EP0684390B1 - Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder mit einem längsgeschlitzten Zylindergehäuse, das an seinen Enden durch Zylinderdeckel abgeschlossen ist und in dessen Innenraum ein Antriebskolben längsverschiebbar angeordnet ist, vom dem ein seitlicher Ansatz durch den Längsschlitz des Zylindergehäuses nach außen geführt ist, welcher von einem im Inneren des Zylindergehäuses vorgesehenen Dichtband abdichtbar ist, das nur im Bereich des Ansatzes von dem Längsschlitz abgehoben und durch einen Führungskanal im Antriebskolben hindurchgeführt ist.

Druckmittelzylinder dieser Art, die vorzugsweise durch Druckluft oder ein anderes Druckgas betätigt werden, können in der Praxis in unterschiedlichen Raumlagen angeordnet werden. In vielen Fällen ist dabei der Längsschlitz nach oben oder nach der Seite gerichtet, so daß sich das Dichtband aufgrund seines Eigengewichtes vom Längsschlitz lösen kann, wenn kein Druck im Innenraum des Zylindergehäuses oder in einem Abschnitt desselben herrscht. In diesem Fall ist in dem betreffenden Abschnitt des Zylindergehäuses keine Abdichtung mehr vorhanden.

Es sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, das Dichtband im drucklosen Zustand so zu haltern, daß der Längsschlitz abgedichtet wird oder abgedichtet bleibt. Bei einer dieser Ausführungen ist das Dichtband aus magnetisierbarem Material hergestellt und wird durch im Zylindergehäuse angeordnete Magnete an diesem anliegend gehalten (siehe z.B. US-A-3 820 446, EP-A-0 260 344).

Eine weitere bekannte Ausführung ohne besondere Haltemittel für das innere Dichtband ist in der US-A-2 473 430 beschrieben. Bei dieser Ausführung ist ein Metallband dem Längsschlitz entlang gespannt. Um ein Undicht werden durch seitliches Verrutschen zu vermeiden, ist das Metallband erheblich breiter als der Längsschlitz ausgeführt und erfordert einen entsprechend breiten Kanal im Antriebs-Kolben.

Bei einer weiteren bekannten Ausführung ist der Längsschlitz durch ein äußeres und ein inneres Dichtband abgedichtet, die je mit einem Fortsatz in den Längsschlitz hineinragen, wobei sie reißverschlußartig ineinander eingreifen und so sich gegenseitig festhalten (siehe z.B. EP-A-0 260 344, DE-C-31 24 878).

Eine weitere bekannte Ausführung sieht vor, das Dichtband an den Seitenwänden des Längsschlitzes festzulegen. Dabei können in den Seitenwänden Längsnuten vorgesehen sein, in die dazu passende Vorsprünge des Dichtbandes formschlüssig eingreifen. Dabei müssen jedoch in die Wände des verhältnismäßig schmalen Längsschlitzes Nuten eingeformt werden, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet, und es müssen die zugehörigen Dichtbänder mit Fortsätzen und einer zu den Längsnuten passenden Profilierung versehen werden (siehe z.B. EP-A-0 531 131, GB-A-2 202 587, EP-A-0 147 803).

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine vollständige und sichere Abdichtung des Längsschlitzes im Zylindergehäuse nur in dem druckbeaufschlagten Zustand desselben notwendig ist, wogegen in dem vom Druck des Betätigungsmittels nicht beaufschlagten Zustand auf eine vollständige Abdichtung verzichtet werden kann, wenn bei Druckbeaufschlagung eine rasche Abdichtung sichergestellt ist. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bekannten kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder dadurch zu verbessern, daß die zur Abdichtung des Längsschlitzes vorgesehenen Maßnahmen vereinfacht werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Dichtband als inneres Dichtband aus elastomerem Material besteht, breiter als der Längsschlitz ausgebildet ist, in seinem Mittelteil mit einem verstärkenden Rücken ausgeführt ist, der schmäler als der Längsschlitz ist und in diesen mit seitlichem Spiel hineinragt. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung entfallen also jegliche Haltemittel, die sonst vorgesehen sind, um das Dichtband am Längsschlitz zu haltern. Es hat sich nämlich in überraschender Weise gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Druckmittelzylinders und insbesondere bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Anordnung des inneren Dichtbandes die Haltemittel überflüssig sind und die Abdichtung durch physikalische Druckunterschiede erfolgt, die auftreten, wenn das Druckmittel in den Zylinderraum einströmt.

Beim Einströmen des Druckmittels in den Zylinderraum bildet sich einerseits eine Druckwelle, die ein Anheben des zunächst leicht durchhängenden inneren Dichtbandes gegen den Längsschlitz bewirkt, und anderseits wird zusätzlich dazu eine weitere Schließkraft auf das Dichtband ausgeübt, die entsteht, wenn Druckmittel durch die noch nicht zur Gänze geschlossenen Spalte zwischen dem Dichtband und dem Längsschlitz hindurchströmt. Dabei wirken nicht nur Strömungskräfte auf das Druckmittel, sondern es dürfte in den engen Spalten auch eine Art Venturi-Wirkung auftreten mit einem Unterdruck im Spaltbereich, wodurch die Spalte rasch geschlossen und ein dichter Abschluß erzielt wird. Bedingt durch die bei strömender Luft verursachten Turbulenzen, welche von der Neigung her geeignet sind, das Dichtband vom Schlitzbereich wieder abzudrücken, erfordert dieses Verfahren dennoch einen relativ hohen Anströmdruck und damit Verlust an Luftmenge. Das Wegfallen der Haltemittel bewirkt dennoch eine wesentliche Vereinfachung des erfindungsgemäßen Druckmittelzylinders sowie eine Verbesserung der Betriebssicherheit und eine Erhöhung der Lebensdauer durch Verringerung des Verschleißes des Dichtbandes.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist zusätzlich zum inneren Dichtband der Längsschlitz in an sich bekannter Weise durch ein äußeres Dichtband abgedeckt, das durch einen Kanal im seitlichen Ansatz des Antriebskolbens hindurchgeführt ist, und das äußere Dichtband ist so ausgebildet, daß es in den auf dem Längsschlitz aufliegenden Bereichen diesen luftdicht abschließt. Durch dieses zusätzlich vorgesehene äußere Dichtband, das bei bekannten Ausführungen vorhanden ist, um den Längsschlitz nach außen abzudecken und - bei bestimmten Ausführungen - auch das innere Dichtband im drucklosen Zustand des Zylinderraumes am Längsschlitz festzuhalten, wird das Abschließen des Längsschlitzes bei Druckbeaufschlagung des Zylinderraumes weiter verbessert und beschleunigt. Da das äußere Dichtband den Längsschlitz nach außen bis in dem Bereich des Antriebskolbens dicht abschließt, kommt es kaum zu einer Strömung durch die Spalte zwischen dem durchhängenden inneren Dichtband und dem Längsschlitz. Die Schließwirkung dürfte daher durch die beim Einströmen des Druckmittels entstehende Druckwelle bewirkt werden, die einerseits das durchhängende Dichtband in Richtung gegen den Längsschlitz anhebt, anderseits aber dieser Anhebung auch etwas vorauseilt, wodurch es durch den Druckabfall hinter der Druckwelle und durch Saugwirkung zu einer Verringerung des Druckes im Zwischenraum zwischen den beiden Dichtbändern kommen dürfte. Der so entstehende Unterdruck bewirkt eine weitere Beschleunigung des Schließvorganges und einen dichten Abschluß des inneren Dichtbandes. Es wird also auch mit dieser einfachen Maßnahme ein zuverlässiger und überdies rascher Abschluß des druckbeaufschlagten Zylinderraumes erzielt, mit dem zusätzlichen Vorteil, jedwede störenden Turbulenzen aus dem Zylindergehäuse ausströmender Luft zu vermeiden.

Vorzugsweise ist das innere Dichtband aus elastomerem Material hergestellt. Es ist dadurch elastisch und flexibel, so daß für sein Anlegen an den Längsschlitz nur verhältnismäßig kleine Kräfte erforderlich sind. Zur Sicherstellung einer guten Abdichtung ist das innere Dichtband zweckmäßig sich nach außen verjüngend ausgeführt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das innere Dichtband im den Längsschlitz abdeckenden Bereich breiter als der Schlitz und in seinem Mittelteil mit verstärkendem Rücken ausgeführt sein, der schmäler als der Schlitz ist und in diesen mit seitlichem Spiel hineinragt. Der breite Teil des Dichtbandes stellt dabei die Abdichtung sicher, wogegen der Rücken eine Verstärkung und Versteifung bewirkt, was sich nicht nur auf die Lebensdauer des Dichtbandes günstig auswirkt, sondern auch ein zu weites Durchhängen im drucklosen Zustand und dadurch bedingte große Undichtheitsstellen verhindert.

Das äußere Dichtband kann bei der erfindungsgemäßen Ausführung eine den Längsschlitz zur Gänze überdeckende Form aufweisen und aus Dichtmaterial ausgeführt sein, wobei es auch das Abströmen des Druckmittels nach außen verhindert. Diese bevorzugte Ausbildung und Anordnung des äußeren Dichtbandes gewährleistet einen dichten Abschluß des Längsschlitzes nach außen, verhindert so ein rasches Abströmen von zugeführtem Druckmittel durch die Spalte, die beim Durchhängen des inneren Dichtbandes entstehen, und ermöglicht durch seine Dichtwirkung die Ausbildung des den Abschluß beschleunigenden Unterdruckes zwischen den beiden Dichtbändern. Vorzugsweise kann auch das äußere Dichtband aus elastomerem Material hergestellt sein.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. In dieser zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Druckmittelzylinder auf der druckbeaufschlagten Zylinderseite, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zylinder auf der drucklosen Zylinderseite und Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III - 111 in Fig. 2.

Der dargestellte Druckmittelzylinder weist ein Zylindergehäuse 1 auf, das einen zylindrischen Innenraum 2 bildet, in dem ein Antriebskolben 3 verschiebbar ist. Das Zylindergehäuse 1 ist an seinen Enden durch Zylinderdeckel 4 abgeschlossen, in denen auch die Druckmittelkanäle 5 für die Zu- und/oder Abführung des Druckmittels vorgesehen sind. Der Antriebskolben 3 ist im Innenraum 2 durch in seinen Endbereichen angeordnete, in den Zeichnungen nicht dargestellte Dichtungen abgedichtet geführt.

Das Zylindergehäuse 1 ist mit einem Längsschlitz 6 versehen, der sich über seine ganze Länge erstreckt und im dargestellten Ausführungsbeispiel auf der obenliegenden Seite des Zylindergehäuses 1 vorgesehen ist. Am Antriebskolben 3 ist ein seitlicher Ansatz 7 befestigt, der durch den Längsschlitz 6 hindurch durch das Zylindergehäuse 1 nach außen geführt ist und im Ausführungsbeispiel mit einem Anschlußflansch 8 od.dgl. endet, über den die Antriebskraft des Druckmittelzylinders 1 abgenommen werden kann. An diesen Flansch 8 sind die Vorrichtungen oder Geräte angeschlossen, die durch den Druckmittelzylinder 1 angetrieben werden sollen.

Zur Abdichtung des Längsschlitzes 6 sind ein inneres Dichtband 9 und ein äußeres Dichtband 10 vorgesehen. Beide Dichtbänder 9 und 10 sind an den Enden des Zylindergehäuses 1 auf im Ausführungsbeispiel nicht dargestellte Weise im Bereich der Zylinderdeckel 4 befestigt, wobei sie von einem Ende des Zylindergehäuses 1 dem Längsschlitz 6 entlang zum anderen Ende des Zylindergehäuses 1 geführt sind. Im Bereich des vom Antriebskolben 3 ausgehenden Ansatzes 7 ist das innere Dichtband 9 durch einen Führungskanal 11 hindurchgeführt, der den Ansatz 7 im Bereich des Antriebskolbens 3 durchsetzt, alternativ aber auch im Antriebskolben 3 selbst vorgesehen sein kann. Für das äußere Dichtband 10 ist ein sich vom Zylindergehäuse 1 nach außen wölbender Kanal 12 vorgesehen, den das äußere Dichtband 10 durchsetzt.

Aus Fig. 3 ist der Querschnitt der beiden Dichtbänder 9 und 10 zu erkennen. Das innere Dichtband 9 verjüngt sich von innen nach außen. Es weist einen Unterteil 13 mit spitz zulaufenden Seitenkanten auf und ist dort breiter als der Schlitz 6, so daß es diesen überdecken kann. In seinem Mittelteil ist das innere Dichtband 9 mit einem verstärkenden Rücken 14 versehen, der schmäler als der Längsschlitz 6 ist und mit seitlichem Spiel in diesen hineinragt. Das äußere Dichtband 10 ist dagegen mit flachem Querschnitt ausgeführt, der in den Längsschlitz 6 hineinpaßt und einen verbreiterten Außenteil 15 aufweist, der breiter als der Längsschlitz 6 ist und sich an den Seiten desselben an das Zylindergehäuse 1 dichtend anlegt. Besondere Haltemittel für die Halterung der Dichtbänder 9 und 10 am Zylindergehäuse 1 sind nicht vorgesehen. Die beiden Dichtbänder 9 und 10 können aus elastomerem Material hergestellt sein, ohne verstärkende oder sonstige Einlagen.

In Fig. 1 ist der Innenraum 2 des Zylindergehäuses 1 durch den Druckmittelkanal 5 im Zylinderdeckel 4 mit Druckmittel beaufschlagt. Der dadurch im Innenraum 2 herrschende Druck preßt das innere Dichtband 9 an den Spalt 6 an und dichtet diesen ab, so daß der volle Druck des Druckmittels auf die Stirnseite des Antriebskolbens wirkt und diesen verschiebt. Das äußere Dichtband 10 liegt von außen auf dem Zylindergehäuse 1 auf und deckt den Längsschlitz 6 nach außen ab. Lediglich im Bereich des Ansatzes 7 werden die beiden Dichtbänder 9 und 10 vom Längsschlitz 6 abgehoben, so daß der Ansatz 7 vom Antriebskolben 3 durch den Längsschlitz 6 nach außen führen kann. Vor und hinter dem Ansatz 7 legen sich die Dichtbänder 9,10 aber wieder an das Zylindergehäuse 1 an.

Fig. 2 zeigt die Lage der Dichtbänder 9 und 10 bei drucklosem Innenraum 2 des Zylindergehäuses 1. Das innere Dichtband 9 ist dabei vom Längsschlitz 6 teilweise abgehoben und hängt in den Innenraum 2 durch, so daß zu seinen beiden Seiten zum Längsschlitz 6 offene Spalte 16 entstehen, die in Fig. 2 zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sind. Das innere Dichtband 9 kann sich vom Längsschlitz 6 leicht lösen, da ja keinerlei Halterung für das Dichtband 9 vorgesehen ist. Das in den Innenraum 2 durchhängende innere Dichtband 9 ist auch in dem in Fig. 3 gezeigten Querschnitt deutlich zu erkennen.

Es hat sich gezeigt, daß trotz des durchhängenden inneren Dichtbandes 9 und der Spalte 16 der Innenraum 2 des Zylindergehäuses 1 rasch abgedichtet wird, sobald durch den Druckmittelkanal 5 im Zylinderdeckel 4 Druckmittel zugeführt wird. Dies kann physikalisch so erklärt werden, daß das einströmende Druckmittel eine Druckwelle ausbildet, die das innere Dichtband 9 etwas anhebt, so daß sich die Spalte 16 verkleinern. Das durch die Spalte 16 sodann in den Längsschlitz 6 einströmende Druckmittel fließt dem Längsschlitz 6 entlang zwischen den beiden Dichtbändern 9 und 10 in den Bereich des Kolbens 3. Dabei kommt es durch die verhältnismäßig große Geschwindigkeit des Druckmittels in den Spalten 16 und zwischen den beiden Dichtbändern 9,10 in diesen Bereichen zur Ausbildung eines Unterdrucks, der das innere Dichtband 9 zur Gänze an den Längsschlitz 6 anlegt und diesen luftdicht abschließt. Damit ist ohne nennenswerten Verlust an Druckmittel auch der Innenraum 2 des Zylindergehäuses 1 völlig abgedichtet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung verzichtet somit auf jede Art von besonderen Haltemitteln, die die Dichtbänder 9,10, insbesondere das innere Dichtband 9, am Längsschlitz 6 fixieren, wenn der Innenraum 2 des Zylindergehäuses 1 drucklos ist. Durch das Wegfallen der Haltemittel ist der erfindungsgemäße Druckmittelzylinder wesentlich einfacher als die bisher bekannten Ausführungen und es können auch die Dichtbänder einfacher und billiger ausgeführt sein. Trotzdem wird die Betriebssicherheit erhöht, weil durch die Haltemittel verursachte Betriebsstörungen von vornherein wegfallen.

Claims (5)

1. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder mit einem längsgeschlitzten Zylindergehäuse (1), das an seinen Enden durch Zylinderdeckel (4) abgeschlossen ist und in dessen Innenraum ein Antriebskolben (3) längsverschiebbar angeordnet ist, von dem ein seitlicher Ansatz (7) durch den Längsschlitz (6) des Zylindergehäuses (1) nach außen geführt ist, der von einem im Inneren des Zylindergehäuses (1) vorgesehenen Dichtband (9) abdichtbar ist, das nur im Bereich des Ansatzes (7) von dem Längsschlitz (6) abgehoben und durch einen Führungskanal (11) im Antriebskolben (3) hindurchgeführt ist, wobei das Dichtband als inneres Dichtband (9) vor dem Längsschlitz (6) angeordnet, von einem Ende des Druckmittelzylinders ausgehend dem Längsschlitz (6) entlang durch den Führungskanal (11) im Antriebskolben (3) hindurch zum anderen Ende des Druckmittelzylinders geführt ist und im drucklosen Zustand des Druckmittelzylinders vom Längsschlitz (3) teilweise abgehoben ist und nur im Bereich der Zylinderdeckel (4) am Längsschlitz (6) anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das aus elastomerem Material bestehende und breiter als der Längsschlitz (6) ausgebildete innere Dichtband (9) in seinem Mittelteil mit einem verstärkenden Rücken (14) ausgeführt ist, der schmäler als der Längsschlitz (6) ist und in diesen mit seitlichem Spiel hineinragt.
2. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Dichtband (9) sich radial nach außen verjüngend ausgeführt ist (Fig. 3).
3. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitz (6) zusätzlich zum inneren Dichtband (9) in an sich bekannter Weise durch ein äußeres Dichtband (10) abgedeckt ist, das durch einen Kanal (12) im seitlichen Ansatz (7) des Antriebskolbens (3) hindurchgeführt ist, und daß das äußere Dichtband (10) in den auf dem Längsschlitz (6) aufliegenden Bereichen diesen luftdicht abschließt.
4. Druckmittelzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Dichtband (10) eine den Längsschlitz (6) zur Gänze überdeckende Form aufweist und aus Dichtmaterial ausgeführt ist, wobei es auch das Abströmen des Druckmittels nach außen verhindert.
5. Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Dichtband (10) aus elastomerem Material hergestellt ist.

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