Verschluss für eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit

Abstract

 Mit der vorliegenden Einrichtung wird die Kolbenstange (14) koaxial zum Zylinder (10) geführt und dieser nach aussen abgedichtet, damit sich in seinem Innern der zum Betrieb des Kolbens notwendige Innendruck aufbauen kann. Hierzu ist auf dem Zylinderrohr (2), mit diesem koaxial, ein Zylinderkopf (3) aufgeschweisst, und in ihm eine die Kolbenstange führende Führungsbüchse (11) mit Dichtringen (33, 35) und Führungsring (37) eingepasst. In axialer Richtung, ist die Führungsbüchse (11) mit ihren Büchsenauf­lageflächen (24, 25) zwischen Metallronden (28) und einem ringförmigen Anschlag (26) formschlüssig und lösbar fixiert. Die Metallronden (28) werden über die Einfräsung (31) in die Ringnut (27) eingefüllt, wo sie achsparallel geführt und durch eine zuletzt eingefüllte sog. Verschlussronde gegen herausfallen gesichert sind. Aufgrund seines einfachen Aufbaues kann dieser Verschluss mit geringem Aufwand und ohne Vorrichtung vor Ort freizügig montiert und auch wieder demontiert werden. Da die Elemente des Verschlusses, sowie seine Schweissverbin­dung (7) mit hoher Präzision werkseitig hergestellt werden, sind die Verschlussfunktionen besonders genau und - wegen des Formschlusses - auch besonders zuverlässig gewährleistet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Verschluss für eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere für eine solche zum Betrieb eines Aufzuges mit einem, auf dem Oberende eines Zylinders angebrachten Zylinderkopf und einer darin eingepassten Führungsbüchse zur Führung und Abdichtung eines Kolbens, sowie einem Anschluss für ein hydraulisches Druckmedium, welches einem Vorratsbe­hälter mit Antrieb entnehmbar ist.
Mit einem derartigen Verschluss wird bei einer hydrauli­schen Kolben-Zylinder-Einheit der Kolben koaxial zum Zy­linder geführt und der Raum zwischen der Kolben und dem Oberende des Zylinderrohres verschlossen, damit sich der zum Betrieb des Kolbens notwendige Innendruck aufbauen kann. Solche Kolben-Zylinder-Einheiten finden vielfache Anwendung bei z.B. hydraulischen Aufzügen und Hebezeugen, wobei sie direkt auf die Aufzugskabine bzw. auf die zu hebende Last wirken, oder - bei grosser Förderhöhe - hie­zu Teleskopzylinder verwenden oder Ubersetzungsgetriebe mit Seilen und Rollen.

[0002] Aus der DE-OS 27 23 125 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit bekannt, die einen Verschluss gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufweist. Bei diesem Verschluss ist die Büchse zur Kolbenführung als integrierender Bestand­teil eines Führungskopfes ausgebildet. Dabei ist dieser Führungskopf mittels eines axial führenden Sitzes und eines Zwischenstückes auf das Zylinderrohr, oder einen darauf aufgesetzten Bund, aufgesteckt und über achsparal­lel ausgerichtete, entlang dem Zylinderrohrumfang verteilte Spannmittel kraftschlüssig und lösbar mit dem Oberende des Zylinderrohres verbunden. Die Spannmittel werden in Lagerkörpern am Führungskopf und in damit fluchtenden Gegenlagern am Zylinderrohr gehalten. Dabei sind die Lagerkörper des Führungskopfes und die Gegenla­ger des Zylinderrohres als Rohrhülsen ausgebildet und die Spannmittel als durch diese Rohrhülsen hindurchtre­tende Gewindebolzen, allenfalls mit Kontermuttern. Da überdies das Zwischenstück zwischen Führungskopf und Zylinderrohr, zumindest in Längsrichtung, elastisch ausgebildet ist, können die Abstände der einander zugeordneten Lagerkörper am Führungskopf und Gegenlager am Zylinderrohr über die Gewindebolzen einzeln einge­stellt werden. Aus dieser Art der Verbindungs- und Spannmittel ergibt sich ein Spiel für die axiale Aus­richtung des Führungskopfes zum Zylinderrohr und damit auch des Kolbens zum Zylinder. Von Bedeutung ist dabei, dass der Zusammenbau von Führungskopf und Zylinderrohr und damit die axiale Ausrichtung von Kolben und Zylinder vor Ort erfolgt; im Falle eines Aufzuges also bei dessen Montage auf der Baustelle.
Erste wesentliche Nachteile eines solchen Verschlusses ergeben sich daraus, dass seine wichtigsten Funktionen, nämlich Abdichtung des Kolbens sowie dessen koaxiale Füh­rung zum Zylinder durch die Befestigung des Führungskopfes auf dem Zylinderrohr bestimmt sind. Für den axial führen­den Sitz sowie das elastische Zwischenstück ist somit hohe Präzision in der Materialverarbeitung erforderlich. Auch muss der Montageausführung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden, da sich allfällige Unzulänglichkeiten in der koaxialen Verbindung von Führungskopf und Zylinder­rohr direkt nachteilig auf Abdichtung und Kolbenführung auswirken. Der dabei notwendige Vorrrichtungs- und Arbeits­aufwand ist erheblich und es kann deshalb nicht von einer freizügigen und kostengünstigen Montage gesprochen werden. Selbst bei Einsatz von speziell geschultem Fachpersonal kann die Koaxialität von Führungskopf und Zylinderrohr - ­und damit von Kolben und Zylinder - nicht immer in wünsch­barem Masse gewährleistet werden, da wegen baulicher oder anderer Erschwernisse oft unter schwierigen Bedingungen gearbeitet werden muss.Ferner hat sich nachteilig ausgewirkt, dass - gemäss Aufgabenstellung - durch die Art der Verbindungs- und Spannmittel ein Spiel für die axiale Ausrichtung von Führungskopf und Zylinderrohr vorgesehen ist. Mit diesem Spiel kann der auf das Zylinderrohr aufgesetzte Führungskopf noch nachträglich in axialer Richtung einjustiert werden. Hiezu sind die Verbindungs- und Spannmittel leicht verstellbar ausge­bildet, so dass die dadurch bestimmte Koaxialität von Kolben und Zylinder gegen irrtümliches cder gar miss­bräuchliches Verstellen nicht gesichert ist. Ein wei­terer Nachteil besteht darin, dass die koaxiale Befesti­gung des Führungskopfes auf dem Zylinderrohr sowie die dadurch bedingte Abdichtung und Führung des Kolbens durch dieselben Elemente, nämlich entlang des Zylinder­rohrumfanges verteilt angeordnete Spannmittel bewirkt werden. Bei Anziehen dieser Spannmittel werden alle drei vorgenannten Funktionen gleichzeitig ausgeführt, so dass es nicht möglich ist, dieselben einzeln, optimal einzu­stellen. Als Mangel hat sich auch erwiesen, dass Führungs­kopf und Zylinderrohr durch Gewindebolzen verbunden sind, der Verschluss also auf einer bloss kraftschlüssi­gen Verbindung beruht. Eine solche Verbindung gilt grundsätzlich als weniger sicher als eine formschlüssige Verbindung, so dass der Einsatz eines derartigen Verschlus­ses bei sicherheitstechnischen Anwendungen eingeschränkt sein kann.

[0003] Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verschluss für eine hydraulische Kolben-Zylinder-­Einheit zu schaffen, der mit geringem Aufwand und ohne Vorrichtung unter den erschwerten Bedingungen einer Baustelle freizügig montiert und auch wieder leicht demontiert werden kann. Die Neuerung bezweckt ferner die Schaffung eines Verschlusses, der eine erhöhte Zuverlässig­keit aufweist, und bei dem die koaxiale Führung des Kolbens zum Zylinder besonders genau und mit grosser Langzeitbeständigkeit gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Mitteln ge­löst, wie sie in der Fassung des unabhängigen Anspruches gekennzeichnet sind. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Durch diese Mittel ist nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst, sondern es wird darüber hinaus ein Verschluss für eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit geschaffen, der noch folgende besondere Vorteile aufweist:

[0004] Ein erster mit dem antragsgemässen Verschluss erzielter Vorteil besteht darin, dass seine wesentlichen Funktionen, nämlich die Abdichtung des Kolbens sowie dessen koaxiale Führung zum Zylinder unabhängig sind vom Montagevorgang. Dies ermöglicht, die wesentlichen Funktionen des Verschlus­ses sowie seine Montage bzw. seinen Zusammenbau einzeln und nach unterschiedlichen Kriterien zu optimieren. Im vorlie­genden Falle sind Abdichtung und Führung des Kolbens auf hohe Präzision ausgelegt, während die Montage und der Zusam­menbau durch Verwendung formschlüssiger Verbindungen be­sondere Zuverlässigkeit aufweisen. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass der antragsgemässe Ver­ schluss aufgrund seiner besonderen Zuverlässigkeit auch sicherheitstechnischen Anforderungen genügt. Dabei beruht diese besondere Zuverlässigkeit auf einer form­schlüssigen Verbindung zwischen Führungsbüchse und Zylinderkopf, welche von der Qualität der Montageaus­führung unabhängig ist, weil sie durch blosses Zusammen­fügen vorgefertigter Einzelteile aufgebaut wird. Darüber hinaus ist die axiale Befestigung der Führungsbüchse im Zylinderkopf wegen der Vielzahl der verwendeten Metall­ronden auch redundant. Eine solche Verbindung ist deshalb in ihrer Wirkung besonders zuverlässig und in der Herstellung preiswert. Überdies bedarf sie keiner Wartung. Dies im Gegensatz zu den sonst üblichen kraft­schlüssigen Verbindungen, wie Schraubenverbindungen und dergleichen, die inhärent weniger zuverlässige Verbin­dungsprinzipien darstellen, deren Zuverlässigkeit noch weiter eingeschränkt ist, weil sie sehr stark von der Arbeitsausführung der Montage abhängen. Als besonders vorteilhaft hat sich auch erwiesen, dass für die ge­wünschte Kolbenführung, und damit für die gute Funktion einer Kolben-Zylinder-Einheit nur dafür Sorge zu tragen ist, dass Führungsbüchse, Zylinderkopf und Zylinderrohr zueinander koaxial verlaufen. Dies dürfte beim antrags­gemässen Verschluss aber leicht und kostengünstig möglich sein, da vorgesehen ist, das Einpassen der Führungsbüchse in den Zylinderkopf sowie dessen Zusammen­bau mit dem Zylinderrohr werkseitig vorzunehmen, wo bessere maschinelle Einrichtungen zur Verfügung stehen als auf einer Baustelle. Damit können alle wesentlichen Einflussfaktoren, welche den Lauf einer Kolben-Zylinder-­Einheit bestimmen, ausreichend genau festgelegt werden.

[0005] Die antragsgemässe Neuerung wird nachstehend im Zusammen­hang mit einem Aufzug beschrieben, jedoch ist das ihr zugrunde liegende Prinzip in gleicher Weise entsprechend auch für andere Anwendungen verwendbar, z.B. bei Hebe- ­und Fördereinrichtungen sowie bei verfahrbaren Gestellen mit anhebbaren Plattformen und dergleichen.

[0006] Die lediglich einen neuen Ausführungsweg darstellende Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine Ansicht einer Kolben-Zylinder-Einheit mit dem erfindungsgemässen Verschluss, rechts der Mittellinie in Längsrichtung geschnitten, entlang der Linie A-A in Fig. 2 und in Richtung der angegebenen Pfeile gesehen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kolben-Zylinder-Einheit nach Fig. 1.

[0007] Aus den Figuren 1 und 2 ist der grundsätzliche Aufbau des antragsgemässen Verschlusses 1 ersichtlich, die er in Kol­ben-Zylinder-Einheiten eingebaut wird, die z.B. als hydrau­ lische Tragmittel für Aufzüge verwendet werden. Man erkennt in längsverkürzter Darstellung ein Zylinderrohr 2 das einerends mit einem Zylinderkopf 3 und anderends mit einem Zylinderboden 4 verschweisst ist, wobei die Schweissnaht zwischen dem Oberende 5 des Zylinderrohres 2 und dem Unterende 6 des Zylinderkopfes 3 mit 7 und die Schweissnaht zum Zylinderboden 4 mit 8 bezeichnet sind. Zylinderrohr 2, Zylinderkopf 3 und Zylinderboden 4 verlaufen koaxial, mit der Zylinderachse (9) als gemein­samer Längsachse und bilden zusammen den Zylinder 10. Im Zylinderkopf 3 ist eine Führungsbüchse 11 eingepasst, während der Zylinderboden 4 eine eingedrehte Rille 12 aufweist. Im Zylinder 10 befindet sich ein Kolben 13 mit Kolbenstange 14, die gegen die Führungsbüchse 11 abgedich­tet ist, und an ihrem nicht dargestellten oberen Ende mit einer ebenfalls nicht dargestellten Aufzugskabine verbunden ist. An seinem unteren Ende ist der Kolben 13 durch einen Kolbenboden 15 mit Flanschaufflagefläche 16 abgeschlossen. Der Zylinder 10 ist über einen nicht dar­gestellten Zylinderanschluss und Druckleitung mit einem nicht dargestellten Antrieb für ein hydraulisches Druckmedium verbunden. Der nachstehend detailliert er­läuterte Verschluss 1 enthält den Zylinderkopf 3, die Führungsbüchse 11 sowie weitere Elemente zum Zusammenbau, zur Abdichtung und zur Kolbenführung. Mit dem Verschluss 1 wird der Raum zwischen dem Zylinderrohr 2 und dem Kolben 13 nach oben verschlossen, damit sich im Innern des Zylinders 10 der zum Betrieb des Kolbens 13 notwen­dige Innendruck aufbauen kann. Dabei gelangt das Druck­medium vom nicht dargestellten Antrieb und Zylinderan­schluss in den Zylinder 10 und bewegt den Kolben 13 mit Aufzugskabine nach oben. Beim Absenken der Aufzugskabine wird das Druckmedium über Ventile einem nicht dargestell­ten Vorratsbehälter zugeleitet. Der antragsgemässe Verschluss 1 enthält als wesentliches Element einen auf dem Zylinderrohr 2 fluchtend aufgeschweissten Zylinder­kopf 3 in welchem die Führungsbüchse 11 koaxial einge­passt und in dieser Lage formschlüssig fixiert ist. Für den Formschluss in radialer Richtung dient der axial führende Sitz 22, durch welchen die Führungsbüchse 11 gegen die Innenwand 23 des Zylinderkopfes 3 spielfrei zur Anlage kommt. Für den Formschluss in axialer Rich­tung sind in der Führungsbüchse 11 eine ringförmige untere Büchsenauflagefläche 24 sowie eine ringförmige obere Büchsenauflagefläche 25 angedreht, welche beide durch entsprechende Elemente im Zylinderkopf 3 in Richtung Zylinderfuss 4 bzw. in Ausstossrichtung gehal­ten sind. Zu diesem Zwecke kommt die untere Büchsenauf­lagefläche 24 gegen den in etwa umfangsgleichen ring­förmigen Anschlag 26 des Zylinderkopfes 3 zur Anlage, während die obere Büchsenauflagefläche 25 gegen einzelne, in der Ringnut 27 des Zylinderkopfes 3 geführte Metall­ronden 28 zur Anlage kommt. Diese Metallronden 28 werden durch die Einfräsung 31 einzeln in die Ringnut 27 eingefüllt und bestehen aus zur Zylinderachse 9 im wesentlichen parallel ausgerichteten und längs des inneren Zylinderkopfumfanges verteilt angeordneten identischen Metallzylindern. Dabei kann der sich ent­sprechend dem inneren Zylinderkopfdurchmesser ergebende Ringraum der Ringnut 27 durch die Metallronden 28 ganz oder auch nur teilweise ausgefüllt sein. In beiden Fällen ist die letzte in die Ringnut 27 eingesetzte Metallronde 28 eine speziell ausgebildete Verschluss­ronde, die konstruktiv so gesichert werden kann, dass sie - und damit auch die vor ihr eingelegten konventio­nellen Metallronden 28 - nicht aus der Ringnut 27 herausfallen können. Zur Abdichtung des Zylinderinnen­raumes enthält der Verschluss 1 zwei Dichtringe, nämlich den Dichtring 33 für die ruhenden Berührungsflächen 34 zwischen Führungsbüchse 11 und Zylinderkopf 3 sowie den Dichtring 35 für die gleitenden Berührungsflächen 36 zwischen der Kolbenstange 14 und der Innenseite der Führungsbüchse 11. Zwischen der Führungsbüchse 11 und dem Kolbenende in Richtung Zylinderboden 4 ist keine Abdichtung vorhanden. Für die Führung der Kolbenstange 14 durch den Verschluss 1 ist in der Führungsbüchse 11 der Führungsring 37 eingelassen. Schliesslich ist mit 38 ein Abstreifring bezeichnet, der das Eindringen von Schmutz in den Zylinderinnenraum verhindern soll. Die konstruktive Gestaltung der vorgenannten Einzelelemente erfolgt in der dem Hydrauliker geläufigen Weise. Dabei kann von den in den Fig. 1 und 2 gezeigten, den Erfin­dungsgedanken verdeutlichenden massstäblichen Verhält­nissen abgewichen werden.

[0008] Die Funktion des Verschlusses besteht im wesentlichen darin, den Zylinderinnenraum 41 gegen aussen abzudichten und den Kolben 13 bzw. die Kolbenstange 14 beim Ein- und Ausfahren koaxial zur Zylinderachse 9 gleitend, jedoch abgedichtet, zu führen. Die Hubkraft eines Zylinders 10 wird dadurch erzeugt, dass ein Druckmedium über die nicht dargestellte Druckleitung und den ebenfalls nicht dargestellten Zylinderanschluss in den Zylinderinnenraum 41 hineingepumpt wird. Das Druckmedium verteilt sich im Raum zwischen Zylinderwand und ganz eingefahrenem Kolben 13. Ist dieser Raum gänzlich ausgefüllt, bildet sich im Druckmedium bei weiter laufender Pumpeinrichtung ein Druck aus, der im Zylinderinnenraum 41 auf allen Teilen, also auch auf der Führungsbüchse 11 ansteht, so dass sich dieselbe in axialer Richtung verschieben würde, wenn sie nicht im Zylinderkopf fixiert wäre. Die Führungs­büchse 11 wird deshalb entsprechend dem aufgebauten Innendruck, ohne Axialverschiebung, gegen die Metallron­den 28 gepresst. Dies bleibt ohne Auswirkung auf die Abdichtringe 33, 35, den Führungsring 37 sowie den Abstreifring 38, so dass die Abdichtfunktion und die Führungsfunktion voll wirksam sind. Solange die durch den wachsenden Innendruck auf die Kolbenunterseite 42 wirkende Kraft die äussere Belastung übersteigt, werden Kolben 13 und Kolbenstange 14 koaxial zur Zylinderachse 9 ausgefahren, bis der Kolben 13 an der Führungsbüchse 11 aufläuft.
Beim Absenken des Lastaufnahmeorganes wird solange hydraulisches Druckmedium aus dem Zylinderinnenraum 41 über den Zylinderanschluss und die Druckleitung in den Vorratsbehälter abgelassen, bis sich die Aufzugskabine auf das gewünschte Stockwerk abgesenkt hat oder der Kolben auf dem Zylinderboden 4 aufsteht. Dabei wird ohne axiale Verschiebung der Führungsbüchse 11 deren Auflage­druck auf die Metallronden 28 vermindert oder die Führungsbüchse gar gegen den ringförmigen Anschlag 26 gepresst, so dass Abdichtung und koaxiale Führung auch beim Absenken voll gewährleistet sind. Oft sind solche Zylinder 10 auch in Maschinen und Anlagen eingebaut, um irgendwelche Lasten zu bewegen oder zu halten. In solchen Fällen bildet sich im Zylinder 10 ein Hydraulik­druck aus, welcher der äusseren Belastung entspricht.

[0009] Es ist dem Fachmann einleuchtend, dass die Erfindung nicht auf das vorgenannte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So wäre es möglich, anstelle des dargestellten einteiligen Kolbens einen Teleskopkolben zu verwenden, oder statt einer vertikalen Anordnung eine schräge oder horizontale Anordnung vorzusehen, oder neben Aufzügen auch andere Lastheber wie Hubstapler, stationäre oder nicht stationäre Hebebühnen usw. mit der Erfindung anzutreiben.

Ansprüche

1. Verschluss (1) für eine hydraulische Kolben-Zylinder-­Einheit, insbesondere für eine solche zum Betrieb eines Aufzuges mit einem, auf dem Oberende (5) eines Zylinderrohres (2) angebrachten Zylinderkopf (3) und einer, darin eingepassten Führungsbüchse (11) zur Abdichtung und Führung eines Kolbens (13) sowie einem Anschluss für ein hydraulisches Druckmedium, welches einem Vorratsbehälter mit Antrieb entnehmbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zylinderkopf (3) an seinem Unterende (6) und das Zylinderrohr (2) an seinem Oberende (5) koaxial und unlösbar miteinander verbunden sind und dass die Führungsbüchse (11) formschlüssig und lösbar in den Zylinderkopf (3) eingepasst ist indem sie im axial führenden Sitz (22) mit ihrer ruhenden Berührungsfläche (34) gegen eine Innenwand (23) des Zylinderkopfes (3) in radialer Richtung zur Anlage kommt und zwischen in einer Ringnut (27) des Zylinderkopfes(3) geführten, in dieselbe über eine Einfräsung (31) einfüllbaren und gegen eine ringförmige, obere Büchsenauflagefläche (25) zur Anlage kommenden Metallronden (28) sowie einem, gegen eine ringförmige, untere Büchsenauflage­fläche (24) zur Anlage kommenden ringförmigen Anschlag (26) in axialer Richtung im Zylinderkopf (3) fixiert ist.

1. Verschluss für eine hydraulische Kolben-Zylinder-­Einheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die koaxiale und unlösbare Verbindung zwischen Zylinderrohr (2) und Zylinderkopf (3) eine Schweissnaht (7) ist, welche mit hoher Präzision werkseitig ange­bracht wird.

3. Verschluss für eine hydraulische Kolben-Zylinder-­Einheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der gesamte, sich entsprechend dem Zylinderkopf­durchmesser ergebende Ringraum der Ringnut (27) durch die Metallronden (28) ausgefüllt ist.

4. Verschluss für eine hydraulische Kolben-Zylinder-­Einheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die letzte, in die Ringnut (27) einsetzbare Metall­ronde (28) eine, gegen Herausfallen konstruktiv ge­sicherte Verschlussronde ist.

Zeichnung