DE10120026C2

DE10120026C2 - Druckmittelzylinder mit einer Verdrehsicherung

Info

Publication number: DE10120026C2
Application number: DE10120026A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Juergen Engelke; Norbert Fortmann; Thomas Liesenhoff; Jens Mueller
Original assignee: Rexroth Mecman GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: US6637316B2; US20020162447A1; DE50200884D1; EP1253329B1; DE10120026A1; EP1253329A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmittelzylinder mit einer Verdrehsicherung, im Wesentlichen bestehend aus einem Druckmittelzylinderrohr mit nicht-kreisförmigem Innenquerschnitt, in dem ein endseitig mit einer Kolbenstange koaxial in Verbindung stehendes Kolbenelement untergebracht ist.

Derartige Druckmittelzylinder werden insbesondere in der Automatisierungstechnik in vielfältiger Weise angewendet, um eine lineare Stellkraft über eine Druckbeaufschlagung des Kolbenelements zu erzeugen. Als Druckmittel kann hier sowohl eine Hydraulikflüssigkeit als auch Druckluft verwendet werden.

Ein gattungsgemäßer Druckmittelzylinder ist aus der DE 24 31 706 A1 bekannt. Das Druckmittelzylinderrohr hat einen mehreckigen Innenquerschnitt, der mit einem korrespondierend ausgestalteten Kolben zur Bildung einer Verdrehsicherung für die hiervon abgehende Kolbenstange zusammenwirkt. Durch die mehreckige Formgebung ist sichergestellt, dass ein an der Kolbenstange angreifendes Moment nicht zu einer Verdrehung der Kolbenstange führt, was für bestimmte Anmeldungsfälle erforderlich ist.

Aus der DE 86 28 149 U1 geht ein weiterer Druckmittelzylinder hervor, bei dem das Zylinderrohr mit einem ovalen Innendurchmesser versehen ist, welcher mit einem im Querschnitt gesehen ebenfalls oval gestalteten Kolben zusammenwirkt. Auch diese ovale Formgebung ist dafür geeignet, dass ein an der Kolbenstange angreifendes Moment nicht zu einer Verdrehung derselben führt.

Ferner geht aus der US 3,180,236 ein Druckmittelzylinder hervor, welcher einen im Wesentlichen quadratischen Innenquerschnitt besitzt. Der quadratische Innenquerschnitt des Zylinderrohrs wirkt mit einem im Querschnitt gesehen quadratischen Kolben zur Erzielung einer Verdrehsicherung zusammen.

Weiterhin ist es im Stand der Technik allgemein bekannt, zum Zwecke einer derartigen Verdrehsicherung die Kolbenstange selbst mit einem nicht-kreisförmigen Querschnitt auszuführen, die dann zur Verdrehsicherung über eine entsprechende Dichtungsanordnung mit einem korrespondierend ausgestalteten Durchbruch innerhalb des Zylinderdeckels des Druckmittelzylinders zusammenwirkt. Das Druckmittelzylinderrohr sowie der innenliegende Kolben können dann in herkömmlicher Weise kreisförmig ausgebildet sein. Die Kolbenstange weist meist eine mehreckige oder elliptische Querschnittsform auf.

Gemäß einer weiteren im Stand der Technik zur Realisierung einer Verdrehsicherung bei Druckmittelzylindern allgemein bekannten Lösung werden zwei kreisquerschnittförmige Kolbenstangen verwendet, die beide parallel beabstandet am Kolben angebracht sind und durch entsprechende Durchbrüche im Zylinderdeckel geführt sind. Auch hier kann das Druckmittelzylinderrohr sowie der innenliegende Kolben wiederum einen kreisförmigen Querschnitt erhalten.

In der Praxis werden Druckmittelzylinder meist in einer nicht-verdrehgesicherten sowie in einer verdrehgesicherten Variante angeboten, um hieraus je nach dem beabsichtigten Einsatzfall eine entsprechende Auswahl treffen zu können. Damit diese beiden Varianten bereitgestellt werden können, sind entsprechend ausgebildete variantenspezifische Bauteile erforderlich. So sind meist bei der verdrehgesicherten Variante eines Druckmittelzylinders das Druckmittelzylinderrohr und der korrespondierende Kolben nicht-kreisförmig auszugestalten, wogegen bei der nicht-verdrehgesicherten Variante der herkömmliche kreisförmige Querschnitt verwendet wird. Hierauf sind zudem die verwendeten Dichtelemente und andere Kleinteile entsprechend abzustimmen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die in Folge einer verdrehgesicherten sowie nicht-verdrehgesicherten Variante eines Druckmittelzylinders entstehende Bauteilanzahl zu reduzieren.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Druckmittelzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Kolbenelement des Druckmittelzylinders einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und von einem hiermit verbundenen, jedoch bezüglich des Kolbenelements verdrehbaren Adapterringelement mit korrespondierender kreisförmiger innerer Mantelfläche umgeben ist, dessen äußere Mantelfläche wiederum korrespondierend zum nicht-kreisförmigen Innenquerschnitt des Druckmittelzylinderrohrs geformt ist, wobei ein Mittel zum Arretieren des Adapterringelements am Kolbenelement vorgesehen ist.

Der Vorteil einer derartigen Ausbildung eines Druckmittelzylinders liegt darin, dass nunmehr nur eine Baureihe erforderlich ist, um sowohl eine verdrehgesicherte als auch eine nicht- verdrehgesicherte Variante des Druckmittelzylinders zu realisieren. Soll der erfindungsgemäße Druckmittelzylinder eine verdrehgesicherte Eigenschaft haben, so ist lediglich in einfacher Weise das Adapterringelement am Kolbenelement zu arretieren, so dass eine Relativbewegung zwischen beiden Bauteilen nicht mehr möglich ist und infolge des nicht-kreisförmigen Innenquerschnitts des Druckmittelzylinderrohrs, der mit dem korrespondierend ausgebildeten, fest auf dem Kolbenelement sitzenden Adapterringelement zusammenwirkt, die Verdrehsicherung erfolgt. Soll die Verdrehsicherung aufgehoben werden, um insoweit eine nicht-verdrehgesicherte Variante des Druckmittelzylinders bereitzustellen, so ist das Mittel zum Arretieren des Adapterringelementes am Kolbenelement lediglich zu lösen. Die erfindungsgemäße funktionsintegrierte Bauweise des Druckmittelzylinders reduziert die Anzahl der erforderlichen Bauteile zur Bereitstellung beider Varianten erheblich.

Vorzugsweise ist das Mittel zum Arretieren des Adapterringelements zum Kolbenelement nach Art eines Stifts ausgebildet, der in eine radial durch das Kolbenelement sowie das Adapterringelement verlaufende korrespondierende Stiftbohrung steckbar ist. Einen optimalen Kompromiss zwischen der Haltbarkeit der Verdrehsicherung gegenüber eines an der Kolbenstange angreifenden Moments einerseits und dem hiermit verbundenen Bauteileaufwand andererseits stellt die Anordnung genau zweier Stifte innerhalb einander beabstandet angeordneter korrespondierender Stiftbohrungen dar. Daneben ist es auch denkbar, das Mittel zum Arretieren des Adapterringelements am Kolbenelement nach Art mindestens einer Schraube auszubilden, die in eine Gewindebohrung am Kolbenelement einschraubbar ist, um das Adapterringelement zu klemmen. Die Gewindebohrung kann auch in analoger Weise seitens des Adapterringelements angebracht sein. Auch andere, dem Fachmann allgemein bekannte formschlüssig oder kraftschlüssig wirkende Mittel zum Arretieren können an dieser Stelle eingesetzt werden.

Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme ist das Adapterringelement über eine nutförmige außenradiale Ausnehmung am Kolbenelement formschlüssig verdrehbar angeordnet. Diese formschlüssige Verbindung beider Bauteile ist einfach herzustellen und gestattet eine gute Verdrehbarkeit des Adapterringelementes, wobei gleichzeitig eine relative axiale Bewegung wirkungsvoll vermieden wird. Um eine einfache Montage des Adapterringelements in die nutförmige Ausnehmung am Kolbenelement zu ermöglichen, kann das Kolbenelement zweischalig aufgebaut sein, wobei die Trennung im Bereich der nutförmigen Ausnehmung vorgesehen ist. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, das Adapterringelement entsprechend zweiteilig auszuführen.

Das Adapterringelement besteht vorzugsweise aus Kunststoff und ist im Spritzgießverfahren hergestellt. Bei der Herstellung kann in das Adapterringelement mindestens ein Permanentmagnet eingegossen werden, um eine Detektion der Kolbenstellung mittels eines außen am Druckmittelzylinderrohr angebrachten induktiven Sensors zu gewährleisten. Vorteilhafterweise kann außen am Druckmittelzylinderrohr weiterhin mindestens ein achsparallel verlaufender Befestigungssteg angeformt zu sein, um hieran einen solchen Sensor oder ein Ventil zur Beaufschlagung des Druckmittelzylinders unmittelbar lösbar zu befestigen. Die stegartige Ausbildung der Befestigung hat gegenüber einer nutartigen Ausbildung den Vorteil, dass sich Verschmutzungen hieran schwerer festsetzen als innerhalb von Nuten. Dieser Aspekt gewinnt insbesondere bei einem Einsatz des Druckmittelzylinders in der Lebensmittelindustrie an Bedeutung, wo strenge Hygienevorschriften zu beachten sind.

Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme ist im Bereich zwischen dem Kolbenelement und der Innenwandung des Druckmittelzylinderrohrs mindestens ein im Wesentlichen ringförmiges Dichtelement angeordnet, welches dynamisch dichtend mit der Innenwandung des Druckmittelzylinderrohrs zusammenwirkt und insoweit eine an den nicht- kreisförmigen Querschnitt angepasste Außenkontur besitzt. Innenradial ist das Dichtelement kreisförmig ausgebildet, um eine Verdrehung relativ zum Kolbenelement zu ermöglichen. Speziell können hierfür genau zwei auf dem Kolbenelement axial beabstandet angeordnete ringförmige Dichtelemente vorgesehen werden, die das Adapterringelement axial einschließen, und die zur dynamischen Abdichtung gemeinsam eine doppelseitige Lippendichtung bilden. Diese Anordnung zeichnet sich durch einen besonders kompakten Aufbau aus, wobei infolge der doppelseitigen Lippendichtung hervorragende dynamische Dichtungseigenschaften erzielt werden. Das eine relative Verdrehung ermöglichende und einen gleichzeitigen Halt bietende Zusammenwirken des Dichtelements am Kolbenelement erfolgt vorteilhafterweise über einen umlaufenden Haltering oder eine Haltenut am Kolbenelement.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Druckmittelzylinder, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Druckmittelzylinder gemäß Fig. 1 entlang des Schnitts D-D.

Der in der Fig. 1 größtenteils (ohne Zylinderbodenelement sowie Zylinderdeckelelement) dargestellte Druckmittelzylinder besitzt ein Druckmittelzylinderrohr 1, in dem ein Kolbenelement 2 längsverschiebbar angeordnet ist. Vom Kolbenelement 2 geht eine Kolbenstange 3 ab. Das Druckmittelzylinderrohr 1 besteht hier aus einem extrudierten Hohlprofil aus Metall und weist einen achteckigen Innenquerschnitt auf. Das Druckmittelzylinderrohr 1 korrespondiert mit dem Kolbenelement 2 über ein verdrehbares Adapterringelement 4, dessen äußere Mantelfläche 5 korrespondierend zum achteckigen Innenquerschnitt des Druckmittelzylinderrohres 1 geformt ist. Das Adapterringelement 4 ist über eine nutförmige außenradiale Ausnehmung am Kolbenelement 2 formschlüssig verdrehbar gehalten.

Das Kolbenelement 2 besteht hier aus zwei identischen Halbschalen und ist über eine Schraube 6 endseitig mit der Kolbenstange 3 verbunden. In dem Adapterringelement 4 ist ein Permanentmagnet 7 integriert, so dass eine zuverlässige Detektion der Kolbenstellung mittels eines außen am Druckmittelzylinderrohr 1 angebrachten (hier nicht dargestellten) Sensors möglich ist. Weiterhin sind im Bereich zwischen dem Kolbenelement 4 einerseits und der Innenwandung des Druckmittelzylinderrohres 1 andererseits zwei ringförmige Dichtelemente 8a, 8b angeordnet. Die Dichtelemente 8a, 8b sind formschlüssig über einen umlaufenden Haltering 9 axial beabstandet am Kolbenelement 4 verdrehbar befestigt. Die Dichtelemente 8a, 8b kommen dichtend an der Innenwandung des Druckmittelzylinderrohres 1 über in diesem Bereich angeformte Dichtlippen zur Anlage und weisen insoweit hier einen nicht- kreisförmigen Außenquerschnitt auf. Beide Dichtringe 8a, 8b bilden gemeinsam eine doppelseitige Lippendichtung.

Durch die vorstehend beschriebene bauliche Anordnung ist trotz des nicht-kreisförmigen Innenquerschnitts des Druckmittelzylinderrohres 1 die Kolbenstange 3 bei einem hieran angreifenden Moment drehbar, weil eine Relativbewegung zwischen dem Kolbenelement 2 und dem hierauf verdrehbaren Adapterringelement 4 möglich ist. Für eine Umrüstung auf eine verdrehgesicherte Variante kann diese relative Verdrehbarkeit blockiert werden. Zu diesem Zwecke ist ein Stift 10 vorgesehen, der in eine radial durch das Kolbenelement 2 einerseits sowie das Adapterringelement 4 andererseits verlaufende korrespondierende Stiftbohrung gesteckt wird.

Gemäß Fig. 2 sind hierfür aus Gründen einer optimalen Belastungsverteilung genau zwei Stifte 10', 10" vorgesehen, welche einander beabstandet gegenüberliegend angeordnet sind. Das Druckmittelzylinderrohr 1 ist an seiner Stirnfläche mit mehreren Bohrungen 11 ausgestattet, worüber mittels selbstschneidender Schrauben die Befestigung des - hier nicht dargestellten - Zylinderbodenelements bzw. des Zylinderdeckelelements erfolgt. Weiterhin sind außen am Druckmittelzylinderrohr 1 zwei achsparallel zur Hauptachse des Druckmittelzylinderrohres 1 verlaufende Befestigungsstege 12a, 12b direkt angeformt, um hieran gegebenenfalls einen Sensor oder ein Ventil oder dergleichen lösbar befestigen zu können. Derartige Befestigungsstege 12a, 12b können auch an anderen Seitenflächen des Druckmittelzylinderrohres 1 vorgesehen werden. Auch der Druckmittelzylinder selbst ist hierüber fixierbar.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche Gebrauch machen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf den in der Zeichnung dargestellten, doppeltwirkenden Druckmittelzylinder mit einer Kolbenstange. Es ist auch denkbar, beidseitig des Kolbens eine Kolbenstange anzubringen oder den Druckmittelzylinder einfachwirkend auszubilden.

Bezugszeichenliste

1

Druckmittelrohr

2

Kolbenelement

3

Kolbenstange

4

Adapterringelement

5

Mantelfläche

6

Schraube

7

Permanentmagnet

8

Dichtelement

9

Haltering

10

Stift

11

Bohrung

12

Befestigungssteg

Claims

1. Druckmittelzylinder mit einer Verdrehsicherung, im wesentlichen bestehend aus einem Druckmittelzylinderrohr (1) mit nicht-kreisförmigem Innenquerschnitt, in dem ein endseitig mit einer Kolbenstange (3) koaxial in Verbindung stehendes Kolbenelement (2) abgedichtet untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (2) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und von einem hiermit verbundenen, jedoch bezüglich des Kolbenelements (2) verdrehbaren Adapterringelement (4) mit korrespondierender kreisförmiger innerer Mantelfläche umgeben ist, dessen äußere Mantelfläche (5) korrespondierend zum nicht-kreisförmigen Innenquerschnitt des Druck mittelzylinderrohrs (1) geformt ist, wobei ein Mittel zum Arretieren des Adapterringelements (4) am Kolbenelement (2) vorgesehen ist.

2. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Arretieren des Adapterringelements (4) am Kolbenelement (2) nach Art eines Stifts (10) ausgebildet ist, der in eine radial durch das Kolbenelement (2) sowie das Adapterringelement (4) verlaufende korrespondierende Stiftbohrung steckbar ist, um eine relative Verdrehung des Adapterringelements (4) zum Kolbenelement (2) zu verhindern.

3. Druckmittelzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Arretieren des Adapterringelements (4) am Kolbenelement (2) genau zwei Stifte (10', 10") mit einander beabstandet angeordneten korrespondierenden Stiftbohrungen vorgesehen sind.

4. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Arretieren des Adapterringelements (4) am Kolbenelement (2) nach Art einer Schraube ausgebildet ist, die in eine Gewindebohrung am Kolbenelement (2) einschraubbar ist, um das Adapterringelement (4) zu klemmen.

5. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterringelement (4) über eine nutförmige außenradiale Ausnehmung am Kolbenelement (2) formschlüssig verdrehbar angeordnet ist.

6. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Adapterringelement (4) mindestens ein Permanentmagnet (7) integriert ist, um eine Detektion der Kolbenstellung mittels eines außen am Druckmittelzylinderrohr (1) angebrachten induktiven Sensors zu gewährleisten.

7. Druckmittelzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem Kolbenelement (2) und der Innenwandung des Druckmittel zylinderrohrs (1) mindestens ein im wesentlichen ringförmiges Dichtelement (8a, 8b) angeordnet ist, das verdrehbar am Kolbenelement (2) gehalten ist und dynamisch dichtend mit der Innenwandung des Druckmittelzylinderrohrs (1) zusammenwirkt.

8. Druckmittelzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei auf dem Kolbenelement (2) axial beabstandet angeordnete ringförmige Dichtelemente (8a, 8b) vorgesehen sind, die das Adapterringelement (4) einschließen, und die zur dynamischen Abdichtung gemeinsam eine doppelseitige Lippendichtung bilden.

9. Druckmittelzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Verdrehbarkeit ermöglichende formschlüssige Verbindung des Dichtelements (8a, 8b) am Kolbenelement (2) über einen umlaufenden Haltering (9) oder eine Haltenut am Kolbenelement (2) erfolgt.

10. Druckmittelzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittelzylinderrohr (1) aus einem extrudierten Hohlprofil aus Kunststoff oder Metall besteht.

11. Druckmittelzylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass außen am Druckmittelzylinderrohr (1) mindestens ein achsparallel verlaufender Befestigungssteg (12a, 12b) angeformt ist, um hieran einen Sensor oder ein Ventil lösbar zu befestigen.

12. Druckmittelzylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittelzylinderrohr (1) an den beiden endseitigen Stirnflächen mit mehreren Bohrungen (11) ausgestattet ist, worüber mittels selbstschneidender Schrauben die Befestigung eines Zylinderbodenelements bzw. eines Zylinderdeckelelements erfolgt.

13. Druckmittelzylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterringelement (4) im Spritzgießverfahren aus Kunststoff hergestellt ist.