DE202012008320U1 - working cylinder - Google Patents

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Abstract

Arbeitszylinder, aufweisend ein Zylinderrohr (1) mit einer Stirnseite (4) und ein Verschlussteil (3) mit einem zylinderförmigem Ansatz (2) und einem Auflagekranz (5), wobei eine Kopplung des Zylinderrohrs (1) und des Verschlussteils (3) vorliegt, bei der das Zylinderrohr (1) von dem zylinderförmigem Ansatz (2) des Verschlussteils (3) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung eine Presspassung und eine Laserschweißnaht (11) kombiniert, wobei die Presspassung zwischen dem Zylinderrohr (1) und dem Verschlussteil (3) im Bereich des zylinderförmigen Ansatzes (2) als kraftschlüssige Verbindung vorliegt, mit der axiale Kräfte aufnehmbar sind und wobei die Laserschweißnaht (11), umlaufend in einer Nut 8, an einer Stoßstelle zwischen der Stirnseite (4) des Zylinderrohrs (1) und dem Auflagekranz (5) des Verschlussteils (3) als stoffschlüssige Verbindung angeordnet ist.Working cylinder, comprising a cylinder tube (1) with an end face (4) and a closure part (3) with a cylindrical projection (2) and a support collar (5), wherein there is a coupling of the cylinder tube (1) and the closure part (3), in which the cylinder tube (1) is received by the cylindrical projection (2) of the closure part (3), characterized in that the coupling combines a press fit and a laser weld (11), the interference fit between the cylinder tube (1) and the closure part (3) in the region of the cylindrical projection (2) is present as a frictional connection, with the axial forces can be accommodated and wherein the laser weld seam (11), circumferentially in a groove 8, at a joint between the end face (4) of the cylinder tube (1) and the support rim (5) of the closure part (3) is arranged as a cohesive connection.

Description

Die Erfindung betrifft eine kraft- und stoffschlüssige Kopplung von konzentrischen Maschinenelementen, nämlich die Kopplung eines Zylinderrohrs mit einem Verschlussteil hydraulischer oder pneumatischer Arbeitszylinder.The invention relates to a positive and cohesive coupling of concentric machine elements, namely the coupling of a cylinder tube with a closure part of hydraulic or pneumatic working cylinder.

Aus dem Stand der Technik sind hydraulische oder pneumatische Arbeitszylinder allgemein bekannt, die ein Zylinderrohr mit Verschlussteilen, ein Führungsverschlussteil, ein Bodenverschlussteil und einen Kolben an einer Kolbenstange aufweisen, deren Zylinderrohr über jeweils eine Gewindepaarung mit den Verschlussteilen gekoppelt ist.Hydraulic or pneumatic working cylinders are generally known from the prior art which have a cylinder tube with closure parts, a guide closure part, a bottom closure part and a piston on a piston rod, the cylinder tube of which is coupled to the closure parts via a thread pairing.

Bekannt sind ebenso Arbeitszylinder deren Zylinderrohr mit dem Bodenverschlussteil verschweißt und das Zylinderrohr über eine Gewindepaarung mit dem Führungsverschlussteil gekoppelt ist. Derartige Ausführungen von doppelt wirkenden hydraulischen Arbeitszylindern werden auch im Fachbuch Hydraulik: Hydraulik, Grundlagen, Komponenten, Schaltungen, Springer Verlag Berlin Heidelberg 3. Auflage 2007, auf Seite 155 genannt.Are also known working cylinder whose cylinder tube welded to the bottom closure part and the cylinder tube is coupled via a threaded pairing with the guide closure part. Such designs of double-acting hydraulic cylinders are also in the textbook hydraulics: hydraulics, fundamentals, components, circuits, Springer Verlag Berlin Heidelberg 3rd edition 2007, on page 155 called.

Das Verschweißen zweier konzentrisch zueinander passender Teile, von denen mindestens eines wenigstens teilweise als Hohlkörper oder rohrförmiger Körper ausgebildet ist, die an ihren Stirnseiten mittels einer V-förmigen Schweißnaht verbunden sind, wird in der Druckschrift DE 25 11 126 C2 beschrieben. Das erste Teil mit einer rundum laufenden Schräge an dessen Stirnfläche ist auf einen vorstehenden Bund des zweiten Teils mit einer, eine Schrägfläche aufweisenden Schulter aufgeschoben. Der von den Schrägflächen gebildete ringförmige Zwischenraum wird von der Schweißnaht, deren Symmetrieachse einen spitzen Winkel mit der Längsachse des rohrförmigen Körpers bildet, ausgefüllt. Mit der wesentlich größeren Dicke der Schweißnaht als die der Wandung des Rohrs soll die sonst zum Verschweißen erforderliche stärkere Dimensionierung des Zylinderrohrs vermieden werden.The welding of two concentrically matching parts, of which at least one is at least partially formed as a hollow body or tubular body, which are connected at their end faces by means of a V-shaped weld, is in the document DE 25 11 126 C2 described. The first part with an all-round bevel on the end face is pushed onto a projecting collar of the second part with a, an inclined surface having shoulder. The annular gap formed by the inclined surfaces is filled by the weld, whose axis of symmetry forms an acute angle with the longitudinal axis of the tubular body. With the much greater thickness of the weld than that of the wall of the pipe, the otherwise required for welding stronger dimensions of the cylinder tube should be avoided.

Infolge der bei herkömmlichen Schweißverfahren auftretenden und auf die zu verbindenden Teile einwirkenden hohen Temperaturen kann es, im Nahbereich der Schweißzone, im Inneren des Zylinderrohrs zu Beeinträchtigungen der Kolbengleitfläche durch Verzunderungen und Gefügeänderungen kommen, wodurch die Lebensdauer des Arbeitszylinders sinkt.As a result of the high temperatures occurring in conventional welding processes and acting on the parts to be joined may occur in the vicinity of the weld zone, inside the cylinder tube to impair the Kolbengleitfläche by scaling and microstructural changes, whereby the life of the working cylinder decreases.

Die Schweißnaht zum Verbinden des Verschlussteils eines Arbeitszylinders mit dem Zylinderrohr nimmt üblicherweise die bei dessen Betrieb auftretenden axialen Kräfte vollständig auf.The weld seam for connecting the closure part of a working cylinder to the cylinder tube usually completely absorbs the axial forces that occur during its operation.

Neben den Gefügeänderungen infolge des Verschweißens der Teile entstehen im Bereich der Schweißzone mehrachsige Spannungen, wodurch es in Abhängigkeit von den eingesetzten Materialien der miteinander verbundenen Teile sowie des verwendeten Schweißzusatzwerkstoffs in Folge der während des Betriebs des Arbeitszylinders auftretenden Kräften zu Sprödbrüchen im Bereich der Schweißnaht kommen kann.In addition to structural changes as a result of the welding of the parts, multiaxial stresses arise in the region of the welding zone, which can lead to brittle fractures in the region of the weld, depending on the materials used for the interconnected parts and the filler metal used as a result of the forces occurring during operation of the working cylinder ,

Herkömmliche Schweißverfahren sind zudem energie- und auf Grund des großen Volumens der Naht materialintensiv.Conventional welding processes are also energy-intensive and due to the large volume of the seam material-intensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kopplung eines Zylinderrohrs mit einem Verschlussteil hydraulischer oder pneumatischer Arbeitszylinder zu entwickeln, die zuverlässig die während des Betriebs des Arbeitszylinders auftretenden axialen Kräften aufnehmen kann und die mit geringen Material- und Fertigungskosten bereitgestellt werden kann.The object of the invention is to develop a coupling of a cylinder tube with a closure part of hydraulic or pneumatic working cylinder, which can reliably absorb the axial forces occurring during operation of the working cylinder and which can be provided with low material and manufacturing costs.

Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The problem is solved by the features listed in the protection claim 1. Preferred developments emerge from the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Kopplung eines Zylinderrohrs mit einem Verschlussteil eines Arbeitszylinders, kombiniert eine Presspassung zwischen dem Zylinderrohr und dem Verschlussteil mit einer Laserverschweißung des Zylinderrohrs mit dem Verschlussteil.A coupling according to the invention of a cylinder tube with a closure part of a working cylinder combines a press fit between the cylinder tube and the closure part with a laser welding of the cylinder tube to the closure part.

Das Zylinderrohr ist mit einem Verschlussteil gekoppelt, das einen zylinderförmigen Ansatz und am Übergang zum zylinderförmigen Ansatz einen Auflagekranz aufweist.The cylinder tube is coupled to a closure part which has a cylindrical projection and at the transition to the cylindrical projection a support ring.

Beim Koppeln des Zylinderrohrs mit dem Verschlussteil wird das Zylinderrohr über seine innere Oberfläche vom zylinderförmigen Ansatz aufgenommen, wobei eine Stirnseite des Zylinderrohrs dem Auflagekranz des Verschlussteils an einer Stoßstelle gegenüberliegend angeordnet ist und vorzugsweise in Berührungskontakt steht.When coupling the cylinder tube with the closure part, the cylinder tube is received on its inner surface of the cylindrical projection, wherein an end face of the cylinder tube is arranged opposite to the support ring of the closure part at a joint and preferably in touching contact.

Im Bereich des zylinderförmigen Ansatzes des Verschlussteiles und einem gegenüberliegenden Bereich der inneren Oberfläche des Zylinderrohrs besteht mittels Presspassung und dem damit erzielten Reibschluss eine kraftschlüssige Verbindung, mit der die beim Betrieb des Arbeitszylinders auftretenden axialen Kräfte aufnehmbar sind.In the region of the cylindrical projection of the closure part and an opposite region of the inner surface of the cylinder tube is by means of interference fit and the frictional engagement achieved with a frictional connection, with which the axial forces occurring during operation of the working cylinder can be accommodated.

An der Stoßstelle zwischen der Stirnseite des Zylinderrohrs und dem Auflagekranz des Verschlussteils ist eine umlaufende Nut angeordnet, in der eine Laserschweißnaht als stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Zylinderrohr und dem Verschlussteil eingebracht ist.At the junction between the end face of the cylinder tube and the support ring of the closure part, a circumferential groove is arranged, in which a laser weld as cohesive connection is inserted between the cylinder tube and the closure part.

Das Verhältnis der von der Presspassung und der Laserschweißnaht jeweils aufzunehmenden Anteile der axialen Kräfte lässt sich anpassen, indem das für die Größe des Reibschlusses zwischen dem Zylinderrohr und dem zylinderförmigen Ansatz am Verschlussteil maßgebliche Untermaß des Innendurchmessers des Zylinderrohrs und/oder das Übermaß des zylindrischen Ansatzes am Verschlussteil adäquat gewählt werden.The ratio of the axial forces to be respectively received by the press fit and the laser weld can be adjusted by the undersize of the inside diameter of the cylinder tube and / or the oversize of the cylindrical projection on the closure element which determines the size of the frictional engagement between the cylinder tube and the cylindrical projection Closing part can be adequately selected.

Das Laserschweißen gewährleistet mit der geringen Divergenz des Laserstrahls eine direkte Fokussierung auf die Schweißzone und somit eine enge regionale Begrenzung des thermischen Einflusses auf das Zylinderohr und das Verschlussteil im Bereich der Verbindung, wodurch die Verzunderung im Inneren des Zylinderrohrs vermieden wird.The laser welding ensures with the low divergence of the laser beam, a direct focus on the weld zone and thus a narrow regional limitation of the thermal influence on the cylinder tube and the closure part in the region of the compound, whereby the scaling is avoided in the interior of the cylinder tube.

Gefügeänderungen und mehrachsige Spannungen im Schweißbereich werden auf ein Minimum begrenzt.Structural changes and multiaxial stresses in the welding area are kept to a minimum.

Das Eigenspannungsverhalten und die Minderung der Wanddicke des Zylinderrohrs als auch die Dicke der Schweißnaht werden gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren wesentlich verringert.The residual stress behavior and the reduction in the wall thickness of the cylinder tube and the thickness of the weld are substantially reduced compared to conventional welding methods.

Durch die Kombination aus kraftschlüssiger Presspassung und stoffschlüssiger Schweißnaht kann ein Anteil der axialen Kräfte bereits von der Presspassung aufgenommen werden. Dies ermöglicht es, die Laserschweißverbindung schwächer auszulegen und die nachteiligen Wirkungen der Wärmebeaufschlagung weiter zu reduzieren. Insbesondere können Beeinträchtigungen der Gleitfläche an der Innenwand im Zylinderrohr durch Verzunderungen vermieden werden.Due to the combination of non-positive interference fit and cohesive weld, a proportion of the axial forces can already be absorbed by the press fit. This makes it possible to make the laser welding connection weaker and to further reduce the adverse effects of heat application. In particular, impairments of the sliding surface on the inner wall in the cylinder tube can be avoided by scaling.

Nach der vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 2 ist die Presspassung zwischen dem Zylinderrohr und dem zylinderförmigen Ansatz des Verschlussteils so bemessen, dass die während des Betriebs des Arbeitszylinders zwischen dem Zylinderrohr und dem Verschlussteil auftretenden axialen Kräfte partiell sowohl von der Presspassung als auch der Laserschweißnaht aufgenommen sind.According to the advantageous development according to claim 2, the interference fit between the cylinder tube and the cylindrical projection of the closure part is dimensioned such that the axial forces occurring between the cylinder tube and the closure part during operation of the working cylinder are partially absorbed by both the interference fit and the laser weld.

Mit der anteiligen Aufnahme der im Bereich zwischen dem Zylinderrohr und dem zylinderförmigen Ansatz des Verschlussteils auftretenden axialen Kräfte von der Presspassung und der Laserschweißnaht ist eine einfache Montage der zu koppelnden Teile möglich, da die für das Fügen des Zylinderrohrs mit dem Verschlussteil erforderliche Kraft mit üblichen Mitteln aufbringbar ist.With the proportionate inclusion of occurring in the area between the cylinder tube and the cylindrical projection of the closure axial forces of the press fit and the laser weld a simple assembly of the parts to be coupled is possible because the force required for joining the cylinder tube with the closure part by conventional means can be applied.

Es wurde überraschenderweise auch gefunden, dass es in einer Variante möglich ist, die Presspassung zwischen dem Zylinderrohr und dem zylinderförmigen Ansatz so auszuführen, dass der aus der Presspassung resultierende Reibschluss zwischen der inneren Oberfläche des Zylinderrohrs und dem zylinderförmigen Ansatz des Verschlussteils ausreicht, die während des Betriebs des Arbeitszylinders im Kopplungsbereich zwischen dem Verschlussteil und dem Zylinderrohr auftretenden axialen Kräfte vollständig aufzunehmen.It has also surprisingly been found that it is possible in a variant to carry out the interference fit between the cylinder tube and the cylindrical projection in such a way that the frictional engagement between the inner surface of the cylinder tube and the cylindrical projection of the closure part resulting from the press fit is sufficient Operation of the working cylinder in the coupling region between the closure member and the cylinder tube occurring axial forces completely absorb.

Die Laserschweißnaht an der Stoßstelle zwischen der Stirnseite des Zylinderrohrs und dem Auflagekranz des Verschlussteils dient in dieser Variante lediglich als zusätzliche Sicherheit und ist mit geringstmöglicher Tiefe und Breite ausgeführt.The laser weld at the joint between the end face of the cylinder tube and the support ring of the closure part is used in this variant only as additional security and is designed with the lowest possible depth and width.

Der Wärmeeintrag in das Zylinderrohr und das Verschlussteil wird damit auf ein Minimum gesenkt, wodurch auch die Wanddicke des Zylinderrohrs gering gehalten werden kann und durch das Laserschweißen bedingte Gefügeänderungen sowie mehrachsige Spannungen nahezu vollständig vermieden werden.The heat input into the cylinder tube and the closure part is thus reduced to a minimum, whereby the wall thickness of the cylinder tube can be kept low and caused by the laser welding structural changes and multiaxial stresses are almost completely avoided.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand vonThe invention will be described as an embodiment with reference to

1 Teilschnitt im Bereich der Verbindung eines Bodenverschlussteils mit einem Zylinderrohr eines Arbeitszylinders
näher erläutert. 1 Partial section in the region of the connection of a bottom closure part with a cylinder tube of a working cylinder
explained in more detail.

Nach dem in 1 dargestellten Teilschnitt eines Arbeitszylinders ist ein Zylinderrohr 1 von einen zylinderförmigen Ansatz 2 eines Verschlussteils 3, hier als Bodenverschlussteil, aufgenommen.After the in 1 shown partial section of a working cylinder is a cylinder tube 1 from a cylindrical approach 2 a closure part 3 , here as Bodenverschlussteil, added.

Eine Stirnseite 4 des Zylinderrohrs 1 steht an einer Stoßstelle mit einem Auflagekranz 5 neben einem Übergang zum zylinderförmigen Ansatz 2 des Verschlussteils 3 in Kontakt.A front page 4 of the cylinder tube 1 stands at a joint with a support rim 5 next to a transition to the cylindrical approach 2 of the closure part 3 in contact.

Zwischen dem zylinderförmigen Ansatz 2 des Verschlussteils 3 und einem gegenüberliegenden Bereich 6 einer Innenwand 7 des Zylinderrohrs 1 besteht aufgrund einer Presspassung Reibschluss.Between the cylindrical neck 2 of the closure part 3 and an opposite area 6 an interior wall 7 of the cylinder tube 1 exists due to a press fit frictional engagement.

An der Stoßstelle zwischen der Stirnseite 4 des Zylinderrohrs 1 und dem Auflagekranz 5 des Verschlussteils 3 ist eine umlaufende Nut 8 tulpenförmig ausgebildet, die aus einer ersten halben tulpenförmigen Nut 9 am Umfang der Stirnseite 4 des Zylinderrohrs 1 und einer, mit der ersten halben tulpenförmigen Nut 9 korrespondierenden, zweiten halben tulpenförmigen Nut 10 am Umfang des Auflagekranzes 5 des Verschlussteils 3 besteht.At the joint between the front side 4 of the cylinder tube 1 and the overlay wreath 5 of the closure part 3 is a circumferential groove 8th tulip-shaped, consisting of a first half tulip-shaped groove 9 on the circumference of the front side 4 of the cylinder tube 1 and one, with the first half tulip-shaped groove 9 corresponding, second half tulip-shaped groove 10 on the circumference of the overlay 5 of the closure part 3 consists.

In der umlaufenden tulpenförmigen Nut 8 an der Stoßstelle zwischen der Stirnseite 4 des Zylinderrohrs 1 und dem Auflagekranz 5 des Verschlussteils 3 ist eine Laserschweißnaht 11 angeordnet. In the circumferential tulip-shaped groove 8th at the joint between the front side 4 of the cylinder tube 1 and the overlay wreath 5 of the closure part 3 is a laser weld 11 arranged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zylinderrohrcylinder tube
22
zylinderförmiger Ansatzcylindrical approach
33
Verschlussteilclosing part
44
Stirnseitefront
55
Auflagekranzbearing ring
66
BereichArea
77
Innenwandinner wall
88th
Nutgroove
99
erste halbe tulpenförmige Nutfirst half tulip-shaped groove
1010
zweite halbe tulpenförmige Nutsecond half tulip-shaped groove
1111
Laserschweißnahtlaser weld

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 2511126 C2 [0004] DE 2511126 C2 [0004]

Claims (4)

Arbeitszylinder, aufweisend ein Zylinderrohr (1) mit einer Stirnseite (4) und ein Verschlussteil (3) mit einem zylinderförmigem Ansatz (2) und einem Auflagekranz (5), wobei eine Kopplung des Zylinderrohrs (1) und des Verschlussteils (3) vorliegt, bei der das Zylinderrohr (1) von dem zylinderförmigem Ansatz (2) des Verschlussteils (3) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung eine Presspassung und eine Laserschweißnaht (11) kombiniert, wobei die Presspassung zwischen dem Zylinderrohr (1) und dem Verschlussteil (3) im Bereich des zylinderförmigen Ansatzes (2) als kraftschlüssige Verbindung vorliegt, mit der axiale Kräfte aufnehmbar sind und wobei die Laserschweißnaht (11), umlaufend in einer Nut 8, an einer Stoßstelle zwischen der Stirnseite (4) des Zylinderrohrs (1) und dem Auflagekranz (5) des Verschlussteils (3) als stoffschlüssige Verbindung angeordnet ist.Working cylinder, comprising a cylinder tube ( 1 ) with a front side ( 4 ) and a closure part ( 3 ) with a cylindrical approach ( 2 ) and a support rim ( 5 ), wherein a coupling of the cylinder tube ( 1 ) and the closure part ( 3 ) is present, in which the cylinder tube ( 1 ) of the cylindrical approach ( 2 ) of the closure part ( 3 ), characterized in that the coupling is a press fit and a laser weld ( 11 ), wherein the interference fit between the cylinder tube ( 1 ) and the closure part ( 3 ) in the region of the cylindrical projection ( 2 ) is present as a frictional connection, with the axial forces are absorbable and wherein the laser weld ( 11 ), encircling in a groove 8th , at a joint between the front side ( 4 ) of the cylinder tube ( 1 ) and the support rim ( 5 ) of the closure part ( 3 ) is arranged as a cohesive connection. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die während des Betriebs des Arbeitszylinders zwischen dem Zylinderrohr (1) und dem Verschlussteil (3) auftretenden axialen Kräfte partiell sowohl von der Presspassung als auch der Laserschweißnaht (11) aufgenommen sind.Working cylinder according to claim 1, characterized in that during operation of the working cylinder between the cylinder tube ( 1 ) and the closure part ( 3 ) occurring axial forces partially from both the interference fit and the laser weld ( 11 ) are included. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (8) an der Stoßstelle zwischen der Stirnseite (4) des Zylinderrohrs (1) und dem Auflagekranz (5) des Verschlussteils (3) tulpenförmig ausgebildet ist und aus einer ersten halben tulpenförmigen Nut (9) am Umfang der Stirnseite (4) des Zylinderrohrs (1) und einer, mit der ersten halben tulpenförmigen Nut (9) korrespondierenden, zweiten halben tulpenförmigen Nut (10) am Umfang des Auflagekranzes (5) des Verschlussteils (3) besteht.Working cylinder according to claim 1 and 2, characterized in that the circumferential groove ( 8th ) at the joint between the front side ( 4 ) of the cylinder tube ( 1 ) and the support rim ( 5 ) of the closure part ( 3 ) is tulip-shaped and consists of a first half tulip-shaped groove ( 9 ) at the periphery of the front side ( 4 ) of the cylinder tube ( 1 ) and one, with the first half tulip-shaped groove ( 9 ) corresponding second half tulip-shaped groove ( 10 ) on the circumference of the support ring ( 5 ) of the closure part ( 3 ) consists. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die während des Betriebs des Arbeitszylinders zwischen dem Zylinderrohr (1) und dem Verschlussteil (3) auftretenden axialen Kräfte vollständig von der Presspassung aufgenommen sind.Working cylinder according to claim 1, characterized in that during operation of the working cylinder between the cylinder tube ( 1 ) and the closure part ( 3 ) occurring axial forces are completely absorbed by the press fit.
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