气缸、尤其是高压气缸的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种气缸、尤其是高压气缸，所述气缸的气缸套(1)具有活塞杆(9)，该活塞杆被引导穿过密封装置(13)，所述密封装置将在气缸套(1)的压力腔(23)中存在的气压相对于环境压力密封，其特征在于，密封装置(13)在至少一个与压力腔(23)相邻的密封元件(31)和至少一个另外的与压力腔(23)较远离的密封元件(35)之间具有压力油腔(33)，借助供应装置(51)能将油在一压力下压入所述压力油腔中，该压力等于或高于在气缸套(1)的压力腔(23)中相应存在的气压。
【专利说明】气缸、尤其是局压气缸
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气缸、尤其是高压气缸，所述气缸的气缸套具有活塞杆，该活塞杆被引导穿过密封装置，该密封装置将在所述气缸套的压力腔中存在的气压相对于环境压力密封。
【背景技术】
[0002]这样的气缸作为一种柱塞缸能够尤其有利地作为能量存储器缸体使用在用于能量回收的装置中。如示例性地在文献DE102008034582A1中示出的，在这样的应用中，气缸的活塞杆与所属的作业设备的可运动元件连接。所述可运动元件可以例如是挖土机的或用于材料转移或类似操作的机器的悬臂。在所述可运动元件下降时，所述可运动元件和与其连接的负载的势能借助气缸存储，以便在可运动元件向上运动时至少部分地再次补偿相应的配备重量。
[0003]在运行中在压力腔中存在高压力的情况下，气压相对于环境空气的密封即使在涉及相对大分子的工作气体如N2的情况下也非常困难。用通常的密封系统阻止气体损耗几乎不可能。
【发明内容】
[0004]关于该问题，本发明的任务在于，提供一种针对气体损耗提供提高的安全性的气缸。
[0005]按照本发明该任务通过一种整体上具有权利要求1的特征的气缸解决。
[0006]据此本发明的显著特点在于，密封装置具有多个按照作用彼此设置于下游的密封元件，其中在一个较靠近压力腔的密封元件和一个较远离压力腔的密封元件之间形成油压力腔，借助供应装置可将油在一压力下压入所述油压力腔中，所述压力等于或高于在气缸套的压力腔中相应存在的气压。由此与压力腔相邻的密封元件将工作气体不是相对于环境空气、而是相对于处于相同的压力水平的油密封，而处于油压力腔中的高压油借助所述另外的密封元件相对于环境密封。因此密封任务分成两个分别可控制的子任务，从而实现防止气体损耗的最大可能的安全性。
[0007]在按照本发明的气缸布置结构的一种特别优选的实施形式中，活塞杆具有在气缸套中可运动的移动元件，从而活塞杆在相对置的端部区域上在气缸套内被可靠地引导和支承。这样无阻碍的运行是可能的。
[0008]在特别有利的实施例中，设置如下布置结构，即:密封装置的密封元件和处于各密封元件之间的油压力腔彼此以固定的位置关系设置。由此密封装置的整体能够在统一的、形成气缸套的固定组成部分的构件中实现。
[0009]特别有利地，用于油压力腔的供应装置可以具有液压存储器，该液压存储器的包含密封油的油侧可与压力油腔连通并且该液压存储器的气体侧可与气缸套的压力腔连通。由此以有利的方式将压力腔中的气压用于油压力腔的压力供应，这导致供应装置的特别简单的和运行安全的构造。
[0010]在有利的实施例中，供应装置具有油接头，通过所述油接头密封油可向液压存储器的油侧再填充，其中优选设置用于在运行中进行密封油量监控的装置。对此可以设置至少一个压力传感器，所述压力传感器发送在密封装置的油压力腔中存在的油压的信号。
[0011]供应装置的液压存储器可以以有利的方式以活塞式存储器的形式构成。
[0012]活塞式存储器的利用实现如下有利的可能性，S卩，为了朝油侧的方向运动将活塞式存储器的活塞机械预张紧、例如借助弹簧装置预张紧。在压力腔的在活塞式存储器的气体侧上存在的气压存在于气缸空间中的情况下，基于存储器活塞的机械预应力在油压力腔中产生对应的较高的压力水平，由此相对于气压密封的密封元件以有利的方式被对应地压力支承。
[0013]在特别有利的实施例中，活塞式存储器集成到气缸套的包含密封装置的端盖部件中，使得存储器缸体以其气体侧朝气缸套的压力腔那边开口。由此气缸连同通过油压支承的密封装置和所属的供应装置形成没有外部附加成套设备的封闭的结构单元。
[0014]所述布置结构可以以特别的优点如下设置:存储器缸体在端盖部件中通过邻接压力腔的环形空间形成，所述环形空间包围活塞杆并且包含环形活塞。由此在气缸套和其端盖部件的外部尺寸给定的情况下以有利的方式可为活塞式存储器提供大的体积并且借此可为供应油压力腔提供大的油储备。
[0015]在设置在其内端部上朝气缸套的压力腔开口的、杆管形式的空心的活塞杆的实施例中，一方面可提供大的气体体积。另一方面在气缸的外部尺寸和行程长度给定的情况下，在伸出状态中的全部气体体积以及通过移动运动可实现的体积变化通过设置活塞杆的直径(内径和外径)的和气缸套的尺寸可自由调节。由此以有利的方式可以影响气缸的力_行程_特性曲线。
[0016]在特别有利的实施例中，移动元件在活塞杆的端部上具有活塞状的导向部件。所述导向部件可以具有气体排出口，所述气体排出口在选择小的通过横截面的情况下在移动运动时具有节流作用或在对应大面积的结构时在移动运动时不发挥节流作用，从而移动元件在气缸套的内侧上单纯实现导向功能。
[0017]所述导向部件可以非圆形地并且这样构成，使得其仅利用各角区域在气缸套的壁上被引导，其中在各角区域上和/或在内壁上可以设置滑动导向装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]接着借助在附图中示出的实施例详细解释本发明。附图示出:
[0019]图1按照本发明的气缸的一种实施例的示意性简化表示的纵剖面；
[0020]图1A在图1中以点划线表征的区域的放大表示的部分视图；
[0021]图2气缸的第二实施例的示意性简化表示的纵剖面；
[0022]图2A在图2中以点划线表征的区域的放大表示的部分视图；
[0023]图3气缸的另一种实施例的不意性简化表不的纵剖面；
[0024]图3A在图3中以点划线表征的区域的放大表示的部分视图；
[0025]图4另一种实施例的仅气缸套的具有密封装置的端盖部件的示意性简化的且放大表示的部分纵剖面；[0026]图5另一种实施例的气缸的不意性简化表不的纵剖面；
[0027]图5A和5B在图5中以点划线表征的区域的两个备选设计的放大视图；
[0028]图6气缸的另一种实施例的示意性简化的纵剖面；
[0029]图7对应于图6的剖切线VI1- VII的剖面图；
[0030]图8按照本发明的气缸的另一种实施例的示意性简化表示的纵剖面，其中没有移动元件；
[0031]图9用于气缸的密封解决方案的纵剖面，其中与按照图8的图示相比，环形活塞直接贴靠在空心圆柱形的活塞杆的外周上；
[0032]图10按照本发明的气缸的另一种实施例的示意性简化表示的纵剖面，其中活塞杆的作为活塞顶构成的移动元件具有用于流体控制的节流阀和止回阀；以及
[0033]图11用于密封系统的活塞位置的监控装置的原理示意图，其优选通过超声传感器实现。
【具体实施方式】
[0034]在图1中示出的实施例具有气缸套I，在该气缸套的封闭的端部3上设有轴承孔
5。在对置的端部上,气缸套I具有气缸端盖部件7,该气缸端盖部件形成密封的、用于活塞杆9的引导通过部，在所述活塞杆的外端部上设有轴承孔11。活塞杆9相对于端盖部件7的密封借助密封装置13进行。活塞杆9具有圆柱形的空心体的形状，从而形成管，所述管在其内端部15上朝气缸套I的压力腔17那边开口。压力腔17 (通过未示出的填充接头)被处于高压力下的工作气体例如N2填充。在活塞杆9的开口的端部15上设有活塞状的导向部件19，所述导向部件在活塞杆9运动时在气缸套I的内壁上被引导。在导向部件19中设有通道21，各通道将压力腔17与作为压力腔17的部分容积的、包围活塞杆9的环形空间23连通。形成活塞杆9的管的内部作为另外的部分容积提供。
[0035]如从图1A的部分视图可清楚得出的，密封装置13多件式地构造。为此目的，在端盖部件7中构成三个沿轴向方向彼此错开的环形槽25、27和29，各环形槽包围活塞杆9。在最靠近环形空间23的环形槽25中设有第一密封元件31。沿轴向方向接着的环形槽27形成油压力腔33。在最远离环形空间23的环形槽29中设有第二密封元件35。
[0036]油压力腔33用于接纳高压油，所述高压油处于至少等于在气缸套I中存在的气压的压力下。在当前情况中，为了供应油压力腔33而设置液压存储器37形式的供应装置，该液压存储器的油侧39通过连接部41直接与油压力腔33连通。液压存储器37的气体侧43通过连接部45与气缸套I的环形空间23连通。由此液压存储器37被在气缸套I中存在的气压预张紧，从而液压存储器37在油压力腔33中维持对应的油压。由此，第一密封元件31在该密封元件31上存在的压力等压的情况下将气体相对于油密封，而外侧的第二密封元件35将高压油相对于环境密封。密封任务这样分成两个可控制的子任务，由此阻止向环境气体损耗的危险。
[0037]当然，如接着要说明的其他实施例中也可能的是，密封装置13可以具有多于两个的、轴向彼此错开的、包括处于其间的对应数量的油压力腔的密封元件。
[0038]图2和2A不出一种实施例,其相对于图1和IA的不同之处仅在于:为供应装置设置油接头47，该油接头由止回阀49保护并且能够实现通过连接部41将密封油向液压存储器37的油侧39再填充。
[0039]在图3和3A中示出的另一种实施例与先前示例的不同之处在于:油压供应装置的液压存储器通过活塞式存储器51形成并且所述活塞式存储器集成到气缸端盖部件7中。为此目的，在作为存储器缸体的端盖部件7中构成孔53，所述孔邻接气缸套I的环形空间23。存储器活塞55将活塞式存储器51的油侧39相对于气体侧43密封，所述油侧与油压力腔33连接，所述气体侧直接邻接环形空间23。在保险环57和存储器活塞55之间夹紧的压力弹簧58朝油侧39的方向预张紧存储器活塞55，从而在油压力腔33中的油压对应于所述机械预应力相对于在气缸套I中存在的气压稍微提高。最靠近环形空间23的密封元件31因此相对于气压被压力支承，从而进一步改善密封特性。
[0040]图4示出用于活塞式存储器51的结构方式的一种变型。所述活塞式存储器的存储器缸体在这里通过环形空间59形成，该环形空间与在气缸端盖部件7中的活塞杆引导通过部同心地构成并且邻接作为压力腔17的组成部分的环形空间23。在通过环形空间59形成的存储器缸体中设置作为存储器活塞的环形活塞61。如同先前示例，环形活塞61通过支承在保险环57上的压力弹簧58预张紧。
[0041]按照图5、5A和5B的实施例是如下示例，即，用于向油压力腔33供应油压的供应装置设有用于油储备的监控装置。对此图5A示出一种机械的解决方案，其中活塞式存储器51的存储器活塞55设有刻度尺63，所述刻度尺通过油密封部65向外引导并且显示存储器活塞55的位置并且借此显示活塞式存储器51中的油储备的大小。
[0042]与此相比，图5B示出一种解决方案，其中压力传感器67发出在活塞式存储器51的油侧39中的油压的信号。在油侧39缺乏油储备时显示的压力等于零。零显示也可能起因于，在气缸套I中没有气压。为了保证监控油储备的明确性，第二压力传感器69也可以监控在环形空间23中的气压，以便将该压力值与通过第一压力传感器67显示的值比较。
[0043]图6和7示出另一个实施例，其中处于活塞杆9的端部15上的导向部件19三角形地构造并且仅利用角区域71在气缸套I的内侧上被引导。为了对此滑动导向，可以在导向部件19的角区域71上设置滑动体73，所述滑动体在导向槽75中被引导，所述导向槽在气缸套I的壁中制出。备选地，可以在气缸套I的壁上设置用于引导活塞杆9的导向部件19的导轨77。
[0044]后续的实施形式仅还在如下方面解释，即其明显与上述实施形式的不同之处。在此对于相同的构件使用如以上给出的基本上相同的附图标记，其中在这方面已经涉及的实施方式也在这方面对于接着描述的实施形式适用。
[0045]这样按照图8的气缸解决方案与按照图1的实施形式的区别在于，活塞杆9不具有活塞顶形式的导向部件，而是在该实施形式中活塞杆9在其自由端部上在外周侧通过密封环14沿气缸套I的内周以密封的方式被引导。这样的密封环14在活塞杆9的端部区域中设置在该活塞杆的端部15的高度上。
[0046]通过这样的技术解决方案产生非常大的存储空间，该存储空间通过在气缸套I和活塞杆9内的空心圆柱形的空隙形成。代替工作气体氮气，也可以使用其他优选气态的工作介质、例如稀有气体，以便由此可以将气缸的工作和存储能力与规定的使用情况优化地适配。
[0047]按照图9的实施形式基本上对应于按照图3和3A的实施形式，条件是:环形的存储器活塞55在外周侧和内周侧上密封地装入气缸套I的环绕的空隙54中，其中存储器活塞55的外侧的密封环56支承在空心圆柱形的环形槽形式的环绕的空隙54的内周上，并且在内周侧延伸的另一个密封圈兀件56’支承在活塞杆9的圆柱形外壁上。
[0048]按照图10的实施形式再次具有其在按照图1和IA中的图示的对应部分，条件是:代替通道21至少部分地设置阀单元78。这样的阀单元78在形成一种活塞顶的导向部件19中包括优选可调节的节流阀或隔板80，其中与此并联地还可以设置弹簧加载的止回阀82，所述止回阀的打开方向可选地指向气缸套的内部或空心圆柱形的活塞杆9的内部。通过在按照图10示出的不同实施方式中的所述节流阀80和/或止回阀82能够在所述各腔之间、因此也在腔23与活塞杆9的内部之间控制气体或流体流。
[0049]在按照图11的基本上按照图5、5A和5B的设计的实施形式中，超声测量头90用于确定存储器活塞55在圆柱形导向套I的空隙内的相应的移动位置。代替可电连接到电源和/或评估单元上的超声传感器90，也可以设置用于存储器活塞55的其他位置测量系统(未示出)。
[0050]如上述实施形式阐明的，尤其是能够通过选择相应的活塞杆9的外径和内径以及气缸套I的内径对应地调节气缸的力-行程-特性曲线。
【权利要求】
1.一种气缸、尤其是高压气缸，所述气缸的气缸套(I)具有活塞杆(9),该活塞杆被引导穿过密封装置(13)，该密封装置将在所述气缸套(I)的压力腔(17、23)中存在的气压相对于环境压力密封，其特征在于，所述密封装置(13)在至少一个与所述压力腔(17、23)相邻的密封元件(31)和至少一个另外的与所述压力腔(17、23)较远离的密封元件(35)之间具有压力油腔(33)，借助供应装置(37、51)能将油在一压力下压入所述压力油腔中，该压力等于或高于在所述气缸套(I)的压力腔(17、23)中相应存在的气压。
2.按照权利要求1所述的气缸，其特征在于，所述活塞杆(9)具有在所述气缸套(I)中能运动的移动元件(19)。
3.按照权利要求1或2所述的气缸，其特征在于，所述密封装置(13)的密封元件(31、35)和处于各密封元件之间的压力油腔(33)彼此以固定的位置关系设置。
4.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述供应装置具有液压存储器(37 ;51)，所述液压存储器的包含密封油的油侧(39)能与所述压力油腔(33)连通，并且所述液压存储器的气体侧(43)能与所述气缸套(I)的压力腔(17、23)连通。
5.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述供应装置具有油接头(47)，通过所述油接头能将密封油向所述液压存储器(37、51)的油侧(39)再填充。
6.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述供应装置具有用于监控密封油量的监控装置(63 ;67、69)。
7.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述监控装置具有至少一个压力传感器(67、69)。
8.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述供应装置的液压存储器以活塞式存储器(51)的形式构成。
9.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述活塞式存储器(51)的活塞(55 ；61)被机械预张紧以朝油侧(39)的方向运动。
10.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述活塞式存储器(51)这样集成到所述气缸套(I)的包含所述密封装置(13)的端盖部件(7)中，使得所述存储器缸体(53 ；59)以其气体侧(43)朝所述气缸套(I)的压力腔(17、23)那边开口。
11.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述存储器缸体在所述端盖部件(7)中通过邻接所述压力腔(17、23)的环形空间(59)形成，所述环形空间包围所述活塞杆(9)并且包含环形活塞(61)。
12.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，设置杆管形式的空心的活塞杆(9)，所述杆管在其内端部(15)上朝所述气缸套(I)的压力腔(17)开口。
13.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述移动元件在所述活塞杆(9)的端部(15)上具有活塞状的导向部件(19)。
14.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，所述导向部件(19)非圆形地构造并且利用各角区域(71)借助滑动导向装置(73 ；75)在所述气缸套(I)的壁上被引导。
15.按照上述权利要求之一所述的气缸，其特征在于，通过选择所述活塞杆(9)的外径和内径以及所述气缸套(I)的内径能够调节该气缸的力-行程-特性曲线。
【文档编号】F16F9/36GK103946560SQ201280055767
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年11月14日
【发明者】F·鲍尔, D·费尔德 申请人:贺德克技术有限公司