DE - Kirchdorf/Iller

Zylinder-Kolben-Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung, mit einem Zylinder, an dessen Innenseite eine als Beschichtung ausgebildete Dichtung vorgesehen ist und mit wenigstens einem Kolben, an dessen radial äußerer Seite wenigstens zwei sich in radialer Richtung unterschiedlich weit erstreckende Außenabschnitte vorgesehen sind.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Zylinder-Kolben-Vorrichtungen ist es üblich, die Abdichtung und/oder die Führung des Kolbens bzw. Hydraulikkolbens innerhalb des Zylinders durch eine Kombination von Dichtringen und Führungsbändern zu realisieren. Diese Komponenten werden dabei in bekannter Weise in entsprechende Nuten in die Außenkontur des Kolbens eingesetzt.

Die bekannten Zylinder-Kolben-Vorrichtungen können dabei als Hydraulikzylinder bzw. als Hydraulikaktuatoren, als Hydraulikspeicher oder auch als entsprechende pneumatische Komponenten ausgeführt sein. Der nachfolgend beschriebene Erfindungsgedanke ist ebenso in vielfältiger Weise bei unterschiedlichen Zylinder- Kolben-Vorrichtungen entsprechend anwendbar. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Zylinder-Kolben-Vorrichtungen tritt das Problem auf, dass die zur Aufnahme der Dichtringe und/oder der Führungsbänder erforderlichen Nuten umständlich an der Außenkontor des Hydraulik- Kolbens hergestellt werden müssen. Weiterhin erfordert die Montage der Zylinder- Kolben-Vorrichtungen aus ihren Einzelteilen umständliche Arbeitsschritte zum Einsetzen der Dichtringe und ggf. weiterer Komponenten an den Hydraulik-Kolben.

Ebenfalls nachteilig an den bekannten Zylinder-Kolben-Vorrichtungen ist, dass die dabei verwendeten Dichtringe üblicherweise eine nur geringe axiale Erstreckung aufweisen und unter anderem auch dadurch anfällig für Beschädigungen sind, welche zu einer Verringerung bzw. zu einem Verlust der zum korrekten Funktionieren der Zylinder-Kolben-Vorrichtung erforderliche Dichtwirkung führen können.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Zylinder- Kolben-Vorrichtung bereitzustellen, die insbesondere einfacher herzustellen und einfacher zu montieren ist. Ferner soll die erfindungsgemäße Zylinder-Kolben- Vorrichtung weniger anfällig für Dichtverluste bzw. für Beschädigungen der darin eingesetzten Dichtungseinrichtungen sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Demnach ist eine Zylinder-Kolben-Vorrichtung mit einem Zylinder vorgesehen, an dessen Innenseite eine als Beschichtung ausgebildete Dichtung vorgesehen ist und mit wenigstens einem Kolben, der an dessen radial äußerer Seite wenigstens zwei sich in radialer Richtung unterschiedlich weit erstreckende Außenabschnitte vorgesehen sind.

Der sich radial weiter nach außen erstreckende Außenabschnitt bzw. die entsprechende Erhöhung kann beim Verschieben des Kolbens mit der beschichteten Innenseite des Zylinders in Kontakt stehen und hierdurch eine Dichtwirkung und/oder Führungswirkung bereitstellen bzw. verstärken. Die Dichtwirkung betrifft hierbei die Abdichtung zwischen den zwei axial beabstandeten und fluidisch trennbaren Kammern der Zylinder-Kolben-Vorrichtung. Eine derartige Dichtstelle kann auch die Führungsfunktion des Kolbens innerhalb des Zylinders übernehmen.

Bei dem sich radial weiter nach außen erstreckenden Außenabschnitt handelt es sich um keine übliche Kolben-Dichtung bzw. um keinen Dichtring und kein Führungsband. Vielmehr kann der sich radial weiter nach Außen erstreckende Außenabschnitt aus einem Material gefertigt sein, welches insbesondere im Zusammenwirken mit der Innenbeschichtung des Zylinders eine Dichtwirkung aufweist.

Es ist somit vorteilhafterweise nicht nötig, eine Nut zur Aufnahme von an sich bekannten Dichtungseinrichtungen in der Außenkontor des Kolbens vorzusehen oder eine umständliche manuelle Montage von Dichtungseinrichtungen am Kolben durchzuführen.

Der wenigstens eine sich radial weniger weit nach außen erstreckende Außenabschnitt kann beispielsweise als einfacher Radius an einem Kantenbereich des Kolbens ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist denkbar, dass an wenigstens einer Seite des Kolbens eine von einer Wandung umgebene Ausnehmung vorgesehen ist. Die Ausnehmung kann wenigstens teilweise in einem Bereich des Kolbens angeordnet sein, in dem an seiner radial äußersten Stelle der sich radial weiter nach Außen erstreckende Abschnitt vorgesehen ist. Wenn in der Ausnehmung ein entsprechend hoher Druck auf die Wandung anliegt, so kann über die Wandung eine Kraft auf den sich radial weiter nach Außen erstreckenden Außenabschnitt ausgeübt werden und dieser somit an die Innenwandung des Zylinders zum Abdichtung der entsprechende Bereiche der Zylinder-Kolben-Vorrichtung angedrückt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der Kolben an zwei gegenüberliegenden Seiten je eine Ausnehmung umfasst, wobei insbesondere die beiden Ausnehmungen einen wenigstens Teilweise trapezförmigen Querschnitt aufweisen und weiter insbesondere die beiden Ausnehmungen von Wandungen umgeben sind.

Je nach dem, an welcher Seite der Zylinder-Kolben-Vorrichtung der größere von wenigstens zwei innerhalb der Zylinder-Kolben-Vorrichtung getrennt einstellbaren Drücken herrscht, kann die mit dem höheren Druck beaufschlagte Seite über die entsprechende Wandung auf dem sich in radialer Richtung weiter nach Außen erstreckenden Abschnitt einwirken und so zur erfindungsgemäßen Abdichtung der Zylinder-Kolben-Vorrichtung genutzt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der Kolben eine Kolbenstange und einen damit gekoppelten Kolbenkopf umfasst, wobei insbesondere der Kolbenkopf eine radial innen angeordnete Durchführung umfasst, die zum Koppeln der Kolbenstange mit dem Kolbenkopf ausgebildet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass die Durchführung zum Aufnehmen wenigstens eines Teils der Kolbenstange und/oder wenigstens eines Feststellmittels ausgebildet ist und/oder das insbesondere ein radial äußerer Bereich des Kolbenkopfs symmetrisch aufgebaut ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der sich radial weiter nach außen erstreckende Außenabschnitt durch Anformen von wenigstens einer Erhebung am Kolben hergestellt ist. Der sich radial weiter nach Außen erstreckende Außenabschnitt kann entsprechend direkt auf der Innenbeschichtung des Zylinders gleiten bzw. laufen und die dabei gebildete Dichtstelle kann gleichzeitig auch die Führung des Kolbens innerhalb des Zylinders sein bzw. ermöglichen. Demnach kann erfindungsgemäß eine kombinierte Dicht- und Führungseinrichtung am Kolben vorgesehen sein, bei der derselbe Kontaktbereich zwischen Kolben und Zylinder die Abdichtfunktion und die Führung des Kolbens innerhalb des Zylinders erfüllt. ln einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der sich radial weiter nach Außen erstreckende zweite Außenabschnitt wenigstens teilweise in einer Au- ßenausnehmung angeformt ist. Die Außenausnehmung kann am Kolbenkopf vor dem Anformen des Außenabschnitts bereitgestellt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der zweite Außenabschnitt sich auf eine Länge von mehr als 50%, insbesondere mehr als 75% und besonders bevorzugt mehr als 90% der Länge des Kolbens in axialer Richtung erstreckt. In einer besonders bevorzugten Ausführung kann ferner vorgesehen sein, dass der zweite Außenabschnitt und der Kolben wenigstens teilweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dabei ist denkbar, dass der zweite Außenabschnitt an das restliche Gefüge des Kolbens beispielsweise angeklebt, verschweiß oder auf andere Art aufgetragen wird. Denkbar ist auch, dass der zweite Außenabschnitt auf den Kolben bzw. auf den Kolbenkopf aufgeschrumpft ist bzw. kraftschlüssig mit diesem verbunden ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist denkbar, dass der zweite Außenabschnitt wenigstens teilweise hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei der Innendurchmesser des zweiten Außenabschnitts weniger als 50%, insbesondere weniger als 25% und besonders bevorzugt weniger als 10% von der axialen Erstreckung des zweiten Außenabschnitt abweicht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind anhand der in der einzelnen Figur beispielhaft gezeigten Ausführung erläutert.

Die Figur zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Vorrichtung in einer Querschnittsansicht. Innerhalb des Zylinders 1 ist ein Kolben 2 verschieblich gelagert, der an wenigstens einer Seite eine von einer Wandung 21 umgebene Ausnehmung 22 umfassen kann.

Es können auch zwei axial voneinander beabstandete Ausnehmungen 22, 22' vorgesehen sein, wobei es sich bei den die Ausnehmungen 22, 22' umgebenden Wandungen 21 , 21 ' um hohlzylinderförmige Abschnitte handeln kann oder um Abschnitte handeln kann, welche hohlzylinderähnlich oder teilweise hohlzylinderförmig aufgebaut sind. Die Wandungen 21 , 21 ' können einen radial außen hohlzylinder- förmigen Abschnitt umfassen, der an seiner radialen Innenseite kegelstumpfförmig ausgespart ist. Die Wandungen 21 , 21 ' können dabei einstückig mit dem restlichen Gefüge eines Kolbenkopfs 25 des Kolbens 2 ausgebildet sein.

Die Innenseite des Zylinders 1 kann beschichtet sein. Die Beschichtung kann dabei in einem separaten Arbeitsschritt während der Herstellung der Zylinder-Kolben- Vorrichtung auf den Zylinder 1 aufgetragen werden. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Kunststoffbesch ichtung sein. Der Zylinder 1 und/oder der Kolben 2 können aus einem Verbundwerkstoff oder aus Metall gefertigt sein. Denkbar ist auch eine gemischte Materialauswahl, bei der eine der Komponenten aus Metall und die andere aus einem Verbundwerkstoff gefertigt ist.

Eine Kolbenstange 24 kann wenigstens zwei axial voneinander beabstandete Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern umfassen, wobei der Durchmesser der Kolbenstange 24 in dem Bereich, in dem diese mit dem Kolbenkopf 25 in Kontakt ist, der kleinere oder der kleinste Durchmesser der Kolbenstange 24 sein kann.

Der größere bzw. der größte Durchmesser der Kolbenstange 24 kann wenigsten halb so groß sein wie der Durchmesser des Kolbenkopfs 25. Die axiale Abmessung bzw. Erstreckung des Kolbenkopfs 25 kann um weniger als 50%, insbesondere um weniger als 25% und besonders bevorzugt um weniger als 10% von der radialen Abmessung bzw. vom Durchmesser des Kolbenkopfs 25 abweichen.

Zwischen den Bereichen mit unterschiedlichen Durchmessern der Kolbenstange 24 kann ein Anschlag bzw. eine Schulter vorgesehen sein, mittels dem bzw. mittels der die Kolbenstange 24 gegen den Kolbenkopf 25 in wenigstens eine Richtung feststellbar ist. An der radial äußeren Seite des Kolbens 2 bzw. des Kolbenkopfs 25 können wenigstens zwei sich in radialer Richtung unterschiedlich weit erstreckende Außenabschnitte 27, 28 vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel der Figur ist ein axial mittig angeordneter, sich radial weiter nach Außen erstreckender zweite Außenabschnitt 27 von zwei axial äußeren und sich radial weniger weit nach Außen erstreckenden zweiten Außenabschnitten 28 eingefasst bzw. umgeben.

Der sich radial weiter nach Außen ersteckende zweite Außenabschnitt 27 kann durch Anformen einer Erhebung oder von mehreren Erhebungen herausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass der sich radial weniger weit ersteckende erste zweite 28 oder die beiden ersten Abschnitte 28 durch Abtragen des Materials des Kolbenkopfs 25 im Bereich der zweiten Abschnitte 28 hergestellt sind.

An der radial äußeren Seite des Kolbenkopfs 25 kann eine Außenausnehmung 29 vorgesehen sein, in welcher der zweite Außenabschnitt 27 angeformt ist. Die Ausnehmung kann dabei im Lauf des Herstellungsprozesses erzeugt werden und in einem darauf folgenden Schritt kann dann der zweite Außenabschnitt 27 darin oder in dem entsprechenden Bereich geformt bzw. ausgebildet oder angeformt werden.

In einem radial und/oder axial innen gelegenen Bereich des Kolbenkopfs 25 kann eine Durchführung 26 vorgesehen sein, die zum Koppeln der Kolbenstange 24 mit dem Kolbenkopf 25 ausgebildet sein kann. In einer einfachen Ausführung kann die Durchführung 26 ein Innengewinde und die Kolbenstange 24 ein entsprechendes Außengewinde umfassen, welche zum Koppeln des Kolbenkopfs 25 an der Kolbenstange 24 miteinander verschraubt werden können.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführung kann die Durchführung 26 oder ein der Durchführung 26 benachbarter Teil des Kolbenkopfs 25 zur Aufnahme wenigstens eines Teils der Kolbenstange 24 und/oder eines Feststellmittels ausgebildet sein. Denkbar ist beispielsweise, dass an einer der Stangenseite des Kolbenkopfs 25 gegenüberliegenden Seite ein oder mehrere Aufnahmebereiche für eine Mutter o- der einen Schraube vorgesehen sind, die mit der Kolbenstange 24 zum Feststellen der Kolbenstange 24 am Kolbenkopf 25 verschraubbar ist bzw. sind.

Wie der Figur ferner zu entnehmen ist, kann der Kolbenkopf 25 wenigstens teilweise symmetrisch aufgebaut sein. Denkbar ist, dass der Kolbenkopf 25 relativ zu einer bezogen auf die Längsachse A der Zylinder-Kolben-Vorrichtung senkrechten Fläche spiegelsymmetrisch aufgebaut ist und/oder dass er bezogen auf die Längsachse A der Zylinder-Kolben-Vorrichtung wenigstens teilweise rotationssymmetrische Abschnitte aufweist. Etwaige am Kolbenkopf 25 vorgesehene Gewinde können von der Symmetrie selbstverständlich ausgenommen sein.

Ein radial innerer Bereich des Kolbenkopfs 25 kann wenigstens teilweise hohlzylin- derförmig ausgebildet sein und die Wandungen 21 , 21 ' können sich direkt an diesen radial inneren Bereich anschließen bzw. einstückig mit dem radial inneren Bereich gefertigt sein. In einer besonders einfachen Ausführung kann der Kolbenkopf 25 aus dem hohlzylinderförmigen radial inneren Bereich und genau einer sich direkt daran anschließenden Wandung 21 bestehen. Die Ausnehmung 22 kann wenigstens teilweise von der Wandung 21 und von dem radial inneren Bereich des Kolbenkopfs 25 begrenzt sein. Die Ausnehmung 22 kann ferner von einem planaren Abschnitt der Kolbenstange 24 begrenzt sein. Bei dem planaren Abschnitt kann es sich um einen Endabschnitt der Kolbenstange 24 handeln.

Von der Erfindung können Zylinder-Kolben-Vorrichtungen nahezu jedweder Bauart umfasst sein, die einen insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigten Zylinder 1 umfassen können. So sind beispielsweise einfach oder doppelt wirkende Zylinder-Kolben-Vorrichtungen genauso denkbar, wie Zylinder-Kolben- Vorrichtungen, bei denen eine Kolbenstange 24 auf beiden Seiten des Kolbenkopfs 25 vorgesehen ist. Der Kolben 2 kann innerhalb des Rohrs bzw. des Zylinders 1 so gestaltet sein, dass er sich durch seine becherförmigen Enden bzw. Ausnehmungen 22, 22' und Wandungen 21 , 21 ' und die außenliegende Dichtung bzw. den zweiten Außenabschnitt 27 unter Druck aufweitet und/oder der Aufweitung des Rohrs bzw. des Zylinders 1 folgt. Entsprechendes gilt auch für eine Ausführungsform mit je einer Ausnehmung 22 und einer Wandung 21 . Dabei kompensiert der Kolben 2 die Aufweitung des Zylinders 1 und erreicht eine Reduzierung der Aufweitung des Dichtspalts zwischen dem Kolben 2 und dem Rohr bzw. dem Zylinder 1 . Der Kolben 2 kann ein- oder mehrteilig sein und Komponenten aus Metall und/oder Kunststoff umfassen.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass der zweite Außenabschnitt 27 sich in axialer Richtung auf einer Länge erstreckt, die mehr als 50%, insbesondere mehr als 75% und besonders bevorzugt und wie in der Figur gezeigt mehr als 90% der axialen Erstreckung des Kolbenkopf 25 entspricht.

Die axiale Richtung entspricht vorliegend der Bewegungsrichtung des Kolbens 2 innerhalb des Zylinder 1 und ist durch die Achse A gekennzeichnet. Die radialen Richtungen sind in einer dazu senkrechten Ebene verortet.

Erfindungsgemäß kann sichergestellt werden, dass eine möglichst große Dicht- und/oder Führungsfläche zum Führen des Kolbens 2 innerhalb des Zylinders 1 bereitgestellt ist. Eine große Fläche verringert dabei die Abnutzung des zweiten Außenabschnitts 27, welche beim Verfahren des Kolbens 2 innerhalb des Zylinders 1 auftritt.

Der zweite Außenabschnitt 27 und der Kolben 2 bzw. der Kolbenkopf 25 können wenigstens abschnittsweise miteinander verbunden sein. Denkbar ist auch eine einstückige Fertigung des Kolbenkopfs 25 mit einem integrierten zweiten Außenabschnitt 27.

Der zweite Außenabschnitt 27 kann wenigstens teilweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein, wobei der Innendurchmesser des zweiten Außenabschnitts 27 um weniger als 50%, insbesondere weniger als 25% und besonders bevorzugt weniger als 10% von der axialen Erstreckung des zweiten Außenabschnitts 27 abweicht.

Wie der Figur zu entnehmen ist, kann der zweite Außenabschnitt 27 nicht vollständig hohlzylinderförmig ausgebildet sein, sondern sein insbesondere axialen Außenbereiche können abgerundete bzw. wenigstens teilweise torusförmige oder torus- abschnittförmige Bereiche umfassen.

Der zweite Außenabschnitt 27 kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, mehr als einen zweiten Außenabschnitt 27 bereitzustellen, wobei beispielsweise zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete zweite Abschnitte 27 denkbar sind, die von einem sich radial weniger weit nach außen erstreckenden, beispielsweise axial mittig angeordnetem ersten Abschnitt 28 getrennt sind.