DE2320274A1 - Druckluftzylinder - Google Patents

Description

Der erfindungsgemäße Druckluftzylinder ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

(a) ein gezogener Aluminiurozylinder, dessen Innenoberfläche eloxiert ist und dessen Enden geschlossen sind;

(b) eine stählerne Kolbenstange, die sich durch ein Zylinderende erstreckt und deren Oberfläche geschliffen und poliert ist bis zu einer Güte von 38 ,u ;

(c) ein Scbeibenkolben;

(d) der Scheibenkolben trägt Stulpendichtungen, die von einem Distanzring aus Kunststoff im Abstand voneinander gehalten sind und die aiis einem Elastomer hergestellt sind, der mit einem festen Schmiermittel gefüllt ist;

(e) das Zylinderende, durch das sich die Kolbenstange erstreckt, ist mittels eines eingeschraubten Kopfes verschlossen und mit einer Kopfdichtung aus einem Elastomer versehen, das mit einem festen Schmiermittel gefüllt ist und weist ferner ein Kolbenstangenlager auf, das aus gefülltem Polytetrafluoräthylen-Tagerwerkstoff hergestellt ist;

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(f) die Kopfdichtung und das Kolbenstangenlager sind in einer Hülse vereinigt, die"in dem Kopf leicht austauschbar eingepaßt ist ·

und

(g) der Kolben ist ein geteilter Scheibenkolben.

Der elastomere Werkstoff, der mit einem festen Schmiermittel gefüllt ist, ist natürlicher oder künstlicher Gummi, der mit Molybdändisulfid -gefüllt ist.

Der Distanzring kann aus Kunststoff bestehen, beispielsweise aus einem Acetal-Kunstharz oder aus Nylon 66 (eingetragenes Warenzeichen). Ein weiteres geeignetes Material für den Distanzring ist DELRIN (eingetr. Warenzeichen) oder MTLATRON GS (-eingetr. Warenzeichen), welches einen -^agerwerkstoff darstellt, der durch Füllen -von Nylon 66 mit Molybdändisulfid hergestellt ist.

Ein geeignetes Material für das Lager der Kolbenstange ist ein gefüllter Polytetrafluoräthylftnwerkstoff.

Die radial nach außen gerichtete Kraft, die von den Stulpendichtungen auf die eloxierte Innenwand des Zylinders ausgeübt wird, ist bei der Konstruktion so bemessen, daß sichergestellt ist, daß extrem hohe Temperaturen während der Kolbenbewegung nicht erzeugt werden. Es wurde festgestellt, daß das Schmiermittel, mit dem der Werkstoff der Dichtungen gefüllt wurde, nämlich Molybdändisulfid, allmählich die eloxierte Innenwand des Zylinders überzieht. Man hat nach etwa einer halben Million Kolbenhüben festgestellt, daß die Innenwand spiegelglatt poliert war.

Es wurde ferner gefunden, daß die besten Ergebnisse durch leichtes Schmieren oder Überziehen der Zylinderinnenwand

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erreich⁴- wprden, erstens, um das Zusammen seifen c3er Vorrichturg en erleichtern und eweitens um das "Finfahrer " ?u imtpr stützen. Ein erfirdirngsgernäß ausgebildeter Druokluftzyljnder kann jedoch, wie Versuche ergeben haben, mindestens 1 Million mal "betätigt werden, ohne eine vorherige oder laufende Schmierung zu erhalten. DadLirch kann eine Ölschmierung -"-öllig entfallen, , die 55.B. in der Nahrungsmittelindustrie oder in Operationsräutner nicht erwünscht ist. Der Kolben trägt konrpressible Puffer, die in Kontakt tn.it- den Zj- lind er end en kommen. Die Puffer können aus einem Elastomer hergestellt sein..

Der Reibungskoeffizient von Gummi auf Aluminitim ist z.B. nicht so gut wie der von Gummi auf eloxiertem Aluminium; das Eloxieren des Aluminiums schafft eine hsrte Oberflächenschicht. V/ie "bekannt ist, wird das Eloxieren von Aluminium entweder in einer Chromsäure- oder Schwefelsäurelöstmg durchgeführt. Bei jedem dieser Verfahren kann die Härte und Porosität des Überzugs durch die Konzentration der Lösung, die Temperatur und die Stromdichte gesteuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der ErfindLing ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige I'igur zeigt einen Längsschnitt des Druckluft Zylinders.

Der Druckluftzylinder besteht aus einem geraden Zylinderkörper 1, der an einem Ende mittels einer Endkappe 2 verschlossen ist. Die Endkappe ist mittels Schraubverbindung 3 mit dem Zylinderende verbunden. Ein Dichtring 4 zwischen der Endkappe und dem Zylinderkörper sorgt für eine gasdichte Abdichtung.

D_as andere Ende des Zylinders 1 ist mittels eines Kopfes

abgeschlossen, der allgemein mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist und der mit einer Schraubverbindung 6 mit dem Zylinder-

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ende verbunden ist. Der-Kopf 5 weist einen Hals 7 und eine Ringnut 8 sowie einen neben dem Hals angeordneten frei drehbaren Ring auf,der die Ringnut bedeckt, ferner Dichtungen 10 und 11, die zwischen dem Rii^j 9 und dem Hals 7 und zwischen dein Ring 9 und dem Zylinderende angeordnet sind, um für die erforderliche gasdichte Abdichtung zu sorgen, wenn der Kopf 5 in das Zylinderende eingeschraubt wird. Der Ring 9 weist ein mit Gewinde versehenes Durchgangsloch 12 auf, in dem das Gewindeende einer Druckluft- oder Druckgasleitung oder -!"Ohres eingeschraubt werden kann. Das Durchgangsloch 12 steht in Verbindimg mit der Ringnut 8.

Der Kopf ist axial so durchbohrt, daß ein Durchgangsloch 13 und eine Schulter 14 gebildet sind. Ferner ist ein radiales Duchgangsloch 15 vorgesehen, das die Ringnut 8 und das Durchgangsloch 13 miteinander verbindet.

Durch das DurchgangsIoch 13 erstreckt sich eiie Kolbenstange 16, deren sich in den Zylinder erstreckender Teil mit einem Kolben 17 verbunden ist, bei dem es sich um einen Scheibenkolbea handelt. An dem Ende, wo der Kolben sitzt, ist die Kolbenstange im Durchmesser abgesetzt und bildet eine Schulter 18. Das abgesetzte Ende trägt ein Gewinde19. Auf der Kolbenstange 16 ist ein.ringförmiger Puffer 20 angeordnet, ferner ist über das abgesetzte Ende der Kolbenstange eine ringförmige Scheibe 21 geschoben, die an der Schulter 18 anliegt. Weiterhin ist auf dem Gewindeteil des abgesetzten Kolbenstangenendes ein becherförmiges !eil 22, das ein Gewindesackloch und einen radialen Flansch 23 aufweist, aufgeschraubt. Zwei Stulpendiehtungen 24 sind Rücken an Rücken mit einem Distanzring 25 dazwischen so auf dem Teil 22 angeordnet, daß eine von den Dichtungen in Kontakt mit dem Flansch 23 und die andere mit der Scheibe 21 steht. Als

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Folge dessen, d%ß das Teil 22 in Kontakt mit der Scheibe 21 ist, die dadurch an die Schulter 18 angelegt wird, sind die "Dichtungen 24 und der Distanzring 25 in kontrollierbarer Weise zwischen der Scheibe 21 und dem Flansch 23 eingespannt, d.h. das Maß der Eingangekraft kann so vorbestiramt werden, daß keine Zerstörung des Dichtungsverkstoffs eintritt. Ein weiterer ringförmiger Puffer 26 ist auf dem Teil 22 angeordnet und liegt an der Stirnseite des radialen Flansches 23 an.

In den Teil des Durchgangsloches 13, der den größeren Durchmesser hat, ist eine Hülse 27 eingepaßt und ohne Spiel für eine Axialbewegung mittels eines federnden Sicheriingsringes 28 gehalten, der in einer Umfangsnut am Kopfende sitzt (s. Zeichnung). Diese Hülse 27 weist ein Kolbenstangenlager 29, eine Kopfdichtung 30 sowie eine Abstreifdichtung 31 auf. Eine O-Ring-Diehtung 32 ist in eine Ümfangsnut eingepaßt und sorgt für eine gasdichte Abdichtung zwischen der Hülse 27 und dem Kopf 5.

Die Kopfdichtung 30 und die Abstreifdichtung 31 sind beide Tiippendichtungen von dem Typ der allgemein als U-Dlchtungen bezeichnet wird.

Die Dichtungen 24, 30 und 31 sind aus einem Elastomer hergestellt, der mit einem festen Schmiermittel gefüllt oder imprägniert ist, wobei bevorzugtes Schmiermittel Molybdändisulfid ist. Durch das Hinzufügen des Schmiermittels kann die Shore-Härte des Elastomers erhöht werden. Dadurch ergeben sich keine Betriebsschwierigkeiten.

Die Puffer 20, 26 sind vorzugsweise aus Gummi. Sie sorgen für eine Abfederung zwischen dem Kolben 17 und der Endkappe bzw. dem Kopf 5.

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Die Endkappe 2 ist mit einem mit Gewinde versehenen Durchgangsloch 33 versehen, an das ein Druckluft- oder Druckgasrohr anschließbar ist. Einige der wichtigsten Besonderheiten des Druckzylinders sind im folgenden angegeben:

(1) Der drehbare Ring 9 gestattet einen Anschluß einer Druckluft- odSr Druckgasleitung an den Kopf 5 unter dem geeigneten Winkel, weil durch die Drehung des Ringes das Durchgangsloch 12 in die günstigste Lage zu einer benachbarten Einrichtung o. dgl. gebracht werden kann.

(2) Der Scheibenkolben erlaubt die Anordnung der Stulpendichtungen 24. Wie bereits erwähnt, ist die Härte des gefüllten elastomeren Materials ziemlich hoch. Wenn es nun erforderlich wäre, derartige Dichtungen auf einem einstückigen Kolben in ihren Sitz zu bringet} so bestände die Gefahr, daß das dabei einer Dehnung unterworfene Material seine ursprüngliche Form nicht wieder annimmt und dies würde wahrscheinlich zu einem Defekt des Druckzylinders führen und zwar infolge der während der Kolbenbewegung aus ihrem Sitz gedrehten Dichtun(en). Die Stulpendichtungen 24 werden überhaupt nicht oder nur geringfügig gedehnt, wenn sie auf dem Teil 22 angeordnet werden, so daß sie ihre Aufgabe stets einwandfrei erfüllen.

(3) Das kontrollierbare Einspannen der Dichtungen 24 und des Distanzringes 25 dazwischen ist von wesentlicher Bedeutung. Es ist zu erkennen, daß, wenn die Scheibe 1 und das Teil 2? nicht in Kontakt miteinander kämen, die Möglichkeit einer übermäßigen festen Einspannung der Dichtungen gegeben wäre, was zu einem zerstörerischen Wert der Einspann- und Scherkräfte führen würde. Bei der dargestellten Anordnung wirkt der Kontakt zwischen der Scheibe 21 und dem Teil als Begrenzung, so daß der Grad der Einspannung auf einen optimalen Wert begrenzt wird.

(4) Die Puffer 20, 26 bewirken eine zufriedenstellende Dämpfung bei kleinen Druckluftzylindern (z.B. mit einer Zylinderbohrung von 12,5 bis 38,0 mm). Eine Luftdämpfung ist für kleine Zylinder i.a. nicht erforderlich, weil die bewegten Massen nicht sehr groß sind und es wäre auch schwierig und teuer, eine Luftdämpfung in kleinen Zylindern unterzubringen.

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(5) "Die Hülse 27> die einfach und ohne spezielle Werkzeuge aus dem Kopf 5 herausnehmbar ist, indem der Sicherungsring 28 entfernt und die Hülse herausgezogen wird, gestattet

a) eine einfache Inspektion des Lagers 29 auf den Abnutzungsgrad, der gegebenenfalls Anlaß zum
Austausch des lagers gibt;

b) Austauschbarkeit verschiedener Hülsen aus einer ganzen Reihe von Hülsen, um verschiedenen Erfordernissen zu entsprechen, z.B. wenn bekannt ist, daß der Druckluftzylinder unter Umständen verwendet werden soll, bei denen Seitenkräfte
auf die Kolbenstange einwirken, dann kann eine Hülse mit einem langen lager gegen eine solche mit kurzem'lager ausgetauscht werden;

c) den Ersatz einer beschädigten oder abgenutzten Abstreif- oder Kopfdichtung;

d) das Austauschen von Abstreif- und Kopfdichtungen für hohe Temperaturen gegen solche für niedrige Temperaturen und umgekehrt;

e) leichter Ersatz von abgenutzten lagern durch
Austausch der benutzten Hülse gegen eine neue;

f) die Durchführung aller oben angegebenen Punkte ohne das Erfordernis, den Druckzylinder aus der Anordnung, in die er eingefügt ist, herauszunehmen.

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Claims (1)

1. DIPL. ING. HERBERT TlSCHER •"Ο*" MDNCHEN

   1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den 17*4.1975 HERBERTSTRASSE 22 Pr/JB.

   Patentansprüche

   Druckluftzylinder, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale

   (a) ein gezogener Aluminiurazylinder (1), dessen Innenoberfläche eloxiert ist und dessen Enden geschlossen sindj

   (b) eine stählerne Kolbenstange (16), die sich dreh ein Zylinderende erstreckt und deren Oberfläche geschliffen undpoliert ist bis zu einer Güte von 38/U j

   (c) ein Scheibenkolben (17)?

   (d) der Scheibenkolben (17) trägt Stulpendichtungen (24), die von einem Distanzring (25) aiis Kunststoff im Abstand voneinander gehalten sind und die aus einem Elastomer hergestellt sind, der mit einem festen Schmiermittel gefüllt ist;

   (e) das ^ylinderende, durch das sich die Kolbenstange (16) erstreckt, ist mittels eines eingeschraubten Kopfes (5) verschlossen und mit einer Kopfdichtung (32) aus einem Elastomer versehen* das mit einem festen Schmiermittel gefüllt ist und ■weist ferner ein Kolbenstangenlager (29) auf, das aus gefülltem Polytetrafluoräthylen-lagerwerkstoff hergestellt ist;

   (f) die Kopfdichtung (30) und das Kolbenstangenlager sind in einer Hülse (27) vereinigt, die in den Kopf (5) leicht austauschbar eingepaßt ist? ■■■■■.; -

   und

   (g) der Kolben (17) ist ein_ geteilter Scheibenkolben.

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   ?. "Druckluftzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülse (27) eine Abstreifdichtung Rücken an Rücken mit der Kopfdichtung angeordnet ist, wobei die Kehle der Kopf dichtung zum Kolben (.17) hin gerichtet ist.

   ^. DruckluftzylJnder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da,ß das KoIbenstangenlager (29) aus einer Mischung von Polyfluoräthylen ur.d Glimmer besteht.

   4. "Druekluftzylinder nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (27) in eine Ausnehmung im Kopf (5) eingepaßt und mittels eines Sicherungsringes (28), der in einer Ringnut des Kopfes (5) sitzt, dort gehalten ist.

   5. Druckluftsylinder nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Kolbens (i7)Puffer (20, 26) angeordnet sind, die eine "Dämpfung zwisden dem hin- und hergehenden Kolben und der

   (P) b*w. dem Kopf (5) bilden.

   Druckluftzylinder nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (17) aus einer ringfö'rmigpr> Schei.be (21) und einem becherförmigen Teil (22), der einen radialen Flansch (25) und ein G-ewinclesackloch aufweist, in das das im Durchmesser abgesteckte und mit Gewinde (19) versehene Ende der Kolbenstange (16) eingeschraubt ist, so daß Anordnung so ist, daß sich das Kolbenstangenende durch die Scheibe (21) in das

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   Gewindesackloch erstreckt tind daß die Stülpendichtungen (24) und der dazwischen befindliche Distanzring (25) in kontrollierbarer Weise eingespannt sind, wobei das Teil (22) in Kontakt mit der Scheibe (21) ist und diese gegen eine Schulter (18) der Kolbenstange andrückt.

   - ICJ. Prettin?

   Patentanwaji^'

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