DE29507688U1 - Fluidbetätigter Arbeitszylinder - Google Patents
Fluidbetätigter ArbeitszylinderInfo
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Description
G 17 091 - 1 es 24.04.1995
Fes to KG, 73734 Essiingen Fluidbetätigter Arbeitszylinder
Die Erfindung betrifft einen f1uidbetätigten Arbeitszylinder,
mit einer stirnseitig angeordneten Kolbenstangen-Führungseinrichtung,
die von einem einen unkreisförmigen Querschnitt aufweisenden Führungsabschnitt der
Kolbenstange axial durchsetzt ist, und die über eine
gehäusesei tig abgestützte, mit der Außenfläche des Führungsabschnittes
zusammenarbeitende Wälzlagereinrichtung
verfügt, die sowohl eine Querabstützung als auch eine Verdrehsicherung
der Kolbenstange bewirkt.
Ein derartiger Arbeitszylinder geht aus der EP 0 346
Bl hervor. Dieser besitzt eine mit Längsnuten oder Längskeilen
versehene Kolbenstange, an deren Außenumfang in Längsrichtung verlaufende Kugel 1 aufbahnen ausgebildet
sind, die mit gehäusesei tig abgestützten Lagerkugel &eegr; zusammenwirken.
Die Lagerkugeln stellen eine hochbelastbare Wälzlagereinrichtung dar, die die Kolbenstange seitlich
abstützt und führt. Durch den formschlüssigen Eingriff mit
den Kugellaufbahnen wird überdies eine Verdrehsicherung
der Kolbenstange realisiert.
Als problematisch bei dieser Anordnung erweist sich die
Abdichtung zwischen der Kolbenstange und dem Gehäuse des Arbeitszylinders. Die Kugel 1 aufbahnen erfordern ein
Kolbenstangenprofil, das nur sehr schwer abdichtbar ist,
so daß im Betrieb Undichtigkeiten auftreten können. Bei
pneumatischen Arbeitszylindern kann sich dies in einem
ständigen Ausblasen von Druckluft äußern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen fluidbetätigten Arbeitszylinder der eingangs genannten Art
zu schaffen, der bei weiterhin guter Führung und Verdrehsicherung der Kolbenstange einfacher und zuverlässiger
abzudichten ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß sich die
Außenfläche des Führungsabschnittes der Kolbenstange aus
einem sich axial erstreckenden ebenen Flachabschnitt und
einem sich in Umfangsrichtung daran anschließenden, kreiszylindrisch
gestalteten Zylinderabschnitt zusammensetzt
und daß die Wälzlagereinrichtung eine den Führungsabschnitt
koaxial umschließende, ausschließlich mit dem
Zylinderabschnitt zusammenarbeitende Kugelbuchse aufweist
sowie eine der Kugelbuchse axial nachgeordnete, seitlich neben der Kolbenstange drehgelagerte Lagerrolle, die auf
dem Flachabschnitt abläuft.
Auf diese Weise liegt eine Kolbenstange vor, die zumindest
im Bereich ihres Führungsabschnittes im Querschnitt gesehen
die Form eines an einer Stelle des Umfanges abgeflachten
Kreises hat. Man kann sich den Führungsabschnitt
als abgeflachten bzw. abgeplatteten, ursprünglich kreiszylindrischen
Stangenabschnitt vorstellen. Dieses Kolbenstangenprofil
zeichnet sich durch glatte Flächen aus, dessen Abweichung von der Kreisform nicht so stark ist,
als daß sich nicht noch eine zuverlässige Abdichtung erzielen ließe. Die Verdrehsicherung der Kolbenstange wird
hier durch das Zusammenwirken des Flachabschnittes mit dem
Außenumfang der Lagerrolle gewährleistet, die seitlich
neben dem Führungsabschnitt mit quer zur Längsachse der
Kolbenstange verlaufender Drehachse drehgelagert ist. Diese Lagerrolle bewirkt zudem die Querabstützung der
Kolbenstange im Bereich des Flachabschnittes, der nicht
mit der axial benachbarten Kugelbuchse zusammenarbeitet.
Diese, insbesondere handelsübliche, Kugelbuchse, die auch
als Kugelhülse bezeichnet werden kann, umschließt den
Führungsabschnitt, wobei die radial neben dem Zylinderabschnitt angeordneten Kugeln mit diesem Zylinderabschnitt
zusammenwirken. Die eventuell vorhandenen, dem Flachabschnitt
gegenüberliegenden Kugeln bleiben wegen des
Abstandes zum Flachabschnitt funktionslos.
Indem für die Kolbenstangen-Führungseinrichtung auf
handelsübliche Wälzlagerteile zurückgegriffen werden kann,
ist eine kostengünstige Herstellung möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen aufgeführt.
Die Lagerrolle ist bevorzugt von einem handelsüblichen
Wälzlager gebildet, das beispielsweise ein Rollenlager
oder ein Nadellager sein kann. Es läuft im Betrieb mit
seinem Außenring auf dem Flachabschnitt des Führungsabschnittes
ab.
Als Kugelbuchse kommt zweckmäßigerweise eine Kugelumlaufbuchse
zum Einsatz, deren Kugeln in buchseninternen Umlaufbahnen geführt sind. Kugel um!aufbüchsen dieser Art
sind handelsüblich und daher kostengünstig bereitstellbar.
Die Kolbenstangen-Führungseinrichtung kann unmittelbar in
einen stirnseitigen Abschlußdeckel des Arbeitszylinders
integriert sein. Vor allem zur Nachrüstung bestehender Arbeitszylinder empfiehlt es sich, die Kolbenstangen-Führungseinrichtung
separat auszubilden, so daß sie sich
nachträglich lösbar an einen bereits vorhandenen Abschlußdeckel des Arbeitszylinders ansetzen läßt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden
Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 einen stirnsei ti gen Endabschnitt eines fluidbetätigten
ArbeitszyIinders, der mit einer bevorzugten
Bauform der erfindungsgemäßen Kolbenstangen-Führungseinrichtung ausgestattet
ist, im Längsschnitt gemäß Schnittlinie I-I aus Fig. 2, und
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Arbeitszylinder aus
Fig. 1 gemäß Schnittlinie II-II, wobei der Abschlußdeckel
im Bereich der Lagerrolle zu deren Sichtbarmachung aufgebrochen dargestellt ist.
Die Zeichnung zeigt den stirnseitigen Endabschnitt eines
pneumatischen Arbeitszylinders 1. Dieser besitzt ein Gehäuse
2, das sich aus einem Zylinderrohr 3 und zwei das Zylinderrohr 3 stirnseitig verschließenden Abschlußdeckeln
4 zusammensetzt, von denen nur einer dargestellt ist.
In dem Zylinderrohr 3 ist ein Kolben 5 axial beweglich gelagert. Er trennt zwei Arbeitsräume 6 voneinander ab,
von denen nur einer dargestellt ist. In jeden Arbeitsraum 6 mündet ein im zugeordneten Abschlußdeckel 4 verlaufender
Fluidkanal 7, über den in an sich bekannter Weise das
Betätigungsf1uid, hier Druckluft, zu- und abgeführt werden
kann, um den Kolben 5 zu einer Verschiebebewegung zu veranlassen.
An dem Kolben 5 ist eine Kolbenstange 8 angeordnet, die sich in Längsrichtung des Gehäuses 2 erstreckt und deren
Längsachse 12 strichpunktiert angedeutet ist. Die Kolbenstange 8 durchsetzt wenigstens den einen Abschlußdeckel 4
in axialer Richtung. An dem außerhalb des Gehäuses 2 befindlichen
Kolbenstangenabschnitt kann auf an sich bekannte
Weise ein beliebiger zu verlagernder Gegenstand angeordnet
werden.
In den Abschlußdeckel 4 ist eine Kolbenstangen-Führungseinrichtung
13 integriert, die von der Kolbenstange 8 durchsetzt wird. Der Abschlußdeckel 4 bildet das Gehäuse
der Kolbenstangen-Führungseinrichtung 13.
Durch die Kolbenstangen-Führungseinrichtung 13 wird die
Kolbenstange 8 in ihrer Axialbewegung, die sie entsprechend
der Verlagerung des Kolbens 5 ausübt, geführt bzw. seitlich abgestützt. Gleichzeitig findet eine Verdrehsicherung
der Kolbenstange 8 statt, die somit an einer Drehbewegung um ihre Längsachse 12 bezüglich des Gehäuses
2 gehindert ist. Auf diese Weise lassen sich mit dem Arbeitszylinder Positionieraufgaben sehr präzise bewältigen,
selbst wenn die Kolbenstange 8 einer hohen Quer-
belastung ausgesetzt sein sollte.
Wesentlicher Bestandteil der Kolbenstangen-Führungseinrichtung
ist eine nachstehend noch im Detail beschriebene
Wälzlagereinrichtung 14, die an dem Gehäuse bzw. Abschlußdeckel
4 abgestützt ist und mit der Außenfläche 15 desjenigen Längenabschnittes der Kolbenstange 8 zusammenarbeitet,
der die Kolbenstangen-Führungseinrichtung 13 im
Betrieb durchsetzt. Dieser Kolbenstangen-Längenabschnitt
sei nachfolgend als Führungabschnitt 16 bezeichnet.
Zumindest über die Länge des Führungsabschnittes 16 hat
die Kolbenstange 8 einen besonderen unkreisförmigen Querschnitt.
Aus Kostengründen verfügt die beispielsgemäße
Kolbenstange 8 über ihre gesamte Länge über die entsprechende Profilierung.
Die unkreisförmige Querschnittsgestalt des Führungsabschnittes
16 ist besonders gut aus Fig. 2 ersichtlich.
Erkennbar setzt sich die Außenfläche 15 der Kolbenstange aus einem sich axial erstreckenden ebenen Flachabschnitt
17 und einem sich in Umfangsrichtung daran anschließenden,
kreiszylindrisch gestalteten Zylinderabschnitt 18 zusammen.
Der Führungsabschnitt 16 hat somit eine Zweieckkontur. Man kann sich den Führungsabschnitt 16 entstanden
denken aus einer Stange mit ursprünglich kreisförmigem
Querschnitt, von dem eine kreissegmentartige Querschnittspartie
entfernt wurde. Der Zentriwinkel des Zylinderabschnittes 18 ist größer als 180° und beträgt beim Ausführungsbeispiel
in etwa 2 70°.
Die geschilderte Profilierung des Führungsabschnittes
gewährleistet insbesondere eine zuverlässige Verdrehsicherung
bei gleichzeitiger guter Abdichtmöglichkeit des
Durchdringungsbereiches zwischen dem Abschlußdeckel 4 und
der Kolbenstange 8.
Die Verdrehsicherung wird bewirkt durch eine Lagerrolle
der Wälzlagereinrichtung 14. Sie ist in dem Abschlußdeckel
bzw. Gehäuse 4 seitlich neben dem Führungsabschnitt 16
angeordnet und relativ zu besagtem Abschlußdeckel bzw.
Gehäuse 4 drehgelagert. Ihre Ausrichtung ist so getroffen,
daß ihre Drehachse 23 mit radialem Abstand zur Längsachse
12 der Kolbenstange 8 rechtwinkelig zu dieser verläuft.
Mit ihrer bezogen auf die Drehachse 23 radial nach außen
weisenden Stützfläche 24 steht die Lagerrolle 22 in
Kontakt mit dem Flachabschnitt 17, auf dem sie während der
Verschiebebewegung der Kolbenstange 8 abläuft.
Die Lagerrolle 22 ist beim Ausführungsbeispiel von einem
Wälzlager 22' gebildet, das in an sich bekannter Weise aufgebaut ist. Es handelt sich hier um ein Rollen- bzw.
Nadellager. Es umfaßt einen Innenring 25, mit dem es auf eine Lagerachse 26 aufgezogen ist, deren Längsachse die
erwähnte Drehachse 23 darstellt. Der Innenring 25 ist von einem Wälzelementenkranz 27 umgeben, der seinerseits von einem
Außenring 28 umfaßt ist. Letzterer ist relativ zu dem Innenring 25 verdrehbar. Die radial auswärtsgerichtete
Außenfläche des Außenringes 28 bildet die erwähnte Stützfläche 24. Da diese insgesamt kreiszylindrisch gestaltet
ist, ergibt sich ein großflächiger Berührbereich 32 mit
dem Flachabschnitt 17, der zumindest annähernd über seine
gesamte Breite von der Stützfläche 24 beaufschlagt werden
kann. Auf diese Weise ist die Kolbenstange 8 an einer Rotation um ihre Längsachse 12 gehindert.
Die Wälzlagereinrichtung 14 sitzt in der von der Kolbenstange
8 durchsetzten axialen Durchbrechung 33 des Abschlußdeckels
4. Die axiale Durchbrechung 33 hat eine vorzugsweise ringförmige radiale Erweiterung, die den
Aufnahmeraum 34 für die Lagerrolle 22 bzw. das Wälzlager
22' bildet. Die Lagerachse 26 durchsetzt den Aufnahmeraum 34 nach Art einer Sekante und ist mit ihren beiden Endbereichen
in einer den Abschlußdeckel 4 quer durchsetzenden
Lagerbohrung 35 gehalten. Die Lagerrolle 22 sitzt auf dem den Aufnahmeraum 34 durchquerenden Mittelabschnitt 36
der Lagerachse 26.
In einem sich axial mit Abstand an den Aufnahmeraum 34 anschließenden Lagerabschnitt 36 der axialen Durchbrechung
33 ist eine Kugelbuchse 37 festgelegt, die einen weiteren Bestandteil der Wälzlagereinrichtung 14 bildet. Die Kugelbuchse
37, auch als Kugelhülse bezeichenbar, umschließt
den Führungsabschnitt 16 koaxial. Die beispielsgemäße
Kugelbuchse 37 ist ein handelsübliches Bauteil, dessen
Aufbau allgemein bekannt ist, so daß sich nähere Ausführungen hierzu erübrigen. Es kann sich beispielsweise um
eine Kugelhülse der Art handeln, wie sie in dem INA-Maßkatalog
D 303, 1974, Seiten 120/121, beschrieben ist. Als Wälzlagerelemente fungieren Kugeln 38, die ausschließlich
mit dem Zylinderabschnitt 18 zusammenwirken, während
die Lagerrolle 22 ausschließlich mit dem Flachabschnitt 17
zusammenarbei tet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Kugelbuchse 37 als
Kugel um!aufbuchse konzipiert, die über mehrere integrierte,
jeweils in sich geschlossene Kugellaufbahnen 42 verfügt,
in denen Kugeln 38 aufeinanderfolgend aufgereiht
sind. Diese Kugelreihen laufen in der zugeordneten Kugellaufbahn
um, wenn die Kolbenstange 8 axial verlagert wird. Mehrere derartiger, ringförmig aufgereihter Kugelreihen 43
sind in Umfangsrichtung der Kugelbuchse 37 verteilt angeordnet.
Allerdings sind nur diejenigen wirksam, die dem Zylinderabschnitt 18 radial gegenüberliegen. Die dem
Flachabschnitt 17 gegenüberliegenden Kugelreihen 43' sind
hingegen wirkungslos, es liegt ein radialer Zwischenraum
zwischen diesen Kugelreihen 43' und dem Flachabschnitt 17
vor.
Die Kugel 1 aufbahnen 42 sind in einem hülsenförmigen, insbesondere
aus Kunststoff bestehenden Führungskäfig 44
ausgebildet, der außen von einer gehärteten Außenhülse 45 umschlossen ist und mit dieser eine Montageeinheit bildet.
Entlang eines linearen Längenabschnittes sind die Kugellaufbahnen
42 über eine schlitzartige öffnung 46 des Führungskäfigs 44 zur Kolbenstange 8 hin offen, so daß die
Kugeln 38 teilweise radial hindurchtreten und in Führungskontakt
mit dem Zylinderabschnitt 18 gelangen können.
Die Kugelbuchse 37 kann in die axiale Durchbrechung 33
eingepreßt oder, wie abgebildet, durch einen Sicherungsring
47 fixiert sein.
Bevorzugt ist die Lagerrolle 22 axial innerhalb der Kugelbuchse
37 angeordnet, so daß sie axial zwischen der Kugelbuchse
37 und dem zugeordneten Arbeitsraum 6 zu liegen kommt. Dies ermöglicht nach derzeitiger Auffassung kompaktere
Gesamtabmessungen als die ebenfalls mögliche umgekehrte axiale Aufeinanderfolge.
Zur Abdichtung zwischen dem Abschlußdeckel 4 und der
Kolbenstange 8 dient ein Dichtring 48, der zweckmäßigerweise
axial zwischen der Wälzlagereinrichtung 14 und dem
zugeordneten Arbeitsraum 6 in der axialen Durchbrechung
gehalten ist. Es handelt sich zweckmäßigerweise um einen
Lippenring, der über eine radial flexible schrägstehende Dichtlippe 49 verfügt. Die Flexibilität dieser Dichtlippe
49 stellt sicher, daß trotz üblicher Ringgestalt ein sicherer Dichtkontakt sowohl zu dem Zylinderabschnitt 18
als auch zu dem radial weiter entfernten Flachabschnitt
hergestellt wird.
Der Dichtring 48 kann ohne weiteres auch eine Spezialanfertigung sein, beispielsweise hergestellt in Spritzgußtechnik,
dessen vorzugsweise 1ippenförmige Dichtpartie der Außenkontur des unkreisförmigen Führungsabschnittes
angepaßt ist. Da dessen Außenfläche im übrigen nicht von Nuten oder keilartigen Erhöhungen überzogen sein muß,
sondern vielmehr glattflächige Flächenabschnitte möglich
sind, kann mit einer guten Dichtqualität gerechnet werden.
Während beim Ausführungsbeispiel die Kolbenstangen-Führungseinrichtung
13 Bestandteil eines Abschlußdeckels
des Arbeitszylinders ist, wäre es auch möglich, die
Kolbenstangen-Führungseinrichtung 13 separat auszubilden,
derart, daß sie nach Bedarf an einen Abschlußdeckel
montierbar ist. Dies kann die Nachrüstung bestehender Arbeitszylinder erleichtern. Angedeutet ist diese Möglichkeit
durch die strichpunktierte Linie 52, die in diesem Falle eine Trennlinie darstellen könnte, wobei der Bereich
rechts davon den Abschlußdeckel und der Bereich links
davon die separate Kolbenstangen-Führungseinrichtung
darstel1t.
Claims (8)
1. Fluidbetätigter Arbeitszylinder, mit einer stirnseitig
angeordneten Kolbenstangen-Führungseinrichtung
(13), die von einem einen unkreisförmigen Querschnitt
aufweisenden Führungsabschnitt (16) der Kolbenstange (8) axial durchsetzt ist, und die über eine gehäusesei tig
abgestützte, mit der Außenfläche (15) des Führungsabschnittes (16) zusammenarbeitende Wälzlagereinrichtung
(14) verfügt, die sowohl eine Querabstützung als auch eine Verdrehsicherung der Kolbenstange (8) bewirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Außenfläche (15) des Führungsabschnittes (16) der Kolbenstange (8) aus einem
sich axial erstreckenden ebenen Flachabschnitt (17) und
einem sich in Umfangsrichtung daran anschließenden, kreiszylindrisch
gestalteten Zylinderabschnitt (18) zusammensetzt
und daß die Wälzlagereinrichtung (14) eine den
Führungsabschnitt (16) koaxial umschließende,
ausschließlich mit dem Zylinderabschnitt (18) zusammenarbeitende
Kugelbuchse (37) aufweist sowie eine der Kugel-
buchse (37) axial nachgeordnete, seitlich neben der
Kolbenstange (8) drehgelagerte Lagerrolle (22), die auf
dem Flachabschnitt (17) abläuft.
2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagerrolle (22) von einem Wälzlager (221) gebildet ist, dessen Außenring (28) mit seiner
radialen zylindrischen Außenfläche (24) mit dem Flachabschnitt
(16) zusammenarbeitet.
3. Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wälzlager (22') ein Rollen- oder Nadellager
ist.
4. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerrolle (22) auf einer mit Abstand neben der Kolbenstange (8) angeordneten und
rechtwinkelig zur Längsachse (12) der Kolbenstange (8)
ausgerichteten Lagerachse (26) sitzt.
5. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerrolle (22) axial
innerhalb der Kugelbuchse (37) angeordnet ist.
6. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbuchse (37) eine
Kugel um!aufbuchse ist.
7. Arbeitszylinder nach einem oer Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen-Führungseinrichtung
(13) Bestandteil eines stirnseitigen Abschlußdeckels
(4) des Arbeitszylinders (1) ist.
8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen-Führungseinrichtung
(13) stirnseitig an einen Abschlußdeckel (4)
des Arbeitszylinders (!) angebaut ist.
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