DE102004003620A1

DE102004003620A1 - Dichtung bei kolbenstangenlosen Zylindern

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Publication number: DE102004003620A1
Application number: DE200410003620
Authority: DE
Original assignee: AIRTEC PNEUMATIC GmbH
Current assignee: AIRTEC PNEUMATIC GmbH
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-01-17
Also published as: DE102004003620B4

Abstract

Es wird ein kolbenstangenloser Zylinder (1) mit einem Zylinderrohr (2), in dem axial verschiebbar ein Kolben (3) geführt ist, beschrieben, wobei an dem Kolben (3) ein Kolbenträger (4) angreift, welcher durch einen in dem Zylinderrohr (2) ausgebildeten Längsschlitz (5) nach außen ragt. Darüber hinaus ist an dem Kolben (3) beidseitig des Kolbenträgers (4) jeweils eine Kolbendichtung (6) angebracht und der Längsschlitz (5) ist mit einem flexiblen Dichtband (7) abgedichtet. DOLLAR A Die wesentlichen Nachteile der bekannten kolbenstangenlosen Zylinder bestehen entweder in einem schlechten Dichtverhalten bei gleichzeitig gutem Laufverhalten oder in einem zwar guten Dichtverhalten bei gleichzeitig schlechtem Laufverhalten und infolgedessen in geringen Standzeiten. Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kolbenstangenlosen Zylinder bereitzustellen, bei dem die angesprochenen Dichtungsprobleme nicht mehr auftreten und der dadurch bedingt eine deutlich längere Standzeit ermöglicht. DOLLAR A Die Aufgabe wird mit einem kolbenstangenlosen Zylinder gelöst, bei dem die Kolbendichtung (6) eine erste und eine zweite Dichtlippe (8, 9) umfasst, wobei die erste Dichtlippe (8) aus einem NBR-Material und die zweite Dichtlippe (9) sowie das Dichtband (7) aus einem PUR-Material gefertigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen kolbenstangenlosen Zylinder mit einem Zylinderrohr, in dem axial verschiebbar ein Kolben geführt ist, wobei an dem Kolben ein Kolbenträger angreift, welcher durch einen in dem Zylinderrohr ausgebildeten Längsschlitz nach außen ragt, an dem Kolben beidseitig des Kolbenträgers jeweils eine Kolbendichtung angebracht ist, und der Längsschlitz mit einem flexiblen Dichtband abgedichtet ist.

Auf dem Gebiet der kolbenstangenlosen Zylinder haben sich in der Praxis verschiedene Arten der Kraftabnahme durchgesetzt. So sind fluidgetriebene kolbenstangenlose Zylinder bekannt, die außen auf dem Zylinder geführte Kraftabnehmer aufweisen, die magnetisch oder mechanisch mit dem Kolben gekoppelt sind. Die mechanische Verbindung kann über ein umlaufendes Übertragungsmittel, insbesondere ein Band oder Seil ( EP 01 77 880 B1 ), oder über einen starren Kolbenträger zwischen dem Kolben und dem Kraftabnehmer erfolgen. Im letzteren Fall ragt die Kraftbrücke durch einen abdichtbaren Schlitz im Zylinderrohr.

Ein derartiger gattungsbildender Stand der Technik wird in der DE 35 09 891 beschrieben. Bei dem bekannten kolbenstangenlosen Zylinder wird der Längsschlitz in der Wandung des Zylinderrohres durch ein flexibles Dichtband innen und außen abgedichtet. Das Dichtband ist hierfür an seiner einen Längsseite ortsfest an der einen Längswand des Längsschlitzes verankert, während es an der anderen Längsseite mit zwei Dichtlippen versehen ist, die sich von innen und außen gegen die andere Längswand des Längsschlitzes anlegen. Im Bereich des Kolbenträgers werden die Dichtlippen durch schräge Flächen des Kolbenträgers von ihren Dichtflächen abgehoben, an welche sie sich nach Durchgang des Kolbenträgers durch eigene Vorspannung wieder anlegen.

Die wesentlichen Nachteile der bekannten kolbenstangenlosen Zylinder bestehen entweder in einem schlechten Dichtverhalten bei gleichzeitig gutem Laufverhalten oder in einem zwar guten Dichtverhalten bei gleichzeitig schlechtem Laufverhalten und infolgedessen in geringen Standzeiten. Die eintretenden verschleißbedingten Beeinträchtigungen des Laufverhaltens äußern sich zunächst in einem so genannten stick-slip-Verhalten, das heißt einem stotternden und ruckhaften Verfahren des Kolbens und dadurch bedingter zunehmender Undichtigkeit zwischen Kolben und Zylinderrohr. Diese Undichtigkeit wird bei den üblicherweise verwendeten Dichtbändern aus Polyamid im Falle von längeren betriebsbedingten Stillständen noch verstärkt, da es an dem Dichtband im Bereich der Durchtrittsstelle des Kolbenträgers häufig zu bleibenden Verformungen kommt, die sich bei erneuter Inbetriebnahme nicht mehr vollständig herausziehen.

Vor dem aufgezeigten Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kolbenstangenlosen Zylinder bereitzustellen, bei dem die angesprochenen Dichtungsprobleme nicht mehr auftreten und der dadurch bedingt eine deutlich längere Standzeit ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem kolbenstangenlosen Zylinder gelöst, bei dem die Kolbendichtung eine erste und eine zweite Dichtlippe umfasst, wobei die erste Dichtlippe aus einem NBR-Material und die zweite Dichtlippe sowie das Dichtband aus einem PUR-Material gefertigt ist.

Sowohl der Werkstoff NBR als auch das PUR-Material gehört zu der Gruppe der Elastomere. Unter den Elastomeren werden Werkstoffe aus Makromolekülen verstanden, die nach Einwirkung einer verformenden Kraft bei Raumtemperatur ihre Größe und Form wiedererlangen.

Die Abkürzung NBR steht für Acrylnitril-Butadien-Kautschuk. Dieser zeichnet sich durch gute mechanische Eigenschaften aus, ein gutes Tieftemperaturverhalten, welches mischungsabhängig einen Einsatz bis zu –50°C zulässt, sowie eine höhere Abriebfestigkeit als die meisten anderen Elastomere.

Die Abkürzung PUR steht für die Gruppe der Polyurethan-Elastomere, die wiederum in Polyester-Urethane, welche im allgemeine die günstigeren mechanischen Eigenschaften besitzen, und Polyäther-Urethane, welche die günstigeren Hydrolyseeigenschaften aufweisen, unterschieden werden können. Für die Verwendung sind beide Polyuretan-Elastomere geeignet und können im spezifischen Anwendungsfall ausgewählt werden.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten kolbenstangenlosen Zylinders liegt in der guten Dichtigkeit bei gleichzeitig gutem Laufverhalten über alle Geschwindigkeitsbereiche hinweg. Es werden Standzeiten von über 6000 km erreicht. Diese ist durch die erfindungsgemäße Auswahl und Anordnung der Dichtelemente Dichtband, erste Dichtlippe und zweite Dichtlippe realisierbar. In dem zwischen den Dichtlippen liegenden Bauraum sammelt sich Schmierfett an oder wird bereits vor der ersten Inbetriebnahme eingebracht, wodurch während des Verfahrens des Kolbens eine kontinuierliche Schmierung des Dichtbandes gewährleistet ist.

Ein weiterer Vorteil resultiert insbesondere aus der Verwendung des Werkstoffes PUR für das Dichtband. Dieses ist besonders biegeweich und lässt eine sehr kurze Bauweise des Kolbens zu, da kleine Umlenkradien des Dichtbandes möglich sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Dichtlippe eine Vliesbeschichtung auf. Die Vliesbeschichtung steht dabei synonym für ein aufnahmefähiges Material.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die erste Dichtlippe bezogen auf den Kolbenträger außenliegend und die zweite Dichtlippe innenliegend anzuordnen. In diesem Fall sorgt die erste Dichtlippe im Wesentlichen für die Aufnahme der Umlenkkräfte des Dichtbandes, während die zweite Dichtlippe die Abdichtung des Kolbens zu dem Dichtband und dem Zylinderrohr übernimmt. Auch die umgekehrte Anordnung der Dichtlippen ist möglich und resultiert ebenfalls im guten Dicht- und Laufverhalten.

Hierzu kann die erste und die zweite Dichtlippe in axialer Richtung beabstandet sein. Diese Ausführungsform bietet sich an, wenn die Dichtlippen als einzeln hergestellte Bauteile, beispielsweise Dichtringe, hergestellt und eingebaut werden. Um eine Fixierung der Dichtlippen in axialer Richtung auf dem Kolben zu verhindern, sollten auf den Kolbenoberflächen in Umfangsrichtung komplementär zu den Dichtlippen ausgeformte Haltenuten oder Haltekragen vorgesehen sein.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann auch die erste und die zweite Dichtlippe in einem Übergangsbereich stoffschlüssig verbunden sein. Dieses ist häufig dann der Fall, wenn die Dichtlippen in einem Arbeitsgang, beispielsweise in einer Extruderlinie, als Formteil gefertigt werden. Hierbei werden gleichzeitig die unterschiedlichen Werkstoffe auf den Kolben aufgespritzt. Aufgrund eines Stoffschlusses zwischen den Materialien der Dichtlippen und der Oberfläche des Kolbens kann auf das Einbringen von Haltenuten verzichtet werden. Dennoch sollte in dem Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Dichtlippe in Umfangsrichtung eine Ausnehmung aus geformt sein, um das Ausbilden eines Schmierfettdepots sicherzustellen.

Vorteilhafterweise weist die erste Dichtlippe und/oder die zweite Dichtlippe einen trapezförmigen oder auch dreieckigen Querschnitt auf. Dieser führt im Kontaktbereich zu der Innenwand des Zylinderrohres in Umfangsrichtung zu einer linienartigen Berührung und unterstützt ein gleichmäßiges Gleiten des Kolbens in dem Zylinderrohr.

Vorzugsweise ist das Dichtband mit einer Stahllitze verstärkt, wodurch die Dauerfestigkeit bei Zugbelastung erheblich erhöht wird.

In einer besonderen Ausgestaltung ist das Dichtband über Haltelippen in dem Zylinderrohr gehalten. Hierdurch wird ein weitgehend druckdichter Verschluss des Zylinderrohres bei Abwesenheit des Kolbenträgers erreicht.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend anhand von zwei Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei zeigen die:
1 einen Querschnitt durch den kolbenstangenlosen Zylinder; und
2 einen Längsschnitt durch den kolbenstangenlosen Zylinder entlang der Schnittfläche A-A in 1.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen kolbenstangenlosen Zylinder 1 mit einer im Wesentlichen quadratischen Querschnittsform, in dem außermittig das Zylinderrohr 2 angeordnet ist. Innerhalb des Zylinderrohres 2 ist zentrisch der Kolben 3 verschiebbar geführt, der sich über die in dieser Ansicht sichtbare erste Dichtlippe 8 und die dahinter liegende zweite Dichtlippe 9 an der Innenwandung des Zylinderrohres 2 abstützt.
In radialer Ausrichtung ragt aus dem Zylinder 1 durch einen sich über annähernd die gesamte axiale Erstreckung des Zylinders verlaufenden Längsschlitz 5 der ortsfest mit dem Kolben 3 verbundene Kolbenträger 4. Damit es in dem Durchtrittsbereich des Kolbenträgers 4 nicht zu Beschädigungen des Dichtbandes 7 kommt, ist dieses tunnelartig durch den Verbindungsbereich von Kolbenträger 4 und Kolben 3 hindurchgeführt.
Die Führung des Dichtbandes 7 und die Anordnung der beiden Kolbendichtungen 6 ist besonders gut in der Darstellung der 2 zu erkennen.
Die 2 zeigt einen Längsschnitt gemäß der Schnittebene A-A in 1 durch den kolbenstangenlosen Zylinder 1 mit darin befindlichem Kolben 3.
Zur Vermeidung von Druckverlusten eines in das Zylinderrohr über seine nicht gezeigten Endverschlüsse aufgegebenen Arbeitsmediums, ist der Kolben 3 beidseitig des Kolbenträgers 4 zu der Innenwand des Zylinderrohres 2 abgedichtet. Hierzu befinden sich an beiden Enden des Kolbens 3 die Kolbendichtungen 6, wobei die Kolbendichtungen 6 im Einzelnen jeweils die axial zueinander beabstandeten ersten und zweiten Dichtlippen 8, 9 umfassen. Beide Dichtlippen 8, 9 weisen eine trapezförmige Geometrie auf und berühren mit ihrem spitzen Ende die Innenwandung des Zylinderrohres 2.
In dem jeweiligen Bauraum zwischen den Dichtlippen 8, 9 ist ein Schmierfettdepot vorgesehen, mit Hilfe dessen die Dichtlippen 8, 9 und das Dichtband 7 permanent geschmiert sind. Die erste Dichtlippe 8 ist für ein besonders günstiges Gleitverhalten mit einer Vliesbeschichtung 10 versehen, die das Schmierfett bindet und dabei den Reibwert weiter verringert.
Der Kolben 3 ist in seinem mittleren Abschnitt auf der Seite des Kolbenträgers 4 mit einer Ausnehmung in radialer Richtung versehen. Durch diese Ausnehmung ist das Dichtband 7 zwangsgeführt, so dass es in diesem Bereich nicht mehr an der Innenwandung des Zylinderrohres 2 anliegt und der Längsschlitz 5 zum Hinausragen des Kolbenträgers 4 aus dem Zylinderrohr 2 freigegeben ist. In diesem Umlenkungsbereich macht sich besonders die Schmierung zum Erreichen einer langen Standzeit bemerkbar. Darüber hinaus erfolgt aufgrund der stetigen Kontaktierung der innenliegenden zweiten Dichtlippe 9 mit dem Dichtband 7 ein effektiver druckdichter Abschluss. Die erste Dichtlippe 8 vermindert während des Verfahrens des Kolbens 3 die auf die zweite Dichtlippe 9 durch die Umlenkung des Dichtbandes 7 hervorgerufenen Normalkräfte und erhöht damit zusätzlich die Standzeit des kolbenstangenlosen Zylinders.

1: Zylinder
2: Zylinderrohr
3: Kolben
4: Kolbenträger
5: Längsschlitz
6: Kolbendichtung
7: Dichtband
8: erste Dichtlippe
9: zweite Dichtlippe
10: Vliesbeschichtung

Claims

Kolbenstangenloser Zylinder (1) mit einem Zylinderrohr (2), in dem axial verschiebbar ein Kolben (3) geführt ist, wobei – an dem Kolben (3) ein Kolbenträger (4) angreift, welcher durch einen in dem Zylinderrohr (2) ausgebildeten Längsschlitz (5) nach außen ragt, – an dem Kolben (3) beidseitig des Kolbenträgers (4) jeweils eine Kolbendichtung (6) angebracht ist, und – der Längsschlitz (5) mit einem flexiblen Dichtband (7) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbendichtung (6) eine erste und eine zweite Dichtlippe (8, 9) umfasst, wobei die erste Dichtlippe (8) aus einem NBR-Material und die zweite Dichtlippe (9) sowie das Dichtband (7) aus einem PUR-Material gefertigt ist.
Kolbenstangenloser Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtlippe eine Vliesbeschichtung (10) aufweist.
Kolbenstangenloser Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtlippe (8) bezogen auf den Kolbenträger (4) außenliegend und die zweite Dichtlippe (9) innenliegend angeordnet ist.
Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Dichtlippe (8, 9) in axialer Richtung beabstandet sind.
Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Dichtlippe (8, 9) in einem Übergangsbereich stoffschlüssig verbunden sind.
Kolbenstangenloser Zylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übergangsbereich in Umfangsrichtung eine Ausnehmung ausgeformt ist.
Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtlippe (8) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtlippe (9) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtband (7) mit einer Stahllitze verstärkt ist.
Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtband (7) über Haltelippen in dem Zylinderrohr (2) gehalten ist.