DE112018001196T5

DE112018001196T5 - Wellenkupplung und Fluiddruckvorrichtung

Info

Publication number: DE112018001196T5
Application number: DE112018001196.8T
Authority: DE
Inventors: Ken Tamura
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2019-11-21
Also published as: RU2731197C9; KR102257341B1; WO2018163880A1; BR112019018478A2; CN110382895B; RU2731197C1; MX2019010685A; US10767671B2; JP2018146075A; CN110382895A; KR20190126856A; TW201835455A; TWI681131B; US20200003236A1; JP6606807B2

Abstract

Eine Wellenkupplung (45A) umfasst ein Stopperelement (48), das so an einer Kolbenstange (22) angebracht ist, dass es sich relativ zu dieser drehen kann, und das mehrere Eingriffsvorsprünge (49) aufweist, und mehrere Schlitznuten (50). Die mehreren Eingriffsvorsprünge (49) werden jeweils in die Schlitznuten (50) eingesetzt. Die mehreren Schlitznuten (50) umfassen mehrere Einlassnuten (56) und mehrere schräge Eingriffsnuten (60), die sich in einer gegenüber der Umfangsrichtung geneigten Richtung erstrecken. Die Kolbenstange (22) und ein Kolbenelement (20) werden miteinander durch das Stopperelement (48) so gekoppelt, dass sie sich relativ zueinander in der axialen Richtung nicht bewegen können.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellenkupplung (Wellenkupplungsstruktur) zum Kuppeln eines Wellenelements und eines Gegenstücks miteinander. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Fluiddruckvorrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik:
Stand der Technik
Beispiele von Vorrichtungen mit einer Wellenkupplung zum Kuppeln eines Wellenelements mit einem Gegenstück, das in Kombination mit dem Wellenelement verbindet werden soll, umfassen eine Fluiddruckvorrichtung mit einem Kolben. Die Fluiddruckvorrichtung nimmt verschiedene Gestaltungen an. Beispielsweise sind als Transportmittel (Stellglieder) zum Transportieren eines Werkstücks oder dergleichen Fluiddruckzylinder mit einem Kolben bekannt, der durch die Zufuhr von Druckfluid verschoben wird. Im Allgemeinen umfasst der Fluiddruckzylinder ein Zylinderrohr, einen in einer axialen Richtung innerhalb des Zylinderrohrs beweglich vorgesehenen Kolben und eine Kolbenstange, die mit dem Kolben gekoppelt ist (vergleiche beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-114874). In diesem Fall entspricht die Kolbenstange dem „Wellenelement“ und der Kolben entspricht dem „Gegenstück“.
Zusammenfassung der Erfindung
Beispiele einer herkömmlichen Wellenkupplung umfassen (1) die Befestigung mithilfe von Schrauben oder Bolzen, (2) die Befestigung durch Krimpen (Druckaufbringen), um die Elemente plastisch zu deformieren, (3) Koppeln durch Schweißen und (4) Koppeln mithilfe von T-Schlitzen.
In dem Fall (1) der Wellenkupplung, bei der die Befestigung mithilfe von Schrauben oder Bolzen durchgeführt wird, sind ein Werkzeug zum Festziehen der Schrauben oder Bolzen und ein Arbeitsraum zum Durchführen des Befestigungsvorgangs erforderlich. In dem Fall (2) der Wellenkupplung, bei der die Befestigung durch Krimpen durchgeführt wird, um die Elemente plastisch zu deformieren, sind Ausrüstungen und Spannvorrichtungen für Krimpelemente erforderlich. In dem Fall (3) der Wellenkupplung, bei der Elemente miteinander durch Schweißen gekoppelt werden, sind Schweißeinrichtungen erforderlich. In dem Fall (4) der Wellenkupplung, bei der Elemente miteinander mithilfe von T-Schlitzen gekoppelt werden, ist ein Raum in der seitlichen Richtung erforderlich, um das Wellenelement in der Richtung einer Seitenfläche zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wellenkupplung und eine Fluiddruckvorrichtung vorzuschlagen, mit denen es möglich ist, die Produktionskosten oder den Montageaufwand zu reduzieren, indem es ermöglicht wird, ein Wellenelement und ein Gegenstück manuell miteinander zu koppeln, ohne irgendwelche Werkzeuge oder Einrichtungen zu verwenden. Außerdem soll der für den Montagevorgang erforderlicher Raum verringert werden.
Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Wellenkupplung zum Kuppeln eines Wellenelements an ein Gegenstück vor, das in Kombination mit dem Wellenelement verwendet werden soll. Die Wellenkupplung umfasst ein Stopperelement, das an dem Wellenelement so angebracht ist, das es relativ zu diesem drehbar ist, und das mehrere Eingriffsvorsprünge aufweist, die von dem Stopperelement nach außen vorstehen, wobei die Eingriffsvorsprünge in Abständen in einer Umfangsrichtung vorgesehen sind, sowie mehrere Schlitznuten, die auf dem Kreisumfang des Gegenstücks vorgesehen sind. Die mehreren Eingriffsvorsprünge werden jeweils in die Schlitznuten eingesetzt. Die mehreren Schlitznuten umfassen mehrere Einlassnuten, die sich an einer Endfläche des Gegenstücks öffnen und eine Tiefe in einer axialen Richtung aufweisen, und mehrere schräge Eingriffsnuten, die mit den mehreren Einlassnuten verbunden sind und sich in einer Richtung erstrecken, die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist, wobei die mehreren schrägen Eingriffsnuten in Eingriff mit den mehreren Eingriffsvorsprüngen stehen. Das Wellenelement und das Gegenstück werden durch das Stopperelement so miteinander gekoppelt, das sie in der axialen Richtung nicht relativ zueinander bewegt werden können.
Bei der Wellenkupplung mit dem obigen Aufbau werden zum Koppeln des Wellenelements mit dem Gegenstück die Eingriffsvorsprünge des Stopperelements durch Bewegen des Stopperelements, das an dem Wellenelement angebracht ist, in der axialen Richtung relativ zu dem Gegenstück in die Einlassnuten der Schlitznuten, die in dem Gegenstück ausgebildet sind, eingesetzt. Durch Drücken der Eingriffsvorsprünge weiter in die Einlassnuten hinein, wird das Stopperelement innerhalb des Gegenstücks gedreht, wobei es durch die schrägen Eingriffsnuten geführt wird. Ohne Verwenden eines speziellen Werkzeugs ist es daher möglich, das Wellenelement einfach mit dem Gegenstück zu verbinden, indem das Stopperelement bei der Montage relativ zu dem Gegenstück gedreht wird. Somit kann die Montage ohne irgendwelche Werkzeuge durchgeführt werden. Da das Wellenelement und das Ausgabeelement (Outputelement) miteinander gekoppelt werden können, indem lediglich eine Verschiebung in einer Richtung erfolgt, kann der Montagevorgang in einem kompakten Raum durchgeführt werden. Somit kann der Montagevorgang vereinfacht werden, indem die Wellenkupplung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Vorzugsweise ist in einem äußeren Umfangsabschnitt des Wellenelements eine ringförmige Stopperbefestigungsnut vorgesehen, und das Stopperelement besteht aus mehreren Stopperteilen, die in der Umfangsrichtung unterteilt sind. Es ist in der Stopperbefestigungsnut installiert.
Bei dieser Gestaltung kann das Stopperelement bei der Montage einfach an dem äußeren Umfangsabschnitt des Wellenelements angebracht werden.
Vorzugsweise umfasst die Wellenkupplung außerdem ein Rotationsstoppelement, das in die mehreren Schlitznuten eingesetzt wird, sodass es relativ zu dem Gegenstück nicht gedreht werden kann. Das Rotationsstoppelement verhindert eine Bewegung der mehreren Eingriffsvorsprünge zu den Einlassnuten.
Bei dieser Gestaltung ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, bei der nach dem Montagevorgang das Stopperelement gedreht wird und dementsprechend das Wellenelement von dem Gegenstück getrennt wird. Dadurch ist es möglich, den Kopplungszustand des Wellenelements mit dem Gegenstück nach der Montage zuverlässig aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise umfasst das Rotationsstoppelement mehrere Vorsprünge, die in die mehreren Einlassnuten eingesetzt sind. Die mehreren Vorsprünge sind den mehreren Eingriffsvorsprüngen in der Umfangsrichtung zugewandt.
Wenn das Stopperelement relativ zu dem Gegenstück gedreht wird, ist es mit dieser Gestaltung möglich, den Verbindungszustand zwischen dem Wellenelement und dem Gegenstück nach deren Montage zuverlässig aufrechtzuerhalten, da die Eingriffsvorsprünge durch die Vorsprünge verriegelt werden.
Vorzugsweise umfasst das Rotationsstoppelement einen ringförmigen Basisteil, der ringförmig um das Wellenelement ausgebildet ist. Die mehreren Vorsprünge stehen von dem ringförmigen Basisteil in der axialen Richtung vor.
Da bei dieser Gestaltung das Rotationsstoppelement ein einzelnes Element mit dem ringförmigen Basisteil und den mehreren Vorsprüngen ist, ist es möglich, das Rotationsstoppelement durch einen einzigen Montagevorgang einfach an dem Gegenstück anzubringen.
Vorzugsweise sind die mehreren Eingriffsvorsprünge entlang der mehreren schrägen Eingriffsnuten geneigt.
Mit dieser Gestaltung ist es möglich, das Spiel in der axialen Richtung zwischen dem Eingriffsvorsprung und den schrägen Eingriffsnuten zu verringern.
Vorzugsweise umfasst jeder der mehreren Eingriffsvorsprünge eine erste Fläche, die in einer Richtung orientiert ist, in welcher das Wellenelement in das Gegenstück eingesetzt wird, und eine zweite Fläche, die in einer der ersten Fläche entgegengesetzten Richtung orientiert ist. Jede der mehreren schrägen Eingriffsnuten umfasst eine schräge Führungsfläche, die der ersten Fläche in nicht paralleler Weise zugewandt ist, und die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist.
Bei dieser Gestaltung gibt es eine Winkeldifferenz zwischen der schrägen Führungsfläche, gegen welche der Eingriffsvorsprung gepresst wird, und der ersten Fläche des Eingriffsvorsprungs. Dadurch wird der Reibungswiderstand zwischen dem Eingriffsvorsprung und der schrägen Führungsfläche verringert, und dementsprechend kann der Eingriffsvorsprung einfacher in die Eingriffsnut eingesetzt werden. Da das Stopperelement einfach relativ zu dem Gegenstück gedreht werden kann, ist es dadurch möglich, die Kraft zum Drücken des Wellenelements in das Gegenstück zu verringern. Dadurch kann der Montagevorgang noch einfacher durchgeführt werden.
Vorzugsweise umfasst jeder der mehreren Eingriffsvorsprünge eine erste Fläche, die in einer Richtung orientiert ist, in welcher das Wellenelement in das Gegenstück eingesetzt wird, und eine zweite Fläche, die in einer der ersten Fläche entgegengesetzten Richtung orientiert ist. Jede der mehreren schrägen Eingriffsnuten umfasst eine schräge Führungsfläche, die der zweiten Fläche in paralleler Weise zugewandt ist und die zu der Umfangsrichtung geneigt ist.
Da bei dieser Gestaltung die Kontaktfläche zwischen dem Eingriffsvorsprung und der schrägen Eingriffsnut in der Kontaktfläche zwischen dem Wellenelement und dem Gegenstück in der Trennrichtung größer wird, wird der Reibungswiderstand in der Richtung, in welcher der Eingriffsvorsprung von der schrägen Eingriffsnut getrennt wird, höher. Dadurch ist es möglich, die Drehbewegung des Stopperelements in geeigneter Weise zu verhindern, wenn die Kraft in der Löse- oder Trennrichtung aufgebracht wird.
Vorzugsweise ist das Gegenstück ein Kolbenkörper, der in einer axialen Richtung innerhalb einer Gleitöffnung verschiebbar ist, und das Wellenelement ist eine Kolbenstange, die in der axialen Richtung von dem Kolbenkörper vorsteht.
Bei dieser Gestaltung ist es möglich, den Montagevorgang der Kolbenanordnung, die aus dem Kolbenkörper und der Kolbenstange besteht, zu vereinfachen.
Vorzugsweise werden das Wellenelement und das Gegenstück miteinander durch das Stopperelement so gekoppelt, dass sie relativ zueinander verdrehbar sind.
Bei dieser Gestaltung kann der Kolben unabhängig von der äußeren Form des Kolbenkörpers bei der Installation einer Fluiddruckvorrichtung mit der Kolbenanordnung an einer Ausrüstung einfach gedreht werden. Dies erleichtert die Installation.
Vorzugsweise ist das Wellenelement eine Kolbenstange, die von einem Körper eines Fluiddruckzylinders in einer axialen Richtung vorsteht. Eine Führungsstange wird durch den Körper gleitend entlang einer Achse der Kolbenstange gehalten, und das Gegenstück ist ein Ausgabeelement, das außerhalb des Körpers mit der Kolbenstange gekoppelt ist und mit der Führungsstange gekoppelt ist.
Bei dieser Gestaltung ist es während des Montageprozesses möglich, das Ausgabeelement mit der Kolbenstange zu koppeln, ohne ein spezielles Werkzeug oder Einrichtungen zu verwenden. Anders als bei dem Fall der Kopplung mithilfe von Bolzen werden außerdem das Ausgabeelement und die Kolbenstange automatisch zueinander zentriert, da das Ausgabeelement und die Kolbenstange miteinander in einem Zustand gekoppelt werden, in dem das Ausgabeelement und die Kolbenstange ein geringes Spiel in der radialen Richtung der Kolbenstange haben (in einem schwimmenden Zustand in der radialen Richtung). Dadurch ist keine Spannvorrichtung für den Zentriervorgang erforderlich und eine Verringerung der Arbeitszeit für die Montage wird erreicht. Dadurch ist es möglich, den Montagevorgang des Zylinders mit Führung, der die Kolbenstange und das Ausgabeelement aufweist, zu vereinfachen.
Außerdem ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Fluiddruckvorrichtung mit einer Kolbenstange und einem mit der Kolbenstange gekoppelten Gegenstück vorgesehen. Außerdem umfasst die Fluiddruckvorrichtung ein Stopperelement, das an der Kolbenstange so angebracht ist, das es relativ zu der Kolbenstange verdrehbar ist, und das mehrere Eingriffsvorsprünge aufweist, die von dem Stopperelement nach außen vorstehen. Die Eingriffsvorsprünge sind in Abständen in einer Umfangsrichtung angeordnet. Mehrere Schlitznuten sind auf einem Kreisumfang des Gegenstücks vorgesehen. Die mehreren Eingriffsvorsprünge werden jeweils in den Schlitznuten eingesetzt. Die mehreren Schlitznuten umfassen mehrere Einlassnuten, die sich an einer Endfläche des Gegenstücks öffnen und eine Tiefe in einer axialen Richtung aufweisen, und mehrere schräge Eingriffsnuten, die mit den mehreren Einlassnuten verbunden sind und sich in einer Richtung erstrecken, die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist. Die mehreren schrägen Eingriffsnuten stehen in Eingriff mit den mehreren Eingriffsvorsprüngen. Die Kolbenstange und das Gegenstück werden miteinander über das Stopperelement so gekoppelt, dass sie in der axialen Richtung nicht relativ zueinander bewegbar sind.
Vorzugsweise liegt die Fluiddruckvorrichtung in Form eines Fluiddruckzylinders, einer Ventilvorrichtung, eines Längenmesszylinders, eines Gleittischs oder einer Klemmvorrichtung vor.
Bei der Wellenkupplung und der Fluiddruckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Produktionskosten oder die Arbeitszeit für die Montage zu verringern, indem es ermöglicht wird, das Wellenelement und das Gegenstück manuell ohne Zuhilfenahme irgendwelcher Werkzeuge oder Einrichtungen zu koppeln.
Es lässt sich eine Verringerung des für den Montagevorgang erforderlichen Raumes erreichen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt sind.
Figurenliste

1 ist ein Schnitt, der ein Fluiddruckzylinder mit einer Wellenkupplung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist,
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Kolbenanordnung zeigt,
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche die Kolbenanordnung zeigt,
4 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem Schlitznuten und Eingriffsvorsprünge miteinander in Eingriff stehen,
5 ist eine erste erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zur Montage einer Kolbenanordnung zeigt,
6 ist eine zweite erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zur Montage einer Kolbenanordnung zeigt,
7 ist eine dritte erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zur Montage einer Kolbenanordnung zeigt,
8 ist eine vierte erläuternde Ansicht, die ein Verfahren zur Montage einer Kolbenanordnung zeigt,
9 ist ein Schnitt, der einen Fluiddruckzylinder mit einer Wellenkupplung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
10 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die den in 9 gezeigten Fluiddruckzylinder zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden eine Wellenkupplung und eine Fluiddruckvorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ein Fluiddruckzylinder 10A, der in 1 als ein Beispiel für die Fluiddruckvorrichtung gezeigt ist, umfasst ein hohles Zylinderrohr 12 (Körper), eine Kopfabdeckung 14, die an einem Ende des Zylinderrohres 12 vorgesehen ist, eine Stangenabdeckung 16, die an dem anderen Ende des Zylinderrohres 12 vorgesehen ist, und eine Kolbenanordnung 17, die hin und her beweglich (hin- und hergehende Bewegung) in einer axialen Richtung des Zylinderrohres 12 vorgesehen ist.
Die Kolbenanordnung 17 umfasst ein Kolbenelement 20, das in dem Zylinderrohr 12 so vorgesehen ist, dass es in einer durch einen Pfeil X angedeuteten axialen Richtung bewegbar ist, und eine Kolbenstange 22, die mit dem Kolbenelement 20 gekoppelt ist. Der Fluiddruckzylinder 10A wird beispielsweise als Stellglied (Aktuator) zum Transportieren oder dergleichen eines Werkstücks verwendet.
Beispielsweise umfasst das Zylinderrohr 12 ein rohrförmiges Element, das aus Metall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, besteht und sich in der axialen Richtung erstreckt. Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Zylinderrohr 12 eine hohlzylindrische Form. Das Zylinderrohr 12 umfasst einen ersten Anschluss 12a, der an einem Ende in der axialen Richtung, die durch den Pfeil X2 angedeutet ist, vorgesehen ist, einen zweiten Anschluss 12b, der an dem anderen Ende in der axialen Richtung, die durch einen Pfeil X1 angedeutet ist, vorgesehen ist, und eine Gleitöffnung 13 (Zylinderkammer), die mit dem ersten Anschluss 12a und dem zweiten Anschluss 12b in Verbindung steht.
Die Kopfabdeckung 14 ist beispielsweise ein plattenförmiges Element, das wie das Zylinderrohr 12 aus Metall besteht. Die Kopfabdeckung 14 verschließt ein Ende des Zylinderrohres 12 (das Ende in der Richtung, die durch den Pfeil X2 bezeichnet ist). Das eine Ende des Zylinderrohrs 12 wird durch die Kopfabdeckung 14 luftdicht verschlossen.
Die Stangenabdeckung 16 ist beispielsweise ein kreisringförmiges Element aus Metall, das das gleiche ist, das für das Zylinderrohr 12 verwendet wird. Die Stangenabdeckung 16 verschließt das andere Ende des Zylinderrohres 12 (das Ende in der Richtung, die durch den Pfeil X1 bezeichnet wird). Ein äußeres Dichtelement 24 ist an einem äußeren Umfangsabschnitt der Stangenabdeckung 16 angebracht. Das äußere Dichtelement 24 besteht aus einem elastischen Material und sorgt für die Abdichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche der Stangenabdeckung 16 und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13.
Ein inneres Dichtelement 26 ist an einem inneren Umfangsabschnitt der Stangenabdeckung 16 angebracht. Das innere Dichtelement 26 besteht aus einem elastischen Material und sorgt für die Abdichtung zwischen der inneren Umfangsfläche der Stangenabdeckung 16 und der äußeren Umfangsfläche der Kolbenstange 22. Die Stangenabdeckung 16 wird durch einen Stopper 28 verriegelt, der an der anderen Endseite an dem inneren Umfangsabschnitt des Zylinderrohrs 12 befestigt ist.
Das Kolbenelement 20 ist in dem Zylinderrohr 12 (Gleitöffnung 13) aufgenommen und kann in der axialen Richtung gleiten. Das Kolbenelement 20 unterteilt das Innere der Gleitöffnung 13 in eine erste Druckkammer 13a an der Seite des ersten Anschlusses 12a und eine zweite Druckkammer 13b an der Seite des zweiten Anschlusses 12b. Bei der Ausführungsform ist das Kolbenelement 20 mit einem proximalen Ende 22a der Kolbenstange 22 gekoppelt.
Das Kolbenelement 20 ist ein ringförmiges Element, das von dem proximalen Ende 22a der Kolbenstange 22 radial nach außen vorsteht. Der Außendurchmesser des Kolbenelements 20 ist größer als der Außendurchmesser der Kolbenstange 22. Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, erstreckt sich eine Durchgangsöffnung 20a durch die Mitte des Kolbenelements 20 in der axialen Richtung. Eine Befestigungsnut 20b für eine ringförmige Dichtung (Packung) und eine Befestigungsnut 20c für einen ringförmigen Magneten sind in dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenelements 20 mit einem Abstand in der axialen Richtung vorgesehen.
Das Kolbenelement 20 besteht aus hartem Harz (Kunststoff). Beispielsweise kann das Kolbenelement 20 durch Spritzgießen aus Harz oder Kunststoff hergestellt sein. Das Material des Kolbenelements 20 ist nicht auf Harz oder Kunststoff beschränkt. Beispielsweise kann das Kolbenelement 20 auch aus Metall, wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierung oder dergleichen hergestellt sein.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist in der Dichtungsbefestigungsnut 20b eine Dichtung (Packung) 30 installiert. Die Dichtung 30 ist ein elastisches ringförmiges Dichtelement (beispielsweise O-Ring). Das Material der Dichtung 30 umfasst elastische Materialien, wie Gummimaterial, Elastomermaterial, etc. Die Dichtung 30 steht über den gesamten Umfang in luftdichter Weise oder in flüssigkeitsdichter Weise in engem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13 und der Dichtungsbefestigungsnut 20b. Die Dichtung 30 sorgt für eine Abdichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbenelements 20 und der inneren Umfangsfläche der Gleitöffnung 13 und unterteilt das Innere der Gleitöffnung 13 in luftdichter oder flüssigkeitsdichter Weise in die erste Druckkammer 13a und die zweite Druckkammer 13b.
Ein kreisringförmiger Magnet 38 ist in der Magnetbefestigungsnut 20c installiert. Der Magnet 38 ist ein plastischer Magnet, der elastisch deformierbar ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist an einem Abschnitt des Magneten 38 in der Umfangsrichtung ein Schlitz 38a (ein Ausschnitt) ausgebildet. Da bei dieser Gestaltung der Magnet 38 elastisch deformierbar ist, kann der Magnet 38 einfach in der Magnetbefestigungsnut 20c installiert werden.
Magnetische Sensoren (nicht dargestellt) sind an der Außenfläche des Zylinderrohres 12, die in 1 gezeigt ist, an Positionen vorgesehen, die beiden Hubenden des Kolbenelements 20 zugeordnet sind. Durch Erfassen des Magnetfeldes, das durch den Magnet 38 erzeugt wird, wird die Betriebsposition des Kolbenelements 20 erfasst.
Die Kolbenstange 22 ist ein säulenförmiges (zylindrisches) Element, das sich in der axialen Richtung der Gleitöffnung 13 erstreckt. Die Kolbenstange 22 tritt durch die Stangenabdeckung 16 hindurch. Das distale Ende 22b der Kolbenstange 22 liegt zur Außenseite der Gleitöffnung 13 frei. Beispiele für Materialien der Kolbenstange 22 umfassen Metall, wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierungen und harten Kunststoff etc.
Ein Enddämpfer 40 ist in dem inneren Umfangsabschnitt des Kolbenelements 20 vorgesehen. Beispielsweise besteht der Enddämpfer aus elastischem Material, wie Gummimaterial, elastomerem Material etc. (Urethan-Gummi etc.). Der Enddämpfer 40 absorbiert einen Stoß, wenn das Kolbenelement 20 sein Hubende an der Seite der Kopfabdeckung 14 erreicht. Der Enddämpfer 40 wird zwischen dem Kolbenelement 20 und der Kolbenstange 22 gehalten. Der Enddämpfer 40 steht von einer kreisförmigen Durchgangsöffnung 20a, die in der Mitte des Kolbenelements 20 vorgesehen ist, zu der Kopfabdeckung 14 (in der durch den Pfeil X2 bezeichneten Richtung) vor.
Der Enddämpfer 40 hat eine zylindrische Form (oder die Form einer kreisförmigen Scheibe). Ein ringförmiger Flansch 40a, der radial nach außen vorsteht, ist an einem Ende des Enddämpfers 40 neben der Kolbenstange 22 vorgesehen. Der Enddämpfer 40 steht in engem Kontakt mit dem inneren Umfangsabschnitt des Kolbenelements 20 und der Endfläche 22c der Kolbenstange 22, um dadurch eine luft- oder flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Kolbenelement 20 und der Kolbenstange 22 herzustellen.
Die Kolbenanordnung 17 umfasst eine Wellenkupplung 45A, welche die Kolbenstange 22 als einem Wellenelement mit dem Kolbenelement 20 als einem Gegenstück koppelt. Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, umfasst die Wellenkupplung 45A ein Stopperelement 48, das an der Kolbenstange 22 so angebracht ist, dass es relativ dazu drehbar ist, mehrere (bei dem dargestellten Beispiel 4) Schlitznuten 50, die in dem Kolbenelement 20 ausgebildet sind, und ein Rotationsstoppelement 54, das in die Schlitznuten 50 eingesetzt ist.
Einer Stopperbefestigungsnut 23 ist in dem äußeren Umfangsabschnitt der Kolbenstange 22 vorgesehen. Die Stopperbefestigungsnut 23 erstreckt sich ringförmig in der Umfangsrichtung. Das Stopperelement 48 ist in der Stopperbefestigungsnut 23 installiert. Das Stopperelement 48 umfasst mehrere Eingriffsvorsprünge 49, die in Abständen in der Umfangsrichtung radial nach außen vorstehen. Die Eingriffsvorsprünge 49 sind voneinander in gleichen Winkelabständen beabstandet.
Das Stopperelement 48 besteht aus mehreren (in 3 zwei) Stopperteilen 48a, die in der Umfangsrichtung unterteilt sind. Das Stopperelement 48 hat eine ringförmige Gestalt, die durch Kombinieren der mehreren Stopperteile 48a gebildet wird. Das Stopperelement 48 wird in die Schlitznuten 50 eingesetzt, um ein Lösen des Stopperelements 48 von der Stopperbefestigungsnut 23 zu verhindern.
Im Einzelnen umfasst jedes der Stopperteile 48a einen bogenförmigen Basisteil 48b mit einer Halbkreisform. Der bogenförmige Basisteil 48b wird in die Stopperbefestigungsnut 23 eingesetzt. Mehrere Eingriffsvorsprünge 49 sind einstückig mit dem jeweiligen bogenförmigen Basisteil 48b ausgebildet. Ein Eingriffsvorsprung 49 kann für jeden bogenförmigen Basisteil 48b vorgesehen sein.
Die Eingriffsvorsprünge 49 sind gegenüber der Umfangsrichtung geneigt. Im Einzelnen sind die Eingriffsvorsprünge 49 entlang später beschriebener schräger Eingriffsnuten 60 geneigt. Wie in 4 gezeigt ist, hat der Eingriffsvorsprung 49 eine erste Fläche 49a, die in einer Richtung orientiert ist, in welcher die Kolbenstange 22 relativ zu dem Kolbenelement 20 eingesetzt wird, eine zweite Fläche 49b, die in der der ersten Fläche 49a entgegengesetzten Richtung orientiert ist, und zwei Seitenflächen 49c, die beide Endflächen des Eingriffsvorsprungs 49 in der Umfangsrichtung bilden. Die erste Fläche 49a und die zweite Fläche 49b sind gegenüber der Umfangsrichtung geneigt. Die beiden Seitenflächen 49c verlaufen parallel zu der Achse des Stopperelements 48.
Die Kolbenstange 22 und das Kolbenelement 20 sind miteinander durch das Stopperelement 48 so gekoppelt, dass sie sich in der axialen Richtung nicht bewegen können. Beispielsweise besteht das Stopperelement 48 aus einem harten Material, beispielsweise aus dem gleichen Material wie die oben beschriebene Kolbenstange 22.
Wie in 3 gezeigt ist, sind mehrere Schlitznuten 50 in gleichen Abständen auf dem Umfang eines Kreises um die Achse des Kolbenelements 20 in dem inneren Umfangsabschnitt des ringförmigen Kolbenelements 20 angeordnet. Die mehreren Eingriffsvorsprünge 49 werden jeweils in die mehreren Schlitznuten 50 eingesetzt. Die Schlitznuten 50 haben im Wesentlichen die gleiche Form.
Jede der Schlitznuten 50 umfasst eine Einlassnut 56 mit einer Öffnung an einer Endfläche 20d des Kolbenelements 20 und einer Tiefe in der axialen Richtung und umfasst außerdem eine schräge Eingriffsnut 60, die mit der Einlassnut 56 verbunden ist.
Die Einlassnut 56 kann den Eingriffsvorsprung 49 des Stopperelements 48 aufnehmen. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Eingriffsvorsprung 49 des Stopperelements 48 in die schräge Eingriffsnut 60 eingesetzt. Somit steht der Eingriffsvorsprung 49 in Eingriff mit der schrägen Eingriffsnut 60. Die schräge Eingriffsnut 60 erstreckt sich in einer Richtung, die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist. Anders ausgedrückt verläuft die schräge Eingriffsnut 60 spiralförmig um die Achse des Kolbenelements 20. Die schräge Eingriffsnut 60 umfasst eine schräge Führungsfläche 60a, die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist, und eine schräge Fläche 60b, die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist.
Die schräge Führungsfläche 60a ist der ersten Fläche 49a des Eingriffsvorsprungs 49 in nicht paralleler Weise zugewandt. Die schräge Fläche 60a grenzt an die innere Wandfläche 56a an, die an der tiefsten Position der Einlassnut 56 ausgebildet ist. Die innere Wandfläche 56a ist gegenüber der Umfangsfläche so geneigt, dass die innere Wandfläche 56a und die schräge Führungsfläche 60a miteinander so verbunden sind, dass sie bündig zueinander liegen (fluchten). Ein Spalt, der in der axialen Richtung zu der Einlassnut 56 größer wird, ist zwischen der schrägen Führungsfläche 60a und der ersten Fläche 49a ausgebildet. Die schräge Fläche 60b ist der zweiten Fläche 49b des Eingriffsvorsprungs 49 zugewandt. Die schräge Fläche 60b liegt parallel zu der zweiten Fläche 49b des Eingriffsvorsprungs 49.
Das Rotationsstoppelement 54 ist in die mehreren Schlitznuten 50 so eingesetzt, dass es sich nicht relativ zu dem Kolbenelement 20 drehen kann. Das Rotationsstoppelement 54 verhindert eine Bewegung der Eingriffsvorsprünge 49 zu den Einlassnuten 56. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Rotationsstoppelement 54 einen ringförmigen Basisteil 54a, der ringförmig um die Kolbenstange 22 ausgebildet ist, und mehrere (bei der dargestellten Ausführungsform vier) Vorsprünge 54b, die von dem ringförmigen Basisteil 54a in der axialen Richtung zu dem Kolbenelement 20 vorstehen. Die Vorsprünge 54b sind in die Einlassnuten 56 eingesetzt. Der ringförmige Basisteil 54a und die Vorsprünge 54b sind einstückig ausgebildet.
Wie in 4 gezeigt ist, ist der Vorsprung 54b in der Umfangsrichtung dem Eingriffsvorsprung 49 zugewandt. Im Einzelnen liegt die Seitenfläche 54b1 des Vorsprungs 54b parallel zu der Achse des Rotationsstoppelements 54 und ist der Seitenfläche 49c des Eingriffsvorsprungs 49 zugewandt. Die Seitenfläche 54b1 des Vorsprungs 54b liegt parallel zu der Seitenfläche 49c des Eingriffsvorsprungs 49.
In dem montierten Zustand der Kolbenanordnung 17 ist das Stopperelement 48 in der Stopperbefestigungsnut 23 der Kolbenstange 22 angebracht, und die Eingriffsvorsprünge 49 des Stopperelements 48 stehen in Eingriff mit den schrägen Eingriffsnuten 60 des Kolbenelements 20. Somit sind das Kolbenelement 20 und die Kolbenstange 22 in einem Zustand verbunden, in dem eine Relativbewegung in der axialen Richtung zwischen ihnen verhindert wird. Somit wird die Schubkraft des Kolbenelements 20, die durch den Fluiddruck erzeugt wird, adäquat auf die Kolbenstange 22 übertragen.
In dem montierten Zustand der Kolbenanordnung 17 steht das Stopperelement 48 in Eingriff mit den Schlitznuten 50 des Kolbenelements 20, und das Stopperelement 48 kann sich relativ zu der Kolbenstange 22 drehen. Dadurch sind das Kolbenelement 20 und die Kolbenstange 22 miteinander durch das Stopperelement 48 so gekoppelt, dass sie sich um die Achse des Kolbenelements 20 relativ zueinander drehen können.
Wie in 1 gezeigt ist, steht in dem Zustand, in dem das Rotationsstoppelement 54 an dem Kolbenelement 20 angebracht ist, das Rotationsstoppelement 54 von dem Kolbenelement 20 zu der Stangenabdeckung 16 vor. Beispielsweise besteht das Rotationsstoppelement 54 aus einem elastischen Material, wie Gummimaterial, einem Elastomer-Material etc. (Urethangummi etc.), und dient auch als ein äußerer Dämpfer 55 zum Absorbieren von Stößen, wenn das Kolbenelement 20 das Hubende an der Seite der Stangenabdeckung 16 erreicht.
Bei dem Fluiddruckzylinder 10A kann der äußere Dämpfer 55 als eine von dem Stopperelement 48 separate Komponente vorgesehen sein. Bei dem Fluiddruckzylinder 10A kann auch auf den Enddämpfer 40 verzichtet werden.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Montage der Kolbenanordnung 17 mit dem obigen Aufbau beschrieben.
Wie in 5 gezeigt ist, wird zunächst der Enddämpfer 40 an einer Durchgangsöffnung 20a des Kolbenelements 20 angebracht, und das Stopperelement 48 (mehrere Stopperelemente 48a) wird in der Stopperbefestigungsnut 23 der Kolbenstange 22 installiert. Wie in 6 gezeigt ist, werden als nächstes die Eingriffsvorsprünge 49 des Stopperelements 48 durch Bewegen der Kolbenstange 22 zu dem Kolbenelement 20 zu den jeweiligen Schlitznuten 50 (Einlassnuten 56) des Kolbenelements 20 ausgerichtet um diese eingesetzt. Durch dieses Einsetzen werden die Eingriffsvorsprünge 49 an der tiefsten Position in Kontakt mit den inneren Wandflächen 56a der Einlassnuten 56 gebracht (vergleiche 4).
Wenn dann die Kolbenstange 22 weiter in der axialen Richtung in das Kolbenelement 20 gedrückt wird, wie es in 7 gezeigt ist, werden die Eingriffsvorsprünge 49 des Stopperelements 48 durch die schrägen Eingriffsnuten 60 geführt. Somit wird das Stopperelement 48 relativ zu dem Kolbenelement 20 gedreht. Hierbei werden die Eingriffsvorsprünge 49 durch die inneren Wandflächen 56a der Einlassnuten 56 und die schrägen Führungsflächen 60a der schrägen Eingriffsnuten 60 geführt (vergleiche 4) und bewegen sich innerhalb der schrägen Eingriffsnuten 60. Wenn die Eingriffsvorsprünge 49 die tiefste Position der schrägen Eingriffsnuten 60 erreichen, wird die Drehung des Stopperelements 48 gestoppt.
Wie in 8 gezeigt ist, wird als nächstes das Rotationsstoppelement 54 an den Schlitznuten 50 des Kolbenelements 20 angebracht, in denen das Rotationsstoppelement 54 in der axialen Richtung entlang der Kolbenstange 22 bewegt wird. Im Einzelnen werden die mehreren Vorsprünge 54b des Rotationsstoppelements 54 in die Einlassnuten 56 der mehreren Schlitznuten 50 eingesetzt. Wie in 4 gezeigt ist, werden somit die Vorsprünge 54b jeweils in die Einlassnuten 56 eingesetzt, und die Vorsprünge 54b werden in der Umfangsrichtung neben den Eingriffsvorsprüngen 49 positioniert.
Wie in 2 gezeigt ist, werden dann die Dichtung 30 und der Magnet 38 an dem Kolbenelement 20 angebracht. Die Dichtung 30 und der Magnet 38 können an dem Kolbenelement 20 angebracht werden, bevor das Kolbenelement 20 und die Kolbenstange 22 miteinander gekoppelt werden.
Somit wird die Kolbenanordnung 17 in dem in den 1 und 2 gezeigten Zustand erhalten.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Fluiddruckzylinders 10A gemäß 1 mit dem obigen Aufbau beschrieben.
Bei dem Fluiddruckzylinder 10A wird das Kolbenelement 20 durch die Wirkung von Druckfluid (beispielsweise Druckluft), das durch den ersten Anschluss 12a oder den zweiten Anschluss 12b zugeführt wird, in der axialen Richtung in der Gleitöffnung 13 bewegt. Somit bewegt sich die Kolbenstange 22, die mit dem Kolbenelement 20 gekoppelt ist, hin und her.
Um das Kolbenelement 20 zu der Stangenabdeckung 16 zu verschieben (um das Kolbenelement 20 vorwärts zu bewegen), wird insbesondere der zweite Anschluss 12b zur Umgebung geöffnet und das Druckfluid wird von der Druckfluidzufuhrquelle (nicht dargestellt) durch den ersten Anschluss 12a der ersten Druckkammer 13a zugeführt. Hierdurch wird das Kolbenelement 20 durch das Druckfluid zu der Stangenabdeckung 16 gedrückt. Dadurch wird das Kolbenelement 20 zusammen mit der Kolbenstange 22 zu der Stangenabdeckung 16 verschoben (vorwärts bewegt).
Der äußere Dämpfer 55 wird in Anlage gegen die Endfläche der Stangenabdeckung 16 gebracht, wodurch die Vorwärtsbewegung des Kolbenelements 20 gestoppt wird. In diesem Fall ist es möglich, den direkten Kontakt zwischen dem Kolbenelement 20 und der Stangenabdeckung 16 durch den aus einem elastischen Material hergestellten äußeren Dämpfer 55 zu vermeiden. Dadurch ist es möglich, die Erzeugung von Stößen und Stoßgeräuschen zuverlässig zu vermeiden oder zu verringern, die andernfalls erzeugt würden, wenn das Kolbenelement 20 die Vorwärtsposition erreicht (das Hubende an der Seite der Stangenabdeckung 16).
Um das Kolbenelement 20 zu der Kopfabdeckung 14 zu verschieben (um das Kolbenelement 20 rückwärts zu bewegen), wird dagegen der erste Anschluss 12a zur Umgebung geöffnet und das Druckfluid wird von der Druckfluidzufuhrquelle (nicht dargestellt) durch den zweiten Anschluss 12b der zweiten Druckkammer 13b zugeführt. Hierdurch wird das Kolbenelement 20 durch das Druckfluid zu der Kopfabdeckung 14 gedrückt. Damit wird das Kolbenelement 20 zu der Kopfabdeckung 14 verschoben.
Dann wird der Enddämpfer 40 in Anlage gegen die Kopfabdeckung 14 gebracht, wodurch die Rückwärtsbewegung des Kolbenelements 20 gestoppt wird. In diesem Fall wird durch den aus elastischem Material hergestellten Enddämpfer 40 ein direkter Kontakt zwischen dem Kolbenelement 20 und der Kopfabdeckung 14 vermieden. Dadurch ist es möglich, Stöße und Stoßgeräusche zuverlässig zu verhindern oder zu verringern, die anderenfalls generiert würden, wenn das Kolbenelement 20 die zurückgezogene Position erreicht (das Hubende an der Seite der Kopfabdeckung 14).
In diesem Fall haben die Wellenkupplung 45A und Fluiddruckvorrichtung (Fluiddruckzylinder 10A) gemäß der ersten Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
Bei der Wellenkupplung 45A mit dem obigen Aufbau ist es beim Montageprozess möglich, die Kolbenstange 22 als Wellenelement mit dem Kolbenelement 20 als Gegenstück zu koppeln, allein indem das Stopperelement 48, das an der Kolbenstange 22 angebracht ist, in einer Richtung relativ zu dem Kolbenelement 20 bewegt wird. Durch Bewegen des an der Kolbenstange 22 angebrachten Stopperelements 48 in der axialen Richtung relativ zu dem Kolbenelement 20 werden somit die Eingriffsvorsprünge 49 des Stopperelements 48 in die Einlassnuten 56 der Schlitznuten 50, die in dem Kolbenelement 20 ausgebildet sind, eingesetzt. Durch Drücken der Eingriffsvorsprünge 49 weiter in die Einlassnuten 56 wird das Stopperelement 48 innerhalb des Kolbenelements 20 gedreht, wobei es durch die schrägen Eingriffsnuten 60 geführt wird. Ohne Verwendung irgendwelcher spezieller Werkzeuge oder Einrichtungen ist es daher möglich, das Kolbenelement 20 einfach mit der Kolbenstange 22 zu verbinden, indem das Stopperelement 48 bei der Montage relativ zu dem Kolbenelement 20 gedreht wird. Somit kann der Montagevorgang durchgeführt werden, ohne irgendwelche Werkzeuge zu verwenden. Dadurch kann der Montagevorgang durch Verwenden der Wellenkupplung 45A vereinfacht werden.
Eine ringförmige Stopperbefestigungsnut 23 ist in dem äußeren Umfangsabschnitt der Kolbenstange 22 ausgebildet. Das Stopperelement 48 umfasst mehrere Stopperteile 48a, die in der Umfangsrichtung unterteilt sind. Das Stopperelement 48 ist in der Stopperbefestigungsnut 23 installiert. Während der Montage ist es bei dieser Gestaltung möglich, das Stopperelement 48 einfach an dem äußeren Umfangsabschnitt der Kolbenstange 22 anzubringen.
Das Rotationsstoppelement 54 wird in die mehreren Schlitznuten 50 eingesetzt, wobei es sich relativ zu dem Kolbenelement 20 nicht drehen kann.
Das Rotationsstoppelement 54 verhindert eine Bewegung der Eingriffsvorsprünge 49 zu den Einlassnuten 56. Bei dieser Gestaltung wird ein Trennen der Kolbenstange 22 von dem Kolbenelement als Folge einer Drehung des Stopperelements 48 nach dem Montagevorgang verhindert. Dadurch ist es möglich, einen gekoppelten Zustand zwischen Kolbenstange 22 und Kolbenelement 20 nach der Montage zuverlässig aufrecht zu erhalten.
Das Rotationsstoppelement 54 umfasst mehrere Vorsprünge 54b, die in die mehreren Einlassnuten 56 eingesetzt sind. Die mehreren Vorsprünge 54b sind den mehreren Eingriffsvorsprüngen 49 in der Umfangsrichtung zugewandt. Wenn bei dieser Gestaltung das Stopperelement 48 relativ zu dem Kolbenelement 20 gedreht wird, ist es möglich, den Verbindungszustand zwischen der Kolbenstange 22 und dem Kolbenelement 20 nach dem Montagevorgang zuverlässig aufrecht zu erhalten, da die Eingriffsvorsprünge 49 zuverlässig durch die Vorsprünge 54b verriegelt werden.
Das Rotationsstoppelement 54 umfasst einen ringförmigen Basisteil 54a, der ringförmig um die Kolbenstange 22 ausgebildet ist. Die mehreren Vorsprünge 54b stehen von dem ringförmigen Basisteil 54a in der axialen Richtung vor. Da bei dieser Gestaltung das Rotationsstoppelement 54 ein einzelnes Element ist, welches den ringförmigen Basisteil 54a und die mehreren Vorsprünge 54b aufweist, ist es möglich, das Rotationsstoppelement 54 einfach durch einen einzigen Befestigungsvorgang an dem Kolbenelement 20 anzubringen.
Die Eingriffsvorsprünge 49 sind entlang der schrägen Eingriffsnuten 60 geneigt. Bei dieser Gestaltung ist es möglich, ein Rattern oder ein Spiel in der axialen Richtung zwischen den Eingriffsvorsprüngen 49 und den schrägen Eingriffsnuten 60 zu verringern.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst der Eingriffsvorsprung 49 eine erste Fläche 49a, die in einer Einsetzrichtung der Kolbenstange 22 relativ zu dem Kolbenelement 20 orientiert ist, und eine zweite Fläche 49b, die in einer der ersten Fläche 49a entgegengesetzten Richtung orientiert ist. Außerdem umfasst die schräge Eingriffsnut 60 eine schräge Führungsfläche 60a. Die schräge Führungsfläche 60a ist der ersten Fläche 49a zugewandt. Die schräge Führungsfläche 60a ist nicht parallel zu der ersten Fläche 49a und ist gegenüber der Umfangsrichtung geneigt. Bei dieser Gestaltung besteht eine Winkeldifferenz zwischen der schrägen Führungsfläche 60a, gegen die der Eingriffsvorsprung 49 gepresst wird, und der ersten Fläche 49a des Eingriffsvorsprungs 49. Dadurch wird die Kontaktfläche zwischen dem Eingriffsvorsprung 49 und der schrägen Führungsfläche 60a verringert. Als Folge wird der Reibungswiderstand reduziert, und der Eingriffsvorsprung 49 kann einfach in die schräge Eingriffsnut 60 eingesetzt werden. Da das Stopperelement 48 einfach relativ zu dem Kolbenelement 20 gedreht werden kann, ist es hierdurch möglich, die Kraft zum Drücken der Kolbenstange 22 in das Kolbenelement 20 zu verringern, und der Montagevorgang kann einfacher durchgeführt werden.
Die schräge Fläche 60b der schrägen Eingriffsnut 60 und die zweite Fläche 49b des Eingriffsvorsprungs 49 verlaufen parallel zueinander. Da bei dieser Gestaltung die Kontaktfläche zwischen dem Eingriffsvorsprung 49 und der schrägen Eingriffsnut 60 in der Kontaktoberfläche zwischen der Kolbenstange 22 und dem Kolbenelement 20 in der Trennrichtung größer wird, wird der Reibungswiderstand in der Richtung, in der der Eingriffsvorsprung 49 von der schrägen Eingriffsnut 60 getrennt wird, höher. Dadurch ist es möglich, die Drehbewegung des Stopperelements 48 in geeigneter Weise zu verhindern, wenn die Kraft in der Trennrichtung aufgebracht wird.
Die Kolbenstange 22 und das Kolbenelement 20 werden durch das Stopperelement 48 so miteinander gekoppelt, dass sie relativ zueinander verdrehbar sind.
Unabhängig von der äußeren Form des Kolbenelements 20 kann bei dieser Gestaltung während der Installation einer Fluiddruckvorrichtung mit der Kolbenanordnung 17 an einem Ausrüstungselement die Kolbenstange 22 einfach gedreht werden. Dies erleichtert den Installationsvorgang.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene kreisförmige Kolbenelement 20 eingeschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch bei polygonalen Kolbenelementen eingesetzt werden. Daher kann bei dem Fluiddruckzylinder 10A anstelle der Kolbenanordnung 17 mit dem kreisförmigen Kolbenelement 20 eine Kolbenanordnung mit einem polygonalen Kolbenelement verwendet werden.
Bei der Kolbenanordnung 17 wird die Kolbenstange 22 mit einem massiven Aufbau verwendet. Alternativ kann auch eine Kolbenstange mit einem hohlen Aufbau eingesetzt werden.
Bei der obigen Kolbenanordnung 17 wird die Kolbenstange 22 verwendet, die lediglich zu einer Seite des Kolbenelements 20 vorsteht. Alternativ kann eine Kolbenstange verwendet werden, die zu beiden Seiten des Kolbenelements 20 vorsteht.
Bei der Kolbenanordnung 17 sind sowohl der äußere Dämpfer 55 als auch der Enddämpfer 40 vorgesehen. Alternativ kann als Dämpfungsmechanismus lediglich der äußere Dämpfer 55 vorgesehen sein. Das Rotationsstoppelement 54 kann nicht als der äußere Dämpfer 55 dienen. Bei dem Fluiddruckzylinder 10A kann ein Luftdämpfungsmechanismus zum Absorbieren des Stoßes an dem einen Hubende und dem anderen Hubende des Kolbenelements 20 vorgesehen sein.
Auf den Magnet 38 kann verzichtet werden. Ein Verschleißring aus einem Material mit geringer Reibung kann an dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbenelements 20 angebracht werden.
Der Fluiddruckzylinder 10A kann als ein sogenannter einseitig wirkender Zylinder ausgestaltet sein, bei dem eine Bewegung des Kolbens lediglich in einer Richtung der axialen Richtungen (Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung) durch Fluiddruck bewirkt wird, während die Bewegung in der anderen Richtung durch die elastische Kraft einer Feder bewirkt wird. In diesem Fall wird bei der ersten Form mit einer Feder die Feder zwischen dem Kolbenelement 20 und der Stangenabdeckung 16 vorgesehen, und der zweite Anschluss 12b wird zur Umgebungsluft geöffnet. Bei einer zweiten Form mit einer Feder ist die Feder zwischen dem Kolbenelement 20 und der Kopfabdeckung 14 vorgesehen, und der erste Anschluss 12a wird zur Umgebung geöffnet.
Der Fluiddruckzylinder 10B, der in den 9 und 10 gezeigt ist, ist als ein sogenannter Zylinder mit Führung ausgebildet. Der Fluiddruckzylinder 10B umfasst ein Zylinderrohr 68 (Körper) mit einer Gleitöffnung 68a und mehreren (bei dem dargestellten Beispiel zwei) Führungsöffnungen 68b, ein Kolbenelement 70, das gleitend in der Gleitöffnung 68a vorgesehen ist, und eine Kolbenstange 72 (Wellenelement), die mit dem Kolbenelement 70 gekoppelt ist und von dem Zylinderrohr 68 in der axialen Richtung vorsteht. Außerdem umfasst der Fluiddruckzylinder 10B ein Ausgabeelement (Outputelement) 74 (Gegenstück), das mit der Kolbenstange 72 außerhalb des Zylinderrohres 68 gekoppelt ist, und mehrere (bei dem dargestellten Beispiel zwei) Führungsstangen 76, die gleitend in die mehreren Führungsöffnungen 68b eingesetzt sind und mit dem Ausgabeelement 74 gekoppelt sind.
An dem proximalen Endteil 72a der Kolbenstange 72 sind das Kolbenelement 70 und die Kolbenstange 72 miteinander durch Krimpen oder Fügen gekoppelt. Eine Stangenabdeckung 69 ist in der Gleitöffnung 68a vorgesehen. Die Führungsöffnung 68b erstreckt sich parallel zu der Gleitöffnung 68a. Die Führungsstange 76 verläuft parallel zu der Kolbenstange 72. Die Führungsstangen 76 sind über Bolzen 77 an dem Ausgabeelement 74 befestigt.
Der Fluiddruckzylinder 10B hat eine Wellenkupplung 45B zum Koppeln der Kolbenstange 72 als einem Wellenelement mit dem Ausgabeelement 74 als einem Gegenstück hierzu. Diese Wellenkupplung 45B hat den gleichen Aufbau wie die Wellenkupplung 45A, die in 1 gezeigt ist, bis auf einen Abschnitt an dem die Wellenkupplung 45B vorgesehen ist. Daher werden diejenigen Aufbauelemente der Wellenkupplung 45B, die denen der Wellenkupplung 45A entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Im Einzelnen ist bei der Wellenkupplung 45B das Stopperelement 48 in einer ringförmigen Stopperbefestigungsnut 73 befestigt, die in einem äußeren Umfangsabschnitt 72b des distalen Endabschnitts des Kolbenstange 72 ausgebildet ist. Die mehreren Schlitznuten 50 sind an dem Ausgabeelement 74 vorgesehen. Eine Kopplungsvertiefung 74a ist an einer Seite des Ausgabeelements 74 vorgesehen, die dem Zylinderrohr 68 zugewandt ist. Mehrere Schlitznuten 50 sind in dem inneren Umfangsabschnitt der Kopplungsvertiefung 74a ausgebildet. Das Rotationsstoppelement 54 ist an den Schlitznuten 50 angebracht, die in dem Ausgabeelement 74 vorgesehen sind.
Bei dem Montageprozess werden die Kolbenstange 72 und das Ausgabeelement 74 beispielsweise mit dem nachfolgenden Verfahren miteinander gekoppelt.
Die Kolbenstange 72 und das Kolbenelement 70 werden miteinander gekoppelt und in die Gleitöffnung 68a des Zylinderrohres 68 eingesetzt, bevor die Kolbenstange 72 und das Ausgabeelement 74 miteinander gekoppelt werden. Dann wird das Rotationsstoppelement 54 provisorisch an dem äußeren Umfangsabschnitt der Kolbenstange 72 vorgesehen, und das Stopperelement 48 wird in der Stopperbefestigungsnut 73 installiert. Als nächstes werden die beiden Führungsstangen 76, die mit dem Ausgabeelement 74 gekoppelt sind, in die beiden Führungsöffnungen 68b eingesetzt. Dann wird die Kolbenstange 72, an der das Stopperelement 48 angebracht ist, in die Kopplungsvertiefung 74a des Ausgabeelements 74 hineingedrückt. Hierdurch wird das Stopperelement 48 gedreht, und die Eingriffsvorsprünge 49 treten in Eingriff mit den schrägen Eingriffsnuten 60. Als nächstes wird das Rotationsstoppelement 54 in der axialen Richtung bewegt und an den Schlitznuten 50 angebracht. In der oben beschriebenen Weise werden die Kolbenstange 72 und das Ausgabeelement 74 miteinander gekoppelt.
Bei der Wellenkupplung 45B ist es möglich, den Montagevorgang des Zylinders mit Führung, der die Kolbenstange 72 und das Ausgabeelement 74 aufweist, zu vereinfachen. Somit ist es bei dem Montagevorgang möglich, das Ausgabeelement 74 und die Kolbenstange 72 miteinander zu koppeln, ohne spezielle Werkzeuge oder Einrichtungen zu verwenden. Da die Kolbenstange 72 und das Ausgabeelement 74 miteinander durch Verschiebung lediglich in einer Richtung gekoppelt werden, kann außerdem der Montagevorgang in einem kompakten Raum durchgeführt werden.
Anders als in dem Fall der Kopplung mit Bolzen wird außerdem die Kolbenstange 72 automatisch relativ zu einer zentralen Position zwischen den beiden Führungsstangen 76 zentriert, weil das Ausgabeelement 74 und die Kolbenstange 72 in einem Zustand miteinander gekoppelt sind, in dem das Ausgabeelement 74 etwas in der radialen Richtung der Kolbenstange 72 wackeln kann (d.h. dass das Ausgabeelement 74 und die Kolbenstange 72 ein kleines Spiel in der radialen Richtung der Kolbenstange 72 haben) (in einem in der radialen Richtung schwimmenden Zustand). Daher ist keine Spannvorrichtung für den Zentrierungsvorgang erforderlich und es lässt sich eine Verringerung der Arbeitszeit für die Montage erreichen. Im Gegensatz dazu ist bei einer Gestaltung, bei der die Kolbenstange und das Ausgabeelement mit Hilfe von Bolzen gekoppelt werden, eine Spannvorrichtung für den Zentriervorgang erforderlich, weil die Kolbenstange an der zentralen Position zwischen den beiden Führungsstangen 76 fixiert werden muss.
Anders als bei einer Gestaltung, bei der zwei Komponenten miteinander mithilfe eines T-Schlitzes gekoppelt werden, ist es bei der Wellenkupplung 45B möglich, die beiden Komponenten (Ausgabeelement 74 und Kolbenstange 72), die an einer Verschiebung in der seitlichen Richtung relativ zu der Achse durch die Führungsstange 76 gehindert werden, ohne Schwierigkeiten miteinander zu koppeln.
Man beachte, dass die Kolbenstange 72 und das Kolbenelement 70 miteinander durch die Wellenkupplung 45A, die in 1 etc. gezeigt ist, gekoppelt werden können.
Die Wellenkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Modifikationen sind möglich, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bspw. ist die vorliegende Erfindung einsetzbar bei Fluiddruckzylindern, bei denen das Kolbenelement und das Zylinderrohr einen nicht kreisförmigen Querschnitt haben (rechteckige Form, ovale Form, elliptische Form, etc.). Außerdem ist die vorliegende Erfindung einsetzbar bei Fluiddruckzylindern mit mehreren Stangen (Doppelstangentyp etc.) mit mehreren Kolben und mehreren Kolbenstangen.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Wellenkupplung gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzbar in dem Fall der Kopplung eines distalen Elements, das an dem distalen Ende der Kolbenstange angebracht ist, mit der Kolbenstange, oder für den Kopplungsabschnitt einer schwimmenden Verbindung.
Die vorliegende Erfindung ist nicht eingeschränkt auf den als ein Stellglied etc. verwendeten Fluiddruckzylinder. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar bei Fluiddruckvorrichtungen anderer Form, die einen Kolben aufweisen. Beispiele für Fluiddruckvorrichtungen mit Kolben, bei denen die vorliegende Erfindung einsetzbar ist, umfassen eine Ventilvorrichtung, die einen Strömungskanal schalten kann, indem ein Ventilstopfen mittels eines Kolbens bewegt wird, einen Längenmesszylinder (Hubauslesezylinder), der eine Länge messen kann, indem ein mit einer als Eingangswelle dienenden Kolbenstange gekoppelter Kolben verschoben wird, einen Gleittisch, der einen Kolben verschieben kann, um dadurch einen mit dem Kolben gekoppelten Tisch durch eine Kolbenstange zu verschieben, und eine Spannvorrichtung, die in der Lage ist, ein Werkstück mit einem Halteelement zu halten, das durch Verschiebung eines Kolbens und Umwandlung der Verschiebung des Kolbens einen Öffnungs-/Schließvorgang durchführt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Eine Wellenkupplung (45A, 45B), die dazu ausgestaltet ist, ein Wellenelement (22, 72) mit einem Gegenstück (20, 74), das in Kombination mit dem Wellenelement (22, 72) verwendet wird, zu koppeln, wobei die Wellenkupplung (45A, 45B) umfasst: ein Stopperelement (48) das an dem Wellenelement (22, 72) so angebracht ist, dass es sich relativ zu diesem drehen kann, und das mehrere Eingriffsvorsprünge (49) aufweist, die von dem Stopperelement (48) nach außen vorstehen, wobei die Eingriffsvorsprünge (49) in Abständen in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und mehrere Schlitznuten (50), die an einem Kreisumfang in dem Gegenstück (20, 74) vorgesehen sind, wobei die mehren Eingriffsvorsprünge (49) jeweils in die Schlitznuten (50) eingesetzt sind, wobei die mehreren Schlitznuten (50) mehrere Einlassnuten (56), die sich an einer Endfläche des Gegenstücks (20, 74) öffnen und eine Tiefe in einer axialen Richtung aufweisen, und mehrere schräge Eingriffsnuten (60) aufweisen, die mit den mehreren Einlassnuten (56) verbunden sind und sich in einer Richtung erstrecken, die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist, wobei die mehreren schrägen Eingriffsnuten in Eingriff mit den mehreren Eingriffsvorsprüngen (49) stehen, und wobei das Wellenelement (22, 72) und das Gegenstück (20, 74) miteinander durch das Stopperelement (48) so gekoppelt sind, dass sie sich in der axialen Richtung nicht relativ zueinander bewegen können.
Die Wellenkupplung (45A, 45B) nach Anspruch 1, wobei eine ringförmige Stopperbefestigungsnut (23, 73) in einem äußeren Umfangsabschnitt des Wellenelements (22, 72) vorgesehen ist, und wobei das Stopperelement (48) mehrere Stopperteile (48a) aufweist, die in der Umfangsrichtung unterteilt sind, und in der Stopperbefestigungsnut (23, 73) installiert ist.
Die Wellenkupplung (45A, 45B) nach Anspruch 1, außerdem mit einem Rotationsstoppelement (54), das in die mehreren Schlitznuten (50) so eingesetzt ist, dass es sich relativ zu dem Gegenstück (20, 74) nicht drehen kann, wobei das Rotationsstoppelement (54) eine Bewegung der mehreren Eingriffsvorsprünge (49) zu den Einlassnuten (56) verhindert.
Die Wellenkupplung (45A, 45B) nach Anspruch 3, wobei das Stopperelement (54) mehrere Vorsprünge (54b) aufweist, die in die mehreren Einlassnuten (56) eingesetzt sind, und wobei die mehreren Vorsprünge (54b) den mehreren Eingriffsvorsprüngen (49) in der Umfangsrichtung zugewandt sind.
Die Wellenkupplung (45A, 45B) nach Anspruch 4, wobei das Rotationsstoppelement (54) einen ringförmigen Basisteil (54a) aufweist, der ringförmig um das Wellenelement (22, 72) herum ausgebildet ist, und wobei die mehreren Vorsprünge (54b) in der axialen Richtung von dem ringförmigen Basisteil (54a) vorstehen.
Die Wellenkupplung (45A, 45B) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Eingriffsvorsprünge (49) entlang der mehreren schrägen Eingriffsnuten (60) geneigt sind.
Die Wellenkupplung (45A, 45B) nach Anspruch 6, wobei jeder der mehreren Eingriffsvorsprünge (49) eine erste Fläche (49a), die in einer Richtung orientiert ist, in der das Wellenelement (22, 72) in das Gegenstück (20, 74) eingesetzt ist, und eine zweite Fläche (49b), die in einer der ersten Fläche (49a) entgegengesetzten Richtung orientiert ist, aufweist, und wobei jede der mehreren schrägen Eingriffsnuten (60) eine schräge Führungsfläche (60a) aufweist, die der ersten Fläche (49a) in nicht paralleler Weise zugewandt ist und die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist.
Die Wellenkupplung (45A, 45B) nach Anspruch 6, wobei jeder der mehreren Eingriffsvorsprünge (49) eine erste Fläche (49a), die in einer Richtung orientiert ist, in der das Wellenelement (22, 72) in das Gegenstück (20, 74) eingesetzt ist, und eine zweite Fläche (49b), die in der der ersten Fläche (49a) entgegengesetzten Richtung orientiert ist, aufweist, und wobei jede der mehreren schrägen Eingriffsnuten (60) eine schräge Fläche (60b) aufweist, die der zweiten Fläche (49b) in einer parallelen Weise zugewandt ist und die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist.
Die Wellenkupplung (45A) nach Anspruch 1, wobei das Gegenstück (20) ein Kolbenkörper ist, der in einer axialen Richtung innerhalb einer Gleitöffnung verschiebbar ist, und wobei das Wellenelement (22) eine Kolbenstange ist, die in der axialen Richtung von dem Kolbenkörper vorsteht.
Die Wellenkupplung (45A) nach Anspruch 9, wobei das Wellenelement (22) und das Gegenstück (20) miteinander durch das Stopperelement (48) so gekoppelt sind, dass sie sich relativ zueinander drehen können.
Die Wellenkupplung (45B) nach Anspruch 1, wobei das Wellenelement (72) eine Kolbenstange ist, die von einem Körper eines Fluiddruckzylinders (10B) in einer axialen Richtung vorsteht, wobei eine Führungsstange (76) durch den Körper gleitend entlang einer Achse der Kolbenstange gehalten wird, und wobei das Gegenstück (74) ein Ausgabeelement ist, das mit der Kolbenstange außerhalb des Körpers gekoppelt ist, und mit der Führungsstange (76) gekoppelt ist.
Eine Fluiddruckvorrichtung mit: einer Kolbenstange, einem Gegenstück (20, 74), das mit der Kolbenstange gekoppelt ist, einem Stopperelement (48), das so an der Kolbenstange angebracht ist, das es sich relativ zu dieser drehen kann, und das mehrere Eingriffsvorsprünge (49) aufweist, die von dem Stopperelement (48) nach außen vorstehen, wobei die Eingriffsvorsprünge (49) in Abständen in einer Umfangsrichtung vorgesehen sind, und mehreren Schlitznuten (50), die auf einem Kreisumfang in dem Gegenstück (20, 74) vorgesehen sind, wobei die mehreren Eingriffsvorsprünge (49) jeweils in die Schlitznuten (50) eingesetzt sind, wobei die mehreren Schlitznuten (50) mehrere Einlassnuten (56), die sich an einer Endfläche des Gegenstücks (20, 74) öffnen und eine Tiefe in einer axialen Richtung aufweisen, und mehrere schräge Eingriffsnuten (60) aufweisen, die mit den mehreren Einlassnuten (56) verbunden sind und sich in einer Richtung erstrecken, die gegenüber der Umfangsrichtung geneigt ist, wobei die mehren schrägen Eingriffsnuten in Eingriff mit den mehreren Eingriffsvorsprüngen (49) stehen und, wobei die Kolbenstange und das Gegenstück (20, 74) miteinander durch das Stopperelement (48) so gekoppelt werden, dass sie sich relativ zueinander in der axialen Richtung nicht bewegen können.
Die Fluiddruckvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Fluiddruckvorrichtung in Form eines Fluiddruckzylinders (10A, 10B), einer Ventilvorrichtung, eines Längenmesszylinders, eines Gleittischs oder einer Klemmvorrichtung vorliegt.