DE2045528B2 - Verbindungseinrichtung für Stirnwand und Gehäusemantel eines Fluidzylinders - Google Patents
Verbindungseinrichtung für Stirnwand und Gehäusemantel eines FluidzylindersInfo
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Description
Lineare Fluidzylinder, etwa Hydraulikzylinder, die für
hohe Arbeitsdrücke dimensioniert sind, umfassen im allgemeinen ein zylindermantelförmiges Gehäuseteil,
das an den beiden Enden von Stirnwänden abgeschlossen ist, wobei die eine Stirnwand als Kolbenstangenlager
ausgebildet ist. Der Mantel und die Stirnwände sind aus einem dichten schweren Material, etwa aus Stahl,
Gußeisen oder duktilem Eisen hergestellt, um Drücken in der Größenordnung von 300 atü oder mehr
standzuhalten. Die die eine Stirnwand durchsetzende Kolbenstange trägt einen Kolben, der in dem durch das
Gehäuse gebildeten Arbeitsraum durch ein Druckfluid
hin- und hergehend bewegbar ist.
Es ist bekannt, bei derartigen Hochdruckzyiindern
einen oder beide Stirnwände mit dem Gehäusemantel zu verschweißen. In gewissen, begrenzten Fällen ist es
auch möglich, die eine Stirnwand in einem Stück mit dem Gehäusemantel auszubilden, etwa als Gießteil.
Eine andere Verbindungseinrichtung, die im wesentlichen für die von der Kolbenstange durchsetzte
Stirnwand üblich ist, bildet eine Schraubverbindung. Derartige Konstruktionen sind weit verbreitet.
Bei einer bekannten Verbindungseinrichtung (DE-OS 14 75 647) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird
ein elastischer Dichtungsring verwendet, der zugleich als Abdichtung sowie zum Aufnehmen der auf die
Stirnwand ausgeübten Druckkräfte dient. Gemäß einer Weiterbildung ist dabei zusätzlich ein Sprengring
vorgesehen, der in eine Umfangsnut des mit dem Gehäusemantel zu verbindenden Teiles eingreift und an
dem Gehäusemantel anliegt, so daß das mit demselben verbundene Teil axial unbeweglich gehalten ist. Diese
bekannte Verbindungseinrichtung hat den Nachteil, daß sie nur begrenzte Druckkräfte aufzunehmen vermag.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungseinrichtung der eingangs genannten Art so
auszubilden, daß sie höhere Schubkräfte aufzunehmen vermag als die bekannten Verbindungseinrichtungen.
Die Lösung ist gegeben durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Durch diese wird erreicht,
daß das elastische Verhalten nicht in den Sprengring, sondern in die zu verbindenden Teile gelegt wird. Ein
festes Verbindungsglied ist in diesem Zusammenhang bekannt (US-PS 23 90 445).
Gemäß einer Weiterbildung weist die Stirnwand einen verjüngten Bereich auf, der sich von der Ringnut
nach dem einen Ende der Stirnwand erstreckt. Diese Maßnahme ist zwar an sich schon bekannt (DE-OS
14 75 647), hat jedoch in Verbindung mit der Erfindung besondere Vorteile, indem sie den Zusammenbau von
Gehäusemantel und Stirnwand erleichtert (zu Anspruch 2).
Eine andere, ebenfalls an sich bekannte (DE-OS 14 75 647) Weiterbildung besteht darin, daß das
Verbindungsglied ein Sprengring mit kreisförmigem Querschnitt ist, daß die Ausnehmung einen etwa
halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, der an den Querschnitt des Sprengringes angepaßt ist, und daß die
Ringnut V-förmig ausgebildet ist, wobei die beiden Seitenwände der Ringnut ungleich lange Schenkel
aufweisen. Dadurch wird eine Spielbewegung der miteinander befestigten Teile äußerst gering gehalten
(zu Anspruch 3).
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend
beschrieben.
F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Hydraulikzylinder mit einer Verbindungseinrichtung;
F i g. 2 ist eine Teilschnittansicht, die die Verbindung nach F i g. 1 zeigt;
F i g. 3 ist eine der F i g. 2 entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Verbindungseinrichtung;
Fig.4 ist ein Teillängsschnitt einer Verbindungseinrichtung
zum Verbinden einer Kopfstirnwand mit einem Gehäusemantel.
F i g. 1 zeigt einen doppelt wirkenden linearen Fluidzylinder 10 mit einem GehäusemanteS 11, einer
Kopfstirnwand 12 und einer als Lager für die Kolbenstange dienenden Lagerstirnwand 13. Durch
eine Lagerbohrung 14 der Lagerstirnwand 13 erstreckt sich eine Kolbenstange 15 von außen in den
Arbeitsraum und ist am innen liegenden Ende mit einem Gewinde 16 versehen, auf das ein Kolben 17
dichtsitzend ausgeschraubt ist, der an der Innenwand 18 des Gehäusemantels dichtsitzend anliegt Der Kolben
17 trägt eine Fluiddichtung 19, um den Innenraum des Gehäusemante.'s in zwei variable Arbeitsräume 20 und
21 zu unterteilen.
An der Kopfstirnwand 12 und an der Lagerstirnwand 13 sind Fluidöffnungen 22 bzw. 23 vorgesehen zum
Verbinden der Arbeitsräume mit einer Hochdruck- bzw. einer Niederdruckfluidquelle zwecks Betätigung der
Kolbenstange 15. Der Kolben mit der Kolbenstange ist durch abwechselnde Anwendung eines hohen Druckes
in den Arbeitsräumen 20 und 21 hin- und herbewegbar.
Die Kopfstirnwand 12 ist mit dem Gehäusernantel 11
in üblicher Weise verschweißt, während die Lagerstirnwand 13 mit einer Verbindungseinfichtung nach der
Erfindung mit dem Gehäusemantel verbunden ist. Die Lagerstirnwand 13 ist zylindrisch gestaltet und weist
eine zentrale Bohrung 14 auf, die als Lager für die Kolbenstange 15 dient. An der äußeren Mantelfläche
der Lagerstirnwand liegt eine Nut 37, die einen Dichtungsring 25 aufnimmt, und in der Bohrung 14
befindet sich eine Umfangsnut 36, die einen Dichtungsring 24 aufnimmt. Diese Dichtungsringe verhindern eine
Leckströmung aus dem Arbeitsraum 21 durch die Lagerstirnwand. Wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist, weist
die Lagerstirnwand 13 eine Ringnut 26 an der Außenseite auf, die einer ringförmigen Ausnehmung 27
an der Innenwand des Gehäusemantels 11 im zusammengebauten Zustand gegenüberliegt.
In dem durch die Ringnut 26 und die Ausnehmung 27 gebildeten Raum befindet sich ein Verbindungsglied in
Form eines Sprengringes 28.
Der Sprengring 28 liegt an dem Gehäusemantel 11 über einen größeren Bereich 29 der Ausnehmung 27 an
und berührt die Lagerstirnwand 13 auf einer weniger breiten kreisförmigen Auflagefläche 30 und einer Ecke
31 der Ringnut 26. Ein axialer Schub auf die Lagerstirnwand 19, etwa aufgrund des Druckes
innerhalb der Arbeitskammer 21, wird über den Sprengring 28 über die im Querschnitt kreisförmigen
Berührungsflächen 30 und 29 auf den Gehäusemantel 11
übertragen. Die Scherfestigkeit des Sprengringes 28 verhindert also eine Auswärtsbewegung der Lagerstirnwand
aus dem Gehäusemantel.
In gewissen Fällen kann auf die Lagerstirnwand 13 eine nach innen gerichtete Kraft wirken, etwa aufgrund
der Reibung zwischen der Kolbenstange 15 und der Lagerstirnwand 13, so daß beim Hineinziehen der
Kolbenstange, wobei in dem Arbeitsraum 31 ein Druck fehlen oder ein Unterdruck herrschen kann, die
Lagerstirnwand 13 nach innen zu wandern bestrebt ist. Diese Kraft ist jedoch im Vergleich zu der nach außen
gerichteten Kraft klein und läßt sich leicht über die Ecke 31 auf den Sprengring 28 und den Gehäusemantel 11
übertragen.
Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen zum wirksamen Halten des Sprengringes 28 in der
zusammengebauten Stellung, um geringfügige axiale Bewegungen der Lagerstirnwand in bezug auf den
Gehäusemantel vollständig zu vermeiden. Derartige Bewegungen sind bei den bisher bekannten mechanischen
Verbindungen möglich. Um dies zu erreichen, hat der Sprengring 28 einen hinreichend großen Durchmesser,
so daß er mit der äußeren Oberfläche der Lagerstirnwand 13 einen Zwischensitz bildet. Wenn der
Sprengring 28 an seinem Ort sitzt, ruft er eine geringfügige radiale Dehnung des dünnwandigen
Gehäusemantels 11 im Bereich der Ausnehmung 27 hervor. Im zusammengebauten Zustand bildet der
Sprengring 28 noch einen Paßsitz mit Übermaß, so daß
das Ende des Gehäusemantels 11 geringfügig gedehnt wird.
Der Gehäusemantel 11 wird jedoch nicht bis an die Fließgrenze gedehnt, wo eine dauernde Verformung
eintreten würde, sondern lediglich geringfügig, um eine hohe Federkonstante zu gewährleisten, so daß der
Gehäusemantel bestrebt ist, in seine entspannte Lage zurückzukehren. Die Elastitzität des Gehäusemantels 11
erzeugt also eine Vorspannung des Gehäusemantels gegenüber der Lagerstirnwand über den Sprengring 28.
Dieser wird daher zwischen der Ringnut 26 und der Ausnehmung 27 festgeklemmt und dadurch eine
seitliche Relativbewegung zwischen dem Gehäusemantel und der Lagerstirnwand vermieden. Die Dichtung 25
in dem zylindrischen Bereich der Lagerstirnwand 13 dient dazu, eine Leckströmung zwischen der Außenfläche
der Lagerstirnwand 13 und der Innenwand des Gehäusemantels 18 zu vermeiden, wenn der Gehäusemantel
im zusammengebauten Zustand gedehnt ist.
Zur Erleichterung des Zusammenbaus, der weiter unten noch im einzelnen beschrieben ist, weist die
Lagerstirnwand 13 einen sich verjüngenden Mantelbereich 32 mit verringertem Durchmesser auf, und dieser
Mantelbereich erstreckt sich von der Ringnut 26 bis zum Ende der Lagerstirnwand. Demgemäß weist die Ringnut
26 geneigte Flanken von ungleicher Länge auf, wobei die kürzere Flanke den Zusammenbau des Fluidzylinders
erleichtert und die längere Flanke eine große Fläche 30 zum Übertragen des hohen hydraulischen
Drucks über den Sprengring 28 auf den Gehäusemantel 11 dient.
Zur Erleichterung des Zusammenbaus ist die Ausnehmung 27 im Querschnitt kreisförmig ausgebildet,
während die Ringnut 26 einen V-förmigen Querschnitt aufweist, um eine Spielbewegung möglichst gering zu
halten. Es können natürlich auch andere Querschnittsformen verwendet werden. Die Anschrägung 35 der
Ausnehmung 27 in F i g. 2 links neben dem Sprengring dient lediglich dazu, das Einlegen des Dichtungsringes
25 zu erleichtern.
Beim Zusammenbau des Fluidzylinders 10 von F i g. 1 wird zuerst die den Kolben 17 tragende Kolbenstange
15 in den Gehäusemantel 11 gesteckt, der bereits einseitig mit der Kopfstirnwand 12 verschweißt ist.
Sodann wird die Lagerstirnwand 13 mit eingefügten Dichtungen 24 und 25 über die Kolbenstange 15
geschoben und weit in den Innenraum 18 bis links von der Ausnehmung 27 in den Gehäusemantel geschoben.
In diese Ausnehmung wird vom offenen Ende her der Sprengring 28 gelegt und die Lagerstirnwand 13 sodann
nach rechts gedrückt. Der Sprengring 28 gleitet dabei auf der schrägen Fläche 32 und dehnt den Gehäusemantel
11 in radialer Richtung, und zwar so lange, bis die Kante 31 an der Mitte des Sprengringes vorbeigelangt
und dieser in die Ringnut 26 springt und einen radialen Festsitz zwischen der Lagerstirnwand und dem
Gehäusemantel im zusammengebauten Zustand herstellt.
Ein geeignetes Verfahren zum Aufdrücken des Sprengringes auf die Lagerstirnwand besteht darin,
Hochdruckfluid in den Arbeitsraum zu leiten. Wenn z. B.
der Sprengring 28 in die Ausnehmung 27 eingelegt worden ist, wird Druckfluid über die öffnung 22 in den
Arbeitsraum 20 geleitet. Der Kolben 17 wird dabei nach rechts in Berührung mit der Lagerstirnwand 13
bewegt.wobei der Druck in dem Arbeitsraum 20 die Schrägfläche 32 unter den Sprengring 28 hindurchschiebt,
bis dieser in die Ringnut 26 springt. Natürlich kann die Lagerstirnwand auch durch eine andere Kraft,
etwa rein mechanisch, mit dem Sprengring montiert werden.
Zum Auseinandernehmen werden die einzelnen Schritte in rückläufiger Reihenfolge durchgeführt,
indem die Lagerstirnwand 13 zuerst in Richtung des Innenraumes des Gehäusemantels gedruckt wird, so daß
der Sprengring 28 aus der Ausnehmung 27 herausgenommen werden kann. Die Lagerstirnwand 13, der
Kolben und die Kolbenstange lassen sich dann leicht aus dem Gehäuseinnenraum herausziehen. Wegen der
begrenzten Biegungs- und Dehnungsfähigkeit des Gehäusemantels läßt sich diese Zylinderkonstruktion
wiederholt zusammenbauen und auseinandernehmen, ohne daß die Eigenschaften der Verbindung darunter
leiden.
Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Verbindungseinrichtung, bei der anstelle der zusammen
mit dem Gehäusemantel eine Dehnung der Lagerstirnwand 13' erfolgt. Diese hat zu dem Zweck eine nach
außen weisende Innenbohrung 33, die verhältnismäßig tief ist, so daß sie sich in axialer Richtung über die
Ringnut 26 erstreckt, so daß der Endbereich 34 in der Nähe derselben geschwächt ist und nach innen
zusammengedrückt werden kann. Der Sprengring 28 ist wiederum so groß, daß ein Festsitz gebildet ist und der
zusammengedrückte Teil 34 der Lagerstirnwand 13' als Feder mit hoher Federkonstante wirkt, welche gegen
den Sprengring 28 und den Gehäusemantel 11 vorgespannt ist. Der Bereich 34 kann so ausgebildet
sein, daß die gesamte radiale Federwirkung an dieser Stelle lokalisiert ist und der Gehäusemantel 11 starr
bleibt. Es können jedoch auch beide Teile dehnungsfähig sein, so daß sie durch Federwirkung den Sprengring 28
an Ort und Stelle halten.
Die Bohrung 33 kann zusätzlich als Nut für eine Wellendichtung 24' dienen, welche eine Leckströmung
durch das Kolbenstangenlager verhindert. Es kanr jedoch auch zusätzlich zu der Innenbohrung 33 eine
getrennte Nut vorgesehen sein, etwa die Nut 36 ir F i g. 1, um die Lagerstirnwand 13' zur Kolbenstange hir
abzudichten.
Es können auch Kopf-Stirnwände mit dem Gehäusemantel verbunden werden. Eine derartige Anordnung
ist in Fig.4 dargestellt. Die Kopfstirnwand 12' weisl
ίο eine Ringnut 26' zum Aufnehmen des Sprengringes auf
Diese hat einen großflächigen Bereich 30', eine Kante 31' und einen verjüngten Bereich 32', wie bei den
vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen. Der Sprengring 28 bildet wieder einen Paßsitz mit Übermaß
zwischen dem Gehäusemantel und der Kopfstirnwand, so daß diese beiden Teile in radialer Richtung durch den
Sprengring 28 vorgespannt werden. Die Kopfstirnwand 12' wird mit dem Sprengring 28 in der gleichen Weise
zusammengebaut wie bei der Lagerstirnwand 13 von Fig. 1, indem der Sprengring 28 zuerst in die
Ausnehmung 27' des Gehäusemantels eingelegt wird und danach die Lagerstirnwand 12' nach außen gedrückt
wird. Zum Aufpressen der Kopfstirnwand 12' auf den Sprengring kann ein Fluiddruck in dem Arbeitsraum 20'
angewendet werden. Der verjüngte Bereich 32' erstreckt sich lediglich über einen Teil des äußeren
Bereichs der Kopfstirnwand 12', ist jedoch so lang, daß der anschließende Bereich 38 mit geringerem Durchmesser
das Aufsetzen des Sprengringes 28 nicht behindert.
Die beschriebenen Fluidzylinder weisen Dichtungsglieder auf, welche in den Innenraum des Gehäusemantels
passen, und sinngemäß liegt die Verbindungseinrichtung zwischen der Innenwand des Gehäusemantels
und der Außenwand des Dichtungsgliedes. Die Erfindung läßt sich jedoch auch anwenden bei Zylindern,
deren Stirnteile einen größeren Durchmesser aufweisen als der Gehäusemantel, so daß die Verbindungseinrichtung
auf der Außenfläche des Gehäusemantels aufliegt.
In diesem Fall sitzt der Gehäusemantel in einer Innenbohrung, und die Verbindungseinrichtung liegt
zwischen der Innenwand dieser Bohrung und der Außenseite des Gehäusemantels.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verbindungseinrichtung für Stirnwand und Gehäusemantel eines Fluidzylindergehäuses, dessen
Gehäusemantel eine Ringnut an der Innenfläche nahe seinem offenen Ende aufweist und dessen
Stirnwand mit einem zylindrischen Bereich dichtsitzend in den Gehäusemantel eingepaßt ist und eine
ringförmige Ausnehmung aufweist, welche im zusammengebauten Zustand in dem axialen Bereich
der Ringnut des Gehäusemantels liegt, und bei dem zwischen Ringnut und Ausnehmung ein Verbindungsglied
sitzt und Stirnwand und Gehäusemantel mit Verbindungsglied im zusammengebauten Zustand
durch elastische Verformung eines dieser drei Teile unter Vorspannung stehen, dadurch gekennzeichnet,
daß die außen liegende Anlageschulte;· der Ausnehmung (27) radial niedriger ist als
die innen liegende und ein festes Verbindungsglied (28) verwendet ist, dessen radiale Ausdehnung
geringfügig größer als die Summe der Tiefen von Ringnut (26) und Ausnehmung (27) ist.
2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (13)
einen verjüngten Bereich (32) aufweist, der sich von der Ringnut (26) nach dem einen Ende der Stirnwand
erstreckt
3. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied
ein Sprengring (28) mit kreisförmigem Querschnitt ist, daß die Ausnehmung (27) einen etwa
halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der an den Querschnitt des Sprengringes angepaßt ist, und daß
die Ringnut (26) V-förmig ausgebildet ist, wobei die beiden Seitenwände der Ringnut ungleich lange
Schenkel aufweisen.
4. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere Schenkel
der Ringnut nach außen weist.
5. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzere Schenkel
der Ringnut an den verjüngten Bereich (32) angrenzt.
6. Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stirnwand (13) bis in den Bereich der Ringnut (26) hinterbohrt ist.
7. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand eine
Lagerstirnwand für eine Kolbenstange (15) bildet und daß die Hinterbohrung (33) als Aufnahme für
eine Ringdichtung (24') dient.
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