Hydraulikzylinder

Abstract

 Hydraulikzylinder, umfassend einen hohlzylinderförmigen Mantel (1), der stirnseitig beiderseits durch jeweils einen Deckel (2, 3) druckdicht verschlossen ist, wobei im Mantel (1) ein axial zwischen den Deckeln (2, 3) hin und her beweglicher Kolben (4) angeordnet ist, der zwei Druckräume (5, 6) voneinander trennt und umfassend zumindest einen Druckkompensator (7.1, 7.2, 7.3, 7.4), der in zumindest einem der Druckräume (5, 6) angeordnet ist.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder, umfassend einen hohlzylinderförmigen Mantel, der stirnseitig beiderseits durch jeweils einen Deckel druckdicht verschlossen ist, wobei im Mantel ein axial zwischen den Deckeln hin und her beweglicher Kolben angeordnet ist, der zwei Druckräume voneinander trennt.

Stand der Technik

[0002] Ein solcher Hydraulikzylinder ist allgemein bekannt und umfasst üblicherweise ein hohlzylinderförmiges Gehäuse, in dem ein auf einer Kolbenstange ortsfest angeordneter, beidseitig druckbeaufschlagbarer Kolben in axialer Richtung hin und her beweglich angeordnet ist. Die beiden Druckräume, die der Kolben voneinander trennt, sind bedarfsweise mit einem, bezogen auf den jeweils anderen Druckraum, relativen Überdruck beaufschlagbar, so dass sich der Kolben zusammen mit der Kolbenstange in Richtung des Druckraums mit dem relativ geringeren Druck bewegt. Durch die stirnseitig zumindest einerseits durch einen der Deckel aus dem Hydraulikzylinder ausfahrende Kolbenstange können z. B. Maschinenelemente angetrieben werden.

[0003] Während der bestimmungsgemäßen Verwendung eines Hydraulikzylinders können in seinem Inneren immer wieder Druckspitzen entstehen, die bei Überschreitung eines noch zulässigen Schwellwertes zu einer Beschädigung/Zerstörung des Hydraulikzylinders und/oder der im Hydraulikzylinder angeordneten Dichtungen führen können. Eine solche Beschädigung/Zerstörung kann z. B. in Form eines geplatzten Hydraulikzylinders sichtbar werden.

Darstellung der Erfindung

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hydraulikzylinder der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Druckspitzen im Hydraulikzylinder minimiert werden, dass dadurch eine Beschädigung/Zerstörung des Hydraulikzylinders und/oder der im Hydraulikzylinder angeordneten Dichtungen vermieden wird, folglich die Standzeit des Hydraulikzylinders und/oder der Dichtungen erhöht wird und der Hydraulikzylinder insgesamt sicher betrieben werden kann.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hydraulikzylinder mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

[0006] Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, dass der Hydraulikzylinder zumindest einen Druckkompensator umfasst, der in zumindest einem der Druckräume angeordnet ist.

[0007] Bevorzugt ist zumindest ein Druckkompensator in jedem Druckraum angeordnet.

[0008] Bei Einleitung von Druckspitzen in den Hydraulikzylinder werden diese Druckspitzen von dem Druckkompensator dissipiert, so dass ein bei der Konstruktion des Hydraulikzylinders festgelegter Schwellwert des relativen Überdrucks im Hydraulikzylinder nicht überschritten wird. Durch dieses Minimieren der Druckspitzen wird eine Beschädigung/Zerstörung des Hydraulikzylinders und/oder der im Hydraulikzylinder zur Anwendung gelangenden Dichtungen vermieden, die Standzeiten des Hydraulikzylinders und/oder der Dichtungen sind dadurch erhöht und der Hydraulikzylinder kann sicher betrieben werden.

[0009] Im Hinblick auf eine möglichst einfache und kostengünstig herstellbare Konstruktion kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Druckkompensator in zumindest einem der stirnseitigen Deckel angeordnet ist. Ein solcher stirnseitiger Deckel ist, bezogen auf den hohlzylinderförmigen Mantel des Hydraulikzylinders, ein separat hergestelltes Einzelteil, das später während der Montage des Hydraulikzylinders mit der Stirnseite des Mantels verbunden wird. Der Deckel ist ein einfach zu handhabendes Bauteil, in das der Druckkompensator einfach eingebaut werden kann. Anschließend bilden der Druckkompensator und der stirnseitige Deckel eine vormontierbare Einheit, die mit dem Mantel verbunden wird.

[0010] Bevorzugt ist es vorgesehen, dass jeweils ein Druckkompensator in jedem Deckel angeordnet ist. Dabei ist von Vorteil, dass Druckspitzen in jedem der beiden Druckräume von den jeweils in den Deckeln angeordneten Druckkompensatoren dissipiert werden.

[0011] Die Druckkompensatoren können in den dem jeweiligen Druckraum zugewandten inneren Stirnseiten der Deckel angeordnet sein. Eine derartige Zuordnung des jeweiligen Druckkompensators zum jeweiligen Deckel ist nicht nur, wie zuvor beschrieben, bezüglich der Montage von Vorteil, sondern auch im Hinblick auf den Raumbedarf für den Druckkompensator. Ein Deckel muss ohnehin verwendet werden, um den Mantel des Hydraulikzylinders stirnseitig druckdicht abzuschließen. Wird der Druckkompensator im Deckel angeordnet, ist die Gestaltung und Herstellung des Mantels besonders einfach, weil dieser nicht für die Aufnahme eines Druckkompensators ausgelegt zu werden braucht.

[0012] Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein Druckkompensator im Kolben angeordnet ist. Die Vorteile hinsichtlich der Dissipation von Druckspitzen und hinsichtlich der einfachen Konstruktion des Hydraulikzylinders sind dieselben, wie zuvor beschrieben.

[0013] Der Kolben und die darin angeordneten Druckkompensatoren bilden eine vormontierbare Einheit.

[0014] Bei der alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung ist von Vorteil, dass am Gehäuse eines bestehenden Hydraulikzylinders, das den Mantel und die beiden stirnseitigen Deckel umfasst, konstruktiv nichts geändert zu werden braucht. Um die vorteilhaften Gebrauchseigenschaften zu erreichen, muss nur ein entsprechend modifizierter Kolben in das Gehäuse eingesetzt werden.

[0015] Weiter bevorzugt ist es vorgesehen, dass alternativ oder zusätzlich jeweils ein Druckkompensator in jeder Stirnseite des Kolbens angeordnet ist. Druckspitzen in jedem der beiden Druckräume können von den jeweils in den Stirnseiten des Kolbens angeordneten Druckkompensatoren dissipiert werden.

[0016] Der Druckkompensator kann ringförmig ausgebildet und in axial in Richtung des jeweiligen Druckraums offenen Einbaunuten der Deckel und/oder des Kolbens angeordnet sein. Die Einbaunuten können z. B. durch Drehen besonders einfach und kostengünstig in den Deckeln und/oder im Kolben hergestellt werden.

[0017] Die Druckkompensatoren können durch kompressible Druckausgleichskörper gebildet sein. Der Druckkompensator funktioniert, indem der kompressible Druckausgleichskörper bei Einleitung einer Druckspitze in den Hydraulikzylinder überdruckbedingt zusammengedrückt wird und seine ursprüngliche Form erst dann wieder annimmt, wenn die Druckspitze abgebaut ist und im Hydraulikzylinder wieder der übliche bestimmungsgemäße Druck herrscht.

[0018] Die Druckausgleichskörper können durch Schaumstoffkörper gebildet sein. Als Schaumstoffkörper gelangt ein im Wesentlichen geschlossenzelliger Schaum zur Anwendung, beispielsweise ein Polyurethan-Schaum. Die Geschlossenzelligkeit ist deshalb erforderlich, um zu verhindern, dass das Medium innerhalb des Hydraulikzylinders in den Schaumstoffkörper eindringt und dadurch zu Funktionsbeeinträchtigungen führt. Das Material, aus dem der Schaumstoffkörper besteht, muss also öl- und/oder luftdicht sein.

[0019] Schaumstoffkörper sind aus unterschiedlichsten Materialien in unterschiedlichsten Formen einfach und kostengünstig herstellbar und können dadurch problemlos an den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere an die zu erwartenden Druckspitzen im Hydraulikzylinder, angepasst werden.

[0020] Derart ausgestaltete Druckkompensatoren sorgen nicht nur, wie zuvor beschrieben, für eine größere Sicherheit, insbesondere dafür, dass die Gefahr einer Beschädigung/Zerstörung des Hydraulikzylinders und/oder der im Hydraulikzylinder angeordneten Dichtungen bei Einleitung von Druckspitzen minimiert wird, sondern auch dafür, dass die Vibrationen im hydraulischen System minimiert werden. Der Schaumstoffkörper weist eine hohe Verformungssteifigkeit bei hohen Arbeitsdrücken oder eine geringe Verformungssteifigkeit bei geringen Arbeitsdrücken auf. Dadurch kann der Druckkompensator an den jeweiligen Anwendungsfall gut angepasst werden.

[0021] Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines als Druckkompensator ausgebildeten kompressiblen Druckausgleichskörpers in einem Hydraulikzylinder, jeweils wie zuvor beschrieben. Ein solcher Druckkompensator ist einfach und kostengünstig herstellbar, kann mit minimalem Aufwand in einen Hydraulikzylinder ohne Druckkompensator adaptiert werden und bewirkt dadurch die zuvor beschriebenen Vorteile, insbesondere die größere Sicherheit beim Betrieb des Hydraulikzylinders und längere Standzeiten.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

[0022] Ausführungsbeispiele eines Hydraulikzylinders und drei Ausführungsbeispiele eines Druckkompensators werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 9 näher beschrieben. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1

einen stirnseitigen Ausschnitt aus einem Hydraulikzylinder, bei dem ein Druckkompensator im rechten Deckel eines Hydraulikzylinders angeordnet ist,

Fig. 2

einen stirnseitigen Ausschnitt aus einem Hydraulikzylinder, bei dem ein Druckkompensator im linken Deckel des Hydraulikzylinders angeordnet ist,

Fig. 3

ein Ausführungsbeispiele eines Kolbens, der in einem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder zur Anwendung gelangt, wobei beide Stirnseiten des Kolbens jeweils einen Druckkompensator aufweisen,

Fig. 4

eine Zusammenbauzeichnung eines Hydraulikzylinders, bei dem die Stirnseiten aus den Figuren 1 und 2 und der Kolben aus Figur 3 gemeinsam dargestellt sind,

Fig. 5

eine zu Fig. 3 alternative Ausgestaltung eines Kolbens

Fig. 6

eine zu den Figuren 1, 2 oder 3 alternative Ausgestaltung einer Stirnseite des Hydraulikzylinders,

Fig. 7

einen im Querschnitt betrachtet ringförmigen Druckausgleichskörper,

Fig. 8

einen im Querschnitt betrachtet kreisförmigen Druckausgleichskörper aus zwei voneinander abweichenden Werkstoffen,

Fig. 9

einen im Querschnitt betrachtet kreisförmigen und materialeinheitlichen Druckausgleichskörper.

Ausführung der Erfindung

[0023] In den Fig. 1 und 2 ist jeweils ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Hydraulikzylinders im Bereich einer seiner Stirnseiten gezeigt. In Fig. 1 ist die rechte Stirnseite, in Fig.2 die linke Stirnseite des Hydraulikzylinders gezeigt. Der Hydraulikzylinder umfasst einen zylinderförmigen Mantel 1, der stirnseitig beiderseits jeweils mit einem Deckel 2, 3 druckdicht verschlossen ist. Die hier dargestellten Deckel 2, 3 werden, wie in Fig. 4 gezeigt, von der Kolbenstange 18 durchdrungen, die in axialer Richtung hin und her bewegbar ist, wobei die Kolbenstange 18 relativ ortsfest mit dem Kolben 4, wie zum Beispiel in Figur 3 dargestellt, verbunden ist. Der Kolben 4 ist axial beiderseits druckbeaufschlagbar.

[0024] In jedem der Deckel 2, 3 ist jeweils ein Druckkompensator 7.1, 7.2 angeordnet, und zwar jeweils in der inneren Stirnseite 8, 9 des jeweiligen Deckels 2, 3. Die Druckkompensatoren 7.1, 7.2 sind als Druckausgleichskörper 16.1, 16.2 ausgebildet, die aus einem im Wesentlichen geschlossenzelligen Schaumstoff bestehen; es handelt sich um Schaumstoffkörper 17.1, 17.2.

[0025] In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiele eines Kolbens 4 gezeigt, der in einem erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder zur Anwendung gelangt, wobei beide Stirnseiten 10, 11 des Kolbens 4 jeweils einen Druckkompensator 7.3, 7.4 aufweisen, die die Druckausgleichskörper 16.3, 16.4 bilden. Die Druckausgleichskörper 16.3, 16.4 sind als Schaumstoffkörper 17.3, 17.4 ausgebildet und bestehen, wie auch die Schaumstoffkörper 17.1, 17.2, die in den Deckeln 2, 3 angeordnet sind, aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff.

[0026] In Fig. 4 ist eine Zusammenbauzeichnung eines Hydraulikzylinders dargestellt, mit den Stirnseiten aus den Figuren 1 und 2 und dem Kolben 4 aus Figur 3. Die Druckräume 5, 6 werden durch den in axialer Richtung hin und her beweglichen Kolben 4, die Deckel 2, 3 und den Mantel 1 begrenzt, wobei alle Druckkompensatoren 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet ist und jeweils in einer Einbaunut 12, 13, 14, 15 in den inneren Stirnseiten 8, 9 der Deckel 2, 3 und den Stirnseiten 10, 11 des Kolbens 4 angeordnet sind. Die Druckkompensatoren 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 sind als kompressible Druckausgleichskörper 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel durch Schaumstoffkörper 17.1, 17.2, 17.3, 17.4 gebildet, die jeweils aus einem geschlossenzelligen Polyurethan-Schaum bestehen.

[0027] Werden in die Druckräume 5 oder 6 Druckspitzen eingeleitet, die über einem Schwellwert liegen und deshalb minimiert werden sollen, werden die Schaumstoffkörper 17.1, 17.3 im Deckel 2 und in der linken Stirnseite 10 des Kolbens 4 oder die Schaumstoffkörper 17.2, 17.4 im Deckel 3 und in der rechten Stirnseite 11 des Kolbens 4 überdruckbedingt komprimiert. Sind die Druckspitzen innerhalb des Druckraums 5 oder 6 wieder abgebaut, entspannen sich die zuvor genannten Schaumstoffkörper 17.1, 17.3, 17.2, 17.4. Durch die einfache Ausgestaltung der Druckkompensatoren 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 und deren einfache Anordnung in den inneren Stirnseiten 8, 9 der Deckel 2, 3 und/oder in den Stirnseiten 10, 11 des Kolbens 4, kann eine solche Druckspitzenkompensation auch problemlos in bestehende Hydraulikzylinder nachgerüstet werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, die axial in Richtung der jeweiligen Druckräume 5, 6 offenen Einbaunuten 12, 13, 14, 15 in die Deckel 2, 3 und die Stirnseiten 10, 11 des Kolbens 4 einzubringen und entsprechende Schaumstoffkörper 17.1, 17.2, 17.3, 17.4, die die Druckausgleichskörper 16.1, 16.2, 16.3, 16.4 bilden, darin zu positionieren. Durch diesen vergleichsweise geringen Aufwand wird die Sicherheit des Hydraulikzylinders wesentlich erhöht, und die Gefahr einer Beschädigung/Zerstörung des Hydraulikzylinders und/oder der Dichtungen, die in dem Hydraulikzylinder angeordnet sind, wird auf ein Minimum begrenzt.

[0028] In Fig.5 ist eine, bezogen auf Fig. 3, alternative Ausgestaltung eines Kolbens 4 gezeigt. Der Kolben 4 unterscheidet sich von dem Kolben 4 aus Fig. 3 dadurch, dass die Stirnseite 11 abweicht. In der Stirnseite 11 ist ein scheibenförmiger Schaumstoffkörper 17.4 zentral angeordnet. An die Stirnseite 11 schließt keine Kolbenstange an.

[0029] Fig.6 zeigt einen, bezogen auf Fig. 1, abweichend gestalteten rechten Deckel 3, der von keiner Kolbenstange durchdrungen ist und einen scheibenförmigen Schaumstoffkörper 17.2 aufweist, der in einer entsprechenden zentralen Ausnehmung des Deckels 3 angeordnet ist. Der Kolben 4 weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel keinen Druckkompensator auf. Die Kompensation von Druckspitzen wird ausschließlich durch den Schaumstoffkörper 17.2 im Deckel 3 bewirkt.

[0030] Für eine Kompensation von Druckspitzen ist es sinnvoll, in jedem der Druckräume 5, 6 zumindest einen Druckkompensator 7 vorzusehen. Dabei können die Druckkompensatoren 7.1, 7.2 in den Deckeln 2, 3 angeordnet sein, und/oder die Druckkompensatoren 7.3, 7.4 können in dem Kolben 4 angeordnet sein.

[0031] In Fig. 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines als Druckausgleichskörper 16 gestalteten Schaumstoffkörpers 17 gezeigt. Der Schaumstoffkörper 17 ist im Querschnitt betrachtet kreisringförmig ausgebildet und besteht, wie auch die anderen Schaumstoffkörper 17 aus den Fig. 8 und 9, aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff. Ein solcher Schaumstoffkörper 17 kann beispielsweise aus einem vergleichsweise härteren Werkstoff bestehen und ist zum Abbau von Druckspitzen in einem mittleren Druckbereich geeignet.

[0032] In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaumstoffkörpers 17 gezeigt, wobei dieser Schaumstoffkörper 17 für Druckspitzen in einem höheren Druckbereich geeignet ist. Der Schaumstoffkörper 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet und umfasst eine kreisringförmige Ummantelung 19 entsprechend dem Schaumstoffkörper 17 aus Fig. 7, die einen relativ weicheren, im Querschnitt kreisförmigen Kern 20 umschließt.

[0033] In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaumstoffkörpers 17 gezeigt, der zur Kompensation niedriger Druckspitzen zur Anwendung gelangt. Der Schaumstoffkörper 17 besteht aus einem relativ weichen Werkstoff, entsprechend dem Kern 20 aus Fig. 8.

[0034] In Abhängigkeit von der Größe der erwarteten, zu dämpfenden Druckspitzen, können in dieselben Einbaunuten 12, 13, 14, 15 die Schaumstoffkörper 17 entsprechend den Fig. 7 bis 9 eingesetzt werden. Somit kann der Hydraulikzylinder in einfacher Art und Weise an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepasst werden.

Ansprüche

1. Hydraulikzylinder, umfassend einen hohlzylinderförmigen Mantel (1), der stirnseitig beiderseits durch jeweils einen Deckel (2, 3) druckdicht verschlossen ist, wobei im Mantel (1) ein axial zwischen den Deckeln (2, 3) hin und her beweglicher Kolben (4) angeordnet ist, der zwei Druckräume (5, 6) voneinander trennt und umfassend zumindest einen Druckkompensator (7.1, 7.2, 7.3, 7.4), der in zumindest einem der Druckräume (5, 6) angeordnet ist.

2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckkompensator (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) in jedem Druckraum (5, 6) angeordnet ist.

3. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckkompensator (7.1, 7.2) in zumindest einem der stirnseitigen Deckel (2, 3) angeordnet ist.

4. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Druckkompensator (7.1, 7.2) in jedem Deckel (2, 3) angeordnet ist.

5. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkompensatoren (7.1, 7.2) in den dem jeweiligen Druckraum (5, 6) zugewandten inneren Stirnseiten (8, 9) der Deckel (2, 3) angeordnet sind.

6. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckkompensator (7.3, 7.4) im Kolben (4) angeordnet ist.

7. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Druckkompensator (7.3, 7.4) in jeder Stirnseite (10, 11) des Kolbens (4) angeordnet ist.

8. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkompensatoren (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) ringförmig ausgebildet und in axial in Richtung des jeweiligen Druckraums (5, 6) offenen Einbaunuten (12, 13, 14, 15) der Deckel (2, 3) und/oder des Kolbens (4) angeordnet sind.

9. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkompensatoren (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) durch kompressible Druckausgleichskörper (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) gebildet sind.

10. Hydraulikzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichskörper (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) durch Schaumstoffkörper (17.1, 17.2, 17.3, 17.4) gebildet sind.

11. Hydraulikzylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffkörper (17.1, 17.2, 17.3, 17.4) jeweils aus einem im Wesentlichen geschlossenzelligen Schaum bestehen.

12. Verwendung eines als Druckkompensator (7.1, 7.2, 7.3, 7.4) ausgebildeten kompressiblen Druckausgleichskörpers (16.1, 16.2, 16.3, 16.4) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 in einem Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

Zeichnung