SE443615B

SE443615B - Piston ring device for a piston in a compression cylinder.

Info

Publication number: SE443615B
Application number: SE8106088A
Authority: SE
Inventors: A Liljenberg
Original assignee: Mecman Ab
Priority date: 1981-10-14
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1986-03-03
Also published as: SE8106088L

Abstract

Piston ring device for a piston in a compression cylinder. The device consists of a circular piston stay (7) of injection moulded polyamide, comprising a radial exterior hoop-shaped section (10), which is designed to be placed on to the cylinder's internal surface, and a radial internal section with recesses (14) which house rod-shaped permanent magnets (17). Steel support plates are arranged axially, on both sides of the permanent magnets (17), which distribute the magnetic field in a circular movement and make magnetic recognition of the piston's position possible.<IMAGE>

Description

8106088-1 10 15 20 25 30 35 w « enligt uppfinningen; Pig. 2 visar en kolvstödring i perspektivvy; och Fig. 3 och 4 visar snitt längs linjerna III-III resp. IV-IV i fig. 2. 8106088-1 10 15 20 25 30 35 w «according to the invention; Pig. 2 shows a piston support in perspective view; and Figs. 3 and 4 show sections along the lines III-III and IV-IV in Fig. 2.

I fig. 1 visas således ett avsnitt av en pneumatisk manöver- cylinder med en i ett cylinderrör l förskjutbart lagrad kolv 2 med en därmed förenad kolvstâng 3. Manövercylindern har på vanligt sätt gavlar med anslutningsportar, men dessa har inget direkt med uppfinningen att göra och visas därför ej.Fig. 1 thus shows a section of a pneumatic actuating cylinder with a piston 2 slidably mounted in a cylinder tube 1 with a piston rod 3 connected thereto. The actuating cylinder usually has ends with connection ports, but these have nothing directly to do with the invention and is therefore not displayed.

Kolven 2 är delad i två halvor 2a, 2b som på ömse sidor anslut- ter till var sin dämphals 4a resp. 4b avsedd att samverka med en icke visad dämpring i vartdera ändläget för kolven. Delarna 4a, 2a, 2b, 4b hålls samman på ett klenare ändparti av kolv- stången 3 med hjälp av en skruv 5 och en ringbricka 6.The piston 2 is divided into two halves 2a, 2b which on each side connect to their respective damping necks 4a resp. 4b intended to cooperate with a damping ring (not shown) in each end position of the piston. The parts 4a, 2a, 2b, 4b are held together on a thinner end portion of the piston rod 3 by means of a screw 5 and an annular washer 6.

Pâ sina mot varandra vända ändytor har kolvhalvorna 2a, 2b var sin radiellt yttre, ringformig urtagning, som tillsammans bil- dar ett tämligen djupt ringspår i kolvens omkretsyta. I detta ringspår är en kolvstödring 7 av plast och axiellt på ömse sidor därom tvâ stödbrickor 8a, Bb av stål insatta, varvid kolvstödringens 7 radiellt yttre bandformiga parti fasthåller två av elastmaterial bestående tätningsringar 9a resp. 9b med sina axiellt yttre kantpartier. Dessa tätningsringar 9a, 9b är placerade i var sitt till det centrala, djupa ringspâret anslutande, grundare spår i resp. kolvhalvas 2a, 2b omkrets- yta. Vardera tätningsringen 9a, 9b har ' snett utåt- och inåt- riktade läppar, som anligger tätande mot cylinderrörets l insida, resp.mot kolvspårets botten.On their end faces facing each other, the piston halves 2a, 2b each have their radially outer, annular recess, which together form a rather deep annular groove in the circumferential surface of the piston. In this ring groove a piston support ring 7 of plastic and axially on either side thereof two support washers 8a, Bb of steel are inserted, the radially outer band-shaped portion of the piston support 7 holding two sealing rings 9a and 9 consisting of elastomeric material, respectively. 9b with its axially outer edge portions. These sealing rings 9a, 9b are located in separate, shallower grooves connecting to the central, deep ring groove in resp. piston half 2a, 2b circumferential surface. Each sealing ring 9a, 9b has obliquely outwardly and inwardly directed lips, which abut sealingly against the inside of the cylinder tube 1, or against the bottom of the piston groove.

Kolvstödringen 7 visas närmare i perspektivvy i fig. 2 (jämför även snittvyerna i fig. 3 och 4). Den består av ett radiellt yttre, tämligen brett bandformigt parti 10 (vars axielltf yttre kantpartier l0a, l0b omsluter bakkanten på resp. tätnings- ring 9a,9b) och ett radiellt inre, likaledes bandformigt men något smalare parti ll, vilka bandformiga partier 10,11, är förena- de med varandra medelst åtskilda förbindningspartier 12,13. 10 15 20 25 30 35 8106088-1 H Dessa förbindningspartier är anordnade i grupper i omkrets- led, varvid varje grupp omfattar två bort från varandra vända, väsentligen C-formiga partier 13 och ett mellanliggande, i kolvstödringens 7 centrala radialplan liggande livparti 12, så att mellan varje par av intilliggande grupper bildas ett vä- sentligen cylindriskt, axiellt orienterat hålrum 14 - i det visade exemplet åtta till antalet. Cylinderdiametern för dessa hålrum 14 är således lika med det radiella avståndet mellan kolvstödringens 7 yttre och inre bandformiga partier.The piston support ring 7 is shown in more detail in a perspective view in Fig. 2 (also compare the sectional views in Figs. 3 and 4). It consists of a radially outer, rather wide band-shaped portion 10 (whose axially outer outer edge portions 10a, 10b enclose the trailing edge of the respective sealing ring 9a, 9b) and a radially inner, likewise band-shaped but slightly narrower portion 11, which band-shaped portions 10, 11, are connected to each other by means of separate connecting portions 12,13. These connecting portions are arranged in groups in circumferential direction, each group comprising two mutually facing, substantially C-shaped portions 13 and an intermediate web portion 12, lying in the central radial plane of the piston support 7, so that between each pair of adjacent groups a substantially cylindrical, axially oriented cavity 14 is formed - in the example shown eight in number. The cylinder diameter of these cavities 14 is thus equal to the radial distance between the outer and inner band-shaped portions of the piston support 7.

Kolvstödringen 7 är företrädesvis formsprutad i ett stycke av ett termcplastmaterial med sådana friktionsegenskaper, att det yttre bandformiga partiet 10 kan anligga mot cylinderrö- rets 1 invändiga cylinderyta och förskjutas relativt denna cylinderyta under kolvrörelsen. Ett lämpligt material härför är polyamid av typ 6.6. Detta material är tämligen töjbart och kan anpassa sig till termisk utvidgning hos cylinderröret l och kolvhalvorna 2a, 2b (vilka lämpligen är tillverkade av omagnetiskt material, i synnerhet aluminium eller, beträffan- de cylinderröret, eventuellt av plast). Emellertid har poly- amidmaterialet en benägenhet att upptaga fukt- och oljepartik- lar, som kan ingå i tryckluften, med åtföljande utvidgning på upp till ca 2%. För att möjliggöra sådan utvidgning är såväl det yttre som det inre bandformiga partiet 10 resp. ll försett med ett antal axiellt förlöpande slitsar 15, 16. I det visade exempelet är varje slits 15 resp. 16 belägen mitt för ett hålrum 14, och slitsarna är i alternerande följd an- ordnade på de yttre och inre bandformiga partierna. Vid mate- rialutvidgning, i synnerhet till följd av absorption av fukt- och/eller oljepartiklar, kommer kolvstödringen 7 att i huvud- sak bibehålla sina radiella dimensioner genom att slitsarna 15, 16 tillåter en viss expansion i omkretsled utan åtföljan- de radieökning, och vidare är de C-formiga förbindningspartierna 13 något deformerbara.The piston support ring 7 is preferably injection molded in one piece of a thermoplastic material with such frictional properties that the outer strip-shaped portion 10 can abut against the inner cylinder surface of the cylinder tube 1 and is displaced relative to this cylinder surface during the piston movement. A suitable material for this is polyamide of type 6.6. This material is quite stretchable and can adapt to thermal expansion of the cylinder tube 1 and the piston halves 2a, 2b (which are suitably made of non-magnetic material, in particular aluminum or, in the case of the cylinder tube, possibly of plastic). However, the polyamide material has a tendency to absorb moisture and oil particles, which may be included in the compressed air, with concomitant expansion of up to about 2%. To enable such expansion, both the outer and the inner band-shaped portion 10 and 11 provided with a number of axially extending slots 15, 16. In the example shown, each slot 15 and 16 located in the middle of a cavity 14, and the slots are arranged alternately on the outer and inner band-shaped portions. In the case of material expansion, in particular due to the absorption of moisture and / or oil particles, the piston support 7 will mainly maintain its radial dimensions in that the slits 15, 16 allow a certain circumferential expansion without a concomitant radius increase, and furthermore, the C-shaped connecting portions 13 are slightly deformable.

Vartannat hålrum, nämligen de hålrum l4 som har tillhörande slits 16 belägen i det inre bandformiga partiet ll, är avsett 8106088-1 10 15 20 25 30 35 'Q - 4 att inrymma en stavformig permanentmagnet 17, vars längd väsentligen motsvarar, och helst ej understiger, det inre bandformiga partiets ll axiella utsträckning (se fig. 4).Every other cavity, namely the cavities 14 having associated slits 16 located in the inner band-shaped portion 11, is intended to accommodate a rod-shaped permanent magnet 17, the length of which substantially corresponds to, and preferably does not below, the axial extent of the inner band-shaped portion 11 (see Fig. 4).

Dessa magneter 17 ger tillsammans ett magnetfält, som fördelas tämligen likformigt i omkretsled av de på ömse sidor mot magnetsstavarnas ändytor anliggande stödbrickorna 8a,8b (fig. 1), vilka består av mekaniskt styvt och ferromagnetiskt ledande material, i synnerhet mjukmagnetiskt stål. Dessa stödbrickor 8a, Bb sträcker sig även i radiell led något utan- för permanentmagneterna 17, nämligen ända fram till resp. kantpartis lOa, lOb insida (jfr fig. l och 4). Härigenom kan en hög magnetisk fältstyrka upprätthâllas så nära cylinder- röret som möjligt, vilket i sin tur ger ett väldefinierat magnetflöde pâ utsidan av cylinderröret.These magnets 17 together provide a magnetic field which is distributed fairly uniformly in circumferential direction by the support washers 8a, 8b (Fig. 1) abutting on either side against the end surfaces of the magnetic rods, which consist of mechanically rigid and ferromagnetically conductive material, in particular soft magnetic steel. These support washers 8a, Bb also extend radially slightly beyond the permanent magnets 17, namely all the way to resp. edge portion 10a, 10b inside (cf. Figs. 1 and 4). In this way, a high magnetic field strength can be maintained as close to the cylinder tube as possible, which in turn provides a well-defined magnetic flux on the outside of the cylinder tube.

Stödbrickorna 8a, Bb har en dubbel funktioni.det att de även åstadkommer en mekanisk förstyvning av den eljest tämligen flexibla kolvstödringen 7. I radiell led anligger stödbrickor- na 8a,8b utvändigt mot resp. kantparti lOa, digt mot en ansatsyta på resp. kolvhalva 2a, 2b, såsom framgår lOb och invän- av fig. l Detta ger en utmärkt centrering av hela kolven 2, trots att ett mycket brett bandformigt parti 10 av en tämligen flexibel kolvstödring 7 utgör kolvens enda direkta anligg- ningskontakt med cylinderrörets l insida (förutom de mjukelas- tiska tätningsringarna 9a,9b).The support washers 8a, Bb have a double function in that they also provide a mechanical stiffening of the otherwise rather flexible piston support ring 7. In the radial direction the support washers 8a, 8b abut externally against resp. edge portion 10a, close to a shoulder surface on resp. piston half 2a, 2b, as shown in Fig. 10b and inside Fig. 1. This gives an excellent centering of the whole piston 2, despite the fact that a very wide band-shaped portion 10 of a rather flexible piston support 7 constitutes the piston's only direct contact with the inside of the cylinder tube 1 (except for the soft elastic sealing rings 9a, 9b).

Tillverkningen av kolven l kan genomföras tämligen rationellt.The manufacture of the piston 1 can be carried out rather rationally.

Kolvhalvorna 2a, 2b kan svarvas eller pressgjutas av ett form- stabilt material, t.ex. aluminium eller plast. Stödbrickorna 8a, 8b kan utstansas av stâlplåt, och kolvstödringen 7 kan form- sprutas i ett stycke av termoplastmaterial, i synnerhet polyamid, med önskade lâgfriktionsegenskaper gentemot cylinderröret 1. trots de många ingående delarna. t.ex. 8a, läggas på plats Likaså är monteringen enkel, Lämpligen kan härvid en stödbricka, på ena sidan om kolvstödringen 7. Därpå inplaceras permanent- magneterna 17 i sina hâlrum 14, varvid de omedelbart fastnar 10 15 8106088-1 H vid stödbrickan 8a och kvarhålles genom magnetisk attraktion.The piston halves 2a, 2b can be turned or die-cast from a dimensionally stable material, e.g. aluminum or plastic. The support washers 8a, 8b can be punched out of sheet steel, and the piston support ring 7 can be injection molded into a piece of thermoplastic material, in particular polyamide, with desired low-friction properties relative to the cylinder tube 1, despite the many components. for example 8a, can be put in place. Similarly, the assembly is simple. A support washer can be used here, on one side of the piston support 7. The permanent magnets 17 are then placed in their cavities 14, whereby they are immediately attached to the support washer 8a and retained by magnetic attraction.

Sedan ilägges den andra stödringen 8b, varpå den härigenom bildade enheten 8á, 7, 17, 8b insättes mellan kolvhalvorna under samtidig inplacering av tätningsringarna 9a, 9b, så att den i fig. 1 visade konfigurationen erhålles.The second support ring 8b is then inserted, whereupon the unit 8a, 7, 17, 8b thus formed is inserted between the piston halves while simultaneously placing the sealing rings 9a, 9b, so that the configuration shown in Fig. 1 is obtained.

Ett flertal modifikationer är tänkbara inom ramen för den i kravet 1 angivna uppfinningstanken. Exempelvis kan antalet stavmagneter och deras tvärsnittsform varieras inom vida grän- ser. Sâledes kan tvärsnittsformen utformas efter önskan, t.ex. polygonalt, delcirkulärt, etc. Dessutom kan stödbrickorna 8a, 8b, i synnerhet om ett stort antal stavmagneter är insatta i kolvstödringens hålrum, utgöra en del av respektive kolvhalva 2a, 2b. Likaså kan kolvhalvorna utformas på olika sätt, var- vid det ej är nödvändigt att de utgör symmetriska spegelbilder av varandra.A number of modifications are conceivable within the scope of the inventive concept stated in claim 1. For example, the number of bar magnets and their cross-sectional shape can be varied within wide limits. Thus, the cross-sectional shape can be designed as desired, e.g. polygonal, semicircular, etc. In addition, the support washers 8a, 8b, especially if a large number of rod magnets are inserted in the cavities of the piston support, can form part of the respective piston half 2a, 2b. The piston halves can also be designed in different ways, whereby it is not necessary that they form symmetrical mirror images of each other.

Claims

8196088-1 P A T E N T K R A V

Piston ring device for a piston (2) in a pressure media cylinder (1), wherein to enable external sensing of the position of the piston in the cylinder a number of rod-shaped permanent magnets (17) are distributed circumferentially in axially oriented cavities (14) in a ring shaped holding body (7) in the piston, and two ferromagnetic ring washers (sa, sb> are arranged axially on either side of the holder-1 body (7) abutting the ends of the permanent magnets (17) for uniform distribution and the amplification of the magnetic flux, and wherein a piston support ring (7) is arranged to abut with its circumferential surface (10) with a sliding fit against the inner cylinder surface (1) of the cylinder, characterized in that the holder body (7) and the piston support ring (7) are made in one piece of thermoplastic material. and comprises on the one hand a radially outer, band-shaped portion (10) which forms said circumferential surface, and on the other hand an axially narrower portion (11,12,13) lying radially inside the outer band-shaped portion containing said cavity (14) for permanent stomach the nets (17), said annular washers (8a, 8b) being placed radially inside said outer band-shaped portion (10), so that they abut externally against this portion (10) and thereby stiffen the holder and piston support ring (7).

Piston ring device according to claim 1, characterized in that the ring washers (8a, 8b) abut radially internally against a shoulder on each piston half (2a, 2b).

Piston ring device according to claim 1 or 2, characterized in that the cavities (14) are located in a connecting portion (12, 13), which connects the outer band-shaped portion (10) of the holder and piston support ring (7) to a radially inner , likewise band-shaped portion (11). 0

4. The piston ring device according to any one of claims 1-3, characterized in that the outer and, if applicable, also the inner band-shaped portion (10,11) is slit (1S, 16). 8106088-1 '4 /

Piston ring device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the radially outer band-shaped portion (10) of the holder and piston support (7) holds two sealing rings (9a, 9b) of elastomeric material axially on either side thereof.