DE2045528B2 - Verbindungseinrichtung für Stirnwand und Gehäusemantel eines Fluidzylinders - Google Patents

Description

Lineare Fluidzylinder, etwa Hydraulikzylinder, die für hohe Arbeitsdrücke dimensioniert sind, umfassen im allgemeinen ein zylindermantelförmiges Gehäuseteil, das an den beiden Enden von Stirnwänden abgeschlossen ist, wobei die eine Stirnwand als Kolbenstangenlager ausgebildet ist. Der Mantel und die Stirnwände sind aus einem dichten schweren Material, etwa aus Stahl, Gußeisen oder duktilem Eisen hergestellt, um Drücken in der Größenordnung von 300 atü oder mehr standzuhalten. Die die eine Stirnwand durchsetzende Kolbenstange trägt einen Kolben, der in dem durch das Gehäuse gebildeten Arbeitsraum durch ein Druckfluid

hin- und hergehend bewegbar ist.

Es ist bekannt, bei derartigen Hochdruckzyiindern einen oder beide Stirnwände mit dem Gehäusemantel zu verschweißen. In gewissen, begrenzten Fällen ist es auch möglich, die eine Stirnwand in einem Stück mit dem Gehäusemantel auszubilden, etwa als Gießteil.

Eine andere Verbindungseinrichtung, die im wesentlichen für die von der Kolbenstange durchsetzte Stirnwand üblich ist, bildet eine Schraubverbindung. Derartige Konstruktionen sind weit verbreitet.

Bei einer bekannten Verbindungseinrichtung (DE-OS 14 75 647) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird ein elastischer Dichtungsring verwendet, der zugleich als Abdichtung sowie zum Aufnehmen der auf die Stirnwand ausgeübten Druckkräfte dient. Gemäß einer Weiterbildung ist dabei zusätzlich ein Sprengring vorgesehen, der in eine Umfangsnut des mit dem Gehäusemantel zu verbindenden Teiles eingreift und an dem Gehäusemantel anliegt, so daß das mit demselben verbundene Teil axial unbeweglich gehalten ist. Diese bekannte Verbindungseinrichtung hat den Nachteil, daß sie nur begrenzte Druckkräfte aufzunehmen vermag.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie höhere Schubkräfte aufzunehmen vermag als die bekannten Verbindungseinrichtungen.

Die Lösung ist gegeben durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Durch diese wird erreicht, daß das elastische Verhalten nicht in den Sprengring, sondern in die zu verbindenden Teile gelegt wird. Ein festes Verbindungsglied ist in diesem Zusammenhang bekannt (US-PS 23 90 445).

Gemäß einer Weiterbildung weist die Stirnwand einen verjüngten Bereich auf, der sich von der Ringnut nach dem einen Ende der Stirnwand erstreckt. Diese Maßnahme ist zwar an sich schon bekannt (DE-OS 14 75 647), hat jedoch in Verbindung mit der Erfindung besondere Vorteile, indem sie den Zusammenbau von Gehäusemantel und Stirnwand erleichtert (zu Anspruch 2).

Eine andere, ebenfalls an sich bekannte (DE-OS 14 75 647) Weiterbildung besteht darin, daß das Verbindungsglied ein Sprengring mit kreisförmigem Querschnitt ist, daß die Ausnehmung einen etwa halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, der an den Querschnitt des Sprengringes angepaßt ist, und daß die Ringnut V-förmig ausgebildet ist, wobei die beiden Seitenwände der Ringnut ungleich lange Schenkel aufweisen. Dadurch wird eine Spielbewegung der miteinander befestigten Teile äußerst gering gehalten (zu Anspruch 3).

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Hydraulikzylinder mit einer Verbindungseinrichtung;

F i g. 2 ist eine Teilschnittansicht, die die Verbindung nach F i g. 1 zeigt;

F i g. 3 ist eine der F i g. 2 entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Verbindungseinrichtung;

Fig.4 ist ein Teillängsschnitt einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden einer Kopfstirnwand mit einem Gehäusemantel.

F i g. 1 zeigt einen doppelt wirkenden linearen Fluidzylinder 10 mit einem GehäusemanteS 11, einer

Kopfstirnwand 12 und einer als Lager für die Kolbenstange dienenden Lagerstirnwand 13. Durch eine Lagerbohrung 14 der Lagerstirnwand 13 erstreckt sich eine Kolbenstange 15 von außen in den Arbeitsraum und ist am innen liegenden Ende mit einem Gewinde 16 versehen, auf das ein Kolben 17 dichtsitzend ausgeschraubt ist, der an der Innenwand 18 des Gehäusemantels dichtsitzend anliegt Der Kolben 17 trägt eine Fluiddichtung 19, um den Innenraum des Gehäusemante.'s in zwei variable Arbeitsräume 20 und 21 zu unterteilen.

An der Kopfstirnwand 12 und an der Lagerstirnwand 13 sind Fluidöffnungen 22 bzw. 23 vorgesehen zum Verbinden der Arbeitsräume mit einer Hochdruck- bzw. einer Niederdruckfluidquelle zwecks Betätigung der Kolbenstange 15. Der Kolben mit der Kolbenstange ist durch abwechselnde Anwendung eines hohen Druckes in den Arbeitsräumen 20 und 21 hin- und herbewegbar.

Die Kopfstirnwand 12 ist mit dem Gehäusernantel 11 in üblicher Weise verschweißt, während die Lagerstirnwand 13 mit einer Verbindungseinfichtung nach der Erfindung mit dem Gehäusemantel verbunden ist. Die Lagerstirnwand 13 ist zylindrisch gestaltet und weist eine zentrale Bohrung 14 auf, die als Lager für die Kolbenstange 15 dient. An der äußeren Mantelfläche der Lagerstirnwand liegt eine Nut 37, die einen Dichtungsring 25 aufnimmt, und in der Bohrung 14 befindet sich eine Umfangsnut 36, die einen Dichtungsring 24 aufnimmt. Diese Dichtungsringe verhindern eine Leckströmung aus dem Arbeitsraum 21 durch die Lagerstirnwand. Wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist, weist die Lagerstirnwand 13 eine Ringnut 26 an der Außenseite auf, die einer ringförmigen Ausnehmung 27 an der Innenwand des Gehäusemantels 11 im zusammengebauten Zustand gegenüberliegt.

In dem durch die Ringnut 26 und die Ausnehmung 27 gebildeten Raum befindet sich ein Verbindungsglied in Form eines Sprengringes 28.

Der Sprengring 28 liegt an dem Gehäusemantel 11 über einen größeren Bereich 29 der Ausnehmung 27 an und berührt die Lagerstirnwand 13 auf einer weniger breiten kreisförmigen Auflagefläche 30 und einer Ecke 31 der Ringnut 26. Ein axialer Schub auf die Lagerstirnwand 19, etwa aufgrund des Druckes innerhalb der Arbeitskammer 21, wird über den Sprengring 28 über die im Querschnitt kreisförmigen Berührungsflächen 30 und 29 auf den Gehäusemantel 11 übertragen. Die Scherfestigkeit des Sprengringes 28 verhindert also eine Auswärtsbewegung der Lagerstirnwand aus dem Gehäusemantel.

In gewissen Fällen kann auf die Lagerstirnwand 13 eine nach innen gerichtete Kraft wirken, etwa aufgrund der Reibung zwischen der Kolbenstange 15 und der Lagerstirnwand 13, so daß beim Hineinziehen der Kolbenstange, wobei in dem Arbeitsraum 31 ein Druck fehlen oder ein Unterdruck herrschen kann, die Lagerstirnwand 13 nach innen zu wandern bestrebt ist. Diese Kraft ist jedoch im Vergleich zu der nach außen gerichteten Kraft klein und läßt sich leicht über die Ecke 31 auf den Sprengring 28 und den Gehäusemantel 11 übertragen.

Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen zum wirksamen Halten des Sprengringes 28 in der zusammengebauten Stellung, um geringfügige axiale Bewegungen der Lagerstirnwand in bezug auf den Gehäusemantel vollständig zu vermeiden. Derartige Bewegungen sind bei den bisher bekannten mechanischen Verbindungen möglich. Um dies zu erreichen, hat der Sprengring 28 einen hinreichend großen Durchmesser, so daß er mit der äußeren Oberfläche der Lagerstirnwand 13 einen Zwischensitz bildet. Wenn der Sprengring 28 an seinem Ort sitzt, ruft er eine geringfügige radiale Dehnung des dünnwandigen Gehäusemantels 11 im Bereich der Ausnehmung 27 hervor. Im zusammengebauten Zustand bildet der Sprengring 28 noch einen Paßsitz mit Übermaß, so daß das Ende des Gehäusemantels 11 geringfügig gedehnt wird.

Der Gehäusemantel 11 wird jedoch nicht bis an die Fließgrenze gedehnt, wo eine dauernde Verformung eintreten würde, sondern lediglich geringfügig, um eine hohe Federkonstante zu gewährleisten, so daß der Gehäusemantel bestrebt ist, in seine entspannte Lage zurückzukehren. Die Elastitzität des Gehäusemantels 11 erzeugt also eine Vorspannung des Gehäusemantels gegenüber der Lagerstirnwand über den Sprengring 28. Dieser wird daher zwischen der Ringnut 26 und der Ausnehmung 27 festgeklemmt und dadurch eine seitliche Relativbewegung zwischen dem Gehäusemantel und der Lagerstirnwand vermieden. Die Dichtung 25 in dem zylindrischen Bereich der Lagerstirnwand 13 dient dazu, eine Leckströmung zwischen der Außenfläche der Lagerstirnwand 13 und der Innenwand des Gehäusemantels 18 zu vermeiden, wenn der Gehäusemantel im zusammengebauten Zustand gedehnt ist.

Zur Erleichterung des Zusammenbaus, der weiter unten noch im einzelnen beschrieben ist, weist die Lagerstirnwand 13 einen sich verjüngenden Mantelbereich 32 mit verringertem Durchmesser auf, und dieser Mantelbereich erstreckt sich von der Ringnut 26 bis zum Ende der Lagerstirnwand. Demgemäß weist die Ringnut 26 geneigte Flanken von ungleicher Länge auf, wobei die kürzere Flanke den Zusammenbau des Fluidzylinders erleichtert und die längere Flanke eine große Fläche 30 zum Übertragen des hohen hydraulischen Drucks über den Sprengring 28 auf den Gehäusemantel 11 dient.

Zur Erleichterung des Zusammenbaus ist die Ausnehmung 27 im Querschnitt kreisförmig ausgebildet, während die Ringnut 26 einen V-förmigen Querschnitt aufweist, um eine Spielbewegung möglichst gering zu halten. Es können natürlich auch andere Querschnittsformen verwendet werden. Die Anschrägung 35 der Ausnehmung 27 in F i g. 2 links neben dem Sprengring dient lediglich dazu, das Einlegen des Dichtungsringes 25 zu erleichtern.

Beim Zusammenbau des Fluidzylinders 10 von F i g. 1 wird zuerst die den Kolben 17 tragende Kolbenstange 15 in den Gehäusemantel 11 gesteckt, der bereits einseitig mit der Kopfstirnwand 12 verschweißt ist. Sodann wird die Lagerstirnwand 13 mit eingefügten Dichtungen 24 und 25 über die Kolbenstange 15 geschoben und weit in den Innenraum 18 bis links von der Ausnehmung 27 in den Gehäusemantel geschoben. In diese Ausnehmung wird vom offenen Ende her der Sprengring 28 gelegt und die Lagerstirnwand 13 sodann nach rechts gedrückt. Der Sprengring 28 gleitet dabei auf der schrägen Fläche 32 und dehnt den Gehäusemantel 11 in radialer Richtung, und zwar so lange, bis die Kante 31 an der Mitte des Sprengringes vorbeigelangt und dieser in die Ringnut 26 springt und einen radialen Festsitz zwischen der Lagerstirnwand und dem Gehäusemantel im zusammengebauten Zustand herstellt.

Ein geeignetes Verfahren zum Aufdrücken des Sprengringes auf die Lagerstirnwand besteht darin,

Hochdruckfluid in den Arbeitsraum zu leiten. Wenn z. B. der Sprengring 28 in die Ausnehmung 27 eingelegt worden ist, wird Druckfluid über die öffnung 22 in den Arbeitsraum 20 geleitet. Der Kolben 17 wird dabei nach rechts in Berührung mit der Lagerstirnwand 13 bewegt.wobei der Druck in dem Arbeitsraum 20 die Schrägfläche 32 unter den Sprengring 28 hindurchschiebt, bis dieser in die Ringnut 26 springt. Natürlich kann die Lagerstirnwand auch durch eine andere Kraft, etwa rein mechanisch, mit dem Sprengring montiert werden.

Zum Auseinandernehmen werden die einzelnen Schritte in rückläufiger Reihenfolge durchgeführt, indem die Lagerstirnwand 13 zuerst in Richtung des Innenraumes des Gehäusemantels gedruckt wird, so daß der Sprengring 28 aus der Ausnehmung 27 herausgenommen werden kann. Die Lagerstirnwand 13, der Kolben und die Kolbenstange lassen sich dann leicht aus dem Gehäuseinnenraum herausziehen. Wegen der begrenzten Biegungs- und Dehnungsfähigkeit des Gehäusemantels läßt sich diese Zylinderkonstruktion wiederholt zusammenbauen und auseinandernehmen, ohne daß die Eigenschaften der Verbindung darunter leiden.

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Verbindungseinrichtung, bei der anstelle der zusammen mit dem Gehäusemantel eine Dehnung der Lagerstirnwand 13' erfolgt. Diese hat zu dem Zweck eine nach außen weisende Innenbohrung 33, die verhältnismäßig tief ist, so daß sie sich in axialer Richtung über die Ringnut 26 erstreckt, so daß der Endbereich 34 in der Nähe derselben geschwächt ist und nach innen zusammengedrückt werden kann. Der Sprengring 28 ist wiederum so groß, daß ein Festsitz gebildet ist und der zusammengedrückte Teil 34 der Lagerstirnwand 13' als Feder mit hoher Federkonstante wirkt, welche gegen den Sprengring 28 und den Gehäusemantel 11 vorgespannt ist. Der Bereich 34 kann so ausgebildet sein, daß die gesamte radiale Federwirkung an dieser Stelle lokalisiert ist und der Gehäusemantel 11 starr bleibt. Es können jedoch auch beide Teile dehnungsfähig sein, so daß sie durch Federwirkung den Sprengring 28 an Ort und Stelle halten.

Die Bohrung 33 kann zusätzlich als Nut für eine Wellendichtung 24' dienen, welche eine Leckströmung durch das Kolbenstangenlager verhindert. Es kanr jedoch auch zusätzlich zu der Innenbohrung 33 eine getrennte Nut vorgesehen sein, etwa die Nut 36 ir F i g. 1, um die Lagerstirnwand 13' zur Kolbenstange hir abzudichten.

Es können auch Kopf-Stirnwände mit dem Gehäusemantel verbunden werden. Eine derartige Anordnung ist in Fig.4 dargestellt. Die Kopfstirnwand 12' weisl

ίο eine Ringnut 26' zum Aufnehmen des Sprengringes auf Diese hat einen großflächigen Bereich 30', eine Kante 31' und einen verjüngten Bereich 32', wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen. Der Sprengring 28 bildet wieder einen Paßsitz mit Übermaß zwischen dem Gehäusemantel und der Kopfstirnwand, so daß diese beiden Teile in radialer Richtung durch den Sprengring 28 vorgespannt werden. Die Kopfstirnwand 12' wird mit dem Sprengring 28 in der gleichen Weise zusammengebaut wie bei der Lagerstirnwand 13 von Fig. 1, indem der Sprengring 28 zuerst in die Ausnehmung 27' des Gehäusemantels eingelegt wird und danach die Lagerstirnwand 12' nach außen gedrückt wird. Zum Aufpressen der Kopfstirnwand 12' auf den Sprengring kann ein Fluiddruck in dem Arbeitsraum 20' angewendet werden. Der verjüngte Bereich 32' erstreckt sich lediglich über einen Teil des äußeren Bereichs der Kopfstirnwand 12', ist jedoch so lang, daß der anschließende Bereich 38 mit geringerem Durchmesser das Aufsetzen des Sprengringes 28 nicht behindert.

Die beschriebenen Fluidzylinder weisen Dichtungsglieder auf, welche in den Innenraum des Gehäusemantels passen, und sinngemäß liegt die Verbindungseinrichtung zwischen der Innenwand des Gehäusemantels und der Außenwand des Dichtungsgliedes. Die Erfindung läßt sich jedoch auch anwenden bei Zylindern, deren Stirnteile einen größeren Durchmesser aufweisen als der Gehäusemantel, so daß die Verbindungseinrichtung auf der Außenfläche des Gehäusemantels aufliegt.

In diesem Fall sitzt der Gehäusemantel in einer Innenbohrung, und die Verbindungseinrichtung liegt zwischen der Innenwand dieser Bohrung und der Außenseite des Gehäusemantels.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verbindungseinrichtung für Stirnwand und Gehäusemantel eines Fluidzylindergehäuses, dessen Gehäusemantel eine Ringnut an der Innenfläche nahe seinem offenen Ende aufweist und dessen Stirnwand mit einem zylindrischen Bereich dichtsitzend in den Gehäusemantel eingepaßt ist und eine ringförmige Ausnehmung aufweist, welche im zusammengebauten Zustand in dem axialen Bereich der Ringnut des Gehäusemantels liegt, und bei dem zwischen Ringnut und Ausnehmung ein Verbindungsglied sitzt und Stirnwand und Gehäusemantel mit Verbindungsglied im zusammengebauten Zustand durch elastische Verformung eines dieser drei Teile unter Vorspannung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die außen liegende Anlageschulte;· der Ausnehmung (27) radial niedriger ist als die innen liegende und ein festes Verbindungsglied (28) verwendet ist, dessen radiale Ausdehnung geringfügig größer als die Summe der Tiefen von Ringnut (26) und Ausnehmung (27) ist.

2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (13) einen verjüngten Bereich (32) aufweist, der sich von der Ringnut (26) nach dem einen Ende der Stirnwand erstreckt

3. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied ein Sprengring (28) mit kreisförmigem Querschnitt ist, daß die Ausnehmung (27) einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der an den Querschnitt des Sprengringes angepaßt ist, und daß die Ringnut (26) V-förmig ausgebildet ist, wobei die beiden Seitenwände der Ringnut ungleich lange Schenkel aufweisen.

4. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere Schenkel der Ringnut nach außen weist.

5. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere Schenkel der Ringnut an den verjüngten Bereich (32) angrenzt.

6. Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (13) bis in den Bereich der Ringnut (26) hinterbohrt ist.

7. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand eine Lagerstirnwand für eine Kolbenstange (15) bildet und daß die Hinterbohrung (33) als Aufnahme für eine Ringdichtung (24') dient.