DE10141560C2 - Verfahren zur Herstellung eines fluidbetätigten Arbeitszylinders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fluidbetätigten Arbeitszylinders, der ein Zylindergehäuse aufweist, das ein Gehäusevorderteil mit einer vorderen Ab­ schlusswand und einem damit einstückigen Zylinderrohr sowie eine als separater Abschlussdeckel ausgebildete, rückseitig an dem Gehäusevorderteil befestigte rückwärtige Abschlusswand enthält, wobei in dem Zylindergehäuse ein Kolben linear ver­ schiebbar angeordnet ist, mit dem eine die vordere Abschluss­ wand durchsetzende Kolbenstange verbunden ist.

Aus der DE 38 20 078 C3 geht ein Arbeitszylinder hervor, bei dem das Zylinderrohr einstückig mit der rückseitigen Ab­ schlusswand ausgebildet ist, wobei die von der Kolbenstange durchsetzte vordere Abschlusswand als separates Bauteil aus­ geführt und in das Zylinderrohr eingesetzt ist. Bei der Her­ stellung und Montage dieses Arbeitszylinders ist eine hohe Präzision gefordert, die sich nachteilig auf die Gestehungs­ kosten auswirkt. Bei mangelnder Präzision kann eine exakt zentrische Fixierung der vorderen Abschlusswand im Zylinder­ rohr nicht gewährleistet werden, was beim späteren Betrieb des Arbeitszylinders Verschleißprobleme nach sich zieht.

Eine vergleichbare Situation stellt sich bei dem aus der DE-15 25 619 A oder dem aus der DE 41 20 709 A1 bekannten Ar­ beitszylinder dar.

Aus der DE 44 16 726 A1 geht bereits ein Arbeitszylinder her­ vor, bei dessen Fertigung nicht nur die rückseitige Ab­ schlusswand, sondern auch die von der Kolbenstange durchsetz­ te vordere Abschlusswand einstückig mit dem Zylinderrohr her­ gestellt wird. Hier stellt sich jedoch das Problem einer um­ formenden Bearbeitung des Zylinderrohrs bei bereits instal­ liertem Kolben und Kolbenstange, bei der diese Komponenten - beispielsweise durch eine für den Umformungsprozess erforder­ liche Wärmezufuhr - beschädigt werden können oder ungünstige Verformungen auftreten, die beim anschließenden Betrieb den Verschleiß begünstigen.

Aus der DE 38 27 031 A1 geht bereits ein Arbeitszylinder her­ vor, bei dem die rückwärtige Abschlusswand als separater Ab­ schlussdeckel ausgebildet und an einem die vordere Abschluss­ wand und das Zylinderrohr definierenden einstückigen Gehäuse­ vorderteil befestigt ist. Die mit einer solchen Bauform er­ zielbare Präzision wird durch eine aufwendige mechanische Be­ arbeitung zur Herstellung des Gehäusevorderteils erkauft.

Die DE 195 04 207 C2 beschreibt einen Arbeitszylinder, dessen Zylindergehäuse aus drei separaten Komponenten in Gestalt ei­ nes Zylinderrohres und zweier stirnseitiger Deckel zusammen­ gesetzt ist. Bei der Herstellung des Zylinders werden die De­ ckel in das Zylinderrohr eingesetzt und durch Sickenverbin­ dungen fixiert.

Die DE 198 36 422 A1 offenbart einen Arbeitszylinder, bei dem das Zylinderrohr und die beiden Abschlusswände ebenfalls als gesonderte Bauteile ausgeführt sind. Ihre gegenseitige Befes­ tigung wird durch Schraubverbindungen realisiert. Stirnseitig am Kolben sind zusätzliche Axialvorsprünge vorgesehen, die im Betrieb des Arbeitszylinders eine Endlagendämpfung bewirken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich ein fluidbetätigter Arbeitszylin­ der einfach, präzise und dennoch kostengünstig herstellen lässt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines fluidbetätigten Arbeitszylinders der eingangs definier­ ten Bauart, wobei man durch spanlose Umformung eines Aus­ gangskörpers das das Zylinderrohr und die vordere Abschluss­ wand enthaltende, mit einer den Durchgriff der Kolbenstange ermöglichenden Durchbrechung versehene Gehäusevorderteil her­ stellt, an dessen Rückseite man nach dem Einsetzen der aus Kolben und Kolbenstange bestehenden Baueinheit den die rück­ wärtige Abschlusswand definierenden Abschlussdeckel befes­ tigt.

Somit ist es mit einfachen Mitteln möglich, unmittelbar bei der Herstellung des Arbeitszylinders eine koaxiale Ausrich­ tung des den Kolben aufnehmenden Innenraumes des Zylinderge­ häuses und der von der Kolbenstange durchsetzten Durchbre­ chung der vorderen Abschlusswand zu gewährleisten. Der im späteren Betrieb des Arbeitszylinders auftretende Verschleiß kann daher auf ein Minimum reduziert werden. Der Zusammenbau des Arbeitszylinders gestaltet sich sehr einfach, wobei Kol­ ben und Kolbenstange in das rückseitig offene Gehäusevorder­ teil eingesetzt werden und anschließend die als separater Ab­ schlussdeckel ausgeführte rückwärtige Abschlusswand ange­ bracht werden kann, ohne den Kolben oder die Kolbenstange zu beeinträchtigen. Auch besteht der Vorteil, dass man an dem rückseitigen Abschlussdeckel bei Bedarf wesentlich einfacher zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise die Anbringung von Be­ festigungsmitteln, treffen kann, als an dem wesentlich größer bauenden Gehäusevorderteil. Solche Befestigungsmittel sind beispielsweise horizontale Fußbefestigungseinrichtungen, Ge­ windebefestigungseinrichtungen, Flanschbefestigungseinrich­ tungen oder Aufhängeeinrichtungen zur schwenkbaren Lagerung. Aufbauend auf dem erfindungsgemäßen Verfahren können sehr kostengünstige Arbeitszylinder mit einer geringen Anzahl von Bauteilen realisiert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

In die den Durchgriff der Kolbenstange ermöglichende Durch­ brechung der vorderen Abschlusswand wird zweckmäßigerweise vor dem Einsetzen der Kolbenstange eine im fertiggestellten Zustand des Arbeitszylinders von der Kolbenstange koaxial durchsetzte Hülse eingesetzt, die in Bezug auf die Kolben­ stange eine Führungs- und Abstreiffunktion sowie zweckmäßi­ gerweise auch eine Dichtfunktion ausüben kann. Eine einfache Montage und Befestigung wird erreicht, wenn die Hülse in die Durchbrechung eingepresst wird. Bei der Hülse handelt es sich bevorzugt um ein einfach und kostengünstig herstellbares Mehrkomponenten-Spritzgussteil. Zur Herstellung der Hülse kann beispielsweise eine Führungsbüchse als Einlegeteil in einer Spritzgussform platziert werden, um anschließend die die Abstreiffunktion und eventuelle Dichtungsfunktion erfül­ lenden Werkstoffe an die Führungsbüchse anzuspritzen. Sämtli­ che Komponenten der Hülse können beispielsweise aus geeigne­ tem unterschiedlichem Kunststoff-Ausgangsmaterial, das vor­ zugsweise als Granulat vorliegt, in einer Spritzgießmaschine zusammen spritzgegossen werden.

Zweckmäßigerweise wird in dem Ausgangskörper vor der Formge­ bung des Gehäusevorderteils eine für den Betrieb des Arbeits­ zylinders gewünschte Anzahl von Fluiddurchtrittsöffnungen eingebracht, durch die beim späteren Betrieb des Arbeitszy­ linders aus dem Innenraum des Zylindergehäuses Fluid abge­ führt und bei Bedarf auch Fluid in den Innenraum eingespeist werden kann. Bevorzugt werden die Fluiddurchtrittsöffnungen durch Stanzen hergestellt. In der Fluiddurchtrittsöffnung kann beispielsweise eine Fluidleitung oder ein zur Befesti­ gung einer Fluidleitung dienender Fluidleitungsverbinder fi­ xiert werden. Besonders kostengünstig ist eine Einpressbefes­ tigung des betreffenden Fluidleitungsverbinders.

Vergleichbar der Hülse kann auch der Kolben als Mehrkomponen­ ten-Spritzgussteil hergestellt werden, sodass er samt der an ihm vorgesehenen Führungs- und/oder Dichtungsmittel ein ein­ ziges Bauteil darstellt, sodass eine kostengünstige Lagerhal­ tung und einfache Montage an der Kolbenstange möglich ist. Sämtliche Komponenten des Kolbens können beispielsweise aus einem geeigneten unterschiedlichen Kunststoff- Ausgangsmaterial, das vorzugsweise als Granulat vorliegt, in einer Spritzgießmaschine zusammen spritzgegossen werden. Für die Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Kolben emp­ fiehlt sich ein Verzicht auf gesonderte Befestigungsmittel und eine Realisierung durch Vernieten, Verschweißen, Verpres­ sen oder Verkleben. So kann der Kolben insbesondere durch ei­ ne Reibschweißverbindung an der Kolbenstange fixiert werden.

Bei der Verbindung zwischen dem Gehäusevorderteil und dem rückseitig angesetzten Abschlussdeckel wird ebenfalls eine schraubenlose Verbindungsart vorgezogen. Empfehlenswert ist eine Maßnahme, bei der der Abschlussdeckel durch Umformen von Abschnitten des Gehäusevorderteils am Gehäusevorderteil fi­ xiert wird. So kann beispielsweise der Endabschnitt des Ge­ häusevorderteils zur Definition eines den Abschlussdeckel hintergreifenden Halterandes umgebördelt werden oder mit ei­ ner oder mehreren Sicken versehen werden, die in eine oder mehrere zugeordnete Umfangsnuten des Abschlussdeckels ein­ greifen. Bei alledem empfiehlt es sich, die Verbindung so vorzunehmen, dass auch ohne zusätzliche Dichtungsmittel eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Gehäusevorderteil und dem rückseitigen Abschlussdeckel gewährleistet ist.

Unter Zugrundelegung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei Bedarf ein Arbeitszylinder realisiert werden, der sich aus lediglich fünf bis maximal sieben Bauteilen zusammen­ setzt. Dies Bauteile sind das Gehäusevorderteil, die Kolben­ stange, der mit Dicht- und/oder Führungsmitteln ausgestattete Kolben und eine am Gehäusevorderteil zu fixierende Hülse mit integrierten Führungs-, Abstreif- und eventuell Dichtungsmit­ teln. Zusätzlich können in entsprechenden Fluiddurchtritsöff­ nungen des Zylindergehäuses noch ein oder zwei Fluidleitungs­ verbinder befestigt werden. Je nach Bedarf lässt sich ein Ar­ beitszylinder für einfach wirkende oder für doppelt wirkende Betriebsweise herstellen. Bei den verwendeten Materialien ist hohe Flexibilität gegeben, wobei unter anderem sowohl Kunst­ stoffmaterial als auch Aluminiummaterial für das Zylinderge­ häuse, den Kolben oder die Kolbenstange eingesetzt werden kann. Für die einzelnen Komponenten können dabei unterschied­ liche Materialien verwendet werden, sodass auch ein Hybridzy­ linder realisierbar ist, bei dem die Materialwahl in Abhän­ gigkeit von der Funktion der jeweiligen Komponente und unter Berücksichtigung gewichtssparender Aspekte optimal getroffen werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten möglichen Ausfüh­ rungsbeispiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Arbeitszylinders, und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellten Arbeitszylin­ ders, wiederum im Längsschnitt.

Sofern im einzelnen nicht anders angegeben, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung gleichzeitig auf beide Ausführungs­ beispiele.

Der in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ar­ beitszylinder wird im Betrieb durch unter Druck stehendes Fluid betätigt, wobei es sich um ein hydraulisches oder ein gasförmiges Medium handeln kann. Der Arbeitszylinder 1 des Ausführungsbeispiels eignet sich vor allem zur Betätigung mit Druckluft, so dass er als Pneumatikzylinder bezeichnet werden kann.

Der Arbeitszylinder 1 verfügt über ein längliches Zylinderge­ häuse 2, in dem ein länglicher Innenraum 3 ausgebildet ist. Es setzt sich aus einem Zylinderrohr 4 und zwei an den beiden Stirnseiten des Zylinderrohres 4 angeordneten Abschlusswänden 5, 6 zusammen. Zur besseren Unterscheidung sei die eine Ab­ schlusswand als vordere Abschlusswand 5 und die andere Ab­ schlusswand als rückwärtige Abschlusswand 6 bezeichnet.

In dem Innenraum 3 befindet sich ein Kolben 7, der mit seiner Außenumfangsfläche 8 an der Innenumfangsfläche 12 des Zylin­ derrohres 4 gleitverschieblich anliegt. Der Kolben 7 ist in der Lage, in der Längsrichtung des Innenraumes 3 eine durch Doppelpfeil angedeutete Linearbewegung 13 relativ zum Zylin­ dergehäuse 2 auszuführen.

Mit dem Kolben 7 ist eine Kolbenstange 14 bewegungsgekoppelt. Diese ist mit ihrem rückwärtigen Ende 15 am Kolben 7 befes­ tigt und ragt ausgehend vom Kolben 7 in Richtung zur vorderen Abschlusswand 5, die sie durch eine Durchbrechung 26 hindurch nach außen hin durchsetzt. Am außerhalb des Zylindergehäuses 2 liegenden vorderen Ende 16 der Kolbenstange 14 sind Befes­ tigungsmittel vorgesehen, die es ermöglichen, ein zu bewegen­ des Bauteil zu fixieren.

Der Kolben 7 verfügt an seinem Außenumfang über Führungs- und Dichtungsmittel 17, die in Kontakt mit der Innenumfangsfläche 12 stehen. Sie gewährleisten eine reibungsarme Verschiebefüh­ rung des Kolbens 7 und bewirken eine Abdichtung der beiden vom Kolben 7 im Innenraum 3 abgeteilten vorderen und rückwär­ tigen Arbeitskammern 18, 19.

In die vordere Arbeitskammer 18 mündet eine die Wandung des Zylindergehäuses 2 durchsetzende vordere Fluiddurchtrittsöff­ nung 22, die im Bereich der vorderen Abschlusswand 5 plaziert ist. Sie befindet sich beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in dem sich an die vordere Abschlusswand 5 zur Rückseite des Arbeitszylinders 1 hin unmittelbar anschließenden vorderen Endabschnitt des Zylinderrohres 4. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 befindet sie sich direkt in der vorderen Ab­ schlusswand 5 oder in einem die Durchbrechung 26 begrenzenden axialen Fortsatz 27 derselben. Die vordere Fluiddurchtritt­ söffnung 22 durchsetzt die Wandung des Zylinderrohres 4 und mündet in die vordere Arbeitskammer 18. Sie ist bevorzugt als Stanzloch, also als durch Stanzen hergestelltes Loch, ausge­ bildet.

Eine rückwärtige Fluiddurchtrittsöffnung 23 durchsetzt beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die rückwärtige Abschlusswand 6 und kommuniziert mit der rückwärtigen Arbeitskammer 19. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist auch die rückwärtige Fluiddurchtrittsöffnung 23 in der Wandung des Zylindergehäu­ ses 2 ausgebildet, wobei sie insbesondere den rückwärtigen Endabschnitt des Zylinderrohres 4 durchsetzt. Sie kann unmit­ telbar mit der zugeordneten Arbeitskammer 19 in Verbindung stehen. Alternativ kann die Verbindung zur rückwärtigen Ar­ beitskammer 19 auch unter Zwischenschaltung eines die rück­ wärtige Abschlusswand 6 durchsetzenden Fluidkanals 20 erfol­ gen, der die rückwärtige Abschlusswand 6 durchsetzt, wobei er einenends in die rückwärtige Arbeitskammer 19 ausmündet und andernends mit der rückwärtigen Fluiddurchtrittsöffnung 23 verbunden ist.

Beide Fluiddurchtrittsöffnungen 22, 23 sind mit Befestigungs­ mitteln 24 ausgestattet, die den fluiddichten Anschluß einer Fluidleitung ermöglichen, über die eine Fluidzufuhr und/oder Fluidabfuhr bezüglich der zugeordneten Arbeitskammer 18, 19 erfolgen kann.

Mithin besteht die Möglichkeit, durch gesteuerte Fluid­ beaufschlagung der beiden Arbeitskammern 18, 19 den Kolben 7 und die mit diesem bewegungsgekoppelte Kolbenstange 14 zu der schon erwähnten Linearbewegung 13 in der einen oder anderen Richtung anzutreiben.

Die von der Kolbenstange 14 durchsetzte vordere Abschlusswand 5 ist einstückig mit dem sich anschließenden Zylinderrohr 4 ausgebildet und bildet gemeinsam mit diesem ein Gehäusevor­ derteil 25 des Zylindergehäuses 2. Dieses Gehäusevorderteil 25 besteht zweckmäßigerweise aus einem spanlos geformten Kör­ per und ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein aus Alu­ miniummaterial bestehendes Tiefziehteil. Bei der Herstellung durch Tiefziehen wird der das Zylinderrohr 4 repräsentierende Abschnitt und der die vordere Abschlusswand 5 repräsentieren­ de Abschnitt des Gehäusevorderteils 25 durch Umformen eines z. B. platten- oder scheibenartigen Ausgangskörpers in die ge­ wünschte Endform gebracht, wobei auch die von der Kolbenstan­ ge 14 durchsetzte Durchbrechung 26 der vorderen Abschlusswand 5 ausgebildet wird. Die beim Ausführungsbeispiel gewünschte Koaxiallage der Durchbrechung 26 und des Innenraumes 3 kann bei der Tiefziehherstellung sehr exakt vorgegeben werden.

Alternativ kann das Gehäusevorderteil 25 beispielsweise auch durch Rollieren eines Rohrkörpers hergestellt werden. Durch Einrollieren eines Endabschnittes eines solchen Rohrkörpers kann die vordere Abschlusswand 5 und der die Durchbrechung 26 definierende Fortsatz 27 angeformt werden. Die Fig. 2 zeigt einen derart hergestellten Arbeitszylinder.

Es wäre auch möglich, das Gehäusevorderteil 25 einstückig als Spritzgußteil aus Kunststoffmaterial herzustellen.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Durchbrechung 26 zy­ lindrisch gestaltet und findet sich innerhalb eines nach vor­ ne ragenden rohrstutzenartigen hohlzylindrischen Fortsatzes 27 der vorderen Abschlusswand 5. Dieser Fortsatz wird zweck­ mäßigerweise bei der Formgebung der vorderen Abschlusswand 5 unmittelbar mit angeformt.

Die rückwärtige Abschlusswand 6 ist als bezüglich des Gehäu­ sevorderteils 25 separater Abschlussdeckel 28 ausgebildet, der praktisch das Gehäusehinterteil bildet und der an dem der vorderen Abschlusswand 5 entgegengesetzten rückwärtigen Ende des Gehäusevorderteils 25 unter Abdichtung befestigt ist. Auch bei dem Abschlussdeckel 28 kann es sich um ein Metall­ teil, beispielsweise um ein Aluminiumteil, oder um ein Kunst­ stoffteil handeln.

Zweckmäßigerweise ist der Abschlussdeckel 28 relativ flach ausgebildet.

An dem Abschlussdeckel 28 können sehr leicht Befestigungsmit­ tel 32 vorgesehen werden, die eine Befestigung des Arbeitszy­ linders 1 am Einsatzort ermöglichen. Bei beiden Ausführungs­ beispielen ist ein Lagerauge als Befestigungsmittel 32 vorge­ sehen, das eine Schwenklagerung des Arbeitszylinders ermög­ licht. Andere mögliche Ausführungsformen von Befestigungsmit­ teln sind beispielsweise horizontale Fußbefestigungseinrich­ tungen, Gewindebefestigungseinrichtungen, Flanschbefesti­ gungseinrichtungen.

Zweckmäßigerweise ist der Abschlussdeckel 28 schraubenlos und ohne zusätzliche separate Befestigungsmittel am Gehäusevor­ derteil 25 fixiert. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 geschieht dies durch einen oder mehrere umgeformte Abschnitte 31 des Gehäusevorderteils 25. Der das Zylinderrohr 4 bildende Längenabschnitt des Gehäusevorderteils 25 hat im Bereich sei­ nes freien Endes zweckmäßigerweise einen mit reduzierter Wandstärke ausgebildeten Endabschnitt 33, der zum Innenraum 3 hin durch eine am Innenumfang des Zylinderrohres 4 ausgebil­ dete ringförmige Stufe 34 begrenzt ist. Der Abschlussdeckel 28 ist bis zur Anlage an der ringförmigen Stufe 34 in das Zy­ linderrohr 4 eingeschoben und der Endabschnitt 33 ist von au­ ßen her um den Rand des Abschlussdeckels 28 herumgebördelt. Der Endabschnitt 33 bildet hier also den umgeformten Ab­ schnitt 31, der für die Befestigung des Abschlussdeckels 28 am Gehäusevorderteil 25 verantwortlich ist.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Abschlussdeckel 28 und dem Zylinderrohr 4 eine umlaufende Dichtung 35 plaziert, die eine fluiddichte Verbindung gewährleistet. Allerdings besteht durchaus auch die Möglichkeit, die dichte Verbindung allein durch den Materialkontakt von Gehäusevorderteil 25 und Ab­ schlussdeckel 28 zu realisieren.

Eine andere Möglichkeit zur schraubenlosen Befestigung be­ steht in der Ausbildung einer Sickenverbindung. Der Ab­ schlussdeckel 28 kann am Außenumfang eine oder mehrere umlau­ fende Nuten besitzen, in die das Material des Gehäusevorder­ teils 25 hineingedrückt ist.

Die erforderliche Umformungen werden vorzugsweise durch Kalt­ umformungen erzielt.

Ferner kann der Abschlussdeckel 28 an das Zylinderrohr 2 des Gehäusevorderteils 25 angeschweißt sein, z. B. durch eine La­ serschweißnaht, wie dies beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Fall ist. Auch eine Klebeverbindung wäre denkbar.

In der zylindrischen Durchbrechung 26 der vorderen Abschluss­ wand 5 sitzt eine zweckmäßigerweise allein durch Preßsitz fi­ xierte Hülse 36. Sie ist koaxial zur Kolbenstange 14 angeord­ net und umschließt selbige. Bevorzugt ist sie in dem hohlzy­ lindrischen Fortsatz 27 gehalten.

Die Hülse 36 besteht aus mehreren fest miteinander verbunde­ nen Komponenten und stellt ein einheitlich handhabbares Bau­ teil dar. Eine Komponente ist eine Führungsbüchse 37 zur Gleitführung der Kolbenstange 14. Weitere Komponenten sind ein Abstreiferring 38 und ein Dichtungsring 39, die koaxial zu der Führungsbüchse 37 angeordnet sind. Der Abstreiferring 38 verhindert den Eintritt von Verunreinigungen in die vorde­ re Arbeitskammer 18. Der Dichtungsring 39 verhindert ein Ent­ weichen von fluidischem Druckmittel aus der vorderen Arbeits­ kammer 18 durch die Durchbrechung 26 hindurch.

Der Dichtungsring 39 kann entfallen, wenn der Arbeitszylinder 1 als einfachwirkender Zylinder ausgebildet ist, bei dem nur die rückwärtige Arbeitskammer 19 mit Druckmedium beaufschlagt wird. Der Arbeitszylinder 1 beider Ausführungsbeispiele ist ein sogenannter doppeltwirkender Arbeitszylinder, bei dem beide Arbeitskammern 18, 19 gleichzeitig oder alternativ mit Druckmedium beaufschlagbar sind.

Bei der Hülse 36 handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Mehrkomponenten-Spritzgußteil, bei dem die einzelnen Kompo­ nenten im Rahmen einer Spritzgußfertigung zusammengefügt wur­ den. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Abstreif­ ring 38 und der Dichtungsring 39 aus Kunststoffmaterial be­ stehen und an die insbesondere aus Metall bestehende Füh­ rungsbüchse 37 durch Spritzgießen angeformt sind.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verfügt die Hülse 36 zu­ sätzlich über einen koaxialen und vorzugsweisen rohrstutzen­ artigen Fortsatz 40, der in den Innenraum 3 des Zylinderge­ häuses 2 ragt. Er kann insbesondere mit der Führungsbüchse 37 einstückig verbunden sein. Zwischen dem Fortsatz 40 und der von diesem mit radialem Abstand koaxial umschlossenen Kolben­ stange 14 ist ein Dämpfungs-Ringraum 56 definiert, der eine­ nends zur vorderen Arbeitskammer 18 hin offen ist und ander­ nends mit der vorderen Fluiddurchtrittsöffnung 22 kommuni­ ziert. Um letzteres zu ermöglichen, verfügt der Fortsatz 40 zweckmäßigerweise über eine mit der vorderen Fluiddurchtritt­ söffnung 22 fluchtende radiale Durchbrechung.

Schließlich ist auch noch mindestens ein die Wandung des Fortsatzes 40 durchbrechender Drosselkanal 57 vorgesehen, der mit axialem Abstand zu der dem Kolben 7 zugewandten Mündung des Dämpfungs-Ringraumes 56 in diesen Dämpfungs-Ringraum 56 einmündet und letzteren mit der vorderen Arbeitskammer 18 verbindet. Der Querschnitt des Drosselkanals 57 ist wesent­ lich geringer als derjenige des Dämpfungs-Ringraumes 56.

Auch der Kolben 7 ist zweckmäßigerweise als Mehrkomponenten- Spritzgußteil ausgeführt. Er verfügt beim Ausführungsbeispiel über einen aus Metall und vorzugsweise aus Aluminiummaterial bestehenden Trägerkörper 42, der die notwendige Steifigkeit gewährleistet. Die schon erwähnten Führungs- und Dichtungs­ mittel 17 sitzen am Außenumfang des Trägerkörpers 42 und sind zweckmäßigerweise durch Spritzgießen an den Trägerkörper 42 angeformt. Jedenfalls bildet der Kolben 7, wie die Hülse 36, ein einheitlich handhabbares Bauteil.

Die Führungs- und Dichtungsmittel 17 beinhalten bei den Aus­ führungsbeispielen zwei axial mit Abstand zueinander angeord­ nete Dichtungsringe 43 und einen dazwischen angeordneten Füh­ rungsring 44. Die Materialien für diese Ringkörper können un­ terschiedlich sein und sich am Anwendungszweck orientieren.

Wird ein aus Kunststoffmaterial bestehender Trägerkörper 42 verwendet, kann in der Regel auf einen speziell angeformten Dichtungsring verzichtet werden, indem dann die Außenfläche des Trägerkörpers 42 selbst die Führungsmittel bildet.

Der Kolben 7 ist vorzugsweise schraubenlos an der Kolbenstan­ ge 14 befestigt. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 liegt eine Nietverbindung vor. Die Kolbenstange 14 ist mit einem Endabschnitt 45 geringeren Durchmessers durch eine zentrale Durchbrechung des Kolbens 7 hindurch gesteckt, wobei der rückseitig hinausragende Abschnitt unter Bildung eines Niet­ kopfes 46 vernietet ist. Der Kolben 7 ist somit zwischen dem Nietkopf 46 und der den Endabschnitt 45 reduzierten Durchmes­ sers begrenzenden Ringstufe 47 fest eingespannt.

Zur Befestigung könnte auch eine Schweißverbindung vorgesehen sein, insbesondere eine Reibschweißverbindung. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 2 liegt eine Einpreßverbindung und/oder Klebeverbindung vor.

Bei entsprechender Materialwahl könnten sämtliche Schweißver­ bindungen auch als Ultraschall- oder Laser-Schweißver­ bindungen ausgeführt sein.

Zum Aufbau des Kolbens 7 sei erwähnt, dass dieser an einer oder, wie gemäß Fig. 2, an beiden Stirnseiten über einen A­ xialvorsprung 58a, 58b verfügen kann, welcher bei der Endla­ gendämpfung verwendet wird. So kann am jeweils zugeordneten Endbereich des Zylindergehäuses 2 innen eine zum Innenraum 3 hin offene Aufnahme 59a, 59b ausgebildet sein, in die der betreffende Axialvorsprung 58a, 58b zur Endlagendämpfung ein­ tauchen kann. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist eine vordere Aufnahme 59a von dem Dämpfungs-Ringraum 56 gebildet. Eine rückwärtige Aufnahme 59b ist am Abschlussdeckel 28 aus­ gebildet und gehört zu dem dortigen Fluidkanal 20. Ein weite­ rer Drosselkanal 62 stellt eine direkte Verbindung geringen Strömungsquerschnittes zwischen der rückwärtigen Arbeitskam­ mer 19 und dem Fluidkanal 20 zwischen der Aufnahme 59b und der rückwärtigen Fluiddurchtrittsöffnung 23 her.

Wenn sich der Kolben 7 im Betrieb des Arbeitszylinders 1 an eine seiner beiden Endlagen annähert, taucht der betreffende, zweckmäßigerweise mit einer Dichtung 63 ausgestattete Axial­ vorsprung 58a, 58b in die zugeordnete Aufnahme 59a, 59b ein und verschließt diese, so dass das verdrängte Druckmittel nicht mehr durch den bis dahin zur Verfügung stehenden größe­ ren Strömungsquerschnitt abströmen kann. Ein Abströmen ist jetzt nurmehr durch den zugehörigen Drosselkanal 57 bzw. 62 hindurch möglich, so dass sich die Kolbengeschwindigkeit ver­ langsamt und der Endaufprall reduziert wird.

Die vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22 ist beim Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 in besonderer Weise ausgeführt. Sie ist dadurch entstanden, dass das Material des Gehäusevorderteils 25 mit einem entsprechenden Stempel durchstoßen und nach in­ nen in den Innenraum 3 hineingedrückt wurde. Dadurch ergibt sich ein aus der Verformung des Materials des Zylinderrohrs 4 entstandener hohlzylindrischer Befestigungsabschnitt 48, der die vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22 umgrenzt und ausgehend von der zylindrischen Wandung des Zylinderrohres 4 radial nach innen ragt.

Am Innenumfang des Befestigungsabschnittes 48 sind die Befes­ tigungsmittel 24 angeordnet, beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in Gestalt eines in das Material eingebrachten Innenge­ windes. Daran lässt sich eine anzuschließende Fluidleitung oder ein zum Anschließen einer Fluidleitung dienender Fluid­ leitungsverbinder befestigen (in Fig. 1 strichpunktiert bei 49a angedeutet).

Es wäre auch möglich, die Innenfläche des hohlzylindrischen Befestigungsabschnittes 48 so auszubilden, dass sich eine Preßsitzfläche ergibt und ein Fluidleitungsverbinder darin durch Einpressen fixiert werden kann.

Die geschilderte Realisierung des Befestigungsabschnittes 48 hat den Vorteil, dass eine große Befestigungstiefe bzw. Be­ festigungslänge zur Verfügung gestellt werden kann. Daher kann eine Fluidleitung oder ein Fluidleitungsverbinder selbst bei sehr dünner Wandstärke des Gehäusevorderteils 25 sicher befestigt werden.

Allerdings ist es auch möglich, die Wandung des Gehäusevor­ derteils zum Erhalt einer Fluiddurchtrittsöffnung mit einem einfachen Stanzloch zu versehen und darin dann einen geeigne­ ten Fluidleitungsverbinder zu fixieren, beispielsweise durch Einpressen oder Festschweißen. Diese Lösung ist beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 2 realisiert, in der im Preßsitz fi­ xierte Fluidleitungsverbinder bei 49b angedeutet sind.

Die Fluidleitungsverbinder 49a, 49b sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sich Fluidleitungen, insbesondere Flu­ idschläuche, leicht lösbar fluiddicht befestigen lassen. Die Fluidleitungsverbinder 49a, 49b sind insbesondere als Steck­ verbindungseinrichtungen ausgeführt.

Man hat jedenfalls die Möglichkeit, das Gehäusevorderteil 25 durchgängig dünnwandig auszuführen, wie dies aus der Zeich­ nung deutlich wird. Der Arbeitszylinder 1 verfügt daher über ein nur geringes Gewicht.

Damit der mit der Innenumfangsfläche 12 des Zylinderrohrs 4 in Kontakt stehende Kolbenabschnitt 53 des Kolbens 7 nicht mit dem Befestigungsabschnitt 48 kollidiert, verfügt der Kol­ ben 7 beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 an der der vorde­ ren Abschlusswand 5 zugewandten Vorderseite über einen in Richtung zu der vorderen Abschlusswand 5 ragenden Anschlagab­ schnitt 42. Dieser ist hinsichtlich der Baulänge so ausgebil­ det, dass er im Betrieb auf die vordere Abschlusswand 5 auf­ trifft bevor der mit dem Zylinderrohr 4 in Kontakt stehende, die Führungs- und Dichtungsmittel 17 aufweisende Kolbenab­ schnitt 53 die vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22 bzw. den Befestigungsabschnitt 48 der vorderen Fluiddurchtrittsöffnung 22 erreicht.

Der Anschlagabschnitt 52 verhindert ferner ein Eintauchen des die Führungs- und Dichtmittel 17 aufweisenden Kolbenabschnit­ tes 53 in den sich innen an die Durchbrechung 26 anschließen­ den vorderen Endabschnitt 54 des Innenraumes 3, der von der gewölbt ausgebildeten vorderen Abschlusswand 5 begrenzt wird. Diese erstreckt sich nicht wie die rückwärtige Abschlusswand in einer zur Längsachse 55 des Zylindergehäuses 2 rechtwinke­ ligen Ebene, sondern ist axial nach außen hin leicht ausge­ wölbt.

Ist ein Anschlagabschnitt 52 vorhanden, kann dieser die Funk­ tion eines Axialvorsprunges 58a übernehmen.

Der Arbeitszylinder der Ausführungsbeispiele setzt sich je nach Bauform aus lediglich fünf bis sieben Bauteilen zusam­ men. Es sind dies das Gehäusevorderteil 25, der Abschlussde­ ckel 28, der Kolben 7, die Kolbenstange 14 und die Hülse 36, sowie eventuell zusätzlich ein oder zwei in den Fluidlei­ tungsöffnungen 22, 23 zu befestigende Fluidleitungsverbinder 49a, 49b. Diese geringe Anzahl von Bauteilen ermöglicht eine schnelle Montage des Arbeitszylinders 1.

Die Kolbenstange 14 besteht zweckmäßigerweise aus Aluminimum­ material oder aus nicht rostendem Stahl.

Der Trägerkörper 42 des Kolbens 7 kann ein Tiefziehteil sein und insbesondere aus Aluminiummaterial bestehen.

Ein bevorzugter Verfahrensablauf zur Herstellung des Arbeits­ zylinders kann sich in der nachfolgend geschilderten Weise gestalten.

Zunächst wird aus einem Ausgangskörper in Gestalt eines Rohr­ körpers das Gehäusevorderteil 25 hergestellt, beispielsweise indem ein Endabschnitt einrolliert wird, um die vordere Ab­ schlusswand 5 sowie die Durchbrechung 26 und eventuell den hohlzylindrischen Fortsatz 27 zu erhalten. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Warmumformung unter Wärmezufuhr.

Alternativ könnte das Gehäusevorderteil 25 bei einer Metall­ ausführung insoweit z. B. auch durch Tiefziehen eines bei­ spielsweise platten- oder scheibenförmigen Ausgangskörpers hergestellt werden.

Als nächstes wird die separat gefertigte Hülse 36 in die Durchbrechung 26 eingesetzt und vorzugsweise eingepresst.

Im nächsten Schritt wird die aus der Kolbenstange 14 und dem Kolben 7 zusammengesetzte Baueinheit durch das rückseitig noch offene Gehäusevorderteil 25 in dieses Gehäusevorderteil 25 eingesetzt, wobei die Kolbenstange 14 durch die Hülse 36 hindurchgeführt wird.

Danach wird der Abschlussdeckel 28 angesetzt und mit einer der oben geschilderten Befestigungsarten befestigt. An dem Abschlussdeckel 28 wurden bei Bedarf zuvor geeignete Befesti­ gungsmittel angebracht, die eine nachfolgende Befestigung des Arbeitszylinders am Einsatzort ermöglichen.

Die im Gehäusevorderteil 25 gewünschten vorderen und/oder rückwärtigen Fluiddurchtrittsöffnungen 22, 23 werden insbe­ sondere durch Stanzen in die Wandung des Gehäusevorderteils 25 eingebracht. Dies geschieht zweckmäßigerweise vor der spanlosen Formgebung des Gehäusevorderteils 25 durch entspre­ chende Bearbeitung des Ausgangskörpers, kann unter Umständen aber auch erst im Anschluß daran geschehen.

Anschließend werden noch die eventuell benötigten Fluidlei­ tungsverbinder 49a, 49b in einer oder beiden Fluiddurchtritt­ söffnungen 22, 23 installiert. Dies geschieht beispielsweise durch Einschrauben oder Einpressen, je nach Ausführungsform. Die Fluidleitungsverbinder können insgesamt patronenartige Bauteile sein.

Als letztes schließt sich zweckmäßigerweise noch ein Prüfvor­ gang an, bei dem die Dichtheit, Maßhaltigkeit und Funktion des hergestellten Arbeitszylinders überprüft werden.

Es besteht die Möglichkeit, den Arbeitszylinder zum größten Teil spanlos herzustellen. Er kann aus sehr wenigen, bei­ spielsweise lediglich fünf Hauptkomponenten bestehen, die bei Bedarf durch einen oder zwei Fluidleitungsverbinder ergänzt werden, so dass maximal sechs oder sieben Komponenten vorge­ sehen sind. Für die Herstellung des Arbeitszylinders sind nur relativ geringe Werkzeugkosten erforderlich, was die Herstel­ lung insgesamt sehr kostengünstig gestaltet. Auch ist der Ma­ terialbedarf sehr gering. Es ist eine extrem bauteilreduzier­ te und kostenminimierte Herstellung möglich.

Der Arbeitszylinder kann problemlos in unterschiedlichen Län­ gen hergestellt werden, da hierzu im wesentlichen lediglich die Länge des Gehäusevorderteils und der Kolbenstange zu va­ riieren ist. Ausgehend von in Meterware vorliegendem Aus­ gangsmaterial ist mithin eine flexible Fertigung möglich.

Der Arbeitszylinder kann auch als Stoßdämpfer eingesetzt wer­ den, wobei er sich wiederum durch seine geringe Anzahl von Bauteilen und seine kostengünstige Herstellung bzw. Montage auszeichnen kann.

Bei Bedarf kann der Arbeitszylinder mit Sensormitteln ausges­ tattet werden, die eine Erfassung der Position des Kolbens und/oder der Kolbenstange ermöglichen. Die Sensormittel kön­ nen einen oder mehrere Positionssensoren und/oder ein Weg­ meßsystem enthalten.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines fluidbetätigten Arbeits­ zylinders, der ein Zylindergehäuse (2) aufweist, das ein Ge­ häusevorderteil (25) mit einer vorderen Abschlusswand (5) und einem damit einstückigen Zylinderrohr (4) sowie eine als se­ parater Abschlussdeckel (28) ausgebildete, rückseitige Ab­ schlusswand (6) enthält, wobei in dem Zylindergehäuse (2) ein Kolben (7) linear verschiebbar angeordnet ist, mit dem eine die vordere Abschlusswand (5) durchsetzende Kolbenstange (14) verbunden ist, wobei man durch spanlose Umformung eines Aus­ gangskörpers das das Zylinderrohr (4) und die vordere Ab­ schlusswand (5) enthaltende, mit einer den Durchgriff der Kolbenstange (14) ermöglichenden Durchbrechung (26) versehene Gehäusevorderteil (25) herstellt, an dessen Rückseite man nach dem Einsetzen der aus Kolben (7) und Kolbenstange (14) bestehenden Baueinheit den die rückwärtige Abschlusswand (6) definierenden Abschlussdeckel (28) befestigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Durchbrechung (26) der vorderen Abschlusswand (5) vor dem Einsetzen der Kolbenstange (14) eine zumindest zum Ausführen einer Führungs-, Abstreif- und vorzugsweise auch Dichtfunktion bezüglich der Kolbenstange (14) vorgesehene Hülse (36) befestigt.

3. . Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hülse (36) durch Einpressen in der Durchbrechung (26) der vorderen Abschlusswand (5) befestigt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, dass man die Hülse (36) als Mehrkomponenten- Spritzgussteil ausbildet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man in dem Ausgangskörper vor der Formge­ bung des Gehäusevorderteils (25) ein oder mehrere Fluid­ durchtrittsöffnungen (22, 23) einbringt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Fluiddurchtrittsöffnungen (22, 23) als Stanzlöcher in den Ausgangskörper einbringt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, dass man in mindestens eine Fluiddurchtrittsöffnung (22, 23) einen Fluidleitungsverbinder (49a, 49b) einsetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man den Fluidleitungsverbinder (49a, 49b) in die zugehörige Fluiddurchtrittsöffnung einpresst.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man als Ausgangskörper einen Rohrkörper heranzieht, den man an einem Endabschnitt durch Rollieren so umformt, dass die vordere Abschlusswand (5) entsteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man das Gehäusevorderteil (25) durch Tief­ zieh-Umformung des Ausgangskörpers erzeugt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, dass man bei der Umformung des Rohrkörpers einen axial nach außen ragenden, die Durchbrechung (26) definierenden hohlzylindrischen Fortsatz (27) erzeugt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man das Gehäusevorderteil (25) durch Warm­ umformung herstellt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man den Abschlussdeckel (28) schraubenlos an dem Gehäusevorderteil befestigt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man die rückwärtige Abschlusswand (6) durch Kaltumformung mindestens eines Materialabschnittes (31) des Gehäusevorderteils (25) fixiert.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man den Abschlussdeckel (28) durch eine Bördelverbindung und/oder eine Sickenverbindung und/oder eine Schweißverbindung am Gehäusevorderteil (25) befestigt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man den Kolben (7) und die Kolbenstan­ ge (14) durch Vernieten, Verschweißen, Verpressen oder Ver­ kleben miteinander verbindet.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man den Kolben (7) als Mehrkomponenten- Spritzgussteil ausbildet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, dass man den Arbeitszylinder aus lediglich fünf bis sieben Bauteilen in Gestalt des Gehäusevorderteils (25), des Abschlussdeckels (28), einer am Gehäusevorderteil (25) fixierten Hülse (36) mit zumindest Führungs-, Abstreif- und vorzugsweise auch Dichtfunktion, der Kolbenstange (14) und einem mit Führungs- und Dichtmitteln (17) ausgestatteten Kol­ ben (7), sowie eventuell einem oder zwei am Zylindergehäu­ se (2) befestigten Fluidleitungsverbindern (49a, 49b), her­ stellt.