AT502447B1

AT502447B1 - Zylinder für hochdruckhydraulik

Info

Publication number: AT502447B1
Application number: AT0198004A
Authority: AT
Original assignee: Hoelzl Margit
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2007-06-15
Also published as: ATE479024T1; WO2006055997A1; EP1819928B1; US20100077918A1; AT502447A1; DE502005010149D1; EP1819928A1

Description

2 AT 502 447 B1

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinder für Hochdruckhydraulik mit einem zwischen einem Zylinderboden und einem Zylinderkopf verlaufenden Zylindermantel aus einem Innenrohr und einem auf das Innenrohr aufgebrachten Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff, wobei das mit dem Zylinderboden verschraubte, mit dem Außenmantel schubfest verbundene Innen-5 rohr des Zylindermantels zugfest am Zylinderkopf angreift.

Um die Korrosionsempfindlichkeit metallischer Druckzylinder zu vermeiden und Gewicht einzusparen, ist es bekannt (DE 69 16 307 U), den Zylindermantel zwischen einem Zylinderboden und einem mit dem Zylinderboden über Zuganker verbundenen Zylinderkopf aus einem glasfa-io serverstärkten Kunststoffrohr auszubilden. Diese bekannten Druckzylinder sind jedoch für eine Hochdruckhydraulik mit hydrostatischen Drücken beispielsweise über 200 bar nicht geeignet. Es wurde daher vorgeschlagen (EP 0 701 065 B1), den Zylindermantel aus einem dünnwandigen, metallischen Innenrohr und einem faserverstärkten Außenmantel herzustellen, der über Zuganker unter einer geringen Vorspannung steht. Die radialen Druckkräfte werden über das 15 dünnwandige Innenrohr auf den faserverstärkten Außenmantel übertragen, der diese Druckkräfte aufnimmt, ohne ein Undichtwerden des Zylinders befürchten zu müssen, weil der Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff von axialen Zugbelastungen frei bleibt. Die durch die Hochdruckhydraulik bedingten axialen Kräfte werden ausschließlich durch die Zuganker aufgenommen. Nachteilig bei diesen bekannten Zylindern ist, daß die für die Aufnahme der axialen Kräfte 20 erforderlichen Zuganker nicht nur den Bauaufwand und die Zylinderabmessungen vergrößern, sondern auch eine Gewichtserhöhung mit sich bringen.

Schließlich ist es bei einem Hydraulikzylinder bekannt (DE 196 49 133 C1), den Zylindermantel aus einem Innenrohr und einem auf das Innenrohr aufgebrachten Außenmantel aus faserver-25 stärktem Kunststoff zu bilden. Da das Innenrohr Innengewindeabschnitte zum lösbaren Verbund mit dem den Zylinderboden den Zylinderkopf bildenden Flanschen aufweist, greift das mit dem Zylinderboden verschraubte, mit dem Außenmantel schubfest verbundene Innenrohr zugfest am Zylinderkopf an. Solche Schraubverbindungen sind jedoch problematisch, wenn der Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff nicht auch auf den Flansch übergreift, was je-30 doch das Lösen der Flansche ausschließt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder für Hochdruckhydraulik der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß mit einfachen konstruktiven Mitteln die auftretenden axialen Kräfte zwischen Zylinderkopf und Zylindermantel aufgenommen werden 35 können, ohne auf die Lösbarkeit des Zylinderkopfes verzichten zu müssen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß sich der Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff zylinderkopfseitig bis zu einem stirnseitigen Ringflansch des Innenrohres erstreckt und daß der Zylinderkopf eine den Ringflansch übergreifende Überwurfmutter trägt. 40

Mit Hilfe der Überwurfmutter kann die notwendige zugfeste Verbindung zwischen dem Innenrohr des Zylindermantels und dem Zylinderkopf auch für hohe Hydraulikdrücke sichergestellt werden. Der Ringflansch des Innenrohres des Zylindermantels wird ja von der Überwurfmutter Übergriffen, die somit ein axiales Widerlager für das Innenrohr bildet. Wegen der schubfesten 45 Verbindung des Außenmantels aus faserverstärktem Kunststoff mit dem Innenrohr können die auftretenden Kräfte sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung durch den Verbundkörper aus Innenrohr und Außenmantel aufgenommen werden. Der Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff erstreckt sich dabei bis zum zylinderkopfseitigen Ringflansch des Innenrohres. Durch das Vorsehen mehrerer Lagen unterschiedlich ausgerichteter Verstärkungs-50 fasern, vorzugsweise Kohlenstofffasern, kann der Außenmantel des Zylindermantels in einfacher Weise an die jeweiligen Belastungsanforderungen angepaßt werden. Mit dem Wegfall von Zugankern werden somit besonders leichte Druckzylinder möglich, die trotz der leichten Bauweise für eine Hochdruckhydraulik eingesetzt werden können. 55 Das Innenrohr kann in an sich bekannter Weise aus Metall, aber auch aus einem Polyether- 3 AT 502 447 B1 etherketon (PEEK) bestehen, weil in beiden Fällen nicht nur die axialen Zugkräfte im Verbund mit dem Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff aufgenommen werden können, sondern auch der Außenmantel vor einer unmittelbaren Belastung durch das Hydraulikmittel geschützt wird, so daß die Festigkeitseigenschaften des faserverstärkten Kunststoffes nicht durch in Mikroporen eindringendes Hydraulikmittel beeinträchtigt werden können.

Besonders günstige Anbindungsverhältnisse für den Zylindermantel an den Zylinderboden ergeben sich, wenn der Außenmantel aus Kunststoff mit dem Zylinderboden schubfest verbunden wird und den Zylinderboden stirnseitig übergreift, so daß die axiale Krafteinleitung in den Außenmantel nicht ausschließlich über die Schubkräfte zwischen dem Innenrohr und dem Außenmantel erfolgt. Die schubfeste Verbindung zwischen dem Außenmantel aus faserverstärktem Kunststoff mit dem Innenrohr bzw. dem Zylinderboden kann in einfacher Weise durch eine Klebeschicht erreicht werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird ein erfindungsgemäßer Zylinder für Hochdruckhydraulik in einem vereinfachten Längsschnitt gezeigt.

Der dargestellte Zylinder weist einen Zylinderboden 1, einen Zylinderkopf 2 sowie einen zwischen Zylinderboden 1 und Zylinderkopf 2 verlaufenden Zylindermantel 3 auf. Der Zylindermantel 3 wird durch einen Verbundkörper aus einem dünnwandigen, metallischen Innenrohr 4 und einem mit dem Innenrohr 4 schubfest verbundenen Außenmantel 5 aus faserverstärktem Kunststoff gebildet. Zur Faserverstärkung werden dabei vorzugsweise Kohlenstofffasern eingesetzt. Die Auswahl des Kunststoffes erfolgt naturgemäß in Abhängigkeit von den jeweiligen Belastungsanforderungen.

Das Innenrohr 4 weist auf der Seite des Zylinderbodens 1 einen verdickten Anschlußabschnitt 6 mit einem Gewinde 7 auf, mit dessen Hilfe das Innenrohr 4 zugfest mit dem Zylinderboden 1 verbunden ist. Auf der Zylinderkopfseite ist das Innenrohr 4 ebenfalls mit einem verdickten Endabschnitt 8 versehen, der jedoch einen stirnseitigen Ringflansch 9 bildet. Dieser Ringflansch 9 wird von einer auf dem Zylinderkopf 2 schraubverstellbar gelagerten Überwurfmutter 10 Übergriffen, so daß durch die Überwurfmutter 10 eine zugfeste Verbindung mit dem Zylinderkopf 2 hergestellt wird, der nach dem Lösen der Überwurfmutter 10 vom Zylindermantel 3 abgenommen werden kann.

Der Außenmantel 5 aus faserverstärktem Kunststoff erstreckt sich im Bereich des Endabschnittes 8 des Innenrohres 4 bis zum Ringflansch 9 und wird daher von der Überwurfmutter 10 umschlossen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Innenrohres 4 ist der Außenmantel 5 über den verdickten Endabschnitt 6 hinaus verlängert und übergreift den Zylinderboden 1 stirnseitig, wodurch die axiale Anbindung des Zylindermantels 3 an den Zylinderboden 1 vorteilhaft unterstützt wird, insbesondere dann, wenn der Außenmantel 5 auch mit dem Zylinderboden 1 durch eine Klebeschicht schubfest verbunden wird.

Da die Anschlüsse 11 und 12 für das Hydraulikmittel durch den Zylinderboden 1 und den Zylinderkopf 2 geführt sind, wird die Belastbarkeit des Zylindermantels 3 durch diese Anschlüsse 11 und 12 nicht beeinträchtigt. Über den Zylindermantel 3 werden die radialen und axialen Druckkräfte aufgenommen, wobei das metallische Innenrohr 4, das vorzugsweise aus einem korrosionsfesten Stahl besteht, den Außenmantel 5 aus Kunststoff vor einer unmittelbaren Belastung durch das Hydraulikmittel schützt, so daß eine allenfalls vorhandene Mikroporosität des faserverstärkten Kunststoffes zu keiner Festigkeitseinschränkung aufgrund einer unmittelbaren Druckbelastung durch das Hydraulikmittel führt.

Das Innenrohr 4 kann auch aus Kunststoff gefertigt sein, und zwar aus einem Polyetheretherketon. Auch in diesem Fall wird das Innenrohr 4 mit dem Zylinderboden verschraubt, um eine sichere axiale Anbindung zu erreichen. Zusätzlich kann das Innenrohr 4 mit dem Zylin-

Claims

4 AT 502 447 B1 derboden verklebt werden. Der Kolben 13 mit der Kolbenstange 14 können ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sein, was jedoch nicht zwingend ist. Bei der Ausformung der Kolbenstange 14 aus 5 Kunststoff empfiehlt sich allerdings eine metallische Beschichtung, um die Dichtungsbedingungen für eine Hochdruckhydraulik zu verbessern. Patentansprüche: 10 1. Zylinder für Hochdruckhydraulik mit einem zwischen einem Zylinderboden (1) und einem Zylinderkopf (2) verlaufenden Zylindermantel (3) aus einem Innenrohr (4) und einem auf das Innenrohr (4) aufgebrachten Außenmantel (5) aus faserverstärktem Kunststoff, wobei das mit dem Zylinderboden (1) verschraubte, mit dem Außenmantel (5) schubfest verbun- 15 dene Innenrohr (4) des Zylindermantels (3) zugfest am Zylinderkopf (2) angreift, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Außenmantel (5) aus faserverstärktem Kunststoff zylinderkopfseitig bis zu einem stirnseitigen Ringflansch (9) des Innenrohres (4) erstreckt und daß der Zylinderkopf (2) eine den Ringflansch (9) übergreifende Überwurfmutter (10) trägt.
2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (4) in an sich be kannter Weise aus Metall, vorzugsweise Stahl, besteht.
3. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (4) aus Polyetheretherketon besteht. 25
4. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schubfest mit dem Zylinderboden (1) verbundene Außenmantel (5) aus faserverstärktem Kunststoff den Zylinderboden (1) stirnseitig übergreift.
5. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenman tel (5) aus faserverstärktem Kunststoff mit dem Innenrohr (4) durch eine Klebeschicht schubfest verbunden ist. 35 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 40 45 50 55