DE4111887C2 - Abdichtung eines druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung eines druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders, durch die ein mit dem Arbeitskolben verbundenes axial verschiebliches Kopplungselement, insbesondere Zugmittel, druckmitteldicht aus dem Zylinderinnenraum herausgeführt ist gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Die Abdichtung für das aus dem Zylinderinnenraum nach außen geführte Kopplungselement, wie z. B. Kolbenstange oder Zugband eines druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders, unterliegt besonderer mechanischer Beanspruchung. Diese Abdichtung muß unter der Bedingung der bei der axialen Bewegung an der Kolbenstange oder an dem Zugband entstehenden Reibung, eine hinreichende Abdichtung des Zylinderinnenraumes gewährleisten. Eine Abdichtung für sogenannte kolbenstangenlose und daher mit Zugband versehene Arbeitszylinder ist aus der DE 39 14 889 A1 bekannt. Bei diesem kolbenstangenlosen Arbeitszylinder sind in den Zylinderdeckeln Aufnahmekammern für Abdichtungselemente vorgesehen, durch die das Zugband aus dem Zylinderinnenraum abgedichtet herausgeführt ist. Das Zugband ist hierbei ein flaches Stahlband. Dabei sind die an den beiden Enden des Zylinderinnenraumes abgedichtet nach außen geführten Stahlbandenden über Umlenkrollen parallel zum Zylinder umgelenkt, und mit einem kraftabgebenden Schlitten, der am Außenumfang des Zylinders verschieblich geführt ist, verbunden. Jede der Abdichtungen besteht hierbei aus zwei Dichtungselementen, die erst zusammengefügt und in die entsprechenden Aufnahmekammern in den Zylinderdeckeln eingeführt, die Abdichtung ergeben. Hierbei sind die Dichtungshälften bzw. Dichtungselemente mit jeweils einer Dichtlippe versehen, die im zusammengefügten Zustand sich gegenüberliegend quer zur Bewegungsrichtung bzw. Längsachse des Zugbandes an das Zugband anlegen. Das hierbei als Stahlband ausgeführte Zugband ist aus Gründen der Biegsamkeit, die zwecks Umlenkbarkeit über die Umlenkrollen notwendig ist, dünn ausgebildet. Trotzdem liegen die Dichtlippen bei herkömmlichen Zugbändern in dem Kantenbereich nicht optimal an. Es entstehen dabei in diesen Bereichen Undichtigkeiten. Die Kanten solcher Zugbänder können jedoch auch so scharf sein, daß sie bei einem möglichen Seitenversatz des Zugbandes während der Bewegung in die Dichtlippen einschneiden und somit ebenfalls die Dichtwirkung in diesem. Bereich aufheben.

Aus der DE-AS 12 93 037 ist eine Abdichtung der gattungsgemäßen Art bekannt, bei der unter Verwendung eines Stahlbandes als Zugmittel stabförmige elastische Elemente zur Zugmittelabdichtung vorgesehen sind, die in den Zylinderdeckeln quer zur Längsachse des Zugbandes angeordnet sind. Diese elastischen zylinderförmigen Elemente sind unter mechanischer Spannung in den Zylinderdeckeln angeordnet und legen sich so an das Stahlband an.

Hierbei kann zwar auf Dichtlippen verzichtet werden, da die elastischen Elemente in ihrer Querschnittsform rund sind, jedoch tritt hier der gleiche Effekt auf wie bei der oben genannten bekannten Abdichtung; im Schmalkantenbereich des Stahlbandes bzw. Zugbandes ist auch hierbei nur eine ungenügende Dichtigkeit erreichbar.

Bei der Verwendung eines Zugmittels mit einer neuen, von dem bekannten "Stahlband" abweichenden Querschnittsform, sind Dichtungen der bekannten Art ohnehin nicht mehr einsetzbar.

Zugmittel mit einer von der Kreisform oder von der typischen Stahlbandform abweichenden Querschnittskontur sind aus der EP 0 384 032 A1 bekannt. Hierbei wird unter anderem ein Zugband mit einer ovalen Querschnittskontur vorgeschlagen. Das Zugband ist hierbei aus einem flexiblen Kunststoffmaterial, welches innenliegend beispielsweise mit eingebetteten Zugsträngen verstärkt ist. Ein solches Zugmittel ist wie oben bereits gesagt, mit herkömmlichen Abdichtungen nicht abdichtbar.

Schließlich sei noch die DE 39 05 561 A1 erwähnt, aus der ein druckmittelbetätigbarer Arbeitszylinder zu entnehmen ist, mit einem biegsamen Zugelement, das einen Querschnitt mit einer stetigen, von der Kreisform abweichenden Umfangslinie, d. h. einen flach-ovalen Querschnitt aufweist. Die Abdichtung im Bereich der Durchführungen in den Stirnwänden des Zylinders erfolgt durch einen in eine Nut eingelegten Dichtring.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abdichtung eines druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders zu schaffen, die eine verbesserte Abdichtung bei allen möglichen Betriebsbedingungen gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Abdichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Aus der Erfindung ergeben sich im Detail eine Reihe von Vorteilen. Ein erster Vorteil ist, daß bei der Verwendung von bekannten Zugbändern mit einer vorteilhaften von der Kreisform bzw. von der üblichen Stahlbandquerschnittsform abweichenden Querschnittskontur eine bessere Abdichtung des Zylinderinnenraumes gegeben ist, indem die Abdichtung das Zugmittel dichtschlüssiger umfaßt.

Damit ist gemeint, daß die im Betrieb durchaus möglichen Seiten- bzw. Höhenversetzungen des Zugmittels durch die Form und Ausgestaltung der Dichtung ausgeglichen werden und in allen Betriebssituationen eine gute Dichtigkeit gewährleistet ist. Die gute Höhen- und Seitenversetzbarkeit bei gleichzeitigem Erhalten einer optimalen Dichtigkeit ist dadurch gegeben, daß der Wandbereich zwischen Dichtring und Boden der Abdichtung gegenüber anderen Wandstärken dünner ausgebildet ist. Hierdurch kann sich der Boden der Abdichtung, der mit der die Dichtöffnung enthaltenden Einstülpung versehen ist, der Zugbandbewegung anpassend verschieben, wobei der äußere Dichtring nicht verkantet oder von der entsprechenden Dichtfläche im Zylinderdeckel abgehoben wird. Dieser verdünnte Wandbereich hat somit eine federnde balgartige Wirkung. Die dreieckförmigen Materialanhäufungen, die an den Längsseiten der Einstülpung am Boden der Abdichtung anliegen bzw. damit verbunden sind, gewährleisten, daß die Längsseiten der Dichtöffnung eine entsprechende Statik und damit eine entsprechende Spannung zum Andruck an das Zugband erhalten. Um diese Vorspannung in vorteilhafter Weise auch noch zu erhöhen, ist die Dichtöffnung im Bereich der Längsseiten konvex vorgeformt. Hierdurch ergibt sich ein besonders vorteilhafter Einsatz bei Zugbändern mit flach-ovalem Querschnitt. Da die Kanten der Dichtöffnung gerundet sind, schmiegen sie sich somit an das entsprechend geformte Zugband an und vermeiden zum einen ein Einschneiden in diesen Kantenbereich und zum anderen führen sie gegenüber dem bekannten Stand der Technik zu einer erhöhten Abdichtung, selbst in diesem kritischen Kantenbereich. Der im Bereich des offenen Endes der becherförmigen Abdichtung am Außenumfang einstückig geformte Dichtring ist so ausgeführt, daß sich zwei parallele Dichtlippen ergeben. Diese Dichtlippen am Außenumfang haben die Funktion einer statischen Abdichtung, womit gemeint ist, daß sich die Dichtlippen bezüglich der Zylinderdeckelwandung, an der sie anliegen, nicht bewegen. Die Dichtöffnung mit dem flach-ovalen Querschnitt hat dagegen die Funktion einer dynamischen Abdichtung, d. h. zum einen das sich axial bewegende Zugband zu Umfassen und so den Zylinderinnenraum abzudichten und zum anderen die Höhen- und Seitenversetzungen des Zugbandes bezüglich der Dichtwirkung zu kompensieren, was durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung auf einfache aber wirkungsvolle Weise gegeben ist.

Die Anordnung einer Verstärkungswulst im Bereich des äußeren Dichtringes und einer Stützwulst am Boden der Abdichtung im Bereich der Einstülpung hat den Vorteil, daß bei den auftretenden Höhen- und Seitenversätzen des Zugbandes zum einen der äußere Dichtring immer anliegt und zum anderen die innere Dichtöffnung ohne Aufspreizung dem Zugband stets nachgeführt wird. Somit ist in jeder Betriebssituation eine optimale Dichtwirkung gegeben. Vorteilhafterweise besteht die Abdichtung aus einem elastischen Kunststoff, der auf einfache Weise in Kunststoffspritztechnik hergestellt werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Ausschnitt aus einem kolbenstangenlosen Arbeitszylinder mit Abdichtung des Zugbandes

Fig. 2 Abdichtung in Frontansicht

Fig. 3 Abdichtung in Seitenansicht, Teilschnitt A-A zu Fig. 2

Fig. 4 Abdichtung in Seitenansicht, Teilschnitt C-C zu Fig. 2

Fig. 1 zeigt einen Teilausschnitt eines kolbenstangenlosen Arbeitszylinders, mit der Anordnung der Abdichtung 1. Der Zylinder ist hierbei in nur halber Länge dargestellt; am anderen Ende des Zylinderinnenraumes ist entsprechend spiegelbildlich ebenfalls eine Abdichtung angeordnet. Die Abdichtung 1 ist hierbei in einer Vertiefung 2 an den jeweils Enden des Zylinderinnenraumes 3 des Arbeitszylinders angeordnet. Hierbei ist zu erkennen, daß die becherförmige Abdichtung 1 mit dem offenen Ende zum Zylinderinnenraum 3 weist. Die Einstülpung 4 ist somit zum Zylinderinnenraum 3 hin gerichtet. Dies ist aus Gründen einer guten Dichtwirkung so gewählt; d. h. der im Zylinderinnenraum anliegende Arbeitsdruck des Druckmittels wirkt auf diese Weise auf die Einstülpung 4 bzw. die Dichtöffnung ein, daß diese an das Zugband 5 verstärkt angepreßt wird. Dieser Effekt wird durch die Konizität der Einstülpung bewirkt, die so nur im Bereich der Dichtöffnung am Zugband anliegt. Auf diese Weise entsteht eine große unter der Kraftwirkung des Zylinderinnendruckes stehende Fläche auf der Einstülpung, die so die Dichtöffnung zusätzlich druckmitteldicht zusammendrückt. Die Anpreßkraft erhöht sich mit steigendem Druck im Zylinderinnenraum und gewährleistet auf diese Weise bei allen, d. h. auch bei wechselnden Arbeitsdrücken eine optimale Dichtwirkung.

Fig. 2 zeigt die Abdichtung in Frontansicht. Die Ansicht ist dabei so gewählt, daß man in die becherförmige Abdichtung 1 hineinschaut. Am Boden 10 der Abdichtung 1 sind die dreieckförmigen Materialanhäufungen 11 zur Versteifung der Längsseiten 12 der Dichtöffnung 13 bzw. der Einstülpung 4 zu sehen. Die dreieckförmigen Materialanhäufungen 11 haben die Aufgabe, die Längsseiten 12 der Dichtöffnung 13 bzw. der Einstülpung 4 zu versteifen. Selbst in dem Fall, daß ein Höhenversatz des Zugbandes im Betrieb auftritt, wird durch eine entsprechende Nachführung der Dichtöffnung 13 stets eine gute Dichtigkeit gewährleistet. Deutlich zu erkennen ist ebenfalls die konvexe Vorformung der Dichtöffnung 13 im Bereich der Längsseiten 12. Dies hat im wesentlichen den Zweck der mechanischen Vorspannung der Dichtöffnung. Die Dichtöffnung ist an den Außenkanten bzw. Schmalseiten 14 abgerundet und hat somit eine optimale Dichtkontur bei der Verwendung eines flach-ovalen Zugbandes. Dabei ist anzumerken, daß diese konvexe Vorformung nur im Nicht-Einbau-Zustand existiert bzw. zu erkennen ist. Im eingebauten Zustand ist diese Kontur nicht mehr zu erkennen. Am Außenumfang der Abdichtung 1 ist der Dichtring 16 angeordnet, der die statische Abdichtfunktion hat.

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht (Teilschnitt A-A zu Fig. 2) die Außenkontur der becherförmigen Abdichtung. Hierbei ist die Wandung zwischen dem statischen Dichtring 16 und dem Boden 10 der Abdichtung 1 verdünnt, so daß sich der Boden 10 mitsamt der Einstülpung 4 und der Dichtöffnung 13 in gewissen Grenzen relativ zum statischen Dichtring 16 verschieben kann. Diese Verdünnung der Wandstärke führt dazu, daß ein Höhen- oder Seitenversatz des Bodens 10 der Abdichtung keine Abhebung des statischen Dichtringes 16 hervorruft. Die verdünnte Wandung 17 wirkt somit als mechanischer Puffer zwischen dynamischem (Dichtöffnung, Einstülpung) und statischem (Dichtring am Außenumfang) Dichtbereich. Im Bereich der Einstülpung 4 ist am Boden 10 der Abdichtung 1 ein Stützwulst 18 einstückig angeformt, der beim Höhen- oder Seitenversatz eine Aufspreizung der Dichtöffnung 13 verhindert.

Zur Erhöhung und Sicherstellung der Dichtwirkung der äußeren statischen Dichtung ist im Bereich zwischen den Dichtlippen 16',16" innerhalb der becherförmigen Abdichtung 1 ein Verstärkungswulst 19 einstückig angeformt. Diese Verstärkung kann jedoch auch durch eine dort anzuordnende Wurmfeder erreicht werden.

Fig. 4 zeigt in Seitenansicht einen Schnitt gemäß den Linien C-C zu Fig. 2. Die äußere statische Dichtung 16 ist hierbei ebenfalls zu erkennen; gleichfalls die Verdünnung der Wandung 17 der Abdichtung 1 zum Boden 10 hin. Auch in dieser Schnittdarstellung ist die Konizität der Einstülpung 4 zur Dichtungsöffnung 13 hinzu erkennen.

Insgesamt ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Abdichtung durch ihre Einstückigkeit neben den funktionalen Vorteilen eine einfache und kostengünstige Herstellung. Die einzelnen Details der Abdichtung sind so aufeinander abgestimmt, daß sich eine bessere Dichtwirkung des Zylinderinnenraumes ergibt. Diese Dichtwirkung wird dabei sogar bei steigendem Arbeitsdruck durch die besondere Ausgestaltung der Abdichtung noch erhöht und paßt sich so den jeweiligen Arbeitssituationen an.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Abdichtung ist auch beim Einsatz von Kolbenstangen vorteilhaft verwendbar. Die Dichtöffnung ist dabei an die entsprechende Querschnittskontur der Kolbenstange anzupassen.

Claims (6)

1. Abdichtung eines druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders, durch die ein mit dem Arbeitskolben verbundenes axial verschiebliches Kopplungselement, insbesondere Zugmittel, druckmitteldicht aus dem Zylinderinnenraum herausgeführt ist mit einer einstückigen und becherförmig ausgebildeten Abdichtung, die bodenseitig mit einer sich in axialer Richtung zum becherförmigen Inneren der Abdichtung hin konisch verjüngenden Einstülpung versehen ist, welche eine das Kopplungselement durchlassende Dichtöffnung aufweist und wobei im Bereich des offenen Endes am Außenumfang ein Dichtring angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß bei der Verwendung eines Zugbandes (5) mit flach-ovalem Querschnitt die Einstülpung (4) am Boden (10) der Abdichtung (1) und die Dichtöffnung (13) einen flach-ovalen Querschnitt aufweist,
• 2. daß die Dichtöffnung (13) an ihren inneren Längsseiten (12) konvex vorgeformt ist,
• 3. daß am Boden (10) der Abdichtung (1) das Zugband über eine Stützwulst (18) geführt ist und
• 4. daß am Boden (10) der Abdichtung (1) dreieckförmige Materialanhäufungen (11) zur Versteifung der Längsseiten (12) der Dichtöffnung (13) vorgesehen sind.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß die becherförmige Abdichtung (1) im Bereich zwischen Dichtring (16) und Boden (10) umlaufend eine gegenüber anderen Wandbereichen dünnere Wandstärke aufweist.

3. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (16) aus zwei parallel verlaufenden ringförmigen Dichtlippen (16',16") besteht.

4. Abdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die becherförmige Abdichtung (1) an der Innenseite des offenen Endes mit einen ringförmigen Verstärkungswulst (19) versehen ist.

5. Abdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (1) aus einem elastischen Kunststoff besteht.

6. Abdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die becherförmige Abdichtung (1) mit dem offenen Ende zum Zylinderinnenraum (3) des Arbeitszylinders hinweisend anzuordnen ist.