DE19853309A1

DE19853309A1 - Zylinder-Kolben-Einheit

Info

Publication number: DE19853309A1
Application number: DE1998153309
Authority: DE
Inventors: Andreas Hatzl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: DE19853309C2

Abstract

Zylinder-Kolben-Einheit, mit einem Kolben (3), der in einem Hohlraum (2) eines Zylinders (1) axial verstellbar ist, den Hohlraum (2) in zwei Arbeitsräume (14, 15) trennt und mit einer Kolbenstange (4) verbunden ist, die durch eine Zylinderöffnung nach außen vorsteht. Die Kolbenstange (4) weist eine axiale Durchgangsöffnung (18) auf, in die axial von innen eine Stange oder ein Federstab (19) eingesteckt und mit dem inneren Stirnbereich der Kolbenstange (4) gelenkig oder fest verbunden ist und bei einer festen Verbindung zumindest bereichsweise radial elastisch ausgebildet ist, und sich die Stange (Federstab 19) in der Durchgangsöffnung (18) zum äußeren Stirnbereich (23) der Kolbenstange (4) erstreckt und in diesem Stirnbereich (23) einen radialen Abstand von der Umfangsfläche (27) der Durchgangsöffnung (18) aufweist, wodurch der am äußeren Endbereich mit einem Anschlußteil fest oder gelenkig verbundene Federstab (19) bei auf das Anschlußteil einwirkenden axialen Zug- oder Druckbelastungen mit diesem Endbereich radial ausweichen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Einheit mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Derartige Zylinder-Kolben-Einheiten sind zum Verstellen oder bei Versuchen zum Belasten von Bauteilen vorgesehen und beispielsweise als Hydraulikzylinder oder Pneumatikzylinder ausgebildet. Bei diesen Zylinder-Kolben-Einheiten ist die vom Kolben nach außen abstehende Kolbenstange an ihrem äußeren Endbereich mit ei nem Anschlußteil verbunden, das von der Kolbenstange zug- und/oder druckbelast bar ist und dabei axial verstellt bzw. elastisch oder plastisch verformt wird. Häufig wird dabei der Verstellweg des Anschlußteiles und/oder die übertragene Kraft über eine entsprechende Meßeinrichtung erfaßt. In dem Datenblatt D 25.18.1 der Firma Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH in Darmstadt ist ein Einbaubeispiel eines Hy draulikzylinders angegeben, bei dem der Kolben und die Kolbenstange von innen mit einer axialen Vertiefung ausgebildet und zwischen dem Boden der Vertiefung und einem Stirnbereich des Zylinders ein Wegmesser angeordnet ist. Soll beispiels weise bei feststehend angeordneter Zylinder-Kolben-Einheit auf das Anschlußteil eine vorgegebene Kraft übertragen werden und ist das Anschlußteil verstellbar ge führt, so können Klemm- und/oder Reibkräfte bzw. Verspannungen in der Führung des Anschlußteiles und/oder der Kolbenstange auftreten, die beim Messen der axial übertragenen Kraft das Meßergebnis verfälschen. Der Verschleiß an der Kol benstange und am Anschlußteil ist erhöht und für den Hydraulikzylinder ist eine grö ßere Leistung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zylinder-Kolben-Einheit mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, die eine günstigere Kraftübertragung von der Zylinder-Kolben-Einheit auf das Anschlußteil ermöglicht.

Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Bei der Erfindung ist nicht die Kolbenstange mit dem Anschlußteil verbunden, son dern eine Stange, die axial von innen in die Durchtrittsöffnung in der Kolbenstange eingesteckt und am axial inneren Stirnbereich an der Kolbenstange befestigt ist. Die Stange erstreckt sich entlang der Durchtrittsöffnung zum äußeren Ende der Kolben stange und weist zumindest im axial äußeren Bereich der Kolbenstange einen radia len Abstand zur Umfangswand der Durchtrittsöffnung auf. Nachdem die Stange ent weder gelenkig mit der Kolbenstange verbunden und/oder zumindest bereichsweise elastisch ausgebildet ist, kann der axial äußere Bereich der Stange bei einer axialen Belastung des Anschlußteiles radial ausweichen und sich beispielsweise auf die Verstellbarkeit eines verstellbar geführten Anschlußteiles einstellen. Vorzugsweise kommt nach einem vorgegebenen radialen Ausweichweg ein Umfangsbereich der Stange an einer Umfangswand der Durchtrittsöffnung zur Anlage und ist dann von dieser gestützt. Durch das radiale Ausweichen und eventuell ein elastisches Win keleinstellen der Stange beispielsweise auf eine Anschlußfläche des Anschlußteiles werden Klemm- und/oder Reibkräfte bzw. Verspannungen in der Führung der Kol benstange und gegebenenfalls des Anschlußteiles weitgehend vermieden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt durch die Zylinder- Kolben-Einheit, mit einer als Federstab ausgebildeten Stange und

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung eines zweites Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt durch die Kolbenstange, mit einer daran gelenkig befestigten Stange.

In Fig. 1 ist eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem Zylinder 1 dargestellt, der in einem zylindrischen Hohlraum 2 einen Kolben 3 axial verstellbar aufnimmt. Der Kolben 3 ist mit einer Kolbenstange 4 fest verbunden, die in entgegengesetzten Richtungen axial von dem Kolben 3 absteht. An den Stirnseiten des Zylinders 1 sind jeweils zwei Stirnplatten 5, 5', 6, 6' angeordnet, von denen die Stirnplatten 5, 5' eine axiale Führung für den in der Figur linken Bereich der Kolbenstange 4 und die Stirnplatten 6, 6' eine axiale Führung für den in der Figur rechten Bereich der Kolbenstange 4 bilden. An die in der Figur linke Stirnplatte 5 ist ein Flansch 7 be festigt, der Befestigungsöffnungen 8, 8' aufweist, die beispielsweise von Befesti gungsschrauben durchsetzt sind, die den Flansch 7 an einem ortsfesten Teil fixie ren. Der Flansch 7 weist eine innere Ausnehmung 9 auf, die über eine radiale Öff nung 10 nach außen geöffnet ist und einen Freiraum bildet, in den der in der Figur linke Bereich der Kolbenstange 4 eindringen kann. Zur Befestigung des Flansches 7 und der Stirnplatten 5, 5' an dem Zylinder 1 sind Befestigungsschrauben 11 verwen det. Die Stirnplatten 6, 6' sind über Befestigungsschrauben 12 an dem Zylinder 1 be festigt. Der in der Figur rechte Bereich 13 der Kolbenstange 4 steht von dem Zylin der 1 und den Stirnplatten 6, 6' axial nach außen vor. Der Kolben 3 trennt den Hohl raum 2 in zwei Arbeitsräume 14, 15, die über jeweils eine zugeordnete Anschlußöff nung 16, 17 beispielsweise wechselnd einerseits mit einer Druckleitung und ande rerseits mit einer Tankleitung oder Rücklaufleitung und umgekehrt zu verbinden sind. Als Druckmedium kann eine Flüssigkeit, beispielsweise Hydrauliköl oder ein gasförmiges Medium verwendet sein. Die Kolbenstange 4 weist eine axiale Durch gangsöffnung 18 auf, in die axial von innen ein Federstab 19 eingesteckt ist, der mit seiner axialen Anlagefläche 20 an einem radial vorstehenden Kragen 21 des Feder stabes 19 an der inneren Stirnfläche der Kolbenstange 4 anliegt und über mehrere am Umfang verteilt angeordnete Befestigungsschrauben 22 an der Kolbenstange 4 befestigt ist. Der Federstab 19 erstreckt sich in axialer Richtung über die äußere Stirnseite 23 der Kolbenstange 4 hinaus nach außen und ist an seinem vorstehen den Bereich über ein Befestigungsgewinde 24 mit dem nicht dargestellten Anschluß teil verbunden, das entlang einer zur Achse 25 der Kolbenstange 4 koaxialen Achse verstellbar geführt ist. Der Federstab 4 weist zumindest in dem in der Figur rechten Bereich einen radialen Abstand zur Umfangsfläche 27 der Durchgangsöffnung 18 auf. Bei einer axialen Belastung bzw. beim axialen Verstellen des Anschlußteiles durch den Federstab 19 kann der Federstab 19 an seinem äußeren Endbereich ra dial elastisch ausweichen. Übersteigt der radiale Ausweichweg ein vorgesehenes Maß, so kommt ein Umfangsbereich 26 des Federstabes 4 an der Umfangsfläche 27 der Durchgangsöffnung 18 in der Kolbenstange 4 zur Anlage und wird von dieser Umfangsfläche 27 gestützt.

Der axiale Verstellweg des Federstabes 19 und damit des Anschlußteiles und der Kolbenstange 4 wird über einen Wegmesser erfaßt, der ein erstes stabförmiges Teil 28 und ein zweites, relativ zu dem ersten Teil 28 verstellbares zweites Teil 29 auf weist, das hülsenförmig ausgebildet ist und in seiner inneren Ausnehmung das erste, stabförmige Teil 28 axial verstellbar aufnimmt. Das zweite, rohrförmige Teil 29 durchsetzt eine zentrale Öffnung 30 in dem Flansch 7 und ist an diesem beispiels weise über eine auf ein Außengewinde des zweiten Teiles 29 aufschraubbare Mut ter 31 oder dergleichen befestigt. Um eine kleine axiale Baulänge der Meßeinrich tung und gleichzeitig der Zylinder-Kolben-Einheit zu erreichen, ist das erste, stabför mige Teil 28 am Boden 32 einer axialen Vertiefung 33 an der inneren Stirnseite des Federstabes 19 befestigt. Außerdem ragt ein Bereich des zweiten, rohrförmigen Tei les 29 zumindest teilweise axial in die Vertiefung 33 hinein, die im Durchmesser grö ßer als der Außendurchmesser des zweiten Teiles 29 ausgebildet ist. Die Achsen des ersten Teiles 28 und des zweiten Teiles 29 fluchten mit der Achse 25 des Fe derstabes 4.

Die vom Federstab 4 auf das Anschlußteil übertragene axiale Kraft wird über eine Piezo-Unterlagscheibe 34 erfaßt, die zwischen der axialen Anlagefläche 20 des Fe derstabes 4 und der inneren Stirnseite der Kolbenstange 4 angeordnet ist.

Ein zweites, in Fig. 2 lediglich teilweise dargestelltes Ausführungsbeispiel ist ähnlich wie das erste Ausführungsbeispiel gebildet. Bei dieser Ausführung ist anstelle eines Federstabes eine Stange 35 verwendet, die am axial inneren Endbereich in einem Kugelgelenk 36 gelenkig gestützt ist. Das Kugelgelenk 36 ist von einem Stützelement 37 getragen, das axial von innen an dem zugewandten Stirnbereich 38 der Kolbenstange 4' beispielsweise unter Verwendung von Befestigungsmitteln wie Schrauben 41 oder dergleichen befestigt ist. Das axial äußere Ende der Stange 35 ist über einen daran ausgebildeten Anschlußflansch 39 mit einem Anschlußteil 40 verbunden.

Die Erfindung kann von dem Ausführungsbeispiel abweichend ausgeführt sein. Bei spielsweise können mehrere miteinander fest zu verbindende Teile durch ein ge meinsames Teil gebildet sein. Die Form der verwendeten Teile kann an die jeweili gen Einbauverhältnisse angepaßt sein. Die Länge der Stange bzw. des Federstabes kann so bemessen sein, daß das nach außen gerichtete Ende der Stange bzw. des Federstabes innerhalb der Durchtrittsöffnung liegt oder mit der äußeren Stirnseite der Kolbenstange etwa bündig verläuft oder in einem vorgebbaren Maß aus der Durchtrittsöffnung axial hervorsteht. Die Verbindung der Stange bzw. des Feder stabes mit einem von der Zylinder-Kolben-Einheit zu belastenden Anschlußteil kann auf unterschiedliche Weise beispielsweise über einen Flansch oder ein Anschluß gewinde eventuell unter Verwendung von weiteren Befestigungs- oder Verbindungs mitteln erfolgen. Anstelle einer festen Verbindung der Stange bzw. des Federstabes mit dem Anschlußteil kann auch eine gelenkige Verbindung vorgesehen sein, die beispielsweise ein Kugelgelenk oder ein um eine oder zwei Achsen schwenkbares Gelenk sein kann. Eine derartige gelenkige Verbindung kann auch zur Verbindung der Stange bzw. des Federstabes mit dem axial inneren Endbereich der Kolben stange vorgesehen sein. Eine einfache Ausführung der Erfindung weist keinen Weg messer und keinen Kraftmesser auf. Aufwendigere Ausführungen sehen einen Weg messer und/oder einen Kraftmesser vor, die mit den erfindungsgemäßen Merkmalen eine geringe Baulänge der Zylinder-Kolben-Einheit ermöglichen. Die Zylinder- Kolben-Einheit kann eine Kolbenstange aufweisen, die sich von dem Kolben lediglich nach einer axialen Richtung erstreckt. Der Kraftmesser kann in unter schiedlicher Weise die übertragene axiale Kraft beispielsweise induktiv oder kapazitiv oder über eine Widerstandsänderung beispielsweise eines Dehnungsmeß streifens direkt oder indirekt erfassen. Der Weg- oder Kraftmesser kann an einer radial verengten Stelle der Stange bzw. des Federstabes beispielsweise an dem in der Figur linken Bereich angeordnet sein. Beispielsweise ist der Kraftmesser radial außen an einem axial inneren Bereich der Stange bzw. des Federstabes befestigt, der in diesem Bereich gegenüber dem Durchmesser der Durchgangsöffnung radial verkleinert ist. Der Federstab kann seitlich an den radial verkleinerten Bereich an grenzend ringförmige Stützschultern aufweisen, die radial an der Umfangsfläche der Durchgangsöffnung anliegen. Der bei dem Ausführungsbeispiel verwendete Weg messer kann durch einen anderen Wegmesser ersetzt sein, der ebenso wie ein ver wendeter Kraftmesser nicht zentral angeordnet sein muß. Es ist nicht erforderlich, daß die Zylinder-Kolben-Einheit feststehend angeordnet und/oder das Anschlußteil verstellbar geführt sein müssen. Mit einer beispielsweise feststehenden Zylinder- Kolben-Einheit kann auf einem Prüfstand ein das Anschlußteil darstellender, bei spielsweise elastischer Körper auf seine dynamischen Eigenschaften und seine Festigkeit untersucht werden, wofür lediglich ein geringer Bauraum erforderlich ist.

Claims

1. Zylinder-Kolben-Einheit, mit einem Kolben, der in einem Hohlraum eines Zylinders axial verstellbar ist, den Hohlraum in zwei Arbeitsräume trennt und mit einer Kolbenstange verbunden ist, die durch eine Zylinderöffnung nach außen vorsteht und innen eine axiale Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung eine axiale Durchgangsöffnung (18) ist, in die axial von innen eine Stange (35, Federstab 19) eingesteckt und mit dem inneren Stirnbereich der Kolbenstange (4, 4') gelenkig oder fest verbunden ist und bei einer festen Verbindung zumindest bereichsweise radial elastisch ausgebildet ist, und sich die Stange (35, Federstab 19) in der Durchgangsöff nung (18) bis zum äußeren Stirnbereich (23) der Kolbenstange (4, 4') erstreckt und in diesem Stirnbereich (23) einen radialen Abstand von der Umfangsfläche (27, 27') der Durchgangsöffnung (18) aufweist, wodurch die am äußeren Endbereich mit einem Anschlußteil (40) verbundene Stange (35, Federstab 19) bei auf das Anschlußteil (40) einwirkenden axialen Zug- oder Druckbelastungen mit diesem Endbereich radial ausweichen kann.

2. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umfangsbereich (26, 26') an einem axial äußeren Bereich der Stange (35) bzw. des Federstabes (19) nach einem vorgegebenen radial elastischen Ausweichweg von einer Umfangsfläche (27, 27') der Durchgangsöffnung (18) gestützt ist.

3. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am axial inneren Bereich der Stange bzw. des Federstabes (19) ein erstes Teil (28) eines Wegmessers befestigt ist, der mit einem relativ zum ersten Teil (28) axial verstellbaren zweiten Teil (29) an dem Zylinder (1) der Zylinder-Kolben-Einheit oder an einem damit verbundenen Teil befestigt ist.

4. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (28) oder zweite Teil des Wegaufnehmers stabförmig und das andere Teil, das zweite (29) oder erste Teil rohrförmig ausgebildet sind und ihre Achsen koaxial zur Achse (25) der Stange bzw. des Federstabes (19) verlaufen.

5. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (29) des Wegaufnehmers an einem Flansch (7) befestigt ist, der stirnseitig mit dem Zylinder (1) der Zylinder-Kolben-Einheit oder mit einem daran befestigten Element verbunden ist.

6. Zylinder-Kolben-Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das der Stange bzw. dem Federstab (19) zugeordnete Teil (28) des Wegaufnehmers am Boden (32) einer axialen Vertiefung (33) im Federstab (19) befestigt ist, die Vertiefung (33) mit einem größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des rohrförmigen zweiten Teiles (29) des Wegaufnehmers gefertigt ist und das rohrförmige zweite Teil (29) des Wegaufnehmers zumindest teilweise axial in die Vertiefung (33) eingesteckt ist.

7. Zylinder-Kolben-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß an einem axial inneren Bereich der Kolbenstange (4), der Stange bzw. des Federstabes (19) ein Kraftmesser (Piezo-Unterlagscheibe 34) befestigt ist.

8. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmesser (Piezo-Unterlagscheibe 34) zwischen einer axialen Anlagefläche (20) eines vom inneren Bereich der Stange bzw. des Federstabes (4) radial vorstehenden Kragens (21) und einer axial inneren Stirnfläche der Kolbenstange (4) angeordnet ist.

9. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmesser eine Piezo-Unterlagscheibe (34) ist.

10. Zylinder-Kolben-Einheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kraftmesser radial außen an einem axial inneren Bereich der Stange bzw. des Federstabes befestigt ist, der in diesem Bereich gegenüber dem Durchmesser der Durchgangsöffnung radial verkleinert ist und axial daran angrenzend ringförmige Stützschultern aufweist, die an der Umfangsfläche der Durchgangsöffnung anliegen.