Beschreibung

Die Erfindung betrifft die Führung und Lagerung einer Kolbenstange in einem Hydraulikzylinder und die Abdichtung einer die Kolbenstange umgebenden ringförmigen Druckkammer des Hydraulikzylinders.

Aus dem Stand der Technik sind Hydraulikzylinder mit einem rohrförmigen Zylindergehäuse, in dem ein Kolben bewegt wird, an dem zumindest einseitig eine Kolbenstange befestigt ist, mit einem Zylinderboden und mit einem Zylinderkopf, durch den hindurch die Kolbenstange nach außen tritt, bekannt. Dabei ist - radial betrachtet - zwischen dem Zylindergehäuse und der Kolbenstange und - axial betrachtet - zwischen dem Kolben und der Stirnseite eine ringförmige Druckkammer angeordnet.

Im Betrieb des Hydraulikzylinders bewegen sich der Kolben und die Kolbenstange translatorisch, wobei die Kolbenstange im Zylinderkopf des Zylinders geführt und gelagert werden muss, insbesondere wenn Querkräfte auf die Kolbenstange einwirken. Darüber hinausgehend ist zwischen der Kolbenstange und dem Zylinderkopf eine Dichtung nötig, um die unter Arbeitsdruck stehende Druckkammer gegen die Umgebung abzudichten. In der Druckschrift EP 1 1 10 017 B1 ist ein derartiger Hydraulikzylinder mit einem Zylinderkopf gezeigt, wobei der Zylinderkopf von der Kolbenstange durchdrungen ist. Zur Abdichtung der ringförmigen Druckkammer ist eine als formstabiler Dichtring bezeichnete Spaltbuchse, die mit der Kolbenstange eine Spaltdichtung bildet, spielbehaftet in eine spezielle Führungsbuchse eingesetzt. Die Spaltbuchse hat zur Erfüllung der Dichtfunktion eine gewisse axiale Ausdehnung und eine präzise gefertigte Passung mit der Kolbenstange. Zur Dichtung des Spalts zwischen der Spaltbuchse und der Führungsbuchse, der sich durch das Spiel ergibt, ist eine weitere Dichtung vorgesehen, die in eine Stirnseite der Spaltbuchse eingesetzt ist und an einer radialen Stufe der Führungsbuchse anliegt. Wenn der Druck in der ringförmigen Druckkammer zunimmt, ergibt sich eine zunehmende radiale Belastung der Spaltbuchse nach außen. Um eine entsprechende Aufweitung der Spaltbuchse und damit eine Vergrößerung der präzise gefertigten Passung zu vermeiden, muss die Spaltbuchse sehr formstabil sein. Dies lässt sich nur durch Materialien mit großem E-Modul oder durch eine große radiale Ausdehnung beziehungsweise Dicke der Spaltbuchse erreichen.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Hydraulikzylinder mit Kolbenstange zu schaffen, dessen ringförmige Druckkammer mit einer Spaltbuchse abgedichtet ist, wobei der vorrichtungstechnische Aufwand minimiert ist. Es soll dabei ein Dichtungssystem geschaffen werden, das eine nur geringe und druckunabhängige Reibung zwischen der Kolbenstange und den diese führenden und lagernden Bauteilen mit sich bringt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hydraulikzylinder mit den Merkmalen des Patentan- Spruchs 1.

Der beanspruchte Hydraulikzylinder hat eine Kolbenstange, die von einer ringförmigen Druckkammer umgeben ist, und die in einer Durchgangsausnehmung des Hydraulikzylinders geführt ist. Eine Spaltbuchse bildet durch eine präzise Passung mit der Kolbenstange über eine gewisse axiale Länge eine Spaltdichtung mit der Kolbenstange. Dadurch werden die Funktionen Lagerung der Kolbenstange und Druckabbau des Kammerdrucks in der Spaltdichtung baulich getrennt. Die Spaltbuchse ist mit Radialspiel in den Hydraulikzylinder, insbesondere in das Zylindergehäuse eingesetzt, so dass am Außenumfang der Spaltbuchse ein erster kreiszylindrischer Ringspalt gebildet ist, der mit der Druckkammer fluidisch ver- bunden. Erfindungsgemäß ist am Außenumfang der Spaltbuchse eine Dichtung angeordnet, die einen axialen Abstand zu einer der Druckkammer zugewandten ersten Stirnseite der Spaltbuchse hat. Dadurch kann der Arbeitsdruck der Druckkammer an einem sich von der Druckkammer bis zur Dichtung erstreckendem Abschnitt des Außenumfangs radial nach innen gerichtete Gegenkräfte auf die Spaltbuchse erzeugen, die den in der Spaltdichtung zwischen der Kolbenstange und der Spaltbuchse durch den dortigen Druck an der Spaltbuchse erzeugten und radial nach außen gerichteten Kräften entgegenwirken. So wird die Spaltbuchse mechanisch entlastet und kann relativ einfach ausgeführt werden. Vorzugsweise ist die Spaltbuchse kreiszylindrisch. Vorzugsweise ist die Dichtung in eine äußere Um- fangsnut der Spaltbuchse eingesetzt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der axiale Abstand der Dichtung von der Stirnseite derart gewählt, dass die Spaltbuchse in radialer Richtung druckkraftkompensiert ist. Dann ergeben sich in der Summe keine Radialkräfte an der Spaltbuchse, so dass mechanisch optimal entlastet ist. Die Position der Dichtung wird dabei in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern der Spaltbuchse, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Breite, Dicke und E-Modul gewählt.

Vorzugsweise ist zwischen der Kolbenstange und der Durchgangsausnehmung ein zweiter Ringspalt gebildet, dessen radiales Maß kleiner ist, als das radiale Maß des ersten Ringspalts. Dadurch ist die Kolbenstange spielbehaftet in der Durchgangsausnehmung aufge- nommen. Sie kann durch Querkräfte entsprechende Abweichungen von der konzentrischen Lage aufweisen und sich an der Durchgangsausnehmung abstützen. Dabei verbleibt am Außenumfang der Spaltbuchse stets ein Rest des ersten Ringsspalts, der mit der Druckkammer verbunden ist, so dass radial kein Kontakt zwischen der Spaltbuchse und dem Teil auftreten kann, in das die Spaltbuchse eingesetzt ist. Üblicherweise ist die Spaltbuchse da- bei in das Zylindergehäuse eingesetzt. Insbesondere bleibt bei axialem Abstand der Dichtung von der Stirnseite stets die Druckkraftkompensation der Spaltbuchse erhalten.

Besonders gut kann sich die Dichtung an verschieden breite Ringspalten anpassen, wenn sie einen äußeren Dichtring (z.B. Kolbendichtring) und einen inneren O-Ring hat. Letzterer ist in seinem Querschnitt zusammengedrückt und spannt damit den Dichtring nach außen gegen den Hydraulikzylinder. Dadurch ergibt sich bei der Dichtung eine„Aufgabenteilung" zwischen der Dichtfunktion und der elastischen Kraftbeaufschlagung radial nach außen.

Falls der Hydraulikzylinder einen Zylinderkopf hat, der an einem zum Beispiel rohrförmigen Zylindergehäuse des Hydraulikzylinders befestigt ist und in dem die Durchgangsausnehmung für die Kolbenstange gebildet ist, wird es besonders bevorzugt, wenn die Spaltbuchse mit einer zweiten Stirnseite an dem Zylinderkopf anliegt. Die zweite Stirnseite kann dabei geschliffen oder mit einer Beschichtung zum Beispiel aus Kunststoff versehen sein, um die Reibung zwischen der Spaltbuchse und dem Zylinderkopf gering zu halten und eine leichte radiale Verschiebbarkeit der Spaltbuchse zu gewährleisten.

Dabei kann die Spaltbuchse vorrichtungstechnisch einfach zwischen dem Zylinderkopf und einem radialen Vorsprung oder einer radialen Stufe an der Innenseite des Zylindergehäuses aufgenommen sein.

Die erste Stirnseite der Spaltbuchse kann die ringförmige Druckkammer begrenzen. Ein Arbeitsanschluss der Druckkammer sollte benachbart zum radialen Vorsprung beziehungsweise zur radialen Stufe in die Druckkammer münden, damit der Kolben sich dem Vorsprung beziehungsweise der Stufe maximalen annähern kann und der Arbeitsbereich des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders maximiert ist. Alternativ zur direkten Lagerung der Kolbenstange in der Durchgangsausnehmung des Zylinderkopfs kann ein gesondertes Gleitlager für die Kolbenstange in der Durchgangsausnehmung vorgesehen sein.

Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders mit Kolbenstange detailliert beschrieben.

Es zeigen

Figur 1 einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt und

Figur 2 einen Ausschnitt der Figur 1 .

In Figur 1 erkennbar ist ein Abschnitt eines rohrförmigen Zylindergehäuses 1 des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders. Stirnseitig am Zylindergehäuse 1 ist ein Zylinderkopf 2 befestigt, dessen Radialbund 4 derart in das Zylindergehäuse 1 hineinragt, dass die beiden Teile 1 und 2 zentriert sind.

Im Inneren des Zylindergehäuses 1 ist eine ringförmige Druckkammer 6 vorgesehen, die - radial betrachtet - durch das Zylindergehäuse 1 und eine Kolbenstange 8 begrenzt ist, während sie - axial betrachtet - von einer Spaltbuchse 10 und von einem (nicht gezeigten) Kolben begrenzt ist. Bei Beaufschlagung der Druckkammer 6 über einen Arbeitsanschluss 12 mit Druckmittel bewegt sich der Kolben (in Figur 1 ) nach rechts und nimmt dabei die daran befestigte Kolbenstange 8 mit. Die Kolbenstange fährt ein. Vom Zylinderkopf 2 aus gesehen jenseits des Kolbens befindet sich eine nicht näher dargestellte zweite Druckkammer. Wenn dieser Druckmittel zugeführt wird, fährt die Kolbenstange aus.

Die Kolbenstange 8 durchdringt eine Durchgangsausnehmung 14 des Zylinderkopfs 2, wobei zwischen der Kolbenstange 8 und der Durchgangsausnehmung 14 etwas Spiel vorgesehen ist. Damit kann sich die Kolbenstange 8 in engen Grenzen in eine exzentrische Position bezogen auf eine Längsachse 16 des Hydraulikzylinders bewegen. Da der Zylinderkopf 2 aus einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften, zum Beispiel aus einem Sphäroguss, gefertigt ist, sind die Führung und eine Lagerung 18 der Kolbenstange direkt in der Durchgangsausnehmung 14 ausgebildet. In der Lagerung 18 ist über den Umfang der Durchgangsausnehmung eine Spiralnut eingebracht, die in einen aus Figur 1 ersichtlichen, jedoch nicht näher bezeichneten Leckageanschluss am Zylinderkopf 2 mündet. Durch das durch die Spiralnut strömende Leckageöl wird die Lagerung gespült und dadurch auch gekühlt. Mit Bezug zur Druckkammer 6 außen ist am Zylinderkopf 2 weiterhin ein druckentlastetes Dichtungspaket vorgesehen, das in den Zylinderkopf 2 eingesetzt ist und an der Kolbenstange 8 anliegt. Genauer gesagt handelt es sich um eine Stangendichtung 20, die an der Kolbenstange 8 anliegt und die über einen O-Ring in Richtung zur Kolbenstange 8 gespannt ist. Weiterhin ist ein an der Kolbenstange 8 anliegender Abstreifer 22 in den Zylinderkopf 2 eingesetzt.

Auch wenn die Kolbenstange 8 mit Bezug zur Längsachse 16 eine etwas exzentrische Lage einnimmt, bleiben die Stangendichtung 20 und der Abstreifer 22 in Anlage mit dieser. Wenn die Kolbenstange 8 eine etwas exzentrische Lage zur Längsachse 16 einnimmt, wird dabei die Spaltbuchse 10 von der Kolbenstange 8 mitgenommen. Dies wird ermöglicht, da das Radialspiel an einem Außenumfang 26 der Spaltbuchse 10 größer ist, als das Radialspiel der Kolbenstange 8 in der Durchgangsausnehmung 14. Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 1. Die Spaltbuchse 10 bildet durch ihre passgenaue Anlage mit der Kolbenstange 8 eine Spaltdichtung 24. Am Innenumfang sind in der Spaltbuchse 10 über deren gesamte Länge mehrere umlaufende und axial beabstandete Nuten eingebracht, um einen Druckausgleich über den Innenumfang zu gewährleisten. Am Außenumfang 26 der Spaltbuchse 10 verbleibt auch bei maximaler Lageabweichung der Kolbenstange 8 von der Längsachse 16 stets ein gewisser Abstand zum Zylindergehäuse 1 des Hydraulikzylinders. Da die Spaltbuchse 10 auch mit etwas Axialspiel zwischen dem Radialbund 4 des Zylinderkopfs 2 und eine radiale Stufe 28 des Zylindergehäuses 1 aufgenommen ist, verbleibt auch ein Spalt 30 zwischen einer ersten Stirnseite 38 der Spaltbuchse 10 und der Stufe 28. Somit dringt im Betrieb des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders stets unter Arbeitsdruck p stehendes Druckmittel aus der Druckkammer 6 über den Spalt 30 in den Ringspalt am Außenumfang 26 der Spaltbuchse 10 ein. Dieser Effekt ist in seiner axialen Ausdehnung begrenzt durch eine Kolbendichtung 32, die zusammen mit einem O-Ring 34 in eine Nut am Außenumfang 26 der Spaltbuchse 10 eingesetzt ist. Der O-Ring 34 spannt die Kolbendichtung 32 radial nach außen gegen das Zylindergehäuse 1 des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders vor. Dabei sind deren Elastizitäten derart ausgelegt, dass die Kolbendichtung 32 auch dann in Anlage mit dem Zylindergehäuse 1 bleibt, wenn die Kolbenstange 8 maximal exzentrisch beziehungsweise gekippt gegenüber der Längsachse 16 (vgl. Figur 1 ) ist. Somit kann am Außenumfang 26 der Spaltbuchse 10 der Arbeitsdruck p über den axialen Abstand 36 stets auf die Spaltbuchse 10 einwirken, während der Arbeitsdruck p über die Spaltdichtung 24 auch am Innenumfang der Spaltbuchse wirkt, allerdings von der ersten Stirnseite 38 über die gesamte Länge der Spaltbuchse 10 zu einer zweiten Stirnseite 40 abnehmend. Dadurch ergeben sich am Innenumfang der Spaltbuchse 10 im Idealfall linear abnehmende reduzierte Arbeitsdrücke p1 .

Erfindungsgemäß ist die Dichtung der Spaltbuchse 10, die aus der Kolbendichtung 32 und dem O-Ring 34 besteht, am Außenumfang 26 der Spaltbuchse 10 an derjenigen Stelle angeordnet, an der sich der am Außenumfang 26 wirkende Arbeitsdruck p mit dem am Innenumfang wirkenden Arbeitsdrücken p1 in ihren resultierenden Kräften kompensieren. Diese Stelle ist mit dem axialen Abstand 36 gekennzeichnet, der sich auf die erste Stirnseite 38 der Spaltbuchse 10 bezieht, die der Ringkanal 6 zugewandt ist.

Bei einem linearen Verlauf des reduzierten Drucks p1 am Innenumfang der Spaltbuchse 10 kann der axiale Abstand 36 zum Beispiel der halben Länge der Spaltbuchse 10 entsprechen.

Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann in der Durchgangsausnehmung 14 ein Gleitlager eingesetzt oder eine Beschichtung zum Beispiel aus Kunststoff aufgebracht sein, um die Kolbenstange 8 besonders reibungsarm zu führen. Offenbart ist ein Hydraulikzylinder mit einer Kolbenstange, die von einer ringförmigen Druckkammer umgeben ist, und die in einer Durchgangsausnehmung des Hydraulikzylinders geführt ist. Eine Spaltbuchse bildet über eine bestimmte axiale Länge und eine präzise Passung mit der Kolbenstange eine Spaltdichtung mit der Kolbenstange. Am Außenumfang der Spaltbuchse ist ein erster kreiszylindrischer Ringspalt gebildet, wodurch die Spaltbuchse mit Radialspiel in den Hydraulikzylinder eingesetzt ist. Der Ringspalt ist mit der Druckkammer fluidisch verbunden. Am Außenumfang der Spaltbuchse ist eine Dichtung angeordnet und hat einen axialen Abstand zu einer der Druckkammer zugewendeten ersten Stirnseite der Spaltbuchse. Dadurch kann der Arbeitsdruck der Druckkammer über einem sich von der Druckkammer bis zur Dichtung erstreckendem Abschnitt des Außenumfangs radial nach innen gerichtete Gegenkräfte auf die Spaltbuchse aufbringen, die den in der Spaltdichtung entstehenden radial nach außen gerichteten Kräften entgegenwirken. So wird die Spaltbuchse mechanisch entlastet.