DE19504207C2 - Arbeitszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder, mit einem Zy­ linderrohr, mit einem am einen Endbereich des Zylinderrohres zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Abschlußdec­ kel, mit einem am anderen Endbereich des Zylinderrohres eben­ falls zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Lager­ deckel, wobei am Außenumfang der innerhalb des Zylinderrohres liegenden Abschnitte des Abschlußdeckels und des Lagerdeckels jeweils mindestens eine erste Radialvertiefung vorgesehen ist, in die zur Befestigung eines jeweiligen Deckels mit axialem Abstand zum jeweiligen Zylinderrohrende in das Zylin­ derrohr eingeformte erste Sicken formschlüssig eingreifen, und mit einem im Zylinderrohr axial verschiebbar geführten Kolben, der mit einer den Lagerdeckel durchsetzenden Kolben­ stange verbunden ist.

Ein Arbeitszylinder dieser Art geht aus der DE 37 00 934 A1 hervor. Dieser verfügt über ein Zylinderrohr mit endseitig eingesetzten Verschlußstücken, die durch Sickenverbindungen festgelegt sind. Jedes Verschlußstück enthält am Außenumfang eine als Ringnut ausgeführte erste Radialvertiefung, in die eine in das Zylinderrohr eingeprägte erste Sicke formschlüs­ sig eingreift. Im Innern des Zylinderrohres ist ein ver­ schiebbarer Kolben angeordnet, an dem über eine Schraubver­ bindung eine das eine Verschlußstück durchsetzende Kolben­ stange festgelegt ist.

Nachteilig bei dem bekannten Arbeitszylinder ist die unflexi­ ble Herstellungsweise. So erfolgt beispielsweise die Schraub­ verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Kolben dadurch, daß an der Kolbenstange ein einstückiger Gewindezapfen anzu­ formen ist, der in ein Innengewinde des Kolbens eingeschraubt wird. Die Kolbenstange bedarf daher vor ihrer Montage einer aufwendigen Bearbeitung, wobei in der Regel für jeden Zylin­ dertyp eine eigene Kolbenstange bereitgestellt werden muß. Eine Variation der Baulänge des Arbeitszylinders während der Herstellungsphase ist mithin kaum möglich.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Arbeitszylinder der eingangs genannten Art zu schaffen, der hinsichtlich seiner Fertigung äußerst flexibel ist und dessen Länge bei der Produktion auf relativ einfache Weise variiert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 vorgesehen, daß die Kolbenstange über ihre gesamte Länge hülsenförmig ausgebildet ist, wobei sie mit ihrem dem Kolben zugewandten inneren Endbereich auf einen Axialfortsatz des Kolbens aufgesteckt ist und mit ihrem dem Kolben abgewandten äußeren Endbereich zumindest einen Ab­ schnitt eines zur Verbindung mit einem weiteren Bauteil die­ nenden Kupplungsgliedes aufnimmt, und wobei zur Verbindung des Kolbens und des Kupplungsgliedes mit der Kolbenstange am Außenumfang des Axialfortsatzes des Kolbens und des aufgenom­ menen Abschnittes des Kupplungsgliedes jeweils wenigstens ei­ ne zweite Radialvertiefung vorgesehen ist, in die radial nach innen vorstehende zweite Sicken des inneren und äußeren End­ bereiches der hülsenförmigen Kolbenstange formschlüssig ein­ greifen.

Auf diese Weise liegt ein Arbeitszylinder vor, bei dem nicht nur die das Zylinderrohr endseitig verschließenden Abschluß- bzw. Lagerdeckel durch Sickenverbindungen befestigt sind, sondern auch zwischen der Kolbenstange und dem Kolben eine einfach herstellbare Sickenverbindung realisiert ist. Ein zu­ sätzlich vorhandenes Kupplungsglied, das eine Verbindung zwi­ schen der Kolbenstange und einem durch diese zu betätigenden Bauteil ermöglicht, ist an dem dem Kolben entgegengesetzten Endbereich der Kolbenstange befestigt, wobei wiederum auf ei­ ne Sickenverbindung zurückgegriffen wird. In Verbindung mit der hülsenförmig ausgeführten Kolbenstange ergibt sich insge­ samt ein sehr variabel zu produzierender Arbeitszylinder, wo­ bei die Kolbenstange bei Bedarf entsprechend ihrer gewünsch­ ten Länge von rohrartiger Meterware abgeschnitten und ohne aufwendige Bearbeitung durch Einprägen geeigneter Sicken mit einerseits der Kolbenstange und andererseits dem Kupplungs­ glied verbunden werden kann. Eine hohe Flexibilität ergibt sich dabei auch durch den Umstand, daß sich von Fall zu Fall ein an die zu erwartende Kupplungsaufgabe angepaßtes Kupp­ lungsglied anbringen läßt. Es ist beispielsweise möglich, die in verschiedenen Ländern vorliegenden Normen für Gewinde zu berücksichtigen, indem nach Wahl ein Kupplungsglied einge­ setzt wird, das mit einem geeigneten Kupplungsgewinde ausge­ stattet ist. Die Schnittstelle zur Kolbenstange kann dabei jeweils gleichbleibend in Form einer einfachen Radialvertie­ fung ausgeführt werden. Schließlich bewirkt die hülsenförmige Kolbenstange auch eine nicht unbeträchtliche Gewichtseinspa­ rung, was bei vergleichbarer Druckbeaufschlagung des Kolbens im Betrieb des Arbeitszylindern höhere Beschleunigungswerte gestattet. Aufgrund des angeformten Gewindezapfens ist beim eingangs genannten Stand der Technik eine vergleichbare Aus­ gestaltung nicht ohne weiteres möglich.

Nicht zuletzt dadurch, daß seitens des Zylinderrohres und seitens der Kolbenstange vergleichbare Verbindungsarten in Gestalt einfacher Sickenverbindungen zum Einsatz gelangen, kann auf einheitliche und dadurch kostengünstige Fertigungs­ einrichtungen zurückgegriffen werden. Auch das Zylinderrohr kann unter Einsatz von Meterware hergestellt werden, was in Verbindung mit einer entsprechenden Fertigung der Kolbenstan­ ge ein sehr hohes Maß an Herstellungsflexibilität gewährlei­ stet, wobei kostengünstiges Ausgangsmaterial zum Einsatz ge­ langen kann.

Zwar offenbart die DE 37 00 934 A1 bereits die Verbindung zwischen einem Zylinderrohr und endseitigen Deckeln unter Einsatz von Sickenverbindungen. Die besondere Flexibilität der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bei der Herstellung des gesamten Arbeitszylinder ist damit aber noch nicht gegeben. Selbst wenn man dort für die Herstellung des Zylinderrohrs auf Meterware zurückgreifen würde, ließe sich eine einfache Variation der Gesamtlänge des Arbeitszylinders nicht reali­ sieren, weil dies bedingen würde, eine gänzlich neue Kolben­ stange zu fertigen. Diese läßt sich nicht einfach durch län­ genmäßiges Zuschneiden produzieren, sondern erfordert eine aufwendige Bearbeitung zum einen zum Anbringen des Gewinde­ zapfens und zum andern zum Anformen eines ähnlich gestalteten Kupplungsgliedes.

Aus der DE 40 00 245 C1 geht zwar bereits die prinzipielle Möglichkeit einer Sickenverbindung zwischen einer Kolbenstan­ ge und einem Kolben hervor. Allerdings ist hier die notwendi­ ge Radialvertiefung am Außenumfang der Kolbenstange vorgese­ hen, was wiederum eine besondere Bearbeitung der Kolbenstange erforderlich macht. Bei jeder Längenvariation ist neuerlich eine Radialvertiefung einzubringen. Man hat also verglichen mit dem eingangs genannten Stand der Technik nur das dort vorhandene Außengewinde der Kolbenstange durch eine ringför­ mige Radialvertiefung ersetzt, was fertigungstechnisch kaum Vorteile bringt.

Hinzu kommt, daß bei einer Ausgestaltung gemäß DE 40 00 245 C1 ein sehr dickwandiges Rohr als Ausgangsmaterial für die Kolbenstange gewählt werden muß, um die ringförmige Radial­ vertiefung überhaupt erst einbringen zu können. Dies hat aber zur Folge, daß auch ein gegebenenfalls gewünschtes Kupplungs­ glied nicht ohne weiteres am entgegengesetzten Ende der Kol­ benstange befestigt werden kann. Zwar wäre es denkbar, im Hinblick auf die DE-GM 19 35 281 den äußeren Endabschnitt der Kolbenstange dünnwandiger auszuführen, um das Einsicken zu vereinfachen. Dies hätte allerdings zur Folge, daß die hohle Kolbenstange mit unterschiedlichen Wandstärken ausgeführt werden müßte, was wiederum die Herstellung aufwendiger ge­ stalten würde.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

Die an den Deckeln vorhandenen ersten Radialvertiefungen sind zweckmäßigerweise als umlaufende Ringnuten ausgeführt, wobei die jeweils zugeordnete erste Sicke ebenfalls ringförmig in sich geschlossen ausgebildet sein kann, so daß sie konzen­ trisch in die zugeordnete erste Radialvertiefung eingreift. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders guter Halt, wobei sogar noch eine Dichtwirkung auftreten kann, die unter Um­ ständen die Verwendung zusätzlicher Dichtringe erübrigt.

Für das Zylinderrohr verwendet man zweckmäßigerweise ein Metall­ rohr aus Edelstahl. Der Abschlußdeckel und/oder der Lagerdeckel bestehen vorzugsweise aus starrem Kunststoffmaterial, so daß sie sich bei Bedarf als Gießteil verwirklichen lassen. In diesem Zu­ sammenhang können auch die Radialvertiefungen spanlos eingeformt sein.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegend Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä­ ßen Arbeitszylinders im Längsschnitt zeigt.

Der abgebildete, fluidisch betätigbare Arbeitszylinder besitzt ein Zylindergehäuse 1 mit einem insbesondere kreiszylindrisch konturierten Zylinderrohr 2. Die Wandstärke des Zylinderrohres 2 ist über die gesamte Rohrlänge konstant und relativ dünnwandig.

Das Zylinderrohr 2 ist einenends durch einen Abschlußdeckel 3 verschlossen. Andernends ist ein Lagerdeckel 4 vorgesehen, der eine zentrale Durchbrechung 5 aufweist. Im Innern des Zylinder­ rohrs 2 befindet sich ein axial beweglicher Kolben 6, der zwei Zylinderräume 7, 8 fluiddicht voneinander abteilt. Die Abdich­ tung basiert auf einer ringförmigen Dichtungsanordnung 12, die im Bereich des Außenumfanges des Kolbens 6 festgelegt ist und mit der Innenoberfläche 13 des Zylinderrohres 2 in Dichtkontakt steht.

Am Kolben 6 ist eine Kolbenstange 14 befestigt, die die zentrale Durchbrechung 5 nach außen hin durchsetzt und im Bereich dieser zentralen Durchbrechung 5 zweckmäßigerweise verschieblich ge­ führt ist. Eine am Lagerdeckel 4 angeordnete Dichtungsanordnung 15 dichtet zwischen der Kolbenstange 14 und dem Lagerdeckel 4 ab.

Sowohl der Abschlußdeckel 3 als auch der Lagerdeckel 4 sind zu­ mindest teilweise axial in das Zylinderrohr 2 eingesetzt, so daß sie von diesem außen axial überlappt werden. Beispielsgemäß sind beide Deckel 3, 4 vollständig im Zylinderrohr 2 versenkt und nur ein am Abschlußdeckel 3 insbesondere einstückig angeformtes La­ gerauge 16, das zur Schwenkbefestigung des Arbeitszylinders dient, ragt axial über das Zylinderrohr 2 vor.

Sowohl der Abschlußdeckel 3 als auch der Lagerdeckel 4 sind im Rahmen einer Sickenverbindung fest und unlösbar mit dem Zylin­ derrohr 2 verbunden. Zu diesem Zweck verfügen beide Deckel 3, 4 am zylindrisch konturierten Außenumfang 17 ihres innerhalb des Zylinderrohres 2 liegenden Abschnittes über eine rundumlaufende nutartige erste Radialvertiefung 18. In dem einer jeweiligen Radial­ vertiefung 18 radial außen gegenüberliegenden Bereich ist das Zylinderrohr 2 rundumlaufend eingesickt und verfügt über eine ringförmig in sich geschlossene erste Sicke 22, die radial nach innen vorsteht und formschlüssig in die zugeordnete Radialvertiefung 18 des Abschlußdeckels 3 bzw. des Lagerdeckels 4 eingreift. Die Außenoberfläche des Zylinderrohres 2 verfügt daher im Bereich einer jeweiligen Sicke 22 über eine nutähnliche Einkerbung. Auf­ grund der Sickenverbindungen 18, 22 sind die Deckel 3, 4 sicher am Zylinderrohr 2 verankert und insbesondere in Axialrichtung unverrückbar festgelegt. Vor allem dann, wenn die Deckel 3, 4 wie beim Ausführungsbeispiel aus Kunststoffmaterial bestehen, können die Sickenverbindungen sogar eine ausreichende Fluid­ dichtheit gewährleisten, so daß auf zwischenzufügende elastische Dichtelemente verzichtet werden kann.

Beide Deckel 3, 4 verfügen im übrigen über Fluidkanäle 23, die in den zugeordneten Zylinderraum 7, 8 einmünden, um das zum An­ treiben des Kolbens 6 erforderliche Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, zu- und abführen zu können.

Für das Zylinderrohr 2 kommt vorzugsweise ein metallischer Werk­ stoff zum Einsatz, wobei sich nichtrostender Stahl empfiehlt. Das Verformungsvermögen sollte allerdings so groß sein, daß sich die Einsickungen mit geeigneten Werkzeugen ohne weiteres vorneh­ men lassen.

Es ist von Vorteil, daß am Innenumfang des Zylinderrohres 2 keine Absätze erforderlich sind, um die Deckel 3, 4 zu halten. Das Zylinderrohr 2 läßt sich daher besonders einfach herstellen. Es kann sich um ein der gewünschten Länge entsprechend abgeläng­ tes Rohr eines als Meterware vorliegenden rohrförmigen Ausgangs­ materials handeln.

Noch beim Zusammenbau des Zylindergehäuses 1 läßt sich der Maxi­ malhub des Kolbens 6 festlegen, indem man den axialen Abstand zwischen den beiden Deckeln 3, 4 nach Bedarf wählt. Die Sicken 22 lassen sich problemlos an jedweder Stelle mit axialem Abstand zum jeweiligen Zylinderrohrende anbringen, an der der Abschluß­ deckel 3 oder der Lagerdeckel 4 positioniert sind.

Der beispielsgemäße Arbeitszylinder hat den weiteren Vorteil, daß auch die Verbindung zwischen dem Kolben 6 und der Kolben­ stange 14 eine Sickenverbindung ist. An der der Kolbenstange 14 zugewandten Axialseite verfügt der Kolben 6 über einen zylindri­ schen Axialfortsatz 21, der passend in die beim Ausführungsbei­ spiel über ihre gesamte Länge hülsenförmig ausgeführte Kolben­ stange 14 eingesteckt ist. Am Außenumfang des Axialfortsatzes 21 befindet sich wiederum eine umlaufende Radialvertiefung 18', in die eine in die Kolbenstange 14 eingeformte umlaufende Sicke 22' konzentrisch formschlüssig eingreift.

An dem dem Kolben 6 entgegengesetzten äußeren Endbereich 24 der Kolbenstange 14 ist beim Ausführungsbeispiel noch ein Kupplungs­ glied 25 befestigt, das zur lösbaren Verbindung mit einem nicht näher dargestellten weiteren Bauteil dient, beispielsweise einem zu bewegenden Maschinenteil. Zur Befestigung des Kupplungsglie­ des 25 an der Kolbenstange 14 ist wiederum eine Sickenverbindung vorgesehen. Das Kupplungsglied 25 ist wie abgebildet vollständig oder bei Bedarf nur teilweise in die hohle Kolbenstange 14 ein­ gesteckt und verfügt am Außenumfang der eingesteckten Partie über eine umlaufende Radialvertiefung 18", in die eine in die Kolbenstange 14 eingebrachte umlaufende Sicke 22" formschlüssig eingreift. Da die Sickenverbindung wie auch bei den anderen Fäl­ len vorzugsweise eine zusätzliche kraftschlüssige Verbindung zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen herstellt, ist das Kupplungsglied 25 nicht nur in Axialrichtung festgelegt, sondern auch drehfest angeordnet, so daß es problemlos mit einem Gewinde 26 versehen sein kann, mit dem sich das zu verbindende Bauteil lösbar verschrauben läßt. Bei dem beispielsgemäßen Ge­ winde 26 handelt es sich um ein Innengewinde.

Zwar wäre es möglich, lediglich die beiden die Sickenverbindung aufweisenden axialen Endbereiche der Kolbenstange 14 hohlzylin­ drisch auszubilden und im übrigen auf Vollmaterial zurückzugrei­ fen. Die beispielsgemäße Ausgestaltung mit über ihre gesamte Länge hohlzylindrischer Kolbenstange 14 hat neben der erzielten Gewichtseinsparung demgegenüber vor allem fertigungstechnische Vorteile, da wie im Falle des Zylinderrohres 2 auf bedarfsgemäß abgelängtes und nicht besonders vorzubereitendes Meterwaren- Rohrmaterial zurückgegriffen werden kann.

Im Falle des beispielsgemäßen Arbeitszylinders sind sämtliche Teileverbindung durch Sickungen verwirklicht, so daß keine sepa­ raten Befestigungselemente benötigt werden, was die Anzahl der Bauteile beträchtlich reduziert. Der Arbeitszylinder läßt sich äußerst kostengünstig herstellen. Die Sicken lassen sich bei­ spielsweise mittels Rollen einbringen, die entlang des Außenum­ fanges des Zylinderrohrs 2 bewegt werden und gleichzeitig radial Druck ausüben, so daß das Zylinderrohrmaterial radial in die Ra­ dialvertiefungen eingedrückt wird. Dies ist mit ein Grund, wes­ halb umlaufende Sicken vorteilhafter sind als solche, die sich nur über einen Teilumfang des Zylinderrohrs erstrecken, was ebenfalls prinzipiell möglich wäre.

Claims (8)

1. Arbeitszylinder, mit einem Zylinderrohr (2), mit einem am einen Endbereich des Zylinderrohres (2) zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Abschlußdeckel (3), mit einem am anderen Endbereich des Zylinderrohres (2) ebenfalls zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Lagerdeckel (4), wobei am Außenumfang (17) der innerhalb des Zylinderrohres (2) lie­ genden Abschnitte des Abschlußdeckels (3) und des Lager­ deckels (4) jeweils mindestens eine erste Radialvertiefung (18) vorgesehen ist, in die zur Befestigung eines jeweiligen Deckels (3, 4) mit axialem Abstand zum jeweiligen Zylinderrohrende in das Zylinderrohr (2) eingeformte erste Sicken (22) formschlüs­ sig eingreifen, und mit einem im Zylinderrohr (2) axial ver­ schiebbar geführten Kolben (6), der mit einer den Lagerdeckel (4) durchsetzenden Kolbenstange (14) verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kolbenstange (14) über ihre gesamte Länge hülsenförmig ausgebildet ist, wobei sie mit ihrem dem Kolben (6) zugewandten inneren Endbereich auf einen Axialfortsatz (21) des Kolbens (6) aufgesteckt ist und mit ihrem dem Kolben (6) abgewandten äußeren Endbereich (24) zumindest einen Abschnitt eines zur Verbindung mit einem weiteren Bauteil dienenden Kupp­ lungsgliedes (25) aufnimmt, und wobei zur Verbindung des Kol­ bens (6) und des Kupplungsgliedes (25) mit der Kolbenstange (14) am Außenumfang des Axialfortsatzes (21) des Kolbens (6) und des aufgenommenen Abschnittes des Kupplungsgliedes (25) je­ weils wenigstens eine zweite Radialvertiefung (18', 18") vor­ gesehen ist, in die radial nach innen vorstehende zweite Sicken (22', 22") des inneren und äußeren Endbereiches der hülsenför­ migen Kolbenstange (14) formschlüssig eingreifen.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (25) ein zur Befestigung eines weiteren Bauteiles dienendes Gewinde (26) besitzt, das vorzugsweise als Innengewinde ausgebildet ist.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Radialvertiefungen (18, 18', 18") von einer konzentrisch umlaufenden Ringnut ge­ bildet sind.

4. Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Sicken (22, 22', 22") ringför­ mig in sich geschlossen ausgebildet sind.

5. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (2) ein insbesondere aus Edelstahl bestehendes Metallrohr ist.

6. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußdeckel (3) und/oder der Lager­ deckel (4) aus Kunststoffmaterial besteht, insbesondere aus ei­ nem Polymermaterial.

7. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels den ersten und/oder zweiten Sicken (22, 22', 22") und den diesen zugewandten ersten und/oder zweiten Radialvertiefungen (18, 18', 18") herge­ stellten Sickenverbindungen dichtungsfrei ausgebildet sind.

8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Abschlußdeckel (3) außen eine insbeson­ dere zur Schwenkbefestigung dienende und vorzugsweise als La­ gerauge (16) ausgebildete Befestigungseinrichtung vorgesehen ist.