-
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen fluidbetätigten Arbeitszylinder,
mit einer zu einer Kolbenlängsachse koaxialen Kolben-Basiseinheit bestehend aus einem eine radiale Außenumfangsfläche aufweisenden starren Kernkörper und einem ringförmigen Füllkörper, der in einer zu der Kolbenlängsachse koaxialen ringförmigen Aufnahmenut sitzt, die im Bereich der radialen Außenumfangsfläche mit nach radial außen weisender Nutöffnung in dem Kernkörper ausgebildet ist,
mit einem die Kolben-Basiseinheit zumindest im Bereich des Füllkörpers radial außen koaxial umschließenden, sich mit einer radialen Innenumfangsfläche an der Kolben-Basiseinheit radial abstützenden, aus Kunststoff bestehenden Ringelement, das die radiale Außenumfangsfläche des Kernkörpers radial überragt und radial außerhalb der Kolben-Basiseinheit an seinen beiden axialen Stirnseiten jeweils eine axial orientierte Axialstützfläche aufweist,
und mit einem über gummielastische Eigenschaften verfügenden ringförmigen Hüllkörper, der eine aus der Kolben-Basiseinheit und dem Ringelement bestehende Kolben-Unterbaugruppe koaxial umschließt und der zwei jeweils eine der beiden einander entgegengesetzten axialen Stirnflächen des Kernkörpers zumindest partiell bedeckende Hüllkörper-Endabschnitte sowie einen die beiden Hüllkörper-Endabschnitte radial außerhalb der Kolben-Unterbaugruppe miteinander verbindenden und dabei das Ringelement überbrückenden Hüllkörper-Zwischenabschnitt aufweist, wobei der Hüllkörper bei seiner Urformung an die Kolben-Unterbaugruppe angeformt ist und durch die beiden Axialstützflächen des Ringelements bezüglich der Kolben-Unterbaugruppe axial abgestützt ist.
-
Die Erfindung betrifft ferner einen fluidbetätigten Arbeitszylinder, mit einem Zylindergehäuse, in dem eine peripher von einer Kolbenlauffläche begrenzte Zylinderkammer ausgebildet ist, in der ein mit einer zylindrischen Kolbenführungsfläche gleitverschieblich an der Kolbenlauffläche anliegender Kolben aufgenommen ist, der mit einem außerhalb der Zylinderkammer zugänglichen Kraftabgriffselement bewegungsgekoppelt ist und der die Zylinderkammer in zwei Arbeitsräume unterteilt, von denen wenigstens eine gesteuert mit einem Antriebsfluid beaufschlagbar ist, um den Kolben zu bewegen.
-
Ein derartiger Kolben mit zugeordnetem Arbeitszylinder ist aus der
DE 199 25 083 A1 bekannt. Der bekannte Kolben hat eine Kolben-Basiseinheit mit einem metallischen Kernkörper und einem in einer ringförmigen Aufnahmenut des Kernkörpers angeordneten, von einem Ringmagnet gebildeten Füllkörper. Die Kolben-Basiseinheit ist von einem Ringelement umschlossen, das den Füllkörper und einen Teil der radialen Außenumfangsfläche des Kernkörpers abdeckt. In dem Ringelement sind radial außen mehrere zur Kolbenlängsachse parallele Längsnuten ausgebildet, die rings um die Kolbenlängsachse herum verteilt sind. Gemeinsam mit der Kolben-Basiseinheit bildet das Ringelement eine Kolben-Unterbaugruppe, an die ein gummielastischer Hüllkörper angeformt ist, der Abschnitte der beiden axialen Stirnflächen des Kernkörpers bedeckt und mittels eines dazwischen befindlichen Hüllkörper-Zwischenabschnittes das Ringelement überbrückt. Der Hüllkörper-Zwischenabschnitt besteht aus mehreren zueinander beanstandeten Verbindungsstegen, die die Längsnuten des Ringelementes durchsetzen. Die sich zwischen diesen Längsnuten erstreckenden Abschnitte des Ringelementes bilden Teilflächen einer segmentierten Kolbenführungsfläche, mit der der Kolben bei seiner Verwendung gleitverschieblich an der eine Zylinderkammer peripher begrenzenden Kolbenlauffläche des Zylindergehäuses eines fluidbetätigten Arbeitszylinders anliegt. Damit sich der gummielastische Hüllkörper bei der Verwendung des Kolbens nicht von der ihn tragenden Kolben-Unterbaugruppe löst, muss an dem Kernkörper ein chemischer Haftvermittler appliziert werden, bevor der Hüllkörper durch Spritzgießen angeformt wird, was sich nachteilig auf die Herstellungskosten auswirkt. Zudem besteht bei der segmentierten Kolbenführungsfläche das Problem einer erhöhten Verschleißanfälligkeit.
-
Aus der
DE 197 15 858 A1 ist ein Arbeitszylinder bekannt, der einen aus zwei axial aneinandergesetzten Kolbenteilen bestehenden Kolben aufweist, wobei die beiden Kolbenteile einen Ringraum begrenzen, in dem ein Ringmagnet aufgenommen ist.
-
Die
DE 2 163 840 A beschreibt einen druckmittelbetätigten Zylinder, dessen Kolben einen ringförmigen äußeren Kolbenabschnitt hat, der auf eine Ringscheibe aufvulkanisiert ist.
-
Ein aus der
EP 0 093 859 A2 bekannter Kolben besteht aus zwei Profilscheiben, zwischen denen sich eine Hülse erstreckt, auf der ein Ringmagnet sitzt, wobei diese Baugruppe von einem Dichtungsmaterial umhüllt ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herstellbaren und verschleißarm betreibbaren Kolben sowie einen damit ausgestatteten fluidbetätigten Arbeitszylinder zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Kolben in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst,
dass sich das Ringelement und die Kolben-Basiseinheit in bezüglich der Kolbenlängsachse radialer Richtung derart überlappen, dass das Ringelement in beiden axialen Richtungen der Kolbenlängsachse durch die Kolben-Basiseinheit diesbezüglich unbeweglich formschlüssig abgestützt ist,
dass das Ringelement an seiner radialen Außenseite eine nach radial außen weisende zylindrische äußere Radialstützfläche aufweist, an die sich axial beidseits jeweils eine der beiden axial orientierten Axialstützflächen anschließt,
und dass der gummielastische Hüllkörper das Ringelement an der äußeren Radialstützfläche und an den beiden jeweils ringförmig ausgebildeten Axialstützflächen vollständig bedeckt, wobei der Hüllkörper-Zwischenabschnitt einen durch die äußere Radialstützfläche rings um die Kolbenlängsachse herum radial abgestützten hülsenförmigen Führungsabschnitt bildet, der radial außen eine bei der Nutzung des Kolbens zur Kolbenführung dienende zylindrische Kolbenführungsfläche aufweist.
-
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen fluidbetätigten Arbeitszylinder der eingangs genannten Art, dessen Kolben in dem vorgenannten Sinne ausgebildet ist.
-
Der erfindungsgemäße Kolben hat einen über gummielastische Eigenschaften verfügenden ringförmigen Hüllkörper, der die aus der Kolben-Basiseinheit und dem Ringelement bestehende Kolben-Unterbaugruppe in ihrem radial außen liegenden Bereich koaxial umschließt und dabei das Ringelement vollständig abdeckt. Das Ringelement sitzt als Schnittstellenelement koaxial zwischen der Kolben-Basiseinheit und einem sich zwischen den beiden Hüllkörper-Endabschnitten erstreckenden Hüllkörper-Zwischenabschnitt, wobei der sich über das Ringelement hinweg erstreckende Bereich des Hüllkörper-Zwischenabschnittes einen hülsenartig strukturierten Führungsabschnitt ausbildet, dessen dem Ringelement radial abgewandte Außenfläche bei der Nutzung des Kolbens innerhalb eines Arbeitszylinders eine zur Kolbenführung dienende zylindrische Kolbenführungsfläche bildet. In Abkehr zum Stand der Technik gemäß
DE 199 25 083 A1 , bei dem die Kolbenführungsfläche an dem vom Hüllkörper nur abschnittsweise bedeckten Ringelement ausgebildet ist, befindet sich die Kolbenführungsfläche nun komplett in zylindrischer Gestaltung an dem bevorzugt aus einem Elastomermaterial bestehenden gummielastischen Hüllkörper. Das bevorzugt starre Ringelement übernimmt keine unmittelbare Führungsfunktion, sondern dient lediglich zur zielgerichteten radialen Abstützung des vom Hüllkörper gebildeten Führungsabschnittes. Dieser Führungsabschnitt ist zwar beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kolbens aufgrund der zwischen der Kolbenführungsfläche und der Kolbenlauffläche eines Zylindergehäuses auftretenden Reibung relativ hohen Axialkräften ausgesetzt, behält aber dennoch seine Sollposition an der Kolben-Basiseinheit bei, da er von den beiden ringförmigen Axialstützflächen des Ringelementes axial abgestützt wird und sowohl an den Axialstützflächen als auch an der zylindrischen Radialstützfläche des aus Kunststoff bestehenden Ringelementes, welche Flächen eine große Haftfläche bilden, stark anhaftet. Das Ringelement seinerseits ist an der Kolben-Basiseinheit unabhängig von deren Materialbeschaffenheit axial unbeweglich fixiert, da zwischen diesen beiden Bestandteilen ein in beiden axialen Richtungen der Kolbenlängsachse wirksamer Formschluss vorliegt. Dieser Formschluss resultiert daraus, dass sich das Ringelement und die Kolben-Basiseinheit radial überlappen, was insbesondere bedeutet, dass das Ringelement partiell radial in die Kolben-Basiseinheit eingreift und/oder die Kolben-Basiseinheit radial in das Ringelement eingreift. Das Ringelement fungiert somit als mechanische Schnittstelle zwischen dem elastischen Hüllkörper und der starren Kolben-Basiseinheit, wobei es bezüglich des Hüllkörpers als Haftpartner und als Abstützelement fungiert. In der Regel wird somit bereits ohne Verwendung eines chemischen Haftvermittlers ein betriebssicherer Zusammenhalt zwischen dem Hüllkörper und den übrigen Bestandteilen des Kolbens erzielt, was eine prozesssichere und kostengünstige Fertigung des Kolbens und dementsprechend auch eines mit dem Kolben ausgestatteten fluidbetätigten Arbeitszylinders gewährleistet.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Wie schon erwähnt, ist es vorteilhaft, wenn der gummielastische Hüllkörper haftvermittlerlos, also ohne Einsatz eines chemischen Haftvermittlers, direkt an die Kolben-Unterbaugruppe angeformt ist, insbesondere durch Spritzgießen eines Elastomermaterials, sodass es sich bei dem hergestellten Hüllkörper um eine Spritzgusskomponente handelt.
-
Das Ringelement hat in der Achsrichtung der Kolbenlängsachse bevorzugt eine größere Breite als die Nutöffnung der im Kernkörper ausgebildeten Aufnahmenut, wobei es so platziert ist, dass es die die Nutöffnung an beiden axialen Seiten überragt und somit die die Nutöffnung axial beidseits flankierenden Abschnitte des Kernkörpers axial überlappt.
-
Bei dem Füllkörper handelt es sich zweckmäßigerweise um einen bei der Nutzung des Kolbens zur Positionserfassung dienenden Ringmagnet. Ist der Kolben für Anwendungen ohne Positionserfassung vorgesehen, kann anstelle eines Ringmagneten ein funktionsloser Füllkörper eingesetzt sein, den man auch als Dummykörper bezeichnen könnte. In allen Fällen gilt, dass der Füllkörper bevorzugt aus Kunststoffmaterial besteht, wobei ein aus Kunststoff bestehender Ringmagnet zweckmäßigerweise in das Kunststoffmaterial eingebettete permanentmagnetische Partikel aufweist.
-
Der Füllkörper ist bevorzugt bei seiner Urformung direkt in der Aufnahmenut durch Spritzgießen erzeugt, sodass er eine Spritzgusskomponente darstellt. Eine solche Fertigung ist äußerst kostengünstig und hat den Vorteil einer äußerst passgenauen formschlüssigen Fixierung des Füllkörpers in der Aufnahmenut. Alternativ kann der Füllkörper beispielsweise ein vorgefertigter segmentierter Ringkörper sein, dessen Ringsegmente von radial außen her in die Aufnahmenut eingesetzt werden, oder es kann der Kernkörper in einer zur Kolbenlängsachse rechtwinkeligen Ebene im Bereich der Aufnahmenut in zwei Kernkörperhälften unterteilt sein, die bei der Fertigung des Kolbens axial aneinandergesetzt werden, nachdem ein vorgefertigter ringförmiger Füllkörper in die eine Nuthälfte eingesetzt wurde.
-
Der Kunststoff des Ringelements kann ein faserverstärkter Werkstoff sein. Entsprechendes gilt auch für den Füllkörper. Eine unverstärkter Werkstoff kann allerdings alternativ ebenfalls Verwendung finden.
-
Obgleich auch der starre Kernkörper prinzipiell aus einem Kunststoff oder Polymer bestehen kann, ist es aufgrund der damit verbundenen hohen Stabilität vorteilhaft, wenn er aus Metall besteht, wobei sich aufgrund des geringen Gewichts und der nicht magnetisierbaren Eigenschaften ein Aluminiummaterial empfiehlt.
-
Das aus Kunststoff bestehende Ringelement ist zweckmäßigerweise eine Spritzgusskomponente, die bei ihrer Urformung direkt an die Kolben-Basiseinheit angeformt beziehungsweise angespritzt wurde. Vor allem bei hohen Stückzahlen erlaubt dies eine äußerst kostengünstige Fertigung, die günstiger ist als die prinzipiell ebenfalls mögliche Verwendung eines vorgefertigten Ringelements, das an einer Stelle seines Umfangs geschlitzt ist, um ein Aufschnappen auf die Kolben-Basiseinheit zu ermöglichen.
-
Die für die axial formschlüssige Abstützung zwischen dem Ringelement und der Kolben-Basiseinheit verantwortliche radiale Überlappung dieser beiden Bestandteile erfolgt seitens der Kolben-Basiseinheit vorzugsweise ausschließlich am Füllkörper, sodass der Kernkörper an dieser axial formschlüssigen radialen Überlappung nicht beteiligt ist. Dadurch kann für den Kernkörper eine einfach herstellbare Geometrie realisiert werden. Grundsätzlich wäre es allerdings durchaus denkbar, die mit einem axialen Formschluss einhergehende radiale Überlappungsmaßnahme an der Kolben-Basiseinheit zusätzlich oder ausschließlich am Kernkörper vorzusehen.
-
Um die für die axial formschlüssige Abstützung verantwortliche radiale Überlappung zwischen dem Ringelement und der Kolben-Basiseinheit vorzusehen, ist es günstig, wenn das Ringelement im Bereich seiner radialen Innenumfangsfläche mindestens einen sich um die Kolbenlängsachse herum erstreckenden, nach radial innen ragenden Abstützvorsprung aufweist, der in beiden axialen Richtungen der Kolbenlängsachse eine Abstützwirkung entfaltet und daher als doppeltwirkender Abstützvorsprung bezeichnet wird. Dieser doppeltwirkende Abstützvorsprung greift radial in eine im Bereich der radialen Außenumfangsfläche der Kolben-Basiseinheit in der Kolben-Basiseinheit ausgebildete komplementäre ringnutförmige Abstützvertiefung ein, sodass er eine axial formschlüssige Abstützung bezüglich der Kolben-Basiseinheit in gleichzeitig beiden axialen Richtungen der Kolbenlängsachse erfährt. Der doppeltwirkende Abstützvorsprung ist wie die zugeordnete ringnutförmige Abstützvertiefung vorzugsweise ringförmig in sich geschlossen ausgebildet, sodass eine auf einer Ringfläche basierende großflächige Abstützung in Verbindung mit einer geringen spezifischen Materialbeanspruchung vorliegt.
-
Mindestens eine mit einem doppeltwirkenden Abstützvorsprung zusammenwirkende ringnutförmige Abstützvertiefung ist zweckmäßigerweise direkt im Füllkörper der Kolben-Basiseinheit ausgebildet, wobei sie - wie auch der Abstützvorsprung - schmäler ist als die Nutöffnung der Aufnahmenut.
-
Das Ringelement ist bevorzugt so gestaltet, dass es radial außen über einen hülsenförmigen Stützabschnitt verfügt, an dem die äußere Radialstützfläche und die beiden Axialstützflächen ausgebildet sind und an dessen Innenumfang der mindestens eine doppeltwirkende Abstützvorsprung ausgebildet ist. Der mindestens eine doppeltwirkende Abstützvorsprung hat in der Achsrichtung der Kolbenlängsachse geringere Abmessungen als der hülsenförmige Stützabschnitt.
-
Im Zusammenhang mit der vorgenannten Gestaltung sieht eine bevorzugte Bauform vor, dass das Ringelement über nur einen einzigen doppeltwirkenden Abstützvorsprung verfügt, der insbesondere mittig zwischen den beiden Axialstützflächen platziert ist. Bei diesem einzigen doppeltwirkenden Abstützvorsprung handelt es sich insbesondere um den einzigen, ausgehend vom hülsenförmigen Stützabschnitt nach innen ragenden Abstützvorsprung, sodass der ringförmige Körper des Ringelements an jeder Stelle seines Umfanges über einen T-förmigen Querschnitt verfügt.
-
Prinzipiell kann der ringförmige Körper am Innenumfang des hülsenförmigen Stützabschnittes auch mehrere axial zueinander beabstandete doppeltwirkende Abstützvorsprünge aufweisen, die jeweils in eine eigene ringnutförmige Abstützvertiefung der Kolben-Basiseinheit eintauchen.
-
Bei einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung des Kolbens ist das Ringelement im Bereich seiner radialen Innenumfangsfläche mit zwei in der Achsrichtung der Kolbenlängsachse zueinander beabstandeten, sich jeweils um die Kolbenlängsachse herum erstreckenden einfachwirkenden Abstützvorsprüngen versehen, deren Bezeichnung als „einfachwirkend“ daher rührt, dass sie jeweils nur in einer einzigen axialen Richtung eine Abstützfunktion bezüglich der Kolben-Basiseinheit entfalten. Die Abstützrichtung der beiden einfachwirkenden Abstützvorsprünge ist einander entgegengesetzt. Zwischen den beiden einfachwirkenden Abstützvorsprüngen befindet sich ein nach radial innen hin offener Abstützraum des Ringelementes, in den ein über die radiale Außenumfangsfläche des Kernkörpers vorstehender ringförmiger Außenabschnitt des Füllkörpers eintaucht. Dadurch sind die an diesem Außenabschnitt befindlichen äußeren axialen Stirnflächenabschnitte der beiden einander entgegengesetzten Stirnflächen des Füllkörpers jeweils durch einen der beiden einfachwirkenden Abstützvorsprünge axial flankiert, wobei sich jeder Abstützvorsprung an der ihm zugeordneten Stirnfläche axial abstützt.
-
Die beiden einfachwirkenden Abstützvorsprünge sind zweckmäßigerweise jeweils ringförmig in sich geschlossen ausgebildet, sodass sie eine großflächige Abstützung über eine Ringfläche mit nur geringer spezifischer Beanspruchung bewirken.
-
Bei einer möglichen Gestaltung verfügt das Ringelement zur axial formschlüssigen Abstützung bezüglich der Kolben-Basiseinheit über ausschließlich die beiden vorgenannten einfachwirkenden Abstützvorsprünge, sodass der ringförmige Körper des Ringelements entlang seines gesamten Umfanges einen U-förmigen Querschnitt mit nach radial innen weisender U-Öffnung hat. Eine diesbezüglich alternative Gestaltung sieht vor, dass zwischen den beiden einfachwirkenden Abstützvorsprüngen ein doppeltwirkender Abstützvorsprung vorhanden ist, sodass der ringförmige Körper des Ringelementes an jeder Stelle seines Umfangs über einen E-förmigen Querschnitt verfügt. In diesem Fall wird ein ringförmiger Außenabschnitt des Füllkörpers axial beidseits von jeweils einem der einfachwirkenden Abstützvorsprünge flankiert, während der doppeltwirkende Abstützvorsprung in eine ringnutförmige Abstützvertiefung des Füllkörpers eintaucht.
-
Die beiden Hüllkörper-Endabschnitte sind zweckmäßigerweise jeweils ringscheibenförmig ausgebildet und bedecken jeweils einen ringförmigen Abschnitt einer der beiden axialen Stirnflächen des Kolbenkerns. Der Kolbenkern hat zweckmäßigerweise eine axiale Durchbrechung, die vorgesehen ist, um eine Kolbenstange zu befestigen.
-
Jeder Hüllkörper-Endabschnitt ist zweckmäßigerweise mit einer Pufferstruktur versehen, die bei der Nutzung des Kolbens in einem Arbeitszylinder für eine Aufpralldämpfung in der Kolbenendlage sorgt. Die Pufferstruktur besteht zweckmäßigerweise aus mehreren kreissegmentförmigen Axialvorsprüngen.
-
Der gummielastische Hüllkörper definiert zweckmäßigerweise nicht nur die Kolbenführungsfläche, sondern fungiert bei der Nutzung in einem Arbeitszylinder auch als Dichtungsmittel zum abdichtenden Zusammenwirken mit einer Kolbenlauffläche eines Zylindergehäuses. Der gummielastische Hüllkörper hat zweckmäßigerweise zwei zu der Kolbenlängsachse koaxiale ringförmige Dichtungsabschnitte, zwischen denen sich der Führungsabschnitt erstreckt und die zweckmäßigerweise jeweils eine radial verformbare Dichtlippe ausbilden. Jeder Dichtungsabschnitt befindet sich zweckmäßigerweise im Übergangsbereich zwischen dem Hüllkörper-Zwischenabschnitt und einem der beiden Hüllkörper-Endabschnitte.
-
Ein mit dem erfindungsgemäßen Kolben ausgestatteter fluidbetätigter Arbeitszylinder hat ein mit dem Kolben antriebsmäßig in Verbindung stehendes Kraftabgriffselement, das außerhalb des Zylindergehäuses des Arbeitszylinders für einen Kraftabgriff zugänglich ist. Bei dem Kraftabgriffselement handelt es sich insbesondere um eine an dem Kolben befestigte Kolbenstange. Der Kolben kann allerdings auch in Zusammenhang mit kolbenstangenlosen Arbeitszylindern eingesetzt werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine bevorzugte Bauform eines erfindungsgemäßen fluidbetätigten Arbeitszylinders in einem Längsschnitt, der mit einem ebenfalls im Längsschnitt gezeigten erfindungsgemäßen Kolben bevorzugten Aufbaus ausgestattet ist, dessen Längsschnitt entlang der Schnittlinie I-I aus 2 und 4 verläuft, wobei ein strichpunktiert umrahmter Bereich des Kolbens separat auch nochmals vergrößert illustriert ist,
- 2 eine isometrische Einzeldarstellung des aus 1 ersichtlichen Kolbens,
- 3 einen isometrischen Längsschnitt des Kolbens der 1 und 2 gemäß Schnittebene I-I aus 2 und 4,
- 4 einen mittigen Schnitt durch den Kolben der 1 bis 3 gemäß Schnittebene IV-IV aus 1, die rechtwinkelig zur Kolbenlängsachse verläuft,
- 5 eine isometrische Einzeldarstellung eines bevorzugten weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kolbens, der in gleicher Weise wie der Kolben der 1 bis 4 in einem Arbeitszylinder gemäß 1 enthalten sein kann,
- 6 einen isometrischen Längsschnitt des Kolbens aus 5 gemäß Schnittebene VI-VI aus 5 und 8,
- 7 einen weiteren Längsschnitt des in 5 isometrisch illustrierten Kolbens in einer Schnittebene analog der Darstellung in 6, und
- 8 einen Schnitt des Kolbens der 5 bis 7 gemäß Schnittebene VIII-VIII aus 7, die rechtwinkelig zur Kolbenlängsachse verläuft.
-
In einerseits den 1 bis 4 und andererseits den 5 bis 8 sind zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Kolbens 1 illustriert, die nachfolgend einheitlich beschrieben werden, wobei sich die Ausführungen auf sämtliche Ausführungsbeispiele beziehen, sofern im Einzelfall keine abweichenden Angaben gemacht werden.
-
Die 1 zeigt einen fluidbetätigten Arbeitszylinder 2, bei dem es sich insbesondere um einen mit Druckluft betriebenen Pneumatikzylinder handelt. Der Arbeitszylinder 2 hat ein Zylindergehäuse 3, das eine Zylinderkammer 4 umschließt, in der der erfindungsgemäße Kolben 1 angeordnet ist.
-
Der Arbeitszylinder 2 hat eine Zylinderlängsachse 5, wobei der Kolben 1 relativ zum Zylindergehäuse 3 unter Ausführung einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten linearen Arbeitsbewegung 6 in der Achsrichtung der Zylinderlängsachse 5 hin und her bewegbar ist.
-
Das Zylindergehäuse 3 hat ein sich in der Achsrichtung der Zylinderlängsachse 5 erstreckendes Zylinderrohr 7, das die Zylinderkammer 4 radial außen peripher umschließt und eine zylindrische Innenumfangsfläche hat, die eine Kolbenlauffläche 8 bildet. Der Kolben 1, der über eine auch in den anderen Abbildungen strichpunktiert angedeutete Kolbenlängsachse 12 verfügt, ist koaxial in der Zylinderkammer 4 angeordnet, wobei er mit einer im Bereich seines radialen Außenumfanges ausgebildeten, zu der Kolbenlängsachse 12 koaxialen, zylindrischen Kolbenführungsfläche 13 gleitverschieblich an der Kolbenlauffläche 8 anliegt.
-
Der Kolben 1 unterteilt die Zylinderkammer 4 axial in zwei Arbeitsräume 14, 15, in die jeweils ein das Zylindergehäuse 3 durchsetzender eigener Fluidkanal 16, 17 einmündet, durch den hindurch eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung des jeweils zugeordneten Arbeitsraumes 14, 15 mit einem beispielsweise von Druckluft gebildeten Antriebsfluid möglich ist. Auf diese Weise kann der Kolben 1 zu der Arbeitsbewegung 6 angetrieben werden.
-
Ein die Kolbenführungsfläche 13 aufweisender gummielastischer Hüllkörper des Kolbens 1 ist mit integralen Dichtungsmitteln 22 ausgestattet, die insbesondere zusätzlich zu der Kolbenführungsfläche 13 vorhanden sind und zusätzlich zu der Kolbenführungsfläche 13 gleitverschieblich und zugleich abdichtend an der Kolbenlauffläche 8 anliegen. Dadurch sind die beiden Arbeitsräume 14, 15 fluiddicht voneinander abgetrennt.
-
Ein außerhalb des Zylindergehäuses 3 zugängliches Kraftabgriffselement 23 ist mit dem Kolben 1 bewegungsgekoppelt und macht die Arbeitsbewegung 6 synchron mit. Selbige kann daher an einem außerhalb des Zylindergehäuses 3 befindlichen Kraftabgriffsabschnitt 24 des Kraftabgriffselementes 23 abgegriffen werden, um ein beliebiges Objekt zu bewegen und/oder zu positionieren, beispielsweise ein Maschinenelement. Das Kraftabtriebselement 23 ist bei dem illustrierten bevorzugten Ausführungsbeispiel eine zu der Längsachse 5 koaxiale Kolbenstange 23a, die mit einem in der Zylinderkammer 4 befindlichen inneren Endabschnitt 25 am Kolben 1 befestigt ist. Die Kolbenstange 23a durchsetzt gleitverschieblich und abgedichtet einen ersten Zylinderdeckel 26 des Zylindergehäuses 3 und bildet mit seinem außerhalb des Zylindergehäuses 3 liegenden äußeren Endabschnitt den Kraftabgriffsabschnitt 24.
-
Bei der Arbeitsbewegung 6 kann sich der Kolben 1 zwischen zwei axialen Hubendlagen bewegen, die dadurch definiert sind, dass er entweder an dem ersten Zylinderdeckel 26 oder an einem diesbezüglich mit Abstand axial gegenüberliegenden zweiten Zylinderdeckel 27 des Zylindergehäuses 3 anliegt. Gezeigt ist eine eingefahrene Hubendlage mit am zweiten Zylinderdeckel 27 anliegendem Kolben 1.
-
Der Kolben des in 1 illustrierten Arbeitszylinders 2 entspricht der ergänzend in den 2 bis 4 illustrierten Bauform. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist der Kolben 1 entsprechend den Abbildungen in den 5 bis 8 ausgebildet, wobei die übrigen Bestandteile des Arbeitszylinders 2 abgesehen von einem bevorzugt längeren Zylinderrohr 7 identisch sein können. Das längere Zylinderrohr 7 ist dem Umstand geschuldet, dass der in den 5 bis 8 illustrierte Kolben 1 eine größere Baulänge hat als derjenige der 1 bis 4.
-
Der Kolben 1 hat einen mehrteiligen Aufbau, sodass man ihn als einheitlich handhabbare Baugruppe aus mehreren zusammengesetzten und fest zusammenghaltenden Komponenten betrachten kann. Eine dieser mehreren Komponenten ist der schon erwähnte Hüllkörper 18. Er ist an einer mehrteiligen Kolben-Unterbaugruppe 28 des Kolbens 1 befestigt, die er im radial außen liegenden Bereich koaxial umschließt. Die Kolben-Unterbaugruppe 28 besteht aus einer mehrteiligen Kolben-Basiseinheit 32 und einem daran fixierten einstückigen, aus Kunststoff bestehenden Ringelement 33. Das Ringelement 33 ist in einer die Kolben-Basiseinheit 32 radial außen koaxial umschließenden Weise angeordnet.
-
Die Kolben-Basiseinheit 32 besteht aus einem starren Kernkörper 34 und einem in einer ringförmigen Aufnahmenut des Kernkörpers 34 fixierten ringförmigen Füllkörper 36.
-
Die vorstehend genannten Komponenten der den Kolben 1 bildenden Baugruppe, nämlich der Hüllkörper 18, das Ringelement 33, der Kernkörper 34 und der Füllkörper 36, sind zueinander und bezüglich der Kolbenlängsachse 12 koaxial angeordnet.
-
Der Kernkörper 34 hat eine starre Struktur. Er hat eine zylindrische und insbesondere kreiszylindrische radiale Außenumfangsfläche 37, die gemäß der Bauform der 1 bis 4 durchgehend den gleichen Durchmesser haben kann oder aber in der im Folgenden als Längsrichtung 12a bezeichneten Achsrichtung der Kolbenlängsachse 12 abgestuft ist, was bei der Bauform der 5 bis 8 der Fall ist. Letzteres hat zur Folge, dass die radiale Außenumfangsfläche 37 axial aufeinanderfolgende Längenabschnitte unterschiedlicher Durchmesser hat. Exemplarisch hat der Kolben der 5 bis 8 einen mittigen Umfangsabschnitt 37a der radialen Außenumfangsfläche 37, dessen Durchmesser größer ist als derjenige von zwei sich axial diesseits und jenseits anschließenden äußeren Umfangsabschnitten 37b der radialen Außenumfangsfläche 37.
-
Über den Kernkörper 34 ist der Kolben 1 bei seinem bestimmungsgemäßen Gebrauch an dem Kraftabgriffselement 23 fixiert. Exemplarisch hat er in seinem Zentrum eine axiale Durchbrechung 38, die zur Aufnahme des inneren Endabschnittes 25 der Kolbenstange 23a vorgesehen ist. Zur Fixierung kann gemäß 1 die Kolbenstange 23a an ihrem inneren Endabschnitt 25 durch die axiale Durchbrechung 38 hindurchgesteckt und mittels einer auf den inneren Endabschnitt 25 aufgesetzten Befestigungsschraube 42 an der Kolbenstange 23a fixiert sein. Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel hat die axiale Durchbrechung 38 ein Innengewinde, in das die Kolbenstange 23a mit einem Außengewinde ihres inneren Endabschnittes 25 eingeschraubt ist. Eine Schweißbefestigung ist ebenfalls möglich.
-
Der Kernkörper 34 hat zwei einander axial entgegengesetzte erste und zweite axiale Stirnflächen 42a, 42b, die im Falle des Vorhandenseins der axialen Durchbrechung 38 ringförmig ausgebildet sind und die jeweils über einen abgerundeten Übergangsbereich 41 in die zylindrische radiale Außenumfangsfläche 37 übergehen.
-
Exemplarisch besteht der Kernkörper 34 aus Metall und insbesondere aus Aluminium oder aus Edelstahl. Damit verbunden ist eine sehr hohe Festigkeit. Ein Aluminiummaterial verleiht dem Kolben 1 ein besonders geringes Gewicht.
-
An der radialen Außenumfangsfläche 37 ist in dem Kernkörper 34 die schon angesprochene ringförmige Aufnahmenut 35 in zur Kolbenlängsachse 12 koaxialer Anordnung eingebracht. Die Aufnahmenut 35 hat eine bezüglich der Kolbenlängsachse 12 nach radial außen weisende Nutöffnung 43, die sich rings um die Kolbenlängsachse 12 herum erstreckt.
-
Die Aufnahmenut 35 hat eine der Nutöffnung 43 radial innen gegenüberliegende, bevorzugt zylindrisch ausgebildete Nutgrundfläche 35a sowie zwei sich in der Kolbenlängsrichtung 12a gegenüberliegende und einander zugewandte ringförmige Nutseitenflächen 35b. Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 bis 8 liegt die Nutöffnung 43 im Bereich des mittigen Umfangsabschnittes 37a.
-
Es ist zwar nicht zwingend, jedoch vorteilhaft und bei beiden Ausführungsbeispielen realisiert, wenn sich die Aufnahmenut 35 längenmittig in dem Kernkörper 34 befindet, ihr Abstand zu den beiden axialen Stirnflächen 42a, 42b also gleichgroß ist.
-
Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Aufnahmenut 35 einen rechteckigen Querschnitt hat, was auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zutrifft.
-
In der Aufnahmenut 35 sitzt der auch schon angesprochene ringförmige Füllkörper 36. Dieser Füllkörper 36 liegt zweckmäßigerweise sowohl an der Nutgrundfläche 35a als auch an den beiden Nutseitenflächen 35b an. Es ist ferner vorteilhaft, wenn er den gesamten Nutquerschnitt der Aufnahmenut 35 ausfüllt, was auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zutrifft.
-
Gemäß nicht illustrierter Ausführungsbeispiele kann die Querschnittshöhe des Füllkörpers 36 geringer sein als diejenige der Aufnahmenut 35, sodass ein sich an die Nutöffnung 43 anschließender äußerer Bereich der Aufnahmenut 35 von dem Füllkörper 36 nicht ausgefüllt ist.
-
Der Füllkörper 36 hat radial außen bevorzugt eine zylindrische radiale Außenumfangsfläche 44, die mit den sich anschließenden Flächenabschnitten der radialen Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 bündig verlaufen kann - was auf das Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 zutrifft - oder aber bezüglich der axial benachbarten Abschnitte der radialen Außenumfangsfläche 37 des Füllkörpers 36 radial nach außen vorsteht, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der 5 bis 8 der Fall ist. Letzteres äußert sich darin, dass der Füllkörper 36 mit einem ringförmigen Außenabschnitt 45 über die radiale Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 ringsum vorsteht.
-
Bei beiden illustrierten Ausführungsbeispielen ist der Füllkörper 36 ein über permanentmagnetische Eigenschaften verfügender Ringmagnet 36a. Er kann bei der bestimmungsgemäßen Nutzung des Kolbens 1 verwendet werden, um mindestens eine vom Kolben 1 bei seiner Arbeitsbewegung 6 relativ zum Zylindergehäuse 3 eingenommene Betriebsposition zu erfassen. Der Arbeitszylinder 2 ist in diesem Zusammenhang an seinem Zylindergehäuse 3 mit einer in 1 nur gestrichelt angedeuteten Positionserfassungseinrichtung 46 ausgestattet, die durch den permanentmagnetischen Ringmagnet 36a berührungslos betätigbar ist und bei Betätigung ein von einer elektronischen Steuereinrichtung verarbeitbares elektrisches Positionssignal ausgibt. Die Positionserfassungseinrichtung 46 enthält beispielsweise einen oder mehrere Positionssensoren, die bevorzugt als auf ein Magnetfeld ansprechende Sensoren, beispielsweise Hallsensoren, ausgebildet sind.
-
Bei beiden illustrierten Ausführungsbeispielen besteht der Ringmagnet 36a aus Kunststoff, wobei es sich insbesondere um eine Kunststoffmatrix mit darin eingebetteten permanentmagnetischen Partikeln handelt. Dieser Kunststoff wird bei der Herstellung des Kolbens 1 in fließfähigem Zustand in die Aufnahmenut 35 eingebracht und anschließend verfestigt. Dies geschieht insbesondere durch Spritzgießen, sodass der Ringmagnet 36a eine bei seiner Urformung direkt in der Aufnahmenut 35 erzeugte Spitzgusskomponente ist.
-
In Fällen, in denen keine Positionserfassung gewünscht ist, kann in der Aufnahmenut 35 anstelle eines Ringmagneten 36a ein kostengünstigerer Füllkörper 36 ohne permanentmagnetische Eigenschaften sitzen, beispielsweise ein einfacher Kunststoffkörper aus Polyamid. Er fungiert als Dummy für den Ringmagnet 36a und füllt stattdessen die Aufnahmenut 35 aus.
-
Bevorzugt ist der Füllkörper 36 entsprechend beiden Ausführungsbeispielen einstückig ausgebildet. Die Spritzgießherstellung ermöglicht dennoch eine einfache Einbringung in die mit Ausnahme an ihrer Nutöffnung 43 ringsum geschlossene Aufnahmenut 35. Dennoch könnte der ringförmige Füllkörper 36 auch ein außerhalb des Kernkörpers 34 gesondert hergestelltes einstückiges ringförmiges Bauteil sein, wenn der Kernkörper 34 beispielsweise aus zwei separaten Kernkörperhälften 34a, 34b besteht, die in einem die Aufnahmenut 35 durchsetzenden Fügebereich 47 axial aneinandergesetzt sind, wie dies in 1 gestrichelt angedeutet ist. Des Weiteren kann ein außerhalb der Aufnahmenut 35 hergestellter Füllkörper 36 in seiner Umfangsrichtung segmentiert sein, wobei die daraus resultierenden Füllkörpersegmente von radial außen her durch die Nutöffnung 43 hindurch in die Aufnahmenut 35 eingesetzt sind.
-
Die sich aus dem Kernkörper 34 und dem Füllkörper 36 zusammensetzende Kolben-Basiseinheit 32 hat radial außen eine von der Kolbenlängsachse 12 abgewandte Außenumfangsfläche 48, die zur besseren Unterscheidung als Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 bezeichnet wird und sich aus der radialen Außenumfangsfläche 44 des Füllkörpers 36 und den von dem Füllkörper 36 nicht abgedeckten Flächenabschnitten der radialen Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 zusammensetzt.
-
Der ringförmige Außenabschnitt 45 des Füllkörpers 36 kann entsprechend der Illustration der 7 breiter sein als die Nutöffnung 43, sodass er sich axial beidseits an die Nutöffnung 43 anschließende schmale zylindrische Flächenabschnitte der radialen Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 bedeckt. In diesem Fall trägt nicht die gesamte radiale Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 zur Bildung der Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 bei.
-
Die Kolben-Basiseinheit 32 ist von dem Ringelement 33 zumindest im Bereich des Füllkörpers 36 radial außen koaxial umschlossen. Das Ringelement 33 hat eine der Kolbenlängsachse 12 zugewandte radiale Innenumfangsfläche 52, mit der es an der Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 anliegt und sich auf diese Weise an der Kolben-Basiseinheit 32 radial abstützt. Das Ringelement 33 besteht aus Kunststoff, wobei ein thermoplastisches Kunststoffmaterial bevorzugt ist. Es kann sich um einen faserverstärkten Kunststoff handeln, damit selbst bei extrem hohen Beanspruchungen eine Beschädigung wie beispielsweise eine Rissbildung auszuschließen ist.
-
Die in der Kolbenlängsrichtung 12a gemessene Breite des Ringelementes 33 ist geringer als die in der gleichen Richtung gemessene Breite der Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48. Somit schließt sich an die von der Kolbenlängsachse 12 abgewandte radiale Außenumfangsfläche 53 des Ringelements 33, die aufgrund ihrer noch zu erläuternden Funktion im Folgenden auch als äußere Radialstützfläche 53 bezeichnet wird, axial beidseits ein von dem Ringelement 33 nicht bedeckter äußerer Randabschnitt 54 der Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 an.
-
Das Ringelement 33 umschließt den Füllkörper 36 insbesondere ununterbrochen rings um die Kolbenlängsachse 12 herum. Seine in der Kolbenlängsrichtung 12a gemessene Breite kann geringer sein als diejenige des Füllkörpers 36, sodass sich die vom Ringelement 33 nicht bedeckten äußeren Randabschnitte 54 der Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 aus Flächenabschnitten der radialen Außenumfangsflächen 37, 44 des Kernkörpers 34 und des Füllkörpers 36 zusammensetzen.
-
Zweckmäßigerweise hat das Ringelement 33 jedoch eine Breite, die zumindest der Breite des Füllkörpers 36 entspricht, sodass es dessen radiale Außenumfangsfläche 37 vollständig bedeckt. Bevorzugt und entsprechend den illustrierten Ausführungsbeispielen ist das Ringelement 33 sogar breiter als der Füllkörper 36, sodass es den Hüllkörper 36 bezogen auf die Kolbenlängsrichtung 12a beidseits überragt. In allen Fällen wird die Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 und dabei insbesondere die radiale Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 von dem Ringelement 33 radial überragt.
-
Das Ringelement 33 hat an seinen beiden einander entgegengesetzten, in der Kolbenlängsrichtung 12a weisenden axialen Stirnseiten jeweils eine ringförmige axiale Stirnfläche 55, die aufgrund ihrer noch zu erläuternden Funktion auch als Axialstützfläche 55 bezeichnet wird und die sich ausgehend von der Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 in bezüglich der Kolbenlängsachse 12 radialer Richtung nach außen erstreckt. Jede Axialstützfläche 55 liegt zweckmäßigerweise in einer zu der Kolbenlängsachse 12 rechtwinkeligen Ebene. Jede Axialstützfläche 55 geht radial außen in die äußere Radialstützfläche 53 über, die bevorzugt zylindrisch gestaltet ist.
-
Das Ringelement 33 ist eine bezüglich der Kolben-Basiseinheit 32 separate Komponente, die zweckmäßigerweise bei ihrer Herstellung durch Urformen direkt an der Kolben-Basiseinheit 32 appliziert wird. Dies trifft auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu. Hier ist das Ringelement 33 durch Spritzgießen an die Basiseinheit-Außenumfangsfläche 48 angeformt beziehungsweise angespritzt, sodass es eine Spritzgusskomponente repräsentiert. Gemeinsam bilden der Kernkörper 34, der Füllkörper 36 und das Ringelement 33 die schon erwähnte Kolben-Unterbaugruppe 28 des Kolbens 1. Eine Besonderheit der Kolben-Unterbaugruppe 28 besteht darin, dass das Ringelement 33 mit einem in beiden axialen Richtungen der Kolbenlängsachse 12 wirksamen Formschluss durch die Kolben-Basiseinheit 32 abgestützt ist, sodass unabhängig von einer eventuell auch vorhandenen stoffschlüssigen oder reibschlüssigen Verbindung eine Formschlussverbindung vorliegt, die Relativbewegungen zwischen dem Ringelement 33 und der Kolben-Basiseinheit 32 in der Kolbenlängsrichtung 12a verhindert. Dieser axiale Formschluss resultiert daraus, dass sich das Ringelement 33 und die Kolben-Basiseinheit 32 in der bezüglich der Kolbenlängsachse 12 radialen Richtung überlappen und sich dabei in der Kolbenlängsrichtung 12a spielfrei aneinander abstützen.
-
Die für den axialen Formschluss verantwortliche radiale Überlappung kann seitens der Kolben-Basiseinheit 32 durchaus zumindest teilweise durch den Kernkörper 34 realisiert sein. Vorteilhafter und bei allen illustrierten Ausführungsbeispielen verwirklicht ist allerdings eine Ausgestaltung, bei der sich die mit einer axialen Abstützung einhergehende radiale Überlappung seitens der Kolben-Basiseinheit 32 auf den Füllkörper 36 beschränkt. Der Füllkörper 36 ist seinerseits in der Kolbenlängsrichtung 12a formschlüssig und daher entsprechend unbeweglich an dem Kernkörper 34 abgestützt, indem er mit den innerhalb der Aufnahmenut 35 liegenden Flächenabschnitten 57 seiner beiden einander entgegengesetzten axialen Stirnflächen 56 an der jeweils zugewandten, gegenüberliegenden Nutseitenfläche 35b anliegt. Die vorgenannten, innerhalb der Aufnahmenut 35 liegenden Flächenabschnitte 57 der axialen Stirnflächen 56 werden im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als innere axiale Stirnflächenabschnitte 57 bezeichnet.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 hat das Ringelement 33 einen hülsenförmigen Stützabschnitt 62, an dem die äußere Radialstützfläche 53 und die beiden Axialstützflächen 55 ausgebildet sind. Dieser hülsenförmige Stützabschnitt 62 liegt mit der radialen Innenumfangsfläche 52 sowohl an der radialen Außenumfangsfläche 44 des Füllkörpers 36 als auch an einem sich daran anschließenden Flächenabschnitt der radialen Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 an.
-
Im Bereich der radialen Innenumfangsfläche 52 weist der hülsenförmige Stützabschnitt 62 einen radial nach innen ragenden Abstützvorsprung 63 auf, bei dem es sich um einen eine zweiseitige Abstützwirkung entfaltenden doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a handelt, der radial in eine komplementäre ringnutförmige Abstützvertiefung 64 eingreift, die im Füllkörper 36 im Bereich dessen radialer Außenumfangsfläche 44 ausgebildet ist. Der doppeltwirkende Abstützvorsprung 63a könnte zwar prinzipiell in seiner Umfangsrichtung, also rings um die Kolbenlängsachse 12 herum, segmentiert sein, ist jedoch zweckmäßigerweise ringförmig in sich geschlossen.
-
Der doppeltwirkende Abstützvorsprung 63a hat zwei einander entgegengesetzte, axial orientierte ringförmige Stirnflächen, die jeweils eine Abstützfläche 65 bilden, wobei jede Abstützfläche 65 an einer ihr zugewandten Gegenabstützfläche 66 anliegt, die von einer der beiden Nutflanken der ringnutförmigen Abstützvertiefung 64 gebildet ist. Somit ist das Ringelement 33 über seinen doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a in der bezüglich der Nutöffnung 43 schmäleren Abstützvertiefung 64 in beiden axialen Richtungen der Kolbenlängsachse 12 unbeweglich abgestützt. Die Bezeichnung „doppeltwirkend“ ist gewählt, weil der entsprechende Abstützvorsprung 63, 63a doppelt wirksam ist, nämlich in beiden axialen Richtungen der Kolbenlängsachse 12.
-
Obgleich das Ringelement 33 mehrere solcher doppeltwirkender Abstützvorsprünge 63a aufweisen könnte, ist es vorteilhaft, wenn es über nur einen einzigen solchen doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a verfügt, der beidseits von dem hülsenförmigen Stützabschnitt 62a überragt ist. Dieser einzige doppeltwirkende Abstützvorsprung 63a ist bevorzugt mittig zwischen den beiden stirnseitigen Axialstützflächen 55 platziert, sodass der ringförmige Körper des Ringelements 33 einen T-förmigen Querschnitt hat.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 bis 8 hat das Ringelement 33 ebenfalls einen hülsenförmigen Stützabschnitt 62 mit einem axial mittigen doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a an der radialen Innenumfangsfläche 52. Dieser doppeltwirkende Abstützvorsprung 63a ragt analog dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 in eine komplementäre ringnutförmige Abstützvertiefung 64 hinein, die in der radialen Außenumfangsfläche 37 des Füllkörpers 36 ausgebildet ist. Die dabei aneinander anliegenden und für eine doppeltwirkende Abstützung dienenden Abstützflächen 65 und Gegenabstützflächen 66 können sich entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 jeweils in einer zur Kolbenlängsachse 12 radialen Ebene erstrecken, sind allerdings vorzugsweise bezüglich einer zur Kolbenlängsachse 12 rechtwinkeligen Referenzebene 67 geneigt, sodass sich der doppeltwirkende Abstützvorsprung 63a nach radial innen hin verjüngt und ebenso die zugeordnete Abstützvertiefung 64.
-
Zusätzlich hat das Ringelement 33 bei dem Ausführungsbeispiel der 5 bis 8 im Bereich seiner radialen Innenumfangsfläche 52 noch zwei weitere sich jeweils um die Kolbenlängsachse 12 herum erstreckende Abstützvorsprünge 63, die jeweils nur in einer axialen Richtung der Kolbenlängsachse 12 eine formschlüssige Abstützung bezüglich des Kernkörpers 34 ausüben und daher als einfachwirkende Abstützvorsprünge 63b bezeichnet werden.
-
Die beiden einfachwirkenden Abstützvorsprünge 63b sind in der Achsrichtung der Kolbenlängsachse 12 zueinander beabstandet und begrenzen seitlich gemeinsam einen radial nach innen hin offenen Abstützraum 68, in den der Füllkörper 36 mit seinem ringförmigen Außenabschnitt 45 hineinragt.
-
Der Abstützraum 68 ist durch den mittigen doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a in zwei ringförmige Teilräume unterteilt. Allerdings kann der doppeltwirkende Abstützvorsprung 63a auch entfallen, sodass der Abstützraum 68 keine Unterteilung aufweist. Eine daraus resultierende Innenkontur des Ringelementes 33 ist in 7 bei 61 gestrichelt angedeutet.
-
Jeder einfachwirkende Abstützvorsprung 63b hat an der dem Abstützraum 68 zugewandten Innenseite eine ringförmige innere Abstützfläche 72, die axial an einer gegenüberliegenden ringförmigen äußeren Gegenabstützfläche 73 anliegt, die von einem an dem ringförmigen Außenabschnitt 45 ausgebildeten äußeren axialen Stirnflächenabschnitt 58 der zugeordneten axialen Stirnfläche 56 des Füllkörpers 36 gebildet ist.
-
Der ringförmige Außenabschnitt 45 wird also von dem über die beiden einfachwirkenden Abstützvorsprünge 63b verfügenden Ringelement 33 klammerartig umgriffen. Je nachdem, ob das Ringelement 33 zusätzlich den mittigen doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a aufweist oder nicht, hat der ringförmige Körper des Ringelements 33 einen E-förmigen oder U-förmigen Querschnitt.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 bis 8 sind die beiden Axialstützflächen 55 jeweils von einer Stirnfläche des hülsenförmigen Stützabschnittes 62 und der der ringförmigen inneren Abstützfläche 72 entgegengesetzten axialen Außenfläche des sich anschließenden einfachwirkenden Abstützvorsprungs 63b gebildet.
-
Die beiden einfachwirkenden Abstützvorsprünge 63b könnten zwar in ihrer Umfangsrichtung segmentiert sein, sind jedoch vorzugsweise jeweils ringförmig in sich geschlossen ausgebildet.
-
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel hat das Ringelement 33 einen Ringkörper mit rechteckigem Querschnitt, dessen radial innen liegender Teilbereich einen doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a bildet, während der sich radial außen daran anschließende Teilbereich die äußere Radialstützfläche 53 und die beiden Axialstützflächen 55 bildet.
-
Das Ringelement 33 kann bei allen Ausführungsbeispielen in radialer Richtung relativ dünn ausgebildet werden. Damit es sich dennoch sehr einfach durch Spritzgießen applizieren lässt, ist es vorteilhaft, wenn die ringförmige Abstützvertiefung 64 an ihrer Grundfläche lokal einen radial vertieften Bereich 86 hat, der als Anspritzstelle zum Zuführen des flüssigen Kunststoffs nutzbar ist. Das fertig gespritzte Ringelement 33 hat dort an seinem doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a eine lokale radiale Verdickung 87.
-
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel bezieht sich die mit einer axialen Abstützung einhergehende radiale Überlappung zwischen dem als Schnittstellenelement fungierenden Ringelement 33 und der Kolben-Basiseinheit 32 seitens der Kolben-Basiseinheit 32 ausschließlich auf den Kernkörper 34. Dabei hat das Ringelement 33 bevorzugt einen einzigen doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a, der in eine ringnutförmige Abstützvertiefung 64 des Kernkörpers 34 radial eingreift, wobei die ringnutförmige Abstützvertiefung 64 unmittelbar von der ringförmigen Aufnahmenut 35 gebildet ist. Die ringförmigen Aufnahmenut 35 ist in ihrem sich an die Nutöffnung 43 anschließenden äußeren Abschnitt von dem Füllkörper 36 nicht ausgefüllt, wobei das Ringelement 33 mit einem doppeltwirkenden Abstützvorsprung 63a, der die gleiche Breite hat wie die Aufnahmenut 35, in den nicht ausgefüllten Abschnitt der Aufnahmenut 35 eintaucht.
-
Der weiter oben erwähnte, über gummielastische Eigenschaften verfügende und vorzugsweise aus einem Elastomermaterial bestehende ringförmige Hüllkörper 18 umschließt die vorstehend beschriebene Kolben-Unterbaugruppe 28 in koaxialer Anordnung im Bereich ihres radialen Außenumfanges. Er hat zwei Hüllkörper-Endabschnitte 74a, 74b, die jeweils einer der beiden axialen Stirnflächen 42a, 42b des Kernkörpers 34 vorgelagert sind und den Kernkörper 34 insbesondere partiell bedecken. Jeder Hüllkörper-Endabschnitt 74a, 74b liegt an der zugeordneten axialen Stirnfläche 42a, 42b des Kernkörpers 34 an.
-
Bevorzugt sind die beiden Hüllkörper-Endabschnitt 74a, 74b jeweils ringscheibenförmig ausgebildet und umrahmen eine zentrale Durchbrechung 75, in deren Bereich der Kernkörper 34 unabgedeckt ist. Jede zentrale Durchbrechung 75 fluchtet koaxial mit der optional vorhandenen axialen Durchbrechung 38 des Kernkörpers 34.
-
Der Hüllkörper 18 hat ferner einen Hüllkörper-Zwischenabschnitt 76, der die Kolben-Unterbaugruppe 28 hohlzylinderartig koaxial umschließt und die beiden Hüllkörper-Endabschnitte 74a, 74b integral miteinander verbindet. Dabei überbrückt der Hüllkörper-Zwischenabschnitt 76 das Ringelement 33 und die sich axial beidseits daran anschließenden Abschnitte der radialen Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 an ihrer radialen Außenseite.
-
Der Hüllkörper 18 hat einen einstückigen Aufbau und ist zweckmäßigerweise unmittelbar bei seiner Urformung an die Kolben-Unterbaugruppe 28 angeformt worden. Diese Anformung erfolgt insbesondere durch Spritzgießen, sodass der gummielastische Hüllkörper 18 eine Spritzgusskomponente darstellt.
-
Aufgrund seiner Anformung an die Kolben-Unterbaugruppe 28 entspricht die Formgebung der der Kolbenlängsachse 12 zugewandten Innenumfangsfläche 77 des Hüllkörpers 18 der Negativform der vom Hüllkörper 18 bedeckten Außenkontur der Kolben-Unterbaugruppe 28. Man kann auch von einer komplementären Gestaltung sprechen. Somit liegt der Hüllkörper 18 nicht nur an den beiden axialen Stirnflächen 42 des Kernkörpers 34 an, sondern auch an der äußeren Radialstützfläche 53 und an den beiden Axialstützflächen 55 des Ringelements 33 sowie an den vom Ringelement 33 nicht abgedeckten Flächenabschnitten der radialen Außenumfangsfläche 37 des Kernkörpers 34 und an den Übergangsbereichen 41.
-
Das Ringelement 33 ist dabei sowohl an den beiden Axialstützflächen 55 als auch an der äußeren Radialstützfläche 53 von dem Hüllkörper-Zwischenabschnitt 76 vollständig bedeckt. Auf diese Weise bildet der an der äußeren Radialstützfläche 53 des Ringelements 33 anliegende Abschnitt des Hüllkörper-Zwischenabschnittes 76 einen hülsenförmig strukturierten Führungsabschnitt 78 des Kolbens 1, dessen von dem Ringelement 33 radial abgewandte Außenumfangsfläche 79 die weiter oben schon erwähnte zylindrische Kolbenführungsfläche 13 bildet.
-
Der Hüllkörper 18 besteht exemplarisch aus einem spritzgießfähigen Kunststoffmaterial, das nach seiner Aushärtung über gummielastische Eigenschaften verfügt. Bevorzugt besteht der Hüllkörper 18 aus einem thermoplastischen Elastomermaterial.
-
Beim Anspritzen des Hüllkörpers 18 an die Kolben-Unterbaugruppe 28 geht das Material des Hüllkörpers 18 mit dem Kunststoffmaterial des überspritzten Ringelements 33 eine innige Haftverbindung ein. Die sich insgesamt aus der äußeren Radialstützfläche 53 und den beiden Axialstützflächen 55 zusammensetzende Haftfläche ist relativ groß, sodass der Hüllkörper 18 an seinem Hüllkörper-Zwischenabschnitt 76 durch Stoffschluss sehr gut festgehalten wird. Zusätzlich erfährt der Hüllkörper 18 an den sich axial an den Führungsabschnitt 78 anschließenden axialen Außenabschnitten 82 des Hüllkörper-Zwischenabschnittes 76 in den Bereichen, die den Axialstützflächen 55 axial gegenüberliegen, eine axiale Abstützung durch das Ringelement 33. Dadurch ist wirksam verhindert, dass sich der Hüllkörper 18 auf der Kolben-Unterbaugruppe 28 axial verschiebt, wenn er mit dem Hüllkörper-Zwischenabschnitt 76 an der in 7 und in vergrößertem Ausschnitt in der 1 strichpunktiert angedeuteten Kolbenlauffläche 8 entlanggleitet. Dies obwohl der Hüllkörper 18 ohne vorherige Applikation eines Haftvermittlers auf die Kolben-Unterbaugruppe 28 aufgespritzt wurde und daher im Kontaktbereich zum Kernkörper 34 keine relevante Anhaftung erfährt.
-
Die eingangs angesprochenen Dichtungsmittel 22 des Hüllkörpers 18 bestehen zweckmäßigerweise aus zwei zu der Kolbenlängsachse 12 koaxialen ringförmigen Dichtungsabschnitten 83, zwischen denen sich der Führungsabschnitt 78 erstreckt und die zweckmäßigerweise an den axialen Außenabschnitten 82 des Hüllkörper-Zwischenabschnittes 76 ausgebildet sind. Diese Dichtungsabschnitte 83, die zweckmäßigerweise jeweils eine schräg nach außen ragende und bezüglich der Kolbenlängsachse 12 radial verformbare Dichtlippe 84 aufweisen, überragen die Kolbenführungsfläche 13 im nicht in einem Zylindergehäuse 3 montierten Zustand in der auf dem vergrößerten Ausschnitt der 1 und aus den übrigen Abbildungen ersichtlichen Weise. Beim Einsetzen des Kolbens 1 in die Zylinderkammer 4 werden die Dichtungsabschnitte 83 in der in 1 angedeuteten Weise radial nach innen gebogen, sodass sie mit einer radialen Vorspannung an der Kolbenlauffläche 8 anliegen und für eine sichere Abdichtung sorgen.
-
Die beiden Hüllkörper-Endabschnitte 74 weisen an ihrer vom Kernkörper 34 axial abgewandten Außenseite zweckmäßigerweise jeweils eine elastisch nachgiebige Pufferstruktur 85 auf, mit der der Kolben 1 beim Erreichen einer Hubendlage auf den gegenüberliegenden Zylinderdeckel 26, 27 aufprallen kann. Die Gummielastizität dieser Pufferstruktur 85 bewirkt eine Aufpralldämpfung und reduziert daher die Beanspruchung des gesamten Arbeitszylinders 2. Beispielsweise besteht die Pufferstruktur 85 aus mehreren um die Kolbenlängsachse 12 herum verteilten, insbesondere kreissegmentartig gestalteten Vorsprüngen.
-
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 19925083 A1 [0003, 0010]
- DE 19715858 A1 [0004]
- DE 2163840 A [0005]
- EP 0093859 A2 [0006]
