EP4619646A1

EP4619646A1 - Arbeitszylinder

Info

Publication number: EP4619646A1
Application number: EP23798088.3A
Authority: EP
Inventors: Josef Bueter
Original assignee: Buemach Engineering International BV
Current assignee: Buemach Engineering International BV
Priority date: 2022-11-14
Filing date: 2023-09-28
Publication date: 2025-09-24
Also published as: JP2025535999A; DE112023004782A5; WO2024104517A8; DE202022002445U1; WO2024104517A1; CN120202354A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder, aufweisend einen Zylinder (11) und eine Kolbeneinheit (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (11) einen bodenseitigen Gelenkkopf (20) aufweist, der einen bodenseitigen Gelenkkopfgrundkörper (21) und ein bodenseitiges Gelenklager (22) aufweist, dass der bodenseitige Geienkopfgrundkörper (21) als ein Ringkörper ausgebildet ist und eine bodenseitige konzentrische Aufnahmebohrung (23), in der das bodenseitige Gelenklager (22) aufgenommen ist, sowie eine bodenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche (24) aufweist, dass das Bodenverschlussteil (15) einen Bodenverschlussteilformabschnitt (15.1) aufweist, der als monolithischer Abschnitt des Bodenverschlussteils (15) ausgebildet ist und sich axial über einer äußeren Bodenverschlussteildeckfläche (15.2) erhebt und eine radiusbegleitende stegförmige Grundform aufweist, dass der Bodenverschlussteilformabschnitt (15.1) einen konkaven Einzug aufweist, der einen bodenseitigen Aufnahmeabschnitt (15.3) ausbildet, der eine zu der bodenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelfläche (24) korrespondierende bodenseitige radiale Innenmantelfläche (15.4) aufweist und dass der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper (21) an einer bodenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelteilflläche (25) mit dem Bodenverschlussteil (15) an der bodenseitigen radialen Innenmantelfläche (15.4) mittels einer bodenseitigen Laserringsegmentschweißnaht (26) verschweißt ist.

Description

Arbeitszylinder

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit Kopplungsabschnitten für eine gelenkige Kopplung mit einer zu betätigenden Vorrichtung.

Aus den Stand der Technik ist es bekannt, Arbeitszylinder mit zu betätigenden Vorrichtungen über Anschlussmodule zum Zweck der Kraftübertragung zu koppeln. Hierbei sind als Anschlussmodule aus dem Stand der Technik insbesondere Gelenkköpfe bekannt.

Gelenkköpfe werden insbesondere als Brennteile oder Schmiedeteile hergestellt und nehmen in einem Gelenkauge ein Gelenklager auf, dass unterschiedliche Freiheitsgrade aufweisen kann, um den Arbeitszylinder frei von Biegespannungen ankoppeln zu können.

Zur Kopplung an ein Bodenverschlussteil ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Gelenkkopf mittels MAG-Verschweißung stoffschlüssig zu koppeln. Hierzu muss nachteilig nicht nur die Größe, sondern auch die Form der Gelenkköpfe in Abhängigkeit von dem zu koppelnden Arbeitszylinder festgelegt werden, wodurch deren Bereitstellung verteuert wird. In der Regel wird der Gelenkkopf mit einem geraden Außenkonturabschnitt versehen, der plan auf die Deckfläche des Bodenverschlussteils aufgeschweißt wird. Zur Aufnahme der hohen Kräfte wird die MAG-Schweißnaht großzügig dimensioniert. Der als Schweißraupe in der Kehle vorliegende Materialauftrag, der bis zu 15 mm betragen kann, erfordert nachteilig eine entsprechende Zulage bezogen auf den Abstand des Außenkonturabschnitts zum sogenannten Gelenkauge, um einen ausreichenden freien Bewegungsraum um das Gelenkauge herum sicherzustellen. Wegen des großen Wärmeeintrags bei der Verschweißung können nachteilig entweder temperaturempfindliche Bauteile, wie insbesondere Gelenklager, erst nach der Verschweißung montiert werden oder es muss eine Materialzulage am Gelenkkopf von regelmäßig mindestens 30 % der Masse vorgesehen werden, um die Wärme ausreichend ableiten zu können.

Bestätigungskopie Zur Kopplung eines Gelenkkopfes an einer Kolbenstange ist aus dem Stand der Technik insbesondere eine Verschraubung bekannt. Hierfür muss zum einen an der Kolbenstange ein Außengewinde eingefräst werden und zum anderen der Gelenkkopf mit einem Sackloch mit einem Innengewinde vorbereitet werden. Neben dem erheblichen Aufwand für die Herstellung der Gewindepaarung muss nachteilig auch eine notwendige Mindestbaulänge des Gewindes beachtet werden, zu der gegebenenfalls noch eine weitere Längenzulage für ebenfalls zu fräsende Schlüsselflächen, die für das Aufbringen eines Drehmoments oder zum Gegenhalten bei der Verschraubung bestimmt sind, hinzukommen kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen mittels Gelenkkopf koppelbaren Arbeitszylinder bereitzustellen, der einen geringen Bauraum beansprucht sowie mit einem verminderten Materialeinsatz und Zeitaufwand herstellbar ist.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 sowie nach einem weiteren Aspekt der Erfindung durch die im Schutzanspuch 8 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder weist als Grundelemente einen Zylinder und eine Kolbeneinheit auf und ist durch einen in besonderer Weise ausgebildeten Kopplungsabschnitt mit Gelenkkopf gekennzeichnet.

Der Zylinder des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders weist in an sich bekannter Weise ein Zylinderrohr, ein erstes Verschlussteil und ein zweites Verschlussteil auf.

Das Zylinderrohr weist hierbei zwei gegenüberliegende Zylinderrohrenden auf. Die zwei gegenüberliegenden Zylinderrohrenden werden nachfolgend als das erste Zylinderrohrende und als das zweite Zylinderrohrende sowie zusammengefasst als die Zylinderrohrenden bezeichnet. An dem ersten Zylinderrohrende ist das erste Verschlussteil und an dem zweiten Zylinderrohrende ist das zweite Verschlussteil angeordnet. Nachfolgend werden das erste Verschlussteil und das zweite Verschlussteil zusammengefasst auch als die Verschlussteile bezeichnet. Das erste Verschlussteil ist als Führungsverschlussteil und das zweite Verschlussteil als Bodenverschlussteil ausgebildet.

Das Zylinderrohr und die hieran angeordneten Verschlussteile bilden einen Zylinderinnenraum aus. Hierfür sind die beiden Verschlussteile dabei so ausgebildet, dass sie mit den jeweiligen Zylinderrohrenden druckdicht verbunden sind. Zum Verbinden werden die beiden Verschlussteile vorzugsweise jeweils entlang der umlaufenden gemeinsamen Kontaktfläche mit dem Zylinderrohr laserverschweißt.

Die Kolbeneinheit bildet in dem Zylinderinnenraum mindestens einen Arbeitsraum aus. Die Kolbeneinheit ist bevorzugt als eine Baugruppe aus Kolben und Kolbenstange ausgebildet, wobei die Kolbenstange das Führungsverschlussteil gleitend durchsetzt. Die Kolbeneinheit kann aber beispielsweise auch als Plungerkolben oder als eine Kolbeneinheit eines Gleichgangzylinders vorliegen. Es kann sich bei dem erfindungsgemäßen Arbeitszylinder aber auch um andere Typen, insbesondere auch um einen Differenzialarbeitszylinder oder Zugzylinder handeln. Bevorzugt handelt es sich um einen Hydraulikzylinder, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Die Kolbeneinheit weist einen äußeren Endabschnitt auf. Als äußerer Endabschnit ist der distale, sich außerhalb des Zylinderinnenraums befindende Kopfabschnitt der Kolbeneinheit, vorzugsweise der Kolbenstange, zu verstehen. Im Falle eines Plungerzylinders handelt es sich um den distalen Kopf des Tauchkolbens.

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder ist zudem durch einen in besonderer Weise ausgebildeten Kopplungsabschnitt gekennzeichnet.

Als Kopplungsabschnitt im Sinne der vorliegenden Erfindung wird der Teil des Arbeitszylinders verstanden, der mit einer zu betätigenden Vorrichtung, beispielsweise einem Baggerarm, verbunden ist und über den die von dem Arbeitszylinder bereitgestellten Kräfte übertragen oder die von der zu betätigenden Vorrichtung ausgehenden Kräfte aufgenommen werden. Die zu betätigende Vorrichtung selbst ist nicht Bestandteil des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders. Sie stellt lediglich den funktionalen Kontext des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders dar. An dem Arbeitszylinder sind im Regelfall zwei gegenüberliegende Kopplungsabschnitte angeordnet, wobei mindestens ein Kopplungsabschnitt erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Hierfür weist der Arbeitszylinder gemäß dem ersten unabhängigen Anspruch erfindungsgemäß einen bodenseitigen Gelenkkopf auf.

Der bodenseitige Gelenkkopf weist einen bodenseitigen Gelenkkopfgrundkörper und ein darin angeordnetes Gelenklager auf. Das Gelenklager dient einer reibungsoptimierten und in mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad momentfreien Kopplung des Arbeitszylinders mit einer zu betätigenden Vorrichtung mittels eines Kopplungsbolzens.

Der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper ist erfindungsgemäß als ein Ringkörper ausgebildet. Als Ringkörper wird ein rotationssymmetrisches Bauteil verstanden, dass entgegen den aus dem Stand der Technik bekannten Brenn- oder Schmiedeteilen in vorteilhafter Weise durch einfache Drehbearbeitung in hoher Präzision bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise weist der Ringkörper eine im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform auf.

Der bodenseitige Geienkopfgrundkörper weist eine konzentrische Aufnahmebohrung auf, in der das Gelenklager aufgenommen wird.

Zudem weist der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper eine Ringkörperaußenmantelfläche auf. Diese erstreckt sich umlaufend in radialer Richtung auf der Außenfläche des Ringkörpers. Das Bodenverschlussteil des Arbeitszylinders weist erfindungsgemäß einen in besonderer Weise ausgebildeten Bodenverschlussteilformabschnitt auf.

Der Bodenverschlussteilformabschnitt ist als ein monolithischer Abschnitt des Bodenverschlussteils ausgebildet und wird insbesondere durch eine Fräsbearbeitung bereitgestellt. Der Bodenverschlussteilformabschnitt erhebt sich von der äußeren Bodenverschlussteildeckfläche über die von ihr aufgespannte Ebene in axialer distaler Richtung. Der Bodenverschlussteilformabschnitt weist eine radius- begleitende stegförmige Grundform auf. Als stegförmige Grundform wird ein im Wesentlichen prismatischer Körper verstanden, dessen Grund- und Deckfläche quer zu der Bodenverschlussteildeckfläche angeordnet sind. Als radiusbegleitende Grundform wird verstanden, dass der Bodenverschlussteilformabschnitt einen konkaven Einzug in seiner im Wesentlichen prismatischen Grundform aufweist. An dem konkaven Einzug liegt eine konkav gekrümmte Fläche vor, die geometrisch einen Abschnitt einer Zylindermantelfläche ausbildet und nachfolgend als die bodenseitige radiale Innenmantelfläche bezeichnet wird.

Der konkave Einzug bildet einen Aufnahmeabschnitt aus. Der Aufnahmeabschnitt ist so geformt, dass dieser eine zu der radialen Ringkörperaußenmantelfläche korrespondierende radiale Innenmantelfläche aufweist. Die Form eines Zylindermantelflächenabschnitts des Aufnahmeabschnitts ermöglicht vorteilhaft eine flächige Aufnahme des Gelenkkopfgrundkörpers. Der Abschnitt der radialen Ringkörperaußenmantelfläche, der an der radialen Innenmantelfläche des konkaven Aufnahmeabschnitts des Bodenverschlussteilformabschnitts flächig anliegt, wird nachfolgend auch als Ringkörperaußenmantelteilfläche bezeichnet.

Diese Flächenauflage ermöglicht vorteilhaft eine hohe Kraftübertragung von Druckkräften, wie sie insbesondere in einem Ausfahrbetriebszustand des Arbeitszylinders vorliegt. Durch die korrespondierenden Flächen wird zugleich ein partieller Formschluss der Lagefestlegung zwischen dem Gelenkkopfgrundkörper und dem Bodenverschlussteil bereitgestellt, der einem Verdrehen und Verkippen des Gelenkkopfgrundkörpers entgegenwirkt. Der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper ist an einer radialen Ringkörperaußenmantelteilfläche der radialen Ringkörperaußenmantelfläche mit dem Bodenverschlussteil an der radialen Innenmantelfläche mittels einer bodenseitigen Laserringsegmentschweißnaht verschweißt. Die vollflächige Verschweißung von Gelenkkopfgrundkörper und Bodenverschlussteil an den korrespondierenden Flächen stellt die zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zwischen beiden Teilen her und ermöglicht die Übertragung von hohen Zugkräften, wie sie insbesondere bei einem Einfahrbetriebszustand des Arbeitszylinders vorliegen.

Die erfindungsgemäße Lösung für die Bereitstellung eines gelenkig koppelbaren Arbeitszylinders weist insbesondere nachfolgende Vorteile auf.

Es wurde mit einer Kombination aus einer flächigen Passung von korrespondierenden Zylindermantelteilflächen und einer präzisen Laserringsegmentschweißnaht überraschend eine Lösung geschaffen, mit der die langjährig bekannten Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen für die Herstellung von Gelenkköpfen in einfacher Weise überwunden werden. Es ist weder eine aufwändige Gewindefräsung erforderlich, noch treten die Nachteile einer ungenauen und mit hohem Materialauftrag verbundenen sowie stark wärmeeintragende MAG-Ver- schweißung auf.

Vorteilhaft kann zudem das Bodenverschlussteil in besonders einfacher und kostengünstiger Weise als ein Drehteil bereitgestellt werden. Auch der Bodenverschlussteilformabschnitt kann aufgrund seiner einfachen Geometrie mittels üblicher Fräsmaschinen im Zuge der Herstellung des Bodenverschlussteils in gleicher Technologie wie das Bodenverschlussteil ohne das Erfordernis einer weiteren Bearbeitungsstation hergestellt werden. Daraus ergibt sich ein großer Vorteil hinsichtlich des Fertigungsaufwands und der einhergehenden Fertigungskosten. Die geringe Streckenenergie der Laserverschweißung ermöglicht geringe Wärmeeinflusszonen, so dass thermische Schädigungen oder Verformungen des Bodenverschlussteils oder des Gelenkkopfgrundkörpers vermieden werden können. Insbesondere ist eine erfindungsgemäße Laserverschweißung auch bei bereits zuvor eingebrachten empfindlichen Bauteilen wie polymeren Dichtungen oder dergleichen möglich.

Zudem kann unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik, wie er bei einer MAG-Verschweißung auftritt, die Laserverschweißung des Gelenkkopfgrundkörpers mit dem Bodenverschlussteil auch bei einem bereits montierten Gelenklager erfolgen. Dies ermöglicht es, den Gelenkkopf vor der Verschweißung als fertige Baugruppe aus Gelenkkopfgrundkörper und Gelenklager in Massenfertigung und mit hoher Präzision herzustellen. Vorteilhaft werden so höhere Genauigkeiten und geringere Toleranzen erreicht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bodenverschlussteilformabschnitt zumindest abschnittweise eine bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung angeordnet ist.

Vorteilhaft wird nach dieser Weiterbildung der durch den Bodenverschlussteilformabschnitt bereitgestellte Bauraum zugleich für die Anordnung der Druckmittelanschlussbohrung genutzt. Durch die Nutzung der axial distalen Erhebung des Bodehverschlussteilformabschnitts kann somit die Baulänge des Arbeitszylinders bei gleicher Hublänge reduziert werden.

Vorteilhaft wird damit mittels des Bodenverschlussteilformabschnitts eine Funktionsintegration geschaffen, indem der Bodenverschlussteilformabschnitt zum ersten kraftübertragend den Gelenkkopf aufnimmt zum zweiten axial distal über die Bodenverschlussdeckfläche hinaus einen Bauraum zur Aufnahme der Druckmittelanschlussbohrung schafft.

In einer hierauf aufbauenden besonderen Variante ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass die bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung zumindest abschnittweise distal eine von einer Scheitellinie des Aufnahmeabschnitts aufgespannten Querebene zu einer Längsachse überschreitet. Die Scheitellinie des Aufnahmeabschnitts ist die Stelle, an der der Bodenverschlussteilformabschnitt die geringste Erhebung über der Bodenverschlussteildeckfläche aufweist und in einem montierten Zustand der Gelenkkopfgrundkörper am weitesten in proximaler Richtung reicht.

Der Druckmittelanschluss kann somit in dem Bodenverschlussteil in einem Bereich mit größter Materialüberdeckung und zugleich sehr weit distal angeordnet werden. Dadurch wird eine maximale Biegesteifigkeit des Anschlusses erreicht. Dies ermöglicht vorteilhaft eine besonders starke Reduzierung der Baulänge ohne Beeinträchtigung der Hublänge.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen stangenseitigen Gelenkkopf aufweist. Dieser bildet die stangenseitige gelenkige Ankopplung des Arbeitszylinders an eine zu betätigende Vorrichtung aus.

Auch der stangenseitige Gelenkkopf weist einen Gelenkkopfgrundkörper - nachfolgend bezeichnet als stangenseitiger Gelenkkopfgrundkörper - und ein Gelenklager - nachfolgend bezeichnet als stangenseitiges Gelenklager - auf. Die Beschreibungsinhalte zu dem bodenseitigen Gelenkkopf und dessen Anordnung an dem Arbeitszylinder gelten daher in entsprechender Weise auch für den stangenseitigen Gelenkkopf, soweit sich nicht aus den nachfolgenden Beschreibungsabschnitten Besonderheiten ergeben.

Der stangenseitige Gelenkkopfgrundkörper ist ebenfalls als Ringkörper ausgebildet. Er weist eine stangenseitige konzentrische Aufnahmebohrung auf. In dieser wird dementsprechend das stangenseitige Gelenklager aufgenommen. Wie der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper weist somit auch der stangenseitige Gelenkkopfgrundkörper eine im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform auf. Der Gelenkkopfgrundkörper weist weiterhin eine stangenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche auf. Die Kolbeneinheit weist an dem äußeren Endabschnitt einen stangenseitigen Formabschnitt auf.

Der stangenseitige Formabschnitt entspricht unter Beachtung der stangenseitigen Besonderheiten dem Bodenverschlussteilformabschnitt. Der stangenseitige Formabschnitt wird aus der zylindrischen Grundform des äußeren Endabschnitts der Kolbeneinheit vorzugsweise durch Fräsbearbeitung herausgearbeitet. Danach ist dieser als monolithischer Abschnitt der Kolbeneinheit ausgebildet. Entsprechend erhebt sich der stangenseitige Formabschnitt axial distal über den zylindrischen Abschnitt der Kolbeneinheit und weist eine stegförmige und radiusbegleitende Grundform aus. Der stangenseitige Formabschnitt weist einen konkaven Einzug auf, der einen stangenseitigen Aufnahmeabschnitt ausbildet. Weiterhin weist der stangenseitige Aufnahmeabschnitt eine zu der radialen Ringkörperaußenmantelfläche korrespondierende radiale Innenmantelfläche auf.

Der stangenseitige Formabschnitt bildet eine exakte Aufnahme-Gegenform im Durchmesser und vorzugsweise auch in der Breite zur Außenmantelfläche des Gelenkkopfgrundkörpers. Der stangenseitige Aufnahmeabschnitt wird vorzugsweise in der Länge durch den Außendurchmesser der Kolbenstange begrenzt.

Zur formschlüssigen Verbindung des stangenseitigen Formabschnitts mit dem stangenseitigen Gelenkkopfgrundkörper ist dieser an einer stangenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelteilfläche der stangenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelfläche mit der Kolbeneinheit an der stangenseitigen radialen Innenmantelfläche mittels einer stangenseitigen Laserringsegmentschweißnaht verschweißt.

Nach einer besonderen vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder mit bodenseitigem und stangenseitigem Gelenkkopf dadurch gekennzeichnet, dass der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper und der stangenseitige Gelenkkopfgrundkörper als baugleiche Bauteile ausgebildet sind. Vorteilhaft kann die Herstellung der Gelenkköpfe rationalisiert werden. Zudem ergeben sich auch für die Fertigungslogistik des Arbeitszylinders erhebliche Vorteile, da keine unterschiedlichen Gelenkköpfe für die Bodenseite und die Stangenseite beachtet werden müssen. In Verbindung mit der geringen thermischen Belastung durch die Laserringsegementverschweißung ist es vielmehr möglich, die Gelenkköpfe als fertige Baugruppe aus Grundkörper und Gelenklager in großen Stückzahlen und in hoher Qualität zu fertigen.

Darüber hinaus bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Gelenkköpfe in abgestuften Größen ohne spezifische Herstellervorgaben hergestellt werden können, und dass dann für eine Anpassung lediglich der Bodenverschlussteilformabschnitt oder der stangenseitige Formabschnitt entsprechend der jeweiligen Größe der in großen Stückzahlen verfügbaren Gelenkköpfe gefräst werden muss.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass die bodenseitige Laserringsegmentschweißnaht oder die stangenseitige Laserringsegmentschweißnaht als eine beidseitige Schweißnaht ausgebildet ist.

Vorteilhaft wird damit zum einen die Stabilität erhöht als auch gleichzeitig die thermische Belastung reduziert, weil die eingebrachte Streckenenergie zeitlich verteilt wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft gemäß dem nebengeordneten unabhängigen Anspruch einen Arbeitszylinder, der lediglich stangenseitig einen erfindungsgemäßen Gelenkkopf aufweist.

Der Grundaufbau des Arbeitszylinders bezogen auf den Zylinder, das Zylinderrohr, die Verschlussteile und die Kolbeneinheit entspricht dem Arbeitszylinder gemäß dem Hauptanspruch, so dass die dortigen Beschreibungsinhalte in entsprechender Weise auch für den Arbeitszylinder gemäß dem hier beschriebenen nebengeordneten selbstständigen Anspruch gelten. Ferner gelten in Bezug auf den stangen- seitigen Gelenkkopf und die Ausbildung des stangenseitigen Formabschnitts an dem äußeren Endabschnitt der Kolbeneinheit die Beschreibungsinhalte zu dem abhängigen Anspruch zu dem zusätzlichen stangenseitigen Gelenkkopf in entsprechender Weise.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

Fig. 1 schematische Schnittdarstellung des Arbeitszylinders

Fig. 2 schematische Darstellung der Kolbenstange als Seitenansicht

Fig. 3 schematische Darstellung des kolbenstangenseitigen Formabschnitts mit dem Ringkörper

Fig. 4 schematische Darstellung des Arbeitszylinders als Seitenansicht

Fig. 5 schematische Schnittdarstellung des bodenseitigen Abschnitts des Arbeitszylinders näher erläutert.

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Arbeitszylinders.

Dieser besteht in seinen Grundkomponenten aus einem Zylinder 11 und einer Kolbeneinheit 12. Das Zylinderrohr 13 ist mit einem Führungsverschlussteil 14 und Bodenverschlussteil 15 verschlossen und bildet somit einen Zylinderinnenraum 16 aus.

In diesem Ausführungsbeispiel weist der Arbeitszylinder sowohl bodenseitig als auch stangenseitig einen erfindungsgemäß ausgebildeten Gelenkkopf 20, 30 auf. Der bodenseitige Gelenkkopf 20 und auch der stangenseitige Gelenkkopf 30 ist jeweils als Ringkörper und hierbei konkret als Drehteil ausgebildet.

Der bodenseitige Gelenkkopf 20 weist den bodenseitigen Gelenkkopfgrundkörper 21 und in dessen bodenseitiger Aufnahmebohrung 23 eingepresst das bodenseitige Gelenklager 22 auf. Der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper 21 weist eine bodenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche 24 auf.

Das Bodenverschlussteil 15 weist zur Aufnahme des bodenseitigen Gelenkkopfs 20 einen in besonderer Weise ausgebildeten Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 auf, wobei in Fig. 1 die Schnittebene der Schnittansicht des Bodenverschlussteils längs durch den Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 führt. Der - wie in Fig. 4 besser ersichtlich - stegförmige Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 weist mit einer kreisförmigen, konkaven und den Radius der Gelenkkopfgrundkörpers 21 an seiner radialen Ringkörperaußenmantelfläche 24 begleitenden bodenseitige Aufnahmeabschnitt 15.3 auf. Der Aufnahmeabschnitt 15.3 bildet eine bodenseitige radiale Innenmantelfläche 15.4, deren Radius mit der bodenseitigen Ringkörperaußenmantelfläche 24 übereinstimmt. Der Teil der bodenseitigen Ringkörperaußenmantelfläche 24, der deckungsgleich ist mit der bodenseitigen radialen Innenmantelfläche 15.4, ist die bodenseitige radiale Ringkörperaußenmantelteilfläche 25. Diese beiden Flächen 15.4, 25 sind mittels der beidseitig eingebrachten bodenseitigen Laserringsegementschweißnaht 26 vollflächig stoffschlüssig verbunden. Durch die stoffschlüssige Verschweißung in Verbindung mit dem teilweisen Formschluss aufgrund der korrespondierenden Form der beiden Flächen 15.4, 25 ist sowohl fertigungstechnologisch vorteilhaft vor der Verschweißung eine zuverlässige Vorpositionierung als auch nach der Verschweißung eine besonders stabile Kopplung möglich. Zusätzlich ist in dem Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel abschnittsweise die bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung 15.5 angeordnet. Diese ist vorteilhaft so in dem Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 untergebracht, dass diese in eine von dem proximalen Scheitel 15.6 aufgespannte Querebene 15.7 eintaucht. Durch den beidseitig vom zylindrischen Durchmesser des Bodenverschlussteils 15 distal verschlankten Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 , ist im übrigbleibenden Steg ausreichend Platz für die bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung 15.5. Daher kann die axiale Erstreckung zwischen dem Kolben in seiner bodenseitigen Endlage am Bodenverschlussteil 15 und dem Anlenkpunkt des bodenseitigen Gelenkkopfs 20 wesentlich verringert werden, was einen entscheidenden Vorteil durch die reduzierte notwendige Bauraumlänge des Arbeitszylinders bedeutet.

Der stangenseitige Gelenkkopf 30 dient zur Anlenkung der Kolbeneinheit 12 an einer zu betätigenden Vorrichtung. Anlog zu dem bodenseitigen Gelenkkopf 20 ist auch in den stangenseitigen Gelenkkopf 30 ein stangenseitiges Gelenklager 32 integriert. Dies wird in der stangenseitigen Aufnahmebohrung 33 des stangenseitigen Gelenkkopfgrundkörpers 31 aufgenommen. Zur Aufnahme des stangenseitigen Gelenkkopfes 30 an dem äußeren Endabschnitt 12.5 der Kolbeneinheit 12 weist die Kolbenstange einen stangenseitigen Aufnahmeabschnitt 12.3 auf. Dieser bildet mit seiner konkaven Form den Gegenabschnitt zu der stangenseitigen Ringkörperaußenmantelteilfläche 35, die ein Abschnitt der stangenseitigen Ringkörperaußenmantelfläche 34 ist. Der stangenseitige Formabschnitt 12.1 ist in der Breite des stangenseitigen Gelenklagers 32 distal abgesetzt. Dort befindet sich das Vollquerschnittende 12.2.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Kolbenstange der Kolbeneinheit 12. Diese weist an deren äußerem Endabschnitt 12.5 den stangenseitigen Formabschnitt 12.1 auf, der zur Aufnahme des stangenseitigen Gelenkkopfs 30 ausgebildet ist. Hierfür ist der stangenseitige Formabschnitt 12.1 durch ein abtragendes Fertigungsverfahren, insbesondere durch Fräsen, aus dem zylindrischen Durchmesser der Kolbenstange geformt. Dazu werden beidseitig distal und parallel, zwei Ausnehmungsbereiche geschaffen. Es entsteht demzufolge ein Vollquerschnittsende 12.2 der Kolbenstange. Weiter wird der stangenseitige Aufnahmeabschnitt 12.3 am stangenseitigen Ende der Kolbenstange senkrecht zur Hauptlängsachse 17 eingebracht. Dieser beschreibt einen Kreisausschnitt mit dem gleichen Durchmesser, den der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper 21 aufweist.

Die Fig. 3 zeigt in einer schematischen Explosions-Darstellung die Kolbenstange und den stangenseitigen Gelenkkopf 30. Der stangenseitige Gelenkkopf 30 ist ferner zur besseren Darstellung leicht gekippt dargestellt. Im stangenseitigen Gelenkkopf 30 ist das stangenseitige Gelenklager 32 - in Fig. 3 zur Vereinfachung nicht dargestellt - im stangenseitigen Gelenkkopfgrundkörper 31 aufgenommen.

Die Kolbenstange weist an einem Ende einen stangenseitigen Formabschnitt 12.1 auf. Dieser wird durch eine Fräsbearbeitung des Bereichs bereitgestellt. Es entsteht ein Absatz, der aus dem Vollquerschnittsende 12.2 aufgrund der Materialabtragung durch die Bearbeitung resultiert. Für den stangenseitigen Formabschnitt 12.1 wird zunächst aus dem zylindrischen Stangenende durch beidseitigen symmetrische Ausfräsungen ein prismatischer Abschnitt als Vorstufe des stangenseitigen Formabschnitt 12.1 gewonnen. Zur Aufnahme des stangenseitigen Gelenkkopfs 30 ist nachfolgend ein zur zylindrischen Außenform des stangenseitigen Gelenkkopfs 30 korrespondierender konkaver stangenseitiger Aufnahmeabschnitt 12.3 eingearbeitet worden. Dieser bildet in axialer Richtung eine stangenseitige radiale Innenmantelfläche 12.4 aus. Diese dient der Aufnahme des stangenseitigen Gelenkkopfes 30, dessen zylindrische Außenform eine stangenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche 34 aufweist. Die Kontaktfläche zwischen der stangenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelfläche 34 und der stangenseitigen radialen Innenmantelfläche 12.4 bildet eine stangenseitige radiale Ringkörperaußenmantelteilfläche 35. Über diese Fläche werden alle Druckkräfte des Zylinders an eine Zylinderaufnahme übertragen. Zur stoffschlüssigen Montage wird eine Laserringsegmentschweißnaht 36 axial zu der stangenseitigen Aufnahmebohrung 33 zwischen die stangenseitige radiale Ringkörperaußenmantelteilfläche 35 und die radiale Innenmantelfläche 12.4 eingebracht, so dass sie diese Flächen 12.4, 35 verbindet. Damit sind die Kolbeneinheit 12 und der stangenseitigen Gelenkkopf 30 zuverlässig gekoppelt.

Fig. 4 zeigt als schematische Darstellung des Arbeitszylinders insbesondere die Lagebeziehungen von bodenseitigem Gelenkkopf 30 und Bodenverschlussteil 15. Hierbei weist auch das Bodenverschlussteil 15 eine ursprünglich zylindrische Form auf. Durch ebenfalls zwei Ausnehmungen, die sich distal zur Hauptlängsachse 17 des Zylinders erstrecken, wird der Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 ausgefräst. Dieser entspricht in seiner Stegbreite der axialen Erstreckung des bodenseitigen Gelenkkopfgrundkörpers 21. Vorteilhaft ist er somit zugleich ausreichend breit, sodass die bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung 15.5 ebenfalls hier angeordnet werden kann. Dadurch entsteht ein entscheidender Bauraumvorteil, da der Arbeitszylinder dadurch insgesamt kürzer gebaut werden kann. Als Übergang zum Zylinder sind das Zylinderrohr 13 und Bodenverschlussteil 15 im Ausführungsbeispiel ebenfalls laserverschweißt.

Fig. 5 zeigt ergänzend in einer Schnittdarstellung des bodenseitigen Abschnitts des Arbeitszylinders den Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 noch ohne den bodenseitigen Gelenkkopf 20, wobei die Strichlinie die aufgrund der Schnittebene nicht sichtbare Abgrenzung zu dem übrigen Bodenverschlussteil 15 sowie zugleich die Ebene der Bodenverschlussteildeckfläche 15.2 anzeigt. Der Bodenverschlussteilformabschnitt 15.1 weist den bodenseitigen Aufnahmeabschnitt 15.3 auf. Der Aufnahmeabschnitt 15.3 bildet die bodenseitige radiale Innenmantelfläche 15.4 aus.

Verwendete Bezugszeichen

11 Zylinder

12 Kolbeneinheit

12.1 stangenseitiger Formabschnitt

12.2 Vollquerschnittende

12.3 stangenseitiger Aufnahmeabschnitt

12.4 stangenseitige radiale Innenmantelfläche

12.5 äußerer Endabschnitt

13 Zylinderrohr

14 Führungsverschlussteil

15 Bodenverschlussteil

15.1 Bodenverschlussteilformabschnitt

15.2 Bodenverschlussteildeckfläche

15.3 bodenseitiger Aufnahmeabschnitt

15.4 bodenseitige radiale Innenmantelfläche

15.5 bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung

15.6 proximaler Scheitel

15.7 Querebene

16 Zylinderinnenraum

17 Hauptlängsachse

20 bodenseitiger Gelenkkopf

21 bodenseitiger Gelenkkopfgrundkörper

22 bodenseitiges Gelenklager

23 bodenseige Aufnahmebohrung

24 bodenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche

25 bodenseitige radiale Ringkörperaußenmantelteilfläche

26 bodenseitige Laserringsegmentschweißnaht stangenseitiger Gelenkkopf stangenseitiger Gelenkkopfgrundkörper stangenseitiges Gelenklager stangenseige Aufnahmebohrung stangenseitige radiale Rinkörperaußenmantelfläche stangenseitige radiale Rinkörperaußenmantelteilfläche stangenseitige Laserringsegmentschweißnaht

Claims

Patentansprüche

1. Arbeitszylinder, aufweisend einen Zylinder (11) und eine Kolbeneinheit (12), wobei der Zylinder (11) ein Zylinderrohr (13), ein Führungsverschlussteil (14) und ein Bodenverschlussteil (15) aufweist, wobei das Zylinderrohr (13) ein erstes Zylinderrohrende (13.1) und ein zweites Zylinderrohrende (13.2) aufweist, wobei das Führungsverschlussteil

(14) an dem ersten Zylinderrohrende (13.1) und das Bodenverschlussteil

(15) an dem zweiten Zylinderrohrende (13.2) angeordnet ist, und wobei das Zylinderrohr (13) und die Verschlussteile (14, 15) einen Zylinderinnenraum (16) ausbilden, wobei die Kolbeneinheit (12) in dem Zylinderinnenraum (16) mindestens einen Arbeitsraum (16.1) ausbildet, das Führungsverschlussteil (14) gleitend durchsetzt und einen äußeren Endabschnitt (12.5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (11) einen bodenseitigen Gelenkkopf (20) aufweist, der einen bodenseitigen Gelenkkopfgrundkörper (21) und ein bodenseitiges Gelenklager (22) aufweist, dass der bodenseitige Geienkopfgrundkörper (21) als ein Ringkörper ausgebildet ist und eine bodenseitige konzentrische Aufnahmebohrung (23), in der das bodenseitige Gelenklager (22) aufgenommen ist, sowie eine bodenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche (24) aufweist, dass das Bodenverschlussteil (15) einen Bodenverschlussteilformabschnitt (15.1) aufweist, der als monolithischer Abschnitt des Bodenverschlussteils (15) ausgebildet ist und sich axial über einer äußeren Bodenverschlussteildeckfläche (15.2) erhebt und eine radiusbegleitende stegförmige Grundform aufweist, dass der Bodenverschlussteilformabschnitt (15.1) einen konkaven Einzug aufweist, der einen bodenseitigen Aufnahmeabschnitt (15.3) ausbildet, der eine zu der bodenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelfläche (24) korrespondierende bodenseitige radiale Innenmantelfläche (15.4) aufweist und dass der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper (21) an einer bodenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelteilflläche (25) mit dem Bodenverschlussteil (15) an der bodenseitigen radialen Innenmantelfläche (15.4) mittels einer bodenseitigen Laserringsegmentschweißnaht (26) verschweißt ist. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bodenverschlussteilformabschnitt (15.1) zumindest abschnittsweise eine bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung (15.5) angeordnet ist. Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bodenseitige Druckmittelanschlussbohrung (15.5) zumindest abschnittsweise eine von einem proximalen Scheitel (15.6) des bodenseitigen Aufnahmeabschnitts (15.3) aufgespannte Querebene (15.7) zu einer Hauptlängsachse (17) distal überschreitet. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (12) einen stangenseitigen Gelenkkopf (30) aufweist, der einen stangenseitigen Gelenkkopfgrundkörper (31) und ein stangenseitiges Gelenklager (32) aufweist, dass der stangenseitige Geienkopfgrundkörper (31) als ein Ringkörper ausgebildet ist und eine stangenseitige konzentrische Aufnahmebohrung (33), in der das stangenseitige Gelenklager (32) aufgenommen ist, sowie eine stangenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche (34) aufweist, dass das die Kolbeneinheit (12) an dem äußeren Endabschnitt (12.5) einen stangenseitigen Formabschnitt (12.1) aufweist, der als monolithischer Abschnitt der Kolbeneinheit (12) ausgebildet ist und sich axial distal über einem Vollquerschnittende (12.2) erhebt und eine radiusbegleitende stegförmige Grundform aufweist, dass der stangenseitige Formabschnitt (12.1) einen konkaven Einzug aufweist, der einen stangenseitigen Aufnahmeabschnitt (12.3) ausbildet, der eine zu der stangenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelfläche (34) korrespondierende stangenseitige radiale Innenmantelfläche (12.4) aufweist und dass der stangenseitige Gelenkkopfgrundkörper (31) an einer stangenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelteilfläche (35) mit der Kolbeneinheit (12) an der stangenseitigen radialen Innenmantelfläche (12.4) mittels einer bodenseitigen Laserringsegmentschweißnaht (36) verschweißt ist. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bodenseitige Gelenkkopfgrundkörper (21) und der stangenseitige Gelenkkopfgrundkörper (31) als baugleiche Drehteile ausgebildet sind. Arbeitszylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die bodenseitige Lasersegmentschweißnaht (26) oder die stangenseitige Lasersegmentschweißnaht (36) als eine beidseitige Schweißnaht ausgebildet sind. Arbeitszylinder aufweisend einen Zylinder (11) und eine Kolbeneinheit (12), wobei der Zylinder (11) ein Zylinderrohr (13), ein erstes Verschlussteil und ein zweites Verschlussteil aufweist, wobei das Zylinderrohr (13) ein erstes Zylinderrohrende (13.1) und ein zweites Zylinderrohrende (13.2) aufweist, wobei das erste Verschlussteil an dem ersten Zylinderrohrende (13.1) und das zweite Verschlussteil an dem zweiten Zylinderrohrende (13.2)~angeordnet ist, und wobei das Zylinderrohr (13) und die Verschlussteile (14, 15) einen Zylinderinnenraum (16) ausbilden, wobei die Kolbeneinheit (12) in dem Zylinderinnenraum (16) mindestens einen Arbeitsraum (16.1) ausbildet, das erste Verschlussteil gleitend durchsetzt und einen äußeren Endabschnitt (12.5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (12) einen stangenseitigen Gelenkkopf (30) aufweist, der einen stangenseitigen Gelenkkopfgrundkörper (31) und ein stangenseitiges Gelenklager (32) aufweist, dass der stangenseitige Geienkopfgrundkörper (31) als ein Ringkörper ausgebildet ist und eine stangenseitige konzentrische Aufnahmebohrung (33), in der das stangenseitige Gelenklager (32) aufgenommen ist, sowie eine stangenseitige radiale Ringkörperaußenmantelfläche (34) aufweist, dass das die Kolbeneinheit (12) an dem äußeren Endabschnitt (12.5) einen stangenseitigen Formabschnitt (12.1) aufweist, der als monolithischer Abschnitt der Kolbeneinheit (12) ausgebildet ist und sich axial distal über einem Vollquerschnittende (12.2) erhebt und eine radiusbegleitende stegförmige Grundform aufweist, dass der stangenseitige Formabschnitt (12.1) einen konkaven Einzug aufweist, der einen stangenseitigen Aufnahmeabschnitt (12.3) ausbildet, der eine zu der stangenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelfläche (34) korrespondierende stangenseitige radiale Innenmantelfläche (12.4) aufweist und dass der stangenseitige Gelenkkopfgrundkörper (31) an einer stangenseitigen radialen Ringkörperaußenmantelteilfläche (35) mit der Kolbeneinheit (12) an der stangenseitigen radialen Innenmantelfläche (12.4) mittels einer bodenseitigen Laserringsegmentschweißnaht (36) verschweißt ist.