WO2009019092A1 - Führungsring sowie kolben- und/oder stangen-zylindereinheit - Google Patents

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WO2009019092A1
WO2009019092A1 PCT/EP2008/058733 EP2008058733W WO2009019092A1 WO 2009019092 A1 WO2009019092 A1 WO 2009019092A1 EP 2008058733 W EP2008058733 W EP 2008058733W WO 2009019092 A1 WO2009019092 A1 WO 2009019092A1
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WO
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guide ring
piston
porous material
rod
radial direction
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PCT/EP2008/058733
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Sergey Solovyev
Thomas Wawra
Joern Ostrinsky
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F15B15/1471—Guiding means other than in the end cap

Definitions

  • the invention relates to a guide ring for piston and / or rod-cylinder units according to the preamble of claim 1 and a piston and / or rod-cylinder unit according to claim 10.
  • guide rings spacer bands
  • the known guide rings consist of materials such as (composite) plastics, federal metals and / or ceramics, which, on the one hand, absorb the high transverse forces and, on the other hand, should support sliding of the components relative to one another with as little friction as possible.
  • the lubrication of the guide rings is carried out by the hydraulic fluid used for offshore applications usually a glycol-water mixture.
  • the invention is therefore based on the object to propose a guide ring (a spacer strip), which (which) has a long service life and by the use of the wear of pistons or rods and / or cylinders is minimized. Furthermore, the object is to propose a piston and / or rod-cylinder unit with a prolonged life.
  • the invention is based on the idea, in addition to or alternatively provided on the outer or inner circumference of the guide ring lubricating pockets at least provide a lubricant reservoir on the guide ring or form the guide ring from a lubricant reservoir, which is formed according to the concept of the invention of a porous material, wherein the lubricant stored in the pores of the material and can be discharged for lubrication purposes from the porous material during operation of the equipped with the guide ring piston and / or cylinder unit again.
  • the formation of the lubricant reservoir of a porous material or a material having a porous structure has the advantage that comparatively large amounts of lubricant can be stored and that the lubricant can be taken up again in the porous material after its release from the porous material, so that lubrication of the guide rings and / or the piston or the rod or of the cylinder is ensured.
  • the porous material acts as a kind of dynamic lubricant reservoir.
  • the guide ring is not formed closed in the circumferential direction, in order to provide sufficient space for expansion in the circumferential direction with transverse force application.
  • the guide ring is a straight, slanted or stepped slotted / slotted ring or spacer strip.
  • the improved lubrication over a longer period of time not only increases the service life of the at least one guide ring used, but also increases the service life of a piston and / or rod / cylinder unit equipped with such a guide ring. So-called stick-slip effects are advantageously avoided and the maintenance cycle is over- Examination and / or replacement of guide rings is considerably extended compared to known guide rings.
  • the guide ring according to the invention is particularly suitable for piston and / or rod-cylinder units with a piston or rod diameter of more than 10 cm, in particular more than 20 cm, preferably more than 30 cm.
  • the trained according to the concept of the invention guide ring for offshore applications, such as Bohrvor- directions or Schleusentorsch widermechanismen.
  • the use of the guide ring is also applicable to piston and / or rod-cylinder units with smaller diameters and for all applications in which guide rings can be used to absorb shear forces and to minimize friction, for. B. in piston engines, as these are common in motor vehicles.
  • the porous material is not absolutely rigid, but at least within certain limits elastically deformable.
  • the lubricant reservoir receives a sponge-like functionality, such that with sufficient application of force lubricant can be pushed out of the porous material and sucked in with decreasing force application again, this in particular because the guide ring is preferably used in an air-empty, liquid-filled area.
  • the guide ring has in addition to the porous material at least one stiffening element for supporting the transverse forces.
  • the at least one rigidifying element in particular of a material of lower elasticity than the porous lubricant storage material, there are various possibilities.
  • the stiffening element prevents direct contact of the porous material with the part of the piston and / or rod-cylinder unit opposite the guide ring, so that not the porous material, but the stronger, more resistant stiffening element along this Component slides.
  • stiffening element projects in the radial direction into the porous material.
  • a plurality of circumferentially spaced stiffening elements are provided, which each extend in the radial direction, wherein preferably at least some of these stiffening elements extend both to the outer circumference and to the inner circumference of the guide ring, so that the guiding ring on the stiffening radially inwardly and radially outwardly supported.
  • the porous material in a region between adjacent stiffening elements extends to the inner or outer circumference of the guide ring, or that it is adjacent at least in a radial direction to a stiffening element extending in the circumferential direction. It is also within the scope of the invention to form all stiffening elements or groups of stiffening elements in one piece or as individual elements. The stiffening elements form a composite with the porous material.
  • porous material is received between at least two radially spaced annular stiffening elements, wherein it is preferred that the annular stiffening elements extending in the radial direction stiffening elements, which are integral or separate from the annular Stiffening elements may be formed, support one another.
  • the channels are microchannels having a diameter of preferably less than 100 ⁇ m.
  • the channels extending in particular in the radial direction can be introduced into the at least one stiffening element, for example by laser drilling, punching or already during a possible injection molding process.
  • the provision of channels in at least one stiffening element is particularly advantageous when the at least one stiffening element is designed as a stiffening ring and the porous material does not extend directly to the outer circumference of the guide ring.
  • the holes can also be introduced obliquely through the individual layers to the porous layers. This is advantageous since a smaller compression of the support material without pore interruption layer allows a higher absorption of lateral forces with simultaneous direct supply of lubricant to the loading zone.
  • the guide ring has a plurality, in particular by stiffening elements separated from each other, lubricant reservoir of a porous material. It is conceivable that the guide ring is constructed in a layered construction, wherein at least two spaced apart in the radial direction lubricant reservoir are separated by an annular stiffening element. Additionally or alternatively, separate lubricant reservoirs (lubricant chambers) made of porous material can also be provided in the circumferential direction and in the axial direction, wherein these are preferably separated from one another by stiffening elements extending in the radial direction. There are various possibilities for forming the porous material.
  • the required composition of the material depends in particular on the application, on the required amount of lubricant to be stored and on the magnitude of the transverse forces that occur.
  • the porous material is a foamed plastic having a sufficient strength.
  • the stiffening material can be formed, for example, from plastic solid material or as a plastic composite. In addition, a formation of the stiffening material of metal and / or ceramic or a composite of at least two of these materials is possible. It is also conceivable to reinforce the stiffening element by enclosed fibers, in particular glass fibers or aramid fibers or arabic films.
  • the invention also provides a piston and / or rod-cylinder unit equipped with at least one previously described guide ring.
  • Each unit preferably comprises at least two guide rings, wherein one of the guide rings is fixed to the moving component, ie the piston or the rod, in particular by arranging the guide ring in a retaining groove.
  • a further guide ring is fixed on the inner circumference of the associated cylinder, so that a support of the at least two components of the respective unit spaced from one another in the axial direction is ensured by means of the guide rings.
  • Fig. 1 a schematic representation of a combined piston and / or rod-cylinder unit with four guide rings, being omitted affecting the presentation ⁇ development of hydraulic fluid seals for reasons of clarity,
  • Figure 3 Located in the sectional plane E of Figure 2 sectional view of a possible embodiment of a guide ring in which a hydrogen storage ⁇ a lubricating forming porous layer between two annular reinforcing elements is accommodated,
  • Fig. 4 A lying in the sectional plane E of Figure 2 sectional view of an alternative possible embodiment of a guide ring in which zusharm ⁇ Lich to two spaced-apart in the radial direction of annular reinforcing elements, oriented in the radial direction of stiffening elements are provided,
  • FIG. 5 shows a section view, lying in the sectional plane E according to FIG. 2, of an alternative, possible embodiment of a guide ring with a multi- layered structure
  • FIG. FIG. 6 shows a sectional view, lying in the sectional plane E according to FIG. 2, of an alternative, possible embodiment of a guide ring with a plurality of reinforcing elements distributed in a porous layer
  • FIG. 5 shows a section view, lying in the sectional plane E according to FIG. 2, of an alternative, possible embodiment of a guide ring with a plurality of reinforcing elements distributed in a porous layer
  • FIG. 6 shows a sectional view, lying in the sectional plane E according to FIG. 2, of an alternative, possible embodiment of a guide ring with a plurality of reinforcing elements distributed in a porous layer
  • FIG. 5 shows a section view, lying in the sectional plane E according to FIG. 2, of an alternative, possible embodiment of a guide ring with a multi- layered structure
  • FIG. 6 shows
  • FIG. 7 shows a sectional view, lying in the sectional plane E according to FIG. 2, of an alternative, possible embodiment of a guide ring with three ring-shaped layers of porous material, two of these layers being connected to one another by radial connections.
  • a combined piston and rod cylinder unit 1 is shown. This comprises a cylinder 2, in which a piston 3 is guided axially displaceable. To the piston 3, a rod 4 is fixed, which is led out of the front side of the cylinder 2. By pressurizing a front side of the piston 3 limited pressure chamber 5 within the cylinder 2, the piston 3 is moved with the rod 4 in the plane of the drawing to the right. The hydraulic fluid used simultaneously serves to lubricate the piston 3 and the rod 4.
  • circumferential guide rings 6 are arranged, which are held in circumferential grooves on the outer circumference of the piston 3.
  • a cover plate 7 of the cylinder 2, which is centrally penetrated by the rod 4 also has, on the bore edge penetrated by the rod 4, two circumferentially spaced guide rings 6, along which the rod 4 slides during its axial movement, whereby direct contact between the rod 4 and the cylinder 2 is avoided.
  • FIG. 2 shows by way of example a possible embodiment of the guide rings 6 used.
  • the band-shaped guide ring 6 (guide band) is not circumferentially closed, but is provided with a slanted slot 8, which allows expansion of the guide ring 6 in the circumferential direction with transverse force.
  • the guide ring 6 serves, on the one hand, to absorb transverse forces acting on the piston 3 or the rod 4 and, on the other hand, to ensure a low-friction sliding behavior of the piston 3 and of the rod 4 relative to the cylinder 2.
  • FIGS. 3 to 7 show different, possible embodiments of the guide ring 6 according to FIGS. 1 and 2, wherein in each case unwound longitudinal sectional views lying in the sectional plane E according to FIG. 2 are shown.
  • the axial outer edge regions of the guide ring 6 can not be recognized. These are preferably closed with reinforcing elements which will be explained later, wherein it is also conceivable for a porous material, which will also be explained later, to reach the axial edge sides of the guide ring 6.
  • the sectional views shown in FIGS. 3 to 7 are not shown curved.
  • FIG. 3 shows a simple embodiment of a guide ring 6.
  • the guide ring 6 has a layered structure, with an annular reinforcing element 9, 10 being provided radially on the outside as well as radially on the inside.
  • the reinforcing elements 9, 10 bound radially inwardly and radially outwardly a lubricant reservoir 11 made of a porous material 12.
  • a lubricant reservoir 11 made of a porous material 12.
  • the stiffening elements 9, 10 have a greater rigidity and thus a lower flexibility than the porous material 12 and consist in the embodiment shown of a plastic composite.
  • channels 14 designed as microchannels are provided in both reinforcing elements 9, 10, which extend in the radial direction and which are guided to the pores 13.
  • the porous material 12 is at least slightly compressed, so stored in this lubricant by the Channels 14 can escape to the outside. It is essential that the lubricant on the outside can escape from the guide ring, which is in contact with the component, to which the guide ring 6 is relatively adjusted.
  • FIG. 4 another possible embodiment of a guide ring 6 is shown.
  • radially directed reinforcing elements 15 are provided, which support the annular reinforcing elements 9, 10 and thus prevent excessive compression of the porous material 12.
  • channels 14 are provided in the lower annular reinforcing element 10 in the drawing plane, through which lubricant can escape from the porous material 12 to the outside.
  • the channels 14 can also be made obliquely from the porous material 12 into the amplifier elements 15.
  • FIG. 5 another possible embodiment of a guide ring 6 is shown.
  • annular reinforcing elements 9, 10, 16 wherein the central reinforcing element 16 is radially spaced from the two outer reinforcing elements 9, 10.
  • the annular reinforcing elements 9, 10, 16 are supported by radially pointing reinforcing elements 15 against each other.
  • no channels 14 are provided in the central reinforcing element 16, but they are provided in the outer reinforcing elements 9, 10.
  • FIG. 6 does not come without annular reinforcing elements.
  • distributed reinforcing elements 17 are provided, wherein some of the reinforcing elements 17 extend to the radially inner or radially outer edge. To- Additionally or alternatively, it is conceivable to provide continuous reinforcing elements in the radial direction.
  • annular reinforcing elements 9, 10, 16 are similar to the embodiment of FIG. 5 are provided. Between the upper in the drawing plane annular reinforcing elements 9, 16 a circumferentially repeatedly interrupted reinforcing element 18 is provided, which is radially spaced from the annular reinforcing elements 9, 16. Channels 14 in the outer annular reinforcing elements 9, 10 thereby enable a lubricant outlet from the guide ring 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Führungsring (6) für Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheiten (1), mit mindestens einem Schmiermittelreservoir (11). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schmiermittelreservoir (11) aus einem porösen Material (12) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit (1).

Description

Beschreibung
Titel
Führungsring sowie Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Führungsring für Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Kolben- und/oder Stangen- Zylindereinheit gemäß Anspruch 10.
Es ist bekannt, insbesondere für Offshore-Anwendungen, in Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheiten mit großen Durchmessern sogenannte Führungsringe (Abstandsbänder) einzusetzen, die einen Kontakt der relativ zueinander bewegten Komponenten (Kolben-Zylinder; Stange-Zylinder) verhindern und dabei die auf das System wirkenden Querkräfte aufnehmen. Um diese Aufgabe erfüllen zu können, bestehen die be- kannten Führungsringe aus Materialien wie (Verbund-) Kunststoffen, Bundmetallen und/oder Keramiken, die einerseits die hohen Querkräfte aufnehmen und andererseits ein möglichst reibungsarmes Gleiten der Komponenten relativ zueinander unterstützen sollen. Die Schmierung der Führungsringe erfolgt dabei durch die zum Einsatz kommende Hydraulikflüssigkeit, bei Offshore-Anwendungen üblicherweise ein Glykol- Wassergemisch . Um die Schmierung des Systems möglichst lange aufrechterhalten zu können, ist es bekannt, die Führungsringe mit, insbesondere nutenförmigen Schmiertaschen auszustatten. Durch die auftretenden Querkräfte und den damit zusammenhängenden Verschleiß werden diese Schmiertaschen im Laufe der Zeit jedoch zerstört, wodurch die Schmierwirkung über die Lebensdauer der Führungsringe ab- nimmt. Dies kann im ungünstigen Fall zu einem sogenannten Stick-Slip-Effekt führen, der auf einen Schmiermittelmangel bei hohen Kräften hinweist. Die durch den Schmiermittelmangel entstehende Reibung wirkt sich nicht nur negativ auf die Lebensdauer der Führungsringe, sondern auch auf die Lebensdauer des zur Anwendung kommenden Kolbens bzw. der zur Anwendung kommenden Stange und/oder des Zylinders aus. Insbesondere werden aufgrund der auftretenden Reibung feine Schmiermittelführungsstrukturen am Außenumfang des Kolbens bzw. der Stange zerstört.
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Führungsring (ein Abstandsband) vorzuschlagen, welcher (welches) eine lange Lebensdauer aufweist und durch dessen Einsatz der Verschleiß von Kolben bzw. Stangen und/oder Zylindern minimiert wird. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit mit einer verlängerten Lebensdauer vorzuschlagen.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Führungsringes (des Abstandbandes) mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege- ben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zusätzlich oder alternativ zu am Außen- oder Innenumfang des Führungsrings vorgesehenen Schmiertaschen mindestens ein Schmiermittelreservoir am Führungsring vorzusehen oder den Führungsring aus einem Schmiermittelreservoir auszubilden, welches gemäß dem Konzept der Erfindung aus einem porösen Material ausgebildet ist, wobei das Schmiermittel in den Poren des Materials gespeichert und zu Schmierzwecken aus dem porösen Material während des Betriebs der mit dem Führungsring aus- gestatteten Kolben - und/oder Zylindereinheit wieder abgegeben werden kann. Die Ausbildung des Schmiermittelreservoirs aus einem porösen Material bzw. einem Material mit einer porösen Struktur hat den Vorteil, dass vergleichsweise große Mengen an Schmiermittel gespeichert werden können und dass das Schmiermittel nach dessen Abgabe aus dem porösen Material wieder in das poröse Material aufgenommen werden kann, so dass eine Schmierung der Führungsringe und/oder des Kolbens bzw. der Stange bzw. des Zylinders gewährleistet wird. Das poröse Material wirkt dabei als eine Art dynamischer Schmiermittelspeicher. Bevorzugt ist der Führungsring in Umfangsrichtung nicht geschlossen ausgebildet, um genügend Raum für eine Ausdehnung in Umfangsrich- tung bei Querkraftbeaufschlagung zu bieten. Insbesondere handelt es sich bei dem Führungsring um einen/ein gerade, schräg oder gestuft geschlitzten/geschlitztes Ring bzw. Abstandsband. Durch die verbesserte Schmierung über einen längeren Zeitraum wird nicht nur die Lebensdauer des mindestens einen zur Anwendung kommenden Führungsrings, sondern auch die Lebensdauer einer mit einem derartigen Füh- rungsring ausgestatteten Kolben- und/oder Stangen- Zylindereinheit erhöht. Sogenannte Stick-Slip-Effekte werden mit Vorteil vermieden und der Wartungszyklus zur Über- prüfung und/oder zum Austausch von Führungsringen wird gegenüber bekannten Führungsringen erheblich verlängert.
Der erfindungsgemäße Führungsring eignet sich insbesondere für Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheiten mit einem Kolben- bzw. Stangendurchmesser von mehr als 10 cm, insbesondere mehr als 20 cm, vorzugsweise mehr als 30 cm. Bevorzugt eignet sich der nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Führungsring für Offshore-Anwendungen, wie Bohrvor- richtungen oder Schleusentorschließmechanismen. Daneben ist der Einsatz des Führungsrings auch bei Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheiten mit geringeren Durchmessern einsetzbar und für sämtliche Anwendungen, in denen Führungsringe zur Aufnahme von Querkräften und zur Minimierung der Reibung eingesetzt werden können, z. B. in Kolbenmaschinen, wie diese in Kraftfahrzeugen üblich sind.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das poröse Material nicht absolut starr, sondern zumindest in gewissen Grenzen elastisch verformbar ist. Hierdurch erhält das Schmiermittelreservoir eine schwammähnliche Funktionalität, derart, dass bei ausreichender Kraftbeaufschlagung Schmiermittel aus dem porösen Material herausgedrückt werden und bei nachlassender Kraftbeaufschlagung wieder eingesaugt werden kann, dies insbesondere deshalb, da der Führungsring bevorzugt in einem luftleeren, flüssigkeitsgefüllten Bereich eingesetzt wird.
Um die Lebensdauer des Führungsrings weiter zu erhöhen, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der der Führungsring zusätzlich zu dem porösen Material mindestens ein Versteifungselement zum Abstützen der Querkräfte aufweist. Bezüglich der Ausbildung und Anordnung des mindestens einen Ver- steifungselementes, insbesondere aus einem Material geringerer Elastizität als das poröse Schmiermittelspeichermaterial, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Versteifungsele- ment einen unmittelbaren Kontakt des porösen Materials zu dem dem Führungsring gegenüberliegenden Bauteil der Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit verhindert, so dass nicht das poröse Material, sondern das festere, beständigere Versteifungselement entlang dieses Bauteils gleitet.
Eine Möglichkeit zur Ausbildung und Anordnung des Versteifungselementes besteht darin, dass das Versteifungselement in radialer Richtung in das poröse Material hineinragt. Dabei ist eine Ausführungsform denkbar, bei der mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Versteifungselemente vorgesehen sind, die sich jeweils in radialer Richtung erstrecken, wobei bevorzugt zumindest einige dieser Versteifungselemente sowohl bis an den Außenumfang als auch an den Innenumfang des Führungsrings reichen, so dass sich der Führungs- ring über die Versteifungselemente radial innen sowie radial außen abstützt. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass auch das poröse Material in einem Bereich zwischen benachbarten Versteifungselementen bis an den Innen- oder Außenumfang des Führungsrings reicht, oder dass es zumindest in einer Radialrichtung an ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Versteifungselement angrenzt. Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, sämtliche Versteifungselemente oder Gruppen von Versteifungselementen einstückig oder als Einzelelemente auszubilden. Die Versteifungselemente bilden mit dem porösen Material einen Verbundstoff.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der zusätzlich oder alternativ zu den in radialer Richtung wei- senden, stützsäulenartigen Versteifungselementen mindestens ein ringförmiges Versteifungselement vorgesehen ist, wobei auch dieser Versteifungselementring bevorzugt nicht um- fangsgeschlossen ausgebildet wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, radial außen und/oder radial innen einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden, aus Versteifungsmaterial ausgebildeten Ringkörper vorzusehen, um einen unmittelbaren Kontakt des porösen Materials mit Bauteilen der Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit zu verhindern.
In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass poröses Material zwischen mindestens zwei in radialer Richtung beabstandeten, ringförmigen Versteifungselementen aufgenommen ist, wobei es bevorzugt ist, dass sich die ringförmigen Versteifungselemente über sich in radialer Richtung erstreckende Versteifungselemente, die einstückig oder separat von den ringförmigen Versteifungselementen ausgebildet sein können, aneinander abstützen.
Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, in dem porösen Material eingebettete Versteifungselemente vorzusehen, wobei sich in radialer Richtung beabstandete Versteifungselemente bevorzugt bei Querkraftbeaufschlagung des Führungsrings in radialer Richtung aneinander abstützen.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der in dem mindestens einen Versteifungselement, insbesondere in radialer Richtung weisende bis an das poröse Material reichende Kanäle vorgesehen sind, durch die Schmiermittel aus dem porösen Material an den Außen- und/oder Innenumfang des Führungsrings gelangen kann, um dort für eine ausreichende Schmierung zu sorgen. Bevorzugt handelt es sich bei den Kanälen um Mikrokanäle mit einem Durchmesser von vorzugsweise weniger als 100 μm. Selbstverständlich ist es denkbar, zusätzlich oder alternativ Kanäle mit größeren Durchmessern vorzusehen. Die insbesondere in radialer Richtung verlaufenden Kanäle können beispielsweise durch Laserbohren, Stanzen oder bereits bei einem evtl. Spritzgussverfahren in das mindestens eine Versteifungselement eingebracht werden. Das Vorsehen von Kanälen im mindestens einem Versteifungselement ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das mindestens eine Versteifungselement als Versteifungsring ausge- bildet ist und das poröse Material nicht unmittelbar an den Außenumfang des Führungsrings reicht. Die Bohrungen können auch schräg durch die einzelnen Schichten zu den porösen Schichten eingebracht werden. Dies ist von Vorteil, da eine geringere Stauchung des Stützmaterials ohne Porenunterbre- chungsschicht eine höhere Aufnahme von Querkräften bei gleichzeitiger direkter Schmiermittelzufuhr an die Belastungszone ermöglicht.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Führungsring mehrere, insbesondere durch Versteifungselemente voneinander getrennte, Schmiermittelspeicher aus einem porösen Material aufweist. Dabei ist es denkbar, dass der Führungsring in Schichtbauweise aufgebaut ist, wobei mindestens zwei in radialer Richtung voneinander beabstandete Schmiermittelspeicher durch ein ringförmiges Versteifungselement voneinander getrennt sind. Zusätzlich oder alternativ können auch in Umfangsrichtung sowie in axialer Richtung voneinander getrennte Schmiermittelspeicher (Schmiermittelkammern) aus porösem Material vorgesehen sein, wobei diese bevorzugt durch sich in radialer Richtung erstreckende Versteifungselemente voneinander getrennt sind. Zur Ausbildung des porösen Materials gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Die benötigte Beschaffenheit des Materials hängt insbesondere vom Anwendungsfall, von der benötigten Menge an zu speicherndem Schmiermittel und von der Grö- ße der auftretenden Querkräfte ab. Bevorzugt handelt es sich bei dem porösen Material um einen aufgeschäumten Kunststoff mit einer ausreichenden Festigkeit. Das Versteifungsmaterial kann beispielsweise aus Kunststoff- Vollmaterial oder als Kunststoff-Verbund ausgebildet wer- den. Darüber hinaus ist eine Ausbildung des Versteifungsmaterials aus Metall und/oder Keramik oder ein Verbund aus zumindest zwei dieser Materialien möglich. Es ist auch denkbar, das Versteifungselement durch eingeschlossene Fasern, insbesondere Glasfasern oder Aramidfasern bzw. Ara- midfolien zu verstärken.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine mit mindestens einem zuvor beschriebenen Führungsring ausgestattete Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit. Bevorzugt umfasst jede Einheit mindestens zwei Führungsringe, wobei einer der Führungsringe an dem bewegten Bauteil, also dem Kolben bzw. der Stange, festgelegt ist, insbesondere durch Anordnung des Führungsrings in einer Haltenut. Bevorzugt ist ein weiterer Führungsring am Innenumfang des zugehörigen Zylinders festgelegt, so dass eine in axialer Richtung beabstandete Abstützung der mindestens zwei Komponenten der jeweiligen Einheit aneinander mittels der Führungsringe gewährleistet ist .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1: in einer schematischen Darstellung eine kombi- nierte Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit mit vier Führungsringen, wobei auf die Darstel¬ lung von Hydraulikflüssigkeitsdichtungen aus Übersichtlichkeitsgründen verzichtet wurde,
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines geschlitzten Führungsrings,
Fig. 3: in der Schnittebene E gemäß Fig. 2 liegende Schnittansicht einer möglichen Ausführungsform eines Führungsrings, bei dem eine einen Schmier¬ stoffSpeicher bildende poröse Schicht zwischen zwei ringförmigen Versteifungselementen aufgenommen ist,
Fig. 4: eine in der Schnittebene E gemäß Fig. 2 liegende Schnittansicht einer alternativen, möglichen Ausführungsform eines Führungsrings, bei dem zusätz¬ lich zu zwei in radialer Richtung beabstandeten ringförmigen Versteifungselementen, in radialer Richtung weisende Versteifungselemente vorgesehen sind,
Fig. 5: eine in der Schnittebene E gemäß Fig. 2 liegende Schnittansicht einer alternativen, möglichen Aus- führungsform eines Führungsrings mit einem mehr¬ schichtigen Aufbau, Fig. 6: eine in der Schnittebene E gemäß Fig. 2 liegende Schnittansicht einer alternativen, möglichen Ausführungsform eines Führungsrings mit mehreren, in einer porösen Schicht verteilt angeordneten Ver- steifungselementen und
Fig. 7: eine in der Schnittebene E gemäß Fig. 2 liegende Schnittansicht einer alternativen, möglichen Ausführungsform eines Führungsrings mit drei ring- förmigen Schichten aus porösem Material, wobei zwei dieser Schichten durch Radialverbindungen miteinander verbunden sind.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
In Fig. 1 ist eine kombinierte Kolben- und Stangen- Zylindereinheit 1 gezeigt. Diese umfasst einen Zylinder 2, in dem ein Kolben 3 axial verschieblich geführt ist. An den Kolben 3 ist eine Stange 4 festgelegt, die stirnseitig aus dem Zylinder 2 herausgeführt ist. Durch Druckbeaufschlagen einer stirnseitig von dem Kolben 3 begrenzten Druckkammer 5 innerhalb des Zylinders 2 wird der Kolben 3 mit der Stange 4 in der Zeichnungsebene nach rechts verstellt. Das zur Anwendung kommende Hydraulikfluid dient gleichzeitig zur Schmierung des Kolbens 3 und der Stange 4.
Um einen unmittelbaren Kontakt zwischen Kolben 3 und Zylinder 2 sowie zwischen Zylinder 2 und Stange 4 zu vermeiden, sind an den Kolben 3 zwei in axialer Richtung beabstandete, umlaufende Führungsringe 6 angeordnet, die in umlaufenden Nuten am Außenumfang des Kolbens 3 gehalten sind. Eine Deckelplatte 7 des Zylinders 2, die von der Stange 4 zentrisch durchsetzt ist, weist an dem von der Stange 4 durch- setzten Bohrungsrand ebenfalls zwei in axialer Richtung beabstandete, umlaufende Führungsringe 6 auf, an denen die Stange 4 bei ihrer Axialbewegung entlang gleitet, wodurch ein unmittelbarer Kontakt zwischen der Stange 4 und dem Zylinder 2 vermieden wird.
In Fig. 2 ist eine mögliche Ausformung der zur Anwendung kommenden Führungsringe 6 beispielhaft gezeigt. Zu erkennen ist, dass der bandförmige Führungsring 6 (Führungsband) nicht umfangsgeschlossen ist, sondern mit einem Schräg- schlitz 8 versehen ist, der eine Ausdehnung des Führungsringes 6 in Umfangsrichtung bei Querkraftbeaufschlagung erlaubt. Der Führungsring 6 dient zum einen zur Aufnahme von auf den Kolben 3 bzw. die Stange 4 wirkenden Querkräften sowie zum anderen zur Sicherstellung eines reibungsarmen Gleitverhaltens des Kolbens 3 und der Stange 4 relativ zu dem Zylinder 2.
In den Fig. 3 bis 7 sind unterschiedliche, mögliche Ausführungsformen des Führungsrings 6 gemäß den Fig. 1 und 2 ge- zeigt, wobei jeweils abgewickelte Längsschnittansichten, die in der Schnittebene E gemäß Fig. 2 liegen, gezeigt sind. Nicht zu erkennen sind die axial äußeren Randbereiche des Führungsrings 6. Diese sind bevorzugt mit später noch zu erläuternden Verstärkungselementen abgeschlossen, wobei es auch denkbar ist, dass ein ebenfalls später noch zu erläuterndes poröses Material bis an die axialen Randseiten des Führungsringes 6 reicht. Aus Vereinfachungsgründen wur- den die in den Fig. 3 bis 7 dargestellten Schnittansichten nicht gekrümmt dargestellt.
In Fig. 3 ist eine einfache Ausführungsform eines Führungs- rings 6 gezeigt. Der Führungsring 6 hat einen schichtförmi- gen Aufbau, wobei radial außen sowie radial innen jeweils ein ringförmiges Versteifungselement 9, 10 vorgesehen ist. Die Verstärkungselemente 9, 10 begrenzen radial innen und radial außen ein Schmiermittelreservoir 11 aus einem porö- sen Material 12. Zu erkennen sind die vergrößert dargestellten Poren 13 innerhalb des porösen Materials 12, bei dem es sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel um geschäumten Kunststoff handelt. Die Versteifungselemente 9, 10 weisen eine größere Steifigkeit und damit eine geringere Flexibilität auf als das poröse Material 12 und bestehen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoffverbund. Um den Austritt von in den Poren 13 gespeichertem Schmiermittel an die radial innere und die radial äußere außenliegende Umfangsseite des Führungsrings 6 zu ermögli- chen, sind in beiden Verstärkungselementen 9, 10 als Mikro- kanäle ausgebildete Kanäle 14 vorgesehen, die sich in radialer Richtung erstrecken und die bis zu den Poren 13 geführt sind. Insbesondere bei einer Querkraftbeaufschlagung des Führungsrings 6, also bei Kräften mit radialer Kraft- komponente in bezug auf die axiale Längserstreckung bzw. der Kolben- und Stangen-Zylindereinheit 1, wird das poröse Material 12 zumindest geringfügig zusammengedrückt, so dass in diesem gespeichertes Schmiermittel durch die Kanäle 14 nach außen austreten kann. Wesentlich ist, dass das Schmiermittel an der Außenseite aus dem Führungsring austreten kann, die in Kontakt zu dem Bauteil steht, zu dem der Führungsring 6 relativ verstellt wird. In Fig. 4 ist eine weitere mögliche Ausführungsform eines Führungsrings 6 gezeigt. Zusätzlich zu den ringförmigen äußeren Verstärkungselementen 10 sind in radialer Richtung weisende Verstärkungselemente 15 vorgesehen, die die ring- förmigen Verstärkungselemente 9, 10 stützen und somit ein zu starkes Zusammendrücken des porösen Materials 12 verhindern. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich in dem in der Zeichnungsebene unteren ringförmigen Verstärkungselement 10 Kanäle 14 vorgesehen, durch die Schmiermittel aus dem porösen Material 12 nach außen austreten kann. Durch das Vorsehen der in radialer Richtung weisenden Verstärkungselemente 15 werden voneinander getrennte Schmiermittelkammern gebildet. Die Kanäle 14 können auch schräg vom porösen Material 12 in die Verstärkerelemente 15 ausgeführt werden.
In Fig. 5 ist eine weitere mögliche Ausführungsform eines Führungsrings 6 gezeigt. Zu erkennen sind drei in radialer Richtung beabstandete, ringförmige Verstärkungselemente 9, 10, 16, wobei das mittlere Verstärkungselement 16 radial von den beiden äußeren Verstärkungselementen 9, 10 beabstandet ist. Die ringförmigen Verstärkungselemente 9, 10, 16 sind durch in radialer Richtung weisende Verstärkungselemente 15 gegeneinander abgestützt. Wie aus Fig. 5 zu entnehmen ist, sind in dem mittleren Verstärkungselement 16 keine Kanäle 14, wohl aber in den äußeren Verstärkungselementen 9, 10 vorgesehen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 kommt ohne ringförmige Verstärkungselemente aus. In dem porösen Material 12 sind quaderförmige, verteilt angeordnete Verstärkungselemente 17 vorgesehen, wobei einige der Verstärkungselemente 17 bis an den radial inneren bzw. radial äußeren Rand reichen. Zu- sätzlich oder alternativ ist es denkbar, in radialer Richtung durchgehende Verstärkungselemente vorzusehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 drei ringförmige Verstärkungselemente 9, 10, 16 vorgesehen. Zwischen den in der Zeichnungsebene oberen ringförmigen Verstärkungselementen 9, 16 ist ein in Umfangsrichtung mehrfach unterbrochenes Verstärkungselement 18 vorgesehen, das radial zu den ringförmigen Verstärkungselementen 9, 16 beabstandet ist. Kanäle 14 in den äußeren ringförmigen Verstärkungselementen 9, 10 ermöglichen dabei einen Schmiermittelaustritt aus dem Führungsring 6.

Claims

Ansprüche
1. Führungsring für Kolben- und/oder Stangen- Zylindereinheiten (1), mit mindestens einem Schmiermit- telreservoir (11),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schmiermittelreservoir (11) aus einem porösen Material (12) ausgebildet ist.
2. Führungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (12) elastisch verformbar ist.
3. Führungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring (6) mindestens ein Versteifungselement (9, 10, 15, 16, 17, 18) aufweist.
4. Führungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (9, 10, 15, 16, 17, 18) als sich in radialer Richtung erstreckende Stützsäule ausgebildet ist, die ein zu starkes Zusammendrücken des porösen Materials (12) verhindert.
5. Führungsring nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (9, 10, 15, 16, 17, 18) als Ringkörper ausgebildet ist, das sich über den Innen- und/oder Außenumfang des Schmiermittelreservoirs (11) erstreckt.
6. Führungsring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (12) zwischen zwei in radialer Richtung beabstandeten, ringförmigen Versteifungselementen (9, 10, 16, 18) aufgenommen ist, wobei die beiden Versteifungselemente (9, 10, 16, 18) über in Um- fangsrichtung voneinander beabstandete, sich in radialer Richtung erstreckende Versteifungselemente (15, 17,) abgestützt sind.
7. Führungsring nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Versteifungselement (9, 10, 15, 16, 17, 18) Kanäle (14), insbesondere mit Durchmessern von weniger als 100 μm, vorzugsweise von weniger als 50 μm, vorgesehen sind, durch die in dem Schmiermittelspeicher (11) gespeichertes Schmiermittel, insbesondere bei Quer- kraftbeaufschlagung des Führungsrings (6), an die Au- ßenseite des Führungsrings (6) strömen kann.
8. Führungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung beabstandete, vorzugsweise durch jeweils mindestens ein ringförmiges Versteifungselement (9, 10, 16, 18) und/oder ein sich in radialer Richtung erstreckendes Versteifungselement (15, 17) voneinander getrennte Schmiermittelspeicher (11) vorge- sehen sind.
9. Führungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (12) ein aufgeschäumtes Kunst- stoffmaterial umfasst.
10. Kolben- und/oder Stangen-Zylindereinheit (1) mit mindestens einem Führungsring (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Führungsring (6) am Kolben (3) und/oder der Stange (4) und/oder am Zylinder (2) festgelegt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4922805A (en) * 1988-09-14 1990-05-08 Beswick Paul R Fluid actuated cylinder
JPH08213796A (ja) * 1994-11-29 1996-08-20 Ckd Corp 実装機の真空吸着装置及び静圧軸受け

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