DE19853309C2 - Zylinder-Kolben-Einheit - Google Patents
Zylinder-Kolben-EinheitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Einheit mit den im Oberbegriff des
Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Eine derartige Zylinder-Kolben-Einheit ist in der DE 31 04 989 A1 als Servozylinder
ausgebildet, bei dem die Kolbenstange in einer axialen Durchgangsöffnung eine
Stange axial verstellbar aufnimmt, die von einer Feder in eine Ausgangslage bela
stet ist. Die beiden entgegengesetzt an den Kolben angrenzenden Arbeitskammern
sind in der Ausgangslage der Stange über eine Hauptverbindungsleitung verbun
den, die durch eine radiale Nut in der Stange sowie zwei radiale Öffnungen in der
Kolbenstrange verbunden und von einem ständigen Flüssigkeitsstrom durchströmt
sind, der weitgehend ungedrosselt ist, so dass in beiden Arbeitskammern etwa der
gleiche Druck wirkt. Beim axialen Verstellen der Stange gegenüber der Kolben
stange in eine vorgegebene Axiallage wird die Hauptverbindungsleitung geschlos
sen. Der Druck der direkt angeströmten Arbeitskammer erhöht sich dadurch und be
wirkt ein axiales Verstellen des Kolbens in eine dem axialen Verstellweg der Stange
entsprechenden Lage, in der die beiden Arbeitskammern wieder verbunden sind
und in diesen ein Druckausgleich erfolgt. Der Kolben verharrt dadurch in seiner ein
gestellten Axiallage. Auf diese Weise kann zwar mit einer kleinen Kraft an der Stan
ge diese in einem gewünschten Maß axial verstellt werden und der Kolben stellt sich
selbsttätig auf diese axiale Lage ein, eine unterschiedliche Belastung von An
schlussteilen ist jedoch damit nicht möglich. Ist das betreffende Anschlussteil axial
geführt bzw. gestützt und weicht die Führungsachse des Anschlussteiles auch nur
geringfügig von der Achse des Kolbens ab, so können der Kolben bzw. seine Kol
benstange und/oder das Anschlussteil in der betreffenden Führung verzwängt
werden. Das Anschlussteil bzw. der Kolben ist dann in einer von der gewünschten
Belastung abweichenden Weise belastet.
Zylinder-Kolben-Einheiten können unterschiedlich beispielsweise als Hydraulikzylin
der oder Pneumatikzylinder ausgebildet sein, die bei Bauteiluntersuchungen zur Be
lastung von mit der Kolbenstange verbundenen Anschlussteilen verwendet sind. Der
Verstellweg des Anschlussteiles und/oder die von der Kolbenstange auf das An
schlussteil übertragene Kraft kann über eine entsprechende Messeinrichtung erfasst
sein. In dem Datenblatt D 25.18.1 der Firma Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
in Darmstadt ist ein Einbaubeispiel eines Hydraulikzylinders angegeben, bei dem
der Kolben und die Kolbenstange von innen mit einer axialen Vertiefung ausgebildet
sind und zwischen dem Boden der Vertiefung und einem Stirnbereich des Zylinders
ein Wegmesser angeordnet ist. Soll beispielsweise bei feststehend angeordneter
Zylinder-Kolben-Einheit auf das Anschlussteil eine vorgegebene Kraft übertragen
werden und ist das Anschlussteil verstellbar geführt, so können Klemm- und/oder
Reibkräfte bzw. Verspannungen oder Verzwängungen in der Führung des An
schlussteiles und/oder der Kolbenstange auftreten, die das Untersuchungsergebnis
verfälschen. Der Verschleiß an der Kolbenstange und am Anschlussteil ist erhöht
und für den Hydraulikzylinder ist eine entsprechend größere Leistung erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Zylinder-Kolben-Einheit mit den
Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, die eine günstige
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.
Die Kolbenstange ist somit nicht direkt sondern über eine Stange mit dem An
schlussteil verbunden, die axial in die Durchgangsöffnung in der Kolbenstange ein
gesteckt und an dem vom Anschlussteil abgewandten Stirnbereich der Kolben
stange mit dieser verbunden ist. Die Stange erstreckt sich entlang der Durchgangs
öffnung zum anderen, dem Anschlussteil zugewandten Stirnbereich und weist zu
mindest in diesem Stirnbereich der Kolbenstange einen radialen Abstand zur Um
fangswand der Durchgangsöffnung auf. Nachdem die Stange entweder winkelver
stellbar gelenkig oder fest mit der Kolbenstange verbunden ist und bei einer festen
Verbindung zumindest bereichsweise radial elastisch ausgebildet ist, kann der dem
Anschlussteil zugewandte Bereich der Stange bei einer axialen Belastung des Anschlussteiles
radial ausweichen und sich beispielsweise auf die Verstellbarkeit
eines separat axial verstellbar geführten Anschlussteiles einstellen. Nach einem vor
gegebenen radialen Ausweichweg kann ein Umfangsbereich der Stange an einer
Umfangswand der Durchgangsöffnung zur Anlage kommen, die dann die Stange
radial stützt. Der zur Anlage kommende Bereich kann elastisch ausgebildet sein.
Durch das radiale Ausweichen bzw. Winkeleinstellen der Stange auf das Anschluss
teil werden Klemm- und/oder Reibkräfte bzw. Verspannungen oder Verzwängungen
in der Führung der Kolbenstange und gegebenenfalls des Anschlussteiles weitge
hend oder vollständig 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 vorstehenden
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 unterschiedlicher
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 (10)
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 eine axiale Durchgangsöffnung
aufweist und durch eine Zylinderöffnung zu einem äußeren Anschlussteil
vorsteht, wobei in die Durchgangsöffnung eine Stange eingesteckt ist, die an
einem Endbereich mit der Kolbenstange und am anderen Endbereich mit
dem Anschlussteil verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (35, Federstab 19) mit dem vom
Anschlussteil (40) abgewandten Stirnbereich der Kolbenstange (4, 4') winkel
verstellbar gelenkig oder fest verbunden ist und bei einer festen Verbindung
zumindest bereichsweise radial elastisch ausgebildet ist, und sich die Stange
(35, Federstab 19) von diesem Stirnbereich bis zu dem anderen, dem An
schlussteil (40) zugewandten Stirnbereich (23) der Kolbenstange (4, 4') er
streckt und in diesem anderen Stirnbereich (23) einen radialen Abstand von
der inneren Umfangsfläche (27, 27') der Durchgangsöffnung (18) aufweist,
wodurch die Stange (35, Federstab 19) bei auf das Anschlussteil (40) einwir
kenden axialen Zug- oder Druckbelastungen mit ihrem dem Anschlussteil
(40) zugewandten Ende 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 zwischen Kolbenstange (4) und der
Stange bzw. des Federstabes (19) ein Kraftmesser (
34) befestigt ist.
8. Zylinder-Kolben-Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kraftmesser 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.
Priority Applications (1)
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DE1998153309 DE19853309C2 (de) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | Zylinder-Kolben-Einheit |
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ID=7888295
Family Applications (1)
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DE1998153309 Expired - Fee Related DE19853309C2 (de) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | Zylinder-Kolben-Einheit |
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1998
- 1998-11-19 DE DE1998153309 patent/DE19853309C2/de not_active Expired - Fee Related
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