CN118647804A - 具有压力介质溢流的工作缸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有压力介质溢流的工作缸，其中，活塞具有带密封件的第一内环槽和带弹性地贴靠在缸筒内壁上的活塞环的第二内环槽，活塞环具有活塞环间隙，其中密封件在第一内环槽中具有轴向运动间隙，其中缸筒在缸筒内壁上具有凹部，凹部轴向布置，使得在活塞的在第一封闭件处的端部位置中，所述凹部与第一内环槽相对地定位，其中工作缸构造用于一种溢流运行状态和一种往复运行状态，并且其中在所述溢流运行状态下，活塞定位在第一封闭件处的一端部位置中，密封件借助压力加载定位在其轴向运动间隙的朝向第一封闭件的远侧的间隙端部位置中，并且密封件的径向边界与凹部之间的溢流截面打开并且溢流通道打开，以及其中在往复运行状态下，密封件借助压力加载定位在与远侧的间隙端部位置对置的近侧的间隙端部位置中并且溢流截面与溢流通道是关闭的。

Description

具有压力介质溢流的工作缸

技术领域

本发明涉及一种双作用液压工作缸，所述工作缸在工作腔之间在优选活塞的两个端部位置中具有压力介质溢流。

背景技术

根据现有技术，已知在工作缸中允许在活塞的一个或两个端部位置中的压力介质溢流的解决方案。这基于对特定应用的需求，例如在主从系统或者具有液压蓄能器的系统中，压力介质从其中一个压力腔转移到另一个压力腔，以便例如补偿泄流损失或者提供压力补偿。

在此，在现有技术中，例如已知布置在工作缸的活塞中的阀门系统，这种阀门系统具有弹簧加载的带挺杆的阀体。在活塞的往复位置中，阀体未被操纵并且是关闭的。如果活塞到达端部位置，那么打开相应的阀体，其方式为，挺杆与缸筒的封闭件的内侧发生压力接触并且操纵阀体，从而压力介质可以从加载压力的工作腔溢流到另外的工作腔。

文献DE 3013381C2描述了这种解决方案。在这里，在工作活塞中布置两个能通过挺杆操纵的阀门，两个阀门分别在缸筒的封闭件处在活塞的相应的端部止挡前不远处被激活，以便连接工作腔与回流接口，从而防止构件损坏。

由文献DE 8324442U1得出，在具有液压蓄能器的用于压力补偿的双作用活塞-缸单元中布置活塞杆，在活塞中布置止回阀和活塞中的内部连接管路。在通过工作缸的主接口加载压力介质时，在活塞的回缩的端部位置中，实现液压蓄能器的充能和活塞腔与活塞杆腔之间的压力介质损失的补偿。

在文献DE 1279908A中，已知一种双作用液压升降缸，具有在两侧突出于活塞的阀杆。这些阀杆长度不同，借此，在活塞到达相应的端部位置时，在工作腔之间实现两级压力补偿。

在文献DE 2245129A中公开了由挺杆控制的阀门在工作缸的活塞中的另一种布置。在活塞的端部位置附近，相应的挺杆与封闭件的内壁接触并打开阀门，工作缸的两个工作腔彼此连接，由此随着压力介质的溢流实现压力补偿。

文献DE 102005008070A1的主题是一种液压缸，其活塞具有用于工作腔之间的压力补偿的阀门组件。这些阀门在活塞的端部位置附近同样借助挺杆打开，从而压力介质可以在液压缸的工作腔之间溢流。

所有提到的工作缸的活塞中的阀门组件具有构造对称的阀门组件，它们借助挺杆在到达活塞的相应的端部位置之前不远处使以弹簧预载的阀体从其位置升起，建立起工作腔之间的连接，并且为了压力补偿而进行压力介质的溢流。

结构决定的成本和相对较小的用于压力介质溢流的截面以及阀门构件的由于空间实际情况而存在于活塞中的安装空间限制了所描述的解决方案的可能的使用范围。

文献EP 3610160B1描述了比马赫国际工程公司的一种新的解决方案，具有双作用溢流阀，其允许精确设定溢流截面。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种结构有利的解决方案，用于在可限定的位置中的(尤其在活塞的端部位置中的)双作用液压工作缸的工作腔之间的可限定的压力介质溢流，该解决方案具有高运行安全性和低磨损。

该任务通过权利要求1中所列的特征来解决。优选的扩展方案由从属权利要求得出。

按照本发明的工作缸具有压力介质溢流，按照类型具有缸筒、第一和第二封闭件、内部空间、第一和第二工作空间、第一和第二压力介质接口和活塞单元。

这是一种通过压力流运行的工作缸，提供了活塞单元的线性运动。优选，工作缸构造为液压缸。这种液压缸尤其可以作为差动工作缸、同步缸或者以其他构造存在。

工作缸的内部空间通过缸筒和两个封闭件构造。压力介质通过两个压力介质接口根据运行状态导入缸中或者从缸中导出。第一压力介质接口分配给第一工作腔，并且第二压力介质接口分配给第二工作腔。压力介质接口在外侧提供了尤其用于液压软管或者液压管路的连接可能。

活塞单元包括活塞和活塞杆，两者在一条纵轴线上彼此形锁合或力锁合地连接。活塞单元也可以构造为一体的。活塞布置在内部空间中并且沿着缸的纵轴线运动。该活塞在那里将内部空间分成第一和第二工作腔。活塞单元的活塞杆穿过构造为导向封闭件的封闭件并且提供了在内部空间之外把力传递给组件的可能。

在活塞的作为相对于缸筒内表面的滑动面的外表面上，活塞具有环绕的第一内环槽。在所述第一内环槽中布置有密封件，该密封件贴靠在缸筒的缸筒内壁上并且使第一和第二工作腔彼此分隔并且相对于彼此密封。

通过压力介质在工作腔中的交替的流入或流出，活塞单元执行往复运动，其中，在往复运动期间，密封件通过其在缸筒内壁上的滑动也使工作腔保持分隔。

按照本发明，具有压力介质溢流的工作缸尤其以随后的说明突出。

按照本发明，第一内环槽中的密封件具有轴向的运动间隙。这意味着，密封件由第一内环槽的宽度限定，可以在第一内环槽中占据轴向上不同的位置。

活塞还具有环绕的第二内环槽和布置在其中的活塞环。活塞环弹性地贴靠在缸筒内壁上。按照本发明，活塞环具有活塞环间隙，从而活塞环间隙形成开口截面。

按照本发明，缸筒还在缸筒内壁上具有凹部，凹部这样轴向布置，使得在活塞的在第一封闭件处的端部位置中，凹部与第一内环槽相对地定位。凹部优选可以是深度很小的简单的孔。此外，其他构造也是可能的，比如楔形槽、半圆形槽、螺旋槽或者其他凹形几何结构。在此，凹部始终这样构造和定位，使得凹部在正好与第一内环槽对置时根据密封件的与运动间隙相关的轴向位置提供用于压力介质的开口截面，该开口截面随后被称为溢流截面。

此外，工作缸构造用于溢流运行状态和往复运行状态。

在溢流运行状态下，活塞在轴向上定位在第一封闭件处的端部位置中。在溢流运行状态下，这是由第二工作腔操纵的冲程的冲程末端位置。

在溢流运行状态下，密封件借助第二工作腔的压力加载定位在其轴向运动间隙的朝向第一封闭件的远侧的间隙端部位置中。在此产生溢流截面，该溢流截面在密封件的径向边界与凹部之间打开。此外，得到溢流通道，从第二压力介质接口经过第二工作腔、经过溢流截面和活塞环间隙、沿着第一工作腔延伸至第一压力介质接口。在此，本发明涵盖了溢流截面与活塞环间隙的任意的串联布置，无论溢流通道中的压力介质是首先流经溢流截面、接着流经活塞环间隙还是反过来。

对于本发明重要的是，活塞环间隙在溢流截面中构成用于压力介质的节流截面并且以此在溢流截面处减轻密封件的负荷。

在往复运行状态下，活塞处于冲程末端位置之外。

在往复运行状态下，存在第一工作腔的压力加载。密封件借助第一工作腔的压力加载定位在与远侧的间隙端部位置对置的近侧的间隙端部位置中。在此，溢流截面关闭并且溢流通道因此关闭。因此，在冲程开始位置已经实现完全密封并且允许在没有压力流量损失的情况下从冲程开始位置移出。

通过压力介质在活塞的冲程末端位置的溢流并且结合活塞环的限定的环间隙，得到受限的压力介质溢流。

由此，作为一个优点，在到达端部位置时，整个液压系统中的压力不会突然冲向最大液压压力，从而减轻整个设备的负荷。

作为另一个优点，溢流截面处的流动状态通过作为节流阀串联作用的活塞环间隙缓解。一方面，相对敏感的密封件(形成溢流截面的壁的一部分)受到直接保护，从而与溢流截面本身必须施加节流效果相比，磨损明显更小。其次，减小了压力介质在溢流截面压力流动时的压力波动和剪切载荷。

借此，尤其有利地避免了根据现有技术可能的柴油效应。在柴油效应的情况下，由于压力峰值高并且经常与压力介质中的空化作用配合，在气泡中形成的气-油气溶胶这样被压缩，使得气泡中的油颗粒由于过热而自燃和燃烧。除了压力介质过早老化之外，负面影响也包括液压设备本身的可能的损坏。

在本发明中，由于压力介质的起泄压作用的溢流可能性，排除了这种效应。此外，将压力介质流经的设备部件的磨损最小化。

即使在布置有多个尺寸相同的并联工作缸的情况下，也可以有利地保证所有缸到达端部位置。由于衰减、摩擦、制造公差或者其他干扰造成的并联工作缸的微小的运动速度可以通过溢流补偿，并且所有缸都到达端部位置。

此外，按照本发明的具有压力介质溢流的工作缸也可以作为主从布置中的主缸，确保主缸和从缸的按规定的运行方式。

按照根据权利要求1所述的具有压力介质溢流的工作缸的一种有利的扩展方案，其突出之处在于，缸筒在缸筒内壁上具有另一凹部。所述凹部这样轴向布置，使得在活塞环的一个端部位置中，该凹部在第二封闭件处与第一内环槽相对地定位。因此，工作缸构造用于另外的溢流运行状态和另外的往复运行状态。在所述另外的溢流运行状态下，活塞定位在第二封闭件处的端部位置中。密封件借助第一工作腔的压力加载定位在其轴向运动间隙的朝向第二封闭件的远侧的间隙端部位置中。另外的溢流截面在密封件的径向边界与另外的凹部之间打开。由此得到另外的溢流通道，从第一压力介质接口、经过第一工作腔、进一步经过另外的溢流截面和活塞环间隙、经过第二工作腔直至第二压力介质接口延伸打开。

在另外的往复运行状态下，密封件借助第二工作腔的压力加载定位在与另外的远侧的间隙端部位置对置的另外的近侧的间隙端部位置中。在此，另外的溢流截面和另外的溢流通道是关闭的。

在本申请中，远侧和近侧的位置说明基于运行状态。远侧是指从相应的端部位置看轴向向外的方向。

按照所述扩展方案，工作缸由于在对置的端部位置中在缸筒内壁处的另外的凹部而具有如下优点：在两个端部位置中均能实现溢流。对一种溢流运行状态的说明内容以及对一种往复运行状态的说明内容以相应的方式适用于另一种溢流运行状态和另一种往复运行状态。

以此，在权利要求1中提到的压力介质溢流的优点不仅可以用于活塞的移出状态也可以用于活塞的移入状态。尤其，因此保证多个并联缸的或者主从布置中的缸的并行移入和移出，直至到达所有缸的端部位置。

按照根据前述权利要求之一所述的具有压力介质溢流的工作缸的另一种有利的扩展方案，其突出之处在于，活塞环间隙的横截面小于上述溢流截面或所述另外的溢流截面。

可以由此使压力介质的压力对使用的密封件造成的负荷最小化。由活塞环的限定的环间隙限制压力，减轻了密封件的负荷，因为在密封件处溢流时，压力介质只在很小的程度上剪切。由于剪切力小，使溢流时密封件的摩擦和温度变化最小化。这又使密封件的使用寿命增加并且保证了保持恒定的溢流特性。由于活塞环间隙的节流作用而在活塞环处产生的可能的更高负荷都是无害的，因为它是一个坚固的构件。可以有利地通过活塞环间隙相当精确地以结构上简单的方式调整流量。

尤其，可以提供切换阀所需的较小流量。这对于在液压操纵的切换阀的情况下触发切换过程可以是必需的。因此，基于受控的压力介质溢流，保证了阀门的可靠的切换过程。

按照根据前述权利要求之一所述的具有压力介质溢流的工作缸的另一有利的扩展方案，其突出之处在于，凹部或另外的凹部构造为冷成型压花段。

为了优化缸筒在制造时的处理成本并且使之低廉，可以将凹部作为冷成型的压花置入。这还具有如下优点：在缸筒中不会留下金属屑或生产毛刺，这都可能在运行时导致密封件的损坏。按照该扩展方案，额外提高了密封件的使用寿命。通过借助凹部处的截面减小处额外压缩材料结构，可以使缸筒的强度保持恒定。可以有利地使用缸筒的相对较小的外壳厚度。根据该扩展方案，可以有利地省去由于切削构造的凹部造成的衰减而提供的任何其他可能的附加物。

附图说明

借助以下附图将本发明作为实施例详细阐述：

图1示出具有压力介质溢流的工作缸的示意性剖视图；

图2示出运行状态的示意图；

图3示出作为溢流运行状态下的细节视图的示意性剖视图——细节A.1；

图4示出作为往复运行状态下的细节视图的示意性剖视图——细节A.2；

图5示出作为另外的溢流运行状态下的细节视图的示意性剖视图——细节B.1；

图6示出作为另外的往复运行状态下的细节视图的示意性剖视图——细节B.2。

具体实施方式

在此，各图中相同的附图标记均表示相同的特征或构件。这些附图标记在说明书中也是类似的，如果在相关的图中没有示出的话。

图1以示意性剖视图示出具有压力介质溢流的工作缸的一个实施例。在该实施例中，工作缸处于有利的改进方案中，其中可以在两个端部位置中溢流。

画出的工作缸具有缸筒1，该缸筒在轴向上分别由两个封闭件3、4限制，该缸筒构造有内部空间2。在该实施例中，第一封闭件3构造为底部封闭件，并且第二封闭件4构造为导向封闭件。

活塞单元9包括活塞杆9.2和活塞9.1。活塞9.1线性可动地放在内部空间2中。在此，活塞9.1将工作缸的内部空间2分成两个工作腔5、6，压力介质根据往复方向流入这两个工作腔或者从这两个工作腔排出。密封件11将两个工作腔5、6彼此密封地隔开。压力介质流入相应的工作腔5、6或者从相应的工作腔流出通过分别分配给工作腔5、6的压力介质接口7、8实现。第一压力介质接口7分配给第一工作腔5(这里为活塞腔)，并且第二压力介质接口8分配给第二工作腔(这里为活塞杆腔)。

在活塞9.1的第一内环槽10中布置有密封件11，该密封件在这里构造为弹性体制成的O形环。第一内环槽10的轴向宽度大于密封件11的宽度，从而密封件11能在轴向上移动。

活塞9.1还具有第二内环槽12。其中装配有活塞环13。活塞环13具有活塞环间隙13.1，作为压力介质的溢流可能性。

在缸筒1的朝向第一封闭件3的端部部段中，在缸筒内壁1.1中存在凹部14。在缸筒的分配给封闭件4的对置的端部部段上，装有另外的凹部15。根据活塞9.1的运动方向，在冲程末端处通过密封件11相对于凹部14或另外的凹部15的定位提供压力介质的溢流可能性。

图2以示意性的流程图片顺序示出工作缸的不同的运行状态。在此，同时示出了标为A和B的放大局部的配置。

如果活塞移动到端部位置，则密封件11移动经过缸筒内壁1.1中的凹部14、15。因此，对于压力介质，得到通过凹部14、15在两个工作腔5、6之间溢流的可能性。如果压力介质的流入方向变化，从而工作缸的往复运动反向，那么密封件11在第一内环槽10中移动。由此，密封件11利用其径向外边界再次环绕地贴靠在缸筒内壁1.1上并且工作腔5、6再次相对于彼此密封。活塞9.1的往复运动在没有压力介质溢流的情况下继续进行，直到下一个端部位置。

详细来说，这随后借助图3至图6以活塞9.1和缸筒内壁1.1的局部的示意性剖视图示出，该局部位于活塞环13与相应的凹部14、15上的密封件11的区域中。在此，图3和图4与第一封闭件3处的冲程末端位置有关，并且图5和图6与封闭件4处的另外的冲程末端位置有关。图3和图5示出两种溢流运行状态。图4和图6分别示出两种往复运行状态的开始。

图3以细节A.1示出溢流运行状态下的工作缸。活塞9.1处于第一封闭件3处的端部位置中。

密封件11轴向可动地放在第一内环槽10中。由第二工作腔6中的超压决定的是，密封件11在这里在朝向第一封闭件3的远侧的间隙端部位置贴靠在第一内环槽11的远侧侧壁上。在图3至图6中，通过第一内环槽10的自由运动空间中的三个平行箭头示出超压。

压力介质可以通过活塞环13的活塞环间隙13.1并且随后通过径向上构造在密封件11与凹部14之间的溢流截面14.1溢流到第一工作腔5中。这代表溢流通道。在此，压力介质通过活塞环间隙13.1的限定的截面节流并且密封件11的负荷被减轻。

图4以细节A.2示出往复运行状态。在这里，往复运行状态处于开始时。活塞9.1仍处于第一封闭件3处的端部位置。压力介质通过第一压力介质接口7流入第一工作腔5。通过超压，密封件11朝向第二封闭件4轴向移动并且被压到第一内环槽10的近侧侧壁上。由此，密封件11的径向外边界不再直接在轴向上对着凹部14贴靠，而是至少局部再次贴靠在缸筒内壁1.1上。借此，两个工作腔5、6再次密封分隔，并且冲程可在无溢流的情况下执行。

图5以细节B.1示出另外的溢流运行状态下的工作缸。活塞9.1处于第二封闭件4处的端部位置。通过第一工作腔5中的超压，密封件11在这里在朝向第二封闭件4的远侧的间隙端部位置贴靠在第一内环槽11的在该方向上的远侧侧壁上。

密封件在轴向上对着另外的凹部15，从而径向外边界在那里不再到达缸筒内壁四周，并且另外的溢流截面15.1形成。

压力介质可以通过在径向上构造在密封件11与凹部15之间的另外的溢流截面15.1并且随后通过活塞环13的活塞环间隙13.1从第一工作腔5溢流到第二工作腔6。这代表另外的溢流通道。即使溢流方向反向，压力介质仍通过活塞环间隙13.1的限定的截面节流并且密封件11的负荷被减轻。

图6以细节B.2示出另外的往复运行状态。在这里，所述另外的往复运行状态处于开始时。活塞9.1仍处于第二封闭件4处的端部位置。压力介质通过第二压力介质接口8流入第一工作腔6。通过超压，密封件11朝向第一封闭件3轴向移动并且被压到第一内环槽10的近侧侧壁上。由此，密封件11的径向外边界不再直接在轴向上对着另外的凹部15贴靠，而是至少局部再次贴靠在缸筒内壁1.1上。借此，两个工作腔5、6再次密封分隔，并且冲程可在无溢流的情况下执行。

1 缸筒

1.1 缸筒内壁

2 内部空间

3 第一封闭件

4 第二封闭件

5 第一工作腔

6 第二工作腔

7 第一压力介质接口

8 第二压力介质接口

9 活塞单元

9.1 活塞

9.2 活塞杆

10 第一内环槽

11 密封件

12 第二内环槽

13 活塞环

13.1 活塞环间隙

14 凹部

15 另外的凹部

Claims (4)

1.具有压力介质溢流的工作缸，

具有缸筒(1)、第一和第二封闭件(3、4)、内部空间(2)、第一和第二工作腔(5、6)、第一和第二压力介质接口(7、8)和活塞单元(9)，

其中，内部空间(2)由缸筒(1)和封闭件(3、4)构造，

其中，第一压力介质接口(7)分配给第一工作腔(5)，并且第二压力介质接口(8)分配给第二工作腔(6)，

其中，活塞单元(9)具有布置好的活塞(9.1)和活塞杆(9.2)，并且活塞(9.1)布置在内部空间中，在那里构造第一和第二工作腔(5、6)并且具有环绕的第一内环槽(10)以及布置在第一内环槽(10)中的密封件(11)，所述密封件贴靠在缸筒(1)的缸筒内壁(1.1)上并且使第一和第二工作腔(5、6)彼此分隔，

其特征在于，

密封件(11)在第一内环槽(10)中具有轴向运动间隙，

活塞(9.1)具有环绕的第二内环槽(12)以及布置在第二内环槽(12)中的活塞环(13)，所述活塞环弹性地贴靠在缸筒内壁(1.1)上并且具有活塞环间隙(13.1)，

缸筒(1)在缸筒内壁(1.1)上具有凹部(14)，所述凹部轴向布置，使得在活塞(9.1)的在第一封闭件(3)处的端部位置中，所述凹部与第一内环槽(10)相对地定位，

工作缸构造用于一种溢流运行状态和一种往复运行状态，

并且，在所述溢流运行状态下，活塞(9.1)定位在第一封闭件(3)的一端部位置中，密封件(11)借助第二工作腔(6)的压力加载定位在密封件的轴向运动间隙的朝向第一封闭件(3)的远侧的间隙端部位置中，并且密封件(11)的径向边界与凹部(14)之间的溢流截面(14.1)打开，并且从第二压力介质接口(8)、经过第二工作腔(6)、经过溢流截面(14.1)和活塞环间隙(13.1)、经过第一工作腔(5)直至第一压力介质接口(7)的溢流通道是打开的，

以及在往复运行状态下，密封件(11)借助第一工作腔(5)的压力加载定位在与远侧的间隙端部位置对置的近侧的间隙端部位置中，并且溢流截面与溢流通道是关闭的。

2.根据权利要求1所述的具有压力介质溢流的工作缸，其特征在于，

缸筒(1)在缸筒内壁(1.1)上具有另外的凹部(15)，所述另外的凹部轴向布置，使得所述另外的凹部在活塞(9.1)的在第二封闭件(4)处的一端部位置中与第一内环槽(10)相对地定位，工作缸构造用于另外的溢流运行状态和另外的往复运行状态，并且在所述另外的溢流运行状态下，活塞(9.1)定位在第二封闭件(4)处的一端部位置中，密封件(11)借助第一工作腔(5)的压力加载定位在密封件的轴向运动间隙的朝向第二封闭件(4)的远侧的间隙端部位置中，并且密封件(11)的径向边界与另外的凹部(15)之间的另外的溢流截面(15.1)打开，并且从第一压力介质接口(7)、经过第一工作腔(5)、经过另外的溢流截面(15.1)和活塞环间隙(13.1)、经过第二工作腔(6)直至第二压力介质接口(8)的另外的溢流通道是打开的，

以及在另外的往复运行状态下，密封件(11)借助第二工作腔(6)的压力加载定位在与另外的远侧的间隙端部位置对置的另外的近侧的间隙端部位置中，并且另外的溢流截面(15.1)与另外的溢流通道是关闭的。

3.根据上述权利要求之一所述的具有压力介质溢流的工作缸，

其特征在于，

活塞环间隙(13.1)的横截面小于溢流截面(14)或者另外的溢流截面(15)。

4.根据上述权利要求之一所述的具有压力介质溢流的工作缸，

其特征在于，

凹部(14)或者另外的凹部(15)构造为冷成型压花段。