DE3432000C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydrozylinder mit einem im Zylinder verschiebbar angeordneten, abwechselnd boden­ seitig und stangenseitig mit einem Druckmittel beauf­ schlagbaren Kolben, mit mehreren im mittleren Bereich des Kolbens angeordneten, über die Mantelfläche des Kolbens überstehenden und gegen die Zylinderinnenfläche dichtend anliegenden Dichtungsringen und mindestens je einem im Abstand von den Dichtungsringen in der Nähe der beiden Kolbenenden angeordneten, aus weichem Werk­ stoff bestehenden Abstreifringen, sowie mit mindestens je einem Verbindungskanal zwischen dem bodenseitigen bzw. stangenseitigen Kolbenende einerseits und dem Ab­ standsbereich zwischen den einander benachbarten Ab­ streifringen und Dichtungsringen andererseits.

Es ist ein Hydrozylinder dieser Art bekannt (US-PS 31 32 568), der einen Kolben mit Dichtungsringen aus ei­ nem elastomeren Material aufweist, die zwischen radial außenliegenden Adapterstücken eingespannt sind. Die Führung des Kolbens an der Zylinderinnenwand übernehmen die Adapteraußenflächen, deren Durchmesser geringfügig kleiner als der Zylinderdurchmesser ist. In der den Dichtungsringen gegenüberliegenden Stirnfläche des ei­ nen Adapterstücks befindet sich eine axial und radial offene Ringaussparung, in die der aus weichem Werkstoff bestehende Abstreifring eingesetzt ist. Im Abstandsbe­ reich zwischen dem äußeren Dichtungsring und dem Weich­ ring befindet sich eine zur Zylinderinnenfläche hin offene Längsnut, die über einen Verbindungskanal im be­ treffenden Adapterstück über ein Filter mit dem be­ nachbarten Zylinderraum kommuniziert. Mit dieser Maßnah­ me wird erreicht, daß beim Wechsel der Druckmittelbeauf­ schlagung im Zuge der Kolbenumkehr ein Druckausgleich zwischen Innen- und Außenseite des Abstreifrings sowie eine Anpassung der schräg angestellten Dichtungsringe an die Zylinderwand erfolgt. Der Kolben dient dort aus­ schließlich als Arbeitskolben. Eine Steuerfunktion, insbesondere bei der Kolbenumsteuerung kommt dem bekann­ ten Kolben nicht zu.

Weiter ist es bei einem Hydrozylinder an sich bekannt (EP 00 46 724 A1), im Zylindermantel vom Kolben überfahr­ bare Steuerbohrungen vorzusehen, über die durch den Kolben selbst die Kolbenbewegung automatisch umgesteuert werden kann. Die Steuerbohrungen bestehen dort aus meh­ reren in Längsrichtung des Zylinders hintereinander angeordneten Einzelbohrungen, die zum Zwecke der Ver­ stellung des Kolbenweges einzeln verschließbar sind. Der Kolben ist mit einer glatten Umfangsfläche versehen, die beim Überfahren der Steuerbohrungen nur zu einem geringen Abrieb führen kann. Eine solche Anordnung er­ fordert jedoch ein relativ großes Kolbenspiel im Zylin­ der und ist daher nur für relativ niedrige Drücke geeig­ net.

Die Kolben von Hochdruck-Hydrozylindern dieser Art wei­ sen in der Regel metallische Kolbenringe auf, die das Kolbenspiel, das etwa ²/₁₀ bis ³/₁₀ mm beträgt, über­ brücken. Wird bei einem solchen Hydrozylinder beispiels­ weise die Stangenseite des Kolbens beaufschlagt, so führt nach Überfahren der bodenseitigen Steuerbohrung durch den äußersten stangenseitigen Kolbenring der aus dem Arbeitsanschluß stammende Hydraulikdruck durch Um­ schaltung von Steuerventilen zur Umkehr der Kolbenbe­ wegung in die andere Richtung. Hydrozylinder dieser Art weisen jedoch eine hohe Schmutzempfindlichkeit auf. Kleine Späne, die sich auch bei gründlicher Reinigung des Systems nachträglich von Steuerblöcken lösen können, führen zu Kolbenfressern. Dieser Nachteil kann auch trotz sorgfältiger Filterung infolge von bei der Monta­ ge eindringendem Schmutz auftreten. Auch geringe Ver­ spannungen der Zylinder können zu Fressern führen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde schon vorgeschla­ gen, nur im mittleren Bereich des Kolbens metallische Kolbenringe anzuordnen und zu beiden Seiten der metalli­ schen Kolbenringe aus Kunststoff bestehende Führungsbän­ der vorzusehen. Diese Führungsbänder haben zwar den Vorteil, daß sie Schmutzteilchen festhalten bzw. in sich aufnehmen. Dies kann jedoch zur Zerstörung der Führungsbänder führen, wobei sich kleine Partikel ablö­ sen, die im Hydraulikkreis vorgesehene Drosselbohrungen verstopfen und auf diese Weise weitere Störungen ver­ ursachen. Weiter wurde festgestellt, daß die aus Kunst­ stoff bestehenden Führungsbänder beim Überfahren der Steuerbohrungen infolge des Hydraulikdrucks in die Steuer­ bohrungen hineingedrückt und dabei zerstört werden. Dieser Nachteil konnte auch dadurch nicht vermieden werden, daß anstelle von in der Zylinderwand vorgesehe­ nen Steuerbohrungen mit verhältnismäßig großem Durchmes­ ser eine Mehrzahl von Steuerbohrungen kleiner Durchmes­ ser vorgesehen wurden, die über die Fläche des Bohrungs­ querschnitts des äußeren Gewindesteueranschlusses ver­ teilt angeordnet waren. Ferner besteht bei solchen Hy­ drozylindern die Gefahr, daß Schmutzteilchen, Sandkör­ ner und auch kleine Metallspäne zwischen die Kolben­ ringe und die Zylinderinnenwand gelangen, was wiederum im Laufe der Zeit zu Kolbenfressern führt. Diese Erschei­ nungen wirken sich dann besonders nachteilig aus, wenn eine Filterung des Hydrauliköls nicht möglich ist, wie dies beispielsweise bei Maschinen der Fall ist, bei denen mit durchschwenkender Hydropumpe ohne Einschal­ tung von Steuerventilen die Förderrichtung umgekehrt und damit die Umkehrung des Kolbens gesteuert wird. Dies ist beispielsweise bei Hydraulikpressen, bei auto­ matischen Werkzeugmaschinen, hydraulisch betriebenen Pumpen und dergleichen der Fall.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hydrozylinder der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der eine durch die Kolbenbewegung auslösbare automati­ sche Kolbensteuerung ermöglicht und bei dem die Gefahr von durch Verunreinigungen hervorgerufenen Kolbenfres­ sern vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung in Verbindung mit den Merkmalen im Hauptanspruchsoberbegriff vor­ geschlagen, daß die Dichtungsringe als metallische Kol­ benringe ausgebildet sind, daß im Zylindermantel vom Kolben überfahrbare Steuerbohrungen angeordnet sind, daß der Durchmesser des Kolbens im Abstandsbereich zwischen den einander benachbarten Abstreifringen und Kolbenrin­ gen unter Bildung eines mit dem Verbindungskanal kommu­ nizierenden erweiterten Ringraums kleiner als im Bereich zwischen den Kolbenringen ist, und daß die Steuerbohrun­ gen durch den Ringraum und den Verbindungskanal hindurch mit Druckmittel aus dem in Verschieberichtung rückwärti­ gen Zylinderraum beaufschlagbar sind, bevor der in Ver­ schieberichtung rückwärtige Abstreifring die Steuerboh­ rungen überfährt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung münden die Ringräume über je eine im Kolbenmantel ange­ ordnete Ringnut in die Verbindungskanäle ein.

Die Steuerbohrungen weisen zweckmäßig einen gegenüber der Breite des Abstreifrings größeren Durchmesser auf. Die Steuerbohrungen können auch aus mehreren, in Längs­ richtung des Zylinders versetzt angeordneten Einzelboh­ rungen bestehen, wobei der Abstand der Einzelbohrungen größer als die Breite der Abstreifringe ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellter Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch den Hydrozylinder;

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt entlang der Schnitt­ linie 3-3 der Fig. 2.

Der Hydrozylinder besteht im wesentlichen aus einem mit Steuerbohrungen 4, 5 versehenen Zylindermantel 3 und einem im Zylinder angeordneten, eine Kolbenstange 2 aufweisenden Kolben 1. Die beidseitig des Kolbens gelegenen Zylinderräume 19 und 20 des Zylindermantels 3 werden im Wechsel mit Drucköl beaufschlagt, so daß der Kolben 1 hin- und herbewegt wird und damit über die Kolbenstange 2 Hubarbeit lei­ stet. Die Steuerbohrungen 4, 5 bestehen jeweils aus meh­ reren Einzelbohrungen, die mit den Steueranschlüssen 6, 7 kommunizieren.

Im mittleren Bereich des Kolbens 1, in welchem zwischen Kolbenumfang und Innenwandung des Zylindermantels 3 ein enger Bereich 18 vorgesehen ist, sind metallische Kolben­ ringe 8 in Ringnuten 13 angeordnet. Zu beiden Seiten der Kolbenringe 8 ist in je einer mit einem O-Ring 10 be­ stückten Ringnut 11 ein aus Kunststoff bestehender Abstreif­ ring aus weichem Kunststoff angeordnet. Zu beiden Sei­ ten der Abstreifringe 9 weist der Kolben 1 einen gegen­ über dem mittleren Bereich kleineren Durchmesser auf, so daß relativ weite Ringräume 16 und 17 gebildet wer­ den. Der Ringraum 17 weist zudem eine Ringnut 12 auf, die über als Bohrungen ausgebildete Verbin­ dungskanäle 14 u. 15 mit den stirnseitigen Zylinderräumen 19 bzw. 20 in Verbindung stehen. Der am vorderen und hin­ teren Kolbenende vorgesehene Ringraum 16 weist eine radiale Breite von z. B. 1 mm oder mehr auf, so daß in den Zylinder eindringende Schmutzpartikel nicht in den Bereich der metallischen Kolbenringe 8 gelangen können. Schmutzpartikel können sich an dem weichen Werkstoff des Abstreifsrings 9 festsetzen und werden häufig aus dem Zylinder herausgespült und so beim Austausch der Hydraulikflüssigkeit aus dem System ausgeschieden.

Die Verbindung der Ringräume 17 mit den Zylinderräumen 19 und 20 über die Nuten 12 und die Verbindungskanäle 14 und 15 erfolgt zu dem Zweck, daß die Abstreifringe 9 axial nicht hydraulisch druckbelastet und trotz der großen radialen Erstreckung der Ringräume 16 und 17 nicht seitlich abgequetscht werden. Das für die Um­ steuerung des Kolbens notwendige Druckmittel gelangt über die Verbindungskanäle 14 und 15 und die Ringnut 12 in die Ringräume 17, bevor die Abstreifringe 9 die Steuerbohrungen 4 und 5 überfahren. Außerdem kann der in den Zylinderräumen 19 bzw. 20 herrschende hohe Hyd­ raulikdruck über die Verbindungskanäle 14 und 15 un­ mittelbar auf die metallischen Kolbenringe wirken, ohne daß die Abstreifringe 9 axial belastet werden. Die Ab­ streifringe haben ausschließlich eine Abstreifwirkung und verhindern das Eindringen von Schmutzteilchen in den Bereich der Kolbenringe 8. Die verhältnismäßig große radiale Erstreckung des Ringsraums 17, die 0,4 mm und mehr betragen kann, ist deshalb vorgesehen, daß ein zufälliges Eindringen von Schmutzteilchen über die Ver­ bindungskanäle 14 und 15 in diesen Ringraum sich nicht nachteilig auswirken kann und die Kolbenringe 8 bei guter Dichtwirkung und geringem Lecköl bis 400 bar druckbelastet werden können. Um eine gleichmäßige Anpres­ sung der Abstreifringe 9 zu gewährleisten, ist unter diesen in der Ringnut 11 ein O-Ring 10 angeordnet.

Die Kolbenringe 8 überfahren bei Druckbeaufschlagung des Zylinderraums 20 vor Erreichen der stangenseitigen Endlage die Steuerbohrungen 4. Nachdem der letzte auf der Seite des Zylinderraums 20 gelegene Kolbenring 8 über die erste Steuerbohrung 4 gelangt, kann von dem Zylinderraum 20 über die Verbindungskanäle 15 und 14 und die Ringnut 12 Hydrauliköl in die Steuerbohrung 4 in den Steueranschluß 6 gelangen. Dies führt durch Um­ schaltung von Ventilen zur automatischen Umkehr des Kolbens 1. Entsprechendes gilt, wenn bei Druckbeauf­ schlagung des Zylinderraums 19 der Kolben vor Erreichen seiner bodenseitigen Endlage mit seinem letzten stangen­ seitigen Kolbenring 8 die erste Steuerbohrung 5 im bo­ denseitigen Steueranschluß 7 überfährt. Durch die be­ schriebene Ausbildung des Kolbens 1 ist die Vorausset­ zung dafür geschaffen, daß in vielen Maschinen statt teurer, durch Drosselung energieverzehrender Hydraulik­ ventile und Steuerblöcke durchschwenkende Hydropumpen eingesetzt werden können, die durch Verstellung einer Steuerscheibe ihre Förderrichtung ohne Verweilzeit um­ kehren. Hierbei gelangt der Druckmittelstrom völlig drosselfrei in den Zylinder, was eine wesentliche Ener­ gieeinsparung bedeutet und den Aufwand für die Rückküh­ lung des Steueröls vermindert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Abstreifringe 21 als Lippenringe ausgebildet. Die stangen­ seitige Ringnut 12 steht über einen in einer Achsenebe­ ne sich erstreckenden Schlitz 22 mit dem zugehörigen Zylinderraum 19 in Verbindung.

Claims (7)

1. Hydrozylinder mit einem im Zylinder verschiebbar angeordneten, abwechselnd bodenseitig und stangen­ seitig mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Kol­ ben, mit mehreren im mittleren Bereich des Kolbens angeordneten, über die Mantelfläche des Kolbens überstehenden und gegen die Zylinderinnenfläche dichtend anliegenden Dichtungsringen und minde­ stens je einem im Abstand von den Dichtungsringen in der Nähe der beiden Kolbenenden angeordneten, aus weichem Werkstoff bestehenden Abstreifringen sowie mit mindestens je einem Verbindungskanal zwi­ schen dem bodenseitigen bzw. stangenseitigen Kol­ benende einerseits und dem Abstandsbereich zwi­ schen den einander benachbarten Abstreifringen und Dichtungsringen andererseits, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtungsringe als metallische Kol­ benringe (8) ausgebildet sind, daß im Zylinderman­ tel (3) vom Kolben (1) überfahrbare Steuerbohrun­ gen (4, 5) angeordnet sind, daß der Durchmesser des Kolbens (1) im Abstandsbereich zwischen einander benachbarten Abstreifringen (9, 21) und Kolbenrin­ gen (8) unter Bildung eines mit dem Verbindungs­ kanal (14, 15; 22) kommunizierenden erweiterten Ringraums (17) kleiner als im Bereich (18) zwi­ schen den Kolbenringen (8) ist, und daß die Steu­ erbohrungen (4, 5) durch den Ringraum (17) und den Verbindungskanal (14, 15; 22) hindurch mit Druckmit­ tel aus dem in Verschieberichtung rückwärtigen Zy­ linderraum (19, 20) beaufschlagbar sind, bevor der in Verschieberichtung rückwärtige Abstreifring (9, 21) die Steuerbohrungen (4, 5) überfährt.

2. Hydrozylinder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringräume (17) über je eine im Kolbenmantel angeordnete Ringnut (12) in die Ver­ bindungskanäle (14, 15; 22) münden.

3. Hydrozylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerbohrungen (4, 5) einen gegen­ über der Breite des Abstreifrings (9; 21) größeren Durchmesser aufweisen.

4. Hydrozylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerbohrungen (4, 5) aus mehreren in Längsrichtung des Zylindermantels (3) ver­ setzt angeordneten Einzelbohrungen bestehen, und daß der Abstand der Einzelbohrungen größer als die Breite der Abstreifringe (9; 21) ist.

5. Hydrozylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abstreifringe in Ringnuten des Kolbens angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringnuten (11) unterhalb der Abstreifringe (9) ein O-Ring (10) angeordnet ist.

6. Hydrozylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (22) als Schlitze ausgebildet sind.

7. Hydrozylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbohrungen (4, 5) mit Steueranschlüssen (6, 7) zur Kolbenum­ steuerung verbunden sind.