DE20102031U1

DE20102031U1 - Separation cylinder

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Publication number: DE20102031U1
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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 ATTORNEYSTERMEER 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 WiebuschDr. Nicolaus ter Meer, Dipl.-Chem. Peter Urner, Dipl.-Phys. Gebhard Merkle, Dipl.-Ing. (FH) Mauerkircherstrasse 45 D-81679 MUNICH Helmut Steinmeister, Dipl.-Ing. Manfred Wiebusch

Artur-Ladebeck-SUasse 51 D-33617 BIELEFELDArtur-Ladebeck-Sasse 51 D-33617 BIELEFELD

IWNPOl / Ol / GIWNPOl / Ol / G

St/sc/ecSt/sc/ec

2.2.20012.2.2001

Dipl.-Ing. Wolfgang NiemannDipl.-Ing. Wolfgang Niemann

Kammerratsheide 36
33609 BielefeldKammerratsheide 36
33609 Bielefeld

TRENNZYLINDERSEPARATION CYLINDER

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann ,J^« *.*' * * * ·* I^fäPOl/OC 2.2.2001Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann, J^« *.*' * * * ·* I^fäPOl/OC February 2, 2001

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

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.The invention relates to a cylinder with a piston for dividing the cylinder space into two sub-spaces for gas and liquid, respectively, with at least one seal on the circumference of the piston facing the gas side and the liquid side.

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.In many areas of technology today, pneumatic and hydraulic media are used in one and the same system, so that there is a need to create a movable but sufficiently tight boundary between the pneumatic and hydraulic areas. This applies, for example, to gas springs or shock absorbers in vehicles, but also to various types of pressure accumulators for gases and liquids. In these cases, separating cylinders are used in which movable separating pistons are located. The separating pistons usually have a seal on the circumference facing the gas side and one facing the liquid side. Such seals have now reached a high degree of specialization, since the seal facing the liquid side must be suitable for scraping the liquid, usually an oil, from the cylinder walls when the piston moves, so that it must be relatively rigid, while the seal on the gas side does not have this task, so it is made softer and more flexible.

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.However, the invention should not only relate to separating pistons of the aforementioned type, whose sole task is to separate the two media, but also to conventional working pistons of systems in which a liquid and a gaseous medium interact.

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.Despite the high quality of the seals mentioned, it is not always possible to completely prevent gas or liquid from overcoming the respective seal and getting past the other seal into the other chamber. The entry of gases into hydraulic systems is particularly unpleasant, as hydraulic media become compressible to a certain extent in this way, so that the positioning accuracy that is usually considered essential in hydraulic adjustment movements is lost.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann ·* I 1*1 &idigr; .* IWtfPoi/OC 2.2.2001Dipl.-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.The invention is based on the object of creating a cylinder with a piston which largely prevents leakage of one medium towards the other medium.

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.This object is achieved according to the invention by a cylinder of the above type, which is characterized in that a coaxial rod extends from the piston and is slidably guided in one of the cylinder covers, that a circumferential groove is provided on the circumference of the piston between the seals, from which at least one radial bore extends in the direction of the piston axis, and that this radial bore is connected to an axial bore running in the longitudinal direction of the rod, which is connected to the atmosphere outside the cylinder.

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.If one of the media overcomes the associated seal in such a cylinder, it enters the space between the two seals and from there into the circumferential groove and the radial bore and finally into the environment via the axial bore. Since this outlet is pressureless to the atmosphere, the leaking medium will generally choose this outlet and not also overcome the opposite direction to the other medium. This means that the two media can be reliably prevented from mixing. The outlet also offers a constant opportunity to check that the seals are in good condition.

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.In many cases, pistons have a piston rod anyway, which can be used to implement the present invention and to accommodate the axial channel. But floating separating pistons can also easily be provided with a movable rod emerging from the cylinder.

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.The statement that the rod exits through one of the cylinder covers only means that the rod exits axially. The way in which the cylinder is closed at both ends is irrelevant for the present context.

Die Bohrung zwischen der umlaufenden Nut auf dem Umfang des Kolbens wird hier als Radialbohrung bezeichnet, obgleich ein exakt radialer Verlauf nicht notwendig ist.The bore between the circumferential groove on the circumference of the piston is referred to here as the radial bore, although an exactly radial course is not necessary.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann .J., *.,·*·.,* .·.* IWriP0?/0> 2.2.2001Dipl.-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.It is only necessary to create a connection to the axial bore that passes through the piston and from here the rod in the axial direction. The axial bore can exit outside the cylinder both axially and be connected to an external radial bore. If the rod has the function of a piston rod and is connected to working elements or the like outside the cylinder, the path of the outlet depends on the available space.

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.The cylinder according to the invention can be used advantageously as a drive cylinder for presses or the like, which enables a rapid forward stroke with low driving force and a slow, short working stroke with high driving force. An example of such a device is described in the applicant's German patent application 100 51 042. In such cases, the piston is advanced in the working direction with the aid of hydraulic oil, while air or another gas is introduced on the other side of the piston only for the return stroke of the piston to the starting position.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
20In the following, a preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing.
20

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinder. The single figure shows a longitudinal section through a cylinder according to the invention.

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.The cylinder shown in the drawing bears the reference number 110. In the cylinder 110 there is a piston 114 that can be moved back and forth. A rod 116 is attached coaxially to the piston 114, which can have the function of a piston rod driven by the piston. However, this is not a necessary condition of the present invention. The cylinder 110 is closed off at the upper and lower ends by an upper cylinder cover 118 and a lower cylinder cover 120. In the lower cylinder cover 120 there is a coaxial bore 122 that merges into a channel 124 in a wall 126 of an adjacent housing 128 of another unit (not shown in detail).

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann .&idigr;!* *..* * ' ·* IWfJpol/oC 2.2.2001Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann .&idigr;!* *..* * ' ·* IWfJpol/oC February 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.The cylinder 110 is surrounded at a distance by a sleeve 130, which together with the cylinder forms an annular chamber 132, which can be used, for example, to hold a coolant.

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.The sleeve 130 can also be provided merely to stiffen the arrangement or as an external, smooth covering. The two cylinder covers 118 and 120 each have a section 134, 136 of smaller diameter. These sections 134, 136 enter the cylinder 110 and have seals 138, 140 on the circumference. A circumferential, slightly upwardly projecting rubber ring 142 is embedded in the projecting section 136 of the lower cylinder cover 120, which serves as a stop damper for the lower end position of the piston 114.

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.On the circumference of the piston 114 there are an upper seal 144 and a lower seal 146, which serve respectively to seal against the upper chamber 148 and the lower chamber 150 of the cylinder 110. In the example shown, it should be assumed that the upper chamber 148 receives air and the lower chamber 150 receives hydraulic oil, which is discharged and supplied via the bore 122 and the channel 124.

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.Between the seals 144 and 146, on the circumference of the piston 114, there is a guide ring 152 and a groove 154 embedded in the piston. From the circumferential groove 154, at least one substantially radial bore 156 extends, which enters a chamber 158 in the center of the piston 114.

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.The piston 114 has a sleeve-shaped extension 160 on the upper side in the drawing, which has an internal thread on the inside. A tapered section 162 of the piston rod, on which there is an external thread, is screwed into the threaded section. Outside the sleeve-shaped extension 160, the piston rod 116 has a larger diameter, as the drawing shows. As mentioned, the upper chamber 148 of the cylinder 110 is intended to serve as an air chamber. For the inlet and outlet of air, there is a radial bore 164 in the upper cylinder cover 118, which merges into an annular chamber 166 surrounding the piston rod 116 within the upper cylinder cover 118.

Dipl.-Ing. Wolfgang NiemannDipl.-Ing. Wolfgang Niemann

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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.In the lower end area of the annular chamber 166 there is a partially permeable seal 168 surrounding the piston rod 116, which allows atmospheric air to enter and exit as soon as a predetermined pressure drop is present. In the upper area, a guide sleeve 170 is embedded in the upper cylinder cover 118, which surrounds the piston rod 116 and serves to guide the piston rod.

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.When the piston moves in the longitudinal direction of the cylinder 110, hydraulic oil can therefore flow in and out through the lower bore 122 and the channel 124, while air can enter and exit through the radial bore 164.

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.If, during operation of this cylinder, air can get past the upper seal 144 of the piston 114 into the space between the piston and the cylinder, the lower seal 146, which operates in the opposite direction, can be passed relatively easily. If the upper seal 144 does not work properly, air can therefore get from the upper chamber 148 into the lower chamber 150, which contains hydraulic oil. The same can happen in the opposite direction. For this purpose, the circumferential groove 154 between the seals 144, 146 and the radial bore 156 as well as the chamber 158 in the center of the piston are provided.

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.The chamber 158 is connected to a central bore 172. This bore 172 extends through the piston rod 116 to its upper region, which is located outside or above the upper cylinder cover 118 in every piston position. From here, a radial bore 174 runs from the bore 172 to the circumference of the piston rod. In this way, the space between the upper and lower seals 144, 146 is connected to the atmosphere via the radial bore 156, the chamber 158, the axial bore 172 and the radial bore 174. When one of the two media has overcome the associated seal 144, 146 on the circumference of the piston, it can escape to the atmosphere via the pressureless channel system 156, 158, 172, 174. The leaking medium therefore at least does not reach the chamber 148, 150 of the other medium.

Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann · ...it* I^rJPOj/OC 2.2.2001Dipl.-Ing. Wolfgang Niemann · ...it* I^rJPOj/OC February 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.Furthermore, the mentioned channel system serves as an indicator for any damage to the seals 144, 146. A seal 176 is embedded in the upper cylinder cover 118 adjacent to the upper end of the bore in which the piston rod is guided. This seal 176 has the function of a sealing wiper in that it seals the cam rod against the upper cylinder cover 118 and also wipes off dust and dirt that can accumulate on the area of the piston rod outside the cylinder cover 118.

Claims

Cylinder with a piston ( 114 ) for dividing the cylinder space into two sub-spaces ( 148 , 150 ) for gas or liquid, with at least one seal ( 144 , 146 ) facing the gas side and the liquid side on the circumference of the piston, characterized in that a coaxial rod ( 116 ) extends from the piston and is slidably guided in one of the cylinder covers ( 118 ), that a circumferential groove ( 154 ) is provided on the circumference of the piston between the seals ( 144 , 146 ), from which at least one radial bore ( 156 ) extends in the direction of the piston axis and that this radial bore is connected to an axial bore ( 172 ) running in the longitudinal direction of the rod ( 116 ) and which is connected to the atmosphere outside the cylinder.