DE202021003747U1

DE202021003747U1 - Arbeitszylinder

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Publication number: DE202021003747U1
Application number: DE202021003747.0U
Authority: DE
Original assignee: Buemach Engineering International BV
Current assignee: Buemach Engineering International BV
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2031-12-11

Abstract

Arbeitszylinder,
aufweisend einen Zylinder (1) und eine Kolbeneinheit (2),
wobei der Zylinder (1) ein Zylinderrohr (3), ein Verschlussteil (4a) und ein weiteres Verschlussteil (4b) aufweist,
wobei das Zylinderrohr (3) ein Zylinderrohrende (5a) und ein weiteres Zylinderrohrende (5b) aufweist, wobei das Verschlussteil (4a) an dem Zylinderrohrende (5a) und das weitere Verschlussteil (4b) an dem weiteren Zylinderrohrende (5b) angeordnet ist,
und wobei das Zylinderrohr (3) und die Verschlussteile (4a, 4b) einen Zylinderinnenraum (6) ausbilden,
wobei die Kolbeneinheit (2) in dem Zylinderinnenraum (6) mindestens einen Arbeitsraum (6.1) ausbildet,
und wobei das Verschlussteil (4a) einen Schaftabschnitt (4a.1) und das Zylinderrohr (3) einen Zylinderrohrendabschnitt (5a.1) aufweist und wobei der Schaftabschnitt (4a.1) und der Zylinderrohrendabschnitt (5a.1) einen Kopplungsabschnitt (7a) ausbilden,
wobei in dem Kopplungsabschnitt (7a) das Verschlussteil (4a) mit dem Schaftabschnitt (4a.1) in das Zylinderrohr (3) in dem Zylinderrohrendabschnitt (5a.1) axial eingeschoben ist und der Kopplungsabschnitt eine proximale Zone (7a.1) und eine distale Zone (7a.2) aufweist,
wobei der Schaftabschnitt (4a.1) eine Konizität aufweist,
wobei der Schaftabschnitt (4a.1) zumindest abschnittsweise ein Übermaß gegenüber einem Innendurchmesser des Zylinderrohrs (3) aufweist und wobei das Zylinderrohr (3) dort eine elastische Umfangsdehnung aufweist, wobei der Kopplungsabschnitt (7a) ausgebildet ist, das Verschlussteil (4a) und das Zylinderrohr (3) axial kraftschlüssig und formschlüssig zu koppeln.
sowie wobei das Zylinderrohrende (5a) mit dem Verschlussteil (4a) mittels einer umlaufenden Ringschweißnaht (8a) stoffschlüssig verbunden ist und
wobei die Ringschweißnaht (8a) als Laserschweißnaht ausgebildet ist und eine druckmitteldichte Dichtebene ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder, insbesondere einen hydraulischen Arbeitszylinder, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Aus dem Stand der Technik sind Arbeitszylinder als solche bekannt. Hierbei weisen die Arbeitszylinder regelmäßig ein Zylinderrohr sowie Verschlussteile auf.
Gemäß dem Stand der Technik erfolgt die Fertigung solcher Arbeitszylinder beispielsweise durch ein Verschrauben der Verschlussteile mit dem Zylinderrohr. Solche Arbeitszylinder werden auch als Schraubzylinder bezeichnet.
Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Bodenverschlussteil mit dem Zylinderrohr durch MAG-Schweißen zu verbinden und dann lediglich das Führungsverschlussteil zu verschrauben.
Das Gewinde von Zylinderrohr und Verschlussteilen wird in der Regel durch ein spanendes Verfahren erzeugt.
Sowohl Schraubzylinder als auch Zylinder mit Verschraubung nur eines Verschlussteils und MAG-Verschweißung des anderen Verschlussteils werden nach dem Stand der Technik in hoher Qualität bereitgestellt und haben sich als hochwertige und zuverlässige Produkte bewährt.
Fertigungsseitig ist es dabei nachteilig, dass bei dem Zylinderrohr eine Zulage der der Rohrwandstärke für das subtraktiv einzubringende Gewinde vorgesehen werden muss, weil das Gewinde das Zylinderrohr im Gewindebereich zwangsläufig schwächt. Es muss daher eine Rohrwandstärke vorgesehen werden, die für die Aufnahme der Kräfte im Arbeitsbetrieb, insbesondere der Kräfte durch den Betriebsdruck des Fluids, erheblich überdimensioniert ist. Nachteilig bedingt dies einen erhöhten Materialverbrauch und ein erhöhtes Endgewicht des Arbeits. zylinders. Weiterhin ist es fertigungstechnisch schwierig, die Gewinde der Verschlussteile und des Zylinderrohrs so aufeinander abzustimmen, dass im Falle einer gewünschten besonderen Winkelstellung der Verschlussteile zueinander oder zu dem Zylinderrohr ein geeignetes Anzugdrehmoment beim Verschrauben anliegt.
WO 2021/089069 A1 beschreibt eine Lösung, mit der zahlreiche Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Diese Lösung zeigt einen Arbeitszylinder, bei dem beide Verschlussteile mit dem Zylinderrohr mit einer umlaufenden Laserschweißnaht gekoppelt sind. Diese Lösung ist fertigungstechnisch insofern anspruchsvoll, als einerseits die Laserschweißnaht ausreichend stark dimensioniert sein muss, um die Kräfte zwischen dem Zylinderrohr und dem betreffenden Verschlussteil auch bei vollem Betriebsdruck aufnehmen zu können und andererseits die bei dem Schweißen eingebrachte Streckenenergie ausreichend gering sein muss, um thermisch sensible Bauteile wie Dichtungen oder Führungen thermisch nicht zu stark zu belasten
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Arbeitszylinder bereitzustellen, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, kostengünstig herstellbar sowie hoch belastbar ist.
Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder weist als Grundelemente einen Zylinder und eine Kolbeneinheit auf und ist insbesondere durch einen besonderen Kopplungsabschnitt gekennzeichnet.
Der Zylinder des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders weist ein Zylinderrohr, ein Verschlussteil und ein weiteres Verschlussteil auf.
Das Zylinderrohr weist, wie an sich bekannt mit einem Zylinderrohrende und einem weiteren Zylinderrohrende zwei gegenüberliegende Zylinderrohrenden auf. An dem Zylinderrohrende ist das Verschlussteil und an dem weiteren Zylinderrohrende das . weitere Verschlussteil angeordnet. Nachfolgend werden das Zylinderrohrende und das weitere Zylinderrohrende zusammengefasst auch als die Zylinderrohrenden sowie das Verschlussteil und das weitere Verschlussteil zusammengefasst auch als die Verschlussteile bezeichnet. Das Zylinderrohr und die hieran angeordneten Verschlussteile bilden einen Zylinderinnenraum aus.
Die Kolbeneinheit bildet in dem Zylinderinnenraum mindestens einen Arbeitsraum aus. Die Kolbeneinheit ist bevorzugt als eine Baugruppe aus Kolben und Kolbenstange ausgebildet, wobei die Kolbenstange eines der Verschlussteile, das dann als Führungsverschlussteil vorliegt, gleitend durchsetzt. Die Kolbeneinheit kann aber beispielsweise auch als Plungerkolben oder als eine Kolbeneinheit eines Gleichgangzylinders vorliegen.
Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder ist zudem durch einen in besonderer Weise ausgebildeten Kopplungsabschnitt gekennzeichnet.
Der Kopplungsabschnitt weist erfindungsgemäß das Verschlussteil, das Zylinderrohrende sowie eine dort angeordnete Ringschweißnaht auf. Das Zylinderrohr und das Verschlussteil werden zusammen auch als die Kopplungspartner bezeichnet.
Im Bereich des Kopplungsabschnitts weist das Verschlussteil einen Schaftabschnitt und das Zylinderrohr eine Zylinderrohrendabschnitt auf. Der Schaftabschnitt und der Zylinderrohrendabschnitt bilden zusammen den Kopplungsabschnitt aus.
Der Kopplungsabschnitt weist eine proximale Zone und eine distale Zone auf. Die proximale Zone und die distale Zone schließend axial aneinander unmittelbar an. Die Richtungs- und Lageangabe proximal wird vorliegend in Richtung der Mitte des Arbeitszylinders weisend und die Richtungs- und Lageangabe distal als die entgegengesetzte Richtungs- und Lageangabe, also in der von der Mitte des Arbeitszylinders wegweisenden Richtung verstanden.
Hierbei ist erfindungsgemäß in dem Kopplungsabschnitt das Verschlussteil mit seinem Schaftabschnitt in das Zylinderrohr in dessen Zylinderrohrendabschnitt axial eingeschoben. Damit umfasst der Zylinderrohrendabschnitt den Schaftabschnitt wie eine Hülse.
Erfindungsgemäß weist der Schaftabschnitt eine Konizität auf. Ferner weist der Schaftabschnitt zumindest abschnittsweise ein Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohrs auf. Das Übermaß korreliert mit der Konizität. Es ist im Bereich des verdickten Abschnitts der Konizität am größten und reduziert sich in Richtung des verjüngten Abschnitts der Konizität. Hierbei ist es auch möglich, dass das Übermaß nicht über den gesamten axialen Bereich reicht und insbesondere in axialen Teilabschnitten des verjüngten Bereichs keine Konizität mehr vorliegt.
Erfindungsgemäß ist das Zylinderrohrende mit dem Verschlussteil zudem mittels einer umlaufenden Ringschweißnaht stoffschlüssig verbunden. Die Ringschweißnaht ist als eine Laserringschweißnaht ausgebildet. Die Laserringschweißnaht bildet zudem eine druckmitteldichte Dichtebene aus. Die Ringschweißnaht kann dabei radial, axial oder auch geneigt zur Hauptlängsachse angeordnet sein. Die umlaufende Ringschweißnaht dient der stoffschlüssigen und druckdichten Verbindung der beiden Fügepartner gegenüber dem Druckmedium sowie vorzugsweise zur Aufnahme der Spitzenlast während des Betriebs.
Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt der Erfindung weist der Schaftabschnitt eine distal abfallende Konizität auf. Als distal abfallende Konizität wird dabei verstanden, dass sich der Außendurchmesser des Schaftabschnitts, nachfolgend Schaftaußendurchmesser bezeichnet, in axial exzentrischer Richtung verringert. Somit ist der Schaftabschnitt mit dem Abschnitt des größeren Außendurchmessers voran in den Zylinderrohrendabschnitt eingeschoben. Die Konizität liegt vorzugsweise in der Weise vor, dass der Schaftabschnitt eine Mantelfläche eines Kegelstumpfes darstellt, so dass sich der Außendurchmesser in distaler Richtung linear reduziert. Als Konizität im Sinne der vorliegenden Erfindung werden aber auch . anderen Formen des Schaftabschnitts verstanden, bei denen der Außendurchmesser eine Reduzierung von proximal nach distal aufweist.
Ferner weist erfindungsgemäß der Schaftaußendurchmesser in einer proximalen Zone des Kopplungsabschnitts ein Übermaß gegenüber einem Innendurchmesser des Zylinderrohrs auf. So ist das zur Mitte des Arbeitszylinders zeigende Ende des Schaftabschnitts des Verschlussteils mit einem Übermaß des Außendurchmessers gegenüber dem Zylinderrohrinnendurchmessers ausgebildet. Dieses Übermaß reduziert sich axial entlang der Hauptlängsachse des Arbeitszylinders.
Das Zusammenwirken der distal abfallenden Konizität und des Übermaßes gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohrs bewirkt bei dem Fügen der beiden Kopplungspartner, wenn also das Zylinderrohr über den Schaftabschnitt des Verschlussteil geführt wird, eine Aufweitung des Zylinderrohrs entlang des Umfangs. Die Aufweitung erfolgt erfindungsgemäß im elastischen Bereich des Zylinderrohrmaterials. Somit liegt erfindungsgemäß in der proximalen Zone eine elastische Umfangsdehnung vor. Die Umfangsdehnung reduziert sind distal betrachtet entsprechend der in dieser Richtung abfallend Konizität. Vorzugsweise reduziert sich die Umfangsdehnung infolge der distal abfallenden Konizität soweit, dass in einer distalen Zone die Umfangsdehnung bis auf den Wert Null reduziert ist. Die distale Zone schließt sich in axialer distaler Richtung an die proximale Zone an. Möglich ist es ferner, dass die elastische Umfangsdehnung lediglich reduziert ist. Als Abgrenzungskriterium zwischen der proximalen Zone und der distalen Zone wird vorliegend verstanden, dass die höchste elastische Umfangsdehnung der distalen Zone maximal 50 % der höchsten elastischen Umfangsdehnung der proximalen Zone beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die minimale elastische Umfangsdehnung der distalen Zone maximal 20 % der maximalen elastischen Umfangsdehnung der proximalen Zone.
Aufgrund der erhöhten Zugspannung des Zylinderrohrmaterials entlang des Umfangs in der proximalen Zone schmiegt sich das Zylinderrohr an den konischen Schaftabschnitt an und bildet eine hybride formschlüssige und kraftschlüssige Verbindung aus. Diese hybride Verbindung bietet vorzugsweise für sich allein eine ausreichende Verbindungskraft zwischen den beiden Kopplungspartnern, um die Zugkräfte bei dem Betrieb des Hydraulikzylinders abzusichern.
Die erfindungsgemäße Kopplung weist insbesondere die nachfolgend beschriebenen besonderen Vorteile auf.
Es wurde überraschend eine Lösung gefunden, mit konstruktiv einfachen Mittel eine hoch belastbare Kopplung zwischen dem Zylinderrohr und dem betreffenden Verschlussteil bereitzustellen.
Vorteilhaft wirken hier eine kraftschlüssige, eine formschlüssige und eine stoffschlüssige Verbindung zusammen und ermöglichen die Aufnahme besonders hoher axialer Zugkräfte.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Herstellung der Konizität an dem Schaftabschnitt des Verschlussteils fertigungsseitig praktisch keinen Mehraufwand gegenüber bekannten Lösungen erfordert. Zugleich kann das Zylinderrohr ohne jede zusätzliche Bearbeitung verbleiben.
Zudem wurde vorteilhaft eine erfindungsgemäße Lösung gefunden, bei der die Konizität so ausgebildet werden kann, dass der Zylinderrohrendabschnitt in der distalen Zone, also auch im Bereich der Laserringschweißnaht, eine nur geringe oder keine elastische Umfangsdehnung aufweist. Damit liegen nur sehr geringe oder keine Zugspannungen in Umfangsrichtung vor. Kommt es zu einer axialen Zugspannung im Bereich der Laserringschweißnaht infolge hoher Betriebsdrücke, werden damit mehrachsige Spannungen im Material des Zylinderrohrendes vermieden. Damit ist vorteilhaft eine höhere axiale Zugkraftaufnahme bei ansonsten gleichen Bedingungen wie insbesondere Zylinderrohrdicke und Schweißnahtausbildung möglich.
Zudem werden so etwaige Maßtoleranzen des Innendurchmessers des Zylinderrohrs ohne weitere Zusatzmaßnahmen ausgeglichen.
Zugleich ist es vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Kopplung sowohl zwischen dem Zylinderrohr und einem Bodenverschlussteil als auch zwischen dem Zylinderrohr und einem Führungsverschlussteil möglich ist.
Gemäß einem alternativen Aspekt der Erfindung weist der Schaftabschnitt eine distal ansteigende Konizität auf. Als distal ansteigende Konizität wird dabei verstanden, dass sich der Schaftaußendurchmesser in axial exzentrischer Richtung vergrößert. Somit ist der Schaftabschnitt mit dem Abschnitt des verjüngten Außendurchmessers voran in den Zylinderrohrendabschnitt eingeschoben.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung besteht ein besonderer Vorteil der Montageerleichterung, da die zentrische Positionierung des Verschlussteils zu dem Zylinderrohr und damit das Fügen der Kopplungspartner erleichtert wird. Auch bei dieser Ausbildung werden etwaige Maßtoleranzen des Innendurchmessers des Zylinderrohrs ohne weitere Zusatzmaßnahmen ausgeglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil eine axiale Verschlussteilringfläche und das Zylinderrohr eine axiale Zylinderrohringfläche aufweist. Die beiden Ringflächen bilden zudem eine gemeinsame Ringkontaktfläche aus. Die Ringschweißnaht ist radial an der Ringkontaktfläche angeordnet. Das Zylinderrohr und das Verschlussteil werden an der Kontaktfläche verschweißt. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung werden die Druckfestigkeit und die Druckdichtigkeit hergestellt.
Vorteilhaft bilden so die Zylinderrohrringfläche und die axiale Verschlussteilringfläche bei dem Fügen zueinander einen axialen Anschlag aus, so dass eine zuverlässige axiale Festlegung der Lagebeziehung zwischen den Kopplungspartnern bereits vor dem Verschweißen vorliegt. Zudem ist es auf diese Weise möglich, vor oder während des Verschweißens eine Druckvorspannung vorzusehen.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität des Schaftabschnitts einen Konizitätswinkel alpha aufweist, wobei alpha 0,1 bis 1 Grad zu der Hauptlängsachse beträgt.
Der Winkel alpha bildet in Abzugsrichtung einen Hinterschnitt. Der Hinterschnitt dient einer formschlüssigen Verbindung mit einem entsprechenden Fügepartner. Durch den Formschluss wird ein permanenter Zusammenhalt der Fügepartner erreicht. Aufgrund des Hinterschnitts ist die Fügekraft geringer als die Abzugskraft.
Es wurde gefunden, dass bei einem Konizitätswinkel alpha von 0,1 bis 1 Grad sowohl ein vorteilhaftes Maß der elastischen Umfangsdehnung des Zylinderrohrendabschnitt in der proximalen Zone als auch zugleich eine geringe oder keine elastische Umfangsdehnung des Zylinderrohrendabschnitts in der distalen Zone erreicht werden kann. Dies ermöglicht gleichzeitig eine hochbelastbare kraftschlüssige und formschlüssige Kopplung und eine Vermeidung mehrachsiger Materialspannungen im Bereich der Ringschweißnaht.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Umfangsdehnung des Zylinderrohrs in der proximalen Zone 0,02 % bis 0,5 % beträgt.
Die Umfangsdehnung in diesem Bereich liegt für den verwendeten Stahl im elastischen Bereich, unterhalb der Grenze zum plastischen Bereich. Dadurch wird beim Fügen aufgrund der entstandenen Umfangsspannung eine Kraft aufgebaut, die dem Formschluss mit dem winkligen Verschlussteil unterstützt.
Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil einen höheren Elastizitätsmodul als das Zylinderrohr aufweist.
Die Kombination des Winkels Alpha am Verschlussteil mit dem Innendurchmesser des Zylinderrohrs und dessen Umfangsdehnung erfordert eine bestimmte Materialpaarung. Das Verschlussteil soll eine entsprechende Härte aufweisen, damit der konische Schaftabschnitt den Fügevorgang übersteht, um den Hinterschnitt auch nach dem Fügevorgang zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu muss sich das Zylinderrohr ausreichend dehnen, um sich an den Hinterschnitt anzuschmiegen. Daraus ergibt sich dann der Formschluss. Daher weisen die beiden Kopplungspartner vorzugsweise unterschiedliche Materialhärten und Elastizitäten auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil eine Verschlussteileinlauffase oder das Zylinderrohr eine Zylinderrohreinlauffase aufweist.
Für einen einfachen Fügevorgang, sodass sich die beiden Kopplungspartner lagerichtig finden, ist am Verschlussteil eine Außenfase und alternativ oder kumulativ am Zylinderrohr eine Innenfase angebracht. Zudem begünstigt das aneinander Abgleiten der beiden Fasen den Aufweitungsprozess des Zylinderrohrs.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderrohrringfläche einen Neigungswinkel beta aufweist, wobei beta 0,1 bis 1 Grad beträgt.
Gemäß dieser Weiterbildung korrespondiert der Neigungswinkel beta vorzugsweise mit dem Konizitätswinkel alpha. Der Weiterbildung liegt zu Grunde, dass sich in einem Schnitt betrachtet das Zylinderrohr infolge der elastischen Umfangsdehnung in der proximalen Zone in dem Konizitätswinkel alpha an den Schaftabschnitt des Verschlussteils anlegt. Somit neigt sich in diesem Winkel zugleich die axiale Zylinderrohrringfläche. Sie würde dadurch zu einer orthogonal zu einer Hauptlängsachse angeordneten axialen Verschlussteilringfläche einen sich keilförmig in radial zentrischer Richtung aufweitenden Spalt ausbilden. Durch die hier vorliegende Weiterbildung wird der Winkel korrigiert und es wird eine Planparallelität zwischen der axialen Zylinderrohrringfläche und der axialen Verschlussteilringfläche hergestellt und so eine hochfeste und dichtende Laserringschweißnaht ermöglicht.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

1 schematische Schnittdarstellung eines Arbeitszylinders mit überhöhter Darstellung des Konizitätswinkels mit distal abfallender Konizität
2 Vergrößerungsausschnitt eines Kopplungsabschnitts mit überhöhter Darstellung des Konizitätswinkels
3 Schnittdarstellung eines Arbeitszylinders sowie Vergrößerungsausschnitt
4: Schnittdarstellung eines Arbeitszylinders mit distal ansteigender Konizität sowie Vergrößerungsausschnitt
5 Schnittdarstellung eines Arbeitszylinders mit Darstellung eines weiteren Kopplungsabschnitts

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.
Die 1 stellt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ende eines Arbeitszylinders 1 dar.
Der Arbeitszylinder 1 weist die Kolbeneinheit 2, das Zylinderrohr 3 und das Verschlussteil 4a auf. Das Zylinderrohr 3 weist zwei Öffnungen auf, wovon eine mit dem Verschlussteil 4a und die zweite mit dem weiteren Verschlussteil 4b verschlossen ist. Das weitere Verschlussteil 4b wird bei dem fertig montierten Arbeitszylinder 1 von der Kolbeneinheit 2 gleitend durchsetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kolbeneinheit 2 zweiteilig ausgebildet und setzt sich aus der Kolbenstange und dem Kolben zusammen. Die Kolbeneinheit 2 bewegt sich im Zylinderinnenraum 6 und bildet dort den Arbeitsraum 6.1 aus.
Das Verschlussteil 4a ist an dem Zylinderrohrende 5a angeordnet.
Zur Montage des Arbeitszylinders 1 wird das Zylinderrohr 3 auf das Verschlussteil 4a aufgeschoben. Dabei wird kraftgetrieben ein Fügeweg überwunden. Hierzu werden das Verschlussteil 4a und das Zylinderrohr 3 mit der Verschlusseinlauffase 4a.3 und der Zylinderrohreinlauffase 5a.3 in Kontakt gebracht. Die Fasen dienen zur genaueren Positionierung der Kopplungspartner 4a, 3 zueinander. Bei axialer Fügebewegung gleitet der Zylinderrohrendabschnitt 5a.1 über den Schaftabschnitt 4a.1 des Verschlussteils 4a. Dabei wird der Zylinderrohrendabschnitt 5a.1 elastisch aufgeweitet und schmiegt sich um den Schaftabschnitt 4a.1 des Verschlussteils 4a, wobei der Schaftabschnitt in distaler Richtung um den Konizitätswinkel α aufgeweitet ist und somit in der proximalen Zone 7a.1 gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohrs 3 ein Übermaß aufweist. Dabei in dem Kopplungsabschnitt 7a der Zylinderrohrendabschnitt 5a. 1 in der proximalen Zone 7a. 1 aufgeweitet.
Die Aufweitung stellt einen auch in axialer Richtung wirkenden Formschluss zwischen den Kopplungspartnern 4a, 3 bereit. Der Formschluss wirkt mit dem ebenfalls axial wirkenden Kraftschluss infolge der Haftreibung zwischen der Innenmantelfläche des Zylinderrohrs 3 im Bereich des Zylinderrohrendabschnitts 5a.1 und der konischen Außenmantelfläche des Schaftabschnitts 4a.1 des Verschlussteils 4a zusammen.
Die beiden Fügepartner werden kraftunterstützt so lange gefügt, bis die Zylinderrohrringfläche 5a.2 auf der Verschlussteilringfläche 4a.2 aufliegt. Die beiden Ringflächen 4a.2, 5a.2 sind jeweils die zur Hauptlängsachse 9 senkrechten Abschlussflächen der Fügepartner in axialer Richtung. Mit dem Kontakt der beiden Ringflächen 4a.2, 5a.2 ist der Fügevorgang abgeschlossen.
Zum stoffschlüssigen und druckdichten Verschließen des Zylinders 1 wird in Höhe der Ringflächen 4a.2, 5a.2 umlaufend und senkrecht zur Hauptlängsachse 9, am Umfang des Zylinderrohrs 3 eine Ringschweißnaht 8a eingebracht.
2 zeigt einen Vergrößerungsausschnitt aus 1, wobei hier der Konizitätswinkel alpha ebenfalls mehrfach überhöht dargestellt ist. Der Konizitätswinkel alpha beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,2 Grad. Dabei wird durch die Konizität im proximalen Abschnitt 7a.1 des Kopplungsabschnitts 7a ein Übermaß des Außendurchmessers des Schaftabschnitts 4a.1 gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohrs 3 bereitgestellt. Infolge dieses Übermaßes weist das Zylinderrohr 3 in dem Zylinderrohrendabschnitt 5a.1 eine elastische Umfangsdehnung auf, die in distaler Richtung abnimmt. Die Geometrie der Konizität ist so ausgebildet, das in der distalen Zone 7a.2 am Fuß des Schaftabschnitts 4a.1 kein Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohrs 3 vorliegt, so dass dort, in der distalen Zone des Kopplungsabschnitts 7a keine elastische Umfangsdehnung des Zylinderrohrs 3 vorliegt.
Weiterhin zeigt 2 den im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Neigungswinkel beta der Zylinderrohrringfläche 5a.2. Der Neigungswinkel beta beträgt im Ausführungsbeispiel 0,2 Grad und stimmt in dieser Ausführung mit dem Betrag des Konizitätswinkels alpha überein. Der Neigungswinkel beta gleicht die Schrägstellung der Zylinderrohrwandung infolge der über den Schaftabschnitt 4a.1 ungleichen und distal abnehmenden elastischen Umfangsdehnung aus. Die Zylinderrohrringfläche 5a.2 liegt somit exakt plan auf der Verschlussteilringfläche 4a.2 auf, so dass dort eine über die gesamte Schweißnahttiefe hoch belastbare Ringschweißnaht 8a als Laserringschweißnaht angeordnet werden kann. Zugleich ist die Laserringschweißnaht frei von einer über dem Umfang wirkenden Zugspannung im Material des Zylinderrohrs 3.
3 zeigt ergänzend eine Schnittdarstellung ohne Überhöhung des Konizitätswinkels alpha, so dass der konische Schaftabschnitt des Verschlussteils 4a im Wesentlichen zylindrisch erscheint.
In der Darstellung gemäß 3 sind das Zylinderrohr 3 und das Verschlussteil 4a noch nicht gekoppelt, so dass der Schaftabschnitt 4a1 noch nicht in das Zylinderrohr 3 in dem Zylinderrohrendabschnitt 5a1 eingeschoben ist. 3 zeigt insbesondere die Anordnung und Lagebeziehungen der Verschlussteilringfläche 4a.2 und der sowie der Verschlussteileinlauffase 4a.3 und der Zylinderrohreinlauffase 5a.3.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer distal ansteigenden Konizität des Schaftabschnitts 4a1. Hierbei liegt in der proximalen Zone 7a.1 der verjüngte und in der distalen Zone 7a.2 der vergrößerte Schaftaußendurchmesser vor. Entsprechend ist der Konizitätswinkel alpha in entgegengesetzter Richtung aufgespannt wie in dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2. Bei einem exakt orthogonal abgelängtem Zylinderrohr 3 öffnet sich aufgrund der elastischen Dehnung des Zylinderrohrs 3 der Neigungswinkel beta nach außen, so dass das tiefe Eindringen eines Laserstahls in die Stoßfuge zwischen der Verschlussteilringfläche 4a.2 und der Zylinderrohrringfläche 5a.2 bei dem Verschweißen begünstigt wird und eine besonders belastbare Ringschweißnaht 8a ausgebildet werden kann.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Arbeitszylinders, bei dem an beiden Zylinderrohrenden 5a, 5b die Verschlussteile 4a, 4b in erfindungsgemäßer Weise gekoppelt sind. Neben dem in den anderen Figuren bereits dargestellten Kopplungsabschnitt 7a an dem Zylinderrohrende 5a mit dem Verschlussteil 4a ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich an dem weiteren Zylinderrohrende 5b das weitere Verschlussteil 5b, hier ausgebildet als Führungsverschlussteil, in einem weiteren Kopplungsabschnitt 7b an das Zylinderrohr 3 gekoppelt. Der weitere Kopplungsabschnitt 7b ist in gleicher Weise wie der Kopplungsabschnitt 7a ausgebildet, so dass die Beschreibungsabschnitte zu dem Kopplungsabschnitt 7a in entsprechender Weise auch für den weiteren Kopplungsabschnitt 7b gelten.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Kolbeneinheit
3: Zylinderrohr
4a: Verschlussteil
4a. 1: Schaftabschnitt
4a.2: Verschlussteilringfläche
4a.3: Verschlussteileinlauffase
4b: weiteres Verschlussteil
5a: Zylinderrohrende
5a.1: Zylinderrohrendabschnitt
5a.2: Zylinderrohrringfläche
5a.3: Zylinderrohreinlauffase
5b: weiteres Zylinderrohrende
6: Zylinderinnenraum
6.1: Arbeitsraum
7a: Kopplungsabschnitt
7a.1: proximale Zone
7a.2: distale Zone
7b: weiterer Kopplungsabschnitt
8a: Ringschweißnaht
9: Hauptlängsachse
α: Konizitätswinkel alpha
β: Neigungswinkel beta

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2021/089069 A1 [0008]

Claims

Arbeitszylinder, aufweisend einen Zylinder (1) und eine Kolbeneinheit (2), wobei der Zylinder (1) ein Zylinderrohr (3), ein Verschlussteil (4a) und ein weiteres Verschlussteil (4b) aufweist, wobei das Zylinderrohr (3) ein Zylinderrohrende (5a) und ein weiteres Zylinderrohrende (5b) aufweist, wobei das Verschlussteil (4a) an dem Zylinderrohrende (5a) und das weitere Verschlussteil (4b) an dem weiteren Zylinderrohrende (5b) angeordnet ist, und wobei das Zylinderrohr (3) und die Verschlussteile (4a, 4b) einen Zylinderinnenraum (6) ausbilden, wobei die Kolbeneinheit (2) in dem Zylinderinnenraum (6) mindestens einen Arbeitsraum (6.1) ausbildet, und wobei das Verschlussteil (4a) einen Schaftabschnitt (4a.1) und das Zylinderrohr (3) einen Zylinderrohrendabschnitt (5a.1) aufweist und wobei der Schaftabschnitt (4a.1) und der Zylinderrohrendabschnitt (5a.1) einen Kopplungsabschnitt (7a) ausbilden, wobei in dem Kopplungsabschnitt (7a) das Verschlussteil (4a) mit dem Schaftabschnitt (4a.1) in das Zylinderrohr (3) in dem Zylinderrohrendabschnitt (5a.1) axial eingeschoben ist und der Kopplungsabschnitt eine proximale Zone (7a.1) und eine distale Zone (7a.2) aufweist, wobei der Schaftabschnitt (4a.1) eine Konizität aufweist, wobei der Schaftabschnitt (4a.1) zumindest abschnittsweise ein Übermaß gegenüber einem Innendurchmesser des Zylinderrohrs (3) aufweist und wobei das Zylinderrohr (3) dort eine elastische Umfangsdehnung aufweist, wobei der Kopplungsabschnitt (7a) ausgebildet ist, das Verschlussteil (4a) und das Zylinderrohr (3) axial kraftschlüssig und formschlüssig zu koppeln. sowie wobei das Zylinderrohrende (5a) mit dem Verschlussteil (4a) mittels einer umlaufenden Ringschweißnaht (8a) stoffschlüssig verbunden ist und wobei die Ringschweißnaht (8a) als Laserschweißnaht ausgebildet ist und eine druckmitteldichte Dichtebene ausbildet.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität distal abfallend ausgebildet ist, der Schaftabschnitt (4a.1) in der proximalen Zone (7a.1) des Kopplungsabschnitts (7a) das Übermaß gegenüber einem Innendurchmesser des Zylinderrohrs (3) aufweist und dass das Zylinderrohr (3) in der proximalen Zone (7a.1) die elastische Umfangsdehnung aufweist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität distal ansteigend ausgebildet ist, der Schaftabschnitt (4a.1) in der distalen Zone (7a.2) des Kopplungsabschnitts (7a) das Übermaß gegenüber einem Innendurchmesser des Zylinderrohrs (3) aufweist und dass das Zylinderrohr (3) in der distalen Zone (7a.2) die elastische Umfangsdehnung aufweist.
Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (4a) eine axiale Verschlussteilringfläche (4a.2) und das Zylinderrohr (3) eine axiale Zylinderrohringfläche (5a.2) aufweist und dass beide Ringflächen eine gemeinsame Ringkontaktfläche ausbilden und dass die Ringschweißnaht radial an der Ringkontaktfläche angeordnet ist.
Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konizität des Schaftabschnitts (4a.1) einen Konizitätswinkel alpha aufweist, wobei alpha 0,1 bis 1 Grad zu der Hauptlängsachse 9 beträgt.
Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Umfangsdehnung des Zylinderrohrs (3) in der proximalen Zone (7a.1) 0,02 % bis 0,5 % beträgt.
Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (4a) einen höheren Elastizitätsmodul als das Zylinderrohr (3) aufweist.
Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil eine Verschlussteileinlauffase (4a.3) oder das Zylinderrohr eine Zylinderrohreinlauffase (5a.3) aufweist.
Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderrohrringfläche (5a.2) einen Neigungswinkel beta aufweist, wobei beta 0,1 bis 1 Grad beträgt.