DE20102031U1

DE20102031U1 - Trennzylinder

Info

Publication number: DE20102031U1
Application number: DE20102031U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Iwn Armaturen Dipl-Ing Wolfgang Niemann - Au De
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2011-02-03

Description

TERMEER STEINMEISTER & PARTNER GBR PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dr. Nicolaus ter Meer, Dipl.-Chem. Peter Urner, Dipl.-Phys. Gebhard Merkle, Dipl.-Ing. (FH) Mauerkircherstrasse 45 D-81679 MÜNCHEN Helmut Steinmeister, Dipl.-Ing. Manfred Wiebusch

Artur-Ladebeck-SUasse 51 D-33617 BIELEFELD

IWNPOl / Ol / G

St/sc/ec

2.2.2001

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann

Kammerratsheide 36
33609 Bielefeld

TRENNZYLINDER

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann ,J^« *.*' * * * ·* I^fäPOl/OC 2.2.2001

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Zylinder mit einem Kolben zur Unterteilung des Zylinderraumes in zwei Teilräume für Gas bzw. Flüssigkeit, mit wenigstens je einer der Gasseite und der Flüssigkeitsseite zugewandten Dichtung auf dem Umfang des Kolbens.

In vielen Bereichen der Technik werden heute pneumatische und hydraulische Medien in ein und demselben System eingesetzt, so daj3 die Notwendigkeit besteht, eine verschiebbare, aber ausreichend dichte Abgrenzung zwischen dem pneumatischen und dem hydraulischen Bereich zu schaffen. Dies gilt beispielsweise für Gasfedern oder Stoßdämpfer in Fahrzeugen, aber auch für verschiedene Arten von Druckspeichern für Gase und Flüssigkeiten. In diesen Fällen werden Trennzylinder eingesetzt, in denen sich verschiebbare Trennkolben befinden. Die Trennkolben weisen in aller Regel jeweils eine der Gasseite und eine der Flüssigkeitsseite zugewandte Dichtung auf dem Umfang auf. Derartige Dichtungen haben heute einen hohen Spezialisierungsgrad erreicht, da die der Flüssigkeitsseite zugewandte Dichtung geeignet sein muß, die Flüssigkeit, zumeist ein Öl, von den Zylinderwänden abzustreifen, wenn sich der Kolben bewegt, so daj3 sie verhältnismäßig starr sein muß, während der Dichtung auf der Gasseite dieser Aufgabe nicht zukommt, so daß sie weicher und flexibler ausgeführt wird.

Die Erfindung soll sich jedoch nicht nur auf Trennkolben der vorgenannten Art beziehen, deren Aufgabe allein in der Trennung der beiden Medien besteht, sondem auch auf übliche Arbeitskolben von Anlagen, in denen ein flüssiges und ein gasförmiges Medium zusammenwirken.

Trotz der hohen Qualität der genannten Dichtungen ist es nicht immer ganz zu vermeiden, daß Gas oder auch Flüssigkeit die jeweilige Dichtung überwindet und an der anderen Dichtung vorbei in den jeweils anderen Raum gelangt. Besonders unangenehm ist der Eintritt von Gasen in Hydrauliksysteme, da hydraulische Medien auf diese Weise gewissermaJSen komprimierbar werden, so daß die zumeist als unerläßlich angesehene Positionsgenauigkeit bei hydraulischen Stellbewegungen verlorengeht.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann ·* I 1*1 &idigr; .* IWtfPoi/OC 2.2.2001

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder mit Kolben zu schaffen, der Leckagen des einen Mediums in Richtung des anderen Mediums weitgehend verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zylinder der obigen Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß von dem Kolben eine koaxiale Stange ausgeht, die verschiebbar in einem der Zylinderdeckel geführt ist, daß auf dem Umfang des Kolbens zwischen den Dichtungen eine umlaufende Nut vorgesehen ist, von der aus sich wenigstens eine Radialbohrung in Richtung der Kolbenachse erstreckt-, und daß diese Radialbohrung mit einer in Längsrichtung der Stange verlaufenden Axialbohrung in Verbindung steht, die außerhalb des Zylinders mit der Atmosphäre verbunden ist.

Falls bei einem derartigen Zylinder eines der Medien die zugehörige Dichtung überwindet, gelangt es in den Raum zwischen den beiden Dichtungen und von hier in die umlaufende Nut und die Radialbohrung und schließlich über die Aixalbohrung in die Umgebung. Da dieser Auslaß zur Atmosphäre drucklos ist, wird das Leckage-Medium in aller Regel diesen Auslaß wählen und nicht auch noch die gegenüberliegende Richtung zum jeweils anderen Medium hin überwinden. Es kann also zuverlässig verhindert werden, daß es zu einer Vermischung der beiden Medien kommt. Der Auslaß bietet im übrigen eine ständige Kontrollmöglichkeit für den ordnungsgemäßen Zustand der Dichtungen.

In vielen Fällen weisen Kolben ohnehin eine Kolbenstange auf, die für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung und die Aufnahme des Axialkanals genutzt werden kann. Aber auch schwimmende Trennkolben können ohne weiteres mit einer aus dem Zylinder austretenden, verschiebbaren Stange versehen sein.

Die Angabe, daß die Stange durch einen der Zylinderdeckel austritt, besagt nur, daß die Stange axial austritt. In welcher Weise der Zylinder an den beiden Enden verschlossen ist, ist für den vorliegenden Zusammenhang unerheblich.

Die Bohrung zwischen der umlaufenden Nut auf dem Umfang des Kolbens wird hier als Radialbohrung bezeichnet, obgleich ein exakt radialer Verlauf nicht notwendig ist.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann .J., *.,·*·.,* .·.* IWriP0?/0> 2.2.2001

Es ist nur erforderlich, eine Verbindung zu der Axialbohrung herzustellen, die den Kolben und von hier aus die Stange in Axialrichtung durchläuft. Die Axialbohrung kann außerhalb des Zylinders sowohl axial austreten als auch mit einer äußeren Radialbohrung verbunden sein. Falls die Stange die Funktion einer Kolbenstange hat und außerhalb des Zylinders mit Arbeitsorganen oder dergleichen verbunden ist, richtet sich der Verlauf des Auslasses nach dem verfügbaren Platz.

Der erfindungsgemäj3e Zylinder kann u.a. vorteilhaft als Antriebszylinder für Pressen oder dergleichen verwendet werden, der einen raschen Vorhub mit geringer Antriebskraft und einen langsamen, kurzen Arbeitshub mit hoher Antriebskraft ermöglicht. Ein Beispiel für eine derartige Einrichtung wird in der deutschen Patentanmeldung 100 51 042 des Anmelders beschrieben. In derartigen Fällen wird der Kolben mit Hilfe von Hydrauliköl in Arbeitsrichtung vorgeschoben, während auf der anderen Seite des Kolbens Luft oder ein anderes Gas lediglich für den Rückhub des Kolbens in die Ausgangsstellung eingeleitet wird.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
20

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinder.

Der in der Zeichnung gezeigte Zylinder trägt die Bezugsziffer 110. In dem Zylinder 110 befindet sich ein hin- und hergehend verschiebbarer Kolben 114. An dem Kolben 114 ist koaxial eine Stange 116 angebracht, die die Funktion einer durch den Kolben angetriebenen Kolbenstange haben kann. Dies ist jedoch nicht notwendige Bedingung der vorliegenden Erfindung. Der Zylinder 110 ist durch einen oberen Zylinderdeckel 118 und einen unteren Zylinderdeckel 120 am oberen und unteren Ende abgeschlossen. Im unteren Zylinderdeckel 120 befindet sich eine koaxiale Bohrung 122, die in einen Kanal 124 in einer Wand 126 eines angrenzenden, nicht im einzelnen dargestellten Gehäuses 128 eines weiteren Aggregats übergeht.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann .&idigr;!* *..* * ' ·* IWfJpol/oC 2.2.2001

Der Zylinder 110 wird mit Abstand durch eine Hülse 130 umgeben.die zusammen mit dem Zylinder eine Ringkammer 132 bildet, die beispielsweise für die Aufnahme eines Kühlmittels verwendet werden kann.

Die Hülse 130 kann aber auch lediglich zur Versteifung der Anordnung oder als äußere, glatte Verkleidung vorgesehen sein. Die beiden Zylinderdeckel 118 und 120 weisen jeweils einen Abschnitt 134, 136 geringeren Durchmessers auf. Diese Abschnitte 134, 136 treten in den Zylinder 110 ein und tragen auf dem Umfang Dichtungen 138, 140. In den vorspringenden Abschnitt 136 des unteren Zylinderdeckels 120 ist ein umlaufender, leicht nach oben vorspringender Gummiring 142 eingelassen, der als Anschlagdämpfer für die untere Endstellung des Kolbens 114 dient.

Auf dem Umfang des Kolbens 114 befinden sich eine obere Dichtung 144 und eine untere Dichtung 146, die jeweils zum Abdichten gegen die obere Kammer 148 und die untere Kammer 150 des Zylinders 110 dienen. Bei dem dargestellten Beispiel soll davon ausgegangen werden, daj3 die obere Kammer 148 Luft und die untere Kammer 150 Hydrauliköl aufnimmt, das über die Bohrung 122 und den Kanal 124 ab- und zugeführt wird.

Zwischen den Dichtungen 144 und 146 befinden sich auf dem Umfang des Kolbens 114 ein in den Kolben eingelassener Führungsring 152 und eine Nut 154. Von der umlaufenden Nut 154 geht wenigstens eine im wesentlichen radiale Bohrung 156 aus, die in eine Kammer 158 im Zentrum des Kolbens 114 eintritt.

Der Kolben 114 weist auf der oberen Seite in der Zeichnung einen hülsenförmigen Ansatz 160 auf, der im Inneren ein Innengewinde aufweist. In den Gewindeabschnitt ist ein verjüngter Abschnitt 162 der Kolbenstange eingeschraubt, auf dem sich ein Außengewinde befindet. Außerhalb des hülsenförmigen Ansatzes 160 weist die Kolbenstange 116 einen größeren Durchmesser auf, wie die Zeichnung zeigt. Wie erwähnt, soll die obere Kammer 148 des Zylinders 110 als Luftkammer dienen. Zum Ein-und Auslassen von Luft befindet sich im oberen Zylinderdeckel 118 eine radiale Bohrung 164, die in eine die Kolbenstange 116 innerhalb des oberen Zylinderdeckels 118 umgebende Ringkammer 166 übergeht.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann

2.2.2001

Im unteren Endbereich der Ringkammer 166 befindet sich eine die Kolbenstange 116 umgebende, teildurchlässige Dichtung 168, die den Ein- und Austritt von Atmosphärenluft gestattet, sobald ein vorgegebenes Druckgefälle vorliegt. Im oberen Bereich ist in den oberen Zylinderdeckel 118 eine Führungshülse 170 eingelassen, die die Kolbenstange 116 umgibt und zur Führung der Kolbenstange dient.

Bei Bewegungen des Kolbens in Längsrichtung des Zylinders 110 kann daher durch die untere Bohrung 122 und den Kanal 124 Hydrauliköl zu- und abströmen, während Luft durch die radiale Bohrung 164 ein- und austreten kann.

Wenn beim Betrieb dieses Zylinders Luft an der oberen Dichtung 144 des Kolbens 114 vorbei in den Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem Zylinder gelangen kann, kann die untere Dichtung 146, deren Wirkrichtung entgegengesetzt gerichtet ist, relativ leicht passiert werden. Bei einer unvollkommenen Wirkung der oberen Dichtung 144 kann daher Luft aus der oberen Kammer 148 in die untere Kammer 150 gelangen, in der sich Hydrauliköl befindet. Entsprechendes kann in entgegengesetzter Richtung geschehen. Zu diesem Zweck sind die umlaufende Nut 154 zwischen den Dichtungen 144, 146 und die radiale Bohrung 156 sowie die Kammer 158 im Zentrum des Kolbens vorgesehen.

Die Kammer 158 ist mit einer zentrischen Bohrung 172 verbunden. Diese Bohrung 172 erstreckt sich durch die Kolbenstange 116 bis in dessen oberem Bereich, der sich in jeder Kolbenstellung außerhalb bzw. oberhalb des oberen Zylinderdeckels 118 befindet. Von hier aus verläuft von der Bohrung 172 aus eine radiale Bohrung 174 zum Umfang der Kolbenstange. Auf diese Weise ist der Zwischenraum zwischen der oberen und unteren Dichtung 144, 146 über die radiale Bohrung 156, die Kammer 158, die axiale Bohrung 172 und die radiale Bohrung 174 mit der Atmosphäre verbunden. Wenn eines der beiden Medien die zugehörige Dichtung 144, 146 auf dem Umfang des Kolbens überwunden hat, kann es über das drucklose Kanalsystem 156, 158, 172, 174 an die Atmosphäre austreten. Das Leckmedium gelangt daher zumindest nicht in die Kammer 148, 150 des jeweils anderen Mediums.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann · ...it* I^rJPOj/OC 2.2.2001

Im übrigen dient das erwähnte Kanalsystem als Anzeigevorrichtung für eine etwaige Beschädigung der Dichtungen 144, 146. In den oberen Zylinderdeckel 118 ist angrenzend an das obere Ende der Bohrung, in der die Kolbenstange geführt ist, eine Dichtung 176 eingelassen. Diese Dichtung 176 hat die Funktion eines Dichtabstreifers, in dem sie zum einen die Kurvenstange gegenüber dem oberen Zylinderdeckel 118 abdichtet und zum anderen Staub und Schmutz, der sich auf dem Bereich der Kolbenstange außerhalb des Zylinderdeckels 118 ansammeln kann, abstreift.

Claims

Zylinder mit einem Kolben (114) zur Unterteilung des Zylinderraumes in zwei Teilräume (148, 150) für Gas bzw., Flüssigkeit, mit wenigstens je einer der Gasseite und der Flüssigkeitsseite zugewandten Dichtung (144, 146) auf dem Umfang des Kolbens, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Kolben eine koaxiale Stange (116) ausgeht, die verschiebbar in einem der Zylinderdeckel (118) geführt ist, daß auf dem Umfang des Kolbens zwischen den Dichtungen (144, 146) eine umlaufende Nut (154) vorgesehen ist, von der aus sich wenigstens eine radiale Bohrung (156) in Richtung der Kolbenachse erstreckt und daß diese radiale Bohrung mit einer in Längsrichtung der Stange (116) verlaufenden axialen Bohrung (172) in Verbindung steht, die außerhalb des Zylinders mit der Atmosphäre verbunden ist.