Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem kolbenstangenlosen
Druckmittelzylinder nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1
näher angegebenen Gattung.
Aus der EP 0 260 344 B1 ist ein solcher kolbenstangenloser
Druckmittelzylinder bekannt, bei dem zum Halten des inneren
Dichtbandes im Längsschlitz bei fehlendem Innendruck eine
Haltevorrichtung vorgesehen ist, bei der innerhalb des
Längsschlitzes ein profilierter Mittelsteg eines äußeren
Dichtbandes zwischen zwei eine Längsnut bildende Flansche
des inneren Dichtbandes einrastet. Bei einer solchen
Haltevorrichtung müssen äußeres Dichtband, inneres Dichtband
und Schlitz aufeinander abgestimmt werden, wobei diese
aufwendige Haltevorrichtung relativ viel Bauraum und einen
relativ breiten Schlitz erfordert. Die Größe des Zylinders
kann somit schlecht verringert werden. Auch kann das äußere
Dichtband in seiner Lage nach der Breite hin leicht
verrutschen und damit eine sichere Halterung und Abdichtung
mit Hilfe des inneren Dichtbandes gefährden. Dabei kann es
vorkommen, daß eine brauchbare Abdichtung durch eine Art
Venturieffekt entsteht, indem erst beim Beaufschlagen des
Innenraums mit Druck eine sichere Abdichtung erzielt wird,
was aber mit einer unerwünschten Leckage verbunden ist und
die Leistungsfähigkeit des Druckmittelzylinders
beeinträchtigt. Vor allem ist für die Halterung des inneren
Dichtbandes in drucklosem Zustand ein äußeres Abdeckband
erforderlich, was den Bauaufwand erhöht.
Ferner ist aus der DE 3 807 786 A1 ein kolbenstangenloser
Druckmittelzylinder bekannt, bei dem an einem Dichtungsband
paarweise schräg nach außen abstehende, nasenförmige
Halterippen angeordnet sind, die in zugehörige, paarweise
angeordnete Haltenuten im Zylinderrohr greifen. Damit läßt
sich eine formschlüssige Verbindung herstellen, um das
Dichtband immer am Zylinderrohr zu halten, wenn der
Innenraum drucklos ist. Das innere Dichtband hat dabei einen
im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und liegt in einer
entsprechend großen Ausnehmung, die im Zylinderrohr an den
Längsschlitz nach innen zu anschließt und nach innen hin
offen ist. Die zwischen den Halterippen verlaufende, nach
außen gewandte Oberseite des Dichtbandes dient als
Auflagefläche, die an gehäusefesten, von Schultern der
Ausnehmung gebildeten Stützflächen anliegt. Zum Innenraum
des Zylinders hin weist das Dichtband paarweise Dichtlippen
auf, die jedoch relativ klein bauen und somit nur schmale
Dichtstreifen bedecken. Durch die bereits im drucklosen
Zustand anliegende Auflagefläche des Dichtbandes ergibt sich
eine relativ reibungs- und verschleißbehaftete Arbeitsweise
des Dichtbandes. Auch baut das Dichtband durch seinen
rechteckigen Querschnitt relativ groß und benötigt viel
Dichtmaterial. Zudem eignet sich dieses Dichtband schlecht
für Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt. Auch kann bei
Druckbelastung die Gefahr von Leckage auftreten, wenn sich
das den Längsschlitz überdeckende Dichtband unter dem
Innendruck kreisbogenförmig durchbiegt und dabei die
Dichtlippen von ihren Dichtflächen abheben, so daß Druckluft
dort eindringen und zwischen Dichtband und Zylinderinnenwand
im Bereich der Ausnehmung zum Längsschlitz lecken kann.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße kolbenstangenlose Druckmittelzylinder
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat
demgegenüber den Vorteil, daß bei ihm in drucklosem bzw.
druckarmem Zustand eine sichere und stabile Halterung des
inneren Dichtbandes an der Zylinderinnenwand und somit eine
gute Dichtheit erreicht wird. Für die Halterung des inneren
Dichtbandes ist kein äußeres Abdeckband erforderlich. Der
Druckmittelzylinder ermöglicht bei möglichst geringem
Aufwand eine kompakte und stabile Bauweise. Der Kolben des
Druckmittelzylinders ist wirksam betätigbar bei möglichst
geringer Leckage, wobei zudem ein Auftreten des
unerwünschten Venturieffektes vermieden wird. Im
druckbeaufschlagten Zustand kann sich die Innenseite des
Dichtbandes einer Kreisform annähern und damit eine
verschleiß- und reibungsarme Arbeitsweise des Zylinders
unterstützen. Ferner baut der Druckmittelzylinder
kostengünstig und ermöglicht einen dauerhaften Betrieb.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen kolbenstangenlosen
Druckmittelzylinders möglich. Sie begünstigen vor allem eine
sichere Halterung des inneren Dichtbandes im drucklosen
Zustand bei möglichst geringer Leckage und einem stabilen
lang andauernden Betrieb.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder in stark
vereinfachter Darstellung,
- Figur 2
- das Zylinderrohr des Druckmittelzylinders nach
Figur 1 im Querschnitt längs der Linie II-II in
Figur 1 im Ausschnitt und in einem vergrößerten
Maßstab bei einem drucklosen Zylinder und
- Figur 3
- die gleiche Ausführungsform wie nach Figur 2,
jedoch bei druckbeaufschlagtem Zylinder.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung einen
kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder 10, der abhängig vom
Einsatzgebiet als Pneumatik- oder als Niederdruck-Hydraulikzylinder
verwendet werden kann. Der
Druckmittelzylinder 10 weist ein in der Regel aus Aluminium
bestehendes Zylinderrohr 11 auf, das an seinen beiden
stirnseitigen Enden durch zwei aufgesetzte Endflansche 12
abgedichtet verschlossen ist und in dessen zylindrischen
Innenraum 13 ein zylindrischer Kolben 14 längsverschieblich
geführt ist. Wie aus der Figur 1 in Verbindung mit Figur 2
näher hervorgeht, ist das Zylinderrohr 11 mit einem über
seine Länge durchgehenden Längsschlitz 15 ausgebildet, durch
den ein mit dem Kolben 14 starr verbundenes stegartiges
Kraftübertragungselement 16 nach außen ragt, das zum
Anschluß an ein nicht weiter dargestelltes, von ihm
angetriebenes Maschinenelement eingerichtet ist. In
Längsrichtung des Zylinderrohrs 11 ist der Längsschlitz 15
beidseitig des Kraftübertragungselementes 16 durch ein in
dem Innenraum 13 des Zylinderrohrs 11 angeordnetes,
biegsames Dichtband 17 abgedichtet, das an seinen beiden
Enden in den Endflanschen 12 verankert ist. Das Dichtband 17
ist durch eine entsprechende Öffnung 18 im Kolbenbereich
unter dem Kraftübertragungselement 16 hindurchgeführt und
beidseitig des Kolbens 14 mit Hilfe einer Halteeinrichtung
19 in einer den Innenraum 13 abdichtenden Weise in dem
Längsschlitz 15 gehalten.
Die Figur 2 zeigt nun einen Querschnitt nach II-II in Figur
1, wobei der Bereich des Zylinderrohrs 11 mit dem Schlitz 15
und dem Dichtband 17 in stark vergrößertem Maße dargestellt
ist. Dabei ist ein druckloser Zustand des
Druckmittelzylinders 10 dargestellt, wenn also der Innenraum
13 nicht mit Druckmittel beaufschlagt ist bzw. nur einen
vergleichsweise geringen Restdruck aufweist. Wie der
vergrößerte Querschnitt nach Figur 2 zeigt, wird der
Längsschlitz 15 durch ein Paar gegenüberliegender
Seitenflächen 21 gebildet. Der Bereich des Längsschlitzes 15
im Zylinderrohr 11 mit dem zugehörigen Dichtband 17 ist
symmetrisch zu einer Ebene 22 ausgebildet. In dem unteren
Bereich des Längsschlitzes 15, also zum Innenraum 13 des
Druckmittelzylinders 10 hin, sind in den Seitenflächen 21
paarweise Haltenuten 23 ausgebildet, die Teile der
Halteeinrichtung 19 darstellen. Diese Haltenuten 23, die
über die ganze Länge des Längsschlitzes 15 sich erstrecken,
sind schräg nach oben weisend in die Seitenflächen 21
eingearbeitet, so daß ihre schrägen, unteren
Begrenzungsflächen 24 miteinander einen stumpfen Winkel
einschließen. Vom Innenraum 13 des Druckmittelzylinders 10
her ist der Längsschlitz 15 durch eine Ausnehmung 25
aufgeweitet, so daß im Zylinderrohr 11 im Abstand von den
Haltenuten 23 treppenförmige Stütznuten 26 ausgebildet sind,
die ebenfalls paarweise im Zylinderrohr 11 liegen. Durch
diese Stütznuten 26 sind paarweise in derselben horizontalen
Ebene Stützflächen 27 ausgebildet, welche die Seitenflächen
21 im wesentlichen senkrecht schneiden. Ferner sind diese
Stütznuten 26 durch senkrecht zu den Stützflächen 27
verlaufende Führungsflächen 28 gekennzeichnet, die sich mit
ebenen Dichtflächen 29 an der Innenwand des Zylinderrohrs 11
schneiden, wobei diese ebenen Dichtflächen 29 schließlich in
die kreisförmige Innenwand 31 des Zylinderrohrs 11
übergehen.
Das biegsame Dichtband 17 besteht in der Regel aus einem
elastischen Kunststoffmaterial oder einem Kautschukmaterial
und hat im wesentlichen den Querschnitt eines
gleichschenkligen Trapezes, dessen kurze Oberseite über zwei
gleich lange Schrägseiten mit der längeren Unterseite
verbunden sind. Am Dichtband 17 sind im Bereich der
Oberseite nasenartig auskragende Halterippen 32 paarweise
angeordnet, die in etwa senkrecht zu den gedachten
Schrägseiten stehen. Wie die Figur 2 näher zeigt, greifen
diese Halterippen 32 in die Haltenuten 23 und bilden auf
diese Weise die Halteeinrichtung 19 für das Dichtband 17.
Die paarweise angeordneten Halterippen 32 liegen dabei an
den schrägen Begrenzungsflächen 24 an und sind im
Querschnitt wesentlich kleiner ausgebildet als die
Haltenuten 23. Die Halteeinrichtung 19 sorgt bei dem in
Figur 2 dargestellten drucklosen Zustand einerseits für eine
sichere formschlüssige Halterung des Druckbandes 17 im
Zylinderrohr 11, andererseits muß sie beim Arbeiten des
Druckmittelzylinders leicht lösbar sein.
Am Dichtband 17 sind ferner im Bereich der gedachten
Schrägflächen unterhalb der Halterippen 32, also mehr zum
Innenraum 13 hin, paarweise Stützwulste 33 ausgebildet,
welche im wesentlichen die Ausnehmung 25 ausfüllen. Durch
diese Stützwulste 33 sind am Dichtband 17 paarweise
Auflageflächen 34 ausgebildet, welche den Stützflächen 27 im
Zylinderrohr 11 gegenüberliegen. Wie die Figur 2 näher
zeigt, verlaufen die Auflageflächen 34 und die Stützflächen
27 paarweise parallel zueinander und im Abstand voneinander.
Am Dichtband 17 werden die Auflageflächen 34 der beiden
Stützwulste 33 von senkrecht dazu verlaufenden Seitenwänden
35 begrenzt, welche jeweils über eine Gelenkstelle 36 in die
paarweise angeordneten Dichtlippen 37 übergehen. Die beiden
Dichtlippen 37 liegen nun ihrerseits dichtend an den
Dichtflächen 29 im Zylinderrohr 11 an. Die beiden
Dichtlippen 37 begrenzen somit eine ebene Unterseite 38 des
Dichtbandes 17, durch welche der Innenraum 13 im
Zylinderrohr 11 gegenüber dem Längsschlitz 15 dicht
abgesperrt ist. Diese Unterseite 38 ist in ihrer Breite etwa
doppelt so groß wie die Breite der Oberseite 39 mit welcher
das Dichtband 17 dem Schlitz 15 zugewandt ist. Bei dem in
Figur 2 dargestellten drucklosen Zustand verlaufen die
Oberseite 39 und die Unterseite 38 im wesentlichen parallel
zueinander und bilden im wesentlichen ebene Flächen.
Zentral im Inneren des Dichtbandes 17 ist ein zur
Versteifung des Dichtbandes dienender, biegsamer Draht 41
eingelagert, der sich über die gesamte Länge des Dichtbandes
17 erstreckt und für eine Kompensation der
Längenausdehnungen unter den verschiedenen
Betriebsbedingungen sorgt.
Die Wirkungsweise des kolbenstangenlosen
Druckmittelzylinders 10 wird nur insoweit erläutert, als
dies zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die
grundsätzliche Arbeitsweise des doppelt wirkenden
Druckmittelzylinders 10 bei einer abwechselnden
Druckbeaufschlagung des Kolbens 14 und der dabei
auftretenden Dichtfunktion durch das in den Längsschlitz 15
hinein und herausbewegte Dichtband 17 wird dabei als an sich
bekannt vorausgesetzt. Bei dem in Figur 2 dargestellten
drucklosen Zustand des Zylinders 10 wird das Dichtband 17 im
Bereich der Innenräume 13 durch die Halteeinrichtung 19
formschlüssig im Längsschlitz 15 gehalten. Dabei greifen die
Halterippen 32 in die zugeordneten Haltenuten 23 und stellen
dabei einen Formschluß her, so daß die spitz auslaufenden
Enden im Bereich der Dichtlippen 37 sich dichtend an die
Dichtflächen 29 im Zylinderrohr 11 anlegen. Die Halterippen
32 übernehmen dabei keinerlei Dichtfunktion. Vielmehr ist
die Halteeinrichtung 19 so ausgeführt, daß auch bei
geringsten Drücken und/oder geringer Befüllmenge mit den
spitz auslaufenden Dichtlippen 37 eine ausreichende
Dichtheit im Zylinderinnenraum 13 gewährleistet wird, ohne
daß auf das sogenannte Venturiprinzip zurückgegriffen werden
muss. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß die Leckage
praktisch vernachlässigbar klein ist und der Kolben 14
wirksam betätigt werden kann. In diesem drucklosen Zustand
des Druckmittelzylinders 10 befinden sich die paarweise
angeordneten Auflageflächen 34 in einem geringen,
definierten Abstand von den gegenüberliegenden Stützflächen
27 im Zylinderrohr 11. Dieser Abstand in Verbindung auch mit
einem seitlichen Spiel des Dichtbandes 17 in der Ausnehmung
25 ermöglicht einen reibungsarmen und verschleißarmen
Betrieb, wobei die Halteeinrichtung 19 einerseits für eine
sichere Halterung des Dichtbandes 17 sowie für eine gute
Abdichtung und andererseits für ein leichtes Lösen der
Halteeinrichtung 19 sorgt, wenn das Dichtband 17 aus dem
Schlitz 15 herausgeführt und im Kolben 14 unter dem
Kraftübertragungselement 16 hindurchgeführt werden muss.
Die Figur 3 zeigt nun den Druckmittelzylinder 10 nach Figur
2 in seinem druckbeaufschlagten Zustand. Dabei wird das
Dichtband 17 durch den Druck im Innenraum 13 in seiner
dichtenden Position gehalten. Dabei übernehmen die
Dichtlippen 37 weiterhin die Abdichtfunktion. Durch die
Druckbeaufschlagung erfährt das Dichtband 17 eine
Durchbiegung in radialer Richtung, wodurch sich nun die
Auflageflächen 34 des Dichtbandes 17 an den Stützflächen 27
im Zylinderrohr 11 abstützen. Zudem wird die Funktion der
Halteeinrichtung 19 nun aufgehoben, da sich die Halterippen
32 auf allen Seiten frei in die Haltenuten 23 erstrecken und
somit also von den schrägen Begrenzungsflächen 24 abgehoben
sind. Im druckbeaufschlagten Zustand, in dem also die
Haltefunktion aufgehoben ist, wird die in Figur 2 eben
dargestellte Unterseite 38 zum Schlitz 15 hin leicht
durchgebogen. Wenn der Druck im Innenraum 13 wieder abgebaut
wird, kann sich das biegsame und elastische Dichtband 17 aus
der in Figur 3 dargestellten Lage wieder in die in Figur 2
dargestellte Stellung zurückbewegen, wobei eine sichere
Abdichtung und Dichtheit aufrechterhalten wird.
Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform
Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung
abzuweichen. So können die zwischen den Haltenuten 23 und
den Stützflächen 27 liegenden Stege im Zylinderrohr 11
gegenüber den Seitenwänden 21 des Längsschlitzes 15 auch
zurückgesetzt werden, so daß der Abstand zwischen ihnen
größer ist, als der Abstand zwischen den Seitenwänden 21.
Auch können die Auflageflächen 34 und die Stützflächen 27,
die in Figur 2 in senkrecht zu der Symmetrieebene 22
verlaufenden Ebenen liegen, auch etwas schräg zu dieser
Symmetrieebene 22 angeordnet werden. Anstelle des
gezeichneten Drahtes können auch andere Versteifungen im
Dichtband 17 angeordnet werden.