EP1058037B1 - Kolben für einen Arbeitszylinder und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP1058037B1
EP1058037B1 EP00106915A EP00106915A EP1058037B1 EP 1058037 B1 EP1058037 B1 EP 1058037B1 EP 00106915 A EP00106915 A EP 00106915A EP 00106915 A EP00106915 A EP 00106915A EP 1058037 B1 EP1058037 B1 EP 1058037B1
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EP
European Patent Office
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support body
guide section
piston according
piston
sealing
Prior art date
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EP00106915A
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English (en)
French (fr)
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EP1058037A1 (de
Inventor
Gerald Müller
Harald Röhrig
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Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1058037A1 publication Critical patent/EP1058037A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2892—Means for indicating the position, e.g. end of stroke characterised by the attachment means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1447—Pistons; Piston to piston rod assemblies
    • F15B15/1452—Piston sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2807—Position switches, i.e. means for sensing of discrete positions only, e.g. limit switches

Definitions

  • the invention relates to a piston for a working cylinder.
  • a piston for a working cylinder.
  • Such a piston is, for example See document EP-A-631057.
  • Fluid operated cylinders regularly contain one Piston, which is axially displaceable by the application of fluid and on which an operating force can be tapped.
  • DE-GM 296 157 99 contains a multi-part piston Support body on which two sealing rings are unbuttoned and the carries a band-like thin annular guide member, wherein both the seals and the guide part for interaction with that provided on the associated cylinder barrel Tread are provided. Manufacturing and assembly of this known pistons are very expensive.
  • a piston known from EP 0 093 859 A2 was therefore used already suggested, instead of separate sealing rings to provide one-piece sealing body by injection molding molded onto the multi-part support body here becomes. This eliminates the cumbersome button assembly individual sealing rings, at the same time a more secure Hold of the sealing material is guaranteed. Indeed here is the guide surface used to guide the piston formed by the material of the sealing body, which ensures the required sealing properties are relatively soft is, so that high in the operation of the associated working cylinder Frictional forces occur.
  • a piston for a working cylinder with a support body that is located radially outside Area an annular defining a guide surface Guide part and a separate with respect to the guide part carries annular sealing body, the sealing body is integrally formed on the support body and two axially on both sides of the Guide part arranged sealing sections, the spaced apart by several in the circumferential direction of the support body one-piece connecting webs of the sealing body are interconnected, which are in recording channels extend which axially penetrate the guide part.
  • the guide part which as a one-piece Part of the support body or as a separate component can be realized, experiences a via the support body radial support and yet allowed by the individual Channels, an integral connection between the sealing sections lying on both sides of the guide part of the sealing body, which is thus held securely on the supporting body become. It is therefore an inexpensive, more reliable and pistons that are easy to manufacture with just a few individual parts in front.
  • the receiving channels for the connecting webs of the sealing body are advantageously at least partially groove-like in shape Recesses that run to the radial outside of the guide part are open and the guide surface of the guide part in several circumferentially at a distance subdivide successive partial areas. In this way the guide surface is no longer a coherent one Ring surface executed, however remains a reliable Leadership role because the individual Partial areas continue over the entire outer circumference of the piston are distributed. Because the receiving channels radially outward are open, is also the molding process of the sealing body pretty easy.
  • these in the form of circumferentially closed openings realized, which enforce the guide part in one area, which is radially lower than the guide surface of the guide part. In this way, one remains as a guide surface Preserved coherent ring surface and the two sealing sections through the breakthroughs Connecting bars held securely in place.
  • both types of recording channels also can be provided simultaneously on one and the same piston.
  • the sealing body expedient, but also the guide part as a separate part with respect to the supporting body executed and by a suitable method on the support body molded, so that in particular a material connection is obtained.
  • Both for molding the guide part as well as for molding the sealing body is expedient an injection molding process. It is preferred first molded the guide part on the support body, after which the molding of the sealing body takes place, the Sealing body material molded onto the support body at the same time and is molded into the receiving channels.
  • the supporting body itself suitably consists of metal.
  • the Support body expediently arranged coaxially to this integrated annular recess, which is a permanent magnet receives.
  • the latter can be designed as a plastic part be, the permanent magnetic properties by Added permanent magnetic components or particles can be and its manufacture by immediate Formation of the material in question in the annular recess can be done. This makes a subdivision unnecessary of the support body in the region of the recess, expediently it is provided that the annular guide member the permanent magnet embedded in the support body radially encloses coaxially on the outside.
  • both sealing sections of the Sealing body each have at least one sealing lip for the contact with the tread of the assigned working cylinder.
  • one or both sealing sections can one Define support body axially upstream buffer body, the for end position damping in the operation of the associated working cylinder is usable.
  • an annular to a support body Molded guide part that of several in the circumferential direction of the support body spaced apart receiving channels is axially interspersed, and that one to the composed of the support body and the guide part Unit forms an annular sealing body that over sealing sections placed axially on both sides of the guide part has the by molded into the receiving channels Connecting webs are integrally connected to each other.
  • a piston 1 is shown in its entirety or in partial representation, which is not for use within a provided fluid-operated cylinder shown is.
  • a preferred application is the area the pneumatic cylinder.
  • the piston 1 is in the tubular housing of the associated Working cylinder arranged and divided the relevant Interior of the cylinder housing in two work rooms, with respect to which a fluid pressure medium as required is supplied or discharged.
  • the moves Piston relative to the cylinder housing in an axial direction being on the one defined by the inner surface of the cylinder housing Tread slides along.
  • the movement of the piston can be on a motion-coupled with the piston, for example fixed on the piston and out of the cylinder housing tap out transmitted power transmission link, for example is formed by a piston rod.
  • the piston 1 contains a support body 2, which in principle could be constructed in several parts, but preferably as in Embodiment consists of a single component. He is expediently designed disc-like, the Disc plane perpendicular to the longitudinal axis 3 of the piston 1 runs.
  • connecting means 4 On the support body 2 connecting means 4 are provided a fixed connection with a power transmission part of the enable the kind already mentioned. It can be as shown around a hole axially penetrating the support body 2 centrally act over which there is a piston rod, not shown can be attached.
  • the support body 2 preferably consists of a metallic one Material. In the exemplary embodiment, it is made of aluminum material manufactured. Is the piston 1 as in the embodiment designed in such a way that with its help Position detection based on an integrated permanent magnet 5 can be realized is recommended for the support body 2 a non-magnetic, non-magnetizable material. there it could also be a plastic material.
  • the radial outer surface 6 In the radially outward-facing peripheral surface of the support body 2, hereinafter referred to as the radial outer surface 6 is a concentrically arranged groove-like depression embedded, which defines an annular recess 7, in the annular permanent magnet 5 is received.
  • the material for the permanent magnet 5 comes here preferably one enriched with permanent magnetic components Plastic material in question, which is casting technology can be processed.
  • direct molding or injection of the permanent magnet 5 in the support body 2 is one Magnetic integration possible without the support body 2 in the area to divide the annular recess 7 axially.
  • the magnetic field of the permanent magnet is suitable for the operation of the piston 1 5 for the contactless actuation of a suitable Sensor that regularly outside of the piston 1 receiving Interior of the working cylinder next to the stroke the piston 1 installed in a particularly adjustable manner is.
  • the piston 1 should not have such a position detection enable, the permanent magnet 5 is advantageously omitted to save costs, provided in this case may be that the annular recess 7 is unoccupied remains or such a recess 7 not in the Support body 2 is introduced.
  • a annular guide part 8 arranged in the radially outer area of the support body 2 in the radially outer area of the support body 2 . It is coaxial with the Support body 2 aligned and defines one radially outward pointing, preferably cylinder-like guide surface 12, which extends in the circumferential direction of the piston 1. in the Operation is the piston 1 in the cylinder housing of the assigned working cylinder that it fits with the guide surface 12 on the border of the interior of the cylinder housing cylindrical tread fits and at his Axial movement slides along this tread.
  • the guide member 8 could be an integral part of the Support body 2 be. To choose the material for the individual Components optimally take into account the respective function implementation is recommended, however separate components, as in the embodiment of Case is.
  • the guide part 8 as a plastic material existing ring body formed, the support body 2nd coaxially encloses on its radial outer surface 6. there the guide part 8 can be oriented radially outwards Cover the opening of the annular recess 7.
  • the axially measured width of the guide part is expedient 8 less than the correspondingly measured width of the support body 2.
  • the guide member Place 8 on the outer circumference of the support body 2 such that the latter, the guide part 8 axially on both sides with annular Overhanging edge surfaces 13.
  • the guide member 8 on a slight Radial projection of the support body 12 sits the axial width corresponds in particular to that of the guide part 8.
  • the guide part 8 is non-positively fixed on the support body 2. It could for example, be pressed onto the support body 2.
  • the guide part 8 is formed on the support body 2, in particular by injection molding. The shape of the guide part 8 is thus created immediately when the plastic material is injected onto the in the exemplary embodiment metallic support body 2.
  • an annular Recess 7 for receiving a permanent magnet 5 is the axial width of the guide part 8 is preferably chosen larger than the correspondingly measured width of the radially outward oriented opening of the annular recess 7, so that the guide part 8 axially on both sides of the annular recess 7 can come into firm contact with the support body 2.
  • the guide part 8 there is expediently a relative hard and wear-resistant plastic material in question, so that the guide surface 12 defined by the guide part 8 low friction with the tread of the assigned working cylinder can cooperate.
  • the support body 2 carries in its radial outer area also an annular sealing body 15, with respect to the guide member 8 and the support body 2 is formed separately and made of rubber-elastic material Properties. It is preferably the sealing body 14 around a plastic body made of elastomer material. The latter favors production in a special way and attachment to the support body 2 by the sealing body 14 to the support body 2 and to the guide part 8 by a suitable Process is molded.
  • the molding is conveniently done by injection molding, a cohesive Contact between the material of the sealing body 14 and the materials of the support body 2 and the guide member 8 becomes.
  • Adhesion promoter applied between the parts molded onto one another.
  • the sealing body 14 contains two axially opposite Sealing sections arranged on the sides of the guide part 8 15, which, like the sealing body 14 in its entirety, is coaxial are arranged to support body 2.
  • the sealing portions 15 lie on the two radially outwardly oriented annular Edge surfaces 13 of the radial outer surface 6 and are also over the respectively assigned peripheral edge 16 of the Support body 2 pulled radially inwards, with each a ring disk-like section 17 on the the edge 16 adjoining axially oriented annular Border surface section 18 of the support body 2 abut.
  • Each sealing section 15 has the guide part 8 axially adjacent area over a coaxial to the longitudinal axis 3 annular sealing lip 22, which is not in a working cylinder assembled state of the piston 1 obliquely radially protrudes outside and radially projects beyond the guide surface 12.
  • the sealing lips are 22 bent radially inward so that its outermost edge is in axial alignment with the guide surface 12.
  • the sealing lips 22 bring about the operation of the piston 1 contact with the tread of the assigned working cylinder a fluid-tight separation of the two axially on both sides of the piston 1 lying work rooms.
  • the ring disc-like axially upstream of the support body 2 Games 17 of the sealing portions 15 define in the embodiment several rubber-elastic buffer bodies 23, which are suitable in the operation of the piston, its final impact on the end walls of the cylinder housing to reduce. Are there multiple buffer bodies 23, which are arranged in a ring-like constellation and between which radially continuous spaces 24 remain, is at the same time an optimal fluid application of the affected piston surface reached when moving from an end position.
  • the guide member 8 of a plurality of receiving channels 25 axially penetrates the at a distance from each other over the ring circumference of the guide part 8 are distributed and in which connecting webs 26 of the Sealing body 14 extend over which the sealing portions on both sides 15 partially integrally connected are.
  • the sealing body 14 contains two axially spaced annular seal portions 15 and one A plurality of axially extending connecting webs 26, which the sealing portions 15 preferably along their circumference in regularly connected in one piece are.
  • the sealing body 14 is in one piece Component.
  • the receiving channels 25 executed in the form of groove-like depressions, to the radial outside of the guide part 8, that is Guide surface 12 are open, whereby they extend over the entire axial width of the guide part 8 and extend two axially oriented annular side surfaces 27 of the Open out guide part 8.
  • the guide surface 12 through the receiving channels 25 into individual strip-shaped Sub-areas 32 divided in the circumferential direction of the guide part 8 are arranged in succession and each have an arcuate extension.
  • the connecting webs 26 virtually bridge the guide part 8, whereby due to their Course within the receiving channels 25, the guide surface 12 do not interfere.
  • the receiving channels 25 completely closed on the circumference and as channel-like Openings are made that are radially lower than the guide surface 12, although it is also to the two axially oriented annular side surfaces 27 of the guide part 8 open out.
  • the axial openings have here the shape of window-like mouths.
  • the receiving channels 25 of the sealing body material forming the connecting webs 26 preferably filled in completely and put an integral connection between the two ring-shaped Side surfaces 27 flanking sealing sections 15 ago.
  • the axial width of the guide part 8 a constant axial distance between the two sealing sections 15 and in particular the sealing lips 22.
  • Figures 5 to 8 has the advantage that the molding of the sealing body 14 in connection with the associated injection mold only a single injection point needed.
  • the design of Figures 1 to 4 the advantage that one over the circumference of the guide part 8th completely circular self-contained guide surface 12 remains.
  • the pistons shown 1 In a preferred way of manufacturing the pistons shown 1 is first a one-piece forming the support body 2 Metal part provided that as an insert in the associated Casting mold is inserted. Then the permanent magnet 5 injected, then also as a guide band identifiable annular guide part 8 under simultaneous Formation of the receiving channels 25 sprayed and finally molded on the two sealing sections 15 at the same time, the thereby over the connecting webs realized at the same time 26 are connected. With the so obtained Piston 1 becomes an accidental disconnection of the Sealing sections 15 prevents the sealing lips 22nd or define differently designed sealing zones. The pistons 1 can therefore also be used for long stroke lengths. Grooves that are complex to produce for a snap connection between seals and support body can be omitted.
  • the pistons can be axially relatively short Realize overall length. It can also include the number of parts for the functional assembly of the piston can be reduced, such as manufacturing costs can also be reduced.
  • Through the integrated Buffer body 23 can be associated with the operation of the Working cylinder permissible impact force or energy increased become.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Arbeitszylinder. Ein derartiger Kolben ist beispielweise dem Dokument EP-A-631057 zu entnehmen.
Fluidbetätigte Arbeitszylinder enthalten regelmäßig einen Kolben, der durch Fluidbeaufschlagung axial verschiebbar ist und an dem sich eine Betätigungskraft abgreifen läßt. Im Falle der DE-GM 296 157 99 enthält der Kolben einen mehrteiligen Tragkörper, auf den zwei Dichtringe aufgeknöpft sind und der ein bandartig dünnes ringförmiges Führungsteil trägt, wobei sowohl die Dichtungen als auch das Führungsteil zum Zusammenwirken mit der am zugeordneten Zylinderrohr vorgesehenen Lauffläche vorgesehen sind. Herstellung und Montage dieses bekannten Kolbens sind jedoch sehr aufwendig.
Bei einem aus der EP 0 093 859 A2 bekannten Kolben wurde daher bereits vorgeschlagen, anstelle separater Dichtringe einen einteiligen Dichtkörper vorzusehen, der durch Spritzgießen an den hier wiederum mehrteiligen Tragkörper angeformt wird. Auf diese Weise entfällt die umständliche Aufknöpfmontage einzelner Dichtringe, wobei gleichzeitig ein sicherer Halt des Dichtungsmaterials gewährleistet wird. Allerdings ist hier die zur Führung des Kolbens dienende Führungsfläche vom Material des Dichtkörpers gebildet, das zur Gewährleistung der erforderlichen Dichteigenschaften relativ weich ist, so daß im Betrieb des zugehörigen Arbeitszylinders hohe Reibkräfte auftreten.
Nun geht zwar aus der DE-AS 29 47 516 bereits ein Kolben hervor, der über einen einstückigen Dichtkörper verfügt, der ergänzend mit einem Führungsring ausgestattet ist. Allerdings ist der Führungsring unmittelbar an die Außenfläche des Dichtkörpers angesetzt und somit relativ zum Tragkörper verhältnismäßig nachgiebig aufgehängt, so daß in manchen Fällen die notwendige Führungsgenauigkeit nicht erreicht werden kann. Zudem ist der Dichtkörper hier wiederum als separates Teil konzipiert, zu dessen Befestigung eine Aufteilung des Tragkörpers in zwei Hälften unabdingbar ist.
Unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolben für einen Arbeitszylinder zu schaffen, der bei relativ einfacher Herstellung und Montage eine reibungsarme Verschiebeführung des Kolbens im Betrieb ermöglicht. Darüberhinaus soll ein sich zur Herstellung eines derartigen Kolbens eignendes Verfahren vorgeschlagen werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Kolben für einen Arbeitszylinder, mit einem Tragkörper, der im radial außen liegenden Bereich ein eine Führungsfläche definierendes ringförmiges Führungsteil und einen bezüglich dem Führungsteil separaten ringförmigen Dichtkörper trägt, wobei der Dichtkörper an den Tragkörper angeformt ist und zwei axial beidseits des Führungsteils angeordnete Dichtungsabschnitte aufweist, die durch mehrere in Umfangsrichtung des Tragkörpers beabstandet zueinander angeordnete Verbindungsstege des Dichtkörpers einstückig miteinander verbunden sind, die sich in Aufnahmekanälen erstrecken, die das Führungsteil axial durchsetzen.
Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Dichtkörper sicher am Tragkörper fixiert ist und gleichzeitig eine Führungsfläche zur Verfügung gestellt werden kann, deren Beschaffenheit von derjenigen des Dichtkörpers unabhängig ausgewählt werden kann, um insgesamt gute Dichteigenschaften mit geringen Reibungskräften zu verknüpfen. Das Führungsteil, das als einstückiger Bestandteil des Tragkörpers oder als separates Bauteil realisiert werden kann, erfährt über den Tragkörper eine radiale Abstützung und gestattet dennoch, durch die einzelnen Aufnahmekanäle hindurch, eine einstückige Verbindung zwischen den beidseits des Führungsteils liegenden Dichtungsabschnitten des Dichtkörpers, die somit sicher am Tragkörper gehalten werden. Es liegt somit ein kostengünstiger, betriebssicherer und mit wenigen Einzelteilen einfach herstellbarer Kolben vor.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Aufnahmekanäle für die Verbindungsstege des Dichtkörpers sind zweckmäßigerweise zumindest teilweise in Gestalt nutartiger Vertiefungen ausgeführt, die zur radialen Außenseite des Führungsteils hin offen sind und die die Führungsfläche des Führungsteils in mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgende Teilflächen unterteilen. Auf diese Weise ist zwar die Führungsfläche nicht mehr als zusammenhängende Ringfläche ausgeführt, gleichwohl bleibt jedoch eine zuverlässige Führungsfunktion vorhanden, weil die einzelnen Teilflächen weiterhin über den gesamten Außenumfang des Kolbens verteilt sind. Da die Aufnahmekanäle nach radial außen hin offen sind, ist zudem der Anformungsprozeß des Dichtkörpers relativ einfach.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Aufnahmekanäle sind diese in Gestalt umfangsseitig geschlossener Durchbrechungen realisiert, die das Führungsteil in einem Bereich durchsetzen, der radial tiefer liegt als die Führungsfläche des Führungsteils. Auf diese Weise bleibt als Führungsfläche eine zusammenhängende Ringfläche erhalten und die beiden Dichtungsabschnitte werden durch die die Durchbrechungen durchsetzenden Verbindungsstege sicher an Ort und Stelle gehalten.
Es versteht sich, daß beide Arten von Aufnahmekanälen auch gleichzeitig an ein und demselben Kolben vorgesehen sein können.
Zweckmäßigerweise ist nicht nur der Dichtkörper, sondern auch das Führungsteil als bezüglich dem Tragkörper separates Teil ausgeführt und durch ein geeignetes Verfahren an den Tragkörper angeformt, so daß insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung erhalten wird. Sowohl zum Anformen des Führungsteils als auch zum Anformen des Dichtkörpers kommt zweckmäßigerweise ein Spritzgießverfahren zum Einsatz. Dabei wird vorzugsweise zunächst das Führungsteil an den Tragkörper angeformt, wonach die Anformung des Dichtkörpers stattfindet, wobei das Dichtkörpermaterial gleichzeitig an den Tragkörper angeformt und in die Aufnahmekanäle eingeformt wird. Der Tragkörper selbst besteht zweckmäßigerweise aus Metall.
Bei einem Kolben, der im Betrieb des zugehörigen Arbeitszylinders eine Positionserfassung ermöglichen soll, ist in den Tragkörper zweckmäßigerweise eine koaxial zu diesem angeordnete ringförmige Ausnehmung integriert, die einen Permanentmagnet aufnimmt. Letzterer kann als Kunststoffteil konzipiert sein, wobei die permanentmagnetischen Eigenschaften durch Beigabe permanentmagnetischer Komponenten bzw. Partikel erzielt werden können und dessen Herstellung durch unmittelbare Einformung des betreffenden Materials in die ringförmige Ausnehmung erfolgen kann. Dadurch erübrigt sich eine Unterteilung des Tragkörpers im Bereich der Ausnehmung, wobei zweckmäßigerweise vorgesehen ist, daß das ringförmige Führungsteil den in den Tragkörper eingelassenen Permanentmagnet radial außen koaxial umschließt.
Zweckmäßigerweise beinhalten beide Dichtungsabschnitte des Dichtkörpers jeweils mindestens eine Dichtlippe für den Kontakt mit der Lauffläche des zugeordneten Arbeitszylinders. Auch können einer oder beide Dichtungsabschnitte einen dem Tragkörper axial vorgelagerten Pufferkörper definieren, der zur Endlagendämpfung im Betrieb des zugehörigen Arbeitszylinders verwendbar ist.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung eines Kolbens ist vorgesehen, daß man an einen Tragkörper ein ringförmiges Führungsteil anformt, das von mehreren in Umfangsrichtung des Tragkörpers beabstandet zueinander angeordneten Aufnahmekanälen axial durchsetzt ist, und daß man an die sich aus dem Tragkörper und aus dem Führungsteil zusammengesetzte Baueinheit einen ringförmigen Dichtkörper anformt, der über axial beidseits des Führungsteils plazierte Dichtungsabschnitte verfügt, die durch in die Aufnahmekanäle eingeformte Verbindungsstege integral miteinander verbunden sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1
eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Kolbens im Längsschnitt,
Figur 2
den Kolben aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung ohne Abbildung des Dichtkörpers,
Figur 3
eine Einzeldarstellung des bei dem Kolben aus Figur 1 vorgesehenen Dichtkörpers,
Figur 4
den Kolben aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung,
Figur 5
eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens im Längsschnitt,
Figur 6
den Kolben aus Figur 5 in perspektivischer Darstellung ohne Abbildung des Dichtkörpers,
Figur 7
den beim Kolben gemäß Figur 5 vorhandenen Dichtkörper in perspektivischer Einzeldarstellung, und
Figur 8
eine perspektivische Ansicht des Kolbens aus Figur 5.
Vorbehaltlich anderslautender Hinweise im einzelnen bezieht sich die nachfolgende Beschreibung gleichzeitig auf beide Ausführungsformen der Figuren 1 bis 4 und Figuren 5 bis 8, wobei einander entsprechende Merkmale mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
Abgebildet ist jeweils ein Kolben 1 in seiner Gesamtheit oder in Teildarstellung, der für den Einsatz innerhalb eines nicht näher dargestellten fluidbetätigten Arbeitszylinders vorgesehen ist. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist dabei das Gebiet der Pneumatikzylinder.
Im Betrieb ist der Kolben 1 im rohrartigen Gehäuse des zugeordneten Arbeitszylinders angeordnet und unterteilt den betreffenden Innenraum des Zylindergehäuses in zwei Arbeitsräume, bezüglich denen nach Bedarf ein fluidisches Druckmedium zugeführt oder abgeführt wird. Davon abhängig bewegt sich der Kolben relativ zum Zylindergehäuse in einer axialen Richtung, wobei er an der von der Innenfläche des Zylindergehäuses definierten Lauffläche entlanggleitet. Die Bewegung des Kolbens läßt sich an einem mit dem Kolben bewegungsgekoppelten, beispielsweise am Kolben festgelegten und aus dem Zylindergehäuse herausgeführten Kraftübertragungsglied abgreifen, das beispielweise von einer Kolbenstange gebildet ist.
Der Kolben 1 enthält einen Tragkörper 2, der prinzipiell mehrteilig aufgebaut sein könnte, vorzugsweise aber wie beim Ausführungsbeispiel aus einem einzigen Bauteil besteht. Er ist zweckmäßigerweise scheibenartig ausgeführt, wobei die Scheibenebene rechtwinkelig zur Längsachse 3 des Kolbens 1 verläuft.
An dem Tragkörper 2 sind Verbindungsmittel 4 vorgesehen, die eine feste Verbindung mit einem Kraftübertragungsteil der schon erwähnten Art ermöglichen. Es kann sich wie abgebildet um ein den Tragkörper 2 zentral axial durchsetzendes Loch handeln, über das sich eine nicht näher gezeigte Kolbenstange befestigen läßt.
Bevorzugt besteht der Tragkörper 2 aus einem metallischen Werkstoff. Beim Ausführungsbeispiel ist er aus Aluminiummaterial hergestellt. Ist der Kolben 1 wie beim Ausführungsbeispiel dahingehend ausgelegt, daß sich mit seiner Hilfe eine Positionserfassung auf Basis eines integrierten Permanentmagneten 5 realisieren läßt, empfiehlt sich für den Tragkörper 2 ein unmagnetisches, nicht magnetisierbares Material. Dabei könnte es sich auch um ein Kunststoffmaterial handeln.
In die radial nach außen weisende Umfangsfläche des Tragkörpers 2, die nachfolgend als radiale Außenfläche 6 bezeichnet sei, ist eine konzentrisch angeordnete nutartige Vertiefung eingelassen, die eine ringförmige Ausnehmung 7 definiert, in der der ringförmige Permanentmagnet 5 aufgenommen ist. Bevorzugt ist der Permanentmagnet 5 dadurch hergestellt und montiert, daß sein Material, insbesondere durch ein Spritzgießverfahren, unmittelbar in die ringförmige Ausnehmung 7 eingeformt wird. Als Material für den Permanentmagnet 5 kommt hier vorzugsweise ein mit permanentmagnetischen Komponenten angereichertes Kunststoffmaterial in Frage, das sich gießtechnisch verarbeiten läßt. Durch das direkte Einformen bzw. Einspritzen des Permanentmagneten 5 in den Tragkörper 2 ist eine Magnetintegration möglich, ohne den Tragkörper 2 im Bereich der ringförmigen Ausnehmung 7 axial zu unterteilen.
Im Betrieb des Kolbens 1 eignet sich das Magnetfeld des Permanentmagneten 5 zur berührungslosen Betätigung eines geeigneten Sensors, der regelmäßig außerhalb des den Kolben 1 aufnehmenden Innenraumes des Arbeitszylinders neben dem Hubweg des Kolbens 1 in insbesondere verstellbarer Weise installiert ist. Soll der Kolben 1 hingegen keine derartige Positionserfassung ermöglichen, entfällt der Permanentmagnet 5 zweckmäßigerweise zur Kosteneinsparung, wobei in diesem Falle vorgesehen sein kann, daß die ringförmige Ausnehmung 7 unbelegt bleibt oder eine solche Ausnehmung 7 gar nicht erst in den Tragkörper 2 eingebracht wird.
Im radial außen liegenden Bereich des Tragkörpers 2 ist ein ringförmiges Führungsteil 8 angeordnet. Es ist koaxial zum Tragkörper 2 ausgerichtet und definiert eine nach radial außen weisende, vorzugsweise zylinderähnliche Führungsfläche 12, die sich in Umfangsrichtung des Kolbens 1 erstreckt. Im Betrieb ist der Kolben 1 derart in das Zylindergehäuse des zugeordneten Arbeitszylinders eingepaßt, daß er mit der Führungsfläche 12 an der den Innenraum des Zylindergehäuses begrenzenden zylindrischen Lauffläche anliegt und bei seiner Axialbewegung an dieser Lauffläche entlanggleitet.
Das Führungsteil 8 könnte ein einstückiger Bestandteil des Tragkörpers 2 sein. Um bei der Materialwahl für die einzelnen Komponenten die jeweilige Funktion optimal berücksichtigen zu können, empfiehlt sich jedoch eine Realisierung in Gestalt separater Bauteile, wie dies beim Ausführungsbeispiel der Fall ist. Hier ist das Führungsteil 8 als aus Kunststoffmaterial bestehender Ringkörper ausgebildet, der den Tragkörper 2 an seiner radialen Außenfläche 6 koaxial umschließt. Dabei kann das Führungsteil 8 die radial nach außen orientierte Öffnung der ringförmigen Ausnehmung 7 überdecken.
Zweckmäßigerweise ist die axial gemessene Breite des Führungsteils 8 geringer als die entsprechend gemessene Breite des Tragkörpers 2. Auf diese Weise läßt sich das Führungsteil 8 derart am Außenumfang des Tragkörpers 2 plazieren, daß letzterer das Führungsteil 8 axial beidseits mit ringförmigen Randflächen 13 überragt. Beim Ausführungsbeispiel ist zudem vorgesehen, daß das Führungsteil 8 auf einem geringfügigen Radialvorsprung des Tragkörpers 12 sitzt, dessen axiale Breite insbesondere derjenigen des Führungsteils 8 entspricht.
Es wäre eine Bauform denkbar, bei der das Führungsteil 8 kraftschlüssig auf dem Tragkörper 2 fixiert ist. Es könnte beispielsweise auf den Tragkörper 2 aufgepreßt sein. Beim Ausführungsbeispiel ist jedoch vorgesehen, daß das Führungsteil 8 an den Tragkörper 2 angeformt ist, insbesondere durch spritzgießen. Die Gestalt des Führungsteils 8 entsteht also unmittelbar beim Anspritzen des Kunststoffmaterials an den beim Ausführungsbeispiel metallischen Tragkörper 2. Befindet sich radial innerhalb des Führungsteils 8 eine ringförmige Ausnehmung 7 zur Aufnahme eines Permanentmagneten 5, ist die axiale Breite des Führungsteils 8 vorzugsweise größer gewählt als die entsprechend gemessene Breite der nach radial außen orientierten Öffnung der ringförmigen Ausnehmung 7, so daß das Führungsteil 8 axial beidseits der ringförmigen Ausnehmung 7 in festen Kontakt mit dem Tragkörper 2 gelangen kann.
Für das Führungsteil 8 kommt zweckmäßigerweise ein relativ hartes und verschleißarmes Kunststoffmaterial in Frage, so daß die von dem Führungsteil 8 definierte Führungsfläche 12 reibungsarm mit der Lauffläche des zugeordneten Arbeitszylinders kooperieren kann.
Außer dem Führungsteil 8 trägt der Tragkörper 2 in seinem radial außen liegenden Bereich auch einen ringförmigen Dichtkörper 15, der bezüglich dem Führungsteil 8 und dem Tragkörper 2 separat ausgebildet ist und aus Material mit gummielastischen Eigenschaften besteht. Bevorzugt handelt es sich bei dem Dichtkörper 14 um einen Kunststoffkörper aus Elastomermaterial. Letzteres begünstigt in besonderer Weise die Herstellung und Anbringung am Tragkörper 2, indem der Dichtkörper 14 an den Tragkörper 2 und an das Führungsteil 8 durch ein geeignetes Verfahren angeformt ist. Das Anformen erfolgt zweckmäßigerweise durch Spritzgießen, wobei ein stoffschlüssiger Kontakt zwischen dem Material des Dichtkörpers 14 und den Materialien des Tragkörpers 2 und des Führungsteils 8 hergestellt wird.
Bei allen hier vorgesehenen Anspritzvorgängen wird zwischen die aneinander angespritzten Teile zweckmäßigerweise ein geeigneter Haftvermittler appliziert.
Der Dichtkörper 14 enthält zwei auf axial entgegengesetzten Seiten des Führungsteils 8 angeordnete Dichtungsabschnitte 15, die, wie der Dichtkörper 14 in seiner Gesamtheit, koaxial zum Tragkörper 2 angeordnet sind. Die Dichtungsabschnitte 15 liegen an den beiden radial nach außen orientierten ringförmigen Randflächen 13 der radialen Außenfläche 6 an und sind zudem über die jeweils zugeordnete umlaufende Kante 16 des Tragkörpers 2 hinweg nach radial innen gezogen, wobei sie mit jeweils einer ringscheibenähnlichen Partie 17 an dem sich an die Kante 16 anschließenden, axial orientierten ringförmigen Randflächenabschnitt 18 des Tragkörpers 2 anliegen.
Jeder Dichtungsabschnitt 15 verfügt in dem dem Führungsteil 8 axial benachbarten Bereich über eine zur Längsachse 3 koaxiale ringförmige Dichtlippe 22, die bei nicht in einem Arbeitszylinder montierten Zustand des Kolbens 1 schräg nach radial außen ragt und dabei die Führungsfläche 12 radial überragt. Bei der Montage in einem Arbeitszylinder werden die Dichtlippen 22 nach radial innen gebogen, so daß ihre äußerste Kante in axialer Flucht mit der Führungsfläche 12 liegt.
Die Dichtlippen 22 bewirken im Betrieb des Kolbens 1 durch den Kontakt mit der Lauffläche des zugeordneten Arbeitszylinders eine fluiddichte Abtrennung der beiden axial beidseits des Kolbens 1 liegenden Arbeitsräume.
Die dem Tragkörper 2 axial vorgelagerten ringscheibenähnliche Partien 17 der Dichtungsabschnitte 15 definieren beim Ausführungsbeispiel jeweils mehrere gummielastische Pufferkörper 23, die geeignet sind, im Betrieb des Kolbens dessen Endaufprall an den stirnseitigen Abschlußwänden des Zylindergehäuses zu verringern. Handelt es sich um mehrere Pufferkörper 23, die in ringähnlicher Konstellation angeordnet sind und zwischen denen radial durchgehende Zwischenräume 24 verbleiben, wird gleichzeitig eine optimale Fluidbeaufschlagung der betreffenden Kolbenfläche beim Anfahren aus einer Endlage erreicht.
Um die Wirksamkeit der Führungsfläche 12 nicht zu beeinträchtigen und um gleichzeitig die beiden Dichtungsabschnitte 15 fest am Tragkörper 2 zu fixieren, ist das Führungsteil 8 von einer Mehrzahl von Aufnahmekanälen 25 axial durchsetzt, die mit Abstand zueinander über den Ringumfang des Führungsteils 8 verteilt sind und in denen sich Verbindungsstege 26 des Dichtkörpers 14 erstrecken, über die die beiderseitigen Dichtungsabschnitte 15 partiell integral miteinander verbunden sind.
Mit anderen Worten beinhaltet der Dichtkörper 14 zwei axial beabstandete ringförmige Dichtungsabschnitte 15 und eine Mehrzahl sich axial erstreckender Verbindungsstege 26, über die die Dichtungsabschnitte 15 entlang ihres Umfanges in vorzugsweise regelmäßigen Abständen einstückig miteinander verbunden sind. Der Dichtkörper 14 ist dabei ein einstückiges Bauteil.
Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 5 bis 8 sind die Aufnahmekanäle 25 in Gestalt nutartiger Vertiefungen ausgeführt, die zur radialen Außenseite des Führungsteils 8, also zur Führungsfläche 12 hin offen sind, wobei sie sich über die gesamte axiale Breite des Führungsteils 8 erstrecken und zu beiden axial orientierten ringförmigen Seitenflächen 27 des Führungsteils 8 ausmünden. Somit wird die Führungsfläche 12 durch die Aufnahmekanäle 25 in einzelne streifenförmige Teilflächen 32 unterteilt, die in Umfangsrichtung des Führungsteils 8 aufeinanderfolgend angeordnet sind und jeweils eine bogenförmige Erstreckung haben. Die Verbindungsstege 26 überbrücken quasi das Führungsteil 8, wobei sie aufgrund ihres Verlaufes innerhalb der Aufnahmekanäle 25 die Führungsfläche 12 nicht beeinträchtigen. Dabei kann wie abgebildet vorgesehen sein, daß die radial nach außen orientierten Außenflächen 28 der Verbindungsstege 26 bündig in die Teilflächen 32 der Führungsfläche 12 übergehen und mit dieser fluchten, so daß sich eine kontinuierlich entlang des gesamten Umfanges des Führungsteils 8 erstreckende Fläche ergibt.
Bei der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 sind die Aufnahmekanäle 25 umfangsseitig vollständig geschlossen und als kanalartige Durchbrechungen ausgeführt, die radial tiefer liegen als die Führungsfläche 12, wobei sie allerdings ebenfalls zu den beiden axial orientierten ringförmigen Seitenflächen 27 des Führungsteils 8 hin ausmünden. Sie können dabei, wie aus Figur 2 ersichtlich, eine rechteckähnliche Querschnittskontur haben, die entsprechend dem Durchmesser des Führungsteils 8 leicht gekrümmt ist, so daß sich eine bogenähnliche Querschnittsform einstellt. Die axialen Öffnungen haben hier die Form fensterartiger Ausmündungen.
Wie schon beim Ausführungsbeispiel der Figuren 5 bis 8 sind auch beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 die Aufnahmekanäle 25 von dem die Verbindungsstege 26 bildenden Dichtkörpermaterial vorzugsweise vollständig ausgefüllt und stellen eine integrale Verbindung zwischen den die beiden ringförmigen Seitenflächen 27 flankierenden Dichtungsabschnitten 15 her. Gleichzeitig definiert die axiale Breite des Führungsteils 8 einen konstant eingehaltenen axialen Abstand zwischen den beiden Dichtungsabschnitten 15 und insbesondere deren Dichtlippen 22.
Die Ausführungsform der Figuren 5 bis 8 hat den Vorteil, daß das Anspritzen des Dichtkörpers 14 im Zusammenhang mit der zugehörigen Spritzgießform nur einen einzigen Anspritzpunkt benötigt. Demgegenüber hat die Bauform der Figuren 1 bis 4 den Vorteil, daß eine über den Umfang des Führungsteils 8 vollständig ringförmig in sich geschlossene Führungsfläche 12 verbleibt.
Bei dem beispielsgemäßen Kolben wird die sichere Fixierung der beiden axialseitigen Dichtungsabschnitte 15 am Tragkörper 2 durch die das Führungsteil 8 durchquerenden Verbindungsstege 26 gewährleistet. Die Dichtungsabschnitte 15 werden somit axial sicher zusammengehalten und können auch bei ungünstigen Betriebsverhältnissen nicht vom Tragkörper 2 abgelöst werden.
Bei einer bevorzugten Herstellungsweise der abgebildeten Kolben 1 wird zunächst ein den Tragkörper 2 bildendes einteiliges Metallteil bereitgestellt, das als Einlegeteil in die zugeordnete Gießform eingelegt wird. Anschließend wird der Permanentmagnet 5 eingespritzt, dann das auch als Führungsband bezeichenbare ringförmige Führungsteil 8 unter gleichzeitiger Ausbildung der Aufnahmekanäle 25 aufgespritzt und schließlich gleichzeitig die beiden Dichtungsabschnitte 15 angespritzt, die dabei über die gleichzeitig realisierten Verbindungsstege 26 miteinander verbunden werden. Bei dem auf diese Weise erhaltenen Kolben 1 wird ein versehentliches Abknöpfen der Dichtungsabschnitte 15 verhindert, die die Dichtlippen 22 oder anders ausgestaltete Dichtungszonen definieren. Die Kolben 1 können somit auch für große Hublängen eingesetzt werden. Aufwendig herstellbare Nuten für eine Schnappverbindung zwischen Dichtungen und Tragkörper können entfallen. Dementsprechend lassen sich die Kolben mit relativ kurzer axialer Baulänge realisieren. Dabei kann auch die Anzahl der Teile für die Funktionsbaugruppe des Kolbens reduziert werden, wie auch die Herstellkosten gesenkt werden können. Durch die integrierten Pufferkörper 23 kann die im Betrieb des zugeordneten Arbeitszylinders zulässige Stoßkraft bzw. Energie erhöht werden.

Claims (17)

  1. Kolben für einen Arbeitszylinder, mit einem Tragkörper (2), der im radial außen liegenden Bereich ein eine Führungsfläche (12) definierenden ringförmiges Führungsteil (8) und einen bezüglich dem Führungsteil (8) separaten ringförmigen Dichtkörper (14) trägt, wobei der Dichtkörper (14) an den Tragkörper (2) angeformt ist und zwei axial beidseits des Führungsteils (8) angeordnete Dichtungsabschnitte (15) aufweist, die durch mehrere in Umfangsrichtung des Tragkörpers (2) beabstandet zueinander angeordnete Verbindungsstege (26) des Dichtkörpers (14) einstückig miteinander verbunden sind, die sich in Aufnahmekanälen (25) erstrecken, die das Führungsteil (8) axial durchsetzen.
  2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekanäle (25) zumindest teilweise in Gestalt nutartiger Vertiefungen ausgebildet sind, die radial zur Führungsfläche (12) hin offen sind und die Führungsfläche (12) in mehrere in Umfangsrichtung des Führungsteils (8) mit Abstand aufeinanderfolgende Teilflächen (32) unterteilen.
  3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach außen orientierten Außenflächen (28) der in den Aufnahmekanälen (25) verlaufenden Verbindungsstege (26) mit den Teilflächen (32) der Führungsfläche (12) bündig verlaufen.
  4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekanäle (25) zumindest teilweise in Gestalt umfangsseitig geschlossener Durchbrechungen des Führungsteils (8) ausgebildet sind.
  5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekanäle (25) von den Verbindungsstegen (26) vollständig ausgefüllt sind.
  6. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (8) von einem bezüglich dem Tragkörper (2) separaten Körper gebildet ist.
  7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (8) an den Tragkörper (2) angeformt ist, insbesondere durch Spritzgießen.
  8. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (14) durch Spritzgießen an den Tragkörper (2) angeformt ist.
  9. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (2) aus Metall besteht, vorzugsweise aus einem nicht magnetisierbaren Material und insbesondere aus Aluminiummaterial.
  10. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (2) einteilig ausgebildet ist und vorzugsweise die Gestalt eines zentral gelochten Scheibenkörpers hat.
  11. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (2) eine koaxial angeordnete ringförmige Ausnehmung (7) aufweist, die zur Aufnahme eines Permanentmagneten (5) vorgesehen ist.
  12. Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Ausnehmung (7) nach Art einer nutartigen Vertiefung in die radial nach außen orientierte Außenfläche (6) des Tragkörpers (2) eingelassen ist und von dem ringförmigen Führungsteil (8) koaxial umschlossen ist.
  13. Kolben nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (5) als Kunststoffteil mit permanentmagnetischen Komponenten ausgeführt ist und insbesondere durch Spritzgießen in die ringförmige Ausnehmung (7) eingeformt ist.
  14. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder beide der axial beidseits des Führungsteils (8) plazierten Dichtungsabschnitte (15) des Dichtkörpers (14) jeweils mindestens eine Dichtlippe (22) definieren.
  15. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder beide der axial beidseits des Führungsteils (8) plazierten Dichtungsabschnitte (15) mindestens einen dem Tragkörper (2) axial vorgelagerten Pufferkörper (23) definieren.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man an einen Tragkörper (2) ein ringförmiges Führungsteil (8) anformt, das von mehreren in Umfangsrichtung des Tragkörpers (2) beabstandet zueinander angeordneten Aufnahmekanälen (25) axial durchsetzt ist, und daß man an die sich aus dem Tragkörper (2) und aus dem Führungsteil (8) zusammensetzende Baueinheit einen ringförmigen Dichtkörper (14) anformt, der über axial beidseits des Führungsteils (8) plazierte Dichtungsabschnitte (15) verfügt, die durch in die Aufnahmekanäle (25) eingeformte Verbindungsstege (26) integral miteinander verbunden sind.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Anformen des Führungsteils (8) einen Permanentmagneten (5) in eine zur radial nach außen orientierten Außenfläche (6) des Tragkörpers (2) hin offene ringförmige Ausnehmung (7) einformt, wobei der Permanentmagnet (5) durch das anschließend angeformte Führungsteil (8) koaxial überdeckt wird.
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