DE3732772A1 - Kolben-zylinder-aggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem Zylinderrohr, in dem sich ein in Axialrichtung verschiebbarer Kolben befindet, der mit einer Kolbenstange in Verbindung steht, die zumindest einen axialseitigen Zylinderdeckel durch eine Führungs- und Dichtanordnung hindurch in Längsrichtung verschiebbar und abgedichtet durchdringt.

Konventionelle Kolben-Zylinder-Aggregate sind derart konstru­ iert, daß die Führungs- und Dichtanordnung im Zylinderdeckel praktisch den Abschluß des Zylinders bildet, so daß die Kolben­ stange nach Durchqueren der Anordnung unmittelbar ins Freie ge­ langt. Derartige Bauformen sind jedoch für Einsatzbereiche nicht geeignet, bei denen die nächste Umgebung des Kolben-Zy­ linder-Aggregates frei von Staub, Verunreinigungen, Luftwirbeln oder dergleichen zu sein hat. Auflagen dieser Art bestehen bei Einsätzen in sogenannten Clean-Rooms, in denen beispielsweise die Herstellung von Computerbauteilen oder medizinischen Artikeln durchgeführt werden. Zwar sorgt die Führungs- und Dichtanordnung für einen zuverlässigen Betrieb des Kolben- Zylinder-Aggregates, es kann jedoch nicht verhindert werden, daß durch die Dichtanordnung hindurch oder an dieser vorbei an der Kolbenstange haftende Partikel von Verunreinigungen nach außen gelangen, die dann die nächste Umgebung des Aggregates verschmutzen. Auch führen eventuelle - und hier selbst geringste - Undichtig­ keiten im Bereich der Dichtanordnung zu einem Ausströmen von Druck­ luft, die sodann störende Luftwirbel verursachen und mitaus­ tretende Verunreinigungen, z. B. auch Schmierölpartikel, in der Umgebung des Aggregates verbreiten kann.

Das Ziel der Erfindung ist es daher, ein Kolben-Zylinder-Ag­ gregat der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ver­ hindert wird, daß die aus dem Zylinder austretenden Verun­ reinigungen und/oder Luftströme sowie die an der Kolbenstange anhaftenden Partikel an die Umgebung des Kolben-Zylinder- Aggregats gelangen.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß der von der Kolbenstange durchquerte Zylinderdeckel gleichzeitig eine als ein Teil mit ihm ausgebildete Sammeleinrichtung für austretendes Druckmittel und Verunreinigungen aufweist, die dem vom Zylinderrohr in Axialrichtung wegweisenden, außerhalb der Führungs- und Dicht­ anordnung liegenden Längsabschnitt des Zylinderdeckels zuge­ ordnet ist, daß die Sammeleinrichtung eine gasdichte Umfangs­ wand aufweist, die zumindest einen Längenabschnitt der Kolben­ stange über deren gesamten Umfang mit Spiel unter Bildung eines Sammelraumes umgibt, der zylinderrohrseitig vom benachbarten Abschnitt des Zylinderdeckels bzw. von der Führungs- und Dicht­ anordnung begrenzt ist und auf der vom Zylinderrohr wegweisen­ den Axialseite über einen die Kolbenstange umgebenden Ringspalt offen und mit der Umgebung verbunden ist, und daß der Sammel­ raum über eine Absaugöffnung mit einer Absaugeinrichtung ver­ bindbar ist.

Damit schließt sich an die Führungs- und Dichtanordnung nach außen hin unmittelbar ein Sammelraum an, in den die durch die Führungs- und Dichtanordnung aus dem Zylinderrohrinnern aus­ tretenden Verunreinigungen, Partikel oder Luftströme zunächst gelangen. Von dort aus werden die ausgetretenen Teile unmittel­ bar über die Absaugöffnung vermittels der Absaugeinrichtung entfernt und können an einen Ort geleitet werden, an dem sie nicht stören. Eine Verschmutzung der unmittelbaren Umgebung des Kolben-Zylinder-Aggregates ist damit verhindert. Vorteil­ haft ist dabei, daß der Sammelraum nach außen hin nicht völlig abgeschlossen ist, sondern über den Ringspalt mit der Umgebung in Verbindung steht. Dadurch saugt die Absaugeinrichtung zu­ sätzlich Umgebungsluft von außen her in den Sammelraum an, was die Reinigungswirkung an der Oberfläche der Kolbenstange beträchtlich erhöht. Es entsteht praktisch ein Sog mit der Folge einer Luftwirbelbildung im Sammelraum, der verhindert, daß sich Schmutzpartikel an der Innenoberfläche des Sammel­ raumes und der umgebenen Kolbenstangenoberfläche niederschlagen. Durch den Ringspalt wird daher die Absaug- und Reinigungslei­ stung beträchtlich erhöht. Diese Vorteile werden bei der zweckmäßigerweise einteiligen Ausführungsform des Zylinder­ deckels mit geringem baulichem Aufwand erzielt, so daß die Herstellungskosten gegenüber konventionellen Zylinderdeckeln nur unwesentlich höher sind. Als Absaugeinrichtung kann eine übliche Pumpe oder aber eine Druckmittelsenke in Gestalt von Vakuum verwendet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen aufgeführt.

Vorzugsweise ist der Sammelraum ein die Kolbenstange koaxial umgebender zylindrischer Ringraum, der besonders einfach her­ stellbar ist. Seine in Radialrichtung gemessene Breite ist vorzugsweise größer als diejenige des Ringspaltes, so daß eine Düsenwirkung erzielt wird, die die Reinigungsintensität im Sammelraum erhöht. Desweiteren kann vorgesehen werden, die Ab­ saugöffnung so anzuordnen, daß sie die Umfangswand der Sammel­ einrichtung in Radialrichtung von der Kolbenstange aus gesehen durchdringt und in den Sammelraum an dessen Umfangsseite ein­ mündet. Die erforderlichen Absaugleitungen lassen sich damit gut zugänglich an der Absaugöffnung anbringen.

Die Führungs- und Dichtanordnung ist vorzugsweise im Zylinder­ deckel außerhalb des Zylinderrohres angeordnet und begrenzt einen zylindrischen, die Kolbenstange umgebenden Ringraum an seiner einen axialen Seite. Dieser mündet andererseits in den einen, vom Kolben im Zylinderrohr abgeteilten Zylinderraum aus und überragt die Länge des Zylinderrohres im Bereich der Kolben­ stangenseite. Daher ist insbesondere möglich, die Druckmittel- Anschlußöffnung für den kolbenstangenseitigen Zylinderraum außerhalb des Zylinderrohres im Zylinderdeckel anzuordnen, so daß er in den Zylinderraum mündet. Damit können sämtliche für den Betrieb des Aggregates erforderlichen Kanäle bzw. Öffnungen in einem einzigen Bauteil, nämlich dem Zylinderdeckel, untergebracht werden. Der Zylinderdeckel weist ferner zweckmäßiger­ weise einen in das Zylinderrohr hineinragenden Endabschnitt auf, der als Hubbegrenzung für den Kolben dienen kann und hierzu zweckmäßigerweise kolbenseitig mit einem Puffer, z. B. in Gestalt eines Gummiringes, versehen ist.

Vorzugsweise besteht die Führungs- und Dichtanordnung aus einem die Kolbenstange mit Gleitspiel umfassenden Führungsring und einem Abstreifring, die in einer koaxialen Verlängerung des mit dem Zylinderraum in Verbindung stehenden Ringraumes einsitzen. Die Führungs- und Dichtanordnung läßt sich daher im demontier­ ten Zustand des Zylinderdeckels einfach montieren. Der Füh­ rungsring selbst besteht vorzugsweise aus verschleißfestem Sintermaterial mit guten Gleiteigenschaften. Vorteilhafter­ weise liegt die Führungs- und Dichtanordnung darüber hinaus an einer vom Übergang des geringeren Durchmessers aufweisenden Sammelraumes zur größeren Durchmesser aufweisenden Verlänge­ rung des Ringraumes an und trennt dadurch die beiden Räume voneinander ab. Auf eine separate Trennwand kann daher mit dem Resultat einer Kostenverringerung verzichtet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Längs­ schnitt durch den einen axialen Endbereich des erfindungsge­ mäßen Kolben-Zylinder-Aggregats, wobei insbesondere die Bau­ weise des von der Kolbenstange durchdrungenen Zylinderdeckels ersichtlich ist.

In der Figur ist der eine Endbereich des Zylinderrohres 1 er­ kennbar, das mit einem Zylinderdeckel 2 verschlossen ist. Das andere Ende des Zylinderrohres ist ebenfalls mit einem nicht dargestellten Zylinderdeckel versehen. Im Innern des Zylinderrohres befindet sich ein nicht abgebildeter Kolben, der in Axialrichtung verschieblich ist und zwei Zylinderräume voneinander abteilt, von denen bei 3 nur der kolbenseitige dargestellt ist. Der Kolben steht mit einer Kolbenstange 4 in Verbindung, die den abgebildeten Zylinderdeckel 2 in Axi­ alrichtung koaxial durchdringt, und zwar durch eine im Innern des Zylinderdeckels angeordnete Führungs- und Dicht­ anordnung 5, die die Kolbenstange 4 verschiebbar führt und gleichzeitig den Zylinderraum 3 zur Umgebung 6 hin abdichtet.

Beim Ausführungsbeispiel ist der Zylinderdeckel 2 zylindrisch und hülsenförmig ausgebildet, wobei sich die Führungs- und Dichtanordnung 5 im Bereich der Längsmitte befindet. An seinem bezüglich der Führungs- und Dichtanordnung vom Zylinderrohr 1 wegweisenden Vorderbereich 7 ist der Zylinderdeckel 2 mit einer Sammeleinrichtung 8 ausgestattet, die vorteilhafterweise einstückig mit dem übrigen Teil des Zylinderdeckels ausgebildet ist. Diese Sammeleinrichtung 8 weist eine gasdichte Umfangs­ wand 9 auf, die einen auf die Führungs- und Dichtanordnung 5 zum Vorderbereich 7 hin folgenden Längenabschnitt 10 der Kolben­ stange 4 über deren gesamten Umfang mit Spiel umgibt. Dadurch ist ein hohlzylindrischer Sammelraum 14 gebildet, der des­ weiteren an seiner zum Zylinderrohr 1 weisenden Axialseite von der Führungs- und Dichtanordnung 5 abgeschlossen ist. Der Sammelraum 14 dient zur Aufnahme von Verunreinigungen, Staub, Öl oder dergleichen Partikel, die an der Kolbenstange 4 haftend die Führungs- und Dichtanordnung 5 vom Zylinderraum 3 in den Sammelraum 14 durchdringen können. Ferner dient der Sammelraum zur Aufnahme von die Dichtanordnung passierenden Leckströmungen.

Damit ist unterbunden, daß diese Partikel bzw. Luftanteile an die unmittelbare Umgebung des Kolben-Zylinder-Aggregates ge­ langen, so daß dasselbe dafür geeignet ist, an Orten einge­ setzt zu werden, an denen eine verunreinigungsfreie Umgebung Bedingung ist.

Denn die in den Sammelraum 14 gelangenden Teile können über eine schematisch dargestellte Absaugeinrichtung 15 - z. B. eine Pumpe oder Vakuum - mühelos abgesaugt werden, indem die­ selbe über eine die Umfangswand 9 durchquerende Absaugöffnung 16 mit dem Sammelraum 14 verbindbar ist. Die Absaugöffnung durchdringt die Umfangswand 9 beim Ausführungsbeispiel in Radialrichtung bezüglich der Längsachse 17 der Kolbenstange 4.

Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Aggre­ gates ist ein am freien axialen Ende des Vorderbereiches 7 der Sammeleinrichtung 8 vorgesehener Ringspalt 18, der hier zweckmäßigerweise koaxial zum Sammelraum 14 angeordnet ist und denselben auf der der Führungs- und Dichtanordnung ent­ gegengesetzen Seite mit der Umgebung 6 verbindet.

Während des Betriebs der Absaugeinrichtung 15 gelangt dadurch über den Ringspalt 18, dessen Strömungsquerschnitt vorzugs­ weise geringer ist als derjenige der Absaugöffnung 16, zu­ sätzlich Umgebungsluft in den Sammelraum 14. Die hierdurch provozierte Wirbelbildung löst von den im Sammelraum befind­ lichen Oberflächen die dort eventuell niedergeschlagenen Schmutz- und Ölpartikel ab, so daß ein gründlicher Reini­ gungsvorgang stattfindet, der eine schnelle Entsorgung der Ver­ unreinigungen zur Folge hat (die Spaltströmungen sind bei 19 angedeutet). Von Vorteil ist aber auch desweiteren, daß auch im Bereich des Ringspaltes 18 und in dem diesem vorge­ lagerten Außenbereich 20 durch die Luftströmung 19 die Kolben­ stange 4 saubergehalten wird.

Zur Begünstigung der Wirbelbildung durch die einströmende Um­ gebungsluft ist beim Ausführungsbeispiel der Querschnitt des Sammelraumes 14 größer als derjenige des Ringspaltes 18 ge­ wählt; dies hat den weiteren Effekt, daß sich im Sammelraum 14 im Betrieb der Absaugeinrichtung 15 ein genügend hoher Unterdruck einstellen kann.

Der Zylinderdeckel 2 zeichnet sich nun aber noch durch eine weitere Besonderheit aus. So schließt sich an den Sammelraum 14 in Richtung zum Zylinderrohr 1 unmittelbar koaxial ein weiterer Ringraum 21 an, der sich über die gesamte Länge des Zylinderdeckels 2 bis hin zum Zylinderrohr 1 erstreckt und in dieses einmündet (Mündung 22). Der Durchmesser dieses Ring­ raumes 21 ist etwas größer als derjenige des Sammelraumes 14, so daß der Übergangsbereich eine Ringstufe 23 bildet. An dieser liegt eine über die Kolbenstange 4 gezogene und im Ringraum 21 einsitzende Führungsbuchse bzw. ein Führungsring 24 an, der zusammen mit einem Abstreifring 25 die Führungs- und Dicht­ anordnung 5 bildet. Der Abstreifring 25 folgt in Axialrichtung unmittelbar auf den Führungsring 24, der vorzugsweise aus Sinter­ material besteht und so zu einer hervorragenden Gleitführung der Kolbenstange beiträgt.

Damit ist nochmals verdeutlicht, daß die beim Ausführungsbei­ spiel mittels eines Trageringes 29 im Ringraum 21 festgelegte Führungs- und Dichtanordnung 5 die eine Begrenzungswand des Sammelraumes 14 bildet.

Der verbleibende Längenabschnitt des Ringraumes 21 ragt teil­ weise ins Innere des Zylinderrohres 1 hinein, zu welchem Zweck der Zylinderdeckel 2 an seinem entsprechenden Endbereich einen Ringstutzen 30 aufweist, auf den das Zylinderrohr 1 in Art einer Muffe aufgeschoben ist. Der zum Kolben weisende Endbereich 31 dieses Stutzens 30 bildet beim Ausführungsbeispiel eine Hub­ begrenzung für den Kolben und ist zur Pufferung bzw. Dämp­ fung der Aufschlagbewegung kolbenseitig mit einem Puffer 32 in Gestalt eines Gummiringes versehen.

Die Versorgung bzw. Entsorgung des kolbenstangenseitigen Zy­ linderraumes 3 erfolgt vorzugsweise über eine Druckmittel- Anschlußöffnung 33, die außerhalb des Zylinderrohres 1 die Wand des Ringraumes 21 in Radialrichtung durchdringt und in den Ringraum 21 ausmündet. Die Öffnung 33 ist daher über den Ringraum 21 mit dem Zylinderraum 3 verbunden.

Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist die Gestaltung der Sammeleinrichtung 8, die das Kolben-Zylinder-Aggregat für einen Einsatz in Reinräumen bzw. Clean-Rooms prädestiniert. Die abgebildete Ausführungsform mit dem zusätzlichen Ringraum 21 und der besonderen Anordnungsweise der Führungs- und Dicht­ anordnung 5 ist jedoch eine vorteilhafte Kombinationsmöglich­ keit, um die Herstellungskosten des gesamten Aggregats zu senken. Denn die wesentlichen Bearbeitungsmaßnahmen können an ein und demselben Bauteil, nämlich dem Zylinderdeckel 2, durchgeführt werden.

Claims (11)

1. Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem Zylinderrohr, in dem sich ein in Axialrichtung verschiebbarer Kolben befindet, der mit einer Kolbenstange in Verbindung steht, die zumindest einen axialseitigen Zylinderdeckel durch eine Führungs- und Dichtanordnung hindurch in Längsrichtung verschiebbar und abgedichtet durchdringt, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Kolbenstange (4) durchquerte Zylinderdeckel (2) gleichzeitig eine als einteils mit ihm ausgebildete Sammel­ einrichtung (8) für austretendes Druckmittel und Verunrei­ nigungen aufweist, die den vom Zylinderrohr (1) in Axial­ richtung wegweisenden, außerhalb der Führungs- und Dicht­ anordnung (5) liegenden Längsabschnitt (7) des Zylinder­ deckels (2) zugeordnet ist, daß die Sammeleinrichtung (8) eine gasdichte Umfangswand aufweist, die zumindest einen Längenabschnitt (10) der Kolbenstange (4) über deren ge­ samten Umfang mit Spiel unter Bildung eines Sammelraumes (14) umgibt, der zylinderrohrseitig vom benachbarten Ab­ schnitt des Zylinderdeckels (2) bzw. von der Führungs- und Dichtanordnung (5) begrenzt ist und auf der vom Zylinderrohr (1) wegweisenden Axialseite über einen die Kolbenstange (4) umgebenden Ringspalt (18) offen und mit der Umgebung (6) verbunden ist, und daß der Sammelraum (14) über eine Absaug­ öffnung (16) mit einer Absaugeinrichtung (15) verbindbar ist.

2. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sammelraum (14) ein die Kolbenstange (4) koaxial umgebender zylindrischer Ringraum ist.

3. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in Radialrichtung gemessene Breite des Sammelraumes (14) größer ist als diejenige des Ringspaltes (18).

4. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugöffnung (16) die Um­ fangswand (9) der Sammeleinrichtung (8) in Radialrichtung bezüglich der Kolbenstange (4) durchdringt und an dessen Um­ fangsseite in den Sammelraum (14) einmündet.

5. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugeinrichtung (15) eine Pumpe enthält.

6. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- und Dichtanordnung (5) im Zylinderdeckel (2) außerhalb des Zylinderrohres (1) angeordnet ist und einen zylindrischen, die Kolbenstange (4) umgebenden Ringraum (21) axialseitig begrenzt, der andererseits in den einen, vom Kolben im Zylinderrohr (1) abgeteilten Zylinderraum (3) ausmündet und der das Zylinder­ rohr (1) kolbenstangenseitig überragt.

7. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckmittel-Anschlußöffnung (33) für den kolbenstangenseitigen Zylinderraum (3) außerhalb des Zy­ linderrohres (1) im Zylinderdeckel (2) angeordnet ist und in den Ringraum (21) mündet.

8. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderdeckel (2) einen in das Zylinderrohr (1) hineinragenden Endabschnitt (31) auf­ weist, der als Hubbegrenzung für den Kolben dienen kann und hierzu zweckmäßigerweise kolbenseitig mit einem Puffer (32), z. B. in Gestalt eines Gummiringes, versehen ist.

9. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- und Dichtanord­ nung (5) aus einem die Kolbenstange (2) mit Gleitspiel um­ fassenden Führungsring (24), insbesondere einer Sinterbüchse, und einem Abstreifring (25) besteht, die in einer koaxialen Verlängerung des mit dem Zylinderraum in Verbindung stehenden Ringraumes (21) einsitzen.

10. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungs- und Dichtanordnung (5) am Über­ gang (23) des geringere Durchmesser aufweisenden Sammel­ raumes (14) zur größeren Durchmesser aufweisenden Verlän­ gerung des Ringraumes (21) anliegt und dadurch die beiden Räume (14, 21) voneinander abtrennt.

11. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Absaugöffnung (16) größer ist als der Strömungsquer­ schnitt des Ringspaltes (18).