DE19504207C5 - Arbeitszylinder - Google Patents

Abstract

Arbeitszylinder, mit einem Zylinderrohr (2), mit einem am einen Endbereich des Zylindenohres (2) zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Abschlußdeckel (3), mit einem am anderen Endbereich des Zylindenohres (2) ebenfalls zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Lagerdeckel (4), wobei am Außenumfang (17) der innerhalb des Zylindenohres (2) liegenden Abschnitte des Abschlußdeckels (3) und des Lagerdeckels (4) jeweils mindestens eine als umlaufende Ringunt ausgebildete erste Radialvertiefung (18) vorgesehen ist, in die zur Befestigung eines jeweiligen Deckels (3, 4) mit axialem Abstand zum jeweiligen Zylinderrohrende in das Zylinderrohr (2) eingeformte, ringförmig in sich geschlossen ausgebildete erste Sicken (22) formschlüssig eingreifen, und mit einem im Zylinderrohr (2) axial verschiebbar geführten Kolben (6), der mit einer den Lagerdeckel (4) durchsetzenden Kolbenstange (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (14) über ihre gesamte Länge hülsenförmig ausgebildet ist, wobei sie mit ihrem dem Kolben (6) zugewandten inneren Endbereich auf einen Axialfortsatz (21) des Kolbens...

Description

• Ein Arbeitszylinder dieser Art geht aus der DE 37 00 934 A1 hervor. Dieser verfügt über ein Zylinderrohr mit endseitig eingesetzten Verschlußstücken, die durch Sickenverbindungen festgelegt sind. Jedes Verschlußstück enthält am Außenumfang eine als Ringnut ausgeführte erste Radialvertiefung, in die eine in das Zylinderrohr eingeprägte erste Sicke formschlüssig eingreift. Im Innern des Zylinderrohres ist ein verschiebbarer Kolben angeordnet, an dem über eine Schraubverbindung eine das eine Verschlußstück durchsetzende Kolbenstange festgelegt ist.
• Nachteilig bei dem bekannten Arbeitszylinder ist die unflexible Herstellungsweise. So erfolgt beispielsweise die Schraubverbindung zwischen der Kolbenstange und dem Kolben dadurch, daß an der Kolbenstange ein einstückiger Gewindezapfen anzuformen ist, der in ein Innengewinde des Kolbens eingeschraubt wird. Die Kolbenstange bedarf daher vor ihrer Montage einer aufwendigen Bearbeitung, wobei in der Regel für jeden Zylindertyp eine eigene Kolbenstange bereitgestellt werden muß. Eine Variation der Baulänge des Arbeitszylinders während der Herstellungsphase ist mithin kaum möglich.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Arbeitszylinder der eingangs genannten Art zu schaffen, der hinsichtlich seiner Fertigung äußerst flexibel ist und dessen Länge bei der Produktion auf relativ einfache Weise variiert werden kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesechen.
• Auf diese Weise liegt ein Arbeitszylinder vor, bei dem nicht nur die das Zylinderrohr endseitig verschließenden Abschluß- bzw. Lagerdeckel durch Sickenverbindungen befestigt sind, sondern auch zwischen der Kolbenstange und dem Kolben eine einfach herstellbare Siekenverbindung realisiert ist. Ein zusätzlich vorhandenes Kupplungsglied, das eine Verbindung zwischen der Kolbenstange und einem durch diese zu betätigenden Bauteil ermöglicht, ist an dem dem Kolben entgegengesetzten Endbereich der Kolbenstange befestig, wobei wiederum auf eine Siekenverbindung zurückgegriffen wird. In Verbindung mit der hülsenförmig ausgeführten Kolbenstange ergibt sich insgesamt ein sehr variabel zu produzierender Arbeitszylinder, wobei die Kolbenstange bei Bedarf entsprechend ihrer gewünschten Länge von rohrartiger Meterware abgeschnitten und ohne aufwendige Bearbeitung durch Einprägen geeigneter Sicken mit einerseits der Kolbenstange und andererseits dem Kupplungsglied verbunden werden kann. Eine hohe Flexibilität ergibt sich dabei auch durch den Umstand, daß sich von Fall zu Fall ein an die zu erwartende Kupplungsaufgabe angepaßtes Kupplungsglied anbringen läßt. Es ist beispielsweise möglich, die in verschiedenen Ländern vorliegenden Normen für Gewinde zu berücksichtigen, indem nach Wahl ein Kupplungsglied eingesetzt wird, das mit einem geeigneten Kupplungsgewinde ausgestattet ist. Die Schnittstelle zur Kolbenstange kann dabei jeweils gleichbleibend in Form einer einfachen Radialvertiefung ausgeführt werden. Schließlich bewirkt die hülsenförmige Kolbenstange auch eine nicht unbeträchtliche Gewichtseinsparung, was bei vergleichbarer Druckbeaufschlagung des Kolbens im Betrieb des Arbeitszylindern höhere Beschleunigungswerte gestattet. Aufgrund des angeformten Gewindezapfens ist beim eingangs genannten Stand der Technik eine vergleichbare Ausgestaltung nicht ohne weiteres möglich.
• Nicht zuletzt dadurch, daß seitens des Zylinderrohres und seitens der Kolbenstange vergleichbare Verbindungsarten in Gestalt einfacher Sickenverbindungen zum Einsatz gelangen, kann auf einheitliche und dadurch kostengünstige Fertigungseinrichtungen zurückgegriffen werden. Auch das Zylinderrohr kann unter Einsatz von Meterware hergestellt werden, was in Verbindung mit einer entsprechenden Fertigung der Kolbenstange ein sehr hohes Maß an Herstellungsflexibilität gewährleistet, wobei kostengünstiges Ausgangsmaterial zum Einsatz gelangen kann.
• Die an den Deckeln vorhandenen ersten Radialvertiefungen sind als umlaufende Ringnuten ausgeführt, wobei die jeweils zugeordnete erste Sicke eben- falls ringförmig in sich geschlossen ausgebildet ist, so daß sie konzentrisch in die zugeordnete erste Radialvertiefung eingreift. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders guter Halt, wobei sogar noch eine Dichtwirkung auftritt, die die Verwendung zusätzlicher Dichtringe erübrigt.
• Zwar offenbart die DE 37 00 934 A1 bereits die Verbindung zwischen einem Zylinderrohr und endseitigen Deckeln unter Einsatz von Sickenverbindungen. Die besondere Flexibilität der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bei der Herstellung des gesamten Arbeitszylinder ist damit aber noch nicht gegeben. Selbst wenn man dort für die Herstellung des Zylinderrohrs auf Meterware zurückgreifen würde, ließe sich eine einfache Variation der Gesamtlänge des Arbeitszylinders nicht realisieren, weil dies bedingen würde, eine gänzlich neue Kolbenstange zu fertigen. Diese läßt sich nicht einfach durch längenmäßiges Zuschneiden produzieren, sondern erfordert eine aufwendige Bearbeitung zum einen zum Anbringen des Gewindezapfens und zum andern zum Anformen eines ähnlich gestalteten Kupplungsgliedes.
• Aus der DE 40 00 245 C1 geht zwar bereits die prinzi pielle Möglichkeit einer Sickenverbindung zwischen einer Kolbenstange und einem Kolben hervor. Allerdings ist hier die notwendige Radialvertiefung am Außenumfang der Kolbenstange vorgesehen, was wiederum eine besondere Bearbeitung der Kolbenstange erforderlich macht. Bei jeder Län genvariation ist neuerlich eine Radialvertiefung einzubringen. Man hat also verglichen mit dem eingangs genannten Stand der Technik nur das dort vorhandene Außengewinde der Kolbenstange durch eine ringförmige Radialvertiefung ersetzt, was fertigungstechnisch kaum Vorteile bringt.
• Hinzu kommt, daß bei einer Ausgestaltung gemäß DE 40 00 245 C1 ein sehr dickwandiges Rohr als Ausgangsmaterial für die Kolbenstange gewählt werden muß, um die ringförmige Radialvertiefung überhaupt erst einbringen zu können. Dies hat aber zur Folge, daß auch ein gege benenfalls gewünschtes Kupplungsglied nicht ohne weiteres am entgegengesetzten Ende der Kolbenstange befestigt werden kann. Zwar wäre es denkbar, im Hinblick auf die DE-GM 19 35 281 den äußeren Endabschnitt der Kolbenstange dünnwandiger auszuführen, um das Einsicken zu vereinfa- chen. Dies hätte allerdings zur Folge, daß die hohle Kolbenstange mit unterschiedlichen Wandstärken ausgeführt werden müßte, was wiederum die Herstellung aufwendiger gestalten würde.
• Zwar beschreibt die DE 38 13 021 A1 im Zusammenhang mit einer Gasfeder bereits Sickenverbindungen sowohl zwischen dem rohrförmigen Gehäuse und darin eingesetzten Verschlußstücken als auch zwischen dem Kolben und der hülsenförmigen Kolbenstange. Zur Abdichtung der Sickenverbindungen werden jedoch jeweils separate Dichtringe verwendet, die in Ringnuten eingesetzt sind.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
• Für das Zylinderrohr verwendet man zweckmäßigerweise ein Metallrohr aus Edelstahl. Der Abschlußdeckel und/oder der Lagerdeckel bestehen vorzugsweise aus starrem Kunststoffmaterial, so daß sie sich bei Bedarf als Gießteil verwirklichen lassen. In diesem Zusammenhang können auch die Radialvertiefungen spanlos eingeformt sein.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegend Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders im Längsschnitt zeigt.
• Der abgebildete, fluidisch betätigbare Arbeitszylinder besitzt ein Zylindergehäuse 1 mit einem insbesondere kreiszylindrisch konturierten Zylinderrohr 2. Die Wandstärke des Zylindenohres 2 ist über die gesamte Rohrlänge konstant und relativ dünnwandig.
• Das Zylinderrohr 2 ist einenends durch einen Abschlußdeckel 3 verschlossen. Andernends ist ein Lagerdeckel 4 vorgesehen, der eine zentrale Durchbrechung 5 aufweist. Im Innern des Zylinderrohrs 2 befindet sich ein axial beweglicher Kolben 6, der zwei Zylinderräume 7, 8 fluiddicht voneinander abteilt. Die Abdichtung basiert auf einer ringförmigen Dichtungsanordnung 12, die im Bereich des Außenumfanges des Kolbens 6 festgelegt ist und mir der Innenoberfläche 13 des Zylindenohres 2 in Dichtkontakt steht.
• Am Kolben 6 ist eine Kolbenstange 14 befestigt, die die zentrale Durchbrechung 5 nach außen hin durchsetzt und im Bereich dieser zentralen Durchbrechung 5 zweckmäßigerweise verschieblich geführt ist. Eine am Lagerdeckel 4 angeordnete Dichtungsanordnung 15 dichtet zwischen der Kolbenstange 14 und dem Lagerdeckel 4 ab.
• Sowohl der Abschlußdeckel 3 als auch der Lagerdeckel 4 sind zumindest teilweise axial in das Zylinderrohr 2 eingesetzt, so daß sie von diesem außen axial überlappt werden. Beispielsgemäß sind beide Deckel 3, 4 vollständig im Zylinderrohr 2 versenkt und nur ein am Abschlußdeckel 3 insbesondere einstückig angeformtes Lagerauge 16, das zur Schwenkbefestigung des Arbeitszylinders dient, ragt axial über das Zylinderrohr 2 vor.
• Sowohl der Abschlußdeckel 3 als auch der Lagerdeckel 4 sind im Rahmen einer Sickenverbindung fest und unlösbar mit dem Zylinderrohr 2 verbunden. Zu diesem Zweck verfügen beide Deckel 3, 4 am zylindrisch konturierten Außenumfang 17 ihres innerhalb des Zylindenohres 2 liegenden Abschnittes über eine rundumlaufende nutartige erste Radialvertiefung 18. In dem einer jeweiligen Radialvertiefung 18 radial außen gegenüberliegenden Bereich ist das Zylinderrohr 2 rundumlaufend eingesickt und verfügt über eine ringförmig in sich geschlossene erste Sicke 22, die radial nach innen vorsteht und formschlüssig in die zugeordnete Radialvertiefung 18 des Abschlußdeckels 3 bzw. des Lagerdeckels 4 eingreift. Die Außenoberfläche des Zylindenohres 2 verfügt daher im Bereich einer jeweiligen Sicke 22 über eine nutähnliche Einkerbung. Aufgrund der Sickenverbindungen 18, 22 sind die Deckel 3, 4 sicher am Zylinderrohr 2 verankert und insbesondere in Axialrichtung unverrückbar festgelegt. Vor allem dann, wenn die Deckel 3, 4 wie beim Ausführungsbeispiel aus Kunststoffmaterial bestehen, können die Sickenverbindungen sogar eine ausreichende Fluiddichtheit gewährleisten, so daß auf zwischenzufügende elastische Dichtelemente verzichtet werden kann.
• Beide Deckel 3, 4 verfügen im übrigen über Fluidkanäle 23, die in den zugeordneten Zylinderraum 7, 8 einmünden, um das zum Antreiben des Kolbens 6 erforderliche Druckmittel, vorzugsweise Druckluft, zu- und abführen zu können.
• Für das Zylinderrohr 2 kommt vorzugsweise ein metallischer Werkstoff zum Einsatz, wobei sich nichtrostender Stahl empfiehlt. Das Verformungsvermögen sollte allerdings so groß sein, daß sich die Einsickungen mit geeigneten Werkzeugen ohne weiteres vornehmen lassen.
• Es ist von Vorteil, daß am Innenumfang des Zylindenohres 2 keine Absätze erforderlich sind, um die Deckel 3, 4 zu halten. Das Zylinderrohr 2 läßt sich daher besonders einfach herstellen. Es kann sich um ein der gewünschten Länge entsprechend abgelängtes Rohr eines als Meterware vorliegenden rohrförmigen Ausgangsmaterials handeln.
• Noch beim Zusammenbau des Zylindergehäuses 1 läßt sich der Maximalhub des Kolbens 6 festlegen, indem man den axialen Abstand zwischen den beiden Deckeln 3, 4 nach Bedarf wählt. Die Sicken 22 lassen sich problemlos an jedweder Stelle mit axialem Abstand zum jeweiligen Zylinderrohrende anbringen, an der der Abschlußdeckel 3 oder der Lagerdeckel 4 positioniert sind.
• Der beispielsgemäße Arbeitszylinder hat den weiteren Vorteil, daß auch die Verbindung zwischen dem Kolben 6 und der Kolbenstange 14 eine Sickenverbindung ist. An der der Kolbenstange 14 zugewandten Axialseite verfügt der Kolben 6 über einen zylindrischen Axialfortsatz 21, der passend in die beim Ausführungsbeispiel über ihre gesamte Länge hülsenförmig ausgeführte Kolbenstange 14 eingesteckt ist. Am Außenumfang des Axialfortsatzes 21 befindet sich wiederum eine umlaufende Radialvertiefung 18', in die eine in die Kolbenstange 14 eingeformte umlaufende Sicke 22' konzentrisch formschlüssig eingreift.
• An dem dem Kolben 6 entgegengesetzten äußeren Endbereich 24 der Kolbenstange 14 ist beim Ausführungsbeispiel noch ein Kupplungsglied 25 befestigt, das zur lösbaren Verbindung mit einem nicht näher dargestellten weiteren Bauteil dient, beispielsweise einem zu bewegenden Maschinenteil. Zur Befestigung des Kupplungsgliedes 25 an der Kolbenstange 14 ist wiederum eine Sickenverbindung vorgesehen. Das Kupplungsglied 25 ist wie abgebildet vollständig oder bei Bedarf nur teilweise in die hohle Kolbenstange 14 eingesteckt und verfügt am Außenumfang der eingesteckten Partie über eine umlaufende Radialvertiefung 18'', in die eine in die Kolbenstange 14 eingebrachte umlaufende Sicke 22'' formschlüssig eingreift. Da die Sickenverbindung wie auch bei den anderen Fällen vorzugsweise eine zusätzliche kraftschlüssige Verbindung zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen herstellt, ist das Kupplungsglied 25 nicht nur in Axialrichtung festgelegt, sondern auch drehfest angeordnet, so daß es problemlos mit einem Gewinde 26 versehen sein kann, mit dem sich das zu verbindende Bauteil lösbar verschrauben läßt. Bei dem beispielsgemäßen Gewinde 26 handelt es sich um ein Innengewinde.
• Zwar wäre es möglich, lediglich die beiden die Sickenverbindung aufweisenden axialen Endbereiche der Kolbenstange 14 hohlzylindrisch auszubilden und im übrigen auf Vollmaterial zurückzugreifen. Die beispielsgemäße Ausgestaltung mit über ihre gesamte Länge hohlzylindrischer Kolbenstange 14 hat neben der erzielten Gewichtseinsparung demgegenüber vor allem fertigungstechnische Vorteile, da wie im Falle des Zylinderrohres 2 auf bedarfsgemäß abgelängtes und nicht besonders vorzubereitendes Meterwaren-Rohrmaterial zurückgegriffen werden kann.
• Im Falle des beispielsgemäßen Arbeitszylinders sind sämtliche Teileverbindung durch Sickungen verwirklicht, so daß keine separaten Befestigungselemente benötigt werden, was die Anzahl der Bauteile beträchtlich reduziert. Der Arbeitszylinder läßt sich äußerst kostengünstig herstellen. Die Sicken lassen sich beispielsweise mittels Rollen einbringen, die entlang des Außenumfanges des Zylinderrohrs 2 bewegt werden und gleichzeitig radial Druck ausüben, so daß das Zylinderrohrmaterial radial in die Radialvertiefungen eingedrückt wird. Dies ist mit ein Grund, weshalb umlaufende Sicken vorteilhafter sind als solche, die sich nur über einen Teilumfang des Zylinderrohrs erstrecken, was ebenfalls prinzipiell möglich wäre.

Claims (8)

1. Arbeitszylinder, mit einem Zylinderrohr (2), mit einem am einen Endbereich des Zylindenohres (2) zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Abschlußdeckel (3), mit einem am anderen Endbereich des Zylindenohres (2) ebenfalls zumindest teilweise axial in dieses eingesetzten Lagerdeckel (4), wobei am Außenumfang (17) der innerhalb des Zylindenohres (2) liegenden Abschnitte des Abschlußdeckels (3) und des Lagerdeckels (4) jeweils mindestens eine als umlaufende Ringunt ausgebildete erste Radialvertiefung (18) vorgesehen ist, in die zur Befestigung eines jeweiligen Deckels (3, 4) mit axialem Abstand zum jeweiligen Zylinderrohrende in das Zylinderrohr (2) eingeformte, ringförmig in sich geschlossen ausgebildete erste Sicken (22) formschlüssig eingreifen, und mit einem im Zylinderrohr (2) axial verschiebbar geführten Kolben (6), der mit einer den Lagerdeckel (4) durchsetzenden Kolbenstange (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (14) über ihre gesamte Länge hülsenförmig ausgebildet ist, wobei sie mit ihrem dem Kolben (6) zugewandten inneren Endbereich auf einen Axialfortsatz (21) des Kolbens (6) aufgesteckt ist und mir ihrem dem Kolben (6) abgewandten äußeren Endbereich (24) zumindest einen Abschnitt eines zur Verbindung mir einem weiteren Bauteil dienenden Kupplungsgliedes (25) aufnimmt, und wobei zur Verbindung des Kolbens (6) und des Kupplungsgliedes (25) mit der Kolbenstange (14) am Außenumfang des Axialfortsatzes (21) des Kolbens (6) und des aufgenommenen Abschnittes des Kupplungsgliedes (25) jeweils wenigstens eine zweite Radialvertiefung (18', 18'') vorgesehen ist, in die radial nach innen vorstehende zweite Sicken (22', 22'') des inneren und äußeren Endbereiches der hülsenförmigen Kolbenstange (14) formschlüssig eingreifen, und daß die mittels den ersten Sicken (22) und den diesen zugewandte ersten radialvertiefungen (18) hergestellten Sickenverbindungen durch die konzentrisch in die ersten Radialvertiefungen (18) eingreifenden ersten Sicken (22) dichtungsfrei fluiddicht ausgebildet sind.
2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (25) ein zur Befestigung eines weiteren Bauteiles dienendes Gewinde (26) besitzt, das vorzugsweise als Innengewinde ausgebildet ist.
3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Radialvertiefungen (18', 18'') von einer konzentrisch umlaufenden Ringnut gebildet sind.
4. Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Sicken 22', 22'') ringförmig in sich geschlossen ausgebildet sind.
5. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (2) ein insbesondere aus Edelstahl bestehendes Metallrohr ist.
6. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußdeckel (3) und/oder der Lagerdeckel (4) aus Kunststoffmaterial besteht, insbesondere aus einem Polymermaterial.
7. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels den zweiten Sicken (22', 22'') und den diesen zugewandten zweiten Radialvertiefungen (18', 18'') hergestellten Sickenverbindungen dichtungsfrei ausgebildet sind.
8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Abschlußdeckel (3) außen eine insbesondere zur Schwenkbefestigung dienende und vorzugsweise als Lagerauge (16) ausgebildete Befestigungseinrichtung vorgesehen ist.