DE3732772C2 - 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 der Kolbenstange in Verbindung steht, die mindestens einen axialseitigen Zylinderdeckel durchdringt und dabei eine an dem Zylinderdeckel gehaltene Führungs- und Dichtanordnung in Längsrichtung verschiebbar und abgedichtet durchsetzt, mit einer an dem Zylinderdeckel axial außerhalb der Führungs- und Dichtanordnung vorgesehenen Sammeleinrichtung für aus dem Zylinderrohr austretendes Druckmittel und Verunreini­ gungen, die eine gasdichte Umfangswand aufweist, die einen Län­ genabschnitt der Kolbenstange über den gesamten Umfang umgibt und einen die Kolbenstange umschließenden Sammelraum begrenzt, der über eine die Umfangswand durchsetzende Absaugöffnung mit einer Absaugeinrichtung verbunden ist.

Ein Kolben-Zylinder-Aggregat dieser Art geht aus der DE 35 02 538 A1 hervor. Es ist für einen Einsatz in sogenannten Rein­ raumbereichen konzipiert, in denen eine von Staub oder sonstigen Verunreinigungen unbelastete Atmosphäre herrschen sollte. Da bei konventionellen Kolben-Zylinder-Aggregaten nicht verhindert werden kann, daß sowohl zum Betrieb des Arbeits­ zylinders benötigtes Druckmittel als auch in diesem Druckmittel enthaltende Verununreinigungen im Durchtrittsbereich der Kolbenstange aus dem Lagerdeckel austreten und an die nähere Umgebung gelangen, hat man im Falle der DE 35 02 538 A1 dem Führungs- und Dichtbereich des von der Kolbenstange durch­ setzten Zylinderdeckels eine Sammeleinrichtung vorgeschaltet. Die Sammeleinrichtung weist einen die Kolbenstange umgebenden Sammelraum auf, in den die austretenden Medien zunächst ein­ treten. Von dort werden diese Medien mit Hilfe einer Absaug­ einrichtung entfernt, die in dem Sammelraum einen Unterdruck erzeugt.

Um den Sammelraum auch an der axialen Außenseite möglichst dicht abzuschließen, sind bei dem bekannten Kolben-Zylinder- Aggregat zwei Ausführungsvarianten vorgeschlagen. Im einen Fall ist auch zwischen dem den Sammelraum axial außen begrenzenden Abschnitt der Umfangswand der Sammeleinrichtung und der Kolbenstange eine Dichtanordnung vorgesehen. Im anderen Fall wird auf eine solche Dichtanordnung verzichtet und der die Kolbenstange umschließende Abschnitt der Umfangswand möglichst nahe an die Kolbenstange herangeführt. All diese Maßnahmen haben den Zweck, zu verhindern, daß Verunreinigungen aus dem Sammelraum durch Anhaften an der Kolbenstange doch noch an die nächste Umgebung des Kolben-Zylinder-Aggregates gelangen.

Gleichwohl ist durch die berührungslose Abdichtung ein Austritt von Restverunreinigungen nicht völlig auszuschließen und bei Verwendung einer Dichtanordnung besteht die Gefahr, daß mit zu­ nehmendem Verschleiß ebenfalls die Dichtwirkung nachläßt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kolben-Zylinder-Aggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter Beibehaltung eines einfachen Aufbaues und einer verschleißarmen Betriebsweise eine zuverlässigere Abfuhr der aus dem Zylinderrohr austretenden Verunreinigungen gewähr­ leistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß dem Oberbegriff dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 vorgesehen, daß die Umfangswand axial außen im Anschluß an den Sammelraum einen die Kolbenstange umgebenden Ringspalt begrenzt, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Sammelraum und der Umgebung herstellt und über den bei saugender Absaugeinrichtung Umgebungsluft mit Düsenwirkung in den Sammelraum eingesaugt wird, die innerhalb des Sammelraumes eine Wirbelbildung hervorruft.

Auf diese Weise wird zwischen der Umfangswand und der Kolben­ stange im Anschluß an den Sammelraum bewußt ein Ringspalt vorgegeben, der bei saugender Absaugeinrichtung eine düsen­ artige Zuströmung von Umgebungsluft bewirkt. Diese zuströmende Umgebungsluft strömt innerhalb des Ringspaltes mit hoher Ge­ schwindigkeit an der Kolbenstange entlang und ist in der Lage, eventuell noch an der Kolbenstange anhaftende Verunreinigungen besser abzulösen und in den Sammelraum zurückzuwerfen. Die Wirbelbildung innerhalb des Sammelraumes tut ein übriges, um den Niederschlag der Schmutzpartikel an der Innenoberfläche des Sammelraumes und der umgebenden Kolbenstangenoberfläche zu verhindern um dadurch die Schmutzpartikel in den Saugluftstrom der Absaugeinrichtung zu bringen. Insgesamt werden somit die aus dem Zylinderrohr austretenden Verunreini­ gungen zuverlässig daran gehindert, über den Ringspalt an die Umgebung zu gelangen. Sie können gemeinsam mit eventuell austretendem Druckmittel über die Absaugeinrichtung abgesaugt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen aufgeführt.

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. Diese mündet andererseits in den einen, vom Zylinderrohr abgeteilten Zylinderraum aus und überragt die Länge des Zylinderrohres im Bereich der Kolben­ stangenseite. Daher ist es insbesondere möglich, die Druck­ mittel-Anschlußöffnung für den kolbenstangenseitigen Zylinder­ raum außerhalb des Zylinderrohres im Zylinderdeckel anzuordnen, so daß er in den Zylinderraum mündet. Damit können sämtliche für den Betrieb des Aggregates erforderlichen Kanäle und Öff­ nungen in einem einzigen Bauteil, nämlich dem Zylinderdeckel, untergebracht werden.

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 demon­ tierten Zustand des Zylinderdeckels einfach montieren. Der Führungsring selbst besteht vorzugsweise aus verschleißfestem Sintermaterial mit guten Gleiteigenschaften. Vorteilhafterweise liegt die Führungs- und Dichtanordnung darüber hinaus an einer vom Übergang des geringeren Durchmesser aufweisenden Sammel­ raumes zur größeren Durchmesser aufweisenden Verlängerung des Ringraumes an und trennt dadurch die beiden Wände voneinander ab. Auf eine separate Trennwand kann in diesem Fall mit dem Resultat einer Kostenverringerung verzichtet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden 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 kannbar, 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 von einander abteilt, von denen bei 3 nur der kolbenseitige dargestellt ist. Der Kolben steht mit einer Kolbenstange 4 in Verbindung, die den ab gebildeten Zylinderdeckel 2 in Ax­ ialrichtung koaxial durchdringt, und zwar durch eine im Innern des Zylinderdeckel s 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 gegengesetzten 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- oder Ölpartikel ab, so daß ein gründlicher Reinig­ ungsvorgang stattfindet, der eine schnelle Entsorgung der Ver­ unreinigungen zur Folge hat (die Spaltströmungen sind bei 19 angedeutet). Von Vorteil ist aber auch des weiteren, 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 Ringes 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. Dämpf­ ung 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 ab gebildete 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 (5)

1. Kolben-Zylinder-Aggregat, mit einem Zylinderrohr (1), in dem sich ein in Axialrichtung verschiebbarer Kolben befindet, der mit der Kolbenstange (4) in Verbindung steht, die mindestens einen axialseitigen Zylinderdeckel (2) durchdringt und dabei eine an dem Zylinderdeckel (2) gehaltene Führungs- und Dichtan­ ordnung (5) in Längsrichtung verschiebbar und abgedichtet durchsetzt, mit einer an dem Zylinderdeckel (2) axial außerhalb der Führungs- und Dichtanordnung (5) vorgesehenen Sammelein­ richtung (8) für aus dem Zylinderrohr (1) austretendes Druck­ mittel und Verunreinigungen, die eine gasdichte Umfangswand (9) aufweist, die einen Längenabschnitt der Kolbenstange (4) über den gesamten Umfang umgibt und einen die Kolbenstange (4) um­ schließenden Sammelraum (14) begrenzt, der über eine die Um­ fangswand (9) durchsetzende Absaugöffnung (16) mit einer Ab­ saugeinrichtung (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (9) axial außen im Anschluß an den Sammelraum (14) einen die Kolbenstange (4) umgebenden Ringspalt (18) begrenzt, der eine Strömungsverbindung (19) zwischen dem Sammelraum (14) und der Umgebung herstellt und über den bei saugender Absaugeinrichtung (15) Umgebungsluft mit Düsenwir­ kung in den Sammelraum (14) eingesaugt wird, die innerhalb des Sammelraumes eine Wirbelbildung hervorruft.

2. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungs- und Dichtanordnung (5) im Zylinder­ deckel (2) außerhalb des Zylinderrohres (1) angeordnet ist und einen zylindrischen, die Kolbenstange (4) umgebenden Ringraum (21) axialseitig begrenzt, der in den einen vom Kolben im Zy­ linderrohr (1) abgeteilten Zylinderraum (3) ausmündet.

3. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckmittel-Anschlußöffnung (33) für den kol­ benstangenseitigen Zylinderraum (3) außerhalb des Zylinderroh­ res (1) im Zylinderdeckel (2) angeordnet ist und in den Ring­ raum (21) mündet.

4. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- und Dichtanordnung (5) aus einem die Kolbenstange (4) mit Gleitspiel umfassenden Führungsring (24) und einem Abstreifring (25) besteht, die in einer koaxialen Verlängerung des mit dem Zylinderraum in Ver­ bindung stehenden Ringraumes (21) einsitzen.

5. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungs- und Dichtanordnung (5) am Übergang (23) zwischen dem geringeren Durchmesser aufweisenden Sammel­ raum (14) und der größeren Durchmesser aufweisenden Verlänge­ rung des Ringraumes (21) anliegt und dadurch die beiden Räume (14, 21) voneinander abtrennt.