EP4055279A1 - Arbeitszylinder und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Arbeitszylinder und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP4055279A1
EP4055279A1 EP20824436.8A EP20824436A EP4055279A1 EP 4055279 A1 EP4055279 A1 EP 4055279A1 EP 20824436 A EP20824436 A EP 20824436A EP 4055279 A1 EP4055279 A1 EP 4055279A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
closure part
cylinder tube
working
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20824436.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Bueter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buemach Engineering International BV
Original Assignee
Buemach Engineering International BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buemach Engineering International BV filed Critical Buemach Engineering International BV
Publication of EP4055279A1 publication Critical patent/EP4055279A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F15B15/1428—Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/28—Seam welding of curved planar seams
    • B23K26/282—Seam welding of curved planar seams of tube sections
    • 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
    • F15B15/1438—Cylinder to end cap assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/003—Pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • 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
    • F15B2215/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another
    • F15B2215/30—Constructional details thereof

Definitions

  • the invention relates to a welded working cylinder and a method for its production.
  • Working cylinders are known as such from the prior art.
  • the working cylinders can in particular be differential working cylinders, plunger cylinders, synchronous cylinders or telescopic cylinders.
  • a differential working cylinder for example, is a double-acting hydraulic working cylinder with two working spaces, with the piston engaging surfaces of different sizes in the two working spaces. For the same operating pressure, different forces act on the piston in the two directions of actuation.
  • the piston rod In the case of a synchronous cylinder, in contrast to a differential working cylinder, the piston rod is guided by guide locking parts arranged on both sides, so that the piston engages the same size and thus the same forces act in both directions of operation at the same operating pressure, so that synchronous cylinders are used in particular as steering cylinders.
  • a plunger cylinder is a single-acting working cylinder in which the pressure medium displaces the piston as a volume body and thus causes its extension movement. The same also applies to the telescopic cylinder, with several cylinder tubes being pushed into one another and thus enabling particularly long working movements.
  • All such working cylinders have a cylinder tube and closure parts. According to the prior art, such working cylinders are usually manufactured by screwing the closure parts to the cylinder tube. These working cylinders are therefore also referred to as screw cylinders in the prior art.
  • the thread of the cylinder tube and closure parts is usually produced by a machining process.
  • Both screw cylinders and cylinders with a screw connection of only one closure part and MAG welding of the other closure part are provided in high quality according to the state of the art and have proven themselves to be high-quality and reliable products.
  • the machining processes for producing the thread also disadvantageously require high precision and are therefore very demanding in terms of production.
  • the object of the invention is to provide a working cylinder which is of particularly high quality and can be produced in a material-saving, simple and thus inexpensive manner. Furthermore, it is the object of the invention to provide a cost-effective method for producing such a working cylinder.
  • the working cylinder has a cylinder tube, a first and a second closure part and a piston unit.
  • the first closure part and the second closure part are also referred to collectively below as the closure parts.
  • the working cylinder according to the invention formed from these basic components can be in different designs.
  • the working cylinder can be a differential working cylinder, a plunger cylinder, a synchronous cylinder, a telescopic cylinder, a pulling cylinder or a pneumatic working cylinder.
  • the working cylinder is designed as a synchronous cylinder, it is also referred to below as a steering cylinder.
  • working cylinders are also understood in particular as storage cylinders, gas spring cylinders and hydraulic shock absorbers.
  • the cylinder tube is designed as a hollow cylinder in a manner known per se and, according to the invention, has a first cylinder tube end and a second cylinder tube end. At the first end of the cylinder tube is after assembly the first closure part and the second closure part are arranged on the second cylinder tube end. Both cylinder tube ends are preferably made the same.
  • the two cylinder tube ends preferably have beveled axial end faces, the bevels being at the same angle. The axial end faces thus preferably have the same cross-sectional area.
  • the first closure part is arranged on the first end of the cylinder tube.
  • the first closure part is preferably a guide closure part.
  • a guide closure part is understood to be a closure part which receives a piston unit in a sliding and sealing manner.
  • the piston unit in the case of a differential working cylinder, for example, can consist of a piston and a piston rod, the piston rod then being received by the guide closure part.
  • the piston unit in the case of a plunger cylinder, the piston unit is present as a volume-forming piston, also referred to as a plunger piston, which is received by the guide closure part.
  • the first closure part is designed in such a way that it has a contact surface which, when placed on the first cylinder tube end, rests against a corresponding further contact surface of the first cylinder tube end. These contact surfaces preferably completely surround the first closure part and the cylinder tube. This results in a continuous ring surface on which the first closure part rests on the first end of the cylinder tube. As far as the ring surface is inclined, it is present in the geometric sense as a truncated cone surface. For the sake of simplicity, this area is hereinafter simply referred to as an annular area, irrespective of the geometric configuration.
  • the second closure part is arranged on the second end of the cylinder tube.
  • the contents of the description of the first closure part in its relationship to the first cylinder tube end apply in a corresponding manner to the second closure part in its relationship to the second cylinder tube end.
  • the second closure part is analogous to the first with regard to the contact surface Closure part formed.
  • the second closure part is preferably a bottom closure part which is then axially opposite the piston of the piston unit and axially delimits the at least one working space of the working cylinder according to the invention.
  • the working cylinder according to the invention also has the piston unit.
  • the piston unit can be formed from a piston and a piston rod - as is the case, for example, with a differential working cylinder or a synchronous cylinder - or it can be formed solely by a piston - as is the case with a plunger cylinder, for example - or have other designs .
  • the piston unit has a piston and a piston rod, the piston and the piston rod are in a fixed positional relationship relative to one another.
  • the piston and the piston rod are preferably firmly coupled to one another.
  • the connection is preferably formed as a welded connection in a materially bonded manner.
  • the piston and piston rod can also be detachably coupled. In special cases, however, it is also possible for the piston unit to be designed in one piece and thus for the piston and piston rod to be sections of a monolithic component.
  • the cylinder tube and the closure parts form a cylinder interior in the assembled state. If the cylinder tube and the closure parts are assembled, their inner surface sections limit the interior of the cylinder. The interior of the cylinder leads to the respective laser ring weld seam.
  • the piston unit forms at least one working space in the cylinder interior. This is delimited by the cylinder tube, a closure part and the piston unit.
  • the piston unit is arranged to be axially displaceable, the main longitudinal axis of the cylinder tube and the axial direction of movement of the piston unit coinciding.
  • the piston unit preferably passes through the first closure part in a sliding and sealing manner, at least in sections.
  • a pressure medium connection is assigned to the working space, via which the pressure medium can reach the working space or can be routed out of it and the working space can thus be subjected to a pressure.
  • the pressure medium can be in the form of a hydraulic or pneumatic pressure medium.
  • working cylinder according to the invention is, for example, in the form of a differential working cylinder, the following also applies.
  • the piston of the piston unit is arranged in the cylinder interior and separates the cylinder interior into a piston head working chamber, also referred to below as the piston head chamber for short, and a piston rod working chamber.
  • the piston head space is located between the piston and the second closure part, here designed as a base closure part.
  • the piston rod working space is located on the side of the piston rod between the piston and the first closure part, here designed as a guide closure part.
  • the at least one working space is thus present as the piston rod working space.
  • the piston crown working space forms a further working space.
  • the piston is axially displaceable and is arranged in the cylinder interior in such a way that the main longitudinal axes of the piston and cylinder tube overlap.
  • the pressure medium connections are arranged on the cylinder in such a way that the piston head working space and the piston rod working space can be subjected to an operating pressure.
  • the piston can also have various guide, sealing or piston rings.
  • Various designs of a piston for a working cylinder are known as such from the prior art.
  • the piston rod slidably passes through the first closure part, here designed as a guide closure part.
  • the piston rod is slidably mounted in the guide closure part, the guide closure part being designed to prevent the pressure medium from escaping, hereinafter also referred to as fluid, to prevent. This is done, for example, using appropriate ring seals.
  • the working cylinder according to the invention is particularly characterized in that both closure parts, for example in the case of a differential working cylinder, that is, both the guide closure part and the bottom closure part, are welded to the cylinder tube.
  • the first closure part is firmly connected to the cylinder tube by means of a first circumferential laser ring weld seam and the second closure part is firmly connected to the cylinder tube by means of a second circumferential laser ring weld seam.
  • the components connected to one another are also referred to collectively below as the coupling partners.
  • the two closure parts are connected to the cylinder barrel using a laser welding process.
  • the laser ring weld seams are fusion welded joints without the addition of welding consumables.
  • the laser welding advantageously forms a very narrow, tapered weld seam.
  • the acute angle spanned by the lateral flanks of the essentially V-shaped laser weld seam is preferably less than 15 degrees and particularly preferably less than 10 degrees.
  • the two laser ring weld seams each form a fluid-tight sealing plane. This means that the first laser ring weld seam prevents a pressure medium passage at the connection point between the cylinder tube and the first closure part and the second ring weld seam prevents pressure medium passage between the cylinder tube and the second closure part without the need for additional means for sealing, such as a sealing ring.
  • the cylinder tube and closure parts as well as preferably also the piston unit each consist of a metal alloy and particularly preferably of one Steel alloy.
  • the material composition of the individual components can differ slightly.
  • the proportions by mass of the components of the metal alloy of the cylinder from those of the closure parts preferably differ by less than 10% by weight from the metal alloy of the closure parts.
  • the closure parts and cylinder barrel have similar physical properties and can be welded together particularly well.
  • the steel alloy used preferably has a carbon content of less than 0.5% by weight.
  • the alloy components vanadium, chromium and manganese are contained individually or in combination, preferably in a proportion of 0.01 to 2% by weight.
  • the welded working cylinder according to the invention has a number of significant advantages over working cylinders according to the prior art.
  • a first essential advantage is that the cylinder tube in particular hardly needs to be machined, or not at all, beyond being cut to length. In particular, no threads have to be cut or grooves turned. In the case of a welded piston unit, this also applies to the piston rod.
  • the cylinder tube only needs to have about half the tube wall thickness of a screwed differential working cylinder. Supplements, for example in the pipe wall thickness to compensate for the material removal for a cut thread, can be dispensed with.
  • the quality is also significantly increased.
  • the axial run-out accuracy is no longer impaired due to the elimination of force inputs from machining. Rather, the axial concentricity of the starting products for the cylinder tubes and possibly also the piston rods is completely retained.
  • the working cylinder according to the invention thus has a higher precision.
  • the axial piston rod movement can also be provided without the problem, known from the prior art, of buckling of the piston rods in the end stop. This also reduces the wear on the cylinder guides in the guide locking part. By eliminating the machining of the cylinder tube and possibly the piston rod, reductions in load capacity due to notch effects are avoided at the same time.
  • Another advantage is the absolute tightness of the differential working cylinder at the connection points between the cylinder tube and the closure parts. It is also advantageous here that the tightness can be provided without the seals otherwise required according to the prior art. The possible elimination of these aging-prone components leads to cost savings, an improvement in quality and an increase in service life. In addition, contamination from aging seals is excluded.
  • Another advantage is the increased operational safety. There is no axial movement play between the cylinder barrel and the closure parts when there is a load change, as is possible with threads, or there is no loosening as with threads. Furthermore, savings result from the elimination of otherwise necessary securing elements. Ultimately, the securing of the actual securing elements, which is otherwise required, which is required in the case of detachable connections, is also dispensed with. According to the prior art, such securing takes place, for example, by gluing the securing elements. The elimination of gluing is associated with other important advantages. Firstly, there are no costs for the very expensive screw locking adhesives.
  • One aspect of the increased operational safety is also the increased manipulation safety. Non-destructive interventions in the interior of the cylinder are excluded. Possible sources of injury in connection with improper opening or improper reassembly of a differential working cylinder by untrained personnel are eliminated.
  • the reduction of thermal stresses in the coupling partners of the welded joint is also advantageous, since only a relatively small amount of energy per unit length (amount of energy related to the weld seam length) needs to be introduced by means of laser welding.
  • Another advantage is that the course, the weld seam depth and the angle of the laser ring weld seams can be largely determined by the movement, the energy per unit length and the angle of the laser beam relative to the working cylinder to be produced. In this way, the course and the angle can be aligned in a targeted manner, in particular by changing the position of the laser relative to the coupling partners.
  • the working cylinder is in the form of a double-acting working cylinder and is designed as a differential working cylinder.
  • the first closure part is designed as a guide closure part and the second closure part as a bottom closure part. Therefore, the first cylinder tube end is referred to here as the guide-side cylinder tube end and the second cylinder tube end as the bottom-side cylinder tube end.
  • the first laser ring weld seam is thus arranged between the guide closure part and the guide-side cylinder tube end and the second laser ring weld seam is thus arranged between the base closure part and the base-side cylinder tube end.
  • the piston unit has a piston and a piston rod.
  • the structure of the piston unit embodied in this way reference is made to the content of the description relating to the working cylinder above.
  • the piston of the piston unit is arranged in the cylinder interior and thus separates the cylinder interior into a piston crown working space, also referred to as piston crown space for short, and a piston rod working space, also referred to for short as piston rod space.
  • the effective area of the piston in the piston crown space is larger on the piston crown side than on the piston rod space side of the piston. With the same pressure of the pressure medium, a greater force acts on the piston on the piston floor space side than on the piston rod space side. A force acting on the piston becomes transferred to the outside by means of the piston rod from the cylinder interior, for which the piston rod slidably penetrates the guide closure part.
  • the working cylinder is also present as a double-acting working cylinder; however, it is designed here as a synchronous cylinder.
  • the first closure part is designed as a guide closure part, as in the case of a differential working cylinder.
  • the second closure part is also designed as a further guide closure part.
  • the guide closure part and the further guide closure part are also referred to collectively below as the guide closure parts.
  • the first laser ring weld seam is thus arranged between the guide closure part and the first cylinder tube end and the second laser ring weld seam is thus arranged between the further guide closure part and the second cylinder tube end.
  • the piston unit has a piston and a piston rod.
  • the piston is arranged in the cylinder interior and separates it into a first and a second piston rod working chamber.
  • the piston rod projects axially beyond the piston on both sides and is guided out of the piston interior on both sides through the closure parts, which are both present here as guide closure parts.
  • the piston rod thus slidably passes through both guide locking parts.
  • Both piston rod working spaces have the same cross-section and thus the piston on both sides have effective contact surfaces of the same size for the pressure medium.
  • the force acting on the piston and the length of the working path carried out by the piston are the same, regardless of whether a certain pressure flow of the pressure medium, equal in pressure and volume, acts on the first or the second piston rod working chamber. Because of this in both Operating directions with the same behavior, the synchronous cylinder is often used as a steering cylinder and is therefore also referred to as a steering cylinder.
  • the working cylinder is designed as a plunger cylinder. This is a single-acting working cylinder.
  • the first closure part is designed as a guide closure part and the second closure part is designed as a bottom closure part.
  • the first cylinder tube end was a guide-side cylinder tube end and the second cylinder tube end was a bottom-side cylinder tube end.
  • the first laser ring weld seam is thus arranged between the guide closure part and the guide-side cylinder tube end and the second laser ring weld seam is thus arranged between the base closure part and the base-side cylinder tube end.
  • the piston unit is formed by a plunger in the plunger cylinder.
  • the plunger is arranged in the cylinder interior. Only one working space is formed in the cylinder interior.
  • the plunger slidably penetrates the guide closure part. When a pressure flow of the pressure medium is applied to the working space, the plunger is axially displaced in accordance with the introduced volume of the pressure flow and executes an extension movement. The entry movement is brought about by an external force acting in the opposite direction.
  • the working cylinder is characterized in that a first circumferential sealing ring is arranged in the cylinder interior between the first closure part and a cylinder tube inner wall of the cylinder tube at its first cylinder tube end axially spaced from the first laser ring weld seam, which forms a first pressure-separated ring section which is located between the first circumferential sealing ring and the first laser ring weld seam is arranged and / or that in the cylinder interior between the second closure part and a cylinder tube inner wall of the cylinder tube at the second cylinder tube end axially spaced from the second laser ring weld seam a second circumferential sealing ring is arranged, which forms a second pressure-separated ring section, which between the second circumferential- Sealing ring and the second laser ring weld is arranged.
  • a circumferential sealing ring is positioned in front of at least one laser ring weld seam.
  • a circumferential sealing ring is preferably arranged in front of both laser ring weld seams.
  • the circumferential sealing ring is also referred to below as an O-ring.
  • the O-ring separates a ring section in front of the respective laser ring weld seam from the rest of the cylinder interior in a pressure-tight manner. It has surprisingly been found that by forming a laser ring weld seam, the energy per unit length can be set so low that a thermally sensitive O-ring is not damaged even in the vicinity of the laser ring weld seam.
  • the short range is understood to be an axial distance between the laser ring weld seam and the O-ring that is smaller than the inside diameter of the cylinder tube.
  • the O-ring has the effect that the ring section is separated from the working pressure of the pressure medium.
  • an axial section of the cylinder tube immediately in front of and on the laser ring weld seam is not subjected to the working pressure of the pressure medium from the inside and is therefore not subject to a buckling load.
  • an otherwise occurring radial load on the laser ring weld seam is advantageously avoided at the same time with a very simple means. Rather, there is only the axial load.
  • the axial load is based on the fact that the working pressure of the pressure medium acts on the base of the respective closure part. A multi-axis loading of the laser ring weld seam and multi-axis material stress there is thus advantageously avoided.
  • the upstream O-ring protects the at least one working area or, depending on the type of working cylinder, in the case of O-rings on both sides, both working areas from contamination. Any emissions during laser welding or particles that could detach from the coupling partners in the area of the laser weld seam are retained in the respective ring section by the O-ring before they pass into the work area.
  • the laser ring weld seams have a laser ring weld seam depth which is in a ratio of 1.1 to 2.5 to a cylinder tube wall thickness.
  • the laser ring weld depth is greater than the thickness of the cylinder tube wall.
  • connection between the closure parts is particularly advantageously more stable, since the force transmission in the weld seam is distributed over a larger area and thus optimized.
  • the laser ring weld seam depth is also possible to make the laser ring weld seam depth greater than the cylinder tube wall thickness, even with a substantially vertical alignment of the weld seam, by making the laser ring weld seam deeper into the closure part than the cylinder tube is thick. This means that there is a deeper-lying weld root.
  • the laser ring weld depth is preferably at least 1.2 times the cylinder tube thickness. It was surprisingly found that the structural changes in the closure part brought about in this way lead to an increase in the load-bearing capacity of the ring weld seams.
  • the laser ring weld seams have an inclined laser ring weld seam central axis.
  • the laser ring weld seam center axis includes a laser ring weld seam inclination angle alpha with a main longitudinal axis of the cylinder tube, with alpha being 20 degrees to 70 degrees.
  • the central axis of the laser ring weld seam runs through the center of the laser ring weld seam and divides its cross-section into equal parts. If the central axis of the laser ring weld seam is extended to the main longitudinal axis of the cylinder tube, which runs centrally and along the cylinder tube, this forms an angle with the main longitudinal axis. This angle is the laser ring weld inclination angle alpha.
  • the laser ring weld seam inclination angle alpha is between 20 degrees and 70 degrees, whereby the laser ring weld seam depth is generated with a ratio of 1.1 to 2.5 to the cylinder tube wall thickness.
  • At least one closure part has an axially opening, circumferential concave receiving contour in which the cylinder tube engages, the receiving contour overlapping the cylinder tube radially and the annular weld seam inclination angle alpha being 110 to 160 degrees. This inclination beyond 90 degrees is also referred to below as a negative incline.
  • the axially opening circumferential concave receiving contour is provided by an annular groove in the relevant closure part, which has radial side walls.
  • the radially outwardly arranged side wall is inclined and forms a conical shape.
  • the concave receiving contour thus forms a radial overlap.
  • the radially inwardly arranged side wall is preferably not inclined and preferably forms a cylindrical shape.
  • the cross section of the receiving contour thus preferably corresponds to a concave wedge.
  • the cylinder tube is formed at the corresponding cylinder tube end to correspond to the receiving contour and for this purpose has an inclined annular surface, the angle of inclination of which corresponds to the angle of inclination of the outer radial side wall of the receiving contour.
  • the cross section of the wall of the cylinder tube end thus preferably corresponds to a wedge that fits into the receiving contour.
  • the laser ring weld seam is arranged between the described inclined annular surfaces of the receiving contour and the cylinder tube.
  • the angle of inclination of the laser ring weld seam corresponds to the angle of inclination of the two inclined annular surfaces.
  • At least one of the laser ring weld seams is arranged axially on the end face and the ring weld seam inclination angle alpha is 180 degrees.
  • the laser ring weld seam thus has a cylindrical shape and is thus arranged radially between the cylinder tube and the relevant closure part.
  • This development has the particular advantage that the annular end face on the cylinder tube does not require any special machining. Rather, only the edge of the inner jacket surface of the cylinder tube forms the contact surface with the relevant closure part and thus the surface to be welded for the laser ring weld seam.
  • the closure part in question can advantageously be designed without a radial step.
  • the outer diameter of the closure part only has to correspond to the inner diameter of the cylinder tube, which results in a considerable saving in material.
  • a low level of precision is required in the formation of the length of the cylinder tube, since the exact spacing of the two closure parts can be set precisely during the joining.
  • the angle of inclination of the ring weld seam is 90 degrees.
  • the different advantageous developments of the design of the laser ring weld seams are not restricted to certain types of cylinders.
  • different designs of the laser ring weld seams can also be present in combination on one and the same working cylinder.
  • the method for producing a working cylinder has the following method steps: a) joining the cylinder tube, the first closing part, the second closing part and the piston unit to form a pre-assembly b) establishing a fixed relative positional relationship of the cylinder tube, the first closing part and the second closing part c) Performing the laser welding of the cylinder tube with the first closure part while producing the first laser ring weld seam and with the second closure part while producing the second laser ring weld seam
  • process step a the cylinder tube, both closure parts and the piston unit are arranged in their end position.
  • the components arranged in this way are referred to below as pre-assembly.
  • the piston unit is inserted into the first closure part and introduced into the cylinder tube.
  • the first closure part is attached to the first end of the cylinder tube and the second closure part is attached to the second end of the cylinder tube.
  • all components are pre-assembled.
  • temperature-sensitive components such as the seal and the guide are also used in the first closure part designed as a guide closure part.
  • the pre-assembly is preferably designed in such a way that the working cylinder according to the invention can be completely removed after method step c), that is to say the welding. Process steps such as processing the outer surface, in particular the application of a coating, can then follow.
  • step b the cylinder tube and the closure parts of the pre-assembly are temporarily fixed and their positional relationship to one another is thus determined.
  • the relative positional relationship of the cylinder tube and the closure parts in this process step corresponds to the relative positional relationship of these components in the finished working cylinder.
  • the closure parts are preferably designed in such a way that they are guided and fixed in their end position to the cylinder by an applied force along the main longitudinal axis of the cylinder tube. This is preferably done by means of a cylindrical section, which is precisely inserted into the cylinder barrel. and corresponding design of the axial contact surfaces of the closure parts achieved.
  • a force that acts along the main longitudinal axis of the cylinder tube is preferably applied by clamping in a chuck and, opposite, in a quill (or similar fixing elements) of a machine.
  • Working cylinders to be manufactured with a high degree of slimness are preferably additionally guided through a steady rest.
  • the pre-assembly can preferably be rotated about the main longitudinal axis of the cylinder tube.
  • temporary fixations are also possible, which do not provide for any rotation of the pre-assembly.
  • process step c the cylinder tube is welded to the two closure parts of the pre-assembly.
  • this process step is carried out using a laser welding process.
  • the pre-assembly is preferably rotated about the main longitudinal axis of the cylinder tube during welding.
  • the laser emitters are arranged in a stationary manner around the pre-assembly.
  • the pre-assembly is arranged in a stationary manner and the laser emitters are actively moved around the pre-assembly to produce the laser ring weld seams.
  • the axial application of force is preferably maintained during the entire process step c), so that distortion of the coupling partners with respect to one another due to thermal stresses is advantageously prevented.
  • a first laser ring weld seam is produced between the first closure part and the cylinder tube and a second laser ring weld seam between the second closure part and the cylinder tube.
  • the two laser ring welds connect the respective coupling partners of the pre-assembly in a materially and irreversibly. Irreversible is understood to mean that the connection cannot be undone without destroying it.
  • the first laser ring weld seam and the second laser ring weld seam can be produced one after the other or by means of several laser heads take place simultaneously.
  • the welding work is preferably carried out by a fully automatic welding robot in a laser welding system.
  • the welding system works preferably under protective gas or under partial vacuum.
  • the manufacturing method is particularly characterized in that after method step c) there is no longer any access to the cylinder interior.
  • a closure part is welded to the cylinder tube according to the prior art
  • the seal and the guide for example, can only be inserted into a first closure part designed as a guide closure part after cooling has taken place, since they would otherwise be thermally damaged.
  • the manufacturing method according to the invention shows a solution according to which welding is also possible with inserted thermally sensitive components such as seal and guide and without subsequent access to the inner surface sections and without their cleaning.
  • the method according to the invention enables, as an advantage, a high saving in production time, because machining of the cylinder tube can be dispensed with.
  • the parts of the description relating to the advantages of the working cylinder according to the invention also apply in a corresponding manner to the advantages of the manufacturing process.
  • the laser welding process thus has the advantage that the energy has a locally strongly limited effect on the components of the pre-assembly.
  • a smaller amount of energy is required for a ring weld seam, which also leads to an advantageously lower heat input.
  • the emission direction of the laser preferably runs along the planned laser ring weld seam center axis, which in turn preferably runs along the contact surfaces of the coupling partners of the pre-assembly.
  • the laser is designed according to wavelength, power and operating speed to weld the material of the working cylinder.
  • the method according to the invention relates to the production of a differential working cylinder.
  • the method is characterized in that in method step a) the joining takes place in the following manner.
  • the cylinder tube, the first locking part designed as a guide locking part, the second locking part designed as a bottom locking part and the piston unit formed from the piston and the piston rod are joined to form a pre-assembly of a differential working cylinder.
  • the joining is done in such a way that the The piston rod slides through the first closure part, which is present here as a guide closure part.
  • the method relates to the production of a synchronous cylinder, also referred to as a steering cylinder.
  • the method is characterized in that in method step a) the joining of the cylinder tube, the first closure part designed as a guide closure part, the second closure part designed as a further guide closure part and the piston unit formed from the piston and the piston rod to form a pre-assembly of a synchronous cylinder is carried out.
  • the joining takes place in such a way that the piston rod slides through both closure parts.
  • the production method according to the invention is carried out in such a way that a plunger cylinder is produced.
  • the joining is carried out as follows in process step a).
  • the cylinder tube, the first locking part designed as a guide locking part, the second locking part designed as a bottom locking part and the piston unit designed as a plunger are joined to form a pre-assembly of a plunger cylinder.
  • the plunger passes through the first closure part, which is designed as a guide closure part.
  • the laser welding for producing the laser ring weld seams is carried out with a ring weld seam inclination angle alpha of 20 to 70 degrees.
  • the laser head is guided at this angle relative to the pre-assembly. In this way, a laser ring weld seam that is inclined at this angle of inclination of the ring weld seam is achieved.
  • step c) the laser welding for producing the laser ring weld seams is carried out with a ring weld seam inclination angle alpha of 110 to 160 degrees.
  • at least one of the two closure parts is first provided with an axially open, circumferential concave receiving contour in preparation for work step a) which relates to joining.
  • the correspondingly designed cylinder tube end is then inserted into the receiving contour, with the corresponding design automatically centering being carried out, which advantageously further increases the precision.
  • the laser head is guided at this angle in process step c) relative to the pre-assembly.
  • a laser ring weld seam that is inclined at this angle of inclination of the ring weld seam is achieved.
  • the wedge-shaped joint is maintained under axial force during the entire process step c), so that distortion due to largely reduced but not completely ruled out thermal stresses during laser welding is avoided and a particularly precise and precisely positioned laser welded connection between the coupling partners is achieved.
  • method step c) is carried out in such a way that at least one of the laser ring weld seams is introduced axially on the end face and the ring weld seam inclination angle alpha is 180 degrees.
  • the laser beam is aligned parallel to the main longitudinal axis of the working cylinder.
  • process step a the joining takes place, the exact axial spacing of the two closure parts being set here. This is based on the fact that the at least one closure part does not have a radial projection that would define the axial positional relationship of the two coupling partners.
  • method steps a) to c) are also applied to at least one fastening module.
  • a fastening module is understood to be a component for transmitting power from the differential cylinder to components of an application device.
  • the fastening module has a bore - often also referred to as an eye - into which a locking element such as a bolt can be inserted.
  • the locking element connects the fastening module on the piston rod side in a form-fitting manner with a component of an application device and ensures the power transmission during operation.
  • the fastening module can be designed as a joint bearing.
  • the at least one fastening module is preferably the fastening module on the piston rod side.
  • a fastening module which is arranged on the piston unit is referred to as a fastening module on the piston rod side.
  • a fastening module which is arranged on the second closure part in a configuration as a base closure part is referred to as a base-side fastening module.
  • the second closure part if this is a floor closure part, is designed such that it includes the fastening module, so that the fastening module is only a section of a monolithic floor closure part.
  • the at least one fastening module is made of a weldable material, preferably metal.
  • a first variant of the development involves a fastening module on the piston rod side.
  • a second variant of this development involves a fastening module on the bottom.
  • the working step of joining also takes place here as joining a fastening module on the piston rod side to the relevant component of the pre-assembly.
  • the pre-assembly formed in this way is referred to below as an extended pre-assembly.
  • a fastening module on the piston rod side is arranged in method step a) on the piston rod of the piston unit on its part protruding from the cylinder tube.
  • a base-side fastening module is arranged on the second closure part, which is designed as a base closure part.
  • the fastening module is fixed temporarily and relative to the relevant component of the pre-assembly.
  • the temporary fixation is carried out analogously to the methods already described.
  • additional means for fixing can also be provided
  • the fastening module on the piston rod side is welded while producing a first fastening module weld seam.
  • the fastening module on the piston rod side is welded to the piston rod in process step c). This is preferably done in the same way as welding the remaining components of the extended pre-assembly.
  • the first fastening module weld seam produced connects the fastening module on the piston rod side to the piston rod.
  • step c) the bottom closure part is welded to the mounting module on the bottom while a second mounting module weld seam is produced.
  • the second fastening module weld seam connects the fastening module on the bottom with the bottom closure part.
  • the invention is illustrated as an exemplary embodiment on the basis of Fig. 1 differential working cylinder (overview)
  • Fig. 2 Enlarged section at the guide-side end of the cylinder tube
  • Fig. 3 Enlarged section at the bottom end of the cylinder tube
  • FIG. 4 Enlargement of a laser weld seam to illustrate the
  • Fig. 5 Plunger cylinder with a 90 degree weld seam and an O-ring in front
  • FIG. 6 shows an enlarged detail of FIG. 5 to show the O-ring and the ring section
  • FIG. 8 shows an enlarged detail of FIG. 7 to show the concave receiving contour
  • FIG. 9 shows an enlarged detail of FIG. 7 in an exploded view
  • Fig. 10 Telescopic cylinder with a combination of a 90 degree weld seam and angled seam
  • FIG. 11 A schematic representation of a bottom closure part with a 0 degree weld seam explained in more detail.
  • Fig. 1 shows an overview of an embodiment of the
  • the differential working cylinder 1 as a differential working cylinder.
  • the differential working cylinder 1 is composed of the cylinder tube 2, the first closure part 3, here designed as Guide locking part, the second locking part 4, designed here as a bottom locking part and the piston unit 5 together.
  • the piston unit has the piston 5a and the piston rod 5b.
  • the piston rod-side fastening module 15 is arranged on the piston rod 5b, and the base-side fastening module 17 is arranged on the second closing part 4, which is designed as a bottom closure part.
  • the two fastening modules 15, 17 are each assigned fastening bolts 15a, 17a, which are not part of the invention and are only shown for better clarity.
  • the piston unit 5 is arranged in relation to the piston 5a and with sections of the piston rod 5b in the cylinder interior 8, the piston rod 5b slidingly penetrating the first closure part 3, which is designed as a guide closure part.
  • the two cylinder tube ends 6, 7 are beveled and thus have a larger contact area with the two closure parts 3, 4.
  • the two closure parts 3, 4 are designed so that they protrude with a cylindrical section partially and precisely into the cylinder tube and thus can be more easily joined to the pre-assembly.
  • the main longitudinal axis 14 of the cylinder tube 2 runs centrally and longitudinally through the working cylinder 1.
  • FIG. 2 an enlargement of the area of the first cylinder tube end 6 is shown. This is the end of the cylinder tube on the guide side.
  • the geometrical relationships of the first circumferential laser ring weld seam 9 are shown here in particular.
  • a laser is used to produce the first circumferential laser ring weld 9 along the central axis 13 of the ring weld. This runs along the Contact surface between the first cylinder tube end 6 and the first closure part 3.
  • the previously assembled and temporarily fixed pre-assembly consisting of the cylinder tube 2, the first closure part 3, the second closure part 4, the piston unit 5 and the two fastening modules 15, 17 is moved around the main longitudinal axis of the Cylinder tube 14 and rotates in front of the laser.
  • the ring weld seam center axis 13 runs centrally through the first circumferential laser ring weld seam 9 and, in its extension with the main longitudinal axis of the cylinder tube 14, includes the ring weld seam inclination angle alpha.
  • the ring weld seam depth 11 is the length of the ring weld seam center axis 13, which runs in the actual laser ring weld seam 9.
  • the ring weld depth 11 is longer than the cylinder tube wall thickness 12 due to the angling.
  • the ring weld seam depth corresponds to the hypotenuse of a right-angled triangle formed by means of the ring weld seam, the cylinder tube wall thickness 12 and a perpendicular.
  • first fastening module weld seam 16 can also be seen between the fastening module 15 on the piston rod side and the piston rod 5b. This is produced with the same laser welding process as the first circumferential laser ring weld 9.
  • FIG. 3 an area of the bottom-side cylinder tube end, which is the second cylinder tube end 7, is shown enlarged.
  • the structure of the illustration largely corresponds to FIG. 2.
  • the connection of the second closure part 4, designed as a bottom closure part, to the second cylinder tube end 7 takes place analogously to the connection of the first closure part 3, designed as a guide closure part, to the first cylinder tube end 6 (see FIG. 2) by means of a Laser welding process.
  • the second laser ring weld seam 10 is formed here.
  • this illustration shows the piston 5a as it converts the cylinder interior 8 into a piston bottom working chamber 8a and a Piston rod working space 8b divides.
  • a hydraulic pressure medium is applied to both working spaces 8a, 8b separately from one another via the fluid connections, as a result of which the working cylinder 1 designed as a differential cylinder is operated.
  • the fastening module 17 on the bottom is also fastened by means of a laser weld seam, the second fastening module weld seam 18.
  • a laser weld is shown enlarged.
  • This first laser weld seam 9 has a ring weld seam depth 11 and a ring weld seam center axis 13.
  • the ring weld seam depth 11 is greater than the cylinder tube wall thickness 12.
  • the laser weld seam has a slight taper. If you place two tangents on the edge contour of the laser weld seam, they intersect and form an annular weld seam angle beta.
  • the ring weld seam center axis 13 is at the same time the bisector of the ring weld seam angle beta and encloses the ring weld seam inclination angle alpha with the main longitudinal axis 14. Furthermore, the ring weld seam center axis 13 runs along the contact surface of the first cylinder tube end 6 and the first closure part 3. In this embodiment, the ring weld seam inclination angle alpha is 90 degrees.
  • a working cylinder which is designed as a plunger working cylinder
  • the piston unit 5 which is designed as a plunger piston
  • the piston unit 5 is guided in the cylinder tube 2.
  • the piston unit 5 is guided in the first closure part 3, which is designed as a guide closure part.
  • the plunger cylinder has the guides 20.
  • the guide closure part is connected to the cylinder tube 2 at its first cylinder tube end 6 by means of the first laser ring weld seam 9.
  • the second Closure part 4 here designed as a bottom closure part, is connected at the second cylinder tube end 7 to the cylinder tube 2 by the second laser ring weld 10.
  • both laser ring weld seams 9, 10 have a ring weld seam inclination angle of 90 degrees.
  • the plunger working cylinder in the exemplary embodiment according to FIG. 5 also has an additional first circumferential sealing ring 21 on the first closure part 3.
  • This additional sealing ring 21 is also referred to as an O-ring and is arranged radially between the cylinder tube 2 and the first closure part 3 and provides a pressure-tight seal which separates the second circumferential laser ring weld seam 10 in a pressure-tight manner from the pressure medium.
  • FIG. 6 the area of the sealing ring 21 (O-ring) on the first closure part 3 from FIG. 5 is shown enlarged.
  • the sealing ring 21 (O-ring) is shown here in more detail and is located in spatial proximity to the first circumferential laser ring weld seam 9.
  • the sealing ring 21 (O-ring) in this embodiment consists of an elastic polymer.
  • the heat input during laser welding remains sufficiently low in order not to damage the sealing ring 21 (O-ring) despite the proximity to the first laser ring weld seam 9.
  • Cylinder tube 2 act. In this way, the cylinder tube 2 is not loaded with buckling forces in this area and the first laser ring weld seam 9 is relieved.
  • the ring weld seam center axis 13 runs perpendicular to the main longitudinal axis 14 of the working cylinder 1.
  • Fig. 7 shows a synchronous working cylinder with a negatively inclined weld seam.
  • both locking parts 3, 4 designed as guide locking parts.
  • the piston 5a is arranged in the axially central region of the piston rod 5b, which is guided through both closure parts 3, 4.
  • the two cylinder tube ends 6, 7 are each pushed into a concave receiving contour 23 in the two closure parts 3, 4 and welded there by means of the laser welding process.
  • the laser ring weld seam 9, 10 is inclined negatively here, which means an opposite bevel of the contact surfaces (compared, for example, to the exemplary embodiment according to FIG. 1) of the closure part 3, 4 and the cylinder tube end 6, 7.
  • FIG. 8 the exemplary embodiment from FIG. 7 is shown in greater detail in an enlargement
  • the second cylinder tube end 7 is here already pushed into the wedge-shaped concave receiving contour 23 and welded to the second closure part 4 by means of the second circumferential laser ring weld seam 10.
  • the ring weld seam center axis 13 encloses the ring weld seam inclination angle alpha with the main longitudinal axis 14.
  • the ring weld angle alpha here has an angle greater than 90 degrees, in the exemplary embodiment of approximately 120 degrees.
  • FIG. 9 the coupling partners according to FIG. 8 are additionally shown in a schematic exploded view.
  • 8 shows the first cylinder tube end 6 and the first closure part 3 with the wedge-shaped concave receiving contour 23 before joining.
  • the concave receiving contour 23 is designed in such a way that it can receive the first cylinder tube end 6 and forms a common contact surface with it, on which the first laser ring weld 9 is then arranged.
  • 9 shows that the concave receiving contour 23 opens axially in the direction of the cylinder tube 2. Buckling forces acting radially from the inside on the cylinder tube 2 are thus positively locked by a radial overlap 24 added. This is the inclined section of the concave receiving contour 23
  • Fig. 10 an embodiment is shown as a telescopic working cylinder.
  • the telescopic working cylinder has a further cylinder tube 2a, which is arranged in the cylinder tube 2, and a further closure part 3a.
  • the first closure part 3 and the further closure part 3a are designed as guide closure parts.
  • the further cylinder tube 2a is welded to the further closure part 3a via a further circumferential laser ring weld seam 9a.
  • first circumferential laser ring weld seam 9 on the first closure part 3 and the further circumferential laser ring weld seam 9a on the further closure part 3a are designed as an inclined laser weld seam and the second circumferential laser ring weld seam 10 on the second closure part 10 as a straight laser weld seam.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a section of an exemplary embodiment in which the second circumferential laser ring weld seam 10 runs parallel to the main longitudinal axis.
  • the second closure part 4 designed as a bottom closure part, is encompassed radially by the second cylinder tube 2.
  • the second closure part 4 and the annular surface of the cylinder tube 2 form a common end face.
  • one of the coupling partners protrudes axially or springs back from the other coupling partner.
  • the ring weld seam center axis 13 does not intersect the main longitudinal axis 14.
  • the ring weld inclination angle alpha is 0 degrees. Reference symbols used

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder (1), aufweisend ein Zylinderrohr (2), ein erstes Verschlussteil (3), ein zweites Verschlussteil (4) und eine Kolbeneinheit (5), wobei das Zylinderrohr (2) ein erstes Zylinderrohrende (6) und ein zweites Zylinderrohrende (7) aufweist, wobei das erste Verschlussteil (3) an dem ersten Zylinderrohrende (6) angeordnet ist, wobei das zweite Verschlussteil (4) an dem zweiten Zylinderrohrende angeordnet (7) ist, wobei das Zylinderrohr (2) und die Verschlussteile (3, 4) einen Zylinderinnenraum (8) ausbilden, wobei die Kolbeneinheit (5) in dem Zylinderinnenraum (8) mindestens einen Arbeitsraum ausbildet, wobei die Kolbeneinheit (5) das erste Verschlussteil (3) gleitend durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verschlussteil (3) mit dem Zylinderrohr (2) mittels einer ersten umlaufenden Laserringschweißnaht (9) und das zweite Verschlussteil (4) mit dem Zylinderrohr (2) mittels einer zweiten umlaufenden Laserringschweißnaht (10) stoffschlüssig verbunden ist und die Laserringschweißnähte (9, 10) jeweils eine fluiddichte Dichtebene (10) ausbilden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Arbeitszylinders.

Description

Arbeitszylinder und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen geschweißten Arbeitszylinder sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Aus dem Stand der Technik sind Arbeitszylinder als solche bekannt. Bei den Arbeitszylindern kann es sich insbesondere um Differenzialarbeitszylinder, Plungerzylinder, Gleichgangzylinder oder Teleskopzylindern handeln.
Bei einem Differenzialarbeitszylinder beispielsweise handelt es sich um einen doppelt wirkenden hydraulischen Arbeitszylinder mit zwei Arbeitsräumen, wobei in den beiden Arbeitsräumen unterschiedlich große Angriffsflächen des Kolbens vorliegen. Bei gleichem Betriebsdruck wirken somit in den beiden Betätigungsrichtungen auf den Kolben unterschiedlich große Kräfte. Bei einem Gleichgangzylinder wird im Unterschied zu einem Differenzialarbeitszylinder die Kolbenstange durch beidseitig angeordnete Führungsverschlussteile geführt, so dass gleich große Angriffsflächen des Kolbens vorliegen und somit bei gleichem Betriebsdruck in beiden Betätigungsrichtungen gleich große Kräfte wirken, so dass Gleichgangzylinder insbesondere als Lenkzylinder eingesetzt werden. Bei einem Plungerzylinder handelt es sich dagegen um einen einfach wirkenden Arbeitszylinder, bei dem das Druckmedium den Kolben als einen Volumenkörper verdrängt und somit dessen Ausfahrtbewegung bewirkt. Entsprechendes gilt auch für den Teleskopzylinder, wobei hier mehrere Zylinderrohre ineinandergeschoben vorliegen und so besonders lange Arbeitsbewegungen ermöglichen.
Alle derartigen Arbeitszylinder weisen ein Zylinderrohr sowie Verschlussteile auf. Die Fertigung solcher Arbeitszylinder erfolgt gemäß dem Stand der Technik in der Regel durch ein Verschrauben der Verschlussteile mit dem Zylinderrohr. Diese Arbeitszylinder werden in dem Stand der Technik daher auch als Schraubzylinder bezeichnet.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Bodenverschlussteil mit dem Zylinderrohr durch MAG-Schweißen zu verbinden und dann lediglich das Führungsverschlussteil zu verschrauben.
Das Gewinde von Zylinderrohr und Verschlussteilen wird in der Regel durch ein spanendes Verfahren erzeugt.
Sowohl Schraubzylinder als auch Zylinder mit Verschraubung nur eines Verschlussteils und MAG-Verschweißung des anderen Verschlussteils werden nach dem Stand der Technik in hoher Qualität bereitgestellt und haben sich als hochwertige und zuverlässige Produkte bewährt.
Fertigungsseitig ist hierbei festzustellen, dass insbesondere für das Zylinderrohr eine Zulage der Materialstärke, also der Rohrwandstärke, für das subtraktiv einzubringende Gewinde vorgesehen werden muss, weil das Gewinde das Zylinderrohr unvermeidlich schwächt. Damit liegt dann aber eine Rohrwandstärke vor, die für die Aufnahme der Kräfte im Arbeitsbetrieb, insbesondere der Kräfte durch den Betriebsdruck des Fluids, erheblich überdimensioniert ist. Dies führt nachteilig zu einem erhöhten Materialverbrauch und zu einem erhöhten Endgewicht des Differenzialarbeitszylinders.
Die spanenden Verfahren zur Erzeugung des Gewindes erfordern nachteilig zudem eine hohe Präzision und sind somit sehr anspruchsvoll in der Fertigung.
Ferner muss zur Erlangung der Dichtheit der Zylinder zwischen dem Zylinderrohr und dem jeweiligen Verschlussteil regelmäßig zusätzlich eine Dichtung eingebracht werden.
Weiterhin erfordert die Endmontage einen hohen Zeitaufwand und qualifizierte Arbeitskräfte.
Nachteilig ist es zudem, dass zusätzliche Mittel gegen ein Lösen der Schraubverbindung vorgesehen werden müssen. Letztlich ist es nachteilig, dass infolge der wechselnden Betriebsdrücke dynamische Belastungen an den Gewinden vorliegen, welche deren Lebensdauer begrenzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Arbeitszylinder aufzuzeigen, welcher eine besonders hohe Qualität aufweist, sowie Material sparend, einfach und somit kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Arbeitszylinders anzugeben.
Die Aufgabe wird in Bezug auf den Arbeitszylinder durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale, sowie in Bezug auf das Herstellungsverfahren durch die im Patentanspruch 10 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß weist der Arbeitszylinder ein Zylinderrohr, ein erstes und ein zweites Verschlussteil und eine Kolbeneinheit auf. Das erste Verschlussteil und das zweite Verschlussteil werden nachfolgend zusammengefasst auch als die Verschlussteile bezeichnet.
Der aus diesen Grundkomponenten gebildete erfindungsgemäße Arbeitszylinder kann in unterschiedlichen Ausbildungen vorliegen. Insbesondere kann es sich bei dem Arbeitszylinder um einen Differenzialarbeitszylinder, einen Plungerzylinder, einen Gleichgangzylinder, einen Teleskopzylinder, einen Zugzylinder oder auch um einen pneumatischen Arbeitszylinder handeln. Soweit der Arbeitszylinder als Gleichgangzylinder ausgebildet ist, wird er nachfolgend auch als Lenkzylinder bezeichnet. Als Arbeitszylinder im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere ferner Speicherzylinder, Gasfederzylinder und hydraulische Stoßdämpfer verstanden.
Das Zylinderrohr ist in an sich bekannterWeise hohlzylindrisch ausgebildet und weist erfindungsgemäß ein erstes Zylinderrohrende und ein zweites Zylinderrohrende auf. An dem ersten Zylinderrohrende ist nach erfolgter Montage das erste Verschlussteil und an dem zweiten Zylinderrohrende das zweite Verschlussteil angeordnet. Dabei sind beide Zylinderrohrenden vorzugsweise gleich gefertigt. So besitzen die beiden Zylinderrohrenden vorzugsweise angeschrägte axiale Stirnflächen, wobei die Anschrägungen den selben Winkel aufweisen. Die axialen Stirnflächen weisen somit vorzugsweise eine gleiche Querschnittsfläche auf.
Es ist aber auch möglich, die Zylinderrohrenden unterschiedlich auszubilden.
Das erste Verschlussteil ist erfindungsgemäß an dem ersten Zylinderrohrende angeordnet. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Verschlussteil um ein Führungsverschlussteil. Als Führungsverschlussteil wird dabei ein Verschlussteil verstanden, welches eine Kolbeneinheit gleitend und dichtend aufnimmt. Dabei kann die Kolbeneinheit beispielsweise bei einem Differenzialarbeitszylinder aus einem Kolben und einer Kolbenstange bestehen, wobei dann die Kolbenstange von dem Führungsverschlussteil aufgenommen wird. Bei einem Plungerzylinder liegt die Kolbeneinheit als ein volumenbildender Kolben vor, auch als Tauchkolben bezeichnet, der von dem Führungsverschlussteil aufgenommen wird.
Das erste Verschlussteil ist so ausgebildet, dass es eine Kontaktfläche besitzt, welche beim Ansetzen an das erste Zylinderrohrende an einer korrespondierenden weiteren Kontaktfläche des ersten Zylinderrohrendes anliegt. Diese Kontaktflächen umlaufen bevorzugt das erste Verschlussteil sowie das Zylinderrohr vollständig. Somit ergibt sich eine durchgehende Ringfläche, an welcher das erste Verschlussteil am ersten Zylinderrohrende anliegt. Soweit die Ringfläche schräg geneigt ist, liegt sie im geometrischen Sinne als Kegelstumpfmantelfläche vor. Nachfolgend wird diese Fläche zur Vereinfachung unabhängig von der geometrischen Ausbildung vereinfacht lediglich als Ringfläche bezeichnet.
Das zweite Verschlussteil ist erfindungsgemäß am zweiten Zylinderrohrende angeordnet. Die Beschreibungsinhalte zu dem ersten Verschlussteil in dessen Beziehung zu dem ersten Zylinderrohrende gelten in entsprechenderWeise für das zweite Verschlussteil in dessen Beziehung zu dem zweiten Zylinderrohrende. Das zweite Verschlussteil ist hinsichtlich der Kontaktfläche analog zum ersten Verschlussteil ausgebildet. Bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Verschlussteil um ein Bodenverschlussteil, welches dann axial dem Kolben der Kolbeneinheit gegenüberliegt sowie den mindestens einen Arbeitsraum des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders axial begrenzt.
Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder weist ferner die Kolbeneinheit auf. Je nach Arbeitszylinderart kann die Kolbeneinheit aus einem Kolben und einer Kolbenstange gebildet sein - wie dies beispielsweise bei einem Differenzialarbeitszylinder oder einem Gleichgangzylinder der Fall ist - oder allein durch einen Kolben gebildet sein - wie dies beispielsweise bei einem Plungerzylinder der Fall ist - oder andere Ausbildungen aufweisen. Soweit die Kolbeneinheit einen Kolben und eine Kolbenstange aufweist, stehen der Kolben und die Kolbenstange relativ zu einander in einer festen Lagebeziehung. Vorzugsweise sind der Kolben und die Kolbenstange fest miteinander gekoppelt. Die Verbindung ist dabei vorzugsweise stoffschlüssig als Schweißverbindung ausgebildet. Kolben und Kolbenstange können auch lösbar gekoppelt sein. In besonderen Fällen ist es aber auch möglich, dass die Kolbeneinheit einstückig ausgebildet ist und somit Kolben und Kolbenstange Abschnitte eines monolithischen Bauteils sind.
Erfindungsgemäß bilden das Zylinderrohr und die Verschlussteile im montierten Zustand einen Zylinderinnenraum aus. Sind Zylinderrohr und Verschlussteile zusammengefügt, begrenzen deren innenliegenden Oberflächenabschnitte den Zylinderinnenraum. Der Zylinderinnenraum führt dabei bis zu der jeweiligen Laserringschweißnaht.
Weiterhin bildet in dem erfindungsgemäßen Arbeitszylinder die Kolbeneinheit in dem Zylinderinnenraum mindestens einen Arbeitsraum aus. Dieser wird durch das Zylinderrohr, ein Verschlussteil und die Kolbeneinheit umgrenzt. Die Kolbeneinheit ist axial verschieblich angeordnet, wobei die Hauptlängsachse des Zylinderrohrs und die axialen Bewegungsrichtung der Kolbeneinheit übereinstimmen. Hierbei durchsetzt die Kolbeneinheit gleitend und dichtend zumindest abschnittsweise vorzugsweise das erste Verschlussteil. Dem Arbeitsraum ist ein Druckmediumanschluss zugeordnet, über den das Druckmedium in den Arbeitsraum gelangen kann oder aus diesem herausgeleitet werden kann und der Arbeitsraum somit mit einem Druck beaufschlagbar ist. Das Druckmedium kann als hydraulisches oder pneumatisches Druckmedium vorliegen.
Liegt der erfindungsgemäße Arbeitszylinder beispielsweise in der Bauform eines Differenzialarbeitszylinders vor, gilt zudem Folgendes.
Der Kolben der Kolbeneinheit ist in dem Zylinderinnenraum angeordnet und trennt den Zylinderinnenraum in einen Kolbenbodenarbeitsraum, nachfolgend auch verkürzt als Kolbenbodenraum bezeichnet, und einen Kolbenstangenarbeitsraum. Dabei befindet sich der Kolbenbodenraum zwischen dem Kolben und dem zweiten Verschlussteil, hier ausgebildet als Bodenverschlussteil. Der Kolbenstangenarbeitsraum befindet sich auf der Seite der Kolbenstange zwischen dem Kolben und dem ersten Verschlussteil, hier ausgebildet als Führungsverschlussteil. Der mindestens eine Arbeitsraum liegt somit als der Kolbenstangenarbeitsraum vor. Zudem bildet der Kolbenbodenarbeitsraum einen weiteren Arbeitsraum.
Der Kolben ist axial verschieblich und so im Zylinderinnenraum angeordnet, dass sich die Hauptlängsachsen von Kolben und Zylinderrohr überlagern.
Die Druckmediumanschlüsse sind so am Zylinder angeordnet, dass der Kolbenbodenarbeitsraum und der Kolbenstangenarbeitsraum mit einem Betriebsdruck beaufschlagt werden können.
Der Kolben kann zusätzlich verschiedene Führungs-, Dichtungs- bzw. Kolbenringe aufweisen. Verschiedene Ausführungen eines Kolbens für einen Arbeitszylinder sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt.
Die Kolbenstange durchsetzt erfindungsgemäß gleitend das erste Verschlussteil, hier ausgebildet als Führungsverschlussteil.
Die Kolbenstange ist gleitend im Führungsverschlussteil gelagert, wobei das Führungsverschlussteil ausgebildet ist, ein Austreten des Druckmediums, nachfolgend auch als Fluid bezeichnet, zu verhindern. Dies erfolgt zum Beispiel über entsprechende Ringdichtungen.
Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass beide Verschlussteile, beispielsweise im Falle eines Differenzialarbeitszylinders also sowohl das Führungsverschlussteil als auch das Bodenverschlussteil, mit dem Zylinderrohr verschweißt sind.
Dabei ist das erste Verschlussteil mit dem Zylinderrohr mittels einer ersten umlaufenden Laserringschweißnaht und das zweite Verschlussteil mit dem Zylinderrohr mittels einer zweiten umlaufenden Laserringschweißnaht stoffschlüssig verbunden. Die jeweils miteinander verbundenen Komponenten werden nachfolgend auch zusammengefasst als die Kopplungspartner bezeichnet.
Die beiden Verschlussteile werden im Laserschweißverfahren mit dem Zylinderrohr verbunden. Es handelt sich bei den Laserringschweißnähten um Schmelzschweißverbindungen, ohne dass Schweißzusatzwerkstoffe zugegeben werden.
Durch das Laserschweißen wird vorteilhaft eine sehr schmale, spitz zulaufende Schweißnaht ausgebildet. Der von den seitlichen Flanken der im Wesentlichen V- förmigen Laserschweißnaht aufgespannte spitze Winkel beträgt bevorzugt weniger als 15 Grad und besonders bevorzugt weniger als 10 Grad.
Die beiden Laserringschweißnähte bilden jeweils eine fluiddichte Dichtebene aus. Dies bedeutet, dass die erste Laserringschweißnaht einen Druckmediumdurchtritt an der Verbindungstelle zwischen dem Zylinderrohr und dem ersten Verschlussteil und die zweite Ringschweißnaht einen Druckmediumdurchtritt zwischen dem Zylinderrohr und dem zweiten Verschlussteil verhindert, ohne dass es zusätzlicher Mittel zur Dichtung, wie beispielsweise eines Dichtungsrings, bedarf.
Zylinderrohr und Verschlussteile sowie bevorzugt auch die Kolbeneinheit bestehen jeweils aus einer Metalllegierung und besonders bevorzugt aus einer Stahllegierung. Hierbei kann sich die Materialzusammensetzung der einzelnen Komponenten leicht unterscheiden. Vorzugsweise unterscheiden sich die Massenanteile der Komponenten der Metalllegierung des Zylinders von denen der Verschlussteile um weniger als 10 Gew.-% von der Metalllegierung der Verschlussteile. Somit besitzen Verschlussteile und Zylinderrohr ähnliche physikalische Eigenschaften und lassen sich besonders gut miteinander verschweißen.
Die verwendete Stahllegierung besitzt vorzugsweise einen Kohlenstoffanteil von unter 0,5 Gew.-%. Die Legierungsbestandteile Vanadium, Chrom und Mangan sind einzeln oder kombiniert bevorzugt mit einem Anteil von 0,01 bis 2 Gew.-% enthalten.
Der erfindungsgemäße geschweißte Arbeitszylinder weist eine Reihe erheblicher Vorteile gegenüber Arbeitszylindern nach dem Stand der Technik auf.
Ein erster wesentlicher Vorteil liegt darin, dass insbesondere das Zylinderrohr über das Ablängen hinaus kaum oder überhaupt nicht spanend bearbeitet werden muss. So müssen insbesondere keine Gewinde geschnitten oder Nuten gedreht werden. Bei einer geschweißten Kolbeneinheit gilt dies entsprechend auch für die Kolbenstange.
Dadurch liegt zunächst der unmittelbare Vorteil vor, dass der sonst erforderliche Aufwand an Zeit, Bearbeitungsmaschinen, Werkzeugkosten und Energie für eine spanende Bearbeitung eingespart werden kann.
Weiterhin besteht der Vorteil einer drastischen Materialeinsparung und damit der Schonung von Rohstoffressourcen, weil das Zylinderrohr nur noch etwa die Hälfte der Rohrwandstärke eines geschraubten Differenzialarbeitszylinders aufweisen muss. Zulagen beispielsweise in der Rohrwandstärke zum Ausgleich des Materialabtrags für ein geschnittenes Gewinde können entfallen. Durch den Entfall spanender Bearbeitung des Zylinderrohrs und vorzugsweise auch der Kolbenstange wird zudem die Qualität maßgeblich gesteigert. Die axiale Rundlaufgenauigkeit wird infolge des Entfalls von Krafteinträgen durch eine spanende Bearbeitung nicht mehr beeinträchtigt. Vielmehr bleibt die axiale Rundlaufgenauigkeit der Ausgangsprodukte für die Zylinderrohre und gegebenenfalls auch der Kolbenstangen vollständig erhalten. Damit weist der erfindungsgemäße Arbeitszylinder eine höhere Präzision auf. So kann auch die axiale Kolbenstangenbewegung ohne das nach dem Stand der Technik bekannte Problem des Ausknickens der Kolbenstangen im Endanschlag bereitgestellt werden. Damit wird zugleich der Verschleiß der Zylinderführungen im Führungsverschlussteil reduziert. Durch den Entfall der spanenden Bearbeitung von Zylinderrohr und gegebenenfalls Kolbenstange werden zugleich Minderungen der Belastbarkeit infolge von Kerbwirkungen vermieden.
Ein weiterer Vorteil liegt in der absoluten Dichtheit des Differenzialarbeitszylinders an den Verbindungsstellen zwischen Zylinderrohr und den Verschlussteilen. Vorteilhaft ist hierbei zudem, dass die Dichtheit ohne die sonst nach dem Stand der Technik erforderlichen Dichtungen bereitstellbar ist. Der mögliche Entfall dieser alterungsanfälligen Bauteile bewirkt neben Kosteneinsparungen eine Qualitätsverbesserung und eine Erhöhung der Lebensdauer. Zudem werden Verunreinigungen durch alternde Dichtungen ausgeschlossen.
Ein weiterer Vorteil liegt in der erhöhten Betriebssicherheit. Ein wie bei Gewinden mögliches axiales Bewegungsspiel zwischen Zylinderrohr und Verschlussteilen bei Lastwechseln oder eine Lockerung wie bei Gewinden entfällt. Weiterhin ergeben sich vorteilhaft Einsparungen durch den Entfall von sonst erforderlichen Sicherungselementen. Letztlich entfällt auch die sonst erforderliche Sicherung der eigentlichen Sicherungselemente, welche bei lösbaren Verbindungen erforderlich ist. Eine solche Sicherung erfolgt gemäß dem Stand der Technik beispielweise über ein Verkleben der Sicherungselemente. Der Entfall des Verklebens ist mit weiteren wichtigen Vorteilen verbunden. Zum Ersten entfallen die Kosten für die sehr teuren Schraubensicherungsklebstoffe. Zum zweiten entfallen die Reinigungen der Oberflächen für die Herstellung von deren Haftfähigkeit für die Schraubensicherungsklebstoffe, die nach dem Stand der Technik oft gesundheitsbedenkliche Reinigungschemikalien erfordern. Damit entfallen die besonderen Maßnahmen zur Absicherung des Gesundheitsschutzes und des Umweltschutzes. Zum dritten wird das Problem überwunden, dass auch durch Schraubensicherungsklebstoffe gesicherte lösbare Verbindungen bei Stoßbelastungen der Gefahr einer Lockerung unterliegen können.
Als ein Aspekt der erhöhten Betriebssicherheit ist auch die erhöhte Manipulationssicherheit anzuführen. Zerstörungsfreie Eingriffe in den Zylinderinnenraum sind ausgeschlossen. Mögliche Verletzungsquellen im Zusammenhang mit einer unsachgemäßen Öffnung oder einer unsachgemäßen Wiedermontage eines Differenzialarbeitszylinders durch ungeschultes Personal entfallen.
Durch das Laserschweißverfahren kommt es im Bereich der Laserringschweißnähte nur zu einer stark lokal begrenzten Erhitzung des Materials. So können Bauteile mit thermisch anfälligen Materialien, wie insbesondere Dichtungen, in einer Nähe von wenigen Millimetern um die geplante Schweißnaht dennoch verschweißt werden, welche bei anderen Schweißverfahren geschädigt würden.
Auch werden Verzunderungen an den innenliegenden Oberflächenabschnitten des Zylinderrohr und der Verschlussteile, besonders in der Nähe der Schweißnähte, vermieden, welche sonst nach dem Stand der Technik aufwändig entfernt werden müssten.
Vorteilhaft ist ferner die Reduzierung thermischer Spannungen in den Kopplungspartnern der Schweißverbindung, da mittels des Laserschweißens lediglich eine relativ geringe Streckenenergie (Energiemenge bezogen auf die Schweißnahtlänge) eingebracht werden muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Verlauf, die Schweißnahttiefe und der Winkel der Laserringschweißnähte weitestgehend durch die Bewegung, die Streckenenergie und den Winkel des Laserstrahls relativ zu dem herzustellenden Arbeitszylinder bestimmt werden kann. So kann der Verlauf und der Winkel insbesondere durch die Veränderung der Position des Lasers relativ zu den Kopplungspartnern gezielt ausgerichtet werden.
In einer ersten besonders bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders liegt der Arbeitszylinder als doppelt wirkender Arbeitszylinder vor und ist als Differenzialarbeitszylinder ausgebildet.
In diese? Ausbildung ist das erste Verschlussteil als Führungsverschlussteil und das zweite Verschlussteil als Bodenverschlussteil ausgebildet. Daher wird hier das erste Zylinderrohrende als führungsseitiges Zylinderrohrende und das zweite Zylinderrohrende als bodenseitiges Zylinderrohrende bezeichnet. Die erste Laserringschweißnaht ist somit zwischen dem Führungsverschlussteil und dem führungsseitigen Zylinderrohrende und die zweite Laserringschweißnaht ist somit zwischen dem Bodenverschlussteil und dem bodenseitigen Zylinderrohrende angeordnet.
Die Kolbeneinheit weist bei dem Differenzialarbeitszylinder einen Kolben und eine Kolbenstange auf. Zu dem Aufbau der so ausgebildeten Kolbeneinheit wird auf die oben zum Arbeitszylinder vorliegenden Beschreibungsinhalte Bezug genommen.
Der Kolben der Kolbeneinheit ist in dem Zylinderinnenraum angeordnet und trennt so den Zylinderinnenraum in einen Kolbenbodenarbeitsraum, auch verkürzt als Kolbenbodenraum bezeichnet, und einen Kolbenstangenarbeitsraum, verkürzt auch als Kolbenstangenraum bezeichnet. Die in dem Kolbenbodenraum wirksame Fläche des Kolbens ist auf der kolbenbodenseitigen Seite des Kolbens größer als auf der kolbenstangenraumseitigen Seite des Kolbens. Bei gleichem Druck des Druckmediums wirkt somit kolbenbodenraumseitig eine größere Kraft auf den Kolben als kolbenstangenraumseitig. Eine auf den Kolben wirkende Kraft wird mittels der Kolbenstange aus dem Zylinderinnenraum nach außen übertragen, wofür die Kolbenstange das Führungsverschlussteil gleitend durchsetzt.
In einer zweiten besonders bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Arbeitszylinder liegt der Arbeitszylinder ebenfalls als doppelt wirkender Arbeitszylinder vor; er ist hier jedoch als Gleichgangzylinder ausgebildet.
Bei dem Gleichgangzylinder gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Verschlussteil wie bei einem Differenzialarbeitszylinder als ein Führungsverschlussteil ausgebildet. Zudem ist als besonderes Merkmal auch das zweite Verschlussteil als ein weiteres Führungsverschlussteil ausgebildet. Das Führungsverschlussteil und das weitere Führungsverschlussteil werden nachfolgend zusammengefasst auch als die Führungsverschlussteile bezeichnet. Die erste Laserringschweißnaht ist somit zwischen dem Führungsverschlussteil und dem ersten Zylinderrohrende und die zweite Laserringschweißnaht ist somit zwischen dem weiteren Führungsverschlussteil und dem zweiten Zylinderrohrende angeordnet.
Die Kolbeneinheit weist auch hier einen Kolben und eine Kolbenstange auf. Der Kolben ist in dem Zylinderinnenraum angeordnet und trennt diesen in einen ersten und einen zweiten Kolbenstangenarbeitsraum. Hierzu überragt die Kolbenstange axial beidseitig den Kolben und wird beidseitig aus dem Kolbeninnenraum durch die Verschlussteile hindurch, die hier beide als Führungsverschlussteile vorliegen, aus dem Kolbeninnenraum herausgeführt. Somit durchsetzt die Kolbenstange gleitend beide Führungsverschlussteile.
Beide Kolbenstangenarbeitsräume weisen den gleichen Querschnitt und damit der Kolben beidseitig gleichgroße wirksame Angriffsflächen für das Druckmedium auf. Die auf den Kolben wirkende Kraft und die Länge des von dem Kolben ausgeführten Arbeitsweges ist gleich, unabhängig davon, ob ein bestimmter nach Druck und Volumen gleicher Druckstrom des Druckmediums den ersten oder den zweiten Kolbenstangenarbeitsraum beaufschlagt. Wegen dieses in beiden Betätigungsrichtungen gleichen Verhaltens wird der Gleichgangzylinder häufig auch als Lenkzylinder verwandt und deshalb auch als Lenkzylinder bezeichnet.
Entsprechend einer anderen Weiterbildung ist der Arbeitszylinder als ein Plungerzylinder ausgebildet. Hierbei handelt es sich um einen einfach wirkenden Arbeitszylinder.
Gemäß dieser Weiterbildung ist das erste Verschlussteil als ein Führungsverschlussteil und das zweite Verschlussteil als ein Bodenverschlussteil ausgebildet. Bei dem ersten Zylinderrohrende handelte es sich um ein führungsseitiges Zylinderrohrende und bei dem zweiten Zylinderrohrende um ein bodenseitiges Zylinderrohrende. Wie bei einem Differenzialarbeitszylinder ist die erste Laserringschweißnaht somit zwischen dem Führungsverschlussteil und dem führungsseitigen Zylinderrohrende und die zweite Laserringschweißnaht somit zwischen dem Bodenverschlussteil und dem bodenseitigen Zylinderrohrende angeordnet.
Die Kolbeneinheit ist bei dem Plungerzylinder durch einen Tauchkolben ausgebildet. Der Tauchkolben ist in dem Zylinderinnenraum angeordnet. In dem Zylinderinnenraum ist nur ein Arbeitsraum ausgebildet. Der Tauchkolben durchsetzt gleitend das Führungsverschlussteil. Bei einer Beaufschlagung des Arbeitsraums mit einem Druckstrom des Druckmediums wird der Tauchkolben entsprechend dem eingeführten Volumen des Druckstroms axial verdrängt und führt eine Ausfahrtbewegung aus. Die Einfahrtbewegung wird durch eine in umgekehrter Richtung von außen angreifende Kraft bewirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zylinderinnenraum zwischen dem ersten Verschlussteil und einer Zylinderrohrinnenwandung des Zylinderrohrs an dessen erstem Zylinderrohrende axial beabstandet von der ersten Laserringschweißnaht ein erster umlaufender Dichtring angeordnet ist, der einen ersten druckgetrennten Ringabschnitt ausbildet, der zwischen dem ersten umlaufenden Dichtring und der ersten Laserringschweißnaht angeordnet ist und/oder dass in dem Zylinderinnenraum zwischen dem zweiten Verschlussteil und einer Zylinderrohrinnenwandung des Zylinderrohrs an dessen zweitem Zylinderrohrende axial beabstandet von der zweiten Laserringschweißnaht ein zweiter umlaufender Dichtring angeordnet ist, der einen zweiten druckgetrennten Ringabschnitt ausbildet, der zwischen dem zweiten umlaufenden-Dichtring und der zweiten Laserringschweißnaht angeordnet ist.
Es ist gemäß dieser Weiterbildung also mindestens einer Laserringschweißnaht ein umlaufender Dichtring vorgelagert. Vorzugsweise ist beiden Laserringschweißnähten jeweils ein umlaufender Dichtring vorgelagert. Der umlaufende Dichtring wird nachfolgend auch als O-Ring bezeichnet.
Der O-Ring trennt zylinderrauminnenseitig einen Ringabschnitt vor der jeweiligen Laserringschweißnaht von dem übrigen Zylinderinnenraum druckdicht ab. Es wurde überraschend gefunden, dass durch die Ausbildung einer Laserringschweißnaht die Streckenenergie so gering eingestellt werden kann, dass ein thermisch empfindlicher O-Ring auch in einem Nahbereich der Laserringschweißnaht nicht beschädigt wird. Als Nahbereich wird ein axialer Abstand zwischen der Laserringschweißnaht und dem O-Ring verstanden, der geringer als ein Zylinderrohrinnendurchmesser ist. Der O-Ring bewirkt, das der Ringabschnitt von dem Arbeitsdruck des Druckmediums getrennt ist. Damit wird ein axialer Abschnitt des Zylinderrohrs unmittelbar vor und an der Laserringschweißnaht von innen nicht mit dem Arbeitsdruck des Druckmediums beaufschlagt und unterliegt somit nicht einer Beulungsbelastung. Damit wird vorteilhaft zugleich mit einem sehr einfachen Mittel eine sonst auftretende radiale Belastung der Laserringschweißnaht vermieden. Vielmehr besteht ausschließlich die axiale Belastung. Die axiale Belastng beruht darauf, dass auf die Grundfläche des jeweiligen Verschlussteils der Arbeitsdruck des Druckmediums wirkt. Vorteilhaft wird somit eine mehrachsige Belastung der Laserringschweißnaht und dort eine mehrachsige Materialspannung vermieden. Zugleich wird durch den vorgelagerten O-Ring ein Schutz des mindestens einen Arbeitsraums oder je nach Arbeitszylinderart bei O-Ringen an beiden Seiten auch beider Arbeitsräume vor Verschmutzungen erreicht. Etwaige Emissionen während des Laserschweißens oder Partikel, die sich im Bereich der Laserschweißnaht von den Kopplungspartnern ablösen könnten, werden in dem jeweiligen Ringabschnitt durch den O-Ring vor einem Übertritt in den Arbeitsraum zurückgehalten.
Die Laserringschweißnähte weisen gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung eine Laserringschweißnahttiefe auf, welche zu einer Zylinderrohrwanddicke in einem Verhältnis von 1,1 bis 2,5 steht.
Verläuft die Laserringschweißnaht nicht senkrecht durch die Zylinderrohrwand, ist die Laserringschweißnahttiefe größer als die Dicke der Zylinderrohrwand.
So weist die Verbindung zwischen den Verschlussteilen besonders vorteilhaft eine höhere Stabilität auf, da die Kraftübertragung in der Schweißnaht auf eine größere Fläche verteilt und damit optimiert ist.
Daraus ergibt sich als ein weiterer Vorteil, dass die Rohrwandstärke des Zylinderrohrs für bestimmte Anwendungen weiter reduziert werden kann.
Zudem ist es gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung auch möglich, die Laserringschweißnahttiefe auch bei einer im wesentlichen senkrechten Ausrichtung der Schweißnaht größer auszubilden als die Zylinderrohrwanddicke, indem die Laserringschweißnaht tiefer in das Verschlussteil eingebracht wird, als das Zylinderrohr dick ist. Damit liegt eine tiefer liegende Schweißnahtwurzel vor. Vorzugsweise weist die Laserringschweißnahttiefe mindestens das 1,2-Fache der Zylinderrohrdicke auf. Es wurde überraschend gefunden, dass durch die so bewirkten Gefügeänderungen im Verschlussteil eine Erhöhung der Belastbarkeit der Ringschweißnähte erreicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen die Laserringschweißnähte eine geneigte Laserringschweißnahtmittelachse auf. Die Laserringschweißnahtmittelachse schließt gemäß derselben vorteilhaften Weiterbildung mit einer Hauptlängsachse des Zylinderrohrs einen Laserringschweißnahtneigungswinkel alpha ein, wobei alpha 20 Grad bis 70 Grad beträgt.
Die Laserringschweißnahtmittelachse verläuft mittig durch die Laserringschweißnaht und teilt deren Querschnitt in gleiche Teile. Wird die Laserringschweißnahtmittelachse bis zur Hauptlängsachse des Zylinderrohrs, welche mittig und längs des Zylinderrohrs verläuft, verlängert, schließt diese mit der Hauptlängsachse einen Winkel ein. Bei diesem Winkel handelt es sich um den Laserringschweißnahtneigungswinkel alpha.
Der Laserringschweißnahtneigungswinkel alpha beträgt zwischen 20 Grad und 70 Grad, wodurch die Laserringschweißnahttiefe mit einem Verhältnis von 1,1 bis 2,5 zur Zylinderrohrwanddicke erzeugt wird.
Durch die größere Laserringsschweißnahttiefe und die angestellte Ringschweißnahtmittelachse werden, durch Winkel und Angriffsfläche der angreifenden Kräfte, die Kräfte während einer Belastung besser verteilt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens ein Verschlussteil eine sich axial öffnende, umlaufende konkave Aufnahmekontur auf, in die das Zylinderrohr eingreift, wobei die Aufnahmekontur das Zylinderrohr radial übergreift und der Ringschweißnahtneigungswinkel alpha 110 bis 160 Grad beträgt. Diese über 90 Grad hinausgehende Schrägneigung wird nachfolgend auch als negativ schräg geneigt bezeichnet.
Die sich axial öffnende umlaufende konkave Aufnahmekontur wird durch eine Ringnut in dem betreffenden Verschlussteil bereitgestellt, welche radiale Seitenwandungen aufweist. Dabei ist die radial außen angeordnete Seitenwandung geneigt und bildet eine konische Form aus. Die konkave Aufnahmekontur bildet somit eine radiale Übergreifung aus. Die radial innen angeordnete Seitenwandung ist vorzugsweise nicht geneigt und bildet vorzugsweise eine zylindrische Form aus. Der Querschnitt der Aufnahmekontur entspricht damit bevorzugt einem konkaven Keil. Das Zylinderrohr ist an dem entsprechenden Zylinderrohrende korrespondierend zu der Aufnahmekontur ausgebildet und weist hierzu eine schräge Ringfläche auf, deren Neigungswinkel dem Neigungswinkel der äußeren radialen Seitenwandung der Aufnahmekontur entspricht. Der Querschnitt der Wandung des Zylinderrohrendes entspricht damit bevorzugt einem Keil, der sich in die Aufnahmekontur einpasst.
Zwischen den beschriebenen geneigten ringförmigen Flächen der Aufnahmekontur und des Zylinderrohrs ist die Laserringschweißnaht angeordnet. Der Neigungswinkel der Laserringschweißnaht entspricht dabei dem Neigungswinkel der beiden geneigten ringförmigen Flächen.
Es wurde gefunden dass durch diese Weiterbildung mit dem selben Mittel zugleich drei vorteilhafte Wirkungen erreicht werden. Zum ersten wird durch die radiale Übergreifung des Zylinderrohrs eine formschlüssige Aufnahme von Beulungskräften, die durch den Arbeitsdruck des Druckmediums bewirkt werden, erreicht. Die formschlüssige Aufnahme der radial wirkenden Beulungskräfte entlastet die Laserringschweißnaht, so dass die stoffschlüssige Kraftübertragung an der Laserringsschweißnaht praktisch ausschließlich für axiale Kräfte zu Verfügung steht. Zum zweiten wird durch die Neigung ohne Zusatzmaßnahmen eine Ringschweißnahttiefe erreicht, die die Zylinderrohrwanddicke übersteigt und so eine höhere Kraftübertragung ermöglicht. Zum dritten wird zugleich ein Montagevorteil erreicht, da sich bei einer axialen Zustellbewegung sich das Zylinderrohr und das betreffende Verschlussteil selbsttätig zentrieren.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens eine der Laserringsschweißnähte stirnseitig axial angeordnet und der Ringschweißnahtneigungswinkel alpha beträgt 180 Grad.
Die Laserringschweißnaht weist damit eine zylindrische Form auf und ist somit radial zwischen dem Zylinderrohr und dem betreffenden Verschlussteil angeordnet. Diese Weiterbildung weist insbesondere den Vorteil auf, dass an dem Zylinderrohr die ringförmige Stirnfläche keiner besonderen Bearbeitung bedarf. Vielmehr bildet lediglich der Rand der Innenmantelfläche des Zylinderrohrs die Kontaktfläche zu dem betreffenden Verschlussteil und damit die zu verschweißende Fläche für die Laserringschweißnaht aus. Zudem kann vorteilhaft das betreffende Verschlussteil ohne eine radiale Stufe ausgebildet werden. Der Außendurchmesser des Verschlussteils muss lediglich dem Innendurchmesser des Zylinderrohrs entsprechen, wodurch eine erhebliche Materialeinsparung erreicht wird. Zudem ist eine geringe Präzision bei der Ausbildung der Länge des Zylinderrohrs erforderlich, da die exakte Beabstandung der beiden Verschlussteile während des Fügens präzise eingestellt werden kann.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Weiterbildung beträgt der Ringschweißnahtneigungswinkel 90 Grad. Diese Weiterbildung hat den fertigungsseitigen Vorteil, dass an dem Zylinderrohr die durch das Ablängen gebildete ringförmige Stirnfläche bereits als die Kontaktfläche zu dem betreffenden Verschlussteil ohne weitere Arbeitsschritte genutzt werden kann.
Generell gilt, dass die unterschiedlichen vorteilhaften Weiterbildungen der Ausbildung der Laserringschweißnähte nicht auf bestimmte Zylinderarten festgelegt sind. Zudem können an ein und demselben Arbeitszylinder auch unterschiedliche Ausbildungen der Laserringschweißnähte kombiniert vorliegen.
Das Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders weist erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte auf: a) Fügen des Zylinderrohrs, des ersten Verschlussteils, des zweiten Verschlussteils und der Kolbeneinheit zu einer Vorbaugruppe b) Herstellen einer festen relativen Lagebeziehung des Zylinderrohrs, des ersten Verschlussteils und des zweiten Verschlussteils c) Durchführen des Laserverschweißens des Zylinderrohrs mit dem ersten Verschlussteil unter Herstellung der ersten Laserringschweißnaht und mit dem zweiten Verschlussteil unter Herstellung der zweiten Laserringschweißnaht
In Verfahrensschritt a) werden Zylinderrohr, beide Verschlussteile und Kolbeneinheit in ihrer Endlage angeordnet. Die so angeordneten Komponenten werden nachfolgend als Vorbaugruppe bezeichnet.
So wird die Kolbeneinheit in das erste Verschlussteil eingesetzt und in das Zylinderrohr eingeführt.
Das erste Verschlussteil wird an das erste Zylinderrohrende und das zweite Verschlussteil an das zweite Zylinderrohrende angesetzt.
Als Vorzugslösung werden sämtliche Bauteile fertig vormontiert. Dies bedeutet, dass auch beispielsweise temperaturempfindliche Bauteile wie die Dichtung und die Führung in dem als Führungsverschlussteil ausgebildeten ersten Verschlussteil eingesetzt sind. Das gleiche gilt für die Führung und Dichtung an der Kolbeneinheit. Die Vormontage ist bevorzugt so ausgebildet, dass der erfindungsgemäße Arbeitszylinder nach dem Verfahrensschritt c), also dem Verschweißen, fertig entnommen werden kann. Es können sich dann noch Verfahrensschritte wie eine Bearbeitung der äußeren Oberfläche, insbesondere das Aufbringen einer Lackierung anschließen.
In Verfahrensschritt b) werden das Zylinderrohr und die Verschlussteile der Vorbaugruppe temporär fixiert und somit in ihrer Lagebeziehung zueinander festgelegt. Die relative Lagebeziehung von Zylinderrohr und Verschlussteilen in diesem Verfahrensschritt entspricht dabei der relativen Lagebeziehung dieser Komponenten im fertig hergestellten Arbeitszylinder.
So sind die Verschlussteile vorzugsweise so ausgebildet, dass sie durch eine anliegende Kraft entlang der Hauptlängsachse des Zylinderrohrs in ihrer Endlage zum Zylinder geführt und fixiert werden. Dies wird vorzugsweise durch einen zylindrischen Abschnitt, der passgenau in das Zylinderrohr eingeschoben wird, sowie entsprechende Gestaltung der axialen Kontaktflächen der Verschlussteile erreicht.
Eine Beaufschlagung mit einer Kraft, welche entlang der Hauptlängsachse des Zylinderrohrs wirkt, erfolgt vorzugsweise durch das Einspannen in ein Spannfutter und gegenüberliegend in eine Pinole (oder ähnliche Fixierelemente) einer Maschine. Vorzugsweise werden zu fertigende Arbeitszylinder mit hohem Schlankheitsgrad zusätzlich durch eine Lünette geführt.
Mit dieser Vorrichtung ist die Vorbaugruppe vorzugsweise um die Hauptlängsachse des Zylinderrohrs rotierbar. Es sind aber auch temporäre Fixierungen möglich, welche keine Rotation der Vorbaugruppe vorsehen.
In Verfahrensschritt c) wird das Zylinderrohr mit den beiden Verschlussteilen der Vorbaugruppe verschweißt. Dieser Verfahrensschritt wird erfindungsgemäß im Laserschweißverfahren durchgeführt.
Die Vorbaugruppe wird während des Schweißens vorzugsweise um die Hauptlängsachse des Zylinderrohrs rotiert. Die Laseremitter sind dabei stationär um die Vorbaugruppe angeordnet. In einer anderen Variante dieses Verfahrensschritts ist die Vorbaugruppe ortsfest angeordnet und die Laseremitter werden zur Erzeugung der Laserringschweißnähte aktiv um die Vorbaugruppe bewegt. Vorzugsweise bleibt die axiale Kraftbeaufschlagung während des gesamten Verfahrensschritts c) aufrechterhalten, so dass ein Verziehen der Kopplungspartner zueinander durch thermische Spannungen vorteilhaft verhindert wird.
In beiden Varianten wird eine erste Laserringschweißnaht zwischen dem ersten Verschlussteil und Zylinderrohr sowie eine zweite Laserringschweißnaht zwischen zweitem Verschlussteil und Zylinderrohr erzeugt.
Die beiden Laserringschweißnähte verbinden die jeweiligen Kopplungspartner der Vorbaugruppe stoffschlüssig und irreversibel. Als irreversibel ist zu verstehen, dass ein zerstörungsfreies Lösen der Verbindung nicht möglich ist.
Das Herstellen der ersten Laserringschweißnaht und der zweiten Laserringschweißnaht kann nacheinander oder mittels mehrerer Laserköpfe simultan erfolgen. Die Schweißarbeiten werden vorzugsweise von einem vollautomatischen Schweißroboter in einer Laserschweißanlage durchgeführt.
Die Schweißanlage arbeitet vorzugsweise unter Schutzgas oder unter Teilvakuum.
Das Herstellungsverfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt c) kein Zugang mehr zu dem Zylinderinnenraum besteht. Soweit nach dem Stand der Technik ein Verschlussteil mit dem Zylinderrohr verschweißt wird besteht das Problem, dass an den inneren Oberflächenabschnitten des betreffenden Verschlussteils und des Zylinderrohrs, also den Oberflächenabschnitten des zu bildenden Zylinderinnenraums Verzunderungen auftreten, die in einem weiteren Arbeitsschritt wieder entfernt werden müssen. Ferner können nach dem Stand der Technik erst nach erfolgter Abkühlung beispielsweise die Dichtung und die Führung in ein als Führungsverschlussteil ausgebildetes erstes Verschlussteil eingesetzt werden, da diese sonst thermisch geschädigt werden würden.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zeigt eine Lösung auf, nach der ein Verschweißen auch mit eingesetzten thermisch empfindlichen Bauteilen wie Dichtung und Führung sowie ohne nachfolgenden Zugang zu den inneren Oberflächenabschnitten und ohne deren Reinigung möglich ist.
Es wurde überraschend gefunden, dass durch eine Laserverschweißung mit einer geringen Schweißnahtbreite, mit einer geringen eingeleiteten Wärmeenergie pro Schweißnahtlänge (Streckenenergie) und in Verbindung mit einer hohen Schweißgeschwindigkeit hohe Temperaturgradienten in der Vorbaugruppe erreicht werden können, so dass ein hoher Anteil der Wärmeenergie unmittelbar wieder über die Schweißnaht umgebende Oberfläche abgeleitet werden kann und zugleich die Temperatur an den inneren Oberflächen sowie an den thermisch empfindlichen Bauteilen wie Dichtungen und Führungen so niedrig gehalten werden kann, dass weder eine Verzunderung der inneren Oberflächen noch eine thermische Schädigung der thermischen empfindlichen Bauteile eintritt. Ferner werden thermische Spannungen in den Kopplungspartner erheblich reduziert. Damit wird überraschend ein bisher nicht mögliches Herstellungsverfahren aufgezeigt, welches einen vollständig verschweißten Differenzialarbeitszylinder ermöglicht, wobei der Verfahrensschritt des Verschweißens für beide Verschlussteile zudem gleichzeitig erfolgen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht als Vorteil eine hohe Einsparung an Fertigungszeit, weil eine spanende Bearbeitung des Zylinderrohrs entfallen kann. Zudem wird es erst durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht, das Zylinderrohr mit einer deutlich geringeren Rohrwandstärke auszubilden als nach dem Stand der Technik bei formschlüssig gekoppelten Arbeitszylindern. Es gelten sinngemäß die Beschreibungsteile zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders auch für die Vorteile des Herstellungsverfahrens in entsprechender Weise.
Das Laserschweißverfahren besitzt somit den Vorteil, dass die Energie lokal stark begrenzt auf die Komponenten der Vorbaugruppe einwirkt. Somit wird eine gringere Energiemenge für eine Ringschweißnaht benötigt, was ebenfalls zu einem vorteilhaft geringeren Wärmeeintrag führt.
Durch die hohe Präzision der Laser können diese sehr genau ausgerichtet werden. Hierbei verläuft die Emissionsrichtung des Lasers vorzugsweise entlang der geplanten Laserringsschweißnahtmittelachse, welche wiederrum vorzugsweise entlang der Kontaktflächen der Kopplungspartner der Vorbaugruppe verläuft.
Der Laser ist dabei nach Wellenlänge, Leistung und Arbeitsgeschwindigkeit ausgebildet, das Material des Arbeitszylinders zu schweißen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bezieht sich das erfindungsgemäße Verfahren auf die Herstellung eines Differenzialarbeitszylinder. Bei dieser Weiterbildung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrenschritt a) das Fügen in nachfolgender Weise erfolgt. Es werden das Zylinderrohr, das als Führungsverschlussteil ausgebildete erste Verschlussteil, das als Bodenverschlussteil ausgebildete zweite Verschlussteil und die aus dem Kolben und der Kolbenstange gebildete Kolbeneinheit zu einer Vorbaugruppe eines Differenzialarbeitszylinders gefügt. Dabei erfolgt das Fügen so, dass die Kolbenstange das hier als Führungsverschlussteil vorliegende erste Verschlussteil gleitend durchsetzt.
Entsprechend einer anderen Weiterbildung betrifft das Verfahren die Herstellung eines Gleichgangzylinders, auch als Lenkzylinder bezeichnet. Das Verfahren ist entsprechend dieser Weiterbildung dadurch gekennzeichnet dass im Verfahrensschritt a) das Fügen des Zylinderrohrs, des als Führungsverschlussteil ausgebildeten ersten Verschlussteils, des als weiteres Führungsverschlussteil ausgebildeten zweiten Verschlussteils und der aus dem Kolben und der Kolbenstange gebildeten Kolbeneinheit zu einer Vorbaugruppe eines Gleichgangzylinders durchgeführt wird. Dabei erfolgt das Fügen in der Weise, dass die Kolbenstange beide Verschlussteile gleitend durchsetzt.
Gemäß einer nächsten Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren so durchgeführt, dass ein Plungerzylinder herstellt wird. Hierfür wird im Verfahrenschritt a) das Fügen wie folgt durchgeführt. Es werden das Zylinderrohr, das als Führungsverschlussteil ausgebildete erste Verschlussteil, das als Bodenverschlussteil ausgebildete zweite Verschlussteils und die als Tauchkolben ausgebildete Kolbeneinheit zu einer Vorbaugruppe eines Plungerzylinders gefügt. Der Tauchkolben durchsetzt dabei das als Führungsverschlussteil ausgebildete erste Verschlussteil.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird im Verfahrensschritt c) das Laserschweißen zur Herstellung der Laserringschweißnähte mit einem Ringschweißnahtneigungswinkel alpha von 20 bis 70 Grad durchgeführt. Der Laserkopf wird hierbei relativ zu der Vorbaugruppe in diesem Winkel geführt. Hierdurch wird eine in diesem Ringschweißnahtneigungswinkel geneigte Laserringschweißnaht erlangt.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird im Verfahrensschritt c) das Laserschweißen zur Herstellung der Laserringschweißnähte mit einem Ringschweißnahtneigungswinkel alpha von 110 bis 160 Grad durchgeführt. Hierfür wird zunächst vorbereitend vor dem Arbeitsschritt a) der das Fügen betrifft, mindestens eines der beiden Verschlussteile mit einer axial offenen umlaufenden konkaven Aufnahmekontur versehen. Bei dem Fügen gemäß Arbeitsschritt a) wird dann das korrespondierend ausgebildete Zylinderrohrende in die Aufnahmekontur eingefügt, wobei durch die korrespondierende Ausbildung eine selbsttätige Zentrierung durchgeführt wird, wodurch vorteilhaft die Präzision weiter erhöht wird.
Der Laserkopf wird hierbei im Verfahrensschritt c) relativ zu der Vorbaugruppe in diesem Winkel geführt. Hierdurch wird eine in diesem Ringschweißnahtneigungswinkel geneigte Laserringschweißnaht erlangt. Die keilförmige Fügung bleibt unter axialer Kraft während des gesamten Verfahrensschritts c) aufrechterhalten, so dass eine Verziehung durch zwar weitgehend reduzierte, aber nicht vollständig auszuschließende thermische Spannungen während des Laserschweißens vermieden werden und so eine besonders präzise und positionsgenaue Laserschweißverbindung der Kopplungspartner erreicht wird.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird der Verfahrensschritt c) so durchgeführt, dass mindestens eine der Laserringsschweißnähte stirnseitig axial eingebracht wird und der Ringschweißnahtneigungswinkel alpha 180 Grad beträgt. Hierzu wird im Verfahrensschritt c) die Ausrichtung des Laserstrahls parallel zu der Hauptlängsachse des Arbeitszylinder vorgenommen.
Im Verfahrensschritt a), erfolgt das Fügen, wobei hier die exakte axiale Beabstandung der beiden Verschlussteile eingestellt wird. Dem liegt zu Grunde, dass das mindestens eine Verschlussteil keinen radialen Vorsprung aufweist, der die axiale Lagebeziehung der beiden Kopplungspartner festlegen würde.
Im Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders werden gemäß anderen vorteilhaften Weiterbildungen die Verfahrensschritte a) bis c) ferner auf mindestens ein Befestigungsmodul angewandt.
Als Befestigungsmodul wird ein Bauteil zur Kraftübertragung von dem Differenzialzylinder auf Bauteile einer Anwendungsvorrichtung verstanden. In einer verbreiteten Bauform weist das Befestigungsmodul eine Bohrung - häufig auch als Auge bezeichnet - auf, in welche ein Sperrelement wie beispielsweise ein Bolzen eingeschoben werden kann. Das Sperrelement verbindet das kolbenstangenseitige Befestigungsmodul formschlüssig mit einem Bauteil einer Anwendungsvorrichtung und gewährleistet im Betrieb die Kraftübertragung. Insbesondere kann das Befestigungsmodul als Gelenklager ausgebildet sein.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Befestigungsmodul um das kolbenstangenseitige Befestigungsmodul. Als kolbenstangenseitiges Befestigungsmodul wird eine Befestigungsmodul bezeichnet, das an der Kolbeneinheit angeordnet ist. Ferner kann zudem oder alternativ ein bodenseitiges Befestigungsmodul vorliegen. Als bodenseitiges Befestigungsmodul wird ein Befestigungsmodul bezeichnet, das an dem zweiten Verschlussteil in einer Ausbildung als Bodenverschlussteil angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass das zweite Verschlussteil, wenn es sich hierbei um ein Bodenverschlussteil handelt, so ausgebildet ist, dass es das Befestigungsmodul umfasst, so dass das Befestigungsmodul lediglich ein Abschnitt eines monolithischen Bodenverschlussteils ist.
Das mindestens eine Befestigungsmodul ist aus einem schweißbaren Material, vorzugsweise Metall, gefertigt.
In einer ersten Variante der Weiterbildung handelt es sich um ein kolbenstangenseitiges Befestigungsmodul. In einer zweiten Variante dieser Weiterbildung handelt es sich um ein bodenseitiges Befestigungsmodul.
Im Verfahrensschritt a) erfolgt hier der Arbeitsschritt des Fügens ferner als ein Fügen eines kolbenstangenseitigen Befestigungsmoduls zu der betreffenden Komponente der Vorbaugruppe. Die so gebildete Vorbaugruppe wird nachfolgend als erweiterte Vorbaugruppe bezeichnet. Ein kolbenstangenseitiges Befestigungsmodul wird im Verfahrensschritt a) an der Kolbenstange der Kolbeneinheit an deren aus dem Zylinderrohr ragenden Teil angeordnet. Ein bodenseitiges Befestigungsmodul wird an dem als Bodenverschlussteil ausgebildeten zweiten Verschlussteil angeordnet.
Im Verfahrensschritt b) erfolgt gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung das Herstellen der definierten Lagebeziehung ferner des jeweiligen Befestigungsmoduls zu der betreffenden Komponente.
Das Befestigungsmodul wird temporär sowie relativ zu der betreffenden Komponente der Vorbaugruppe fixiert. Die temporäre Fixierung erfolgt analog zu den bereits beschriebenen Methoden. Es können aber auch zusätzliche Mittel zur Fixierung vorgesehen werden
Im Verfahrenschritt c) erfolgt gemäß der ersten Variante dieser vorteilhaften Weiterbildung das Verschweißen des kolbenstangenseitigen Befestigungsmoduls unter Herstellung einer ersten Befestigungsmodulschweißnaht.
Das kolbenstangenseitige Befestigungsmodul wird im Verfahrensschritt c) mit der Kolbenstange verschweißt. Dies erfolgt vorzugsweise analog zum Verschweißen der restlichen Komponenten der erweiterten Vorbaugruppe. Die erzeugte erste Befestigungsmodulschweißnaht verbindet das kolbenstangenseitige Befestigungsmodul mit der Kolbenstange.
Gemäß der zweiten Variante derselben Weiterbildung erfolgt im Verfahrensschritt c) das Verschweißen des Bodenverschlussteils mit dem bodenseitigen Befestigungungsmodul unter Herstellung einer zweiten Befestigungsmodulschweißnaht.
Dies erfolgt analog zum Verschweißen des kolbenstangenseitigen Befestigungsmoduls. Die zweite Befestigungsmodulschweißnaht verbindet das bodenseitige Befestigungsmodul mit dem Bodenverschlussteil.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von Fig. 1 Differenzialarbeitszylinder (Übersicht)
Fig. 2 Vergrößerungsausschnitt am führungsseitigen Zylinderrohrende
Fig. 3 Vergrößerungsausschnitt am bodenseitigen Zylinderrohrende
Fig. 4 Vergrößerung einer Laserschweißnaht zur Darstellung des
Querschnitts und des Ringschweißnahtwinkels beta
Fig. 5 Plungerzylinder mit 90 Grad-Schweißnaht und vorgelagertem O-Ring
Fig. 6 Vergrößerungsausschnitt zu Fig. 5 zur Darstellung des O-Rings und des Ringabschnitts
Fig. 7 Gleichgangzylinder mit negativ schräg geneigter Schweißnaht
Fig. 8 Vergrößerungsausschnitt zu Fig. 7 zur Darstellung der konkaven Aufnahmekontur
Fig. 9 Vergrößerungsausschnitt zu Fig. 7 in Explosionsdarstellung
Fig. 10 Teleskopzylinder mit Kombination aus 90 Grad-Schweißnaht und Schrägnaht
Fig. 11 Schematische Darstellung eines Bodenverschlussteils mit 0 Grad- Schweißnaht näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des
Arbeitszylinders 1 als Differenzialarbeitszylinder. Der Differenzialarbeitszylinder 1 setzt sich aus dem Zylinderrohr 2, dem ersten Verschlussteil 3, hier ausgebildet als Führungsverschlussteil, dem zweiten Verschlussteil 4, hier ausgebildet als Bodenverschlussteil und der Kolbeneinheit 5 zusammen. Die Kolbeneinheit weist den Kolben 5a und die Kolbenstange 5b auf.
In dieser Ausführung sind an der Kolbenstange 5b das kolbenstangenseitige Befestigungsmodul 15 und an dem als Bodenverschlussteil ausgebildeten zweiten Verschlussteil 4 das bodenseitige Befestigungsmodul 17 angeordnet. Den beiden Befestigungsmodule 15, 17 sind jeweils Befestigungsbolzen 15a, 17a, zugeordnet, welche nicht Bestandteil der Erfindung sind und lediglich zur besseren Übersicht dargestellt sind.
Die Kolbeneinheit 5 ist bezogen auf den Kolben 5a und mit Abschnitten der Kolbenstange 5b im Zylinderinnenraum 8 angeordnet, wobei die Kolbenstange 5b das als Führungsverschlussteil ausgebildete erste Verschlussteil 3 gleitend durchsetzt.
Das als Führungsverschlussteil ausgebildete erste Verschlussteil 3 verschließt das Zylinderrohr 2 an dem ersten Zylinderrohrende 6, hier dem führungsseitigen Zylinderrohrende und das als Bodenverschlussteil ausgebildete zweite Verschlussteil 4 verschließt das zweite Zylinderrohrende 7, hier das bodenseitige Zylinderrohrende.
Die beiden Zylinderrohrenden 6, 7 sind angeschrägt und besitzen somit eine größere Kontaktfläche zu den beiden Verschlussteilen 3, 4. Die beiden Verschlussteile 3, 4 sind in dieser Ausführung so gestaltet, dass sie mit einem zylindrischen Abschnitt teilweise und passgenau in das Zylinderrohr hineinragen und somit einfacher zur Vorbaugruppe gefügt werden können.
Die Hauptlängsachse 14 des Zylinderrohrs 2 verläuft mittig und längs durch den Arbeitszylinder 1.
In Fig. 2 wird eine Vergrößerung des Bereichs des ersten Zylinderrohrendes 6 dargestellt. Es handelt sich hierbei um das führungsseitige Zylinderrohrende. Hier werden besonders die geometrischen Verhältnisse der ersten umlaufenden Laserringschweißnaht 9 dargestellt. Während des Verschweißens wird in dieser Ausführung mit einem Laser entlang der Ringschweißnahtmittelachse 13 die erste umlaufende Laserringschweißnaht 9 erzeugt. Diese verläuft entlang der Kontaktfläche zwischen dem ersten Zylinderrohrende 6 und dem ersten Verschlussteil 3. Hierzu wird die zuvor zusammengesetzte und temporär fixierte Vorbaugruppe aus dem Zylinderrohr 2, dem ersten Verschlussteil 3, dem zweiten Verschlussteil 4, der Kolbeneinheit 5 und den beiden Befestigungsmodulen 15, 17 um die Hauptlängsachse des Zylinderrohrs 14 sowie vor dem Laser rotiert.
Die Ringschweißnahtmittelachse 13 verläuft mittig durch die erste umlaufende Laserringschweißnaht 9 und schließt in ihrer Verlängerung mit der Hauptlängsachse des Zylinderrohrs 14 den Ringschweißnahtneigungswinkel alpha ein. Die Ringschweißnahttiefe 11 ist die Länge der Ringschweißnahtmittelachse 13, welche in der tatsächlichen Laserringschweißnaht 9 verläuft. Die Ringschweißnahttiefe 11 ist durch die Anwinkelung länger als die Zylinderrohrwanddicke 12. Die Ringschweißnahttiefe entspricht der Hypotenuse eines mittels der Ringschweißnaht, der Zylinderrohrwanddicke 12 und einer Lotrechten gebildeten rechtwinkligen Dreiecks.
In dieser Darstellung ist ferner die erste Befestigungsmodulschweißnaht 16 zwischen dem kolbenstangenseitigen Befestigungsmodul 15 und der Kolbenstange 5b ersichtlich. Diese wird mit demselben Laserschweißverfahren wie die erste umlaufende Laserringschweißnaht 9 erzeugt.
Weiterhin ist auch die gleitende Lagerung der Kolbenstange 5b im als Führungsverschlussteil ausgebildeten ersten Verschlussteil 3 mit Führung 20 und Dichtung 19 dargestellt.
In Fig. 3 ist ein Bereich des bodenseitiges Zylinderrohrendes, bei dem es sich um das zweite Zylinderrohrende 7 handelt, vergrößert dargestellt.
Der Aufbau der Darstellung entspricht weitestgehend Fig. 2. Das Verbinden von dem als Bodenverschlussteil ausgebildetem zweiten Verschlussteil 4 mit dem zweiten Zylinderrohrende 7 erfolgt analog zum Verbinden von dem als Führungsverschlussteil ausgebildeten ersten Verschlussteil 3 mit dem ersten Zylinderrohrende 6 (siehe Fig. 2) mittels eines Laserschweißverfahrens. Hier ist die zweite Laserringschweißnaht 10 ausgebildet.
Zusätzlich zu Fig. 2 zeigt diese Darstellung den Kolben 5a, wie er den Zylinderinnenraum 8 in einen Kolbenbodenarbeitsraum 8a und einen Kolbenstangenarbeitsraum 8b aufteilt. Beide Arbeitsräume 8a, 8b werden getrennt voneinander über die Fluidanschlüsse mit einen hydraulischen Druckmedium beaufschlagt, wodurch der als Diffenzialzylinder ausgebildete Arbeitszylinder 1 betrieben wird.
Analog zum kolbenstangenseitigen Befestigungsmodul 15 (siehe Fig. 2) wird auch das bodenseitige Befestigungsmodul 17 mittels einer Laserschweißnaht, der zweiten Befestigungsmodulschweißnaht 18, befestigt.
In Fig. 4 wird eine Laserschweißnaht vergrößert dargestellt. Die hier dargestellte erste Laserschweißnaht 9, zwischen dem ersten Zylinderrohrende 2 und dem ersten Verschlussteil 3, zeigt exemplarisch eine Laserschweißnaht gemäß der vorliegenden Erfindung auf.
Diese erste Laserschweißnaht 9 besitzt eine Ringschweißnahttiefe 11 und eine Ringschweißnahtmittelachse 13. In dieser Ausführung ist die Ringschweißnahttiefe 11 größer als die Zylinderrohrwanddicke 12.
Die Laserschweißnaht weist eine leichte Konizität auf. Legt man zwei Tangenten an die Randkontur der Laserschweißnaht so schneiden sich diese und schließen einen Ringschweißnahtwinkel beta ein. Die Ringschweißnahtmittelachse 13 ist gleichzeitig die Winkelhalbierende des Ringschweißnahtwinkels beta und schließt mit der Hauptlängsachse 14 den Ringschweißnahtneigungswinkel alpha ein. Weiterhin verläuft die Ringschweißnahtmittelachse 13 entlang der Kontaktfläche von erstem Zylinderrohrende 6 und erstem Verschlussteil 3. In dieser Ausführung beträgt der Ringschweißnahtneigungswinkel alpha 90 Grad.
In Fig. 5 wird ein Ausführungsbeispiel eines Arbeitszylinder, welcher als Plungerarbeitszylinder ausgeführt ist, dargestellt. Hierbei wird die Kolbeneinheit 5, welche als ein Tauchkolben ausgebildet ist, in dem Zylinderrohr 2 geführt. Zudem wird die Kolbeneinheit 5 in dem ersten Verschlussteil 3, welches als Führungsverschlussteil ausgebildet ist, geführt. Hierzu weist der Plungerzylinder die Führungen 20 auf. Das Führungsverschlussteil ist mittels der ersten Laserringschweißnaht 9 mit dem Zylinderrohr 2 an dessen erstem Zylinderrohrende 6 verbunden. Dem Führungsverschlussteil gegenüberliegend ist das zweite Verschlussteil 4, hier ausgebildet als Bodenverschlussteil, an dem zweiten Zylinderrohrende 7 mit dem Zylinderrohr 2 durch die zweite Laserringschweißnaht 10 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel weisen beide Laserringschweißnähte 9, 10 einen Ringschweißnahtneigungswinkel von 90 Grad auf.
Ergänzend gelten die in Fig. 1 zu einem Differenzialarbeitszylinder aufgeführten Bezugszeichen und Beschreibungsinhalte.
Der Plungerarbeitszylinder in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 weist zudem einen zusätzlichen ersten umlaufenden Dichtring 21 an dem ersten Verschlussteil 3 auf. Dieser zusätzliche Dichtring 21 wird auch als O-Ring bezeichnet und ist radial zwischen dem Zylinderohr 2 und dem ersten Verschlussteil 3 angeordnet und stellt eine druckdichte Dichtung bereit, welche die zweite umlaufende Laserringschweißnaht 10 gegen das Druckmedium druckdicht abtrennt.
In Fig. 6 ist der Bereich des Dichtrings 21 (O-Ring) an dem ersten Verschlussteil 3 aus Fig. 5 vergrößert dargestellt. Der Dichtring 21 (O-Ring) ist hier detaillierter dargestellt und befindet sich in räumliche Nähe zu der ersten umlaufenden Laserringschweißnaht 9. Der Dichtring 21 (O-Ring) besteht in dieser Ausführung aus einem elastischen Polymer. Der Wärmeeintrag beim Laserschweißen bleibt hinreichend gering, um den Dichtring 21 (O-Ring) trotz des Nahbereichs zur ersten Laserringschweißnaht 9 nicht zu beschädigen. Axial betrachtet befindet sich zwischen dem Dichtring 21 (O-Ring) und der ersten Laserringschweißnaht 9 ein druckgetrennter Ringabschnitt 22. In diesem druckgetrennten Ringabschnitt 22 liegt zylinderrohrinnenseitig der Betriebsdruck des Druckmediums nicht an, so dass von dem Druckmedium in diesem Bereich radial keine Kräfte auf das Zylinderrohr 2 wirken. Damit wird in diesem Bereich das Zylinderohr 2 nicht mit Beulungskräften belastet und die erste Laserringschweißnaht 9 entlastet.
In dieser Ausführung verläuft die Ringschweißnahtmittelachse 13 senkrecht zur Hauptlängsachse 14 des Arbeitszylinders 1.
Fig. 7 zeigt einen Gleichgangarbeitszylinder mit negativ schräg geneigter Schweißnaht. Bei dem Gleichgangarbeitszylinder sind beide Verschlussteile 3, 4 als Führungsverschlussteile ausgebildet. Der Kolben 5a ist im axial mittleren Bereich der Kobenstange 5b angeordnet, welche durch beide Verschlussteile 3, 4 geführt wird.
Die beiden Zylinderrohrenden 6, 7 werden in diesem Ausführungsbeispiel jeweils in eine konkave Aufnahmekontur 23 in den beiden Verschlussteilen 3, 4 eingeschoben und dort mittels des Laserschweißverfahrens verschweißt. Die Laserringschweißnaht 9, 10 ist hier negativ schräg geneigt, was eine entgegengesetzte Anschrägung der Kontaktflächen (im Vergleich beispielsweise zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1) von Verschlussteil 3, 4 und Zylinderrohrende 6, 7 bedeutet.
In Fig. 8 ist das Ausführungsbeispiel aus Fig.7 in einer Vergrößerung detaillierter dargestellt
Das zweite Zylinderohrende 7 ist hier bereits in die keilförmig ausgebildete konkave Aufnahmekontur 23 eingeschoben und mittels der zweiten umlaufenden Laserringschweißnaht 10 mit dem zweiten Verschlussteil 4 verschweißt.
Die Ringschweißnahtmittelachse 13 schließt mit der Hauptlängsachse 14 den Ringschweißnahtneigungswinkel alpha ein.
Der Ringschweißnahtwinkel alpha weist hierbei einen Winkel größer als 90 Grad, im Ausführungsbeispiel von etwa 120 Grad, auf.
In Fig. 9 sind die Kopplungspartner gemäß Fig. 8 ergänzend in einer schematischen Explosionsansicht dargestellt. Fig. 8 zeigt das erste Zylinderrohrende 6 und das erste Verschlussteil 3 mit der keilförmigen konkaven Aufnahmekontur 23 vor dem Fügen. Die konkave Aufnahmekontur 23 ist so ausgebildet, dass sie das erste Zylinderrohrende 6 aufnehmen kann und mit ihm eine gemeinsame Kontaktfläche bildet, an der dann die erste Laserringschweißnaht 9 angeordnet ist. Fig. 9 zeigt, dass sich die konkave Aufnahmekontur 23 axial in Richtung des Zylinderrohrs 2 öffnet. Radial von innen auf das Zylinderrohr 2 wirkende Beulungskräfte werden so formschlüssig von einer radialen Übergreifung 24 aufgenommen. Hierbei handelt es sich um den geneigten Abschnitt der konkaven Aufnahmekontur 23
In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel als Teleskoparbeitszylinder dargestellt. Der Teleskoparbeitszylinder besitzt im Vergleich zu den vorher beschriebenen Zylinderarten ein weiteres Zylinderrohr 2a, welches in dem Zylinderrohr 2 angeordnet ist, sowie ein weiteres Verschlussteil 3a. Das erste Verschlussteil 3 und das weitere Verschlussteil 3a sind als Führungsverschlussteile ausgebildet. Das weitere Zylinderrohr 2a ist mit dem weiteren Verschlussteil 3a über eine weitere umlaufende Laserringschweißnaht 9a verschweißt.
In diesem Ausführungsbeispiel werden zudem gerade Laserringschweißnähte (Ringschweißnahtneigungswinkel alpha = 90 Grad) mit schrägen Laserringsschweißnähten (Ringschweißnahtwinkel alpha < 90 Grad) kombiniert.
In dieser Ausführung sind die erste umlaufende Laserringschweißnaht 9 an dem ersten Verschlussteil 3 und die weitere umlaufende Laserringschweißnaht 9a an dem weiteren Verschlussteil 3a als eine schräge Laserschweißnaht und die zweite umlaufende Laserringschweißnaht 10 an dem zweiten Verschlussteil 10 als gerade Laserschweißnaht ausgebildet.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Ausführungsbeispiels, bei welchem die zweite umlaufende Laserringschweißnaht 10 parallel zur Hauptlängsachse verläuft.
Dabei wird das zweite Verschlussteil 4, ausgebildet als Bodenverschlussteil, radial von dem zweiten Zylinderrohr 2 umfasst. Dabei bilden im Ausführungsbeispiel das zweite Verschlussteil 4 und die Ringfläche des Zylinderohrs 2 eine gemeinsame Stirnfläche aus. Es ist aber auch möglich, dass einer der Kopplungspartner gegenüber dem anderen Kopplungspartner axial übersteht oder zurückspringt.
Die Ringschweißnahtmittelachse 13 schneidet die Hauptlängsachse 14 nicht. Der Ringschweißnahtneigungswinkel alpha beträgt 0 Grad. Verwendete Bezugszeichen
1 Arbeitszylinder
2 Zylinderrohr
2a weiteres Zylinderrohr
3 erstes Verschlussteil
3a weiteres Verschlussteil
4 zweites Verschlussteil
5 Kolbeneinheit
5a Kolben
5b Kolbenstange
6 erstes Zylinderrohrende
7 zweites Zylinderrohrende
8 Zylinderinnenraum
8a Kolbenbodenarbeitsraum
8b Kolbenstangenarbeitsraum
9 erste umlaufende Laserringschweißnaht
10 zweite umlaufende Laserringschweißnaht
11 Ringschweißnahttiefe
12 Zylinderrohrwanddicke
13 Ringschweißnahtmittelachse
14 Hauptlängsachse
15 kolbenstangenseitiges Befestigungsmodul
15a Befestigungsbolzen des kolbenstangenseitigen Befestigungsmoduls
16 erste Befestigungsmodulschweißnaht
17 bodenseitiges Befestigungsmodul
17a Befestigungsbolzen des bodenseitigen Befestigungsmoduls
18 zweite Befestigungsmodulschweißnaht
19 Dichtung
20 Führung
21 umlaufender Dichtring 22 druckgetrennter Ringabschnitt
23 konkave Aufnahmekontur
24 radiale Übergreifung a Ringschweißnahtneigungswinkel alpha ß Ringschweißnahtwinkel beta

Claims

Patentansprüche
1. Arbeitszylinder (1), aufweisend ein Zylinderrohr (2), ein erstes Verschlussteil (3), ein zweites Verschlussteil (4) und eine Kolbeneinheit (5), wobei das Zylinderrohr (2) ein erstes Zylinderrohrende (6) und ein zweites Zylinderrohrende (7) aufweist, wobei das erste Verschlussteil (3) an dem ersten Zylinderrohrende (6) angeordnet ist, wobei das zweite Verschlussteil (4) an dem zweiten Zylinderrohrende angeordnet (7) ist, wobei das Zylinderrohr (2) und die Verschlussteile (3, 4) einen Zylinderinnenraum (8) ausbilden, wobei die Kolbeneinheit (5) in dem Zylinderinnenraum (8) mindestens einen Arbeitsraum ausbildet wobei die Kolbeneinheit (5) das erste Verschlussteil (3) gleitend durchsetzt dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verschlussteil (3) mit dem Zylinderrohr (2) mittels einer ersten umlaufenden Laserringschweißnaht (9) und das zweite Verschlussteil (4) mit dem Zylinderrohr (2) mittels einer zweiten umlaufenden Laserringschweißnaht (10) stoffschlüssig verbunden ist und die Laserringschweißnähte (9, 10) jeweils eine fluiddichte Dichtebene (10) ausbilden.
2. Arbeitszylinder (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (1) doppelt wirkend und als Differenzialarbeitszylinder ausgebildet ist, wobei das erste Verschlussteil (3) als Führungsverschlussteil und das zweite Verschlussteil (4) als Bodenverschlussteil ausgebildet ist, wobei es sich bei dem ersten Zylinderrohrende (6) um ein führungsseitiges Zylinderrohrende und bei dem zweiten Zylinderrohrende (7) um ein bodenseitiges Zylinderrohrende handelt, wobei die Kolbeneinheit (5) einen Kolben (5a) und eine Kolbenstange (5b) aufweist, wobei der Kolben (5a) in dem Zylinderinnenraum (8) angeordnet ist und den Zylinderinnenraum (8) in einen Kolbenbodenarbeitsraum (8a) und einen Kolbenstangenarbeitsraum (8b) trennt und wobei die Kolbenstange (5b) das Führungsverschlussteil (3) gleitend durchsetzt.
3. Arbeitszylinder (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (1) doppelt wirkend und als Gleichgangzylinder ausgebildet ist, wobei das erste Verschlussteil (3) als Führungsverschlussteil und das zweite Verschlussteil (4) als weiteres Führungsverschlussteil ausgebildet ist, wobei die Kolbeneinheit (5) einen Kolben (5a) und eine Kolbenstange (5b) aufweist, wobei der Kolben (5a) in dem Zylinderinnenraum (8) angeordnet ist und den Zylinderinnenraum (8) in einen ersten Kolbenstangenarbeitsraum und einen zweiten Kolbenstangenarbeitsraum trennt und wobei die Kolbenstange (5b) das Führungsverschlussteil und das weitere Führungsverschlussteil gleitend durchsetzt.
4. Arbeitszylinder (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (1) einfach wirkend und als Plungerzylinder ausgebildet ist, wobei das erste Verschlussteil (3) als Führungsverschlussteil und das zweite Verschlussteil (4) als Bodenverschlussteil ausgebildet ist, wobei es sich bei dem ersten Zylinderrohrende (6) um ein führungsseitiges Zylinderrohrende und bei dem zweiten Zylinderrohrende (7) um ein bodenseitiges Zylinderrohrende handelt, wobei die Kolbeneinheit (5) durch einen Tauchkolben ausgebildet ist, wobei der Tauchkolben in dem Zylinderinnenraum (8) angeordnet ist und in dem Zylinderinnenraum (8) einen Arbeitsraum ausbildet und wobei der Tauchkolben das Führungsverschlussteil (3) gleitend durchsetzt.
5. Arbeitszylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zylinderinnenraum (8) zwischen dem ersten Verschlussteil (3) und einer Zylinderrohrinnenwandung des Zylinderrohrs (2) an dessen erstem Zylinderrohrende (6) axial beabstandet von der ersten Laserringschweißnaht (9) ein erster umlaufender Dichtring (21) angeordnet ist, der einen ersten druckgetrennten Ringabschnitt (22), angeordnet zwischen dem ersten umlaufenden Dichtring (21) und der ersten Laserringschweißnaht (9), ausbildet und/oder dass in dem Zylinderinnenraum (8) zwischen dem zweiten Verschlussteil (4) und einer Zylinderrohrinnenwandung des Zylinderrohrs (2) an dessen zweitem Zylinderrohrende (7) axial beabstandet von der zweiten Laserringschweißnaht (10) ein zweiter umlaufender Dichtring angeordnet ist, der einen zweiten druckgetrennten Ringabschnitt, angeordnet zwischen dem zweiten umlaufenden Dichtring und der zweiten Laserringschweißnaht (10), ausbildet.
6. Arbeitszylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserringschweißnähte jeweils eine Ringschweißnahttiefe (11) aufweisen, wobei die Ringschweißnahttiefe (11) zu einer Zylinderrohnwanddicke (12) ein Verhältnis von 1,1 bis 2,5 aufweist.
7. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Laserringschweißnähte (9, 10) jeweils eine Ringschweißnahtmittelachse (13) aufweisen, wobei die Ringschweißnahtmittelachse (13) mit einer Hauptlängsachse (14) des Zylinderrohrs (2) einen Ringschweißnahtneigungswinkel alpha einschließt, wobei alpha 20 bis 70 Grad beträgt.
8. Arbeitszylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verschlussteil (3, 4) eine sich axial öffnende, umlaufende konkave Aufnahmekontur aufweist, in die das Zylinderrohr eingreift, wobei die Aufnahmekontur das Zylinderrohr radial übergreift und dass der Ringschweißnahtneigungswinkel alpha 110 bis 160 Grad beträgt.
9. Arbeitszylinder (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Laserringsschweißnähte stirnseitig axial angeordnet ist und der Ringschweißnahtneigungswinkel alpha 180 Grad beträgt.
10. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1 ), wobei der Arbeitszylinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, aufweisend folgende Verfahrensschritte: a) Fügen des Zylinderrohrs (2), des ersten Verschlussteils (3), des zweiten Verschlussteils (4) und der Kolbeneinheit (5) zu einer Vorbaugruppe, b) Herstellen einer festen relativen Lagebeziehung zwischen dem Zylinderrohr (2), dem ersten Verschlussteil (3) und dem zweiten Verschlussteil (4) c) Durchführen des Laserverschweißens des Zylinderrohrs (2) mit dem ersten Verschlussteil (3) unter Herstellung der ersten Laserringschweißnaht (9) und mit dem zweiten Verschlussteil (4) unter Herstellung der zweiten Laserringschweißnaht (10).
11. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) das Fügen des Zylinderrohrs (2), des als Führungsverschlussteil ausgebildeten ersten Verschlussteils (3), des als Bodenverschlussteil ausgebildeten zweiten Verschlussteils (4) und der aus dem Kolben (5a) und der Kolbenstange (5b) gebildeten Kolbeneinheit (5), wobei die Kolbenstange (5b) das erste Verschlussteil (3) gleitend durchsetzt, zu einer Vorbaugruppe eines Differenzialarbeitszylinders erfolgt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) das Fügen des Zylinderrohrs (2), des als Führungsverschlussteil ausgebildeten ersten Verschlussteils (3), des als weiteres Führungsverschlussteil ausgebildeten zweiten Verschlussteils (4) und der aus dem Kolben (5a) und der Kolbenstange (5b) gebildeten Kolbeneinheit (5) zu einer Vorbaugruppe eines Gleichgangzylinders erfolgt, wobei die Kolbenstange (5b) beide Verschlussteile (3, 4) gleitend durchsetzt.
13. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) das Fügen des Zylinderrohrs (2), des als Führungsverschlussteil ausgebildeten ersten Verschlussteils (3), des als Bodenverschlussteil ausgebildeten zweiten Verschlussteils (4) und der als Tauchkolben ausgebildeten Kolbeneinheit (5) zu einer Vorbaugruppe eines Plungerzylinders erfolgt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist und dass im Verfahrensschritt c) das Laserschweißen zur Herstellung der Laserringschweißnähte (9, 10) mit einem Ringschweißnahtneigungswinkel alpha von 20 bis 70 Grad erfolgt.
15. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1 ) dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 ausgebildet ist und dass im Verfahrensschritt c) das Laserschweißen zur Herstellung der Laserringschweißnähte (9, 10) mit einem Ringschweißnahtneigungswinkel alpha von 110 bis 160 Grad durchgeführt wird.
16. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1) dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 9 ausgebildet ist und dass im Verfahrensschritt c) das Laserschweißen zur Herstellung der Laserringschweißnähte (9, 10) axial stirnseitig und mit einem Ringschweißnahtneigungswinkel alpha von 110 bis 160 Grad durchgeführt wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) das Fügen ferner eines kolbenstangenseitigen Befestigungmoduls (15) zu der Vorbaugruppe erfolgt, dass im Verfahrensschritt b) das Herstellen der festen relativen Lagebeziehung ferner des kolbenstangenseitigen Befestigungsmoduls (15) erfolgt und dass im Verfahrensschritt c) das Verschweißen der Kolbenstange (5b) mit dem kolbenstangenseitigen Befestigungsmoduls (15) unter Herstellung einer ersten Befestigungsmodulschweißnaht (16) erfolgt.
18. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) das Fügen ferner eines bodenseitigen Befestigungsmoduls (17) zu der Vorbaugruppe erfolgt, wobei im Verfahrensschritt b) das Herstellen der festen relativen Lagebeziehung ferner des bodenseitigen Befestigungsmoduls (17) erfolgt, wobei im Verfahrensschritt c) das Verschweißen des zweiten Verschlussteils
(4) mit dem bodenseitigen Befestigungsmoduls (17) unter Herstellung einer zweiten Befestigungsmodulschweißnaht (18) erfolgt. HIERZU ELF SEITEN ZEICHNUNGEN
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