WO2003019018A2 - Fluidbetätigter arbeitszylinder und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2003019018A2
WO2003019018A2 PCT/EP2002/009092 EP0209092W WO03019018A2 WO 2003019018 A2 WO2003019018 A2 WO 2003019018A2 EP 0209092 W EP0209092 W EP 0209092W WO 03019018 A2 WO03019018 A2 WO 03019018A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
working cylinder
piston
housing
cylinder according
piston rod
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/009092
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Stoll
Curt-Michael Stoll
Original Assignee
Festo Ag & Co.
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Publication date
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Publication of WO2003019018A2 publication Critical patent/WO2003019018A2/de

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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
    • F15B15/1438—Cylinder to end cap assemblies

Definitions

  • the invention relates to a fluid-operated working cylinder, in particular pneumatic cylinder, with a cylinder housing containing a cylinder tube and two end walls provided on the two end faces of the cylinder tube, with a piston arranged linearly displaceably in the cylinder housing, and with a piston connected to the piston and one of the end walls penetrating piston rod.
  • the invention further relates to a method which is particularly suitable for producing such a working cylinder.
  • a working cylinder of this type known from DE 38 20 078 C3
  • the cylinder tube is formed in one piece with the rear end wall, the front end wall penetrated by the piston rod being designed as a separate component and inserted into the cylinder tube.
  • this known working cylinder already allows a relatively simple manufacture, there is a certain wear problem for the piston and piston rod if the front end wall is not fixed exactly in the center of the cylinder tube. In order to counter this problem, high precision is required during production and on Monday, which has an adverse effect on the production costs.
  • a comparable problem arises in the working cylinder known from DE-OS 1 525 619 or from DE 41 20 709 AI.
  • DE 44 16 726 C2 already shows a working cylinder in which not only the rear end wall but also the front end wall penetrated by the piston rod is formed in one piece with the cylinder tube.
  • these components e.g. due to the heat supply required for the forming process - can be damaged or unfavorable deformations occur which result in rapid wear during subsequent operation.
  • the front end wall penetrated by the piston rod is formed in one piece with the cylinder tube and forms together with this a front part of the housing, to the rear of which the other rear end wall is fastened as a separate end cover ,
  • the one-piece design of the cylinder tube and the front end wall makes it possible with simple means to ensure a coaxial alignment of the interior of the cylinder housing receiving the piston and the opening of the front end wall penetrated by the piston rod, directly during manufacture. As a result, the wear that occurs in later operation can be reduced to a minimum.
  • the assembly of the working cylinder is very simple, whereby the piston and piston rod can be inserted into the front part of the housing, which is open at the rear, and then the rear end wall, which is designed as a separate end cover, can be attached without affecting the piston or the piston rod.
  • additional measures for example the attachment of fastening means, can be taken much more easily on the rear cover than on the much larger housing front part.
  • fasteners are, for example, horizontal foot fastening devices, thread fastening devices, flange fastening devices or suspension devices for pivotable mounting.
  • fasteners are, for example, horizontal foot fastening devices, thread fastening devices, flange fastening devices or suspension devices for pivotable mounting.
  • the front part of the housing expediently consists of a body formed without cutting and can in particular be realized as an injection-molded part made of plastic material or as a deep-drawn part or a rolled-in tube part made of aluminum material.
  • the fluid passage opening has a fastening section to which a fluid line or a fluid line connector serving to fasten a fluid line can be fastened.
  • the fastening section can be hollow-cylindrical and, in particular, be designed such that it protrudes into the interior of the housing front part, so that housing components protruding outward beyond the cylinder housing are avoided despite a sufficient fastening length.
  • a smooth design is therefore possible, which enables the working cylinder to be used, for example, in medical technology or the food industry, where particularly high demands are made on the ease of cleaning of working cylinders.
  • the piston has a stop section which projects in the direction of the front end wall and which is designed such that it hits the front end wall during operation before it reaches the Cylinder tube in contact with the front piston section Fluid passage opening or the fastening section assigned to it is reached.
  • the piston can have an axial projection on one or both end faces, which cooperates with the cylinder housing for the purpose of end position damping. Such an axial projection can simultaneously form the stop section.
  • the sleeve is expediently produced in one operation. All of its components can be injection molded together in an injection molding machine, for example, from suitable different plastic starting material, which is preferably in the form of granules.
  • the piston together with the guide and sealing means provided on it, is also expediently designed as a single component, so that storage and assembly are inexpensive and simple.
  • the piston can in particular have a carrier body which serves for connection to the piston rod and on which the bodies cooperate with the cylinder housing.
  • the guiding and sealing means are molded, in particular by injection molding.
  • the piston can expediently be produced in one operation. All of its components can be injection molded together in an injection molding machine, for example, from suitable different plastic starting material, which is preferably in the form of granules.
  • connection between the piston rod and the piston can in principle be a screw connection, but a rivet connection or welded connection that does not require any special fastening means is recommended.
  • the piston can in particular be fixed to the piston rod by a friction weld connection.
  • a screwless connection type is preferred for the connection between the front part of the housing and the end cover attached on the back.
  • a connection is recommended in which the end cover is held on the front housing part by deformed sections of the front housing part.
  • the end section of the front part of the housing can be flanged to define a retaining edge that engages behind the end cover, or it can have one or more beads that can engage in one or more assigned circumferential grooves of the end cover. In all of this, it is advisable to provide a firm contact between the formed sections of the front part of the housing and the end cover in such a way that a fluid-tight connection is ensured even without additional sealing means.
  • the end cover could also be attached to the housing front part in a fluid-tight manner by a welded connection, in particular by a laser welded connection.
  • a working cylinder can be realized which is composed of only five components. These components are the front housing part, the piston rod, the piston equipped with sealing and guiding means and the sleeve fixed to the front housing part with integrated guiding, wiping and possibly sealing means.
  • the working cylinder can be designed in a single-acting or double-acting design as required.
  • the materials have a high degree of flexibility, with plastic material and aluminum material being used for the cylinder housing, the piston or the piston rod, among other things.
  • the material can be different for the individual components, so that a hybrid cylinder can also be implemented in which the choice of material can be made optimally depending on the function of the respective component.
  • the working cylinder can also be designed with extremely low weight without major problems.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a first possible embodiment of the fluid-operated working cylinder according to the invention
  • Figure 2 shows another embodiment of the working cylinder, again in longitudinal section. Unless otherwise specified in detail, the following description simultaneously relates to both exemplary embodiments.
  • the working cylinder is actuated in operation by pressurized fluid, which can be a hydraulic or a gaseous medium.
  • pressurized fluid which can be a hydraulic or a gaseous medium.
  • the working cylinder 1 of the embodiment is particularly suitable for actuation with compressed air, so that it can be referred to as a pneumatic cylinder.
  • the working cylinder 1 has an elongated cylinder housing 2 in which an elongated interior 3 is formed. It is composed of a cylinder tube 4 and two end walls 5, 6 arranged on the two end faces of the cylinder tube 4.
  • one end wall is referred to as the front end wall 5 and the other end wall as the rear end wall 6.
  • a piston 7 which rests with its outer circumferential surface 8 on the inner circumferential surface 12 of the cylinder tube 4 so that it can slide.
  • the piston 7 is capable of performing a linear movement 13, indicated by a double arrow, relative to the cylinder housing 2 in the longitudinal direction of the interior 3.
  • a piston rod 14 is coupled in motion to the piston 7. This is attached at its rear end 15 to the piston 7 and projects from the piston 7 in the direction of the front end wall 5, which it penetrates through an opening 26 to the outside. At the front end 16 of the piston rod 14 lying outside the cylinder housing 2, Cleaning means are provided, which make it possible to fix a component to be moved.
  • the piston 7 has guide and sealing means 17 on its outer circumference, which are in contact with the inner circumferential surface 12. They ensure low-friction displacement guidance of the piston 7 and effect a sealing of the two front and rear working chambers 18, 19 divided off by the piston 7 in the interior 3.
  • a front fluid passage opening 22 which penetrates the wall of the cylinder housing 2 and which is placed in the region of the front end wall 5 opens into the front working chamber 18.
  • it is located in the front end section of the cylinder tube 4 which immediately adjoins the front end wall 5 towards the rear of the working cylinder 1.
  • it is located directly in the front end wall 5 or in an opening 26 delimiting axial extension 27 of the same.
  • the front fluid passage opening 22 passes through the wall of the cylinder tube 4 and opens into the front working chamber 18. It is preferably designed as a punched hole, ie as a hole made by punching.
  • a rear fluid passage opening 23 passes through the rear end wall 6 and communicates with the rear working chamber 19.
  • the rear fluid passage opening 23 is also formed in the wall of the cylinder housing 2, in particular the rear end section of the cylinder tube 4 interspersed. It can be connected directly to the associated working chamber 19.
  • the connection to the rear arm beitshunt 19 also with the interposition of a fluid channel 20 passing through the rear end wall 6, which passes through the rear end wall 6, at one end opening into the rear working chamber 19 and "at the other end being connected to the rear fluid passage opening 23.
  • Both fluid passage openings 22, 23 are equipped with fastening means 24 which enable the fluid-tight connection of a fluid line, via which a fluid supply and / or fluid discharge can take place with respect to the associated working chamber 18, 19.
  • the front end wall 5 penetrated by the piston rod 14 is formed in one piece with the adjoining cylinder tube 4 and, together with it, forms a housing front part 25 of the cylinder housing 2.
  • This housing front part 25 expediently consists of a non-cutting body and is a in the embodiment of Figure 1 Thermoformed part made of aluminum material.
  • the section representing the cylinder tube 4 and the section of the housing front part 25 representing the front end wall 5 are brought into the desired final shape by reshaping, for example, a plate-like or disk-like starting body, the opening 26 penetrated by the piston rod 14 also being formed in the front End wall 5 is formed.
  • the one desired in the exemplary embodiment The coaxial position of the opening 26 and the interior 3 can be specified very precisely in the deep-drawing production.
  • the front housing part 25 can also be produced, for example, by rolling a tubular body. By rolling in an end section of such a tubular body, the front end wall 5 and the extension 27 defining the opening 26 can be formed.
  • FIG. 2 shows a working cylinder produced in this way.
  • the housing front part 25 in one piece as an injection molded part made of plastic material.
  • the opening 26 is of cylindrical design and is located within a tubular socket-like extension 27 of the front end wall 5 projecting forward.
  • This extension is expediently formed directly with the shape of the front end wall 5.
  • the rear end wall 6 is designed as a separate end cover 28 with respect to the front housing part 25, which practically forms the rear housing part and which is fastened to the rear end of the front housing part 25 opposite the front end wall 5 with sealing.
  • the end cover 28 can also be a metal part, for example an aluminum part, or a plastic part.
  • the end cover 28 is expediently designed to be relatively flat.
  • Fastening means 32 can easily be provided on the end cover 28, which fasten the work cycle. enable linders 1 on site.
  • a bearing eye is provided as fastening means 32, which enables the working cylinder to be pivoted.
  • Other possible embodiments of fastening means are, for example, horizontal foot fastening devices, thread fastening devices, flange fastening devices.
  • the end cover 28 is expediently fixed to the front housing part 25 without screws and without additional separate fastening means. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, this is done by one or more reshaped sections 31 of the front housing part 25.
  • the longitudinal section of the front housing part 25 forming the cylinder tube 4 expediently has a reduced one in the region of its free end
  • End section 33 designed to have a wall thickness, which is bounded toward the interior 3 by an annular step 34 formed on the inner circumference of the cylinder tube 4.
  • the end cover 28 is pushed into the cylinder tube 4 until it abuts the annular step 34 and the end section 33 is crimped around the edge of the end cover 28 from the outside.
  • the end section 33 thus forms the reshaped section 31, which is responsible for fastening the end cover 28 to the front housing part 25.
  • a circumferential seal 35 is expediently placed between the end cover 28 and the cylinder tube 4, which ensures a fluid-tight connection.
  • the end cover 28 and the cylinder tube 4, which ensures a fluid-tight connection.
  • From the- End cover 28 may have one or more circumferential grooves on the outer circumference, into which the material of the housing front part 25 is pressed.
  • the required deformations are preferably achieved by cold forming.
  • end cover 28 can be welded to the cylinder tube 2 of the front housing part 25, e.g. by means of a laser weld seam, as is the case with the exemplary embodiment according to FIG. 2.
  • An adhesive connection would also be conceivable.
  • a sleeve 36 which is expediently fixed solely by a press fit, sits in the cylindrical opening 26 of the front end wall 5. It is arranged coaxially with the piston rod 14 and encloses the same. It is preferably held in the hollow cylindrical extension 27.
  • the sleeve 36 consists of several firmly connected components and represents a component that can be handled in a uniform manner.
  • One component is a guide bush 37 for sliding guidance of the piston rod 14.
  • Further components are a wiper ring 38 and a sealing ring 39, which are arranged coaxially with the guide bush 37 are.
  • the wiper ring 38 prevents contaminants from entering the front working chamber 18.
  • the sealing ring 39 prevents fluidic pressure medium from escaping from the front working chamber 18 through the opening 26.
  • the sealing ring 39 can be omitted if the working cylinder 1 is designed as a single-acting cylinder, in which only the rear working chamber 19 is acted upon by pressure medium.
  • the working cylinder 1 of both embodiments is a so-called double-acting working cylinder in which both working chambers 18, 19 can be acted upon simultaneously or alternatively with pressure medium.
  • the sleeve 36 is expediently a multi-component injection-molded part, in which the individual components were assembled in the course of an injection molding process.
  • the scraper ring 38 and the sealing ring 39 consist of plastic material and are molded onto the guide bush 37, which is made of metal in particular, by injection molding.
  • the sleeve 36 additionally has a coaxial and preferably pipe socket-like extension 40 which projects into the interior 3 of the cylinder housing 2. It can in particular be connected in one piece to the guide bush 37.
  • a damping annulus 56 is defined between the extension 40 and the piston rod 14, which is coaxially enclosed by this at a radial distance, which is open on one side to the front working chamber 18 and on the other side communicates with the front fluid passage opening 22.
  • the extension 40 expediently has a radial opening aligned with the front fluid passage opening 22.
  • Extension 40 breaking throttle channel 57 is provided which opens at an axial distance from the mouth of the damping annulus 56 facing the piston 7 in this damping annulus 56 and connects the latter to the front working chamber 18.
  • the cross section of the throttle duct 57 is substantially smaller than that of the damping annulus 56.
  • the piston 7 is advantageously designed as a multi-component injection molded part. He has in the embodiment Via a support body 42 made of metal and preferably of aluminum material, which ensures the necessary rigidity.
  • the guide and sealing means 17 already mentioned sit on the outer circumference of the carrier body 42 and are expediently molded onto the carrier body 42 by injection molding.
  • the guide and sealing means 17 contain two sealing rings 43 arranged axially at a distance from one another and a guide ring 44 arranged between them.
  • the materials for these ring bodies can be different and oriented towards the intended use.
  • a specially formed sealing ring can generally be dispensed with, in that the outer surface of the carrier body 42 itself forms the guide means.
  • the piston 7 is preferably fastened to the piston rod 14 without screws.
  • the piston rod 14 is inserted with an end section 45 of smaller diameter through a central opening in the piston 7, the section projecting from the rear being riveted to form a rivet head 46.
  • the piston 7 is thus firmly clamped between the rivet head 46 and the ring step 47 which delimits the end section 45 of reduced diameter.
  • a welded connection could also be provided for fastening, in particular a friction welded connection.
  • a friction welded connection In the exemplary embodiment in FIG. 2, there is a press-in connection and / or adhesive connection.
  • all welded connections could also be designed as ultrasonic or laser welded connections.
  • a receptacle 59a, 59b which is open toward the interior 3 and into which the relevant axial projection 58a, 58b can be immersed for end position damping can be formed on the inside of the respectively assigned end region of the cylinder housing 2.
  • a front receptacle 59a is formed by the damping annular space 56.
  • a rear receptacle 59b is formed on the end cover 28 and belongs to the fluid channel 20 there.
  • a further throttle channel 62 establishes a direct connection of a small flow cross section between the rear working chamber 19 and the fluid channel 20 between the receptacle 59b and the rear fluid passage opening 23.
  • the relevant axial projection 58a, 58b which is expediently equipped with a seal 63, dips into the associated receptacle 59a, 59b and closes it, so that the displaced pressure medium can no longer flow through the larger flow cross-section available until then.
  • An outflow is now only possible through the associated throttle duct 57 or 62, so that the piston speed slows down and the end impact is reduced.
  • the fastening means 24 are arranged on the inner circumference of the fastening section 48, in the embodiment of FIG. 1 in the form of an internal thread introduced into the material.
  • a fluid line to be connected or a fluid line connector serving to connect a fluid line can be attached to this (indicated by dash-dot lines at 49a in FIG. 1).
  • the described realization of the fastening section 48 has the advantage that a large fastening depth or fastening length can be made available. Therefore, a fluid line or a fluid line connector can be securely attached even with a very thin wall thickness of the housing front part 25.
  • the fluid line connectors 49a, 49b are expediently designed such that fluid lines, in particular fluid hoses, can be fastened in an easily detachable, fluid-tight manner.
  • the fluid line connectors 49a, 49b are in particular designed as plug connection devices.
  • the front housing part 25 it is possible to design the front housing part 25 to be consistently thin-walled, as is clear from the drawing.
  • the working cylinder 1 therefore has only a low weight.
  • the piston 7 in the exemplary embodiment in FIG. 1 has a front side facing the front end wall 5 in the direction of the front end wall 5 projecting stop section 42.
  • the overall length it is designed such that it hits the front end wall 5 during operation before the piston section 53 in contact with the cylinder tube 4 and having the guide and sealing means 17 has the front fluid passage opening 22 or .
  • Fastening section 48 of the front fluid passage opening 22 is reached.
  • the stop section 52 also prevents plunging of the piston section 53 having the guide and sealing means 17 into the front end section 54 of the interior 3 adjoining the opening 26, which is delimited by the curved front end wall 5. This does not extend like the rear end wall in a plane perpendicular to the longitudinal axis 55 of the cylinder housing 2, but is slightly curved axially outwards.
  • the working cylinder of the exemplary embodiments is composed of only five to seven components, depending on the design. These are the front housing part 25, the end cover 28, the piston 7, the piston rod 14 and the sleeve 36, and possibly additionally one or two fluid line connectors 49a, 49b to be fastened in the fluid line openings 22, 23. This small number of components enables the working cylinder 1 to be assembled quickly.
  • the piston rod 14 suitably consists of aluminum material or stainless steel.
  • the carrier body 42 of the piston 7 can be a deep-drawn part and in particular consist of aluminum material.
  • a preferred process sequence for producing the working cylinder can take the form described below.
  • the housing front part 25 is produced from a starting body in the form of a tubular body, for example by rolling an end section in order to obtain the front end wall 5 and the opening 26 and possibly the hollow cylindrical extension 27. This is preferably hot forming with the addition of heat.
  • the front housing part 25 could also be used, for example, by deep-drawing a for example, plate-like or disk-shaped starting bodies are produced.
  • the separately manufactured sleeve 36 is inserted into the opening 26 and preferably pressed in.
  • the assembly composed of the piston rod 14 and the piston 7 is inserted into the housing front part 25 through the housing front part 25, which is still open at the rear, the piston rod 14 being passed through the sleeve 36.
  • end cover 28 is attached and fastened with one of the fastening types described above. If necessary, suitable fastening means were previously attached to the end cover 28, which enable the working cylinder to be subsequently fastened at the place of use.
  • the desired front and / or rear fluid passage openings 22, 23 in the housing front part 25 are introduced into the wall of the housing front part 25 in particular by punching. This is expediently done prior to the non-cutting shaping of the front housing part 25 by appropriate machining of the output body, but under certain circumstances can also only take place afterwards.
  • fluid line connectors 49a, 49b are installed in one or both fluid passage openings 22, 23. This is done, for example, by screwing in or pressing in, depending on the embodiment.
  • the fluid line connectors can overall be cartridge-like components.
  • the working cylinder for the most part without cutting. It can consist of very few, for example only five, main components, which can be supplemented by one or two fluid line connectors if necessary, so that a maximum of six or seven components are provided. Only relatively low tool costs are required for the production of the working cylinder, which makes the production overall very cost-effective. The material requirement is also very low. An extremely component-reduced and cost-minimized production is possible.
  • the working cylinder can be easily manufactured in different lengths, since essentially only the length of the front housing part and the piston rod have to be varied. Flexible manufacturing is therefore possible on the basis of the starting material available in the meter.
  • the working cylinder can also be used as a shock absorber, whereby it can in turn be distinguished by its small number of components and its cost-effective manufacture or assembly.
  • the working cylinder can be equipped with sensor means which enable the position of the piston and / or the piston rod to be detected.
  • the sensor means can contain one or more position sensors and / or a position measuring system.

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Abstract

Es wird ein fluidbetätigter Arbeitszylinder (1) vorgeschlagen, dessen Zylindergehäuse (2) ein Zylinderrohr (4), eine von einer Kolbenstange (14) durchsetzte vordere Abschlusswand (5) und eine rückwärtige Abschlusswand (6) aufweist. Die vordere Abschlusswand (5) ist einstückig mit dem Zylinderrohr (4) ausgebildet und bildet gemeinsam mit diesem ein Gehäusevorderteil (25), an dessen Rückseite die rückwärtige Abschlusswand (6) als separater Abschlussdeckel (28) befestigt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein zur Herstellung dieses Arbeitszylinders besonders geeignetes Verfahren.

Description

Fluidbetätigter Arbeitszylinder und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Arbeitszylinder, insbesondere Pneumatikzylinder, mit einem ein Zylinderrohr und zwei an den beiden Stirnseiten des Zylinderrohres vorge- sehene Abschlusswände enthaltenden Zylindergehäuse, mit einem in dem Zylindergehäuse linear verschiebbar angeordneten Kolben, und mit einer mit dem Kolben verbundenen und eine der Abschlusswände durchsetzenden Kolbenstange.
Ferner betrifft die Erfindung ein zur Herstellung eines derartigen Arbeitszylinders besonders geeignetes Verfahren.
Bei einem aus der DE 38 20 078 C3 bekannten Arbeitszylinder dieser Art ist das Zylinderrohr einstückig mit der rückseiti- gen Abschlusswand ausgebildet, wobei die von der Kolbenstange durchsetzte vordere Abschlusswand als separates Bauteil ausgeführt und in das Zylinderrohr eingesetzt ist. Zwar ermöglicht dieser bekannte Arbeitszylinder bereits eine relativ einfache Herstellung, doch ergibt sich eine gewisse Ver- schleißproblematik für Kolben und Kolbenstange, wenn die vordere Abschlusswand nicht exakt zentrisch im Zylinderrohr fixiert wird. Um diesem Problem zu begegnen, ist bei der Herstellung und Montag eine hohe Präzision gefordert, die sich nachteilig auf die Herstellungskosten auswirkt. Eine vergleichbare Problematik ergibt sich bei dem aus der DE-OS 1 525 619 oder dem aus der DE 41 20 709 AI bekannten Arbeitszylinder .
Aus der DE 44 16 726 C2 geht bereits ein Arbeitszylinder hervor, bei dem nicht nur die rückseitige Abschlusswand sondern auch die von der Kolbenstange durchsetzte vordere Abschluss- wand einstückig mit dem Zylinderrohr ausgebildet ist. Hier ergibt sich jedoch das Problem einer umformenden Bearbeitung des Zylinderrohrs bei bereits installiertem Kolben und Kolbenstange, bei der diese Komponenten - z.B. durch die für den Umformungsprozess erforderliche Wärmezufuhr - beschädigt werden können oder ungünstige Verformungen auftreten, die beim anschließenden Betrieb einen raschen Verschleiß zur Folge ha- ben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidbe- tätigten Arbeitszylinder zu schaffen, der sich einfach, präzise und dennoch kostengünstig herstellen lässt. Ferner soll ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders bereitgestellt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem fluidbetätigten Arbeitszylinder der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die von der Kolbenstange durchsetzte vordere Abschlusswand einstückig mit dem Zylinderrohr ausgebildet ist und gemeinsam mit diesem ein Gehäusevorderteil bildet, an dessen Rückseite die andere, rückwärtige Abschlusswand als separater Abschlussdeckel befestigt ist.
Bei einem zur Herstellung eines solchen Arbeitszylinders besonders empfehlenswerten Verfahren ist vorgesehen, dass man durch spanlose Umformung eines Ausgangskörpers das den Rohrkörper und die vordere Abschlusswand enthaltende, mit einer den Durchgriff der Kolbenstange ermöglichenden Durchbrechung versehene Gehäusevorderteil herstellt, an dessen Rückseite man nach dem Einsetzen der aus Kolben und Kolbenstange bestehenden Baueinheit den die rückwärtige Abschlusswand definie- renden-Abschlussdeckel befestigt.
Durch die einstückige Ausgestaltung von Zylinderrohr und vorderer Abschlusswand ist es mit einfachen Mitteln möglich, unmittelbar bei der Herstellung eine koaxiale Ausrichtung des den Kolben aufnehmenden Innenraumes des Zylindergehäuses und der von der Kolbenstange durchsetzten Durchbrechung der vorderen Abschlusswand zu gewährleisten. Dadurch kann der im späteren Betrieb auftretende Verschleiß auf ein Minimum reduziert werden. Der Zusammenbau des Arbeitszylinder gestaltet sich sehr einfach, wobei Kolben und Kolbenstange in das rückseitig offene Gehäusevorderteil eingesetzt werden können und anschließend die als separater Abschlussdeckel ausgeführte rückwärtige Abschlusswand angebracht werden kann, ohne den Kolben oder die Kolbenstange zu beeinträchtigen. Auch besteht der Vorteil, dass man an dem rückseitigen Abschlussdeckel bei Bedarf wesentlich einfacher zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise die Anbringung von Befestigungsmitteln, treffen kann als an dem wesentlich größer bauenden Gehäusevorderteil. Solche Befestigungsmittel sind beispielsweise horizontale Fußbe- festigungseinrichtungen, Gewindebefestigungseinrichtungen, Flanschbefestigungseinrichtungen oder Aufhängeeinrichtungen zur schwenkbaren Lagerung. Schließlich können aufbauend auf dem erfindungsgemäßen Konzept sehr kostengünstige Arbeitszylinder mit einer geringen Anzahl von Bauteilen realisiert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Das Gehäusevorderteil besteht zweckmäßigerweise aus einem spanlos geformten Körper und kann insbesondere als Spritzgußteil aus Kunststoffmaterial oder als Tiefziehteil oder ein- rolliertes Rohrteil aus Aluminiummaterial verwirklicht wer- den.
Das Gehäusevorderteil verfügt in seiner Wandung im Bereich der vorderen Abschlusswand, vorzugsweise am Zylinderrohr, zweckmäßigerweise über eine Fluiddurchtrittsöffnung, durch die aus dem Innenraum des Zylindergehäuses Fluid abgeführt und bei Bedarf auch Fluid in den Innenraum eingespeist werden kann, um die gewünschte Linearbewegung des Kolbens und der mit diesem verbundenen Kolbenstange zu ermöglichen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Fluiddurchtrittsöffnung einen Befes- tigungsabschnitt aufweist, an dem sich eine Fluidleitung oder ein zur Befestigung einer Fluidleitung dienender Fluidlei- tungsverbinder befestigen lässt . Der Befestigungsabschnitt kann hohlzylindrisch und insbesondere so ausgebildet sein, dass er in den Innenraum des Gehäusevorderteils vorsteht, so dass trotz ausreichender Befestigungslänge nach außen über das Zylindergehäuse vorstehende Gehäusebestandteile vermieden werden. Es ist daher ein glattes Design möglich, das einen Einsatz des Arbeitszylinders beispielsweise auch in der Medizintechnik oder Nahrungsmittelindustrie ermöglicht, wo beson- ders hohe Ansprüche an die Reinigungsfreundlichkeit von Arbeitszylindern gestellt werden.
Insbesondere bei einem in den Innenraum des Gehäusevorderteils vorstehenden Befestigungsabschnitt der Fluiddurch- trittsöffnung ist es zweckmäßig, wenn der Kolben einen in Richtung zur vorderen Abschlusswand ragenden Anschlagabschnitt aufweist, der so ausgebildet ist, dass er im Betrieb auf die vordere Abschlusswand auftrifft, bevor der mit dem Zylinderrohr in Kontakt stehende Kolbenabschnitt die vordere Fluiddurchtrittsöffnung bzw. den dieser zugeordneten Befestigungsabschnitt erreicht.
Der Kolben kann an einer oder beiden Stirnseiten einen Axial- vorsprung aufweisen, der zum Zwecke der Endlagendämpfung mit dem Zylindergehäuse zusammenarbeitet. Ein solcher Axialvorsprung kann gleichzeitig den Anschlagabschnitt bilden.
In die von der Kolbenstange durchsetzte Durchbrechung der vorderen Abschlusswand ist zweckmäßigerweise eine die Kolbenstange koaxial umschließende Hülse eingepresst, die sich aus einer Führungsbüchse, einem Abstreiferring und vorzugsweise auch einem Dichtungsring zusammensetzt. Hier sind sämtliche relevanten Funktionen in einem einzigen Hülsenbauteil verei- nigt, wobei sich die Hülse besonders einfach und kostengünstig herstellen lässt, wenn sie als Mehrkomponenten-Spritz-- gußteil ausgebildet ist. Hier besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Führungsbüchse als Einlegeteil in einer Spritzgußform zu plazieren und dann die die Funktion des Abstrei- ferringes und des gegebenenfalls vorhandenen Dichtungsringes erfüllenden Werkstoffe an die Führungsbüchse anzuspritzen.
Zweckmäßigerweise wird die Hülse in einem Arbeitsgang hergestellt. Sämtliche ihrer Komponenten können beispielsweise aus geeignetem unterschiedlichem Kunststoff-Ausgangsmaterial, das vorzugsweise als Granulat vorliegt, in einer Spritzgießmaschine zusammen spritzgegossen werden.
Auch der Kolben ist zweckmäßigerweise samt der an ihm vorge- sehenen Führungs- und Dichtungsmittel als ein einziges Bauteil ausgeführt, so dass die Lagerhaltung und Montage kostengünstig und einfach ist. Der Kolben kann insbesondere einen zur Verbindung mit der Kolbenstange dienenden Trägerkörper aufweisen, an den die mit dem Zylindergehäuse zusammenwirken- den Führungs- und Dichtungsmittel angeformt sind, insbesondere durch Spritzgießen.
Zweckmäßigerweise kann der Kolben kann in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Sämtliche seiner Komponenten können beispielsweise aus geeignetem unterschiedlichem Kunststoff- Ausgangsmaterial, das vorzugsweise als Granulat vorliegt, in einer Spritzgießmaschine zusammen spritzgegossen werden.
Die Verbindung zwischen Kolbenstange und Kolben kann zwar prinzipiell eine Schraubverbindung sein, doch empfiehlt sich eine keine besonderen Befestigungsmittel erfordernde Nietverbindung oder Schweißverbindung. Der Kolben kann insbesondere durch eine Reibschweißverbindung an der Kolbenstange fixiert sein.
Wie bei der Verbindung zwischen Kolben und Kolbenstange wird auch bei der Verbindung zwischen dem Gehäusevorderteil und dem rückseitig angesetzten Abschlussdeckel eine schraubenlose Verbindungsart vorgezogen. Empfehlenswert ist eine Verbindung, bei der der Abschlussdeckel durch umgeformte Abschnitte des Gehäusevorderteils am Gehäusevorderteil gehalten ist. So kann beispielsweise der Endabschnitt des Gehäusevorderteils zur Definition eines den Abschlussdeckel hintergreifenden Halterandes umgebördelt sein oder über eine oder mehrere Si- cken verfügen, die in eine oder mehrere zugeordnete Umfangs- nuten des Abschlussdeckels eingreifen können. Bei alledem empfiehlt es sich, zwischen den umgeformten Abschnitten des Gehäusevorderteils und dem Abschlussdeckel einen dahingehend festen Kontakt vorzusehen, dass auch ohne zusätzliche Dichtungsmittel eine fluiddichte Verbindung gewährleistet ist. Der Abschlussdeckel könnte auch durch eine Schweißverbindung fluiddicht am Gehäusevorderteil befestigt sein, insbesondere durch eine Laserschweißverbindung.
Unter Zugrundelegung des erfindungsgemäßen Konzepts kann ein Arbeitszylinder realisiert werden, der sich aus lediglich fünf Bauteilen zusammensetzt. Diese Bauteile sind das Gehäusevorderteil, die Kolbenstange, der mit Dicht- und Führungsmittel ausgestattete Kolben und die am Gehäusevorderteil fi- xierte Hülse mit integrierten Führungs-, Abstreif- und eventuell Dichtungsmitteln. Der Arbeitszylinder kann je nach Bedarf in einfachwirkender oder in doppeltwirkender Bauform ausgeführt werden. Bei den Materialien ist hohe Flexibilität gegeben, wobei unter anderem sowohl Kunststoffmaterial als auch Aluminiummaterial für das Zylindergehäuse, den Kolben oder die Kolbenstange eingesetzt werden kann. Das Material kann bei den einzelnen Komponenten unterschiedlich sein, so dass auch ein Hybridzylinder realisierbar ist, bei dem die Materialwahl in Abhängigkeit von der Funktion der jeweiligen Komponente optimal getroffen werden kann. Auch lässt sich der Arbeitszylinder ohne große Probleme mit extrem niedrigem Gewicht ausführen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich- nung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt eines ersten möglichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen fluidbetätig- ten Arbeitszylinders, und
Figur 2 eine weitere Ausführungsform des Arbeitszylinders, wiederum im Längsschnitt. Sofern im einzelnen nicht anders angegeben, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung gleichzeitig auf beide Ausführungs- beispiele.
Der in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Arbeitszylinder wird im Betrieb durch unter Druck stehendes Fluid betätigt, wobei es sich um ein hydraulisches oder ein gasförmiges Medium handeln kann. Der Arbeitszylinder 1 des Ausführungsbeispiels eignet sich vor allem zur Betätigung mit Druckluft, so dass er als Pneumatikzylinder bezeichnet werden kann.
Der Arbeitszylinder 1 verfügt über ein längliches Zylindergehäuse 2, in dem ein länglicher Innenraum 3 ausgebildet ist. Es setzt sich aus einem Zylinderrohr 4 und zwei an den beiden Stirnseiten des Zylinderrohres 4 angeordneten Abschlusswänden 5, 6 zusammen. Zur besseren Unterscheidung sei die eine Abschlusswand als vordere Abschlusswand 5 und die andere Abschlusswand als rückwärtige Abschlusswand 6 bezeichnet .
In dem Innenraum 3 befindet sich ein Kolben 7, der mit seiner Außenumfangsflache 8 an der Innenumfangsflache 12 des Zylinderrohres 4 gleitverschieblich anliegt. Der Kolben 7 ist in der Lage, in der Längsrichtung des Innenraumes 3 eine durch Doppelpfeil angedeutete Linearbewegung 13 relativ zum Zylindergehäuse 2 auszuführen.
Mit dem Kolben 7 ist eine Kolbenstange 14 bewegungsgekoppelt. Diese ist mit ihrem rückwärtigen Ende 15 am Kolben 7 befes- tigt und ragt ausgehend vom Kolben 7 in Richtung zur vorderen Abschlusswand 5, die sie durch eine Durchbrechung 26 hindurch nach außen hin durchsetzt. Am außerhalb des Zylindergehäuses 2 liegenden vorderen Ende 16 der Kolbenstange 14 sind Befes- tigungsmittel vorgesehen, die es ermöglichen, ein zu bewegendes Bauteil zu fixieren.
Der Kolben 7 verfügt an seinem Außenumfang über Führungs- und Dichtungsmittel 17, die in Kontakt mit der Innenumfangsfläche 12 stehen. Sie gewährleisten eine reibungsarme Verschiebeführung des Kolbens 7 und bewirken eine Abdichtung der beiden vom Kolben 7 im Innenraum 3 abgeteilten vorderen und rückwärtigen Arbeitskammern 18, 19.
In die vordere Arbeitskammer 18 mündet eine die Wandung des Zylindergehäuses 2 durchsetzende vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22, die im Bereich der vorderen Abschlusswand 5 plaziert ist. Sie befindet sich beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 in dem sich an die vordere Abschlusswand 5 zur Rückseite des Arbeitszylinders 1 hin unmittelbar anschließenden vorderen Endabschnitt des Zylinderrohres 4. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 befindet sie sich direkt in der vorderen Abschlusswand 5 oder in einem die Durchbrechung 26 begrenzenden axialen Fortsatz 27 derselben. Die vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22 durchsetzt die Wandung des Zylinderrohres 4 und mündet in die vordere Arbeitskammer 18. Sie ist bevorzugt als Stanzloch, also als durch Stanzen hergestelltes Loch, ausgebildet.
Eine rückwärtige Fluiddurchtrittsöffnung 23 durchsetzt beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 die rückwärtige Abschlusswand 6 und kommuniziert mit der rückwärtigen Arbeitskammer 19. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist auch die rückwärtige Fluiddurchtrittsöffnung 23 in der Wandung des Zylindergehäuses 2 ausgebildet, wobei sie insbesondere den rückwärtigen Endabschnitt des Zylinderrohres 4 durchsetzt. Sie kann unmittelbar mit der zugeordneten Arbeitskammer 19 in Verbindung stehen. Alternativ kann die Verbindung zur rückwärtigen Ar- beitskammer 19 auch unter Zwischenschaltung eines die rückwärtige Abschlusswand 6 durchsetzenden Fluidkanals 20 erfolgen, der die rückwärtige Abschlusswand 6 durchsetzt, wobei er einenends in die rückwärtige Arbeitskammer 19 ausmündet und " andernends mit der rückwärtigen Fluiddurchtrittsöffnung 23 verbunden ist .
Beide Fluiddurchtrittsöffnungen 22, 23 sind mit Befestigungsmitteln 24 ausgestattet, die den fluiddichten Anschluß einer Fluidleitung ermöglichen, über die eine Fluidzufuhr und/oder Fluidabfuhr bezüglich der zugeordneten Arbeitskammer 18, 19 erfolgen kann.
Mithin besteht die Möglichkeit, durch gesteuerte Fluid- beaufschlagung der beiden Arbeitskammern 18, 19 den Kolben 7 und die mit diesem bewegungsgekoppelte Kolbenstange 14 zu der schon erwähnten Linearbewegung 13 in der einen oder anderen Richtung anzutreiben.
Die von der Kolbenstange 14 durchsetzte vordere Abschlusswand 5 ist einstückig mit dem sich anschließenden Zylinderrohr 4 ausgebildet und bildet gemeinsam mit diesem ein Gehäusevorderteil 25 des Zylindergehäuses 2. Dieses Gehäusevorderteil 25 besteht zweckmäßigerweise aus einem spanlos geformten Kör- per und ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein aus Aluminiummaterial bestehendes Tiefziehteil . Bei der Herstellung durch Tiefziehen wird der das Zylinderrohr 4 repräsentierende Abschnitt und der die vordere Abschlusswand 5 repräsentierende Abschnitt des Gehäusevorderteils 25 durch Umformen eines z.B. platten- oder scheibenartigen Ausgangskörpers in die gewünschte Endform gebracht, wobei auch die von der Kolbenstange 14 durchsetzte Durchbrechung 26 der vorderen Abschlusswand 5 ausgebildet wird. Die beim Ausführungsbeispiel gewünschte Koaxiallage der Durchbrechung 26 und des Innenraumes 3 kann bei der Tiefziehherstellung sehr exakt vorgegeben werden.
Alternativ kann das Gehäusevorderteil 25 beispielsweise auch durch Rollieren eines Rohrkörpers hergestellt werden. Durch Einrollieren eines Endabschnittes eines solchen Rohrkörpers kann die vordere Abschlusswand 5 und der die Durchbrechung 26 definierende Fortsatz 27 angeformt werden. Die Figur 2 zeigt einen derart hergestellten Arbeitszylinder.
Es wäre auch möglich, das Gehäusevorderteil 25 einstückig als Spritzgußteil aus Kunststoffmaterial herzustellen.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Durchbrechung 26 zy- lindrisch gestaltet und findet sich innerhalb eines nach vorne ragenden rohrstutzenartigen hohlzylindrischen Fortsatzes 27 der vorderen Abschlusswand 5. Dieser Fortsatz wird zweckmäßigerweise bei der Formgebung der vorderen Abschlusswand 5 unmittelbar mit angeformt .
Die rückwärtige Abschlusswand 6 ist als bezüglich des Gehäusevorderteils 25 separater Abschlussdeckel 28 ausgebildet, der praktisch das Gehäusehinterteil bildet und der an dem der vorderen Abschlusswand 5 entgegengesetzten rückwärtigen Ende des Gehäusevorderteils 25 unter Abdichtung befestigt ist.
Auch bei dem Abschlussdeckel 28 kann es sich um ein Metallteil, beispielsweise um ein Aluminiumteil, oder um ein Kunststoffteil handeln.
Zweckmäßigerweise ist der Abschlussdeckel 28 relativ flach ausgebildet.
An dem Abschlussdeckel 28 können sehr leicht Befestigungsmittel 32 vorgesehen werden, die eine Befestigung des Arbeitszy- linders 1 am Einsatzort ermöglichen. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist ein Lagerauge als Befestigungsmittel 32 vorgesehen, das eine Schwenklagerung des Arbeitszylinders ermöglicht. Andere mögliche Ausführungsformen von Befestigungsmit- teln sind beispielsweise horizontale Fußbefestigungseinrichtungen, Gewindebefestigungseinrichtungen, Flanschbefestigungseinrichtungen .
Zweckmäßigerweise ist der Abschlussdeckel 28 schraubenlos und ohne -zusätzliche separate Befestigungsmittel am Gehäusevorderteil 25 fixiert. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 geschieht dies durch einen oder mehrere umgeformte Abschnitte 31 des Gehäusevorderteils 25. Der das Zylinderrohr 4 bildende Längenabschnitt des Gehäusevorderteils 25 hat im Bereich sei- nes freien Endes zweckmäßigerweise einen mit reduzierter
Wandstärke ausgebildeten Endabschnitt 33, der zum, Innenraum 3 hin durch eine am Innenumfang des Zylinderrohres 4 ausgebildete ringförmige Stufe 34 begrenzt ist. Der Abschlussdeckel 28 ist bis zur Anlage an der ringförmigen Stufe 34 in das Zy- linderrohr 4 eingeschoben und der Endabschnitt 33 ist von außen her um den Rand des Abschlussdeckels 28 herumgebördelt. Der Endabschnitt 33 bildet hier also den umgeformten Abschnitt 31, der für die Befestigung des Abschlussdeckels 28 am Gehäusevorderteil 25 verantwortlich ist.
Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Abschlussdeckel 28 und dem Zylinderrohr 4 eine umlaufende Dichtung 35 plaziert, die eine fluiddichte Verbindung gewährleistet. Allerdings besteht durchaus auch die Möglichkeit, die dichte Verbindung allein durch den Materialkontakt von Gehäusevorderteil 25 und Abschlussdeckel 28 zu realisieren.
Eine andere Möglichkeit zur schraubenlosen Befestigung besteht in der Ausbildung einer Sickenverbindung. Der Ab- Schlussdeckel 28 kann am Außenumfang eine oder mehrere umlaufende Nuten besitzen, in die das Material des Gehäusevorderteils 25 hineingedrückt ist.
Die erforderliche Umformungen werden vorzugsweise durch Kalt- umformungen erzielt.
Ferner kann der Abschlussdeckel 28 an das Zylinderrohr 2 des Gehäusevorderteils 25 angeschweißt sein, z.B. durch eine La- serSchweißnaht, wie dies beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 der Fall ist. Auch eine KlebeVerbindung wäre denkbar.
In der zylindrischen Durchbrechung 26 der vorderen Abschlusswand 5 sitzt eine zweckmäßigerweise allein durch Preßsitz fi- xierte Hülse 36. Sie ist koaxial zur Kolbenstange 14 angeordnet und umschließt selbige. Bevorzugt ist sie in dem hohlzy- lindrischen Fortsatz 27 gehalten.
Die Hülse 36 besteht aus mehreren fest miteinander verbunde- nen Komponenten und stellt ein einheitlich handhabbares Bauteil dar. Eine Komponente ist eine Führungsbüchse 37 zur Gleitführung der Kolbenstange 14. Weitere Komponenten sind ein Abstreiferring 38 und ein Dichtungsring 39, die koaxial zu der Führungsbüchse 37 angeordnet sind. Der Abstreiferring 38 verhindert den Eintritt von Verunreinigungen in die vordere Arbeitskammer 18. Der Dichtungsring 39 verhindert ein Entweichen von fluidischem Druckmittel aus der vorderen Arbeitskammer 18 durch die Durchbrechung 26 hindurch.
Der Dichtungsring 39 kann entfallen, wenn der Arbeitszylinder 1 als einfachwirkender Zylinder ausgebildet ist, bei dem nur die rückwärtige Arbeitskammer 19 mit Druckmedium beaufschlagt wird. Der Arbeitszylinder 1 beider Ausführungsbeispiele ist ein sogenannter doppeltwirkender Arbeitszylinder, bei dem beide Arbeitskammern 18, 19 gleichzeitig oder alternativ mit Druckmedium beaufschlagbar sind.
Bei der Hülse 36 handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Mehrkomponenten-Spritzgußteil, bei dem die einzelnen Komponenten im Rahmen einer Spritzgußfertigung zusammengefügt wurden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Abstreif- ring 38 und der Dichtungsring 39 aus Kunststoffmaterial bestehen und an die insbesondere aus Metall bestehende Füh- rungsbüchse 37 durch Spritzgießen angeformt sind.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 verfügt die Hülse 36 zusätzlich über einen koaxialen und vorzugsweisen rohrstutzen- artigen Fortsatz 40, der in den Innenraum 3 des Zylinderge- häuses 2 ragt. Er kann insbesondere mit der Führungsbüchse 37 einstückig verbunden sein. Zwischen dem Fortsatz 40 und der von diesem mit radialem Abstand koaxial umschlossenen Kolbenstange 14 ist ein Dämpfungs-Ringraum 56 definiert, der eine- nends zur vorderen Arbeitskammer 18 hin offen ist und ander- nends mit der vorderen Fluiddurchtrittsöffnung 22 kommuniziert. Um letzteres zu ermöglichen, verfügt der Fortsatz 40 zweckmäßigerweise über eine mit der vorderen Fluiddurchtrittsöffnung 22 fluchtende radiale Durchbrechung.
Schließlich ist auch noch mindestens ein die Wandung des
Fortsatzes 40 durchbrechender Drosselkanal 57 vorgesehen, der mit axialem Abstand zu der dem Kolben 7 zugewandten Mündung des Dämpfungs-Ringraumes 56 in diesen Dämpfungs-Ringraum 56 einmündet und letzteren mit der vorderen Arbeitskammer 18 verbindet. Der Querschnitt des Drosselkanals 57 ist wesentlich geringer als derjenige des Dämpfungs-Ringraumes 56.
Auch der Kolben 7 ist zweckmäßigerweise als Mehrkomponenten- Spritzgußteil ausgeführt. Er verfügt beim Ausführungsbeispiel über einen aus Metall und vorzugsweise aus Aluminiummaterial bestehenden Trägerkörper 42, der die notwendige Steifigkeit gewährleistet. Die schon erwähnten Führungs- und Dichtungsmittel 17 sitzen am Außenumfang des Trägerkörpers 42 und sind zweckmäßigerweise durch Spritzgießen an den Trägerkörper 42 angeformt. Jedenfalls bildet der Kolben 7, wie die Hülse 36, ein einheitlich handhabbares Bauteil.
Die Führungs- und Dichtungsmittel 17 beinhalten bei den Aus- führungsbeispielen zwei axial mit Abstand zueinander angeordnete Dichtungsringe 43 und einen dazwischen angeordneten Führungsring 44. Die Materialien für diese Ringkδrper können unterschiedlich sein und sich am Anwendungszweck orientieren.
Wird ein aus Kunststoffmaterial bestehender Trägerkörper 42 verwendet, kann in der Regel auf einen speziell angeformten Dichtungsring verzichtet werden, indem dann die Außenfläche des Trägerkörpers 42 selbst die Führungsmittel bildet.
Der Kolben 7 ist vorzugsweise schraubenlos an der Kolbenstange 14 befestigt. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 liegt eine Nietverbindung vor. Die Kolbenstange 14 ist mit einem Endabschnitt 45 geringeren Durchmessers durch eine zentrale Durchbrechung des Kolbens 7 hindurch gesteckt, wobei der rückseitig hinausragende Abschnitt unter Bildung eines Nietkopfes 46 vernietet ist. Der Kolben 7 ist somit zwischen dem Nietkopf 46 und der den Endabschnitt 45 reduzierten Durchmessers begrenzenden Ringstufe 47 fest eingespannt.
Zur Befestigung könnte auch eine Schweißverbindung vorgesehen sein, insbesondere eine Reibschweißverbindung. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 liegt eine Einpreßverbindung und/oder Klebeverbindung vor. Bei entsprechender Materialwahl könnten sämtliche Schweißverbindungen auch als Ultraschall- oder Laser-Schweißverbindungen ausgeführt sein.
Zum Aufbau des Kolbens 7 sei erwähnt, dass dieser an einer oder, wie gemäß Figur 2, an beiden Stirnseiten über einen A- xialvorsprung 58a, 58b verfügen kann, welcher bei der Endlagendämpfung verwendet wird. So kann am jeweils zugeordneten Endbereich des Zylindergehäuses 2 innen eine zum Innenraum 3 hin offene Aufnahme 59a, 59b ausgebildet sein, in die der betreffende Axialvorsprung 58a, 58b zur Endlagendämpfung eintauchen kann. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist eine vordere Aufnahme 59a von dem Dämpfungs-Ringraum 56 gebildet. Eine rückwärtige Aufnahme 59b ist am Abschlussdeckel 28 aus- gebildet und gehört zu dem dortigen Fluidkanal 20. Ein weiterer Drosselkanal 62 stellt eine direkte Verbindung geringen Strömungsquerschnittes zwischen der rückwärtigen Arbeitskammer 19 und dem Fluidkanal 20 zwischen der Aufnahme 59b und der rückwärtigen Fluiddurchtrittsöffnung 23 her.
Wenn sich der Kolben 7 im Betrieb des Arbeitszylinders 1 an eine seiner beiden Endlagen annähert, taucht der betreffende, zweckmäßigerweise mit einer Dichtung 63 ausgestattete Axial- vorsprung 58a, 58b in die zugeordnete Aufnahme 59a, 59b ein und verschließt diese, so dass das verdrängte Druckmittel nicht mehr durch den bis dahin zur Verfügung stehenden größeren Strömungsquerschnitt abströmen kann. Ein Abströmen ist jetzt nurmehr durch den zugehörigen Drosselkanal 57 bzw. 62 hindurch möglich, so dass sich die Kolbengeschwindigkeit ver- langsamt und der Endaufprall reduziert wird.
Die vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22 ist beim Ausführungs- beispiel der Figur 1 in besonderer Weise ausgeführt. Sie ist dadurch entstanden, dass das Material des Gehäusevorderteils 25 mit einem entsprechenden Stempel durchstoßen und nach innen in den Innenraum 3 hineingedrückt wurde . Dadurch ergibt sich ein aus der Verformung des Materials des Zylinderrohrs 4 entstandener hohlzylindrischer Befestigungsabschnitt 48, der die vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22 umgrenzt und ausgehend von der zylindrischen Wandung des Zylinderrohres 4 radial nach innen ragt .
Am Innenumfang des Befestigungsabschnittes 48 sind die Befes- tigungsmittel 24 angeordnet, beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 in Gestalt eines in das Material eingebrachten Innengewindes. Daran lässt sich eine anzuschließende Fluidleitung oder ein zum Anschließen einer Fluidleitung dienender Fluidleitungsverbinder befestigen (in Figur 1 strichpunktiert bei 49a angedeutet) .
Es wäre auch möglich, die Innenfläche des hohlzylindrischen Befestigungsabschnittes 48 so auszubilden, dass sich eine Preßsitzfläche ergibt und ein Fluidleitungsverbinder darin durch Einpressen fixiert werden kann.
Die geschilderte Realisierung des Befestigungsabschnittes 48 hat den Vorteil, dass eine große Befestigungstiefe bzw. Befestigungslänge zur Verfügung gestellt werden kann. Daher kann eine Fluidleitung oder ein Fluidleitungsverbinder selbst bei sehr dünner Wandstärke des Gehäusevorderteils 25 sicher befestigt werden.
Allerdings ist es auch möglich, die Wandung des Gehäusevor- derteils zum Erhalt einer Fluiddurchtrittsöffnung mit einem einfachen Stanzloch zu versehen und darin dann einen geeigneten Fluidleitungsverbinder zu fixieren, beispielsweise durch Einpressen oder Festschweißen. Diese Lösung ist beim Ausfüh- rungsbeispielder Figur 2 realisiert, in der im Preßsitz fixierte Fluidleitungsverbinder bei 49b angedeutet sind.
Die Fluidleitungsverbinder 49a, 49b sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sich Fluidleitungen, insbesondere Flu- idschläuche, leicht lösbar fluiddicht befestigen lassen. Die Fluidleitungsverbinder 49a, 49b sind insbesondere als Steckverbindungseinrichtungen ausgeführt .
Man hat jedenfalls die Möglichkeit, das Gehäusevorderteil 25 durchgängig dünnwandig auszuführen, wie dies aus der Zeichnung deutlich wird. Der Arbeitszylinder 1 verfügt daher über ein nur geringes Gewicht.
Damit der mit der Innenumfangsflache 12 des Zylinderrohrs 4 in Kontakt stehende Kolbenabschnitt 53 des Kolbens 7 nicht mit dem Befestigungsabschnitt 48 kollidiert, verfügt der Kolben 7 beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 an der der vorderen Abschlusswand 5 zugewandten Vorderseite über einen in Richtung zu der vorderen Abschlusswand 5 ragenden Anschlagabschnitt 42. Dieser ist hinsichtlich der Baulänge so ausgebildet, dass er im Betrieb auf die vordere Abschlusswand 5 auf- trifft bevor der mit dem Zylinderrohr 4 in Kontakt stehende, die Führungs- und Dichtungsmittel 17 aufweisende Kolbenab- schnitt 53 die vordere Fluiddurchtrittsöffnung 22 bzw. den
Befestigungsabschnitt 48 der vorderen Fluiddurchtrittsöffnung 22 erreicht.
Der Anschlagabschnitt 52 verhindert ferner ein Eintauchen des die Führungs- und Dichtmittel 17 aufweisenden Kolbenabschnittes 53 in den sich innen an die Durchbrechung 26 anschließenden vorderen Endabschnitt 54 des Innenraumes 3 , der von der gewölbt ausgebildeten vorderen Abschlusswand 5 begrenzt wird. Diese erstreckt sich nicht wie die rückwärtige Abschlusswand in einer zur Längsachse 55 des Zylindergehäuses 2 rechtwinkeligen Ebene, sondern ist axial nach außen hin leicht ausgewölbt .
Ist ein Anschlagabschnitt 52 vorhanden, kann dieser die Funktion eines Axialvorsprunges 58a übernehmen.
Der Arbeitszylinder der Ausführungsbeispiele setzt sich je nach Bauform aus lediglich fünf bis sieben Bauteilen zusam- men. -Es sind dies das Gehäusevorderteil 25, der Abschlussdeckel 28, der Kolben 7, die Kolbenstange 14 und die Hülse 36, sowie eventuell zusätzlich ein oder zwei in den Fluidlei- tungsöffnungen 22, 23 zu befestigende Fluidleitungsverbinder 49a, 49b. Diese geringe Anzahl von Bauteilen ermöglicht eine schnelle Montage des Arbeitszylinders 1.
Die Kolbenstange 14 besteht zweckmäßigerweise aus Aluminimummaterial oder aus nicht rostendem Stahl .
Der Trägerkörper 42 des Kolbens 7 kann ein Tiefziehteil sein und insbesondere aus Aluminiummaterial bestehen.
Ein bevorzugter Verfahrensablauf zur Herstellung des Arbeitszylinders kann sich in der nachfolgend geschilderten Weise gestalten.
Zunächst wird aus einem Ausgangskörper in Gestalt eines Rohrkörpers das Gehäusevorderteil 25 hergestellt, beispielsweise indem ein Endabschnitt einrolliert wird, um die vordere Ab- schlusswand 5 sowie die Durchbrechung 26 und eventuell den hohlzylindrischen Fortsatz 27 zu erhalten. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Warmumformung unter Wärmezufuhr. Alternativ könnte das Gehäusevorderteil 25 bei einer Metall- ausführung insoweit z.B. auch durch Tiefziehen eines bei- spielsweise platten- oder scheibenförmigen Ausgangskörpers hergestellt werden.
Als nächstes wird die separat gefertigte Hülse 36 in die Durchbrechung 26 eingesetzt und vorzugsweise eingepresst.
Im nächsten Schritt wird die aus der Kolbenstange 14 und dem Kolben 7 zusammengesetzte Baueinheit durch das rückseitig noch offene Gehäusevorderteil 25 in dieses Gehäusevorderteil 25 eingesetzt, wobei die Kolbenstange 14 durch die Hülse 36 hindurchgeführt wird.
Danach wird der Abschlussdeckel 28 angesetzt und mit einer der oben geschilderten Befestigungsarten befestigt. An dem Abschlussdeckel 28 wurden bei Bedarf zuvor geeignete Befestigungsmittel angebracht, die eine nachfolgende Befestigung des Arbeitszylinders am Einsatzort ermöglichen.
Die im Gehäusevorderteil 25 gewünschten vorderen und/oder rückwärtigen Fluiddurchtrittsöffnungen 22, 23 werden insbesondere durch Stanzen in die Wandung des Gehäusevorderteils 25 eingebracht. Dies geschieht zweckmäßigerweise vor der spanlosen Formgebung des Gehäusevorderteils 25 durch entsprechende Bearbeitung des Ausgangskδrpers, kann unter Umständen aber auch erst im Anschluß daran geschehen.
Anschließend werden noch die eventuell benötigten Fluidleitungsverbinder 49a, 49b in einer oder beiden Fluiddurchtrittsöffnungen 22, 23 installiert. Dies geschieht beispielsweise durch Einschrauben oder Einpressen, je nach Ausführungsform. Die Fluidleitungsverbinder können insgesamt patronenartige Bauteile sein. Als letztes schließt sich zweckmäßigerweise noch ein Prüfvorgang an, bei dem die Dichtheit, Maßhaltigkeit und Funktion des hergestellten Arbeitszylinders überprüft werden.
Es besteht die Möglichkeit, den Arbeitszylinder zum größten' Teil spanlos herzustellen. Er kann aus sehr wenigen, beispielsweise lediglich fünf Hauptkomponenten bestehen, die bei Bedarf durch einen oder zwei Fluidleitungsverbinder ergänzt werden, so dass maximal sechs oder sieben Komponenten vorge- sehen sind. Für die Herstellung des Arbeitszylinders sind nur relativ geringe Werkzeugkosten erforderlich, was die Herstellung insgesamt sehr kostengünstig gestaltet. Auch ist der Materialbedarf sehr gering. Es ist eine extrem bauteilreduzierte und kostenminimierte Herstellung möglich.
Der Arbeitszylinder kann problemlos in unterschiedlichen Längen hergestellt werden, da hierzu im wesentlichen lediglich die Länge des Gehäusevorderteils und der Kolbenstange zu variieren ist. Ausgehend von in Meterware vorliegendem Aus- gangsmaterial ist mithin eine flexible Fertigung möglich.
Der Arbeitszylinder kann auch als Stoßdämpfer eingesetzt werden, wobei er sich wiederum durch seine geringe Anzahl von Bauteilen und seine kostengünstige Herstellung bzw. Montage auszeichnen kann.
Bei Bedarf kann der Arbeitszylinder mit Sensormitteln ausgestattet werden, die eine Erfassung der Position des Kolbens und/oder der Kolbenstange ermöglichen. Die Sensormittel kön- nen einen oder mehrere Positionssensoren und /oder ein Wegmeßsystem enthalten.

Claims

'10 Ansprüche
1. Fluidbetätigter Arbeitszylinder, insbesondere Pneumatikzylinder, mit einem ein Zylinderrohr (4) und zwei an den beiden Stirnseiten des Zylinderrohres (4) vorgesehene Abschluss-
15 wände (5, 6) enthaltenden Zylindergehäuse (2), mit einem in dem Zylindergehäuse (2) linear verschiebbar angeordneten Kolben (7) , und mit einer mit dem Kolben (7) verbundenen und eine der Abschlusswände (5) durchsetzenden Kolbenstange (14) , dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kolbenstange (14)
20 durchsetzte vordere Abschlusswand (5) einstückig mit dem Zylinderrohr (4) ausgebildet ist und gemeinsam mit diesem ein Gehäusevorderteil (25) bildet, an dessen Rückseite die andere, rückwärtige Abschlusswand (6) als separater Abschlussdeckel (28) befestigt ist.
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2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusevorderteil (25) aus einem spanlos geformten Körper besteht .
3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusevorderteil (25) ein aus Kunststoff- material bestehendes Spritzgußteil oder ein, insbesondere aus Aluminimummaterial bestehendes, Tiefziehteil oder ein stirnseitig einrolliertes Rohrteil ist.
4. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Gehäusevorder- teils (25) mindestens eine Fluiddurchtrittsöffnung (22, 23) ausgebildet ist.
5. Arbeitszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluiddurchtrittsöffnung (22) im Bereich der vorde- ren Abschlusswand (5) ausgebildet ist.
6. Arbeitszylinder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Fluiddurchtrittsöffnung (22, 23) von einem Stanzloch gebildet ist.
7. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Fluiddurchtrittsöffnung (22, 23) einen Befestigungsabschnitt (48) für eine Fluidleitung oder einen Fluidleitungsverbinder (49a, 49b) aufweist.
8. Arbeitszylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (48) ein Innengewinde oder eine Preßsitzfläche aufweist.
9. Arbeitszylinder nach Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (48) hohlzylindrisch ausgebildet ist.
10. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (48) in den Innenraum (3) des Zylindergehäuses (2) vorsteht.
11. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) einen in Richtung zur vorderen Abschlusswand (5) ragenden Anschlagabschnitt (52) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er im Betrieb auf die vordere Abschlusswand (5) auftrifft, bevor sein mit dem Zylinderrohr (4) in Kontakt stehender Kolbenabschnitt (53) die Fluiddurchtrittsöffnung (22) erreicht.
12. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) an einer oder an beiden Stirnseiten einen Axialvorsprung (58a, 58b) aufweist, der zur Endlagendämpfung mit einer zugeordneten gehäusefesten Aufnahme (59a, 59b) zusammenarbeiten kann.
13. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da- durch gekennzeichnet, dass in der von der Kolbenstange (14) durchsetzten Durchbrechung (26) der vorderen Abschlusswand (5) eine zur Kolbenstange (14) koaxiale Hülse (36) vorzugsweise im Preßsitz festgelegt ist, die eine Führungsbüchse (37) , einen Abstreifring (38) und zweckmäßigerweise einen Dichtungsring (39) enthält und vorzugsweise auch eine bei der Endlagendämpfung des Kolbens (7) mitwirkende Aufnahme (59a) umfasst .
14. Arbeitszylinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich- net, dass die Hülse (36) einen eine Aufnahme (59a) definierenden Fortsatz (40) enthält.
15. Arbeitszylinder nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (36) ein, insbesondere in einem einzigen Fertigungsvorgang hergestelltes, Mehrkomponenten- Spritzgußteil ist.
16. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da- durch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) einen mit der Kolbenstange (14) verbundenen Trägerkörper (42) mit am Außenumfang angeordneten und insbesondere angeformten Führungs- und Dichtungsmitteln (17) aufweist.
17. -Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) ein, insbesondere in einem einzigen Fertigungsvorgang hergestelltes, Mehrkomponenten-Spritzgußteil ist.
18. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (14) mit dem Kolben (7) vernietet oder, insbesondere durch eine Reibschweißverbindung, verschweißt oder verpreßt oder verklebt ist.
19. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (28) schraubenlos und zweckmäßigerweise durch eine oder mehrere umgeformte Abschnitte (31) des Gehäusevorderteils (25) am Gehäusevorderteil (25) gehalten ist.
20. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (28) durch eine Bördelverbindung und/oder eine Sickenverbindung und/oder eine Schweißverbindung am Gehäusevorderteil (25) gehalten ist.
21. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die dichte Verbindung zwischen Gehäusevorderteil (25) und Abschlussdeckel (28) allein durch Materialkontakt dieser beiden Zylinderkomponenten erhalten ist .
22. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 21, ge- kennzeichnet durch eine Zusammensetzung aus lediglich fünf bis sieben Bauteilen in Gestalt des Gehäusevorderteils (25) , des Abschlussdeckels (28) , einer am Gehäusevorderteil (25) fixierten Hülse (36) mit zumindest Führungs-, Abstreif- und vorzugsweise auch Dichtfunktion, der Kolbenstange (14) und einem mit Führungs- und Dichtmitteln (17) ausgestatteten Kolben (7) , sowie eventuell einem oder zwei am Zylindergehäuse (2) befestigten Fluidleitungsverbindern (49a, 49b)
23. Verfahren zur Herstellung eines Arbeitszylinders nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass man durch spanlose Umformung eines Ausgangskörpers das den Rohrkörper (4) und die vordere Abschlusswand (5) enthaltende, mit einer den Durchgriff der Kolbenstange (14) ermöglichenden Durchbrechung (26) versehene Gehäusevorderteil (25) her- stellt, an dessen Rückseite man nach dem Einsetzen der aus Kolben (7) und Kolbenstange (14) bestehenden Baueinheit den die rückwärtige Abschlusswand (6) definierenden Abschlussdeckel (28) befestigt.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Durchbrechung (26) der vorderen Abschlusswand (5) vor der Einsetzen der Kolbenstange (14) eine zumindest zum Ausführen einer Führungs-, Abstreif- und vorzugsweise auch Dichtfunktion bezüglich der Kolbenstange (14) vorgesehene Hülse (36), insbesondere durch Einpressen befestigt.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem Ausgangskörper vor der Formgebung des Gehäusevorderteils (25) ein oder mehrere Stanzlöcher als Fluiddurchtrittsöffnungen (22, 23) einbringt.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass man in mindestens eine Fluiddurchtrittsöffnung (22, 23) einen
Fluidleitungsverbinder (49a, 49b) einsetzt und vorzugsweise einpreßt .
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass man als Ausgangskörper einen Rohrkörper heranzieht, den man an einem Endabschnitt durch Rollieren so umformt, dass die vordere Abschlusswand (5) entsteht, vorzugsweise einschließlich eines axial nach außen ragenden, die Durchbrechung (26) definierenden hohlzylindrischen Fortsatzes (27) .
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass man das Gehäusevorderteil (25) durch Warmumformung herstellt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass man die rückwärtige Abschlusswand (6) durch Kaltumformung mindestens eines Materialabschnittes (31] des Gehäusevorderteils (25) fixiert.
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