DE102007008931A1 - Fluidzylinder - Google Patents

Abstract

Offenbart wird ein Fluidzylinder mit einem Stellkolben und mit einer Kolbenstange, wobei die Kolbenstange von einem Schutzrohr lose umgeben ist.

Description

• Vorliegende Erfindung betrifft einen Fluidzylinder, insbesondere für einen Hydrozylinder, der einen Stellkolben und eine Kolbenstange, aufweist.
• Bei der Bewegung eines Kolbens in einem Hydrozylinder sind teilweise sehr große Kräfte beteiligt, die von der Kolbenstange übertragen werden. Aus diesem Grund muss die Kolbenstange zug- und druckfest ausgebildet sein und eine große Biegefestigkeit aufweisen, damit ein Abknicken der Kolbenstange zuverlässig verhindert wird. Darüber hinaus muss die Oberfläche der Kolbenstange möglichst glatt sein, um den Verschleiß an Lagern und Dichtungen möglichst gering zu halten.
• Aus dem Stand der Technik sind Kolbenstangen bekannt, bei denen zur Gewichtsreduzierung die Kolbenstangen teilweise oder ganz aus Kunststoff, insbesondere Kunststofffasermaterialien hergestellt wurden, wobei eine fest mit dem Kunststoff bzw. den Fasermaterialien verbundene metallische Haut für die benötigte glatte Oberfläche sorgt. So beschreibt beispielsweise die Patentschrift DE 102 024 55 C1 eine Kolbenstange, die einen Kern aus einer Kunststoffbaugruppe aufweist, der von einem Metallrohr vollflächig umgeben ist, wobei das Metallrohr mittels Aufpressen an dem Kunststoffkern fixiert ist.
• Auch die DE 19647506 C2 offenbart eine Kolbenstange, die als Oberflächenschicht einen metallischen Liner aufweist. Dieser metallische Liner dient dazu, die Oberfläche einer Kolbenstange, die aus einem mit Kunststofffasern umwickelten Stahlkern besteht, eine ausreichend glatte Oberfläche zu geben. Der metallische Liner wird mittels einer dünnen Schicht Klebstoff auf der ausgehärteten Kunststoffschicht der Kolbenstange angebracht, so dass eine reib- und haftschlüssige Verbindung zwischen dem metallischen Liner und dem Kunststoffmantel der Kolbenstange besteht.
• Nachteilig bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenstangen ist jedoch, dass die auf die Kolbenstange ausgeübte Kräfte auch auf den metallischen Überzug der Kolbenstangen wirken, so dass das Material stark beansprucht wird, wodurch beispielsweise die glatte Oberfläche in Mitleidenschaft gezogen werden kann und derart verschleißt, dass aufgrund der festen Verbindung zwischen den Kolbenstangenmaterialien die gesamte Kolbenstange ausgetauscht werden muss.
• Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, einen Fluidzylinder bereitzustellen, bei dem die durch die Kraftbeaufschlagung verursachte Beschädigung bzw. der verursachte Verschleiß der Kolbenstange verringert wird und ein einfacher Austausch von Verschleißteilen möglich ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Fluidzylinder gemäß Patentanspruch 1.
• Erfindungsgemäß ist die Kolbenstange von einem Schutzrohr umgeben, das jedoch nicht, wie im Stand der Technik, fest mit der Kolbenstange verbunden ist, sondern das beispielsweise an dem Stellkolben selbst angebunden ist, wobei zwischen der Kolbenstange und dem Schutzrohr ein, wenn auch geringer, räumlicher Abstand, insbesondere ein Ringraum, verbleibt. Dadurch erfolgt die Kraftübertragung von Zug- bzw. Druckkräften im Wesentlichen ausschließlich über die Kolbenstange selbst, während das Schutzrohr von diesen Kräften unbeeinflusst bleibt. Das Schutzrohr ist allenfalls an einem Ende relativ zur Kolbenstange fest und macht deshalb die Dehnungen und Stauchungen der Kolbenstange nicht mit.
• Dadurch kann zum einen das Schutzrohr aus einem bezüglich Zug- bzw. Druckkräften qualitativ schlechteren Material gefertigt sein als die Kolbenstange selbst, was das Aggregat insgesamt kostengünstiger macht. Zum anderen muss, wenn durch äußere Einflusse doch Verschleiß entsteht, nur das Schutzrohr und nicht gleich die ganze Kolbenstange ausgetauscht werden, was relativ kostengünstig ist.
• Darüber hinaus kann das Schutzrohr auch Beschichtungen aufweisen, die beispielsweise eine besonders glatte Oberfläche bereitstellen, wodurch eine Lagerreibung verringert werden kann. Dies war im Stand der Technik nur bedingt möglich, da solche Beschichtungen besonders empfindlich gegenüber Zug- bzw. Druckkräften sind.
• Des Weiteren hat die kraftbeaufschlagungsfreie Anordnung des Schutzrohrs den Vorteil, dass Wegmesselemente auf das Schutzrohr aufgebracht werden können, die keine Beeinflussung ihrer Messung durch längenmäßige Änderung der Kolbenstange aufgrund von Zug- oder Druckkräften erfahren. Dadurch ist eine sehr präzise Wegbestimmung möglich, wodurch sich die Genauigkeit der Einstellmöglichkeiten des Stellkolbens im Zylinder deutlich erhöht.
• Zudem kann durch das Schutzrohr die Knickfestigkeit der Kolbenstange selbst erhöht werden, da das Schutzrohr ein Durchbiegen der Kolbenstange räumlich begrenzt.
• Da die eigentliche Kolbenstange in einem Schutzrohr aufgenommen ist, kann diese auch aus kurzen Abschnitten zusammengeschweißt werden, was bei Kolbenstangen aus dem Stand der Technik auf Grund der nachfolgenden Oberflächenbehandlung nur unter vergrößertem Herstellungsaufwand möglich war. Dadurch können auch sehr lange Kolbenstangen bzw. Hydrozylinder kostengünstig realisiert werden.
• Da das Schutzrohr keinen großen Kräften ausgesetzt ist, können auch längsspiral- oder segmentgeschweißte Rohre eingesetzt werden, wobei an die Schweißnähte keine erhöhten Anforderungen gestellt werden müssen.
• Die Kolbenstange selbst kann aus unterschiedlichsten Materialien hergestellt werden, die lediglich auf ihre Kraftübertragungseigenschaften optimiert werden müssen, da eine Oberflächenbehandlung auf Grund des darüber angeordneten Schutzrohrs nicht erforderlich ist. Es können deshalb auch Kolbenstangen eingesetzt werden, die beispielsweise mittels Schraubverbindungen verlängert sind.
• Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsbeispiele sind aus den Unteransprüchen, der Figur und der folgenden Beschreibung ersichtlich.
• Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
• Die einzige Figur zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Hydrozylinders. Dabei zeigt die Figur der Einfachheit halber nur die obere Hälfte eines achsensymmetrischen Aufbaus.
• Die Figur zeigt einen Ausschnitt eines Hydrozylinders 1, bei dem eine Kolbenstange 2, mit einem sich im Inneren eines Zylinders 6 befindlichen Stellkolben 4 verbunden ist. Der hier dargestellte Zylinder 6 weist einen Zylindermantel 8 auf, der stirnseitig von einem Deckel 10 verschlossen ist, durch den die Kolbenstange 2 aus dem inneren des Zylinders 6 nach außen tritt. Durch den Stellkolben 4 wird der Zylinder 6 in einen kolbenstangenseitigen Ringraum A und einen kolbenstangenabseitigen Zylinderraum B unterteilt. Dichtungen 12 im Deckel 10 dichten den Durchtritt der Kolbenstange 6 ab.
• Die Kolbenstange 2 ist in den Stellkolben 4 mit einem Gewindezapfen 14 eingeschraubt. Die von dem Stellkolben 4 über die Kolbenstange 2 übertragenen Kräfte können über ein am anderen Ende der Kolbenstange angeordnetes Gelenkauge 16, das in der Zeichnung nur teilweise dargestellt ist, auf eine vom Hydrozylinder betätigte Vorrichtung wirken. Dazu ist über einen weiteren Gewindezapfen 18 und eine entsprechende Gewindebohrung eine zug-/druckfeste Verbindung zwischen dem Lagerauge 16 und der Kolbenstange 2 bereitgestellt.
• Erfindungsgemäß ist die Kolbenstange 2 lose von einem Schutzrohr 20 umgeben. Zwischen Kolbenstange 2 und Schutzrohr verbleibt dabei radial ein gewisser Abstand, der einen Ringraum 22 zwischen Kolbenstange 2 und Schutzrohr 20 definiert. Das Schutzrohr 20 ist axial beweglich in eine im Stellkolben 4 vorhandene Ringnut 24 eingesteckt. Durch eine im Stellkolben gehaltene und außen am Schutzrohr anliegende Dichtung 26 ist die Ringnut 24 zum Ringraum A hin abgedichtet. Am anderen Ende ist das Schutzrohr 20 in eine in dem als Befestigungsteil anzusehenden Lagerauge 16 befindliche Ringnut 30 eingesteckt. Dichtungen 28 verhindern, dass von außen Schmutz in die Ringnut 30 und den Ringraum 22 eindringt. Auch gegenüber dem Lagerauge 16 kann eine axiale Beweglichkeit des Schutzrohres zugelassen werden. In den Ringraum 22 kann Öl mit oder ohne Druck eingefüllt sein.
• Das Schutzrohr 20 ist von den Zug- bzw. Druckkräften, die auf die Kolbenstange 2 wirken, entkoppelt. Insbesondere wirkt sich auch aufgrund des Zwischenraums 22 nicht jede durch Stauchung verursachte leichte Biegung der Kolbenstange 2 auf das Schutzrohr aus. Für das Schutzrohr und für eine eventuelle Oberflächenbeschichtung des Schutzrohrs können deshalb Materialien verwendet werden, die ganz im Hinblick auf die Schutzfunktion und das Zusammenwirken mit den Dichtungen 12 am Deckel 10 ausgewählt sind. Ist in dem konkreten Fall, für den ein bestimmter Hydrozylinder verwendet werden soll, vor allem Korrosion oder eine chemische Beanspruchung des Schutzrohrs zu erwarten, so kann man dieses aus einem hochwertigen Werkstoff herstellen oder zumindest mit einem hochwertigen Werkstoff beschichten. Ist in erster Linie eine mechanische Beanspruchung zu erwarten, zum Beispiel durch Steinschlag, so kann ein Werkstoff mittlere oder normaler Güte für das Schutzrohr ausreichend sein, wobei hier noch eine Härtung des Schutzrohres möglich ist. Insgesamt soll die Außenfläche des Rohres glatt, hart und ohne Risse sein.
• Natürlich ist ein Verschleiß am Schutzrohr nicht auszuschließen. Durch einen solchen Verschleiß kann die Durchführung des Schutzrohres durch den Zylinderdeckel 10 undicht werden. Vor allem auch können die Dichtungen 12 und meist noch vorhandene Führungsbänder beschädigt werden. Ausgetauscht werden muss dann nur das Rohr. Zu diesem Zweck wird zunächst das Auge 16 von seinem Gegenpart gelöst und von der Kolbenstange 2 abgeschraubt. Dann kann das Schutzrohr 20 über die Kolbenstange hinweg vollständig aus dem Innern des Zylinders herausgezogen werden. Dabei entsteht ein Spalt zwischen der Kolbenstange 2 und dem Deckel 10, der es ermöglicht, am Deckel gehaltene Dichtungen und Führungsbänder auszutauschen. Je nach Breite des Zwischenraums 22 zwischen dem Schutzrohr und der Kolbenstange ist der Spalt breiter als die Wandstärke des Schutzrohrs. Dann kann wieder ein neues Schutzrohr über die Kolbenstange bis in den Kolben 4 geschoben werden. Das Auge 6 wird wieder an der Kolbenstange befestigt. Ein solcher Austausch kann unter Umständen sogar möglich sein, ohne dass der Zylinder von einer Maschine demontiert worden ist. Der Wechsel der Verschleißteile ist möglich, ohne dass der Zylinderdeckel 10 abgenommen, also der Zylinder auseinandergebaut werden muss. Schutzrohre können als Meterware vorgehalten und bei Bedarf auf Länge konfektioniert werden. Geringe Nachbearbeitung an den Stirnseiten genügt, damit das Schutzrohr einbaufertig ist. Dies ist gegenüber der Herstellung einer Ersatzkolbenstange im Bezug auf Lagerhaltung und Fertigung wesentlich einfacher.
• Das Schutzrohr kann beispielsweise aus Kohlestahl gefertigt sein, der mit Niro oder einer Keramik (Ceramax) beschichtet sein kann. Da diese Beschichtung keinen Zug- oder Druckkräften ausgesetzt ist, wird die Schutzschicht auf Dehnung bzw. Stauchung nicht belastet. Dies ist für aufgebrachte Beschichtung, wie beispielsweise einen Korrosionsschutz und/oder aufgebrachte Wegmessungselemente (CIMS) günstig im Hinblick auf eine lange Lebensdauer und eine genaue Wegmessung.
• Als Schutzrohr 20 kann zudem ein längs-/spiral- oder segmentgeschweißtes Rohr verwendet werden. Da keine Druck- oder Zugkräfte auf die Schweißnähte und das Material des Schutzrohrs 20 selbst wirken, muss das Schutzrohr lediglich hinsichtlich seiner Oberflächenbeschaffenheit und gegebenenfalls seiner Biegefestigkeit optimiert werden. Dadurch werden die Materialanforderungen an das Schutzrohr deutlich herabgesetzt, wodurch die Materialkosten verringert werden können.
• Da auf Grund des über der Kolbenstange 2 angeordneten Schutzrohrs 20 auch eine Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenbearbeitung der Kolbenstange 2 entfällt, werden zudem der Herstellungsprozess insgesamt und auch der gesamte Hydrozylinder kostengünstiger. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Kolbenstange 2 mit einem Korrosionsschutz oder einem Lack auszustatten. Zum Korrosionsschutz kann der Zwischenraum zwischen der Kolbenstange 2 und dem Schutzrohr 20 mit Öl gefült sein. Dies kann drucklos oder auch druckbeaufschlagt sein.
• Die Kolbenstange 2 selbst kann aus Kohlestahl oder ähnlichen druck-, zug- und biegefesten Materialien gefertigt sein. Ebenfalls ist es möglich, eine Kolbenstange aus einem Verbund beispielsweise aus Kunststoff und Metall zu verwenden. Zudem kann die Kolbenstange 2 aus mehreren Stücken hergestellt sein, die beispielsweise über Schweißen oder Schraubverbindungen verbunden sind. Die Figur zeigt beispielhaft zwei Schweißnähte 32, 34 und eine Schraubverbindung 36, die allein oder in Kombination vorhanden sein können. Auch wenn hier die Kolbenstange 2 aus mehreren Einzelstücken besteht, kann natürlich auch eine durchgängige einstückige Kolbenstange 2 verwendet werden.
• Der Einsatz eines Schutzrohrs 20 hat zudem den Vorteil, dass eine eventuell auftretende Biegung der Kolbenstange 2 durch das in großer räumlicher Nähe angeordnete Schutzrohr 20 begrenzt werden kann. Dadurch kann auch für die Kolbenstange 2 ein Material zum Einsatz kommen, das nur hinsichtlich seiner Zug- und Druckfestigkeit, nicht aber bezüglich der Biegefestigkeit, optimiert ist.
• Insbesondere bei langen Zylindern bzw. langen Kolbenstangen ist der Einsatz eines Schutzrohrs 20 vorteilhaft, da die dann vorteilhafterweise aus mehreren Stücken bestehende Kolbenstange nicht oberflächenbehandelt werden muss, sondern die glatte Oberfläche durch das darüber liegende Schutzrohr bereitgestellt wird.
• Die erfindungsgemäße Ausbildung ist sowohl für Hydraulikzylinder, als auch für Pneumatikzylinder mit Vorteilen verbunden.

2

Kolbenstange

4

Stellkolben

6

Zylinder

8

Zylindermantel

10

Zylinderdeckel

12

Zylinderdichtungen

14

Gewindezapfen

16

Lagerauge

18

Verbindung

20

Schutzrohr

22

Ringraum

24

Ringnut

26

Dichtung/Befestigungselement

28

Dichtung/Befestigungselement

30

Ringnut

32

Schweißnaht

34

Schweißnaht

36

Schraubenverbindung

A

kolbenstangenseitiger Ringraum

B

Zylinderraum

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - DE 10202455 C1 [0003]
• - DE 19647506 C2 [0004]

Claims (12)

1. Fluidzylinder, insbesondere Hydrozylinder, mit einem Stellkolben (4) und mit einer Kolbenstange (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (2) von einem in Axialrichtung der Kolbenstange zumindest einseitig losen Schutzrohr (20) umgeben ist.
2. Fluidzylinder nach Patentanspruch 1, wobei das Schutzrohr (20) in eine Ringnut (24) des Stellkolbens (9) lose eingesteckt ist.
3. Fluidzylinder nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Kolbenstange (2) am dem Stellkolben (4) entfernten Ende mit einem Befestigungsteil (16) versehen ist und dass das Schutzrohr (20) in eine Ringnut (30) des Befestigungsteils (16) eingesteckt ist.
4. Fluidzylinder nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei das Schutzrohr (20) im Bereich einer Ringnut (24, 30) an einer Radialdichtung (26, 28) anliegt.
5. Fluidzylinder nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei zwischen der Kolbenstange (2) und dem Schutzrohr (20) radial ein Abstand besteht.
6. Fluidzylinder nach Patentanspruch 5, wobei der Zwischenraum (22) zwischen der Kolbenstange (2) und dem Schutzrohr (20) mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Öl, gefüllt ist.
7. Fluidzylinder nach Patentanspruch 6, wobei das Druckmittel druckbeaufschlagt ist.
8. Fluidzylinder nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das Schutzrohr (20) längs- und/oder spiral- und/oder segmentgeschweißt ist.
9. Fluidzylinder nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das Schutzrohr (20) eine Beschichtung aufweist, insbesondere aus Niro, und/oder einer Keramik.
10. Fluidzylinder nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Kolbenstange (2) aus Kohlestahl gefertigt sind.
11. Fluidzylinder nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei die Kolbenstange (2) einen Korrosionsschutz und/oder Lack aufweist.
12. Fluidzylinder nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Kolbenstange (2) aus einem oder mehreren Segmenten besteht, die mittels Schweißen und/oder mittels Gewinde verbunden sind.