DE4029721C3 - Kolbenstangenloser Zylinder - Google Patents
Kolbenstangenloser ZylinderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen kolbenstangenlosen Zylinder, in dem ein
mit einem Zugmittel verbundener in axialer Richtung verschiebbarer
Kolben geführt ist, dessen Querschnitt bzw. Außenumfang an den
Querschnitt des Zylinderraumes angepaßt ist, wobei der Kolben
quergeteilt ist und aus zwei in axialer Richtung zusammenfügbaren
Kolbenhälften besteht.
Bei dem Einsatz von Kolben-Zylinder-Aggregaten für
Antriebseinrichtungen pneumatischer oder hydraulischer Art ist es
bekannt, aus Gründen der Reduzierung der Längenabmessungen auf
Kolbenstangen zu verzichten und die Bewegung des Kolbens über biegsame
Zugmittel abzugreifen. Diese Zugmittel bewegen dabei einen parallel
zur Kolbenbewegungsachse geführten Schlitten. Solche Antriebe werden
allgemein als kolbenstangenlose Zylinder bezeichnet.
Ein derartiger kolbenstangenloser Zylinder ist aus einem Prospekt der
Firma Knorr (Nr. P 4311-1/2000/0389) bekannt. Bei diesem
kolbenstangenlosen Zylinder ist ein im Querschnitt runder Kolben in
einem entsprechend runden Zylinderraum geführt. Der Kolben selbst ist an
beiden Enden mit dem Zugmittel verbunden, wobei das Zugmittel außerhalb
des Zylinderraumes über dort angebrachte Umlenkrollen geführt und mit
einem in axialer Richtung parallel zur Bewegungsachse des Kolbens
verschiebbaren Schlitten verbunden ist. Das Zugmittel ist hierbei
bezüglich der Kolbenlängs- bzw. Schwerpunktachse außermittig am Kolben
befestigt. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß der Kolben im Betrieb
ein Kippmoment bezüglich der Kolbenlängsachse erfährt, welches zu einem
ungleichmäßigen Verschleiß der Dichtungselemente führt. Außerdem führt
eine solche Verkippung zu einem ungleichförmigen Bewegungsablauf des
Kolbens im Zylinder. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten
kolbenstangenlosen Zylinders ist der hohe Montageaufwand beim
Zusammensetzen der Einzelelemente. Dies bezieht sich im wesentlichen auf
die Anbringung und Fixierung des Zugmittels.
Aus der DE-OS 29 38 332 ist ein weiterer kolbenstangenloser
Arbeitszylinder mit Zugmittel bekannt, bei dem das Zugmittel aus einem
Zugband besteht, welches am Kolben befestigt und aus dem Zylinderraum
herausgeführt ist. Das Zugband ist außerhalb des Zylinderraumes
ebenfalls über Rollen umgelenkt, so daß die Linearbewegung des Kolbens
außerhalb des Zylinderraumes abgegriffen werden kann. Hierbei sind
bestimmte Größendimensionierungen auf das Erreichen einer hohen
Dauerfestigkeit gerichtet. Ein solcher Zylinder erfordert ebenfalls eine
sehr maßhaltige Fertigung der einzelnen Teile und eine aufwendige
Montage. Dieser Montageaufwand steigt mit zunehmender Anforderung an
Präzision und Positioniergenauigkeit stark an.
Aus der DE-AS 12 93 037 ist es bekannt, den Kolben bei
einem kolbenstangenlosen Antrieb, dessen Hubbewegung über
ein flaches Band übertragen wird, quer zu teilen und
den Einzelkolben 3 mittels einer Zugfeder unter
Vorspannung miteinander zu verbinden. Diese Konstruktion
dient ausschließlich dazu, "ein spielfreies Verschieben
des Maschinenteils 9 ermöglichen." (Spalte 2, 3, Abs.)
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung
die Aufgabe, zugrunde, einen kolbenstangenlosen Zylinder
zu schaffen, bei dem der Montageaufwand auch bei
Einhaltung enger Toleranzen und hoher Zugfestigkeit
verringert ist.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem kolbenstangenlosen Zylinder der
gattungsgemäßen Art,
dadurch gelöst, daß
die Kolbenhälften an den einander zugewandten Stirnseiten mit
Renkverbindungselementen versehen sind und daß sich die
Querschnitts-Konturen der Kolbenhälften im zusammengefügten Zustand des
Kolbens zu einer gemeinsamen zusammenhängenden Querschnitts-Kontur
ergänzen. Bei diesem erfindungsgemäß vorgeschlagenen kolbenstangenlosen
Zylinder ergibt sich eine Reihe von Vorteilen, die im wesentlichen die
Montage und Fertigung eines solchen kolbenstangenlosen Zylinders
betreffen. Die Enden des Zugmittels können dabei schon im zerlegten
Zustand mit jeweils einer Kolbenhälfte verbunden werden. Vor dem
Einführen des Kolbens in den Zylinder sind dann die Kolbenhälften über
die Renkverbindungselemente miteinander zu verbinden. Der so
zusammengefügte Kolben bildet dabei eine zusammenhängende
Querschnittskontur, die an den Querschnitt des Zylinderraumes angepaßt
ist. Der Vorteil besteht darin, daß eine einfache, sichere und schnell
montierte Verbindung zwischen Kolben und Zugmittelenden gewährleistet
ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolben mit einer
sich in axialer Richtung durch beide Kolbenhälften hindurch
erstreckenden Durchgangsöffnung versehen und innerhalb des
zusammengefügten Kolbens ist ein zur Aufnahme des Zugmittels dienendes
Halteelement formschlüssig in der Durchgangsöffnung angeordnet.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Durchgangsöffnung im
Bereich der mit den Renkverbindungselementen versehenen Enden der
Kolbenhälften eine Erweiterung auf und das Halteelement besteht aus
einem sich in axialer Richtung erstreckenden rotationssymmetrischen
Körper, der mit einer die Erweiterung der Durchgangsöffnung ausfüllenden
Verdickung versehen ist. Hieraus ergibt sich insgesamt der Vorteil, daß
bei der Montage das Zugmittel in einfacher Weise durch die Kolbenhälften
hindurchgeführt und mit dem innerhalb des Kolbens angeordneten
Halteelement indirekt mit dem Kolben verbunden werden kann. Dies
gestattet zum einen eine sehr zeitsparende Montage, hat aber in
technischer Hinsicht auch noch den Vorteil, daß über die indirekte
Verbindung des Zugmittels mit dem Kolben die im Betrieb auftretenden
Zugkräfte radialsymmetrischer verteilt werden. Dies führt dann zu einer
gleichmäßigen Belastung des Kolbens und der Dichtungselemente, wodurch
der Verschleiß gleichmäßiger wird und die Standzeiten erhöht werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist im äußeren
Umfangsbereich der Kolbenhälften jeweils eine Dichtmanschette
angeordnet, und im Bereich der den Renkverbindungselementen abgewandten
Enden des Kolbens sind Dämpfungsanschläge angeordnet. Somit sind alle
Dicht- und Dämpfungselemente in vorteilhafter Weise vormontiert.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Kolben im zusammengefügten Zustand
an den in axialer Richtung nach außen weisenden Enden mit rohrförmigen
Ansatzstücken versehen, in die die Enden des Zugmittels einmünden. Der
Vorteil besteht in einer sicheren knickgeschützten Anlenkung des
Zugmittels am Kolben.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung ist das Zugmittel ein Zugband, welches an den das Zugband
aufnehmenden Ansatzstücken des Kolbens über das Zugband umfassende
Dichtungen abgedichtet ist, und das Halteelement weist zwei umfassende
Dichtungen auf, die an der Innenfläche der Durchgangsöffnung
des Kolbens
anliegen. Hierdurch ist eine zuverlässige und schnell montierte
Abdichtung des gesamten Kolbens in vorteilhafter Weise gegeben.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die Zugbandenden über
Gewindeelemente mit dem Halteelement verbindbar, wodurch eine stabile
kraftaufnehmende Verbindung zwischen Zugband und Kolben gewährleistet
ist. Eine solche Ausgestaltung eignet sich besonders für metallische
Zugbänder.
Alternativ dazu besteht eine
Ausgestaltung der Erfindung darin, daß bei der Verwendung eines
hochflexiblen Kunststoff-Zugbandes mit Drahtverstärkung das Halteelement
beidendig mit die Drahtenden des Zugbandes aufnehmenden Sacklöchern
versehen ist.
Eine weitere, der Verwendung eines hochflexiblen
Kunststoff-Zugbandes entsprechende Ausgestaltung ist, daß das
Halteelement mit jeweils einem kammartigen, die Drahtenden des Zugbandes
aufnehmenden Befestigungselement verbunden ist. Bei beiden
Ausgestaltungen kann das Kunststoff-Zugband auf einfache und
vorteilhafte Weise über Einpressung der Drahtenden in den Sacklöchern
bzw. in den kammartigen Befestigungselementen mit dem Halteelement
verbunden werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die
Querschnittskontur des Kolbens und des Zylinderraumes oval ausgebildet.
Aus dieser Ausgestaltung ergibt sich in Kombination mit den
Unteransprüchen 2 bis 4 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung. Ein Kolben-Zylinder-Aggregat mit ovalem bzw. elliptischem
Querschnitt ist zwar aus der FR-A 22 45 865 an sich bekannt, verfolgt in
dieser bekannten Version jedoch das Ziel kompakter Bauweise und bewirkt
außerdem eine Verdrehsicherung des Kolbens im Zylinder. Bei der
vorliegenden Erfindung verfolgt die vorteilhafte Ausgestaltung des
ovalen Kolbens ein völlig anderes Ziel.
Durch die Ovalität ergibt sich nämlich, daß die Renkverbindungselemente
so einfach ausgestaltet sein können, daß auf eine Verriegelung, d. h.
Verdreh- bzw. Verschlußsicherung der Renkverbindungselemente,
verzichtet werden kann, da der montierte Kolben durch seine ovale
Ausbildung innerhalb des ovalen Zylinderraumes selbstverriegelnd
zusammengehalten wird. Das heißt, die Kolbenhälften können sich nicht
zueinander verdrehen, und somit den Verschluß auch nicht ungewollt
öffnen.
Ein Ausgestaltungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und im
folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Zugbandzylinder in schematischer Darstellung,
Fig. 2 die Kolbenhälften in zusammengefügtem Zustand (Längsschnitt),
Fig. 2a die axiale Ansicht zu Fig. 2,
Fig. 3 Darstellung von Fig. 2 um die Kolbenlängsachse um 90 Grad
rotiert,
Fig. 3a die axiale Ansicht zu Fig. 3,
Fig. 4 Halteelement mit Sacklöchern,
Fig. 4a Halteelement mit Sacklöchern (Seitenansicht),
Fig. 5 Halteelement mit kammartigen Befestigungselementen,
Fig. 5a Halteelement mit kammartigen Befestigungselementen
(Frontansicht).
Fig. 1 zeigt einen gesamten kolbenstangenlosen bzw. Zugband-Zylinder 1
mit ovalem Zylinderraum 15 und ovalem Kolben 2. Das Zugband 6 mündet
hierbei bezogen auf eine durch den Schwerpunkt des Kolbens 2
verlaufenden Längsachse 16 entlang dieser in die Ansatzstücke 22
und 22′
des Kolbens 2 ein. Die Dichtmanschetten 10 sind auf diese Weise auch
gleichmäßig belastet und der gesamte Kolben 2 ist gleichmäßig und ohne
einwirkende Verkippungskräfte geführt.
Fig. 2 zeigt in detaillierter Darstellung den gesamten zusammengefügten
Kolben 2 mit Halteelement 5 und einmündenden Zugbandenden. Die
Kolbenhälften 2′, 2′′ bzw. der gesamte Kolben 2 im zusammengefügten
Zustand füllt nur über einen Teil seiner Länge den Querschnitt des
Zylinderraumes 15 aus. Die Dichtmanschetten 10 sind in den Außenumfang
des Kolbens 2 teilweise eingelassen, so daß sie einen sicheren Halt
haben. Die Dämpfungsanschläge 11 begrenzen den Hub des Kolbens 2 und
sind deshalb an entsprechender Stelle angeordnet. Die in axialer
Richtung nach außen weisenden Enden des Kolbens 2 sind mit den
rohrförmigen Ansatzstücken 22, 22′ versehen und führen auf diese Weise
die eingesetzten Zugbandenden. Die Renkverbindungselemente 7 sind so
ausgestaltet, daß sie eine Art Bajonettverschluß bilden, bei dem die
Kolbenhälften 2′, 2′′ axial zusammengeführt und nur um eine Teilumdrehung
verdreht werden müssen. Der Kolben 2 ist hier oval ausgestaltet, so daß
Verriegelungselemente, die den so gebildeten Renkverschluß arretieren,
nicht nötig sind, weil der ovale Kolben 2 in dem ovalen Zylinderraum 15
verdreh- und verschlußgesichert geführt ist. Das Halteelement 5 ist
hierbei ein bezüglich der Kolbenlängsachse 16 rotationssymmetrisches
Drehteil, welches mit seiner abschnittsweisen Verdickung 9 in der
Erweiterung 8 der Durchgangsöffnung 4 des Kolbens 2 formschlüssig
eingebettet ist, so daß beim Eingriff von Zugkräften das Halteelement 5
nicht axial verschiebt. Die Dichtungen 13 dichten die Durchgangsöffnung
4 des Kolbens 2 ab.
Fig. 2a zeigt die linke Kolbenhälfte 2′ mit Ansicht auf die
Renkverbindungselemente 7. Die Ovalkontur ist hierbei deutlich sichtbar.
Das Zugband 6 hat einen rechteckigen Grundquerschnitt mit runden
Schmalseiten, und ist von einem entsprechenden O-ringförmigen
Dichtelement 12 abgeschlossen. Die beiden Kolbenhälften 2′,2′′ sind
hierbei in allen Details identisch, so daß für die Herstellung solcher
Kolbenhälften beispielsweise in Spritzgußtechnik nur eine einzige
Spritzgußform nötig ist. Außerdem ergibt sich, daß die
Querschnittskontur bzw. der Außenumfang des Kolbens letztlich durch die
Dichtmanschetten 10 gebildet wird.
Fig. 3 zeigt den Kolben von Fig. 2 um 90 Grad um die Kolbenlängsachse
16 gedreht im Längsschnitt.
Fig. 3a zeigt die Rückansicht einer Kolbenhälfte in axialer Richtung.
Aus Fig. 3 wird deutlich, daß sich die Renkverbindungselemente 7 nicht
über den gesamten Umfangsbereich des Kolbens 2 erstrecken, sondern nur
in der Nähe der großen Scheitelpunkte (siehe auch Fig. 2a) angeordnet
sind. Des weiteren ist in dieser Darstellung auch die O-ringförmige
Ausgestaltung der Zugbanddichtung 12 und die Querschnittskontur des
Zugbandes selbst entnehmbar. Bei der Verwendung eines drahtverstärkten
Kunststoff-Zugbandes ist diese Zugbanddichtung 12 zur Verhinderung eines
"Aufblasens" des Zugbandes im Bereich der Drähte besonders wichtig. Die
Gewindeelemente 14 zur Anbringung der Zugbandenden an das Halteelement 5
liegen hierbei ebenfalls auf einer gemeinsamen Achse, die in diesem Fall
auch die mittige Kolbenlängs- bzw. Schwerpunktachse 16 bildet. Dabei
wird deutlich, daß auch die Dämpfungsanschläge 11 keine geschlossene
Ringform darstellen, sondern nur als Segmente ausgebildet sind, die in
der Nähe der hohen Scheitelpunkte angeordnet sind.
Fig. 4 zeigt das Halteelement 5 mit den beidendig
angeordneten
Sacklöchern 20, in die die vom Kunststoff des Zugbandes freigelegten
Drahtenden eingeführt und eingepreßt bzw. gequetscht werden.
Fig. 4a zeigt Fig. 4 in Seitenansicht. Hierbei wird deutlich, daß die
Enden des Halteelementes beispielsweise auch abgeplattet sein können.
Fig. 5 zeigt das Halteelement 5 mit den beidendig angeordneten
kammartigen Befestigungselementen 21, die ebenfalls nach Einführen der
Drahtenden des Zugbandes mit denselben verpreßt oder verquetscht werden
können.
In Fig. 5a wird die kammartige Ausbildung des Befestigungselementes 5
durch die frontale Ansicht zu Fig. 5 deutlich.
Insgesamt bietet dieser kolbenstangenlose Zylinder eine schnelle und
sichere Betriebsbedingungen liefernde Montage. Bei der Ausgestaltung der
Kolbenhälften wäre es auch denkbar, daß der Kolben aus nicht identischen
Kolbenhälften zusammengesetzt ist. Eine Möglichkeit wäre beispielsweise
die einander zugewandten Stirnseiten der Kolbenhälften zapfenförmig
anzuformen in der Art, daß sich die zapfenförmigen Anformungen beim
Zusammendrehen der Renkverbindungselemente komplementär ergänzen, so
daß sich auch hierbei eine gemeinsame zusammenhängende
Querschnitts-Kontur ergibt.
Das Zugmittel kann außerdem auch ohne weiteres ein Seil oder eine Kette
sein.
Claims (12)
1. Kolbenstangenloser Zylinder in dem ein mit einem Zugmittel verbundener
in axialer Richtung verschiebbarer Kolben geführt ist,
dessen Querschnitt bzw. Außenumfang an den Querschnitt des Zylinderraumes
angepaßt ist, wobei der Kolben (2) quergeteilt ist und aus
zwei in axialer Richtung zusammenfügbaren Kolbenhälften (2′, 2′′)
besteht, und das Zugmittel ein endseitig des Zylindergehäuses an den
Kolbenhälften (2′, 2′′) befestigtes, die Kolbenbewegung nach außerhalb
des Zylinders übertragendes Zugband (6) ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenhälften (2′, 2′′) an den einander zugewandten Stirnseiten (3′, 3′′) mit Renkverbindungselementen (7) versehen sind daß sich die Querschnittskonturen der Kolbenhälften (2′, 2′′) im zusammengefügten Zustand des Kolbens (2) im Bereich der Renkverbindungselemente zu einer gemeinsamen zusammenhängenden Querschnittskontur ergänzen und daß die Querschnitts kontur des Kolbens (2) und des Zylinderraumes (15) oval ist.
daß die Kolbenhälften (2′, 2′′) an den einander zugewandten Stirnseiten (3′, 3′′) mit Renkverbindungselementen (7) versehen sind daß sich die Querschnittskonturen der Kolbenhälften (2′, 2′′) im zusammengefügten Zustand des Kolbens (2) im Bereich der Renkverbindungselemente zu einer gemeinsamen zusammenhängenden Querschnittskontur ergänzen und daß die Querschnitts kontur des Kolbens (2) und des Zylinderraumes (15) oval ist.
2. Kolbenstangenloser Zylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (2) mit einer sich in axialer Richtung
durch beide Kolbenhälften (2′, 2′′) hindurch erstreckenden
Durchgangsöffnung (4) versehen ist und daß innerhalb des
zusammengefügten Kolbens (2) ein Halteelement (5) zur
Aufnahme des Zugmittels (6) formschlüssig in der
Durchgangsöffnung (4) angeordnet ist.
3. Kolbenstangenloser Zylinder nach den Ansprüchen 1
oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchgangsöffnung (4) im Bereich der mit den
Renkverbindungselementen (7) versehenen Enden der
Kolbenhälften (2, 2′′) eine Erweiterung (8) aufweist.
4. Kolbenstangenloser Zylinder nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halteelement (5) aus einem sich in axialer
Richtung erstreckenden rotationssymmetrischen Körper
besteht, der mit einer die Erweiterung (8) der
Durchgangsöffnung (4) ausfüllenden Verdickung (9)
versehen ist.
5. Kolbenstangenloser Zylinder nach den Ansprüchen
1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß im äußeren Umfangsbereich der Kolbenhälften (2′, 2′′)
jeweils eine Dichtmanschette (10) angeordnet ist und im
Bereich der den Renkverbindungselementen (7) abgewandten
Enden des Kolbens (2) Dämpfungsanschläge (11) angeordnet
sind.
6. Kolbenstangenloser Zylinder nach den Ansprüchen
1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (2) im zusammengefügten Zustand an den in
axialer Richtung nach außen weisenden Enden mit rohr
förmigen Ansatzstücken (22, 22′) versehen ist, in die die
Enden des Zugmittels (6) einmünden.
7. Kolbenstangenloser Zylinder nach den Ansprüchen
1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zugmittel (6) ein Zugband ist und daß an den das
Zugband aufnehmenden Ansatzstücken (22, 22′) des Kolbens
(2) das Zugband umfassende Dichtungen (12) angeordnet
sind.
8. Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der Ansprüche
1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Haltelement (5) zwei umfassende Dichtungen (13)
aufweist, die an der Innenfläche der Durchgangsöffnung
(4) des Kolbens (2) anliegen.
9. Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zugbandenden über Gewindeelemente (14) mit dem
Halteelement (5) verbindbar sind.
10. Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Verwendung eines drahtverstärkten Kunststoff-
Zugbandes das Halteelement (5) beidendig, im Abstand der
im Zugband parallel angeordneten Drähte mit die Draht
enden des Zugbandes aufnehmenden Sacklöchern (20)
versehen ist.
11. Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Verwendung eines drahtverstärkten Kunststoff-
Zugbandes das Halteelement beidendig mit jeweils einem
kammartigen, die Drahtenden des Zugbandes aufnehmenden
Befestigungselement (21) verbunden ist.
12. Kolbenstangenloser Zylinder nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnittskontur des Kolbens (2) und des
Zylinderraumes (15) oval ist.
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