DE3922280A1 - Kolbenstangenloser arbeitszylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kolbenstangenlosen Arbeitszylinder, mit wenigstens einem einen Kolben mit einem Kraftabgabeglied verbindenden Band, welches wenigstens einen an einem Ende eines den Kolben aufnehmenden Zylinderrohres angeordneten Zylinderdeckel gleichachsig bzw. achsparallel zum Kolben abgedichtet verschieblich durchsetzt, wobei der Zylinderdeckel eine vom Band durchsetzte Aufnahmekammer aufweist, die breiter als das Band ist, seitlich abgerundete Enden aufweist und in welcher sich zwei gleichartige, spiegelbildlich angeordnete und in ihrer Außenkontur der Aufnahmekammer entsprechende Dichtelemente befinden, die durch eine sie umschlingende Bandschlaufe aus elastischem Werkstoff mit Vorspannung an die Breitseiten des Bandes angedrückt sind, wobei die Bandschlaufe zugleich die Dichtelemente gegen die Wandung der Aufnahmekammer abdichtet.

Ein im wesentlichen den vorstehenden Merkmalen entsprechender Liniarantrieb ist aus der DE-PS 35 05 167 bekannt. Die Dichtelemente sind hierbei schalenartig mit jeweils einer flachen und einer gewölbten Seite ausgebildet, wobei jedes Dichtelement in einer zur Achse des Bandes senkrechten Ebene von Ringschnüren aus elastischem Material umschlungen ist. Die Ringschnüre können dabei in Aussparungen der Halbschalen eingelegt sein.

Weiterhin ist es aus der DE-AS 12 93 037 bekannt, die Dichtelemente als zylindrische Stäbe aus elastischem Material auszubilden, die zu je zweien beiderseitig des Bandes angeordnet sind. Zur Bandführung ist hierbei eine mit einem Schlitz zum Durchtritt des Bandes versehene Platte vorgesehen, welche durch ein Deckelteil am Zylinderdeckel lösbar gehaltert ist. Eine Erweiterung der Aufnahmekammer ist mit an das Band angedrückten Filz gefüllt.

Die DE-OS 24 04 244 zeigt einen Bandzylinder, bei welchem zur Abdichtung des Bandes eine druckmittelunterstützte, stabartige Lippendichtung vorgesehen ist, deren jeweils eine Lippe auf der Breitseite des Bandes und deren andere Lippe an der Wand des Aufnahmeraumes für die Lippendichtung anliegt.

Bei allen diesen kolbenstangenlosen Arbeitszylindern wird eine aus einem Elastomer, d. h. einem gummielastischen Werkstoff bestehende Dichtung an das Band angedrückt. Hierdurch ergibt sich Reibung, welche eine Verstellung des Arbeitszylinders behindert, und außerdem tritt ein Stick-Slip-Effekt auf, welcher ein feinfühliges Verstellen des Arbeitszylinders ausschließt. Um lange Funktionsfähigkeit zu erreichen, bedürfen diese Arbeitszylinder außerdem einer Schmierung des Bandes. Zudem sind bei einigen der bekannten Arbeitszylinder zusätzliche Bandführungen erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Arbeitszylinder der eingangs genannten Art in einfacher Weise derart auszubilden, daß er nur niedrige Reibungen aufweist und somit leicht verstellbar ist, daß er stick-slip-frei ist und somit sehr feinfühlig und genau verstellbar ist, daß er keiner gesonderten Schmierung bedarf, einen geringen Verschleiß, lange Betriebszeit, gute Notlaufeigenschaften und einfache Montage- und Demontagemöglichkeiten aufweist. Zudem soll das Band gut und spielfrei geführt werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, daß jedes aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten und hoher Verschleißfestigkeit sowie Härte gefertigtes Dichtelement bandzugewandt eine ebene Fläche aufweist, welche zur einer Seite außerhalb des Bandes von einem sich senkrecht zu dessen Breitseite erstreckenden Vorsprung überragt ist, der sich parallel zur Achse des Bandes über die halbe Erstreckung des Dichtelementes erstreckt und dessen bandabgewandte Oberfläche einen Teil der Außenkontur des Dichtelementes bildet, daß das Dichtelement zur anderen Seite des Bandes eine dem Vorsprung entsprechende Aussparung aufweist, daß das Dichtelement außenkonturseitig in einer zur Achse des Bandes senkrechten Ebene eine Nut aufweist, in welcher sich die beiden Dichtelemente gemeinsam umschlingende, in unmontiertem Zustand die Außenkontur überragende Bandschlaufe befindet, und daß kolbenabgewandt sich zwischen der Stirnseite jedes Dichtelementes und eines die Aufnahmekammer abschließenden Deckelteils durch Verformung elastisch vorgespannte Zwischenstücke befinden.

Nach der weiteren Erfindung zweckmäßige Ausgestaltungsmöglichkeiten für einen entsprechend den vorstehend angegebenen Merkmalen ausgebildeten Arbeitszylinder sind den Unteransprüchen entnehmbar. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen nach der Erfindung ausgebildeten Arbeitszylinder, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder,

Fig. 2 eine Einzelheit X aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Ansicht einer leeren, keine Dichtelemente aufweisenden Aufnahmekammer im Zylinderdeckel,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung zweier Dichtelemente mit Bandschlaufe und Zwischenstücken um ein Band,

Fig. 5 bis 8 ein Dichtelement in vier unterschiedlichen Ansichten,

Fig. 9 einen Schnitt gemäß Linie A-A in Fig. 6 durch das Dichtelement,

Fig. 10 einen Schnitt gemäß Linie B-B in Fig. 5 durch das Dichtelement und

Fig. 11 in nochmals vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch das Band mit zwei an diesem anliegenden Dichtelementen sowie einer diese umschließenden Bandschlaufe.

Der Arbeitszylinder weist gemäß Fig. 1 in einem Zylinderrohr 1 einen abgedichtet verschieblich geführten Kolben 2 auf, von welchem beiderseits aus Stahl oder Kunststoff gefertigte Bänder 3, 4 über Umlenkrollen 5, 6 zu einem Kraftabgabeglied 7 führen; der Arbeitszylinder stellt damit einen typischen Bandzylinder dar. Das Zylinderrohr 1 ist beiderseitig durch Zylinderdeckel 8, 9 abgeschlossen, in welchen die Umlenkrollen 5, 6 gelagert sind; die Stahlbänder 3 und 4 durchsetzen in ihren Abschnitten zwischen dem Kolben 2 und den Umlenkrollen 5 bzw. 6 in Aufnahmekammern 10, 11 der Zylinderdeckel 8, 9 angeordnete Abdichtungs- und Führungsorgane, welche nachfolgend genauer beschrieben werden. Die Einzelheit X in Fig. 1, also die Aufnahmekammer 10, ist in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt, die Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Aufnahmekammer nach Demontage der Abdichtungs- und Führungsorgane. Die Aufnahmekammer 10 weist eine quer zur Bandlängsrichtung verlaufende, längliche Gestalt auf, wobei ihre Länge größer als die Breite des Bandes 3 ist, und sie ist an ihren beiden Enden abgerundet. Die Aufnahmekammer 11 entspricht in ihrer Ausgestaltung und Ausstattung unter Berücksichtigung spiegelbildlicher Anordnung der Aufnahmekammer 10.

Zur Abdichtung des Bandes 3, 4 sind in die Aufnahmekammern 10, 11 Dichtungsorgane einzusetzen, wie sie aus den Fig. 4 bis 11 ersichtlich sind.

Gemäß Fig. 4 ist beiderseits des Bandes 3 je ein Dichtelement 12, 13 vorgesehen, welche gleichartig ausgebildet und zueinander spiegelbildlich angeordnet sind und deren Außenkontur 14 im wesentlichen der aus Fig. 3 ersichtlichen Kontur der Aufnahmekammer 10 entspricht.

Die Dichtelemente 12, 13 sind aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten und hoher Verschleißfestigkeit sowie Härte gefertigt, sie können aus einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), gegebenenfalls mit speziellen Beimischungen, aus einen Keramikwerkstoff oder auch aus geeigneten Metallegierungen bzw. Sintermetallen bestehen. Jedes Dichtelement 12, 13 weist, wie auch aus den Fig. 5 bis 10 ersichtlich, bandzugewandt eine ebene Fläche 15 auf, welche zur einen Seite außerhalb des Bandes 3 von einem sich senkrecht zu dessen Breitseite erstreckenden Vorsprung 16 überragt ist. Der Vorsprung 16 erstreckt sich in Richtung parallel zur Achse des Bandes 3 über die Hälfte der Breite des Dichtelementes 12, 13 und seine bandabgewandte Oberfläche bildet einen Teil der Außenkontur 14 des Dichtelementes. Zur anderen Seite des Bandes 3 ist jedes Dichtelement 12, 13 mit einer seinem Vorsprung 16 entsprechenden Aussparung 17 versehen, derart, daß bei der aus Fig. 4 ersichtlichen Anordnung bei Annäherung der beiden Dichtelemente 12, 13 der Vorsprung 16 des einen Dichtelementes 12, 13 jeweils in die Aussparung 17 des anderen Dichtelementes 13, 12 einzugreifen vermag. An seiner Außenkontur 14 weist jedes Dichtelement 12, 13 eine Nut 18 auf, welche in einer zur Achse des Bandes 3 senkrechten Ebene verläuft und sich über die ganze Außenkontur erstreckt; im Bereich der Aussparung 17 entfällt eine Hälfte der Nut 18. Beiderseitig einer in Achsrichtung des Bandes 3 und senkrecht zu diesem verlaufenden Mittelebene weisen die Dichtelemente 12, 13 je eine sacklochartige, vom Nutgrund 19 ausgehende Ausnehmung 20 auf. Weiterhin weist jedes Dichtelement 12, 13 außenkonturseitig etwa mittig eine parallel zur Achse des Bandes 3 verlaufende Montagenut 21 auf, deren Tiefe geringer ist als die Tiefe der sie kreuzenden Nut 18. Auf der im montierten Zustand dem Kolben 2 abgewandten Seite weist jedes Dichtelement 12, 13 etwa vor der Aussparung 17 eine kurze Nut 22 auf, welche etwa parallel zur Breitseite des Bandes 3 verläuft.

Zur Montage der Dichtelemente ist jeweils ein Dichtelement 12 von oben und ein Dichtelement 13 von unten an das Band 3 anzulegen, derart, daß der Vorsprung 16 des einen Dichtelementes 12, 13 jeweils in die Aussparung 17 des anderen Dichtelementes 13, 12 eingreift; die zum Band 3 senkrecht verlaufenden Wandungen der Vorsprünge 16 kommen dabei an den Schmalseiten des Bandes 3 zur Anlage, wobei die Abmessungen derart getroffen sind, daß bei am Band 3 anliegenden Dichtelementen 12, 13 diese wie aus Fig. 11 ersichtlich geringfügig zur Querrichtung des Bandes zueinander versetzt sind, wobei jeweils die den Vorsprung 16 aufweisende Seite geringfügig übersteht. Sodann wird in die umlaufende Nut 18 eine Bandschlaufe 23 eingelegt. Die Bandschlaufe 23 besteht aus einem Elastomerwerkstoff, d. h. einem gummielastischen Material, und sie weist in nicht eingebautem Zustand die aus Fig. 4 ersichtliche Form auf. Das Material der Bandschlaufe 23 weist einen runden oder auch, abweichend zur Fig. 4, rechteckigen Querschnitt auf, schlaufeninnenseitig kragen etwa mittig zu den Schlaufenlängsseiten jeweils zwei Ansätze 24 aus, die derart geformt sind, daß sie in die Ausnehmungen 20 einknüpfbar sind. eine Schlaufenlängsseite ist zwischen den beiden Ansätzen 24 aufgeschnitten, sie weist dort eine Unterbrechung 25 auf. Die Bandschlaufe 23 kann somit um die zu beiden Seiten des Bandes 3 befindlichen Dichtelemente 12, 13 geschlungen werden, wobei sie in der Nut 18 zu liegen kommt und mit ihren Ansätzen 24 in die Ausnehmungen 20 eingeknüpft wird; die Bandschlaufe 23 kann bei dieser Montage elastisch gedehnt werden, so daß sie die beiden Dichtelemente 12, 13 derart zusammendrückt, daß deren Flächen 15 an die Breitseiten und die senkrechten Flächen der Vorsprünge 16 an die Schmalseiten des Bandes 3 angedrückt werden. Im so montierten Zustand überragt die Außenseite der Bandschlaufe 23 etwas die Außenkontur 14 der Dichtelemente 12, 13. Nun werden die beiden Dichtelemente 12, 13 in die Aufnahmekammer 10 des Zylinderdeckels 8 eingeführt, wobei die Bandschlaufe 23 in ihrem Querschnitt elastisch verformt wird, derart, daß sie mit Vorspannung an der Wandung der Aufnahmekammer 10 anliegt. Sodann werden zwei prismatische oder zylindrisch geformte Zwischenstücke 26 aus elastomerem Material in die Nuten 22 eingelegt, die Zwischenstücke 26 sind dabei derart bemessen, daß sie die Stirnflächen der Dichtelemente 12, 13 überragen. Abschließend wird die Aufnahmekammer 10 durch ein Deckelteil 27 verschlossen; das Deckelteil 27 verformt hierbei die beiden Zwischenstücke 26 und verspannt somit die Dichtelemente 12, 13 in Achsrichtung des Bandes 3. Durch Verschrauben oder dgl. wird das Deckelteil 27 lösbar mit dem Zylinderdeckel 8, 9 verbunden. Es ist dann in Fig. 2 der dargestellte Zustand erreicht, wobei die Dichtelemente 12, 13 durch die elastische Eigenverspannung der Bandschlaufe 23 und deren Verformung durch die Wandung der Aufnahmekammer 10 an die Breit- und Schmalseiten des Bandes 3 angedrückt werden und somit den Banddurchtritt durch den Zylinderdeckel abdichten. Die Bandschlaufe 23 bewirkt weiterhin eine Abdichtung zwischen den Dichtelementen 12, 13 und der Wandung der Aufnahmekammer 10. Durch die achsiale Verspannung vermittels der Zwischenstücke 26 befinden sich die Dichtelemente 12, 13 auch im Bereich der Vorsprünge 16 in dichtender Anlage. Die Durchführung des Bandes 3 durch den Zylinderdeckel 8, 9 ist somit vollständig abgedichtet.

Zur Abdichtung des Bandes 4 werden in die Aufnahmekammer 11 entsprechende Teile eingesetzt.

Es ist möglich, die Zwischenstücke 26 einstückig mit der Bandschlaufe 23 auszubilden, die Bandschlaufe 23 ist hierzu mit abgewinkelten, auskragenden Fortsätzen zu versehen, deren verstärkte Endabschnitte die Zwischenstücke 26 bilden. In Fig. 2 ist eine derartige Ausbildung dargestellt, die abgewinkelten Fortsätze 28 sind deutlich erkennbar.

Eine Demontage der Dichtelemente 12, 13 mitsamt der Bandschlaufe 23 aus der Aufnahmekammer 10, 11 ist durch Einführen eines geeigneten, vorzugsweise hakenartigen Werkzeuges in die Montagenut 21 ohne weiteres und von der Außenseite der Zylinderdeckel 8, 9 her möglich.

Zur Abdichtung der Banddurchführung durch die Zylinderdeckel 8, 9 liegen am Band somit nur die aus einem nichtelastomeren Werkstoff bestehenden Dichtelemente 12, 13 an, ein Stick-Slip-Effekt beim Bewegen des Bandes 3, 4 kann somit nicht auftreten. Der Werkstoff der Dichtelemente 12, 13 gewährleistet dabei niedrige Reibwerte zum Band und gewährleistet zugleich einen geringen Verschleiß und damit lange Lebensdauer sowohl der Dichtelemente 12, 13 wird des Bandes 3, 4 sowie gute Notlaufeigenschaften. Weiterhin wird das Band 3, 4 durch die Dichtelemente 12, 13 spielfrei geführt, die Elastizität der Bandschlaufe 23 gleicht evtl. Fertigungstoleranzen aus und bewirkt einen Nachstelleffekt.

Kurzfassung:

Der Bandzylinder weist zur Abdichtung des Bandes 3 zu dessen beiden Seiten je ein Dichtelement (12, 13) aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten und hoher Verschleißfestigkeit sowie Härte, beispielsweise aus Polyetheretherkethon oder einem Keramikwerkstoff, auf. Die Dichtelemente (12, 13) sind gleichartig ausgebildet und zueinander spiegelbildlich angeordnet. Sie umgreifen mit Vorsprüngen (19) seitlich das Band, die Vorsprünge (16) greifen in entsprechende Aussparungen (17) des jeweils andersseitigen Dichtelementes (12, 13) ein. In einer umlaufenden Nut (18) befindet sich eine Bandschlaufe (23) aus elastischem Material, welche die Dichtelemente (12, 13) sowohl gegen die Flachseiten wie gegen die Schmalseiten des Bandes (3) elastisch andrückt; zugleich dient die Bandschlaufe (3) der Abdichtung der Dichtelemente (12, 13) gegen die Wandung eines Aufnahmeraumes für das Dichtorgan. Stirnseitig der Dichtelemente (12, 13) vorgesehene Zwischenstücke (26) aus elastischem Werkstoff dienen der axialen Verspannung der Dichtelemente (12, 13) im Aufnahmeraum. Zur leichten Demontage können außenseitig an den Dichtelementen (12, 13) Montagenuten (21) vorgesehen sein.

Die Dichtelemente (12, 13) bieten niedrige Reibwerte und schließen Stick-Slip-Effekte aus. Sie ergeben eine verschleißarme Konstruktion mit hoher Lebensdauer und guten Notlaufeigenschaften sowie einer spielfreien, selbstjustierenden und sich nachstellenden Bandführung.

Bezugszeichenliste

1 Zylinderrohr
2 Kolben
3 Band
4 Band
5 Umlenkrolle
6 Umlenkrolle
7 Kraftabgabeglied
8 Zylinderdeckel
9 Zylinderdeckel
10 Aufnahmekammer
11 Aufnahmekammer
12 Dichtelement
13 Dichtelement
14 Außenkontur
15 Fläche
16 Vorsprung
17 Aussparung
18 Nut
19 Nutgrund
20 Ausnehmung
21 Montagenut
22 Nut
23 Bandschlaufe
24 Ansatz
25 Unterbrechung
26 Zwischenstück
27 Deckelteil
28 Fortsatz

Claims (9)

1. Kolbenstangenloser Arbeitszylinder, mit wenigstens einem einen Kolben (2) mit einem Kraftabgabeglied (7) verbindenden Band (3, 4), welches wenigstens einen an einem Ende eines den Kolben (2) aufnehmenden Zylinderrohres (1) angeordneten Zylinderdeckel (8, 9) gleichachsig bzw. achsparallel zum Kolben (2) abgedichtet verschieblich durchsetzt, wobei der Zylinderdeckel (8, 9) eine vom Band (3, 4) durchsetzte Aufnahmekammer (10) aufweist, die breiter als das Band (3, 4) ist, seitlich abgerundete Enden aufweist und in welcher sich zwei gleichartige, spiegelbildlich angeordnete und in ihrer Außenkontur (14) der Aufnahmekammer (10) entsprechende Dichtelemente (12, 13) befinden, die durch eine sie umschlingende Bandschlaufe (23) aus elastischem Kunststoff mit Vorspannung an die Breitseiten des Bandes (3, 4) angedrückt sind, wobei die Bandschlaufe (23) zugleich die Dichtelemente (12, 12) gegen die Wandung der Aufnahmekammer (10) abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß jedes aus einem Werkstoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten und hoher Verschleißfestigkeit sowie Härte gefertigte Dichtelemente (12, 13) bandzugewandt eine ebene Fläche (15) aufweist, welche zur einen Seite außerhalb des Bandes (3) von einem sich senkrecht zu dessen Breitseite erstreckenden Vorsprung (16) überragt ist, der sich parallel zur Achse des Bandes (3) über die halbe Erstreckung des Dichtelementes (12, 13) erstreckt und dessen bandabgewandte Oberfläche einen Teil der Außenkontur (14) des Dichtelementes (12, 13) bildet, daß das Dichtelement (12, 13) zur anderen Seite des Bandes (3) eine dem Vorsprung (16) entsprechende Aussparung (17) aufweist, daß das Dichtelement (12, 13) außenkonturseitig in einer zur Achse des Bandes (3) senkrechten Ebene eine Nut (18) aufweist, in welcher sich die beiden Dichtelemente (12, 13) gemeinsam umschlingende, im unmontierten Zustand die Außenkontur (14) überragende Bandschlaufe (23) befindet, und daß kolbenabgewandt sich zwischen der Stirnseite jedes Dichtelementes (12, 13) und eines die Aufnahmekammer (10) abschließenden Deckelteils (27) durch Verformung elastisch vorgespannte Zwischenstücke (26) befinden.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dichtelement (12, 13) wenigstens eine senkrecht vom Nutgrund (19) ausgehende, sacklochartige Ausnehmung (20) aufweist, in welche ein entsprechend geformter Ansatz (24) der Bandschlaufe (23) eingreift.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dichtelement (12, 13) beidseitig einer in Achsrichtung des Bandes (3) und senkrecht zu diesem verlaufenden Mittelebene je eine sacklochartige Ausnehmung (20) aufweist und daß die Bandschlaufe (23) zwischen zwei in diese Ausnehmungen (20) eingreifenden Ansätzen (24) eine Unterbrechung (25) aufweist.

4. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite jedes Dichtelementes (12, 13) eine Nut (22) zur Halterung des Zwischenstückes (26) aufweist.

5. Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (26) als zur Breite des Bandes (3) kurzer, zylindrischer oder prismatischer Körper mit zur Breitseite des Bandes (3) paralleler Achsrichtung ausgebildet ist.

6. Arbeitszylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandschlaufe (23) abgewinkelte, auskragende Fortsätze (28) mit verstärkten, die Zwischenstücke (26) bildenden Endabschnitten aufweist.

7. Arbeitszylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dichtelement (12, 13) außenkonturseitig etwa mittig eine parallel zur Achse des Bandes (3) verlaufende Montagenut (21) aufweist, deren Tiefe geringer als die Tiefe der Nut (18) ist.

8. Arbeitszylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (12, 13) aus Polyetheretherketon (PEEK) bestehen.

9. Arbeitszylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (12, 13) aus einem Keramik- oder Sinterwerkstoff bestehen.