CH659110A5 - Arbeitszylinder. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen Arbeitszylindern sind die Zylinderstirnteile entweder mit der Zylinderlaufbüchse verschraubt oder mit der letzteren sogar verschweisst oder verklebt. Auf diese Weise wird zwar die gewünschte druckmitteldichte Verbindung erreicht, die Montage der Arbeitszylinder ist aber zeitaufwendig und erfordert hohe Aufmerksamkeit, damit die von den Zylinderstirnteilen getragenen Druckmittelanschlüsse in vorgegebener Relativlage zueinander liegen. Die Montagekosten fallen aber insbesondere bei Arbeitszylindern kleiner Abmessungen besonders ins Gewicht, welche in grossen Stückzahlen als Servoantriebe kleiner Leistung hergestellt werden.
Durch die vorliegende Erfindung soll ein Arbeitszylinder der eingangs besprochenen Gattung dahingehend weitergebildet werden, dass unter Beibehaltung der einwandfreien Abdichtung zwischen den Zylinderstirnteilen und der Zylinderlaufbüchse eine einfachere Montage möglich ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch einen Arbeitszylinder gemäss Anspruch 1.
Die erfindungsgemässen Arbeitszylinder lassen sich einfach dadurch montieren, dass man die Zylinderstirnteile unter Aufwendung einer axialen Kraft auf die Enden der Zylinderlaufbüchse aufschiebt. Damit sind die Zylinderlaufbüchse und die Zylinderstirnteile schon in durch die Rastmittel vorgegebener axialer Relativlage miteinander verriegelt. Durch die Verwendung einer unter radialer oder axialer Vorspannung stehenden Dichtung ist zugleich sichergestellt, dass eine gute Abdichtung des Zylinderinneren zur Umgebung auch bei fertigungsbedingten Schwankungen in den Sollabmessungen und Soll-Lagen der Rastmittel bzw. der Enden der Zylinderlaufbüchse sichergestellt ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2-15 angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 3 wird erreicht, dass die Abdichtung zwischen den Zylinderstirnteilen und der Zylinderlaufbüchse völlig unabhängig von der exakten axialen Relativlage zwischen Zylinderstirnteilen und Zylinderlaufbüchse ist.
Wählt man die Art der Abdichtung zwischen den Zylinderstirnteilen und der Zylinderlaufbüchse gemäss Anspruch 5, so braucht man am Ende der Zylinderlaufbüchse oder im Zylinderstirnteil keine gesonderte Aufnahmenut für eine Dichtung vorzusehen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Zylinderlaufbüchse und die Schürze des Zylinderstirnteiles nur verhältnismässig geringe Wandstärke haben, da hier durch das Vorsehen einer Dichtungsnut eine lokale Schwächung der mechanischen Festigkeit der Zylinderlaufbüchse bzw. der Schürze erhalten würde.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 6 ist deshalb vorteilhaft, weil der Ausgleich von axialen Fertigungstoleranzen der Rastmittel und der axialen Abmessungen der Zylinderlaufbüchse erhalten wird, ohne dass die Kraft zum axialen Komprimieren der Dichtung übermässig gross wird. Trotzdem erhält man eine zuverlässige Abdichtung, da die Dichtung radial von innen her mit dem Arbeitsdruck im Zylinderinneren beaufschlagt ist und so eine zuverlässige Dichtstelle gewährleistet.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 7 ist im Hinblick auf eine Verdrehbarkeit der Zylinderstirnteile auch noch nach der Montage von Vorteil. Man kann bei einem solchen Arbeitszylinder die Zylinderstirnteile also in beliebiger Orientierung auf die Zylinderbüchse aufschieben und nachher - gegebenenfalls noch am Einsatzort - die gewünschte Relativlage zwischen den von den Zylinderstirnteilen getragenen Druckmittelanschlüssen herstellen, indem man auf die Zylinderstirnteile ein Drehmoment ausübt.
Bei einem Arbeitszylinder gemäss Anspruch 8 bleibt die axiale Lage der Zylinderstirnteile sowohl bei Zugbeanspruchung als auch bei Druckbeanspruchung erhalten.
Bei einem Arbeitszylinder gemäss Anspruch 9 befinden sich die Rastmittel in einem Abstand vom Ende der Zylinderlaufbüchse, trotzdem können die Zylinderstirnteile leicht auf die Enden der Zylinderlaufbüchse aufgeschoben werden.
Eine solche axiale Lage der Rastmittel ist deshalb von Vorteil, weil sie das elastische Verformen der Schürze der Zylinderstirnteile beim Aufschieben derselben auf die Enden der Zylinderlaufbüchse erleichtert.
Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 10 dient einem besonders leichten Aufschieben der Zylinderstirnteile auf die Enden der Zylinderlaufbüchse.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 11 wird erreicht, dass sich die Schürzen der Zylinderstirnteile in Umfangsrichtung leichter aufweiten können. Ausserdem erleichtern die Nuten ein Verdrehen der Zylinderstirnteile nach dem Aufsetzen.
Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 12 ist im Hinblick auf ein leichtes Aufschieben der Zylinderstirnteile von Vorteil.
Arbeitszylinder, wie sie im Anspruch 13 angegeben sind, lassen sich besonders preisgünstig in grossen Stückzahlen herstellen. Man erhält bei ihnen zugleich auch auf einfache Weise die elastische Verformbarkeit von Zylinderlaufbüchse und Zylinderstirnteil, wie sie für das Arbeiten der elastischen Rastmittel benötigt wird.
Bei einem Arbeitszylinder gemäss Anspruch 14 lassen sich zugleich auf sehr einfache Weise die Richtungen variabel einstellen, unter welchen zum Arbeitszylinder laufende Druckmittelschläuche zu führen sind. Diese Richtungen lassen sich auch beim fertig zusammengebauten Arbeitszylinder noch auf einfache Weise verändern.
Die Weiterbildungen der Erfindung gemäss dem Anspruch
15 sind im Hinblick auf eine besonders günstige Enddiagendämpfung des Kolbens im Zylinder und im Hinblick auf eine besonders einfache Herstellbarkeit des Kolbens von Vorteil.
Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen :
Fig. 1 einen axialen Halbschnitt durch einen Druckluft-Arbeitszylinder für niedere Leistung;
Fig. 2 einen axialen Halbschnitt durch das eine Ende eines geringfügig abgewandelten Druckluft-Arbeitszylinders.
Bei dem in der Zeichnung wiedergegebenen Druckluft-Arbeitszylinder sind auf eine Zylinderlaufbüchse 10, die aus schlagfestem, etwas elastischem Kunststoff (z.B. Acetal) gespritzt ist, zwei ebenfalls aus solchem Kunststoff gespritzte Zylinderstirnteile 12, 14 aufgesetzt. Durch das Zylinderstirnteil 14 ist eine Kolbenstange 16 hindurchgeführt, die an ihrem freien Ende zwei Kolbenschalen 18, 20 trägt, die zusammen eine im wesentlichen T-förmigen Querschnitt aufweisende Aufnahmenut 22 für den Befestigungsabschnitt 24 einer Kolbendichtung 26 mit zwei Dichtlippen 28, 30 und einem dazwischenliegenden Führungsabschnitt 32 begrenzen. Die Kolbenschalen 18, 20 umgeben einen einen verminderten Durchmesser aufweisenden Endabschnitt 34 der Kolbenstange 16 und sind zwischen eine den letzteren begrenzende radiale Schulter 36 der Kolbenstange 16 und die Rückseite eines Kolbenstangen-Kopfteiles 38 eingeklemmt.
Eine Mehrzahl in Umfangsrichtung unter gleichem Winkelabstand sternförmig angeordneter Abstützrippen 40 sind an das Zylinderstirnteil 12 bzw. ein Einsatzteil 42 des Zylinderstirnteiles 14 angeformt und stützen jeweils einen Kolbenanschlagring 44 aus Polyurethan ab. Die Zylinderstirnteile 12 und 14 haben jeweils eine hülsenförmige axiale Schürze 46, welche einen zugeordneten Endabschnitt 48 der Zylinderlaufbüchse 10 formschlüssig übergreifen.
Der Laufbüchsenendabschnitt 48 hat jeweils einen axial aussen liegenden zylindrischen Oberflächenabschnitt 50 mit vermindertem Aussendurchmesser, an welchen sich eine kegelstumpfförmige Rampenfläche 52 anschliesst. Auf diese folgt ein Oberflächenabschnitt 54, dessen Aussendurchmesser dem Aussendurchmesser der Zylinderlaufbüchse 10 entspricht, sowie eine Rastnut 56 mit rechteckigem Querschnitt, deren Boden den gleichen Durchmesser aufweist wie der Teil 50 des Laufbüchsenendabschnittes 48. Beim freien Ende des Laufbüchsenendabschnittes 48 ist in dessen Aussenfläche eine Ringnut 58 vorgesehen, die einen gefetteten, aus synthetischem Gummi gefertigten Dichtring 60 aufnimmt, der im zusammengebauten Zustand des Arbeitszylinders unter radialer Vorspannung steht, also dicht an der Innenfläche der Schürze 46 anliegt.
Die Innenfläche der Schürze 46 ist komplementär zur Aussenfläche des zugehörigen Laufbüchsenendabschnittes 48 ausgebildet, sie weist also auf : einen zylindrischen Oberflächenabschnitt 62, dessen axiale Erstreckung mit derjenigen des Oberflächenabschnittes 50 übereinstimmt und welcher den letzteren formschlüssig umgibt; einen sich kegelförmig erweiternden Oberflächenabschnitt 64; einen sich hieran anschliessenden zylindrischen Oberflächenabschnitt 66, welcher den Oberflächenabschnitt 54 formschlüssig umgibt; eine in Umfangsrichtung verlaufende ringförmige Rastrippe 68 mit rechteckigem Querschnitt, welche formschlüssig in die Rastnut 58 eingreift, und einen Endabschnitt 70, welcher die Zylinderlaufbüchse 10 über eine kurze Strecke formschlüssig umgibt.
In der Mantelfläche der Schürzen 46 sind jeweils mehrere axiale Nuten 72 vorgesehen, welche sich bis in eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 74 der Schürzen hinein
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Im axialen Bereich der Nut 74 tragen die Zylinderstirnteile 12,14 jeweils einen Verbindungsstutzen 76, der auf seiner Aussenfläche eine Rastrippe 78 mit einer senkrechten Verriegelungsschulter und einer geneigten Auflauffläche trägt. Auf den Verbindungsstutzen 76 ist jeweils ein Hülsenabschnitt 80 eines 90°-Krümmers 82 im Schnappsitz drehbar aufgesetzt, dessen Innenfläche komplementär zur Aussenfläche des Verbindungsstutzens 76 ist. In die Stirnfläche des Verbindungsstutzens 76 ist ein gefetteter O-Ring 84 aus synthetischem Gummi eingesetzt, welcher in zusammengebautem Zustand unter axialer Vorspannung an einer radialen Schulter 86 des Hülsenabschnittes 80 dicht anliegt.
Die Aussenfläche des freien Endes des Krümmers 82 ist genauso geformt wie die Aussenfläche des Verbindungsstutzens 76. Auf das freie Krümmerende ist im Schnappsitz ein komplementärer Hülsenabschnitt 88 eines Klemmverbinders 90 aufgesetzt.
Die Abdichtung dieser Teile gegeneinander besorgt ein unter axialer Vorspannung stehender O-Ring 92 aus synthetischem Gummi, der wieder eingefettet ist. Der Klemmverbinder 90 hat mehrere axiale Klemmarme 94 und einen auf den letzteren axial verfahrbaren Klemmring 96. Der Krümmer 82 und der Klemmverbinder 90 sind wieder aus schlagfestem, etwas elastisch verformbarem Kunststoff gespritzt, z.B. aus Acetal. Schläuche, welche zum Verbinden des Arbeitszylinders mit einer nicht wiedergegebenen Druckmittelquelle dienen, sind gestrichelt bei 98 bzw. 100 angedeutet.
Die abgestufte Durchgangsbohrung 102 des Zylinderstirnteiles 14 nimmt eine Lippendichtung 104 auf. Beim freien Ende hat die Durchgangsbohrung 102 eine zurückspringende Aufnahmenut 106 für einen Abstreifring 108 aus synthetischem Gummi.
Die beiden Zylinderstirnteile 12 und 14 haben einen mit Aussengewinde versehenen Ansatz 110, auf welchen eine Mutter 112 aufgeschraubt werden kann. Zwischen dieser und einem Bund 114 des Zylinderstirnteiles 12 bzw. 14 kann dann jeweils ein Befestigungsauge (nicht gezeigt) eingespannt werden. Das Zylinderstirnteil 12 hat zusätzlich eine transversale Bohrung 116 zur gelenkigen Lagerung des Arbeitszylinders auf einem Schwenkbolzen (nicht gezeigt).
Der oben beschriebene Arbeitszylinder lässt sich wie folgt montieren:
Die Kolbenschalen 18 und 20 werden mit dazwischenliegendem Befestigungsabschnitt 24 der Kolbendichtung 26 auf den Endabschnitt 34 der Kolbenstange 16 geschoben und durch Aufschrauben des Kopfteiles 38 auf das Kolbenstangenende gesichert. Der Kolben wird nun in die Zylinderlaufbüchse 10 hineingeschoben, auf welcher zuvor die Dichtringe 60 angebracht wurden. Nun werden die Kolbenanschlagringe 44 in die Zylinderlaufbüchse 10 von beiden Enden her eingesetzt; und hierauf werden dann die Zylinderstirnteile 12 und 14 axial auf die Zylinderlaufbüchse 10 aufgeschoben, bis ihre Rastrippen 68 in die Rastnuten 56 einschnappen. Hierauf werden dann die Krümmer 82 im Schnappsitz auf die Verbindungsstutzen 76 aufgesetzt und dann auf ähnliche Weise die Klemmverbinder 90 angebracht.
Man erkennt, dass man am so montierten Arbeitszylinder die Zylinderstirnteile 12 und 14 ohne Gefährdung der Abdichtung des Zylinderinneren noch gegeneinander verdrehen kann und so die Krümmer 82 in eine beliebige gewünschte winkelmässige Relativlage bringen kann, insbesondere in eine gemeinsame Ebene legen kann, welche durch die Achse des Arbeitszylinders geht. Man braucht also bei der Montage selbst auf die gegenseitige Ausrichtung der Zylinderstirnteile überhaupt nicht zu achten. Anders bei Arbeitszylindern mit aufgeschraubten Zylinderstirnteilen: dort muss die gewünschte Orientierung der Zylinderstirnteile schon bei der Montage erreicht werden und dies ist immer mit grössten Schweirigkeiten verbunden, da durch das Verdrehen der Zylinderstirnteile bezüglich der Zylinderlaufbüchse die Dichtung zwischen der letzteren und den Zylinderstirnteilen entweder entlastet oder zusätzlich komprimiert werden.
Man kann beim oben beschriebenen Arbeitszylinder ferner auch die Krümmer 82 noch am fertigmontierten Zylinder einfach so ausrichten, wie es jeweils für den speziellen Einsatz am günstigsten ist.
Die soeben geschilderten Vorteile werden auch bei dem abgewandelten Arbeitszylinder nach Fig. 2 erhalten, bei dem obenstehend schon beschriebene Teile wieder mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Die Abdichtung zwischen den Zylinderstirnteilen 12 und 14 und der Zylinderlaufbüchse 10 erfolgt nun aber durch weiche Dichtscheiben 118, welche die O-Ringe 60 ersetzen. Die Dichtscheiben 118 haben im unver-formten Zustand etwa die doppelte axiale Länge wie im eingebauten Zustand, in welchem sie zwischen die Stirnflächen der Zylinderlaufbüchse 10 und dieser gegenüberliegende Schultern 120 der Zylinderstirnteile 12,14 unter axialer Kompression eingespannt sind. Damit können auch sie axiale Abweichungen in der Relativlage der Rastrippen 68 und der Rastnuten 56 sowie der freien Enden der Zylinderlaufbüchse 10 aufnehmen.
Geeignete Dichtscheiben oder Dichtringe haben im Volumen eine geschlossenporige, moosgummiähnliche Struktur und an der Oberfläche eine durchgehende Haut. Statt dessen kann man auch hohle Dichtscheiben oder Dicht-ringe verwenden. Da die Dichtscheiben im eingebauten Zustand in radialer Richtung mit dem Arbeitsdruck im Zylinderinneren beaufschlagt sind, erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nicht nur eine Abdichtung unter der elastischen Vorspannung des Dichtungsmateriales sondern zugleich noch eine dynamische durch Druck Beaufschlagung.
Der Zusammenbau des Arbeitszylinders nach Fig. 2 erfolgt genauso wie oben schon für den Arbeitszylinder nach Fig. 1 beschrieben.
Es ist zu erkenen, dass die Zylinderstirnteile auf der Zylinderlaufbüchse um die Zylinderlängsachse herum verdrehbar sind, ebenso sind die Krümmer an den radialen Verbindungsstutzen um eine Achse verdrehbar, die rechtwinklig zur Zylinderlängsachse verläuft. Auch der auf das freie Krümmerende im Schnappsitz aufgesetzte komplementäre Hülsenabschnitt des zugehörigen Klemmverbinders ist am freien Ende um eine waagrechte Achse verdrehbar. Insgesamt ergibt sich also der Vorteil, dass man sich bei der Orientierung der diversen Anschlüsse allen möglichen Gegebenheiten anpassen kann.
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2 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Arbeitszylinder mit einem Kolben, einer Zylinderlaufbüchse und druckmitteldicht mit der letzteren verbundenen Zylinderstirnteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstirnteile (12,14) jeweils eine Schürze (46) aufweisen, die einen zugeordneten Endabschnitt (48) der Zylinderaufbüchse (10) formschlüssig übergreift; dass die Aussenfläche eines Laufbüchsenendabschnittes (48) und die gegenüberliegende Innenfläche einer Schürze (46) jeweils elastisch zusammenarbeitende Rastmittel (56,68) aufweisen; dass der Laufbüchsenendabschnitt und der zugeordnete Zylinderstirnteil durch eine in zusammengebautem Zustand unter radialer Vorspannung stehende Dichtung (60,118) gegeneinander abgedichtet sind.
2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (60) aus einem in einer Umfangsnut (58) der Aussenfläche des Laufbüchsenendabschnittes (48) einsitzenden O-Ring besteht.
3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (118) zwischen der Stirnfläche der Zylinderlaufbüchse (10) und einer gegenüberliegenden Schulter (120) des benachbarten Zylinderstirnteiles (12,14) eingeklemmt ist, wobei sie in unverformtem Zustand eine grössere axiale Länge aufweist als im eingeklemmten Zustand und aus weichem elastomerem Material gefertigt ist.
4. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastmittel aus einer umlaufenden Rastnut (56) und einer umlaufenden Rastrippe (68) bestehen, die z.B. jeweils rechteckigen Querschnitt haben können.
5. Arbeitszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial aussenliegender Teil (50) des Laufbüchsenendabschnittes (48) im wesentlichen gleichen Durchmesser wie der Boden der Rastnut (56) aufweist und z.B. durch eine kegelstumpfförmige Schulter (52) begrenzt sein kann.
6. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürzen (46) der Zylinderstirnteile (12,14) zu ihrer Mantelfläche hin offene axiale Nuten (72) aufweisen.
7. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstirnteile (12,14) axial ausserhalb der zugehörigen axialen Enden der Zylinderlaufbüchse (10) jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Ausnehmung (74) aufweisen.
8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbüchse (10) und die Zylinderstirnteile (12,14) aus schlagfestem, elastischem Kunststoff gespritzt sind.
9. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstirnteile (12,14) radiale Verbindungsstutzen (76) aufweisen, auf welchen Krümmer (82) druckmitteldicht drehbar aufgesetzt sind;
dass die Krümmer (82) jeweils einen den zugeordneten Verbindungsstutzen (76) formschlüssig übergreifenden Hülsenabschnitt (80) aufweisen; und dass die Aussenflächen der Verbindungsstutzen (76) und die Innenflächen der Hülsenabschnitte (80) der zugeordneten Krümmer (82) jeweils elastisch zusammenarbeitende Rastmittel (78) aufweisen und durch unter radialer oder axialer Vorspannung stehende Dichtungen (84) gegeneinander abgedichtet sind.
10. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstirnteile (12,14) eine Abstützschulter (40) für einen aus hartem elastischem Material gefertigten Kolbenanschlagring (44) tragen, die z.B. durch eine Vielzahl radialer Abstützrippen (40) gebildet sein kann.
11. Arbeitszylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben zwei aus hartem elastischem Material gefertigte und zwischen sich den Befestigungsabschnitt (24) einer zwei Dichtlippen (28,30) aufweisenden Kolbendichtung (26) aufnehmende Kolbenschalen (18,20) aufweist, die ihrerseits zwischen einer Schulter (36) der Kolbenstange (16) und einem Kolbenstangen-Kopfteil (38) eingeklemmt sind und mit den Kolbenanschlagringen (44) zusammenarbeiten.
12. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest eines der Zylinderstirnteile eine Durchgangsbohrung für die Kolbenstange aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Durchgangsbohrung (102) mit einer zurückspringenden Aufnahmenut (106) versehen ist, in welche ein Abstreifring (108) aus elastischem Material schnappend eingesetzt ist.
13. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderstirnteile (12,14) auf der Zylinderlaufbüchse (10) um die Zylinderlängsachse herum verdrehbar sind.
14. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmer (82) an den radialen Verbindungsstutzen (76) um eine Achse verdrehbar sind, die rechtwinkelig zur Zylinderlängsachse verläuft.
15. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf das freie Krümmerende (82) im Schnappsitz ein komplementärer Hülsenabschnitt eines Klemmverbinders (90) so aufgesetzt ist, dass er bei waagrechtem Zylinder am freien Krümmerende um eine waagrechte Achse verdrehbar ist.
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PL | Patent ceased |