DE4120965A1

DE4120965A1 - Zylinder

Info

Publication number: DE4120965A1
Application number: DE19914120965
Authority: DE
Inventors: Heinz Podlesak
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-07
Also published as: EP0522271A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinder, insbesondere kolbenstangenloser Zylinder, mit einem in einem Zylinderkörper abgedichtet verschieblichen, druckmittel-, insbesondere druckluftbeaufschlagbaren Kolben, der zumindest an seinem einen axialen Ende einen sich konisch bis nahe dem Innendurchmesser des Zylinderkörpers erweiternden Konusabschnitt, einen Kolbenführungsring und eine Kolbendichtung aufweist.

Derartige Zylinder sind insbesondere in der Ausbildung als kolbenstangenlose Schlitzzylinder beispielsweise aus der DE-OS 21 62 572, aber auch aus der DE-OS 34 29 783, EP-B 01 57 892 und mit Ausnahme des Kolbenführungsringes auch aus der DE-OS 31 24 915 sowie 36 31 514 bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik ist es bekannt, bei einem als Schlitzzylinder ausgebildeten, kolbenstangenlosen Zylinder den axial langgestreckt ausgebildeten Kolben an seinen beiden Endabschnitten mit sich zu diesen Enden hin erweiternden Konusabschnitten zu versehen, die Wandung der Konusabschnitte bildet dabei einen Teil einer Führungsausnehmung im Kolben, welche von einem Zylinderschlitzdichtband durchsetzt ist. Es ist bekannt, kolbenendseitig im Anschluß an den sich bis nahe dem Innendurchmesser des Zylinderkörpers erweiternden Konusabschnitt am Kolben jeweils einen Kolbenführungsring und eine Kolbendichtung anzuordnen, der Kolbenführungsring kann aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt sein, üblicherweise ist er in eine Ringnut des Kolbens eingeschnappt gehaltert.

Die Zylinderkörper von einfachen Zylindern, insbesondere aber von kolbenstangenlosen Schlitzzylindern weisen Zylinderbohrungen, d. h. einen Innendurchmesser des Zylinderkörpers auf, welcher mit nicht vernachlässigbaren, zumeist durchmesserabhängigen Toleranzabweichungen versehen sind; diese Toleranzabweichungen können die axiale Führungsqualität des Kolbens im Zylinderkörper beeinträchtigen, einerseits muß der Kolben im Zylinderkörper leicht verschieblich sein, andererseits kann bei ungünstigem Zusammentreffen von Toleranzabweichungen sich ein großes Führungsspiel des Kolbens im Zylinderkörper geben, welches Schrägstellungen des Kolbens und hierdurch übermäßige, örtliche Beanspruchungen, Verschleiß, Undichtigkeiten und Führungsungenauigkeiten für vom Kolben zu bewegende Bauelemente ergibt. Auch bei stranggepreßten Zylinderkörpern treten derartige Toleranzabweichungen auf, da das Strangpreß-Werkzeug im Betrieb verschleißt und gegebenenfalls nachpoliert werden muß. Auch durch unterschiedliche Temperaturen können Toleranzabweichungen auftreten. Insbesondere bei Reparaturarbeiten am Zylinder, Austausch des Zylinderkörpers oder Kolbens, können durch herstellungsbedingt geänderte Toleranzmaße Schwierigkeiten auftreten. Zum Beheben der durch Toleranzabweichungen bedingten Schwierigkeiten ist es bekannt, die Zylinderkörper oder Kolben in unterschiedliche Toleranzklassen zu sortieren und dann nur in geeigneten Zusammenstellungen zu montieren; dies ist jedoch ein sehr teueres Verfahren. Weiterhin ist es bekannt, den Kolbenführungsring am Kolben durch spanende Nacharbeit an den jeweils vorliegenden Zylinderkörper anzupassen. Auch dieses Verfahren ist teuer und bereitet bei Teileaustausch Schwierigkeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Zylinder der eingangs genannten Art in einfacher und kostensparender Weise derart auszugestalten, daß unabhängig von den jeweiligen Toleranzabweichungen am Kolben und/oder Zylinderkörper mit geringem Aufwand stets eine spielarme und gute Führung einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der eine kleinere, axiale Länge als der Konusabschnitt aufweisende Kolbenführungsring unter zumindest teilweise elastischer Aufweitung auf den Konusabschnitt aufbringbar, auf dem Konusabschnitt axial justierbar und in axial justierter Lage festlegbar ist. Durch die axiale Justierung des Kolbenführungsringes ergibt sich hierbei eine sehr feine und genaue Justierbarkeit des Kolbenführungsringes hinsichtlich seines Außendurchmessers, er ist somit dem Innendurchmesser des Zylinderkörpers genau anpaßbar.

In den Unteransprüchen sind nach der weiteren Erfindung vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten eines derart ausgebildeten Zylinders dargelegt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen nach der Erfindung ausgebildeten Zylinder dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen teilweise aufgeschnittenen, kolbenstangenlosen Schlitzzylinder,

Fig. 2 eine Einzelheit "X" der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab und

Fig. 3 einen Kolbenführungsring in Ansicht und Axialschnitt, ebenfalls in vergrößertem Maßstab zu Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 weist der Schlitzzylinder einen Zylinderkörper 1 auf, in dessen Bohrung 2 - diese kann andersartig als durch Bohren, beispielsweise im Strangpreßverfahren, hergestellt sein - ein Kolben 3 geführt ist. Der Zylinderkörper 1 ist mit einem seine Wandung einseitig durchdringenden Schlitz 4 versehen, der seitens der Bohrung 2 durch ein Zylinderschlitzdichtband 5 abdeckbar ist. Der Kolben 3 durchragt mit einem Steg 6 den Schlitz 4 und ist mit einem außerhalb des Zylinderkörpers 1 befindlichen und gegebenenfalls in geeigneter Weise längsgeführtem Kraftabgabeglied 7 verbunden. Der Kolben 3 ist relativ langgestreckt ausgebildet, nahe seiner beiden Enden trägt er je einen Kolbendichtring 8, welcher zur Bohrung 2 verschieblich abdichtet. Zwischen den Kolbendichtringen 8 ist der Kolben 3 mit einer Führungsausnehmung 9 versehen, welche vom Zylinderschlitzdichtband 5 unter dessen Abheben vom Schlitz 4 durchsetzt ist. Die Führungsausnehmung 9 verläuft im axialmittleren Bereich des Kolbens 3 achsparallel in einem innerhalb der Bohrung 2 befindlichen Kolbenteil, die beiden Endabschnitte 10 der Führungsausnehmung verlaufen schräg zur Achse 11 des Zylinders zur innenseitigen Mündung des Schlitzes 4 hin. Die Bohrung 2 des Zylinderkörpers 1 ist durch an dessen beide Enden angesetzte Zylinderköpfe 12 stirnseitig abgeschlossen; durch die Zylinderköpfe 12 ist der Kolben 3 druckmittel-, insbesondere druckluftbeaufschlagbar. Der Zylinder entspricht damit in seinem prinzipiellen Aufbau und seiner Funktion den in den eingangs erwähnten Druckschriften erläuterten Zylindern und bedarf insoweit keiner weiteren Beschreibung.

Der Kolben 3 ist in seinen beiden axialen Endbereichen mit je einem Konusabschnitt 13 ausgestattet, die Konusabschnitte 13 verlaufen von einem einen beachtlich geringeren Durchmesser als die Bohrung 2 aufweisenden, mittleren Abschnitt des Kolbens 3 sich zu dessen Enden hin konisch erweiternd, bis sie die Bohrung 2 nahezu vollständig ausfüllen, also nahezu den Durchmesser der Bohrung 2 erreichen. Die Kolbendichtringe 8 sind in axial kolbenendseitig an die Konusabschnitte 13 anschließend in den Kolben 3 eingearbeiteten Ringnuten gehaltert. Die Konusabschnitte 13 weisen einen kleinen Spitzenwinkel zur Achse 11 auf, dieser Spitzenwinkel kann im Bereich zwischen 1° bis ca. 20° liegen, er kann insbesondere ca. 5° betragen. Der Endabschnitt 10 der Führungsausnehmung 9 schneidet in den Außenmantel der Konusabschnitte 13 ein, derart, daß er in diesen jeweils eine Axialnut 14 bildet. Auf jedem Konusabschnitt 13 ist ein Kolbenführungsring 15 gehaltert, wie er in vergrößertem, nicht eingebautem Zustand in Fig. 3 dargestellt ist. Die Kolbenführungsringe 15 weisen eine wesentlich kleinere, axiale Länge als die Konusabschnitte 13 auf, ihre Außenmantelfläche 16 ist zylindrisch und innenseitig sind sie mit einem Innenkonus 17 versehen, dessen Spitzenwinkel demjenigen der Konusabschnitte 13 entspricht. Am axialen, der Konusspitze zugewandten Ende ist der Kolbenführungsring 15 mit einem kleinen, radialeinwärts ragenden Innenringflansch 18 versehen. An einer Umfangsstelle ist der Kolbenführungsring 15 mit einer in Achsrichtung keilartig geformten, nach radialinnen gerichteten Einprägung 19 versehen, die innenkonusseitig einen Vorsprung 20 und außenseitig eine Führungsnut 21 bildet. In Umfangsrichtung um einen beachtlichen Drehwinkel von jedenfalls mehr als 30° versetzt zur Einprägung 19 ist der Kolbenführungsring 15 schräg zu seiner Achsrichtung geschlitzt, die Schlitzung ist in Fig. 3 mit der Bezugszahl 22 versehen.

Auf jedem Konusabschnitt 13 des Kolbens 3 ist unter zumindest teilweise elastischer Aufweitung ein Kolbenführungsring 15 axial justierbar gehaltert. Die Konusabschnitte 13 sind hierzu im Bereich ihres geringeren Durchmessers mit mehreren, axial zueinander in gleiche Abstände versetzten Ringnuten 23 versehen, wie besonders deutlich aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Kolbenführungsringe 15 sitzen mit auf den Konusabschnitt 13 aufliegendem Innenkonus 17 derart auf den Konusabschnitten 13, daß ihr Innenringflansch 18 in eine der Ringnuten 23 eingerastet ist. Gemäß Fig. 2 sind vier Ringnuten 23 vorgesehen, wobei der Innenringflansch 18 in die ganz links, am verjüngten Ende des Konusabschnittes 13 befindliche Ringnut 23 eingerastet ist. Beim Verschieben des Kolbenführungsringes 15 auf dem Konusabschnitt 13 gemäß Fig. 2 nach rechts wird der Kolbenführungsring 15 durch die Konuswirkung aufgeweitet, die Aufweitung erfolgt dabei zumindest teilweise elastisch. Die Verschiebung des Kolbenführungsringes 15 relativ zum Konusabschnitt 13 erfolgt dabei so weit, daß die Außenmantelfläche 16 des Kolbenführungsringes 15 einen für die Bohrung 2 optimalen Durchmesser erhält. Die Relativverschiebung von Kolbenführungsring 15 und Konusabschnitt 13 erfolgt dabei derart, daß der Innenringflansch 18 in eine der Ringnuten 23 einrastet: Es sind somit beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vier unterschiedliche Justier- Axiallagen des Kolbenführungsringes 15 auf dem Konusabschnitt 13 und damit vier unterschiedliche Durchmesser der Außenmantelfläche 16 einstellbar. Das Aufsetzen des Kolbenführungsringes 15 auf den Konusabschnitt 13 erfolgt derart, daß der Vorsprung 20 in die Axialnut 14 eingreift, wodurch der Kolbenführungsring 15 unverdrehbar auf dem Konusabschnitt 13 gehaltert wird. Das Zylinderschlitzdichtband 5 greift dabei in die Führungsnut 21 ein, wodurch es eine gute Einführung bzw. Führung im Endabschnitt 10 der Führungsausnehmung 9 erhält. Die axiale Justierung und damit Durchmesserjustierung für die Außenmantelfläche 16 des Kolbenführungsringes 15 kann durch probeweise Einführung des Kolbens 3 in die Bohrung 2 oder auch vermittels geeigneter Meßvorgänge erfolgen. Durch die Justierung ist der Kolben 3 an Bohrungen 2 mit unterschiedlichen Toleranzabweichungen anpaßbar, derart, daß der Kolben 3 eine klemmfreie, aber mit nur geringem Spiel behaftete Führung erhält.

Die Kolbenführungsringe 15 werden zweckmäßig aus einem geeigneten Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften zum Material des Zylinderkörpers 1 gefertigt.

In Abänderung zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es möglich, anstelle des Innenringflansches 18 nur eine oder mehrere Laschen am Kolbenführungsring 15 vorzusehen, am Konusabschnitt 13 könne dabei die Ringnuten 13 beibehalten werden oder es sind anstelle dieser Ringnuten mehrere, entsprechend axial versetzte Ausnehmungen vorzusehen, in welche die Laschen einrastbar sind. Die axiale Fixierung des Kolbenführungsringes 15 zum Konusabschnitt 13 kann auch in andersartiger Weise, beispielsweise vermittels eines Querstiftes erfolgen. Es ist auch möglich, den Konusabschnitt 13 außenseitig mit einem konischen Gewinde und den Kolbenführungsring 15 innenseitig mit einem entsprechenden Innengewinde zu versehen: Der Kolbenführungsring 15 ist dannn auf den Konusabschnitt 13 durch Aufschrauben justierbar, wobei bei jeder Umdrehung durch Einrasten des Vorsprunges 20 in die Axialnut 14 eine Drehsicherung erfolgen kann. Bei dieser Anordnung kann es allerdings zweckmäßig sein, die Einprägung 19 wegzulassen, was insbesondere dann möglich ist, wenn der Zylinder kein kolbenstangenloser Schlitzzylinder, sondern beispielsweise ein Bandzylinder oder auch ein einfacher Kolbenstangenzylinder ist. Die Drehsicherung des Kolbenführungsringes 15 auf den Konusabschnitt 13 kann dann in andersartiger, bekannter Weise, beispielsweise durch einen Querstift, durch Verkleben oder dergl. erfolgen. Schließlich ist auch eine Umkehrung des Funktionsprinzipes gemäß vorstehend beschriebenem Ausführungsbeispiel möglich, derart, daß der Kolbenführungsring axial unverschieblich, aber aufweitbar am Kolben 3 gehaltert ist und der Konusabschnitt beispielsweise durch eine Verschraubung axial justierbar mit dem Kolben 3 verbunden ist, der Kolbenführungsring ist dann also durch eine Art Keilspreizhalterung justierbar aufweitbar.

Es ist hervorzuheben, daß bei Zylindern jeglicher Art, also auch bei einfachen, Kolbenstangen aufweisenden Zylindern, der Kolben eine gute und genaue Führung in der Bohrung des jeweiligen Zylinderkörpers erhalten kann, wenn am Kolben ein in seinem Durchmesser gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen justierbarer Kolbenführungsring vorgesehen wird.

In Abänderung zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es unter Inkaufnahme einer geringen Verschlechterung der Führungsqualität auch möglich, anstelle des Kolbenführungsringes 15 einen einfachen, rein zylindrischen Kolbenführungsring axial justierbar am Konusabschnitt 13 zu haltern: Ein derartiger Kolbenführungsring vermittelt zwar nur mit seinem einen Endabschnitt eine gute Führung zur Bohrung 2, was aber durchaus ausreichend sein kann. Der Kolbenführungsring 15 ist hierbei billigst herstell- und montierbar.

Kurzfassung:
Der Zylinder weist in seinem Zylinderkörper (1) einen Kolben (3) auf, der vermittels wenigstens eines Kolbenführungsringes (15) geführt ist. Der Kolbenführungsring (15) sitzt axial justier- und festlegbar auf einem Konusabschnitt (13) des Kolbens (3) und ist hierdurch im Durchmesser seiner Außenmantelfläche (16) einstellbar. Durch diese Justiermöglichkeit ist die Führung des Kolbens (3) in der Bohrung (2) des Zylinderkörpers (1) an deren Toleranzabweichungen anpaßbar, so daß unabhängig von diesen Toleranzabweichungen des Bohrungs-Durchmessers stets eine klemmfreie, geringes Spiel aufweisende Führung des Kolbens (3) im Zylinderkörper (1) einstellbar ist. Die Justierung kann stufenlos oder gestuft, beispielsweise vermittels eines in eine von mehreren axialversetzten Ringnuten (23) am Konusabschnitt (13) eingreifenden Innenringflansches (18) am Kolbenführungsring (15) erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Zylinderkörper
2 Bohrung
3 Kolben
4 Schlitz
5 Zylinderschlitzdichtband
6 Steg
7 Kraftabgabeglied
8 Kolbendichtring
9 Führungsausnehmung
10 Endabschnitt
11 Achse
12 Zylinderkopf
13 Konusabschnitt
14 Axialnut
15 Kolbenführungsring
16 Außenmantelfläche
17 Innenkonus
18 Innenringflansch
19 Einprägung
20 Vorsprung
21 Führungsnut
22 Schlitzung
23 Ringnut

Claims

1. Zylinder, insbesondere kolbenstangenloser Zylinder, mit einem in einem Zylinderkörper (1) abgedichtet verschieblichen, druckmittel-, insbesondere druckluftbeaufschlagbaren Kolben (3), der zumindest an seinem einen axialen Ende einen sich konisch bis nahe dem Innendurchmesser des Zylinderkörpers (1) erweiternden Konusabschnitt (13), einen Kolbenführungsring (15) und eine Kolbendichtung (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der eine kleinere, axiale Länge als der Konusabschnitt (13) aufweisende Kolbenführungsring (15) unter zumindest teilweise elastischer Aufweitung auf den Konusabschnitt (13) aufbringbar, auf dem Konusabschnitt (13) axial justierbar und in axial justierter Lage festlegbar ist.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusabschnitt (13) einen kleinen Spitzenwinkel im Bereich zwischen ca. 1° bis ca. 20°, insbesondere von ca. 5° zur Konusachse (11) aufweist.

3. Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenführungsring (15) einen Innenkonus (17) mit einem Spitzenwinkel, der demjenigen des Konusabschnittes (13) zumindest annähernd gleich ist, und eine zylindrische Außenmantelfläche (16) aufweist.

4. Zylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenführungsring (15) axial geschlitzt (22) ist.

5. Zylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzung (22) des Kolbenführungsringes (15) schräg zur Achsrichtung (11) verläuft.

6. Zylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenführungsring (15) wenigstens eine nach radialinnen vorspringende Lasche und der Kolben (3) im Bereich seines Konusabschnittes (13) axial zueinander versetzt zumindest zwei Ausnehmungen aufweist, in welche die Lasche einrastbar ist.

7. Zylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasche als Innenringflansch (18) und die Ausnehmungen als Ringnuten (23) ausgebildet sind.

8. Zylinder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasche (18) an einem axialen Ende des Kolbenführungsringes (15) angeordnet ist.

9. Zylinder nach den Ansprüchen 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasche (18) am der Spitze des Innenkonus (17) zugewandten, axialen Ende des Kolbenführungsringes (15) angeordnet ist.

10. Zylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, in Ausbildung als kolbenstangenloser Schlitzzylinder mit einer den Kolben (3) in Achsrichtung durchsetzenden Führungsausnehmung (9) für ein Zylinderschlitzdichtband (5) und wobei der Konusabschnitt (13) sich zum Kolbenende hin erweiternd angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusabschnitt (13) sich im Bereich eines zur Zylinderachse (11) schrägen Endabschnittes (10) der Führungsausnehmung (9) befindet und daß der Kolbendichtring (8) sich kolbenendseitig axial an den Konusabschnitt (13) anschließend angeordnet ist.

11. Zylinder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (10) der Führungsausnehmung (9) im Außenmantel des Konusabschnittes (13) eine Axialnut (14) bildet und daß der Kolbenführungsring (15) eine in Achsrichtung keilartige, nach radialinnen gerichtet Einprägung (19) aufweist, die innenkonusseitig einen in die Axialnut (14) eingreifenden Vorsprung (20) und radialaußen eine Führungsnut (21) für das Zylinderschlitzdichtband (5) bildet.

12. Zylinder nach den Ansprüchen 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlitzung (22) und die Einprägung (19) an um einen Drehwinkel von mehr als 30° zueinander versetzten Umfangsstellen des Kolbenführungsringes (15) befinden.

13. Zylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben am Konusabschnitt ein konisches Außengewinde und der Kolbenführungsring ein mit diesem justierbar verschraubbares Innengewinde aufweist.

14. Zylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusabschnitt axial justier- und festlegbar und der Kolbenführungsring axial unverschieblich am Kolben gehaltert ist.

15. Zylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenführungsring (15) aus einem Kunststoff besteht.