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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Kolben/Zylinder-Einheit mit einem Zylindergehäuse,
einem eine Durchbrechung aufweisenden Kolben und einer eine Achse
aufweisenden Kolbenstange, wobei der Kolben mindestens eine Kolbendichtung
aufweist und über ein in der Durchbrechung angeordnetes
Innengewinde mit einem auf einem Fortsatz der Kolbenstange vorgesehenen
Außengewinde ohne erhöhtes Anziehdrehmoment verbunden
ist. Das Zylindergehäuse wird in der Regel durch eine Führungsbuchse ergänzt,
in der die Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit geführt
und gelagert ist. Der Kolben weist in der Regel neben seiner dynamischen
Kolbendichtung ein Führungselement und eine statische Dichtung
auf. Die Kolbenstange kann in einem Lagerauge enden, mit der sie
verdrehgesichert angeordnet ist. Auch das Zylindergehäuse
ist mit einer Lagerung versehen, beispielsweise einem Lagerauge.
Der Kolben ist mit diesem in dem Zylindergehäuse beweglichen Ende
der Kolbenstange verbunden. Wenn die Dichtungen und/oder Führungselemente
des Kolbens ausgetauscht werden müssen, ist es lediglich
erforderlich, die Führungsbuchse gegenüber dem
Zylindergehäuse zu lösen und die Kolbenstange
mit dem daran hängenden Kolben aus dem Zylindergehäuse herauszuziehen.
Wenn dagegen Führungselemente, Dichtungen und/oder Abstreifer,
die der Kolbenstange zugeordnet sind und die in der Regel in der
Führungsbuchse angeordnet sind, ausgetauscht werden müssen,
ist es erforderlich, den Kolben von der Kolbenstange zu lösen,
um die innere Durchbrechung der Führungsbuchse zugänglich
zu machen. Die lösbare Befestigung des Kolbens an der Kolbenstange ist
eine grundlegende Problematik für eine Kolben/Zylinder-Einheit.
Die lösbare Befestigung muss so ausgebildet sein, dass
der Kolben die durch das Fluid erzeugten Axialkräfte aufnehmen
und auf die Kolbenstange übertragen kann. Weiterhin ist
oft eine Abdichtung des Fluids zwischen Kolben und Kolbenstange
erforderlich. Im Falle einer Gewindeverbindung zwischen Kolben und
Kolbenstange ist eine Verdrehsicherung des Kolbens relativ zur Kolbenstange
erforderlich, um ein selbsttätiges Lösen des Kolbens
unter Betriebslasten zu vermeiden. Dabei werden vorgespannte Verbindungen
und nicht-vorgespannte Verbindungen unterschieden. Bei vorgespannten
Verbindungen wird über die Gewindeverbindung ein Anziehdrehmoment
aufgebracht, so dass Kolben und Kolbenstange in der montierten Stellung
vorgespannt gegeneinander gepresst gehalten werden. Dabei ist in
der Regel die Härtung von Stirnflächen an Kolben
und Kolbenstange erforderlich, um den zulässigen Flächenpressungen
zu genügen, wenn die erforderlichen hohen Anziehdrehmomente
aufgebracht werden. Ein solches hohes Anziehdrehmoment hat erhebliche
Vorteile im Betrieb der Kolben/Zylinder-Einheit, indem der Kolben
nur einer schwellenden Belastung ausgesetzt wird und die durch das
Anziehdrehmoment hervorgerufene Axialkraft immer größer
bleibt als die durch das Fluid herbeigeführte Axialkraft.
Das Anziehdrehmoment stellt die erste Sicherung des Kolbens gegen
Lösen unter Betriebsbedingungen dar. Zusätzlich
ist oft eine zweite Sicherung vorgesehen. Im Falle des Austausches der
der Kolbenstange zugeordneten Dichtung und/oder der Führungselemente
stellt das Lösen eines mit hohem Anziehdrehmoment montierten
Kolbens an einer Kolbenstange jedoch ein erhebliches Problem dar,
insbesondere wenn man sich vorstellt, dass die Reparatur solcher
Kolben/Zylinder-Einheiten beispielsweise an Baumaschinen, Baggern
u. dgl. in der Regel im freien Feld erfolgen muss, ohne dass werkstattmäßige
Vorrichtungen genutzt werden können.
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STAND DER TECHNIK
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Aus
der
DE 101 56 504
C1 ist eine Kolben/Zylinder-Einheit der eingangs beschriebenen
Art mit einem Zylindergehäuse, einem eine Durchbrechung
aufweisenden Kolben und einer eine gemeinsame Achse aufweisenden
Kolbenstange bekannt. Der Kolben weist eine Kolbendichtung und ein
Führungselement auf. Der Kolben ist über ein in
der Durchbrechung angeordnetes Innengewinde mit einem auf einem
Fortsatz der Kolbenstange vorgesehenen Außengewinde ohne
erhöhtes Anziehdrehmoment verbunden ist. Das Innengewinde
des Kolbens und das Außengewinde der Kolbenstange sind
dabei mit übereinstimmender Exzentrizität zu den
jeweiligen Achsen des Kolbens und der Kolbenstange vorgesehen. Der
Kolben ist auf die Kolbenstange mit einer solchen Winkelendlage
aufgeschraubt, dass die Achsen von Kolben und Kolbenstange miteinander fluchten.
Die Exzentrizität wird als Verdrehsicherung eingesetzt.
Diese durch die Exzentrizität bewirkte Verdrehsicherung
erfordert keine zusätzlichen Sicherungselemente. Die Kolbenbefestigung
besitzt also vorteilhaft wenige Bauteile und ist damit auch kostengünstig
herstellbar. Es sind nicht einmal Angriffsflächen für
ein Verdrehwerkzeug am Kolben erforderlich, weil der Kolben von
Hand aufgeschraubt und gelöst werden kann. Erhöhte
Anziehdrehmomente werden nicht eingesetzt, so dass vorteilhaft auch
die sonst notwendige Härtung der Stirnflächen
an Kolben und Kolbenstange entfallen. Die Kolbenverbindung besitzt
eine kurze Bauweise und trägt insoweit dazu bei, dass die
Kolbenstange in ihrer vollen Länge genutzt werden kann.
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Es
ist weiter eine Kolbenbefestigung für eine Kolben/Zylinder-Einheit
bekannt, bei der ein Kolben mit einer axial durchgehenden Durchbrechung
ohne Gewinde auf einen Fortsatz der Kolbenstange aufgesteckt wird.
Der Fortsatz der Kolbenstange besitzt ein Außengewinde,
auf welches nach dem Aufstecken des Kolbens eine Sicherungsmutter
aufgeschraubt wird. Die Sicherungsmutter besitzt eine Durchbrechung
und ein zugeordnetes Innengewinde. Die Sicherungsmutter ist beispielsweise
mit einer Kunststoffeinlage versehen, die als Sicherungselement
gegen Losdrehen wirkt. Damit wird eine kraftschlüssige Verdrehsicherung
genutzt.
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Es
ist auch bereits bekannt, den Kolben und die Sicherungsmutter zu
einem einzigen Teil zusammenzufassen, so dass das zugehörige
Innengewinde in einer Durchbrechung des Kolbens vorgesehen ist. Als
Sicherungselement wird eine radial im Kolben vorgesehene Stiftschraube
angewendet, die in der montierten Stellung auf den Fortsatz der
Kolbenstange drückt. Hier muss der Kolben entsprechende
Angriffsflächen für ein Verdrehwerkzeug aufweisen,
um das notwendige hohe Anziehdrehmoment bei der Montage sowie das
entsprechende Lösemoment bei der Demontage aufbringen zu
können. Spezialwerkzeuge sind hierzu in der Regel unverzichtbar.
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Beide
Kolbenbefestigungen unter Einwirkung eines hohen Anziehdrehmoments
haben die folgenden Nachteile. Die hohen Momente bei der Montage
und der Demontage sind ohne Spezialwerkzeuge nicht aufbringbar.
Der Kolben oder ein zusätzliches Sicherungselement müssen
entsprechende Angriffsflächen für das Spezialwerkzeug
aufweisen. Zusätzliche Bauteile für die Realisierung
einer zusätzlichen Verdrehsicherung erweisen sich als erforderlich
und führen dazu, dass sich die Baulänge im Bereich
des Kolbens vergrößert. Die gegenseitig zur Anlage
kommenden sich im Wesentlichen radial erstreckenden Stirnflächen
zwischen Kolben und Kolbenstange müssen in aufwändiger
Weise gehärtet werden. Solche Kolbenverbindungen sind aufwändig in
der Herstellung und vergleichsweise wenig reparaturfreundlich.
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Für
den Fall, dass die Anordnung einer statischen Dichtung zwischen
Kolben und Kolbenstange erforderlich ist, sind Kolben und Kolbenstange
so ausgeführt, dass sie sich in axialer Richtung um einen
für die Unterbringung der statischen Dichtung notwendigen
Betrag überdecken. Damit kann die ohnehin sorgfältig
bearbeitete Oberfläche der Kolbenstange auch als Gegenfläche
für diese statische Dichtung genutzt werden.
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Aus
der
US 3,293,993 ist
eine Kolben/Zylinder-Einheit der eingangs beschriebenen Art bekannt. Sie
besitzt ein Zylindergehäuse, einen eine Achse aufweisenden
Kolben und eine eine Achse aufweisende Kolbenstange. Der Kolben
ist über ein in einer Durchbrechung angeordnetes Innengewinde
mit einem auf einem Fortsatz der Kolbenstange vorgesehenen Außengewinde
verbunden. Die Achsen der Gewinde und die Achsen von Kolbenstange
und Kolben stimmen überein. Die bekannte Kolben/Zylinder-Einheit
zeigt keine Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber der
Kolbenstange und beschäftigt sich auch nicht mit einer
sicheren und reparaturfreundlichen Ausbildung.
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Um
die Kolbenbefestigung reparaturfreundlicher zu gestalten, ist bereits
eine Kolben/Zylinder-Einheit der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei
der der Kolben und die Kolbenstange über eine Gewindeverbindung
mit Innengewinde und Außengewinde lose aufeinander aufgeschraubt
werden. Wesentlich ist bei dieser Verbindung eine Verdrehsicherung
des Kolbens gegenüber der Kolbenstange. Die Verbindung
wird ohne Aufbringung eines Anziehdrehmoments hergestellt. Als Verdrehsicherung
wird ein Bolzen, eine Hülse oder dergleichen eingesetzt, die
in eine axial geführte Bohrung einragt, die so angeordnet
ist, dass sie den Gewindebereich zwischen Kolbenstange und Kolben
durchsetzt. Während der Montage entstehen Späne,
wodurch in nachteiliger Weise eine Verschmutzungsgefahr vorhanden
ist. Die Hülse, der Bolzen oder dergleichen müssen
zusätzlich noch gegen axiales Wandern gesichert werden.
Dies geschieht in der Regel mit einer Schraube mit Sicherungsscheibe,
die den Kolben in axialer Richtung durchsetzt und einen Anschlag
für das Herauswandern der Buchse, des Bolzens oder dergleichen
darstellt. Eine solche Kolbenbefestigung weist eine relativ große
Anzahl zusätzlicher Bauteile auf, die die Verdrehsicherung
bewirken. Durch die Anordnung und Ausbildung der Elemente ergibt
sich eine relativ lange Bauweise im Bereich der Verbindung des Kolbens
und der Kolbenstange. Die Kolbenbefestigung ist aufwändig
und verursacht in der Herstellung der einzelnen Elemente vergleichsweise
hohe Kosten. Vorteilhaft an dieser bekannten Kolbenbefestigung ist
jedoch die Vermeidung eines Anziehdrehmomentes, so dass diese Kolbenverbindung
reparaturfreundlich ausgebildet ist, weil sich der Kolben nach der Entfernung
der Sicherungsmittel durch relativ einfaches Verdrehen von der Kolbenstange
lösen lässt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben/Zylinder-Einheit,
die unter Vermeidung eines erhöhten Anziehdrehmomentes
montiert wird, dahingehend zu verbessern, dass die notwendige Verdrehsicherung
eines auf eine Kolbenstange aufgeschraubten Kolbens in anderer Weise
als bisher erzielt wird. Dabei geht es um eine kostengünstige und
reparaturfreundliche Ausbildung.
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LÖSUNG
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Erfindungsgemäß wird
dies bei einer Kolben/Zylinder-Einheit der eingangs beschriebenen
Art dadurch erreicht, dass auf dem Fortsatz ein sich im Wesentlichen
in Richtung der Achse erstreckendes und das Losdrehen des Kolbens
verhinderndes axial wirkendes Sicherungselement mit einem Gewinde aufgeschraubt
ist, und dass das Gewinde zwischen dem Kolben und der Kolbenstange
und das Gewinde zwischen dem axial wirkenden Sicherungselement und
der Kolbenstange gegenläufig ausgebildet sind.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung geht von der Idee aus, auf dem Fortsatz der Kolbenstange
zusätzlich zu dem Kolben ein sich im Wesentlichen in Richtung
der Achse der Kolben/Zylinder-Einheit erstreckendes und das Losdrehen
des Kolbens verhinderndes axial wirkendes Sicherungselement unterzubringen.
Auch dieses Sicherungselement weist ein Gewinde auf und erstreckt
sich mit seiner Achse koaxial zu der gemeinsamen Achse der Kolben/Zylinder-Einheit
bzw. der Kolbenstange. Die Gewinde zwischen Kolben und Kolbenstange
einerseits und zwischen Sicherungselement und Kolbenstange andererseits
sind gegenläufig ausgebildet, also eines der Gewinde als Rechtsgewinde
und eines als Linksgewinde. Der Kolben und das Sicherungselement
liegen über Flächen aneinander an, die durch Reibung
Kräfte übertragen. Damit wird der Losdrehrichtung
des einen Gewindes die Festdrehrichtung des anderen Gewindes zugeordnet,
so dass ein beginnendes Losdrehen des einen Elements, beispielsweise
des Kolbens, über eine Kontaktfläche zu dem Sicherungselement
dazu führt, dass das Sicherungselement in Festdrehrichtung mitgenommen
wird.
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Die
neue Art der Sicherung des Kolbens auf der Kolbenstange steht im
Gegensatz zu dem bekannten Kontern einer Schraubenverbindung, bei
der z. B. zwei Muttern auf ein gemeinsames Gewinde einer Schraube
aufgeschraubt werden. Hierbei werden beide Muttern gegenläufig
auf dem gemeinsamen Gewinde gegeneinander verdreht. Es wird somit
eine Spannung in der Schraube erzeugt, die die Vorspannkräfte
derart erhöht, dass die an den Gewindeflanken entstehenden
Reibkräfte einem Lösen der Schraubverbindung entgegenwirken.
Nachteil dieser Schraubensicherung ist es, dass das zu sichernde Bauteil,
nämlich die zuerst aufgeschraubte Mutter, auf dem Gewinde
der Schraube zurückgedreht wird und somit seine sichernde
Anlage der ersten Mutter an einem Bund der Schraube nicht mehr gegeben
ist.
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Die
neue Art der Sicherung des Kolbens auf der Kolbenstange setzt sich
in Gegensatz zu den bisherigen eingefahrenen Entwicklungsrichtungen,
insbesondere der Entwicklungsrichtung, die mit erhöhten
Anziehdrehmomenten eines aufschraubbaren Kolbens arbeitet. Hieraus
ergibt sich eine vereinfachte Montage und Demontage. Sowohl der
Kolben wie auch das Sicherungselement müssen nur mit solchen
Anziehdrehmomenten aufgeschraubt werden, die in einem normalen Bereich
liegen. Somit ist es ohne weiteres möglich, den Kolben
und/oder das Sicherungselement von Hand aufzuschrauben und auf die
Anwendung von Werkzeugen zu verzichten. Ebenso einfach kann der
Kolben auch im Gelände ohne weiteres von der Kolbenstange
abgenommen werden, beispielsweise dann, wenn es erforderlich ist,
die Dichtungen in einer Führungshülse der Kolbenstange
auszutauschen. Die neue Art der Sicherung des Kolbens ermöglicht
es auch, im Vergleich zum Stand der Technik vergleichsweise größere Durchmesser
im Bereich der Gewinde zu wählen und anzuwenden. Der Verzicht
auf erhöhte Anziehdrehmomente zieht den Wegfall der im
Stand der Technik erforderlichen bzw. auftretenden hohen Flächenpressungen
nach sich, so dass der Durchmesser des Außengewindes am
Fortsatz, der zur Aufnahme des Innengewindes des Kolbens bestimmt
ist, nur geringfügig kleiner als der Außendurchmesser
der Kolbenstange bemessen sein muss, und zwar zweckmäßig so,
dass er das Einschieben der Kolbenstange in ein Führungselement
nicht behindert und die dort untergebrachten Dichtungen nicht beeinträchtigt.
Die Verwirklichung größerer Durchmesser erhöht
den Flächentraganteil des Gewindes zwischen Kolben und Kolbenstange,
so dass nicht nur weniger hochwertige Werkstoffe für die
Kolbenstange und den Kolben eingesetzt werden können, sondern
das Gewinde auch noch eine vergleichsweise kürzere Länge
erhalten kann. Dies wirkt sich auf die Baulänge der Kolben/Zylinder-Einheit
positiv aus. Weiterhin entfallen Spezialmaßnahmen, wie
beispielsweise das Härten entsprechender Flächen
an Kolbenstange und Kolben, wie es für die Aufnahme hoher
Anziehdrehmomente erforderlich war. Das Gewinde zwischen Kolben
und Kolbenstange kann auch mit einfachen Herstellmethoden, beispielsweise
durch Schneiden statt durch Rollen, aufgebracht werden. Dies vereinfacht die
Herstellung von Kleinserien, für die die Herstellung und
Nutzung eines Rollwerkzeugs zu aufwändig wäre.
Das Gewinde kann auch mit vergleichsweise größeren
Steigungen ausgeführt werden. Da der Kolben von Hand aufschraubbar
ist, erübrigt sich die Anordnung spezieller Anziehflächen
am Kolben für ein Drehmomentwerkzeug, wie es für
die Aufbringung erhöhter Anziehdrehmomente unerlässlich
ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist in der vergleichsweise
geringeren Baulänge des Zylinders zu sehen, weil der Kolben
konstruktiv kürzer ausgeführt werden kann und
die Anordnung des axial wirkenden Sicherungselements nicht unbedingt
die Baulänge vergrößern muss. Zwar wird
dann, wenn das Sicherungselement als Mutter ausgebildet ist, die
Schlüsselangriffsfläche an der Mutter zugänglich
sein müssen, was eine geringfügige Vergrößerung
der Baulänge nach sich zieht. Wenn aber umgekehrt das axial
wirkende Sicherungselement als Schraube ausgebildet ist, besteht
die Möglichkeit eine solche Schraube, z. B. als Innensechskantschraube,
ohne Vergrößerung der Baulänge der Kolben/Zylinder-Einheit
vorzusehen.
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Zusätzlich
kann das axial wirkende Sicherungselement eine Sicherung gegen Losdrehen
aufweisen. Diese Sicherung ist also dem Sicherungselement zugeordnet,
nicht aber dem Kolben. Die Sicherung erstreckt sich wirkungsmäßig
immer auf das Sicherungselement. Es sind hier alle Sicherungen denkbar,
wie sie bei Schrauben und Muttern gegen Losdrehen eingesetzt werden,
angefangen von einem radial angeordneten Gewindestift, einer speziellen
Ausbildung der Anlageflächen, dem Einsatz von verbiegbaren
Sicherungsscheiben oder der Hinzufügung eines entsprechenden
Sicherungsmittels in dem Gewinde. Die Sicherung des Sicherungselements
muss in allen Fällen lösbar ausgebildet sein, damit
die vereinfachte Demontage des Sicherungselements und nachfolgend
des Kolbens möglich ist.
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Der
Kolben weist eine axial wirkende Anschlagfläche und das
Sicherungselement eine axial wirkende Gegenanschlagfläche
auf. Die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche
kommen aneinander zur Anlage, und zwar unter Reibschluss. Damit
ist sichergestellt, dass der Losdrehrichtung des einen Elements
die Festdrehrichtung des anderen Elements zugeordnet ist.
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Zwischen
dem Kolben und der Kolbenstange kann eine statische Dichtung vorgesehen
sein. Die Anordnung der Dichtung im Einzelnen kann an verschiedenen
Stellen erfolgen. Die statische Dichtung erhöht die Haftreibung
des Kolbens an der Kolbenstange.
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Das
axial wirkende Sicherungselement erstreckt sich also im Wesentlichen
in Richtung der gemeinsamen Achse der Kolben/Zylinder-Einheit und kann
durch eine Schraubbewegung bewegt bzw. verdreht werden. Das axial
wirkende Sicherungselement ist also in der Regel als Mutter oder
Schraube ausgebildet, deren Achsen koaxial zu der gemeinsamen Achse
der Kolben/Zylinder-Einheit angeordnet sind.
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Auch
für die Sicherung des Sicherungselements ergeben sich die
verschiedenen konstruktiven Möglichkeiten, insbesondere
eine im Kolben gelagerte radial angeordnete und an einer Verdrehfläche
des Sicherungselements angreifende Stiftschraube. Es versteht sich,
dass diese Sicherung, also die Stiftschraube, bei der Demontage
zunächst gelöst werden muss, um das Sicherungselement
in Losdrehrichtung verdrehen zu können. Ist das Sicherungselement
von dem Fortsatz der Kolbenstange abgedreht, so lässt sich
der Kolben auf seinem gegenläufigen Gewinde sehr leicht
und ohne nennenswerte Kraftaufbringung verdrehen und abdrehen.
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Das
Innengewinde des Kolbens und das zugehörige Außengewinde
des Fortsatzes können eine Steigung im Bereich zwischen
1 mm und 5 mm aufweisen. Es sind alle gängigen Gewindeformen
denkbar, insbesondere solche mit großer Steigung und geringer
Baulänge.
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Der
Kolben wird in der Regel von Hand auf- bzw. abgeschraubt. Das Sicherungselement
wird vorzugsweise mit einem Drehmoment im Bereich zwischen 20 Nm
und 50 Nm gegen den Kolben aufgeschraubt. Solche Drehmomente lassen
sich ohne Verwendung von Spezialwerkzeugen realisieren.
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Der
Kolben und das Sicherungselement können so angeordnet sein,
dass sie sich zumindest teilweise axial überdecken, um
die Baulänge nicht mehr als erforderlich zu vergrößern.
Dies gilt insbesondere für die Ausbildung des Sicherungselements
als Mutter. Bei der Ausbildung des Sicherungselements als Schraube
lässt sich diese Schraube sogar innerhalb der Baulänge
des Kolbens unterbringen, so dass es zu keinerlei Vergrößerung
der Baulänge kommt. Die Schraube kann insbesondere als
Innensechskantschraube ausgebildet sein.
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Die
Gewinde, mit denen der Kolben einerseits und das Sicherungselement
andererseits aufgeschraubt sind, sind gegenläufig ausgebildet
und angeordnet. Vorzugsweise werden der Kolben und die Kolbenstange über
ein Linksgewinde und das Sicherungselement und die Kolbenstange über
ein Rechtsgewinde miteinander verbunden. Dies vereinfacht die Verfügbarkeit
eines Sicherungselementes und erleichtert die Handhabung, weil ein
Benutzer, z. B. beim Lösen, ein normales Rechtsgewinde
erwartet.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ
oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend
von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere
den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer
Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu
entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche
ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen
der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt.
Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen
dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese
Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche
kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen
aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter
verdeutlicht und beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer ersten Ausführungsform.
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2 einen
Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer zweiten Ausführungsform.
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3 einen
Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer dritten Ausführungsform.
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4 einen
Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer vierten Ausführungsform.
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5 einen
Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer fünften
Ausführungsform.
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6 einen
Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer sechsten Ausführungsform.
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7 einen
Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer siebten Ausführungsform.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die
in 1 dargestellte Kolben/Zylinder-Einheit 1 weist
wie üblich ein Zylindergehäuse 2 auf,
welches rohrförmig ausgebildet ist und an seinem einen
Ende in ein Lager 3 übergeht. Am anderen Ende
der Kolben/Zylinder-Einheit 1 ist ein Lager 4 vorgesehen.
Dem Lager 4 zugekehrt trägt das Zylindergehäuse 2 z.
B. eine eingeschraubte Führungsbuchse 5. Die Führungsbuchse 5 greift über
ein Gewinde 6 in das Zylindergehäuse 2 ein,
ist aber für die vorliegende Erfindung von untergeordneter
Bedeutung.
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In
dem Zylindergehäuse 2 ist ein Kolben 7 gleitend
und dichtend verschiebbar gelagert. Der Kolben 7 besitzt
eine äußere Umfangsfläche 8,
die, wie üblich, zylindrisch ausgebildet ist. Konzentrisch
zu der Umfangsfläche 8 weist der Kolben 7 eine
Achse 9 auf, die mit der Achse der Kolben/Zylinder-Einheit 1 zusammenfällt.
Auf der äußeren Umfangsfläche 8 des
Kolbens 7 sind Führungs- und Dichtelemente angeordnet,
hier ein Führungsband 10 und eine dynamische Dichtung 11.
Der Kolben 7 weist eine erste Anschlagfläche 12 und
eine zweite Anschlagfläche 13 auf. Der Kolben 7 besitzt
ansonsten eine Durchbrechung 14, die hier gestuft ausgebildet
ist. Ein Teil der gestuften Durchbrechung 14 ist mit einem
Innengewinde 15 versehen, während ein anderer
Teil der gestuften Durchbrechung 14 als zylindrische Bohrung 16 ausgebildet
ist. Im Bereich dieser zylindrischen Bohrung 16 ist eine
statische Dichtung 17 angeordnet. Die Durchbrechung 14 mit
ihrem Innengewinde 15 und die Bohrung 16 mit ihrer
Dichtung 17 sind zentrisch zu der gemeinsamen Achse 9 der
Kolben/Zylinder-Einheit 1 angeordnet.
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Die
Kolben/Zylinder-Einheit 1 weist eine Kolbenstange 18 auf,
die einen Außendurchmesser 19 besitzt, der den äußeren
Umfang der Kolbenstange 18 bildet. Die Kolbenstange 18 besitzt
an ihrem dem Kolben 7 zugekehrten Ende einen Fortsatz 21.
Der Fortsatz 21 ist in Abstimmung auf die Durchbrechung 14 ebenfalls
gestuft ausgebildet. Ein Teil des Fortsatzes 21 weist eine
zylindrische Umfangsfläche 22 auf. Ein anderer
Teil des Fortsatzes 21 ist mit einem Außengewinde 23 versehen,
das zu dem Innengewinde 15 korrespondiert. Der Fortsatz 21 weist
einen Bund 25 auf, gegen den der Kolben 7 beim
Aufschrauben mit seiner Anlagefläche 13 zur Anlage
gelangt. Die bei der Anlage in Kontakt kommenden Teile der Anlagefläche 13 und
des Bundes 25 können vergleichsweise klein gestaltet
werden, da erhöhte Flächenpressungen nicht auftreten.
Damit kann das Außengewinde 23 des Fortsatzes 21 vorteilhaft
auf einem großen Durchmesser verwirklicht werden.
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Die
Kolbenstange 18 ist in der Führungsbuchse 5 gleitend
und dichtend geführt. Zu diesem Zweck sind in der Führungsbuchse 5 verschiedene Elemente
untergebracht, die jedoch für die vorliegende Erfindung
nicht wichtig sind. Die Kolbenstange weist weiterhin an ihrem dem
Kolben 7 abgekehrten Ende das Lager 4 auf, über
welches der Anschluss eines Arbeitsgerätes oder dergleichen
erfolgen kann. An ihrem durch den Kolben 7 hindurchreichenden Ende
weist der Fortsatz 21 einen Anschlag 26 auf, der
sich in der Ausgangsstellung an einer Stirnwand des Zylindergehäuses 2 abstützt.
Eine etwa auf die Kolbenstange 18 einwirkende Kraft wird
in dieser Stellung unter Umgehung des Kolbens 7 direkt
in das Zylindergehäuse 2 bzw. dessen Lager 3 weitergeleitet.
Die Kolben/Zylinder-Einheit 1 ist hier doppelt wirkend
ausgebildet, d. h. die beidseitig des Kolbens 7 gebildeten
Druckräume können jeweils mit einem Fluid, insbesondere
mit hydraulischer Flüssigkeit, beaufschlagt werden. Dies
geschieht in bekannter Weise über ein entsprechendes Steuerventil.
Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei einfach wirkenden Zylindern
(6) anwenden und einsetzen.
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Dem
Kolben 7 ist ein Sicherungselement 20 zugeordnet,
welches hier in Form einer Mutter ausgebildet ist. Das Sicherungselement 20 weist
eine Durchbrechung 28 und in dieser ein Innengewinde 24 auf.
Der Fortsatz 21 besitzt passend zu dem Sicherungselement 20 einen
im Durchmesser kleineren Teil, auf dem ein Außengewinde 27 vorgesehen
ist, welches mit dem Innengewinde 24 des Sicherungselements 20 korrespondiert.
Das Sicherungselement 20 besitzt eine Gegenanschlagfläche 29, über
die das Sicherungselement 20 an der Anschlagfläche 12 des
Kolbens 7 zur Anlage kommt. Die Anschlagfläche 12 und
die Gegenanschlagfläche 29 sind so ausgebildet,
dass sie aufeinander reiben, also Reibung übertragen können.
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Die
Gewinde 15, 23, also zwischen Kolben 7 und
Fortsatz 21, sind gegenläufig zu den Gewinden 24/27,
also den Gewinden zwischen Sicherungselement 20 und dem
Fortsatz 21, ausgebildet. So können z. B. die
Gewinde 15, 23 als Linksgewinde und die Gewinde 24, 27 als
normale Rechtsgewinde ausgebildet sein.
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Zur
Montage der Kolben/Zylinder-Einheit 1 werden zunächst
die Elemente an der Führungsbuchse 5 montiert.
Anschließend wird die Kolbenstange 18 durch die
Führungsbuchse 5 hindurchgesteckt und der Kolben 7 nach
dem Einsetzen der statischen Dichtung 17 aufgeschraubt.
Der Kolben 7 wird vor dem Aufschrauben mit dem Führungsband 10 und
den Dichtungen 11 und 17 vormontiert. Das Aufschrauben
kann von Hand erfolgen, da lediglich entsprechende Reibungskräfte
zu überwinden sind. Bei diesem Aufschraubvorgang legt sich
der Kolben 7 mit seiner zweiten Anlagefläche 13 an
den Bund 25 der Kolbenstange 18 an, so dass die
Flächenpressung am Bund 25 entsprechend gering
ist. Die Kontaktfläche am Bund 25 kann konstruktiv
sehr klein gewählt werden, so dass vorteilhaft ein relativ
großer Durchmesser an den Gewinden 15/23 resultiert.
Die Gewinde 15/23 können vergleichsweise
kürzer als im Stand der Technik gestaltet werden, was sich
insgesamt vorteilhaft auf eine geringe Baulänge der Kolben/Zylinder-Einheit 1 auswirkt.
Bei Ausbildung der Gewinde 15/23 als Linksgewinde
erfolgt eine entsprechende Aufschraubbewegung.
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Anschließend
wird das Sicherungselement 20 aufgeschraubt. Da die Gewinde
gegenläufig ausgebildet sind, erfolgt nunmehr der Aufschraubvorgang
im Rechtsdrehsinne. Auch dieser Aufschraubvorgang kann von Hand
erfolgen. Der Aufschraubvorgang wird beendet, indem sich die Anschlagfläche 12 des
Sicherungselements 20 an die Gegenanschlagfläche 29 des
Kolbens 7 anlegt. An diesen Flächen 12, 29 entsteht
Reibschluss und somit die Sicherungswirkung. Sollte sich der Kolben 7 im
Betrieb der Kolben/Zylinder-Einheit 1 in Losdrehrichtung
bewegen wollen oder eine entsprechende Tendenz zeigen, führt
dies dazu, dass das Sicherungselement 20 über
den Reibschluss in Festdrehrichtung mitgenommen bzw. beaufschlagt
wird, so dass die Sicherungswirkung nicht verlorengeht.
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Anschließend
wird die vormontierte Einheit mit der Kolbenstange 18,
dem aufgeschraubten Kolben 7 und dem aufgeschraubten Sicherungselement 20 in
das Zylindergehäuse 2 eingeschoben. Schließlich
wird die Führungsbuchse 5 mit Hilfe des Gewindes 6 in
das Zylindergehäuse 2 eingeschraubt und festgezogen.
Die Kolben/Zylinder-Einheit 1 ist damit einsatzfähig
montiert. Bei auftretenden Defekten nach entsprechendem Betrieb,
beispielsweise auftretenden Leckagen, erfolgt die Demontage in umgekehrter
Reihenfolge, so dass sämtliche Dichtelemente, die möglicherweise
ausgetauscht werden müssen, leicht und einfach zugänglich
werden. Die Kolben/Zylinder-Einheit 1 ist damit sehr reparatur-
und servicefreundlich ausgebildet.
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Bei
der Ausführungsform der Kolben/Zylinder-Einheit 1 gemäß 2 ist
zunächst eine grundsätzlich ähnliche
Befestigung des Kolbens 7 an der Kolbenstange 18 vorgesehen,
wie dies anhand der Ausführungsform der 1 beschrieben
worden ist. Auch hier besitzen die Teile gegenläufige Gewinde 15/23 und 24/27.
Auch die weitere konstruktive Ausbildung ist durchaus vergleichbar
ausgebildet, so dass hierauf verwiesen werden kann. Der Kolben 7 besitzt
an seinem dem Lager 3 zugekehrten Ende jedoch eine Ausnehmung 30,
deren axiale Länge so bemessen ist, dass sie einen Teil
des Sicherungselements 20, hier ebenfalls als Mutter ausgebildet,
aufnimmt. Das Sicherungselement 20 kann auch vollständig
in der axialen Länge des Kolbens 7 aufgenommen
sein. In diesem Fall muss die Ausnehmung 30 so dimensioniert
sein, dass die Mutter z. B. mit einem Steckschlüssel erreichbar
ist. Die axialen Längen zwischen Kolben 7 und
Sicherungselement 20 überdecken einander ganz
oder teilweise, was sich vorteilhaft auf eine Gesamtbaulänge
der Kolben/Zylinder-Einheit 1 auswirkt. Es versteht sich,
dass die Anschlagfläche 12 und die Gegenanschlagfläche 29 an
entsprechender Stelle im Kolben 7 gebildet sind. Auch die
Anordnungsstelle der statischen Dichtung 17 ist verändert.
An dem Fortsatz 21 entfällt ein entsprechender
Gegenabsatz, der mit der statischen Dichtung 17 zusammenarbeitet,
so dass hier die ohnehin präzise bearbeitete Oberfläche
der Kolbenstange 18 als Gegenfläche für
die Dichtung 17 benutzt wird. Es ist erkennbar, dass hier
der Teil des Fortsatzes 21, der dem Lager 3 zugekehrt
aus dem Sicherungselement 20 überragt, kurz gestaltet
ist und vorteilhaft die Baulänge nur minimal verlängert. Sinn
einer solchen Gestaltung ist es, Kräfte in der Kolbenstange 18 über
einen an ihrem freien Ende gebildeten Anschlag 31 direkt
in dem Lager 3 aufzunehmen. Auch diese Kolben/Zylinder-Einheit 1 gemäß 2 ist
als doppelt wirkende Einheit ausgebildet. Entsprechende Zuleitungen
zu den entsprechenden Wirkräumen sind ohne weiteres erkennbar.
-
Die
Ausführungsform der Kolben/Zylinder-Einheit gemäß 3 schließt
an die Ausbildung gemäß 2 an. Zusätzlich
zu der gegenläufigen Ausbildung der Gewinde ist dem Sicherungselement 20 selbst
eine Sicherung 33 zugeordnet. Die Sicherung 33 weist
eine Stiftschraube 34 auf, die im Kolben 7 radial
zu der gemeinsamen Achse 9 angeordnet ist. Nach der Montage
des Kolbens 7 und des Sicherungselements 20 über
die gegenläufigen Gewinde 15/23 und 24/27 an
dem Fortsatz 21 der Kolbenstange 18 wird die Stiftschraube 34 so
angezogen, dass sie radial gegen eine Fläche an dem Sicherungselement 20,
also beispielsweise an eine Schlüsselangriffsfläche
einer üblichen Mutter, anliegt. Mit dieser Sicherung 33 wird
das Sicherungselement 20 selbst gegen Losdrehen zusätzlich
gesichert.
-
An
sich kann die Sicherung 33 für das Sicherungselement 20 in
jeder denkbaren Ausführungsform verwirklicht werden, wie
dies auch bei Schrauben und Muttern gegen Losdrehen bekannt ist,
also insbesondere in der Form von Splinten, Sicherungsschrauben,
Unterlegscheiben, usw.
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Die
Ausführungsform gemäß 4 stimmt
in weiten Bereichen mit den zuvor dargestellten und beschriebenen
Ausführungsformen überein. Das Sicherungselement 20 ist
hier jedoch als Sechskantschraube 36 ausgebildet und erstreckt
sich mit seinem Schraubenschaft in das Innere der Kolbenstange 18 hinein,
so dass die von dem Kolben 7 festgelegte Baulänge
nur durch den Kopf 32 der Sechskantschraube 36 vergrößert
wird. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Gewinde 15/23 und 24/27 gegenläufig
ausgebildet und angeordnet.
-
Die
Ausführungsform gemäß 5 baut
auf derjenigen gemäß 4 auf. Zusätzlich
ist dem Sicherungselement 20 eine Sicherung 33 gegen
Losdrehen zugeordnet. Wesentliches Element dieser Sicherung 33 ist
eine Sicherungsscheibe 35. Die Sicherung 33 kann
auch auf andere Weise realisiert werden, z. B. als sperrendes Element,
als kraftschlüssig federndes Element, als formschlüssig
sperrendes Element oder in Form einer auf das Gewinde aufzubringenden
Masse.
-
Die
Ausführungsform der 6 verwendet als
Sicherungselement 20 ebenfalls eine Schraube, hier eine
Innensechskantschraube 37. Als Sicherung 33 kann
ein Klebemittel in den Gewinden 24/27 Anwendung
finden. Diese Ausführungsform ergibt eine besonders kurze
Baulänge, da die Innensechskantschraube 37 innerhalb
der Erstreckung des Kolbens 7 untergebracht werden kann.
Die Ausführungsform gemäß 6 verdeutlicht
zugleich, dass die Erfindung generell auch bei einfach wirkenden Kolben/Zylinder-Einheiten 1 anwendbar
ist. Die Belüftung des Raumes um die Kolbenstange 18 erfolgt durch
eine Bohrung 38.
-
Die
Ausführungsform der 7 verwendet als
Sicherungselement 20 eine Nutmutter 39, die durch
eine Verstemmung 40 gesichert wird.
-
- 1
- Kolben/Zylinder-Einheit
- 2
- Zylindergehäuse
- 3
- Lager
- 4
- Lager
- 5
- Führungsbuchse
- 6
- Gewinde
- 7
- Kolben
- 8
- Umfangsfläche
- 9
- Achse
- 10
- Führungsband
- 11
- Dichtung
- 12
- Anschlagfläche
- 13
- Anschlagfläche
- 14
- Durchbrechung
- 15
- Innengewinde
- 16
- Bohrung
- 17
- Dichtung
- 18
- Kolbenstange
- 19
- Durchmesser
- 20
- Sicherungselement
- 21
- Fortsatz
- 22
- Umfangsfläche
- 23
- Außengewinde
- 24
- Innengewinde
- 25
- Bund
- 26
- Anschlag
- 27
- Außengewinde
- 28
- Durchbrechung
- 29
- Gegenanschlagfläche
- 30
- Ausnehmung
- 31
- Anschlag
- 32
- Kopf
- 33
- Sicherung
- 34
- Gewindestift
- 35
- Sicherungsscheibe
- 36
- Sechskantschraube
- 37
- Innensechskantschraube
- 38
- Bohrung
- 39
- Nutmutter
- 40
- Verstemmung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10156504
C1 [0002]
- - US 3293993 [0007]