DE2808053A1

DE2808053A1 - Gezahnter kolben fuer hydraulikvorrichtungen

Info

Publication number: DE2808053A1
Application number: DE19782808053
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kaneko; Reiji Misawa
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1978-09-07
Also published as: FR2381948A1

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gezahnten Kolben für Hydraulikvorrichtungen, wie sie beispielsweise als Türschließer verwendet werden.

Ein Türschließer, der mit einem gezahnten bzw. zahnstandenähnlichen Kolben versehen ist, ist mittels einer Verbindung zwischen der Tür und einer Wand passend befestigt, um die öffnungs-SChließ-Bewegung der Tür zu dämpfen oder um die Tür offen zu halten. Der hier erwähnte Türschließer ist jedoch weder auf die Möglichkeit der einseitigen oder beidseitigen öffnung noch auf einen solchen beschränkt, der die Tür auch offen halten kann.

Beim Stand der Technik ist der gezahnte Kolben »ollständig aus einem eisenhaltigen Metall hergestellt, während das Türschließergehäuse , das den Zylinder enthält, aus Aluminium ist. Somit sind der Kolben und der Zylinder aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt, und demgemäß vergrößert oder verringert sich der Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder mit den Außenthemperaturänderungen. WEnn der Kolben aus einem eisenhaltigen Metall und der Zylinder aus Aluminium hergestellt sind, vergrößert sich der Spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder, da der tehrmische Ausdehnungskoeffizient des Kolbens geringer ist als der des Zylinders, dann, wenn die Außenthemperatur ansteigt, und gleichzeitig nimmt die Viskosität des Arbeitsmediums, beispielsweise des Öls ab, wodurch sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens erhöht. Wenn die Themperatur sinkt, passiert genau das umgekehrte Phänomen. Der gezahnte Kolben ist kaum zu bewegen und sowohl der Zylinder als auch der Kolben, die beide aus Metall sind, sind Abrieb unterworfen, das sich in einer verringerten Lebensdauer

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der Vorrichtung bemerkbar macht .

Eine Aufgabe der vorliegenden ERfindung ist es, einen gezahnten Kolben für Hydraulikvorrichtungen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem in Verbindung mit dem den Zylinder bein= haltenden metallischen Türschließergehäuse diese Nachteile vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen₉ daß der gezahnte Kolben eine integrale Einheit aus einem metallischen Zahnelement und einem Dichtungselement aus Kunststoff bildet ο

Der erfindungsgemäße gezahnte Kolben ist also als ein Ganzes bildende Kombination aus einem metallischen Zahnelement und einem Dichtelement aus Kunststoff bzw. Kunstharz aufgebaut. Somit besitzt das metallische Zahnelement eine ausreichende Festigkeit und Lebensdauer, während das Kunststoff-Dichtelement mit einer ausreichenden Dichtfähigkeit versehen ist. Die Dichtfähigkeit der Dichtung kann ferner auch durch eine angeformte ringförmige Zunge verbessert und die Lebensdauer der Dichtung durch einen Verstärkungsring erhöht sein, der integraler Bestandteil innerhalb der Dichtung ist und der eine Verformung der Dichtung verhindert. Darüber hinaus ist es möglich, eine konkave Nut im einen Teil der ringförmigen Zunge zu bilden, wodurch sich die Gleichmäßigkeit des Kolbenlaufes erhöht bzw. verbessert. Diese Nut ist gegenüber der öffnung für den Weg des Arbeitsmediums im Zylinder angeordnet, wodurch ein Abrieb der Dichtung verhindert, eine Stabilisierung des Kolbenlauf erreicht und ein Eindringen von Kunststoffteilen in das Arbeitsmedium verhindert ist.

Weitere Vorteile der ERfindung bestehen in folgendem: Die Änderung in der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens in Abhängigkeit von Themperaturschwankungen ist auf ein Minimum reduziert;

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Die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer der Kunststoffdichtung sind erhöht; die mechanische Bewegung des Kolbens ist erleichtert; es besteht eine hohe Dichtwirkung ohne Alterung, eine hohe Festigkeit des Zahnelementes, eine'ausgezeichnete Gleitfähigkeit und eine verlängerte Lebensdauer der Hydraulikvorrichtung; ferner ist eine Verformung der Dichtung, deren Abrieb, ein Eindringen von Kunststoffteilen in das Arbeitsmedium verhindert und infolgedessen eine Stabilisierung der Kolbenbewegung erreicht, was bedeutet, daß deren Verschlechterung vermieden ist; es ist ein einfacher Aufbau gewährleistet; der Türöffner ist sowohl für das öffnen nach zwei Seiten als auch für das Öffnen nur einer Seite geeignet; und die Türschließzeit des Türöffners ist von der Wirkung von TemperaturSchwankungen unabhängig.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Fig. Ί einen Längsschnitt durch die Hauptteile eines Türschließers mit einem gezahnten Kolben in geschlossener Stellung,

Fig. 2 einen SChnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt durch einen gezahnten Kolben gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Fig. ·+ eine Ansicht des metallischen Zahnelementes des Kolbens nach Fig. 3,

Fig. 5 einen SChnitt längs der Linie V-V der Fig. 4,

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Fig. 6 in vergrößerter Darstellung eine Teilansicht eines Zahnes des Zahnelementes»

Fig. 7 reinen Längsschnitt durch einen gezahnten Kolben gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vorliegender ERfindung,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines mit einem Verstärkungsring versehenen gezahnten Kolbens ₉

Fig. 9 einen SChnitt längs der Linie IX=IX der Fig. 8,

Fig„ 10 in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt durch die Hauptbereiche der Kunstharz-Dichtung des gezahnten Kolbens, und

Fig. 11 einen SChnitt durch die Kunstharz-Dichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.

In den Fig. 1 bis 6 ist die Verwendung eines gezahnten bzw. üiahnstangenartigen Kolbens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung bei einem Türschließer dargestellt. Das Türschließer-Gehäuse 1 aus Metall hergestellt und besitzt innen einen Zylinder la, welcher einen Kolben 2 beherbergt. Der Kolben 2 besteht in integraler Weise aus einem metallischen Zahnelement 2a und aus einer Kunstharz-Dichtung 2b, d.h. Zahnelement und Dichtung'bilden ein Ganzes. Im Mittelteil des metallischen Zahnelementes 2a ist ein Ritzel aufnehnehmende Ausnehmung 2c vorgesehen, innerhalb der Zähne 2a¹ , 2a' des Zahnelementes 2a an gegenüberliegenden Bereichen gebildet sind. An beiden Enden des Zahnelementes 2a sind keilförmige bzw. 86hwalbenschwanzförmige Vorsprünge 2a", 2a" gebildet, die in die Kunstharz-Dichtung 2b eingreifen, die so mit dem Zahn-

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element ein Ganzes bildet. Im Zahnelement 2a und in der Dichtung 2h sind durchgehende ölverbindungsbohrungen A, A' vorgesehen. Innerhalb der ölverbindungsbohrung A ist ein Steuerventil 4 mit einem Kugelventilstück 3 eingebaut. 5 ist ein Verbindungsglied, das in diametraler Richtung der ölverbindungsbohrung A befestigt ist, um das Kugenventilstück 3 zu halten. An der Endstirnfläche der Kunstharz-Dichtung 2b, die an der gemäß Zeichnung rechten Seite des metallischen Zahnelementes 2a angeordnet ist, ist eine ringförmige konkave Nut 2b' eingeformt, wobei um diese herum eine Zunge 2b" gebildet ist. Am einen Teil der Kunstharz-Dichtung 2b, hier auf der gemäß Zeichnung rechten Seite, erstreckt sich in Längsrichtung des Kolbens 2 eine Nut 2b'^fl für den öldurchgang. Diese Nut 2b'^fl ist mit öffnungen in einem ölweg Ib, der im Türsehließer-Gehäuse 1 gebildet ist, phasenfleich gegenüberliegend angeordnet. Die Nut 2b^1ft soll verhindern, daß die Kunstharz-Dichtung 2b die radialen öffnungen des ülweges Ib dann berührt, wenn sich der Kolben 2 bewegt, so daß vermieden ist, daß die Kunstharz-Dichtung 2b dadurch einem Abrieö unterworfen ist. Gleichzeitig hilft diese Nut 2b^flt beim Durchlassen des Öls, so daß die Kolbenbewegung geglättet bzw. gleichmäßig gemacht wird, wenn sich der Kolben 2 nach links bewegt. Der gleichmäßige bzw. ruhige Lauf des Kolbens ist notwendig, weil bei der nach links gerichteten Bewegung des Kolbens 2 im Zylinder la der Öldruck bewirkt, daß die Zunge 2b" der Dichtung 2b an die Innenfläche des Zylinders la gedrückt wird.

Das Türsehließer-Gehäuse 1 ist mit sich gegenseitig überlappenden bzw. ineinandergreifenden Lagern 6, 7 versehen, zwischen denen ein öldichtring 8 befestigt ist. Eine Welle 9 wird von den Lagern 6, 7 drehbar gehalten. Das teilweise gezahnte Ritzel 9a, das die Welle 9 umgibt, ist innerhalb der Ausnehmung 2c des Kolbens 2 angeordnet und kann mit den Zähnen 2a bzw. 2a' des Hahnelementes 2a kämmen. Am Ende der Welle 9 ist ein Arm 10 befestigt, dessen Ende an einem ortsfesten Teil in der nähe einer nicht dargestellten Tür drehbar befestigt ist. Der Kolben 2 wird durch

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den Druck von Federn 11, 12 normalerweise gemäß der Fig. nach rechts gedrückt.

In dem ölweg Ib im Türschließer-Gehäuse 1 ist ferner ein Nadelventil 13 vorgesehen. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Abdeckung, während 15 Kugelelemente sind, die den ölweg Ib abspecpen können.

Damit derselbe Türschließer für die Verwendung in die eine oder andere Richtung geeignet ist, sind zwei Zahnreihen 2a', 2a¹ an einander gegenüberliegenden Bereichen des metallischen Zahnelementes 2a des Kolbens 2 gebildet.

Wie erwähnt,ist,das Türschließer-Gehäuse 1 an der Tür befestigt, während das Ende des Arms 10 an einem ortsfesten Teil nahe der Tür drehbar befestigt ist. Wenn somit die Tür in Öffnungsrichtung bewegt wird, beginnt das Ritzel 9a mit einem Zahn 2a¹ des Zahnelementes 2a des Kolbens 2 zu kämmen, sobald sich die Welle dreht, während sich der Kolben gemäß der Zeichnung nach links bewegt. Dadurch wird das Steuerventil k geöffnet ,und dementsprechend kann der Kolben 2 im Zylinder la nach links bewegt werden, wenn nur die Kraft der Federn 11, 12 überwunden wird.

Wenn die geöffnete Tür losgelassen wird, wird der Kolben 2 durch die Kraft der Federn 11, 12 gemäß der Zeichnung nach rechts gedrückt, wobei jedoch das Steuerventil U geschlossen ist, Demzufolge strömt das öl im Zylinder la durch den ölweg Ib und die Nut 2b^!t', und somit bewegt sich der Kolben 2 wegen des Strömungswiderstandes im ölweg Ib langsam nach rechts , was zur Folge hat, daß die Tür gedämpft geschlossen wird.

Die Dichtung 2b" des Kolbens 2, die aus Kunstharz oder einem anderen geeigneten Kunststoff hergestellt ist, besitzt einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizientenais das metalli-

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sehe Türschließer-Gehäuse 1. Deshalb wird bei hoher Temperatur der Spalt zwischen der Dichtung 2b" und dem Zylinder la enger, so daß der ölströmungswiderstand größer wird, Damit kann eine Verringerung der ölviskosität aufgrund der Temperaturerhöhung absorbiert werden. Bei niedriger Temperatur ist das Phänomen umgekehrt, so daß die Türschließgeschwindigkeit unabhängig von der Temperatur konstant gehalten werden kann.

Durch die Nut 2b' in der Dichtung 2b des Kolbens 2 und die Zunge 2b", die sich über die gesamte Länge dieser Nut 2b' erstreckt, ist die öldichtung verstärkt, weil die Zunge 2b" an die Innenfläche des Zylinders la gepreßt wird, wenn der Öldruck in der Kammer B des Zylinders la ansteigt, was dasselbe Prinzip wie bei der sog. V-Dichtung bzw. -Packung ist.

Je nach dem in der Kammer B erzeugten Öldruck reicht eine geringe Elastizität der Zunge 2b" für diesen Zweck aus.

Das Zahnelement 2a des Kolbens 2 besteht aus einer Anzahl von seih überlappenden Blechen, die mit ihren Zähnen 2a' preßgeformt sind. Wenn das Zahnelement 2a mittels Einsetzformen mit der Kunstharz-Dichtung 2b verbunden wird, ist seine maschinelle Herstellung wesentlich erleichtert.

Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines gezahnten bzwt zahnstangenartigen Kolben 16 gemäß vorliegender Erfindung. Der Kolben gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist hier grundlegenderer Art als der Kolben gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Beim gezahnten Kolben 16 sind die Zahnglieder bzw. -elemente 16a, 16b, die aus zwei voneinander unabhängigen Metallblatten bestehen, einander gegenüberliegend angeordnet, und*mit der Kunstharz-Dichtung 16c durch beispielsweise Einsetzformen integriert bzw. zu einem Ganzen geformt. Die Kunstharz- bzw* -stoff-Dichtung 16c besitzt ölwege 16d, 16d, die die linke und die rechte Seite des

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gezahnten Kolbens 16 miteinander verbinden. Im einen Weg 16d ist ein Ventilsitz 16e vorgesehen. Mit 16f ist eine ölduchgangsnut und mit 16a¹, 16a¹ die Zähne bezeichnet, die an den Zahngliedern bzw. -elementen 16a, 16b gebildet sind.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines gezahnten bzw. zahnstangenartigen Kolbens. Bei diesem gezahnten Kolben 17 ist das metallische Zahnelement 17a mit der Kunstharzbzw. -stOff-Dichtung 17b durch Einsetzformen zu einem Ganzen integriert. Das metallische Zahnelement 17a besitzt eine das Ritzel aufnehmende Ausnehmung 17o, die im mittleren Teil gebohrt bzw. in entsprechender Weise hergestellt ist. An den Innenflächen der Aunehmung 17c sind Zähne 17a', 17a¹ des Zahnelementes einander gegenüberliegend gebildet. Mit den Kunstharz-*Dichtungen 17b, 17b ist durch Einsetzformen jeweils ein metallischer V er-Stärkungsring 17d, 17d integral verbunden bzw. zu einem Ganzen integriert. Diese Ringe 17d, 17d umgeben die Kunstharz~Dichtungen 17d, 17d von außerhalb im Bereich der schwalbenschwanzförmigen bzw. keilförmige Vorsprünge 17a", 17a" des metallischen Zahnelementes 17a. Dank des Vorhandenseins dieser Finge 17d, 17d kann eine Deformation aufgrund Alterung der Kunstahrz-Dichtung 17b₅ 17b verhindert und die Lebensdauer der Dichtungen 17b, 17b merklich erhöht werden. An der Stirnfläche der Dichtung 17b an der gemäß Fig. 9 linken Seite ist eine ringförmige Nut 17b¹ gebildet, wodurch auch eine Zunge 17b" am äußeren Ende der Dichtung 17b gebildet ist. Das Bezugszeichen 17b'^fl kennzeichnet eine Durchgangsbohrung, die einen ein Kugelventil berührenden Stift aufnimmt und die in der Kunstharz-Dichtung 17b gebildet ist, 17b"" eine öldurchlaßnut, 18, 18 ölwege, die in der Dichtung 17b und im Zahnelement 17a gebildet sind, und 18a einen Ventilsitz für das Kugelventil.

Fig. 11 zeigt in einem Teilschnitt eine Abwandlung der Kunstharz-Dichtung, deren Merkmal darin besteht, daß an einer Stirnfläche der Dichtung 19 ein Einschnitt 19a und um die Dichtung 19 herum

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eine Zunge 19b gebildet ist. In dieser Fig. kennzeichnet die Bezugsziffer 20 einen metallischen Verstärkungsring, 19c einen ölwep; und 19b eine ftldurchlaßnut.

Bei der vorliegenden Erfindung ist also eine'integrale bzw. ein Ganzes bildende Kombination eines gezahnten bzw. zahnstangenartigen Kolben aus einem metallischen Zahnelement und einer Kunstharz-Dichtung gegeben. Bei einem derartigen Kolben ist sichergestellt, daß sich eine Instabilität im Kolbenlauf aufgrund von Temperaturschwankungen ergibt, daß das Zahnelement ausreichend stabil und haltbar und die Dichtung verschleißfest und gut gleitend und geschmiert ist. In der Kunststoff-Dichtung ist eine ringförmige Zunge zur Verbesserung der Dichtigkeit und ein Verstärkungsring zur Verlängerung der Lebensdauer integral eingeformt. An einem Teilbereich der ringförmigen Zunge ist eine konkave Nut zum Glätten der Kolbenbewegung vorgesehen. Durch das Anordnen der konkaven Nut gegenüber der öffnung des ölweges im Zylinder ist bei der Gleitbewegung des Kolbens ein Antrieb der Dichtung verhindert, so daß die Kolbenbewegung stabilisiert und ein Eindringen von Kunststoffteilchen in das Arbeitsmedium verhindert ist.

Wenn auch verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben wurden, versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern weitere im Rahmen der ERfindung abgewandelte Beispiele möglich sind.

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Claims

Patentansprüche

n\ Gezahnter Kolben für hydraulische Vorrichtungen, dadurch gekennzeichnet , daß er eine integrale Einheit aus einem metallischen Zahnelement (2a; 16ai bj 17a) und einer Kunststoffdichtung (2c; 16c; 17b; 19) bildet.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Zahnreihen (2a^f, 16a', 17a¹) aus metallischem Zahnelement (2a; 16a; 17a) gebildet sind.

3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Zahnelement aus zwei unabhängigen flachen Platten (16a, b) besteht, an denen die Zahnreihen (16a¹) gebildet sind, und daß die Zahnreihen (16a¹) parallel zueinander angeordnet sind.

η ρ ft 3 6 / η ß L 9

ORIGINAL INSPECTED

M-. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im metallischen Zahnelement (2a; 16a, b; 12a) eine ein Ritzel (9a) aufnehmende Ausnehmung (2c, 17c) gebildet ist und daß die am metallischen Zahnelement gebildeten Zahnreihen (2a', 16a', 17a') in dieser Ausnehmung einander gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Kolben nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Zunge (2b", 17b", 19b) zur ölabdichtung um die Kunststoffdichtung (2b, 16c, 17b, 19) herum nach außen vorsteht.

6. Kolben nach einer der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein metallischer Verstärkungsring (17d, 20) am einen Teil der Kunststoffdichtung (17b, 19) integral eingeformt ist.

7. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Kolbens (2, 16, 17) am einen Teil der ringförmigen Zunge (2b, 16c, 17b, 19) eine ölaustrittsnut (2b¹", 16f, 17b"", 19d) vorgesehen ist.

8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölaustrittsnut (2b¹", 16f, 17b"", 19d) der öffnung für den ölweg (Ib) im Zylinder (la) gegenüberliegend phasengleich angeordnet ist.

9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß längs der Mittelachse des Kolbens (2, 16, 17) eine ölverbindungsöffnung (A, A'j 16d; 18; 19c) vorgesehen ist, in der ein Steuerventil (4, 3) angeordnet ist.

- 3 0 9 8 3 S / Π B U 9

10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (4) ein Kugelventilstück (3) besitzt.

11. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß an beiden Stirnflächen des metallischen Zahnelementes (2a; 17a) schwalbenschwanzförmige Vorsprünge (2a", 17a") gebildet sind, die von den Kunststoffdichtungen (2b, 17b, 19) durch Umformen integral umgeben sind.

12» Kolben nach den Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Verstärkungsring (17d, 20) dem Teil der Kunststoffabdichtung (12b_s 17b, 19) an einer Stelle integral angeformt ist, die die schwalbenschwanzförmigen Vorsprünge (2a", 17a") umgibt.

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