DE102011101960A1

DE102011101960A1 - Fluiddruckvorrichtung

Info

Publication number: DE102011101960A1
Application number: DE102011101960A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Okuma; Yasunaga Suzuki
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: KR20110127611A; KR101814541B1; JP2011241913A; US20110283883A1; CN102261475B; US9194495B2; JP5621092B2; DE102011101960B4; DE102011101960A8; CN102261475A; TWI530633B; TW201207277A

Abstract

Eine Fluiddruckvorrichtung (10) umfasst einen Kolben (13) und eine an einem Außenumfang des Kolbens (13) vorgesehenen Dichtung (26). Die Dichtung (26) umfasst einen Stützring (44) aus einem Material mit niedrigem Reibungswiderstand und ein ringförmiges Dichtelement (42), das an dem Stützring (44) angebracht ist. Wenn eine Querlast mit wenigstens einer bestimmten Größe auf den Kolben (13) wirkt, liegt eine äußere Umfangsfläche des Stützrings (44) an einer inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung (18) an, wodurch der Kolben (13) daran gehindert wird, in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung (18) zu treten.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fluiddruckvorrichtung für einen Fluiddruckzylinder oder ein Fluidwechselventil oder dergleichen und insbesondere auf eine Fluiddruckvorrichtung, in welcher eine verbesserte Dichtung (Packung) an einem Partitionierungselement mit einem Kolben oder einer Spule oder dergleichen angebracht ist, welches sich im Inneren einer Gleitöffnung, die in einem Gehäuse ausgebildet ist, bewegt.
Ein Fluiddruckzylinder umfasst im Allgemeinen einen Kolben, der sich in einer axialen Richtung entlang des Inneren einer in einem Gehäuse ausgebildeten Gleitöffnung verschiebt. Eine Dichtung (O-Ring) aus einem elastischen Gummimaterial ist an dem äußeren Umfang des Kolbens angebracht, so dass durch die Dichtung eine Abdichtung zwischen dem Innenumfang der Gleitöffnung und dem Außenumfang des Kolbens bewirkt wird (vgl. beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 09-072310 A oder die japanische Patentoffenlegungsschrift JP 2003-120602 A ).
Außerdem ist bei diesem Stand der Technik zusammen mit der Dichtung ein Verschleißring an dem Kolben vorgesehen, wobei der Verschleißring aus einem Material (beispielsweise einem Kunstharz) besteht, dessen Härte größer ist als die der Dichtung und das bessere Gleiteigenschaften aufweist. In dem Fall, dass eine Querlast auf den Kolben in einer Richtung ausgeübt wird, die eine Fehlausrichtung zwischen der Achse der Gleitöffnung und der Achse des Kolbens bewirkt (das heißt in einer Richtung senkrecht zu der Kolbenachse), wird die Fehlausrichtung der Kolbenachse durch den Verschleißring vermieden. Hierdurch kann eine übermäßige Deformation der Dichtung durch das Pressen der inneren Fläche der Gleitöffnung gegen die Dichtung vermieden werden.
Außerdem wird durch den Gleitring verhindert, dass der Außenumfang des Kolbens in Kontakt mit dem inneren Umfang der Gleitöffnung tritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Da aber bei diesem Stand der Technik die Dichtung und der Verschleißring beide an dem Kolben angebracht sind, wird die Zahl der Teile groß. Dadurch wird der Aufbau des Dichtabschnitts kompliziert. Da die Dichtung und der Verschleißring an dem Kolben mit einem Abstand in axialer Richtung des Kolbens angeordnet sind, wird außerdem die Größe des Kolbens in axialer Richtung erhöht.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Fluiddruckvorrichtung mit einer Dichtung vorzuschlagen, die verhindern soll, dass ein Partitionierungselement, beispielsweise ein Kolben, in Kontakt mit dem inneren Umfang der Gleitöffnung tritt, und die den Aufbau des Dichtabschnitts vereinfachen und die Vergrößerung des Kolbens in der axialen Richtung vermeiden kann.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Fluiddruckvorrichtung vorgeschlagen mit einem Gehäuse, in dem eine Gleitöffnung ausgebildet ist, einem Partitionierungselement, das sich in einer axialen Richtung entlang eines Inneren der Gleitöffnung bewegt, und einer Dichtung, die an einem Außenumfang des Partitionierungselementes angebracht ist, wobei die Dichtung einen ringförmigen Stützring aus einem Material mit geringem Reibungswiderstand, an dessen äußerer Umfangsseite eine ringförmige Dichtungsinstallationsnut ausgebildet ist, und ein ringförmiges Dichtelement aufweist, das aus einem elastischen Material hergestellt ist und in der Dichtungsinstallationsnut angebracht ist. Ein äußerer Umfang des Dichtelements steht nach außen von dem Stützring vor und in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung. Der Stützring wird durch einstückige Kombination von Seitenwänden und einer Bodenwand gebildet, wobei die Seitenwände beide Seiten des Dichtelementes abstützen und wobei die Bodenwand innere Enden beider Seitenwände verbindet. Wenn keine Querlast auf das Partitionierungselement wirkt, steht eine äußere Umfangsfläche des Stützrings nicht in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung. Wenn dagegen eine Querlast mit einer bestimmten Größe oder mehr auf das Partitionierungselement wirkt, liegt die äußere Umfangsfläche des Stützringes an der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung an, wodurch verhindert wird, dass das Partitionierungselement in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung tritt.
Wenn bei der obigen Gestaltung eine Querlast auf den Kolben wirkt, steht der Außenumfang des Stützrings in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung, wodurch eine Querverschiebung des Kolbens begrenzt wird. Als Folge hiervon wird eine übermäßige Deformation des Dichtelements verhindert. Außerdem wird verhindert, dass der Kolben in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung tritt. Da der Stützring Funktionen aufweist, die denjenigen eines herkömmlichen Verschleißringes wenigstens äquivalent sind, ist es nicht notwendig, zusammen mit der Dichtung in einem Abstand in Richtung der Achse des Kolbens einen separaten Verschleißring vorzusehen. Dementsprechend hat die vorliegende Erfindung einen einfachen Aufbau. Eine Vergrößerung des Kolbens in Richtung der Achse kann vermieden werden. Da der Stützring durch einstückige Verbindung zweier Seitenwände und einer Bodenwand gebildet wird, wird die Zahl der Teile klein und der Aufbau kann vereinfacht werden. Da der Stützring als ein einstückiges Element ausgebildet ist, kann außerdem seine Festigkeit gegenüber einer Querlast verbessert werden.
Bei der Fluiddruckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Partitionierungselement eine ringförmige Dichtungsinstallationsnut aufweisen, die in seinem Außenumfang ausgebildet ist. Der Stützring kann in der Dichtungsinstallationsnut angebracht werden. In diesem Fall kann ein ringförmiges zweites Dichtelement zwischen der inneren Umfangsfläche des Stützrings und der Dichtungsinstallationsnut angeordnet werden. Durch diesen Aufbau wird eine Schnittstelle zwischen dem inneren Umfang der Dichtung und dem Nutenboden der Dichtungsinstallationsnut abgedichtet, wodurch eine Fluidströmung dazwischen blockiert wird. Dadurch kann eine Verringerung der Effizienz der Fluiddruckvorrichtung zuverlässig verhindert werden.
Bei der Fluiddruckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Stützring schwenkbar in der Dichtungsinstallationsnut angebracht sein. Wenn eine Querlast, die auf das Partitionierungselement wirkt, gleich oder geringer ist als ein bestimmter Grenzwert, kann eine Achse des Partitionierungselements zu einer Achse der Gleitöffnung geneigt sein, die Achse des Stützrings wird aber parallel zu der Achse der Gleitöffnung gehalten. Da die äußere Umfangsfläche des Stützrings in Flächenkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung steht, auch wenn eine kleine Querlast auf den Kolben wirkt, kann somit ein direkter Kontakt zwischen dem Kolben und der Gleitöffnung vermieden werden. Dadurch wird eine übermäßige Zunahme des Gleitwiderstandes verhindert.
Bei der Fluiddruckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Stützring an dem Außenumfang des Partitionierungselements durch Gießen ausgebildet werden. Da der Stützring gegossen wird, kann bei dieser Gestaltung die Dichtleistung zwischen dem Außenumfang des Kolbens und dem Innenumfang der Gleitöffnung verbessert werden. Eine Verringerung der Effizienz der Fluiddruckvorrichtung kann noch besser verhindert werden.
Somit hat die Fluiddruckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass die Fluiddruckvorrichtung verhindert, dass ein Partitionierungselement in Kontakt mit dem inneren Umfang der Gleitöffnung tritt. Außerdem kann der Aufbau des Dichtabschnitts vereinfacht werden und die Vergrößerung des Kolbens in der axialen Richtung wird vermieden.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Teilschnitt durch eine Fluiddruckvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2A ist ein Teilschnitt durch einen Kolben und eine Dichtung, wenn die Dichtung in einer Ringnut angebracht ist, der Kolben aber nicht in eine Gleitöffnung eingesetzt ist,
2B ist ein Teilschnitt durch die Dichtung und Bereiche in deren Nähe, wenn keine Querlast auf den Kolben wirkt,
3 ist ein Teilschnitt durch die Dichtung und Bereiche in deren Nähe, wenn eine Querlast auf den Kolben wirkt,
4A ist ein Teilschnitt durch einen Kolben und eine Dichtung einer Fluiddruckvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei der Kolben und die Dichtung dargestellt sind, wenn die Dichtung in einer Ringnut angebracht, der Kolben aber nicht in eine Gleitöffnung eingesetzt ist,
4B ist ein Teilschnitt durch den Kolben und die Dichtung der Fluiddruckvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei der Kolben und die Dichtung gezeigt sind, wenn keine Querlast auf den Kolben wirkt,
5A ist ein Teilschnitt durch den Kolben und eine Dichtung einer Fluiddruckvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Kolben und die Dichtung gezeigt sind, wenn eine geringe Querlast auf den Kolben wirkt,
5B ist ein Teilschnitt durch den Kolben und die Dichtung der Fluiddruckvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Kolben und die Dichtung gezeigt sind, wenn eine große Querlast auf den Kolben wirkt,
6A ist ein Teilschnitt durch einen Kolben und eine Dichtung einer Fluiddruckvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei der Kolben und die Dichtung gezeigt sind, wenn die Dichtung in einer Ringnut angebracht, der Kolben aber nicht in eine Gleitöffnung eingesetzt ist,
6B ist ein Teilschnitt durch den Kolben und die Dichtung der Fluiddruckvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, wobei der Kolben und die Dichtung gezeigt sind, wenn keine Querlast auf den Kolben wirkt, und
7 ist ein Teilschnitt durch den Kolben und die Dichtung der Fluiddruckvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, wenn eine Querlast auf den Kolben wirkt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen einer Fluiddruckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
1 ist ein Teilschnitt durch eine Fluiddruckvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Bei der ersten Ausführungsform ist die Fluiddruckvorrichtung 10 als ein Fluiddruckzylinder 10A ausgebildet, in dem sich ein Kolben 13 in einem Gehäuse 12 hin und her verschiebt. Der Fluiddruckzylinder 10A umfasst ein Gehäuse 12 aus einem metallischen Material, beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder dergleichen, das ein Paar von Anschlussöffnungen 14, 16 und eine Gleitöffnung 18 aufweist, welche die beiden Anschlussöffnungen 14, 16 verbindet. Die Gleitöffnung 18 bildet das Innere des Gehäuses 12. In dem Inneren der Gleitöffnung 18 ist ein Kolben 13 aus einem metallischen Material vorgesehen.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen L1 eine Achse des Kolbens 13 und das Bezugszeichen L2 bezeichnet eine Achse der Gleitöffnung 18. In einem Zustand, der in 1 gezeigt ist, stimmt die Achse L1 des Kolbens 13 mit der Achse L2 der Gleitöffnung 18 überein. Der Kolben 13 ist in dem Gehäuse 12 aufgenommen. Der Kolben 13 ist ein Verschiebungskörper, der in Richtungen der Achse L2 der Gleitöffnung 18 (vgl. den Pfeil X in 1) verschoben werden kann, wobei er das Innere der Gleitöffnung 18 in zwei Druckkammern, nämlich eine Druckkammer 20 an der Seite des Anschlusses 14 und eine Druckkammer 22 an der Seite des Anschlusses 16, unterteilt. Anders ausgedrückt bildet der Kolben 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Partitionierungselement, das in den Richtungen der Achse L2 in der Gleitöffnung 18 verschoben wird.
Eine Dichtungsinstallationsnut 24 ist an dem Außenumfang des Kolbens 13 ausgebildet. In der Dichtungsinstallationsnut 24 ist eine ringförmige oder annuläre Dichtung 26 aus einem elastischen Gummimaterial angebracht. Mit Hilfe der Dichtung 26 wird eine Schnittstelle zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 13 und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 abgedichtet. Außerdem ist Basisendabschnitt einer Kolbenstange 28 mit dem Kolben 13 verbunden. Ein distaler Endabschnitt der Kolbenstange 28 tritt durch eine Stangenabdeckung 30, die ein Ende der Gleitöffnung 18 verschließt, hindurch und erstreckt sich außerhalb der Gleitöffnung 18 nach außen.
Ein Dichtelement 34, das eine Abdichtung zwischen der inneren Umfangsfläche der Stangenabdeckung 30 und der äußeren Umfangsfläche der Kolbenstange 28 bewirkt, ist in einer Ringnut 32, die in einem inneren Umfang der Stangenabdeckung 30 ausgebildet ist, angebracht. Außerdem ist ein weiteres Dichtelement 38, das eine Abdichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche der Stangenabdeckung 30 und inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 28 bewirkt, in einer Ringnut 36 angebracht, die in dem Außenumfang der Stangenabdeckung 30 ausgebildet ist.
Durch die Zufuhr und Abfuhr eines Druckfluids, beispielsweise Druckluft oder dergleichen, abwechselnd zu und von den beiden Druckkammern 20, 22 durch die beiden Anschlüsse 14, 16 wird der Kolben 18 in Richtung der Achse L2 der Gleitöffnung 18 hin und her bewegt, um die Kolbenstange 28 auszufahren und einzufahren. In manchen Fällen wird der Kolben 13 einer Querlast ausgesetzt. Die Querlast ist definiert als eine seitliche Kraft (Kraft in einer Richtung, die durch den Pfeil A in 1 angedeutet ist), die von einem Werkstück, das mit dem distalen Ende der Kolbenstange 28 verbunden ist, über die Kolbenstange 28 auf den Kolben 13 ausgeübt wird, wobei die Kraft versucht, die Achse L1 des Kolbens 13 weg von der Achse L2 der Gleitöffnung 18 zu verschieben oder eine Schrägstellung zu bewirken.
Die 2A und 2B sind Teilschnitte, welche die Dichtung 26 und Bereiche in deren Nähe zeigen. 2A zeigt den Kolben 13 und die Dichtung 26 in einem Zustand, in welchem die Dichtung 26 in der Ringnut angebracht, der Kolben 13 aber nicht in die Gleitöffnung 18 eingesetzt ist. 2B zeigt den Kolben 13 und die Dichtung 26, wenn auf den Kolben 13 keine Querlast wirkt.
Die Dichtungsinstallationsnut 24 ist eine Nut, die auf drei Seiten durch linke und rechte Seitenwände 29a und einen Nutenboden 29b begrenzt wird. Die linken und rechten Seitenwände 29a sind jeweils flache Flächen senkrecht zu der Achse L1 des Kolbens 13 und parallel zueinander angeordnet. Der Nutenboden 29b ist eine Fläche, die parallel zu der Richtung der Achse L1 des Kolbens 13a ausgerichtet ist. Dementsprechend hat die Dichtungsinstallationsnut 24 insgesamt eine gleichmäßige Nutenbreite und eine gleichmäßige Tiefe.
Die Dichtung 26 umfasst einen ringförmigen Stützring 44 und ein ringförmiges Dichtelement 42. Der Stützring 44 ist in der Dichtungsinstallationsnut 24 des Kolbens 13 konzentrisch zu dem Kolben 13 angebracht. Der Stützring 44 wird durch einstückiges Verbinden von Seitenwänden 42a und einer Bodenwand 42b gebildet, wobei die Seitenwände 42a beide Seiten des Dichtelements 42 abstützen und die Bodenwand 42b innere Enden der beiden Seitenwände 42a verbindet.
In dem Stützring 44 ist eine ringförmige Dichtungsinstallationsnut 46 vorgesehen, die sich in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des Stützrings 44 um dessen Achse erstreckt und sich nach außen in den Richtungen der Deformation öffnet. Eine äußere Umfangsfläche jeder Seitenwand 42a bildet eine Stützfläche 47. Die Stützflächen 47 sind die äußersten Umfangsflächen des Stützringes 44 und verlaufen parallel zu der Achse L des Kolbens 13. Der Außendurchmesser der Stützflächen 47 ist größer als der der äußersten Umfangsfläche des Kolbens 13. Dadurch steht der Stützring 44 an den Seitenwänden zugeordneten Positionen von der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 13 vor.
Der Stützring 44 besteht aus einem Material mit geringem Reibungswiderstand. Dementsprechend ist der Reibungs- oder Friktionskoeffizient zwischen dem Stützring 44 (genauer, den Stützflächen 47) und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 kleiner als der zwischen dem Dichtelement 42 und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18. Ein solches Material mit geringem Reibungswiderstand umfasst ein Kunstharzmaterial mit geringem Reibungswiderstand und guten Abrasionswiderstandseigenschaften, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), oder ein metallisches Material.
Das Dichtelement 42 besteht aus einem elastischen Material (beispielsweise einem Gummimaterial) und umfasst ein Ringelement, das sich in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang um die Achse erstreckt. Das Dichtelement 42 ist in der Dichtungsinstallationsnut 46 des Stützrings 44 angebracht. Der Außenumfang des Dichtungselements 42 steht radial nach außen von dem Stützring 44 vor. Wenn der Kolben 13 mit der darin angebrachten Dichtung 26 in die Gleitöffnung 18 eingesetzt wird, wird somit, wie in 2B gezeigt ist, das Dichtelement 42 sandwichartig zwischen der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 und dem Boden der Dichtungsinstallationsnut 46 aufgenommen. Als Folge hiervon wird das Dichtelement 42 elastisch komprimiert und deformiert und dadurch in der Umfangsrichtung in engen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 über deren gesamten Umfang gebracht. Wie in 2A gezeigt ist, hat der äußerste Umfang des Dichtelements 42 in einem natürlichen Zustand (das heißt einem Zustand, in dem keine Kompressionslast auf das Dichtelement 42 wirkt, so dass sich das Dichtelement 42 nicht deformiert) einen im Wesentlichen bogenförmigen Querschnitt.
Die Fluiddruckvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend wir ihre Betriebs- und Wirkungsweise erläutert.
Wie in 2B gezeigt ist, stimmt in einem Zustand, in dem keine Querlast auf den Kolben 13 wirkt, die Achse L1 des Kolbens 13 im Wesentlichen mit der Achse L2 der Gleitöffnung 18 überein. In diesem Fall liegt das Dichtelement 42 über den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung an der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 an und wird dann elastisch komprimiert und deformiert. Da der Außendurchmesser des Stützrings 44 kleiner ist als der Innendurchmesser der Gleitöffnung 18 und da die Achse L1 des Kolbens 13 im Wesentlichen mit der Achse L2 der Gleitöffnung 18 übereinstimmt, berühren dagegen die Stützflächen 47, welche die äußere Umfangsfläche des Stützrings 44 bilden, die innere Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 nicht. In einem Zustand, wie er in 2B gezeigt ist, wird der Kolben 13 entlang der Richtung der Achse L2 der Gleitöffnung 18 hin und her verschoben. Dadurch bewegt sich die äußere Umfangsfläche des Dichtelements 42 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18.
Wie in 3 gezeigt ist, wird in einem Fall, in dem eine Querlast mit wenigstens einer bestimmten Größe in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung auf den Kolben 13 wirkt, der Stützring 44 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung verschoben, da das Dichtelement 42 elastisch deformierbar ist. Die Stützflächen 47 werden in Anlage gegen die innere Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 gebracht. Da die Stützflächen 47 des Stützrings 44 radial außerhalb des äußersten Umfangs des Kolbens 13 positioniert sind, steht in diesem Fall der Außenumfang des Kolbens 13 nicht in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18. Dadurch verhindert der Stützring 44, dass der Kolben 13 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 tritt.
Wie oben beschrieben wurde, steht bei der Fluiddruckvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dann, wenn eine Querlast auf den Kolben 13 wirkt, der Außenumfang des Stützrings 44 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18, wodurch eine Querverschiebung des Kolbens 13 begrenzt wird. Dadurch wird eine übermäßige Deformierung des Gleitelements 42 verhindert. Außerdem wird verhindert, dass der Kolben 13 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 tritt. Da der Stützring 44 Funktionen aufweist, die denjenigen eines herkömmlichen Verschleißrings wenigstens äquivalent sind, ist es dementsprechend nicht notwendig, zusammen mit der Dichtung einen separaten Verschleißring in einem Abstand in der Richtung der Achse L1 des Kolbens 13 an dem Kolben 13 vorzusehen. Dadurch ist der Aufbau der vorliegenden Erfindung einfach. Eine Vergrößerung des Kolbens 13 in Richtung der Achse L1 kann vermieden werden. Da der Stützring 44 durch einstückige Verbindung der beiden Seitenwände 42a und der Bodenwand 42b gebildet wird, wird außerdem die Zahl der Teile gering, wodurch der Aufbau des Stützrings 44 vereinfacht wird. Da der Stützring 44 als eine integrierte Struktur hergestellt wird, wird außerdem seine Festigkeit gegenüber einer Querlast erhöht.
Als nächstes wird eine Fluiddruckvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Diejenigen Elemente der Fluiddruckvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, welche die gleiche oder ähnliche Funktion oder Wirkungsweisen haben wie diejenigen der Fluiddruckvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insoweit wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Die 4A und 4B sind Teilschnitte durch einen Kolben 50 und eine Dichtung 26 einer Fluiddruckvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. 4A zeigt den Kolben 50 und die Dichtung 26 in einem Zustand, in welchem die Dichtung 26 in einer Ringnut angebracht, der Kolben 50 aber nicht in die Gleitöffnung 18 eingesetzt ist. 4B zeigt den Kolben 50 und die Dichtung 26 in einem Zustand, in dem auf den Kolben 50 keine Querlast wirkt.
Die Dichtung 26 gemäß der zweiten Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie die Dichtung 26 gemäß der ersten Ausführungsform. An dem Außenumfang des Kolbens 50 ist eine ringförmige Dichtungsinstallationsnut 52 ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang um die Achse erstreckt. Wie in 4B gezeigt ist, ist zwischen dem Boden der Dichtungsinstallationsnut 52 und dem inneren Umfang der Dichtung 26 ein ringförmiges zweites Dichtelement 54 angeordnet. Das zweite Dichtelement 54 ist in einer Ringnut 56 angebracht, die an einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt an dem Boden der Dichtungsinstallationsnut 52 in der axialen Richtung ausgebildet ist. Das zweite Dichtelement 54 kann beispielsweise ein O-Ring sein.
Die Breite W1 der Dichtungsinstallationsnut 52 in der axialen Richtung ist etwas größer als die Breite W2 des Stützrings 44 in der axialen Richtung. Somit wird der Stützring 44 durch das zweite Dichtelement 54 an der inneren Umfangsseite gehalten und ist kippbar in der Dichtungsinstallationsnut 52 angebracht.
Wie in 4B gezeigt ist, stimmt in einem Zustand, in welchem keine Querlast auf den Kolben 50 wirkt, die Achse L1 des Kolbens 50 im Wesentlichen mit der Achse L2 der Gleitöffnung 18 überein. in diesem Fall liegt das Dichtelement 42 an der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 über den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung an und wird dann elastisch komprimiert und deformiert. Da der Außendurchmesser des Stützrings 44 kleiner ist als der Innendurchmesser der Gleitöffnung 18 und die Achse L1 des Kolbens 50 im Wesentlichen mit der Achse L2 der Gleitöffnung 18 übereinstimmt, treten andererseits die Hilfstützflächen 47, welche die äußere Umfangsfläche des Stützrings 44 bilden, nicht in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18. In einem Zustand, wie er in 4B gezeigt ist, bewegt sich der Kolben 50 entlang der Richtung der Achse L der Gleitöffnung 18 hin und her. Dadurch bewegt sich die äußere Umfangsfläche des Dichtelements 42 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18.
In einem Fall, in dem eine geringe Querlast auf den Kolben 50 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung wirkt, wird, wie in 5A gezeigt ist, der Stützring 44 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung verschoben, da das Dichtelement 42 elastisch deformierbar ist. Die Stützflächen 47 werden in Anlage gegen die innere Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 gebracht. Da die Stützfläche 47 des Stützringes 44 radial außerhalb des äußersten Umfangs des Kolbens 50 positioniert sind, berührt in diesem Fall der Außenumfang des Kolbens 50 die innere Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 nicht. Dadurch verhindert der Stützring 44, dass der Kolben 50 die innere Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 berührt.
In diesem Fall ist die Achse L1 des Kolbens 50 gegenüber der Achse L2 der Gleitöffnung 18 um einen Winkel θ geneigt, während die Achse des Stützrings 44 parallel zu der Achse L2 der Gleitöffnung 18 gehalten wird. Auch wenn eine geringe Querlast auf den Kolben 50 wirkt, wird hierdurch verhindert, dass sich der Gleitwiderstand zwischen den Elementen übermäßig erhöht, da die äußeren Umfangsflächen des Stützringes 44 in Flächenkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 stehen. Dadurch kann der Kolben 50 weiterhin gleichmäßig und stabil betrieben werden.
Da das zweite Dichtelement 54 elastisch deformierbar ist, wird in einem Fall, in welchem eine große Querlast in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung auf den Kolben 50 wirkt, der Stützring 44 weiter in der Richtung des Pfeils A verschoben und dann in einen Zustand gebracht, der in 5B gezeigt ist. Im Einzelnen treten der Boden der Dichtungsinstallationsnut 52 und der innere Umfang des Stützringes 44 in der Umfangsrichtung teilweise in Kontakt miteinander, und die Achse L1 des Kolbens 50 ist parallel zu der Achse des Stützringes 44. Da in diesem Zustand die Stützflächen 47 radial außerhalb des äußersten Umfangs des Kolbens 50 positioniert sind, steht der Außenumfang des Kolbens 50 nicht in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18. Somit verhindert der Stützring 44 auch dann, wenn eine große Querlast auf den Kolben 50 wirkt, dass der Kolben 50 die innere Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 berührt.
Da bei der zweiten Ausführungsform das ringförmige zweite Dichtelement 54 zwischen der inneren Umfangsfläche des Stützrings 44 und der Dichtungsinstallationsnut 52 angeordnet ist, wird in der oben beschriebenen Weise eine Schnittstelle zwischen dem inneren Umfang der Dichtung 26 und dem Nutenboden der Dichtungsinstallationsnut 52 abgedichtet, wodurch eine Fluidströmung dazwischen verhindert wird. Dadurch wird eine Verringerung der Effizienz der Fluiddruckvorrichtung wirksam verhindert.
Außerdem ist in einem Fall, in dem eine kleine Querlast auf den Kolben 50 wirkt, die Achse L1 des Kolbens 50 zu der Achse L2 der Gleitöffnung geneigt, während die Achse des Stützrings 44 parallel zu der Achse L2 der Gleitöffnung 18 gehalten wird. Dementsprechend steht die äußere Umfangsfläche des Stützrings 44 in Flächenkontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18. Dadurch wird eine übermäßige Erhöhung des Gleitwiderstandes zwischen den Flächen verhindert, und der Kolben 50 kann weiterhin gleichmäßig und stabil betrieben werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wirken selbstverständlich diejenigen Aufbauelemente, die den denjenigen der ersten Ausführungsform identisch sind, in gleicher Weise wie die entsprechenden Aufbauelemente bei der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird eine Fluiddruckvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Diejenigen Aufbauelemente der Fluiddruckvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, die gleiche oder ähnliche Funktionen und Wirkungsweisen haben wie diejenigen der Fluiddruckvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insoweit wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Die 6A und 6B sind Teilschnitte durch einen Kolben 60 und eine Dichtung 62 der Fluiddruckvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. 6A zeigt den Kolben 60 und die Dichtung 62 in einem Zustand, in welchem der Kolben 60 nicht in die Gleitöffnung 18 eingesetzt ist. 6B zeigt den Kolben 60 und die Dichtung 62, wenn keine Querlast auf dem Kolben 60 wirkt.
Die Dichtung 62 besteht aus einem Stützring 64 und einem Dichtelement 42. Das Dichtelement 42 gemäß der dritten Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie das Dichtelement 42 bei der ersten Ausführungsform. Der Stützring 64 besteht aus einem Material mit geringem Reibungswiderstand, ähnlich wie der Stützring 44 bei der ersten Ausführungsform. Der Stützring 64 wird durch einstückiges Verbinden von Seitenwänden 64a und einer Bodenwand 64b hergestellt, wobei die Seitenwände 64a beide Seiten des Dichtelements 42 abstützen, während die Bodenwand 64b innere Enden der beiden Seitenwände 64a verbindet. Der Stützring 64 wird an dem Außenumfang des Kolbens 60 konzentrisch zu dem Kolben 60 durch Gießen angeformt.
Der Stützring 64 weist eine ringförmige Dichtungsinstallationsnut 66 auf, die sich in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des Stützringes 64 um dessen Achse erstreckt und die in Richtung einer Deformation nach außen offen ist. Eine äußere Umfangsfläche jeder Seitenwand 64a bildet eine Stützfläche 68. Die Stützflächen 68 bilden die am weitesten außen liegende Umfangsfläche des Stützrings 64 und verlaufen parallel zu der Achse L1 des Kolbens 60.
Der Außenumfang des Dichtelements 42 steht von dem Stützring 64 radial nach außen vor. Wenn der Kolben 60 mit der darin angebrachten Dichtung 62 in die Gleitöffnung 18 eingesetzt wird, wird somit, wie in 6B gezeigt ist, das Dichtelement 42 sandwichartig zwischen der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 und dem Boden der Dichtungsinstallationsnut 66 aufgenommen. Als Folge hiervon wird die Dichtung 62 elastisch komprimiert und deformiert und somit in engen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 über deren gesamten Umfang in der Umfangsrichtung gebracht.
Wie in 6B gezeigt ist, stimmt in einem Zustand, in welchem keine Querlast auf dem Kolben 60 wirkt, die Achse L1 des Kolbens 60 im Wesentlichen mit der Achse L2 der Gleitöffnung 18 überein. In diesem Fall liegt das Dichtelement 42 an der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 über den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung an und wird elastisch komprimiert und deformiert. Da der Außendurchmesser des Stützrings 64 kleiner ist als der Innendurchmesser der Gleitöffnung 18 und die Achse L1 des Kolbens 60 im Wesentlichen mit der Achse L2 der Gleitöffnung 18 übereinstimmt, haben andererseits die Stützflächen 68, die die äußere Umfangsfläche des Stützrings 64 bilden, keinen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18. In einem in 6B gezeigten Zustand bewegt sich der Kolben 60 entlang der Richtung der Achse L2 der Gleitöffnung 18 hin und her, wobei sich die äußere Umfangsfläche des Dichtelements 42 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 bewegt.
Wie in 7 gezeigt ist, wird in einem Fall, in dem eine Querlast mit wenigstens einer bestimmten Größe in der durch einen Pfeil A angedeuteten Richtung auf den Kolben 60 wirkt, der Stützring 64 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung verschoben, da das Dichtelement 42 elastisch deformierbar ist. Die Stützflächen 68 werden in Anlage gegen die innere Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 gebracht. Da die Stützflächen 68 des Stützrings 64 radial außerhalb des äußersten Umfangs des Kolbens 60 positioniert sind, hat in diesem Fall der Außenumfang des Kolbens 60 keinen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18. Dadurch verhindert der Stützring 64, dass der Kolben 60 mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 18 in Kontakt tritt.
Bei der oben beschriebenen Fluiddruckvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird der Stützring 64 durch Gießen hergestellt. Dadurch wird die Dichtleistung zwischen dem Außenumfang des Kolbens 60 und dem inneren Umfang des Stützrings 64 verbessert, und eine Verringerung der Effizienz der Fluiddruckvorrichtung wird noch zuverlässiger verhindert.
Bei der dritten Ausführungsform haben selbstverständlich diejenigen Aufbauelemente, die denen bei der ersten Ausführungsform entsprechen, die gleiche oder ähnliche Wirkung wie die entsprechenden Aufbauelemente der ersten Ausführungsform.
Bei der ersten Ausführungsform wurde ein Fluiddruckzylinder 10a als ein Beispiel einer Fluiddruckvorrichtung beschrieben. Die Fluiddruckvorrichtung 10 kann aber auch ein Fluidwechselventil aufweisen, bei dem ein Fluiddurchgang mittels einer Spule, die entlang des Inneren einer in einem Gehäuse 12 ausgebildeten Gleitöffnung 18 gleitet, geschaltet wird. In diesem Fall bildet die Spule das Partitionierungselement. In ähnlicher Weise kann auch bei der zweiten und dritten Ausführungsform die Fluiddruckvorrichtung ein Fluidwechselventil aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 09-072310 A [0002]
JP 2003-120602 A [0002]

Claims

Fluiddruckvorrichtung (10) mit: einem Gehäuse (12), das eine darin ausgebildete Gleitöffnung (18) aufweist, einem Partitionierungselement (13, 50, 60), das sich in einer axialen Richtung entlang des Inneren der Gleitöffnung (18) bewegt, und einer Dichtung (26, 62), die an einem Außenumfang des Partitionierungselement (13, 50, 60) angebracht ist, wobei die Dichtung (26, 62) folgende Elemente aufweist: einen ringförmigen Stützring (44, 64) aus einem Material mit niedrigem Reibungswiderstand, der an seiner äußeren Umfangsseite eine ringförmige Dichtungsinstallationsnut (46, 66) aufweist, und ein ringförmiges Dichtelement (42) aus einem elastischen Material, das in der Dichtungsinstallationsnut (46, 66) angebracht ist, wobei ein Außenumfang des Dichtelements (42) von dem Stützring (44, 64) nach außen vorsteht und in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung (18) steht, wobei der Stützring (44, 64) durch einstückiges Verbinden von Seitenwänden (42a, 64a) und einer Bodenwand (42b, 62b) gebildet wird, wobei die Seitenwände (42a, 64a) beide Seiten des Dichtelements (42) abstützen und die Bodenwand (42b, 62b) innere Enden der beiden Seitenwände (42a, 64a) verbindet, und wobei dann, wenn keine Querlast auf das Partitionierungselement (13, 50, 60) wirkt, eine äußere Umfangsfläche des Stützrings (44, 64) keinen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung (18) hat, und wenn eine Querlast mit wenigstens einer bestimmten Größe auf das Partitionierungselement (13, 50, 60) wirkt, die äußere Umfangsfläche des Stützrings (44, 64) an der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung (18) anliegt, wodurch verhindert wird, dass das Partitionierungselement (13, 50, 60) in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung (18) tritt.
Fluiddruckvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Partitionierungselement (13, 50, 60) eine ringförmige Dichtungsinstallationsnut (24, 52) aufweist, die in seinem äußeren Umfang ausgebildet ist, und dass der Stützring (44) in der Dichtungsinstallationsnut (24, 52) angebracht ist.
Fluiddruckvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiges zweites Dichtelement (54) zwischen einer inneren Umfangsfläche des Stützrings (44) und der Dichtungsinstallationsnut (24, 52) angeordnet ist.
Fluiddruckvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (44) kippbar in der Dichtungsinstallationsnut (52) angebracht ist, und dass dann, wenn die auf das Partitionierungselement (50) wirkende Querlast gleich oder geringer ist als der bestimmte Wert, eine Achse des Partitionierungselements (50) gegenüber einer Achse der Gleitöffnung (18) geneigt wird, während eine Achse des Stützrings (44) parallel zu der Achse der Gleitöffnung (18) gehalten wird.
Fluiddruckvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (64) an dem Außenumfang des Partitionierungselementes (60) durch Gießen angeformt ist.