assignee: Gustav Magenwirth GmbH and Co KG
Current assignee: Gustav Magenwirth GmbH and Co KG
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: ES2443893T3; DE102005036124A1; WO2007012471A1; EP1907708A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungszylinder, beispielsweise für Antriebs- oder Bremseinrichtungen von Fahrzeugen, umfassend ein Zylindergehäuse mit einem von diesem umschlossenen Innenraum, einen in dem Innenraum angeordneten Kolben, welcher in einer Führungsrichtung durch mindestens eine Lauffläche des Zylindergehäuses geführt ist und mit einem Kolbenboden einen Druckraum im Zylindergehäuse begrenzt, und ein an dem Kolben gehaltenes und um diesen umlaufend angeordnetes Dichtelement zur Abdichtung des Druckraums zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse.
Derartige Betätigungszylinder sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. von FR2855142 . Bei diesen besteht das Problem, dass der Kolben beim Betätigen des vorgesehenen Fahrzeugteils Kräfte erfährt, die auf den Kolben in Richtung einer Kippbewegung einwirken.
Dies hat den Nachteil, dass dadurch der an der mindestens einen Lauffläche geführte Kolben Verschleißerscheinungen entweder an der Lauffläche oder am Kolben selbst hervorruft.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Betätigungszylinder der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass der auftretende Verschleiß möglichst gering ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Betätigungszylinder der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Dichtelement Teil eines ein Führungselement umfassenden Gleitelements ist, dass das Führungselement mit mindestens einer Führungsfläche an einer ersten Lauffläche des Zylindergehäuses in der Führungsrichtung bewegbar geführt ist und dass das Führungselement den Kolben relativ zu der ersten Lauffläche schwimmend führt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser der Verschleiß durch Reibung des Kolbens an der ersten Lauffläche minimiert wird und somit eine längere Lebensdauer des Betätigungszylinders erreicht wird.
Besonders günstig ist es dabei, wenn das Führungselement den Kolben im Wesentlichen berührungsfrei zur ersten Lauffläche führt, so dass dadurch keinerlei durch den Kolben bedingter Verschleiß an der Lauffläche auftritt.
Eine besonders zweckmäßige Lösung sieht vor, dass zwischen einer der ersten Lauffläche zugewandten Außenseite des Kolbens und der ersten Lauffläche bei zentrierter Stellung des Kolbens ein Zwischenraum von mindestens 1/10 mm besteht.
Dadurch ist ein ausreichend großer Zwischenraum geschaffen, welcher selbst bei starken, den Kolben in Richtung eines Kippens beaufschlagenden Kräften, eine Berührung zwischen Lauffläche und Kolben weitgehend vermeidet.
Hinsichtlich der Anordnung des Gleitelements relativ zum Kolben wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist es besonders günstig, um ein kleines Bauvolumen zu erhalten, wenn das Gleitelement im Bereich des Kolbenbodens angeordnet ist.
Ferner wurde die Art der Anordnung des Gleitelements am Kolben nicht näher spezifiziert. Eine hinsichtlich der Anordnung des Gleitelements besonders einfache und kostengünstige Lösung sieht vor, dass das Gleitelement in einer Aufnahme im Bereich einer Außenseite des Kolbens angeordnet ist.
Dabei kann die Fixierung des Gleitelements in der Aufnahme beliebig erfolgen. Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn das Gleitelement in der Aufnahme formschlüssig fixiert gehalten ist.
Üblicherweise ist dabei das Gleitelement als ringförmiger Körper aus einem elastischen Material hergestellt, der somit durch diesen in Umfangsrichtung in die Aufnahme eingesetzt und in dieser formschlüssig fixiert werden kann.
Die Art der Fixierung kann dabei ebenfalls in unterschiedlichster Weise erfolgen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Gleitelement mit einer Auflagefläche an einer Anlagefläche der Aufnahme anliegt und damit insbesondere in der Aufnahme in radialer Richtung zu einer Mittelachse abgestützt ist.
Um das Gleitelement, insbesondere bei Druckbeaufschlagung des Druckraums, ausreichend am Kolben abstützen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Gleitelement mit einer quer zur Führungsrichtung verlaufenden Fußfläche an einer Flanschfläche der Aufnahme anliegt. Ein derartiges Zusammenwirken der Fußfläche mit der Flanschfläche schafft die Möglichkeit einer optimalen Abstützung für eine gemeinsame Bewegung von Gleitelement und Kolben in der Führungsrichtung.
Hinsichtlich der Anordnung des Dichtelements relativ zum Führungselement wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So wäre es prinzipiell denkbar, Dichtungselement und Führungselement in unterschiedlicher Reihenfolge relativ zum Druckraum anzuordnen.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Dichtelement auf einer dem Druckraum zugewandten Seite des Führungselements angeordnet ist.
Hinsichtlich der Ausbildung des Führungselements und des Dichtelements relativ zueinander wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, dass das Dichtelement und das Führungselement ein einstückiges Teil bilden, so dass das Führungselement und das Dichtelement in einfacher Weise als einstückiges zusammenhängendes Teil herstellbar sind.
Eine günstige Variante sieht dabei vor, dass das Führungselement einen Stützkörper aufweist, von welchem ausgehend das Dichtelement verläuft.
Hinsichtlich der Ausbildung des Dichtelements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, dass das Dichtelement eine äußere Dichtlippe und eine innere Dichtlippe aufweist, die V-förmig zueinander verlaufen. Ein derart konstruiertes Dichtelement ist besonders geeignet, auch bei einem hohen Druck im Druckraum einen dichten Abschluss zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse zu erreichen.
Insbesondere bei einem Führungselement mit einem Stützkörper hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Dichtlippen sich ausgehend von dem Stützkörper erstrecken.
Ferner ist bei einer derartigen Anordnung der Dichtlippen vorgesehen, dass die Dichtlippen auf einer der Fußfläche gegenüberliegenden Seite des Stützkörpers angeordnet sind.
Vorzugsweise sind dabei die Dichtlippen so ausgebildet, dass die äußere Dichtlippe mit einer Dichtlippenkante an der ersten Lauffläche anliegt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die innere Dichtlippe mit einer Dichtlippenkante an einer Anlagefläche des Kolbens anliegt.
Hinsichtlich der Anordnung der mindestens einen Führungsfläche wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine zweckmäßige Lösung vor, dass die mindestens eine Führungsfläche auf einer dem Druckraum gegenüberliegenden Seite des Dichtelements angeordnet ist, so dass sich dadurch ein besonders kompakter Aufbau des Gleitelements ergibt.
Ferner ist es günstig, wenn die mindestens eine Führungsfläche im Bereich des Stützkörpers angeordnet ist.
Besonders günstig ist eine Lösung, bei welcher die mindestens eine Führungsfläche an einem elastisch deformierbaren Bereich des Stützkörpers angeordnet ist, so dass die Möglichkeit besteht, durch Deformation des Stützkörpers beim Einbau des Führungselements eine Anpresskraft im Bereich der Führungsfläche zu erhalten.
Das Vorsehen einer elastischen, auf die mindestens eine Führungsfläche wirkenden Anpresskraft hat den Vorteil, dass damit die Führungsfläche nicht nur zur Führung des Kolbens herangezogen werden kann, sondern auch gleichzeitig noch zusätzlich zur Abdichtung, insbesondere zur Abdichtung gegen teilweise im Druckraum entstehenden Unterdruck, der bei einem Dichtelement mit Dichtlippen nur durch konstruktiv aufwendige Maßnahmen beherrschbar ist.
Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die auf die Führungsfläche wirkende Anpresskraft ungefähr quer zur Führungsfläche und ungefähr quer zur Lauffläche wirksam ist.
Hinsichtlich der Realisierung der Führungsfläche an dem Führungselement wurden im Zusammenhang mit den bislang beschriebenen Ausführungbeispielen keine näheren Angaben gemacht.
So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, dass die mindestens eine Führungsfläche an einem Führungswulst des Führungselements angeordnet ist und somit über die übliche Kontur des Führungselements übersteht.
Besonders günstig ist es dabei, wenn der Führungswulst an dem Stützkörper sitzt.
Eine besonders günstige Anordnung des Führungswulstes sieht vor, dass dieser sich an eine Fußfläche des Stützkörpers anschließt.
Beispielsweise kann dabei der Führungswulst in Richtung einer Höhe H des Gleitelements eine geringe Erstreckung aufweisen.
Eine für die Stützwirkung vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass der Führungswulst in Richtung der Höhe H des Gleitelements eine Erstreckung aufweist, die mindestens einem Fünftel der Erstreckung des Stützkörpers in Richtung der Höhe H entspricht.
Um den Führungswulst nicht allzu groß werden zu lassen ist es jedoch günstig, wenn der Führungswulst sich in Richtung der Höhe H des Gleitelements über maximal die Hälfte der Erstreckung des Stützkörpers in Richtung der Höhe H erstreckt.
Insbesondere hat das Vorsehen eines Führungswulstes mit einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale den Vorteil, dass damit eine ausreichend große radial wirkende Kraft auf den Stützkörper wirkt und den Stützkörper im Bereich einer Auflagefläche des Gleitelements an eine entsprechende Anlagefläche der Aufnahme anlegt, so dass eine Kippbewegung des gesamten Gleitelements um eine senkrecht zur Querschnittsfläche stehende Achse weitgehend vermieden werden kann.
Um die Führungsqualitäten zu erhalten, ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Führungselement nicht nur eine Führungsfläche, sondern mehrere Führungsflächen aufweist.
Bei derartigen mehreren Führungsflächen ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass jede der Führungsflächen an einem Führungswulst angeordnet ist.
Ferner ist es bei mehreren Führungsflächen günstig, wenn von den mehreren Führungsflächen einige unterschiedliche radiale Erstreckungen aufweisen.
Eine zweckmäßige Lösung sieht vor, dass die Führungsfläche mit der größten radialen Erstreckung dem Druckraum nächstliegend angeordnet ist und die mindestens eine weitere Führungsfläche mit geringerer radialer Erstreckung auf einer dem Druckraum gegenüberliegenden Seite der ersten Führungsfläche angeordnet ist.
Ferner ist es bei mehreren Führungsflächen günstig, wenn zwischen in der Führungsrichtung aufeinanderfolgenden Führungsflächen Vertiefungen angeordnet sind.
Das Vorsehen der Vertiefungen hat den Vorteil, dass in diesen sich Schmiermittel sammeln kann, die gleichzeitig dazu dienen, im Bereich der Führungsflächen eine möglichst gute Schmierung und somit Leichtgängigkeit des Führungselements relativ zur Lauffläche zu gewährleisten.
Derartige Vertiefungen könnten lokal sein. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Vertiefungen ringförmig umlaufend ausgebildet sind und somit vorzugsweise Vertiefungsrillen bilden.
Hinsichtlich der Ausbildung und insbesondere Dimensionierung des Gleitelements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So ist vorzugsweise für die Dimensionierung der Aufnahme des Gleitelements im Kolben vorgesehen, dass das Verhältnis eines Innendurchmessers der Aufnahme zum Außendurchmesser des Kolbens größer als ungefähr 0,7, noch besser größer als ungefähr 0,8, liegt.
Ferner wurden hinsichtlich der Höhe des Gleitelements, das heißt der Erstreckung des Gleitelements in Führungsrichtung, keine näheren Angaben gemacht.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass bei einem Außendurchmesser des Kolbens von mindestens 20 mm die Höhe des Gleitelements im Bereich von ungefähr 1,5 bis ungefähr 4,5 mm, noch besser im Bereich von ungefähr 2 mm bis ungefähr 3,5 mm liegt. Bevorzugt ist ein Wert für die Höhe des Gleitelements zwischen ungefähr 2,5 mm und ungefähr 3 mm.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Verhältnis eines Außendurchmessers des Kolbens zur Höhe des Gleitelements größer als ungefähr 8, noch besser größer als ungefähr 10, ist.
Hinsichtlich der Höhe und der Breite des Gleitelements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Insbesondere ist es günstig, wenn im eingebauten Zustand des Gleitelements die Breite B desselben größer ist die Hälfte der Höhe H.
Noch besser ist es, wenn die Breite B des Gleitelements größer ist als das ungefähr 0,8fache der Höhe H.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass im eingebauten Zustand des Gleitelements die Höhe H des Gleitelement kleiner ist als das ungefähr 1,3fache der Breite B, noch besser ist es, wenn die Höhe H kleiner ist als das ungefähr 1,2fache, noch besser das 1,1fache der Breite B.
Hinsichtlich einer vorteilhaften Führung des Kolbens mittels des erfindungsgemäßen Gleitelements ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Gleitelement mit mehr als ungefähr 50% seiner Erstreckung in der Höhe zur Führung des Kolbens dient.
Hinsichtlich der Ausbildung des Gleitelements selbst wurden keine näheren Angaben gemacht. So ist ebenfalls vorgesehen, dass eine äußere Dichtlippe eine geringere Höhe aufweist als eine innere Dichtlippe, um die Dichtwirkung zu verbessern.
Hinsichtlich der Führung des Kolbens an dem Zylindergehäuse wurden bislang keine weiteren Angaben gemacht. Grundsätzlich wäre es denkbar, den Kolben lediglich im Bereich des Kolbenbodens am Zylindergehäuse zu führen.
Eine hinsichtlich einer Verkippbewegung des Kolbens besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass das Zylindergehäuse eine zweite Lauffläche aufweist, die in Führungsrichtung im Abstand von der ersten Lauffläche angeordnet ist.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die zweite Lauffläche im Innenraum des Zylindergehäuses angeordnet ist.
Ferner wurden hinsichtlich der Führung des Kolbens an der zweiten Lauffläche keine näheren Angaben gefacht. So sieht ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel vor, dass der Kolben an der zweiten Lauffläche mit einem sich vom Kolbenboden aus erstreckenden Führungskopf geführt ist.
Damit ist eine zusätzliche Führung des Kolbens realisierbar, welche dessen Führungseigenschaften hinsichtlich des Verkippens verbessert.
Aus Gründen eines möglichst geringen Bauvolumens ist es dabei zweckmäßig, wenn die zweite Lauffläche denselben oder einen geringeren Durchmesser aufweist als die erste Lauffläche.
Ferner ist es aus Gründen der Einfachheit günstig, wenn der Führungskopf des Kolbens unmittelbar an der zweiten Lauffläche geführt ist, da an der zweiten Lauffläche keine Abdichtung erfolgen muss und somit ein Verschleiß zwischen dem Führungskopf und der zweiten Lauffläche für die Lebensdauer des Betätigungszylinders nachrangig ist.
Um auch im drucklosen Zustand eine definierte Position des Kolbens zu erhalten ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kolben durch einen im Zylindergehäuse angeordneten elastischen Kraftspeicher in Richtung einer ausgefahrenen Endstellung mit maximalem Druckraum beaufschlagt ist.
Um ferner eine optimale Kraftübertragung auf das zu betätigende Element zu erhalten ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der Kolben mit einem Druckübertragungselement versehen ist.
Bei einer bevorzugten Lösung ist das Druckübertragungselement ein Bauteil mit kugeliger Form, welches vorzugweise punktuell durch den Kolben beaufschlagt ist.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Druckübertragungselement ein Bauteil ist, welches durch den Kolben flächig beaufschlagbar ist.
Ein derartiges Druckübertragungselement ist günstigerweise eine Kugel, welche auf dem zu betätigenden Element im Wesentlichen punktförmig aufliegt und somit auch weitgehend die Übertragung von Kippmomenten auf den Kolben verringert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betätigungszylinders;
Fig. 2: eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Bereichs A in Fig. 1;
Fig. 3: eine vergrößerte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleitelements im nicht eingebauten und somit nicht durch die Elemente des Betätigungszylinders beaufschlagten Zustand und
Fig. 4: eine vergrößerte Darstellung ähnlich Fig. 3 einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleitelements im nicht eingebauten Zustand.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders 10 umfasst ein Zylindergehäuse 12, weiches einen Innenraum 14 umschließt, in welchem ein als Ganzes mit 16 bezeichneter Kolben angeordnet ist, der in einer Führungsrichtung 18 relativ zum Zylindergehäuse 12 bewegbar ist.
Der Kolben 16 umfasst einen Kolbenboden 20, welcher sich quer zur Führungsrichtung 18 in Richtung einer zu einer Mittelachse 24 des Zylindergehäuses 12 zylindrischen ersten Lauffläche 22 des Zylindergehäuses 12 erstreckt, welche einen ersten, kolbenbodenseitigen Teilbereich 14a des Innenraums 14 umschließt.
Der Kolbenboden 20 ist dabei so angeordnet und dimensioniert, dass eine mit maximalem Radius zur Mittelachse 24 verlaufende Außenseite 26 des Kolbenbodens 20 in der Regel die Lauffläche 22 nicht berührt, sondern zwischen dieser Außenseite 26 und der Lauffläche 22 ein Zwischenraum 28 verbleibt, welcher bei zur Mittelachse 24 zentrierter Anordnung des Kolbenbodens 20 mindestens 5/100 mm beträgt. Das heißt, dass die Außenseite 26 einen maximalen Durchmesser aufweist, welcher mindestens um 1/10 mm kleiner ist als ein Innendurchmesser der Lauffläche 22.
Der Kolbenboden 20 umfasst eine im Bereich der Außenseite 26 angeordnete und in Form einer Vertiefung umlaufende Aufnahme 32, in welcher eine erste Ausführungsform eines Gleitelements 30 angeordnet ist, das einerseits ein Führungselement 34 und andererseits ein Dichtelement 36 umfasst, wobei das Dichtelement 36 einen innerhalb des Innenraums 14 vorliegenden Druckraum 40 im Bereich zwischen der Lauffläche 22 und dem Kolbenboden 20 abdichtet, während das Führungselement 34 den Kolbenboden 20 an den Laufflächen 22 schwimmend und im Wesentlichen berührungslos sowie in der Führungsrichtung 18 verschiebbar führt.
An den Kolbenboden 20 ist auf einer dem Innenraum 14 zugewandten Seite ein Führungsfortsatz 42 angeformt, welcher sich in den Innenraum 14 des Zylindergehäuses 12 vom Kolbenboden 20 ausgehend hineinerstreckt und einen Führungskopf 44 bildet, weicher seinerseits mit an dem Führungskopf 44 vorgesehenen Ausrichtflächen 46 an einer zweiten Lauffläche 52, ausgebildet im Zylindergehäuse 12 geführt ist, wobei die zweite Lauffläche 52 einen zweiten, inneren Teilbereich 14b des Innenraums 14 umschließt.
Im einfachsten Fall gleiten die Ausrichtflächen 46 direkt an der zweiten Lauffläche 52. Es ist aber auch möglich, den Führungskopf 44 mittels eines dem Gleitelement 30 entsprechenden Gleitelements an der zweiten Lauffläche 52 zu führen.
Insgesamt ist somit der Kolben 16 zweifach geführt, nämlich einerseits mit dem Führungselement 34 an der ersten Lauffläche 22 im Bereich einer ersten Führungsebene 56 und im Abstand von der ersten Führungsebene 56 mittels der durch Gleiten an den zweiten Laufflächen den Führungskopf 44 führenden Ausrichtflächen 46 in einer zweiten Führungsebene 58, die auf einer dem Druckraum 40 zugewandten Seite der ersten Führungsebene 56 und ungefähr parallel zu dieser im Abstand verläuft, so dass sich damit insgesamt eine stabile, im Wesentlichen verkantungsfreie Führung des Kolbens 16 in dem Zylindergehäuse 12 ergibt.
Die stabile verkantungsfreie Führung des Kolbens 16 ist aber auch bei einer Anordnung des Führungskopfes 44 auf einer dem Druckraum 40 abgewandten Seite gegeben.
Zur Druckbeaufschlagung des Kolbens 16 führt in den Innenraum 14 ein Zufuhrkanal 60, welcher vorzugsweise in den zweiten Teilbereich 14b mündet und über welchen dem Innenraum 14 ein Medium, insbesondere Hydraulikmedium, zuführbar ist, das im Fall einer Druckbeaufschlagung auf den Kolben 16 wirkt.
Ferner ist noch zwischen dem Zufuhrkanal 60 und dem ersten Teilbereich 14a des Innenraums 14 ein Verbindungskanal 62 vorgesehen, über welchen direkt von dem Zufuhrkanal 60 unter Druck stehendes Medium in den ersten Teilbereich 14a des Innenraums 14 einleitbar ist.
Um im drucklosen Zustand des Druckraums 40 den Kolben 16 in eine definierte Stellung zu halten, ist beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, in dem Führungskopf 44 eine Ausnehmung 62 vorgesehen, in welcher ein elastischer Kraftspeicher 64, beispielsweise in Form einer Feder, sitzt, welcher sich einerseits am Kolben 16 und andererseits an dem Zylindergehäuse 12, beispielsweise in einem Endbereich des Zufuhrkanals 60, abstutzt.
Es ist aber auch denkbar, einen auf den Kolbenboden 20 wirkenden elastischen Kraftspeicher vorzusehen.
Dieser elastische Kraftspeicher 64 beaufschlagt den Kolben 16 derart, dass dieser sich im nicht durch das Medium beaufschlagten Zustand stets in seine, einem maximalem Volumen des Druckraums 40 entsprechende Stellung bewegt.
Zum Beaufschlagen einer Betätigungswelle, beispielsweise einer Betätigungswelle einer Kupplung, ist in dem Kolbenboden 20 noch eine kalottenförmige Aufnahme 66 für ein Druckelement 68 vorgesehen, mit welchem dann die Betätigungswelle unmittelbar beaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist die Aufnahme 66 mit einer Berührungsfläche 67 versehen, welche gegenüber der ersten Führungsebene 56 zurückgesetzt ist und zwar auf einer der Betätigungswelle gegenüberliegenden Seite, woraus sich in Vorteilhafter Weise eine "ziehende Einwirkung" auf das Druckelement 68 ergibt, die zur Folge hat, dass der Kolben 16 nicht seitlich ausknickt.
Ist beilspielsweise das Druckelement 68 als Kugel ausgebildet, so wirkt das Druckelement 68 im Wesentlichen punktförmig auf die Berührungsfläche 67 und im Wesentlichen punktförmig auf die Betätigungswelle, um diese ebenfalls in der Führungsrichtung 18 bewegen zu können.
Es ist aber auch denkbar, eine flächige Anlage des Druckelements 68 an der Berührungsfläche 67 vorzusehen, wobei das Druckelement 68 beispielsweise zylindrisch mit ebenen Stirnflächen ausgebildet sein könnte.
Vorzugsweise ist bei der dargestellten Lösung die zweite Lauffläche 52 so ausgebildet, dass sie zwar koaxial zur ersten Lauffläche 22 angeordnet ist, jedoch einen nennenswert kleineren Durchmesser als die erste Lauffläche 22 aufweist. Somit erfährt der Kolben 16 eine ausreichende Führung in der Führungsrichtung 18, wobei sich der Kolbenboden 20 oder der Führungskopf 44 relativ zu der ersten Lauffläche 22 bzw. der zweiten Lauffläche 52 im Wesentlichen verkantungsfrei in der Führungsrichtung 18 bewegen können.
Das Führungsverhältnis ergibt sich dabei aus dem Durchmesser des Kolbenbodens 20 und dem Abstand der Führungsebenen 56 und 58.
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, umfasst das Gleitelement 30 einen Stützkörper 80, welcher mit einer quer zur Führungsrichtung 18 verlaufenden Füßfläche 82 auf einer Flanschfläche 84 der Aufnahme 32 im Kolbenboden 20 aufliegt, die sich gegenüber der Außenseite 26 zurückgesetzt in den Kolbenboden 20 hineinerstreckt und in eine radiale Anlagefläche 86 der Aufnahme 32 im Kolbenboden 20 übergeht. An dieser radialen Anlagefläche 86 ist der Stützkörper 80 mit einer Auflagefläche 88 radial zur Mittelachse 24 abgestützt, wobei der ringsumlaufende Stützkörper 80 aufgrund seiner eigenen Vorspannung in Umfangsrichtung mit der Auflagefläche 88 kraftbeaufschlagt an der radialen Anlagefläche 86 anliegt.
Beispielsweise beträgt ein Durchmesser DA der radialen Anlagefläche 86 der Aufnahme 32 mehr als das 0,8fache eines Außendurchmessers DK des Kolbenbodens 20 an der Außenseite 26.
Ferner weist das Gleitelement 30 eine Höhe H (Fig. 2) auf, die im Bereich zwischen ungefähr 1,5 mm und ungefähr 4,5 mm liegt. Ferner ist das Verhältnis des Außendurchmessers DK zur Höhe H größer als ungefähr 10.
Außerdem ist - wie in Fig. 2 dargestellt - im eingebauten Zustand des Gleitelements 30 eine radiale Breite B eines Querschnitts des Gleitelements größer oder gleich als die halbe Höhe H, insbesondere größer oder gleich als zwei Drittel der Höhe H. Vorzugsweise ist die Höhe H geringer als das ungefähr 1,3fache der Höhe H.
Der Stützkörper 80 trägt auf seiner der Auflagefläche 88 gegenüberliegenden und der ersten Lauffläche 22 zugewandten Seite beispielsweise drei, in der Führungsrichtung 18 aufeinanderliegend und mit Abstand voneinander angeordnete Führungswulste 92, 94, 96, wobei beispielsweise der dem Druckraum 40 nächstliegende Führungswulst 92 der erste Führungswulst, der auf einer dem Druckraum 40 gegenüberliegenden Seite des ersten Führungswulstes 92 angeordnete Führungswulst 94 der zweite Führungswulst und der auf einer dem ersten Führungswulst 92 gegenüberliegenden Seite des zweiten Führungswulstes 94 angeordnete Führungswulst 96 der dritte Führungswulst ist.
Jeder dieser Führungswulste 92, 94, 96 bildet eine radial außenliegende Führungsfläche 102, 104 bzw. 106, mit welcher der Stützkörper 80 an der ersten Lauffläche 22 anliegt und dadurch an dieser geführt ist. Insgesamt erstreckt sich der an der Lauffläche 22 anliegende Teil des Gleitelements 30, insbesondere der die Führungswulste 92, 94, 96 aufweisende Teil, über mehr als 50% der Höhe H des Gleitelements 30.
Im nicht eingesetzten Zustand des Gleitelements 30 weist dabei die erste Führungsfläche 102 den beispielsweise größten Radius auf, während die Führungsflächen 104 und 106 beispielsweise ungefähr gleiche kleinere Radien aufweisen. Bei in die Aufnahme 32 im Kolbenboden 20 eingesetztem Gleitelement 30 weisen alle Führungsflächen 102, 104, 106 einen Radius auf, der größer als der Radius der ersten Lauffläche 22 ist.
Ist ein derartiges Gleitelement 30 in die Aufnahme 32 im Kolbenboden 20 eingesetzt und wird mit diesem in das Zylindergehäuse 12 eingeführt, so erfährt das Gleitelement 30 im Bereich des Stützkörpers 80 eine radiale Kompression, die bei Ausführung des Gleitelements 30 aus einem elastisch deformierbaren Material dazu führt, dass durch Einwirkung der Lauffläche 22 auf die führungflächen 102, 104 und 106 der gesamte Stützkörper 80 in radialer Richtung aufgrund eines Einpressens desselben zwischen der Lauffläche 22 einerseits und der radialen Anlagefläche 86 andererseits komprimiert wird.
Dadurch entsteht in dem Stützkörper 80, wie in Fig. 3 dargestellt, eine radial wirkende elastische Kraft 108, die einerseits den Stützkörper 80 mit der radialen Auflagefläche 88 gegen die radiale Anlagefläche 86 drückt und andererseits die Führungswulste 92, 94 und 96 mit ihren Führungsflächen 102, 104 und 106 gegen die Lauffläche 22 drückt.
Vorzugsweise beträgt die radiale Deformation des in der Aufnahme 32 im Kolbenboden 20 sitzenden Stützkörpers 80 beim in das Zylindergehäuse 12 eingesetzten Zustand ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 2 mm gegenüber dem nicht in das Gehäuse 12 eingesetzten Zustand.
Darüber hinaus sind zwischen den Führungswulsten 92, 94 und 96 jeweils gegenüber den Führungsflächen 102, 104, 106 auch im radial deformierten Zustand des Stützkörpers 80 zurückgesetzt verlaufende Vertiefungsrillen 112 und 114 vorgesehen, welche, wie insbesondere auch in Fig. 2 dargestellt, als Aufnahmen für sich zwischen den Führungsflächen 102, 104 und 106 sammelndes Schmiermittel dienen und dabei gleichzeitig auch bei der Bewegung des Gleitelements 30 in der Führungsrichtung 18 eine Schmierung im Bereich der Führungsflächen 102, 104 und 106 bewirken.
Insgesamt bildet somit der Stützkörper 80 mit den Führungswulsten 92, 94 und 96 und den an diesen sitzenden Führungsflächen 102, 104 und 106 das Führungselement 34, mit welchem die schwimmende Führung des Kolbenbodens 20 und somit des Kolbens 16 in der ersten Führungsebene 56 an den ersten Laufflächen 22 derart erfolgt, dass die Außenseite 26 des Kolbenbodens 20 die erste Lauffläche 22 im Wesentlichen nicht berührt und folglich ein bei üblichen Hydraulikzylindern auftretendes "Einlaufen" der Lauffläche 22 aufgrund des mechanischen Verschleißes vermieden werden kann.
Darüber hinaus ist zur Verbesserung der Abdichtung zwischen dem Kolbenboden 20 und der Lauffläche 22 das Dichtelement 36 vorgesehen, welches an das Führungselement 34 einstückig abgeformt ist und eine äußere Dichtlippe 120 sowie eine innere Dichtlippe 122 aufweist, die V-förmig zueinander verlaufen und in ihren Fußbereichen 124 und 126 in den Stützkörper 80 übergehen.
Insbesondere ist die innere Dichtlippe 122 in Richtung der Höhe H höher als die äußere Dichtlippe 120, um deren Dichtwirkung zu verbessern.
Die innere Dichtlippe 122 und die äußere Dichtlippe 120 liegen somit auf einer dem Druckraum 40 zugewandten Seite des Stützkörpers 80 und erstrecken sich im nicht beaufschlagten Zustand des Gleitrings 30 in radialer Richtung zur Mittelachse 24 einerseits über die Auflagefläche 88 nach innen sowie über die Führungsfläche 102 nach außen unter Ausbildung eines Zwischenraums 128 zwischen der äußeren Dichtlippe 120 und der inneren Dichtlippe 122.
Auch die Dichtlippen 120 und 122 werden beim Einsetzen des Gleitelements 30 in den Hydraulikzylinder 10 in Richtung aufeinander zu beaufschlagt, so dass sich der Zwischenraum 128 verkleinert. Bei in den Hydraulikzylinder eingesetztem Gleitelement 30 liegt die äußere Dichtlippe 120 mit einer Dichtkante 130 unter radialer elastischer Vorspannung an der Lauffläche 22 an, während die innere Dichtlippe 122 mit einer inneren Dichtkante 132 an der radialen Anlagefläche 86 des Kolbenbodens 20 anliegt. Aufgrund der Deformation entsteht in dem durch die äußere Dichtlippe 120 und die innere Dichtlippe 122 gebildeten Dichtelement 36 eine radiale Vorspannkraft 138, welche die Tendenz hat, die Dichtlippen 120 und 122 in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg zu bewegen, um somit die Dichtlippen 120 und 122 mit ihren Dichtkanten 130 und 132 an der Lauffläche 22 bzw. der radialen Anlagefläche 86 der Aufnahme 32 im Kolbenboden 20 in Anlage zu halten. Bei Druckbeaufschlagung des Druckraums 40 mit dem Medium dringt dies auch in den Zwischenraum 128 ein und führt zu einem verstärkten Anpressen der Dichtkanten 130 und 132 an der ersten Lauffläche 22 bzw. der Anlagefläche 86.
Das Gleitelement 30 führt nun nicht nur aufgrund des Dichtelements 36 mit den Dichtlippen 120 und 122 zu einer guten Abdichtung zwischen dem Kolbenboden 20 und dem Zylindergehäuse 12, insbesondere dessen erster Lauffläche 22, gegen ein dem Druckraum 40 zugeführtes Medium unter zuverlässiger Verhinderung einer Leckage zwischen dem Kolbenboden 20 und dem Zylindergehäuse 12, sondern verbessert gleichzeitig auch die Dichtigkeit gegenüber Unterdruckzuständen im Druckraum 40 oder motorseitigen Überdruckzuständen dadurch, dass die Führungsflächen 102, 104 und 106 aufgrund der elastischen radialen Vorspannkraft 108 kraftbeaufschlagt an der Lauffläche 22 gehalten werden und somit selbst bei Druckabfall im Druckraum 40 und Reduktion der Dichtfunktion der Dichtlippen 120 und 122 noch eine Dichtwirkung zwischen den Führungsflächen 102, 104 und 106 und der Lauffläche 22 aufrecht erhalten, die auch zugelassenen Unterdruckzuständen im Druckraum 40 Stand hält, so dass das Führungselement 34 selbst ebenfalls noch - zumindest bei derartigen zugelassenen Unterdruckzuständen oder motorseitigen Überdruckzuständen - eine Dichtfunktion übernimmt.
Bei einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleitelements 30', dargestellt in Fig. 4, sind diejenigen Elemente, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben voll inhaltlich auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform Bezug genommen werden kann.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist jedoch nicht eine Vielzahl von Führungswulsten 92, 94, 96 am Stützkörper 80 vorgesehen, sondern ein einziger Führungswulst 142, welcher sich in unmittelbarem Anschluss an die Fußfläche 82 radial nach außen wölbt und eine Führungsfläche 152 bildet, welche im Bereich maximaler Erstreckung des Führungswulstes 142 in radialer Richtung angeordnet ist.
Der Führungswulst 142 erstreckt sich dabei in Richtung der Höhe H des Gleitelements 30' über einen Teilbereich des Stützkörpers 18, welcher mehr als ungefähr ein Fünftel der Erstreckung des Stützkörpers 80 in Richtung der Höhe H beträgt und weniger als ungefähr die Hälfte der Erstreckung des Stützkörpers 80 in Richtung der Höhe H.
Im Anschluss an den Führungswulst 142 folgt dann ein radial eingezogener Bereich 154, welcher ungefähr bis zum Fußbereich 124 der äußeren Dichtlippe 120 reicht.
Der Vorteil der an dem Wulst 142 angeordneten Führungsfläche 152 ist im Prinzip derselbe, wie beim ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, allerdings hat der Wulst 142 bei der zweiten Ausführungsform eine verbesserte Stützwirkung, indem eine verbesserte Beaufschlagung des Stützkörpers 80 radial nach innen erfolgt, so dass dieser mit seiner radialen Auflagefläche 88 an der radialen Anlagefläche 86 des Kolbenbodens 20 in Anlage gehalten ist und damit eine Kippbewegung des Gleitelements 30' und insbesondere des Stützkörpers 80 um eine senkrecht zur Querschnittsfläche verlaufende Kippachse weitgehend unterdrückt wird.
Damit wird trotz der minimalen Bauhöhe des erfindungsgemäßen Gleitelements 30' ein Lufteintrag in den Druckraum 40 vermieden und gleichzeitig die erforderliche Öldichtigkeit erreicht.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beträgt im eingebauten Zustand entsprechend Fig. 2 die Höhe H vorzugsweise weniger als das 1,2fache der Breite B. Die Breite B beträgt außerdem vorzugsweise mehr als das 0,8fache der Höhe.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Gleitelements weist Werte von der Breite B zu der Höhe H zwischen ungefähr 0,9 und ungefähr 1,1 auf.

Claims

Betätigungszylinder umfassend ein Zylindergehäuse (12) mit einem von diesem umschlossenen Innenraum (14),
einen in dem Innenraum (14) angeordneten Kolben (16), welcher in einer Führungsrichtung durch mindestens eine Lauffläche (22) des Zylindergehäuses (12) geführt ist und mit einem Kolbenboden (20) einen Druckraum (40) im Zylindergehäuse (12) begrenzt,
und ein an dem Kolben (16) gehaltenes und um diesen umlaufend angeordnetes Dichtelement (36) zur Abdichtung des Druckraums (40) zwischen dem Kolben (16) und dem Zylindergehäuse (12), welches Teil eines ein Führungselement (34) umfassenden Gleitelements (30) ist, wobei das Führungselement (34) mit mindestens einer Führungsfläche (102, 104, 106, 152) an einer ersten Lauffläche (22) des Zylindergehäuses (12) in der Führungsrichtung (18) bewegbar geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (34) den Kolben (16) relativ zu der ersten Lauffläche (22) schwimmend führt, dass das Führungselement (34) einen Stützkörper (80) aufweist, von weichem ausgehend das Dichtelement (36) verläuft, dass das Dichtelement (36) eine äußere Dichtlippe (120) und eine innere Dichtlippe (122) aufweist, die V-förmig zueinander verlaufen und sich ausgehend von dem Stützkörper (80) erstrecken, dass die äußere Dichtlippe (120) mit einer Dichtlippenkante (130) an der Lauffläche (22) anliegt und dass die innere Dichtlippe (122) mit einer Dichtlippenkante (132) an einer Anlagefläche (86) des Kolbens (16) anliegt
Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (34) den Kolben (16) im Wesentlichen berührungsfrei zu der ersten Lauffläche (22) führt.
Betätigungszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer der ersten Lauffläche (22) zugewandten Außenseite (26) des Kolbens (16) und der ersten Lauffläche (22) bei zentrierter Stellung des Kolbens (16) ein Zwischenraum (28) von mindestens 1/10 mm besteht.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (30) im Bereich des Kolbenbodens (20) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (30) in einer Aufnahme (32) im Bereich einer Außenseite (26) des Kolbens (16) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (30) in der Aufnahme (32) formschlüssig fixiert gehalten ist.
Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (30) mit einer Auflagefläche (88) an einer Anlagefläche (86) der Aufnahme (32) anliegt.
Betätigungszylinder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (30) mit einer quer zur Führungsrichtung (18) verlaufenden Fußfläche (82) an einer Flanschfläche (84) der Aufnahme (32) anliegt.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (36) auf einer dem Druckraum (40) zugewandten Seite des Führungselements (34) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (36) und das Führungselement (34) ein einstückiges Teil bilden.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippen (120, 122) auf einer der Fußfläche (82) gegenüberliegenden Seite des Stützkörpers (80) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsfläche (102, 104, 106, 152) auf einer dem Druckraum (40) gegenüberliegenden Seite des Dichtelements (36) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsfläche (102, 104, 106, 152) im Bereich des Stützkörpers (80) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsfläche (102, 104, 106, 152) an einem elastisch deformierbaren Bereich des Stützkörpers (80) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsfläche (102, 104, 106, 152) an einem Führungswulst (92, 94, 96, 142) des Führungselements (34) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungswulst (92, 94, 96, 142) an dem Stützkörper (80) sitzt.
Betätigungszylinder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungswulst (142) sich an eine Fußfläche (82) des Stützkörpers (80) anschließt.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (34) mehrere Führungsflächen (102, 104, 106) aufweist.
Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Führungsflächen an einem Führungswulst (92, 94, 96) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass von den mehreren Führungsflächen (102, 104, 106) einige unterschiedliche radiale Erstreckungen aufweisen.
Betätigungszylinder nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (102) mit der größten radialen Erstreckung dem Druckraum (40) nächstliegend angeordnet ist und die mindestens eine weitere Führungsfläche (104, 106) mit geringerer radialer Erstreckung auf einer dem Druckraum (40) gegenüberliegenden Seite der ersten Führungsfläche (102) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen in Führungsrichtung (18) aufeinanderfolgenden Führungsflächen (102, 104, 106) Vertiefungen (112, 114) angeordnet sind.
Betätigungszylinder nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (112, 114) ringförmig umlaufend ausgebildet sind.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im eingebauten Zustand des Gleitelements (30) die Breite B desselben größer ist als die Hälfte der Höhe H.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im eingebauten Zustand des Gleitelements (30) die Höhe H des Gleitelements (30) kleiner ist als das ungefähr 1,3fache der Breite B.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindergehäuse (12) eine zweite Lauffläche (52) aufweist, die in Führungsrichtung (18) im Abstand von der ersten Lauffläche (22) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lauffläche (52) im Innenraum (14) des Zylindergehäuses (12) angeordnet ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet;
dass der Kolben (16) an der zweiten Lauffläche (52) mit einem sich vom Kolbenboden (20) aus erstreckenden Führungskopf (44) geführt ist.
Betätigungszylinder nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lauffläche (52) denselben oder einen geringeren Durchmesser aufweist als die erste Lauffläche (22).
Betätigungszylinder nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskopf (44) des Kolbens (10) unmittelbar an der zweiten Lauffläche (52) geführt ist.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) durch einen in dem Zylindergehäuse (12) angeordneten elastischen Kraftspeicher (64) in Richtung einer ausgefahrenen Endstellung mit maximalem Druckraum (40) beaufschlagt ist.
Betätigungszylinder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) mit einem Druckübertragungselement (68) versehen ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübertragungselement (68) ein Bauteil mit kugelartiger Ausgestaltung und punktuellem Kraftschluss mit dem Kolben (16) ist.
Betätigungszylinder nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübertragungselement (68) ein Bauteil mit flächiger Ausgestaltung und flächigem Kraftschluss mit dem Kolben (16) ist.