DE68928099T2

DE68928099T2 - Kompakte fluidbetriebene vorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE68928099T2
Application number: DE68928099T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Frank Yuda
Original assignee: Individual
Current assignee: Compact Air Products inc Westminster Sc Us
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2009-03-21
Also published as: DE68928099D1; US4924758A; EP0381709A4; JPH03502595A; JP2678670B2; EP0381709A1; WO1990001613A1; EP0381709B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine fluidbetriebene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und welche für verschiedene Zwecke geeignet ist, jedoch welche bevorzugt von der generellen Art ist, wie in dem US-Patent mit der Nr. 4,242,947 gezeigt ist. Darin ist die Befestigung eines Verschlußstopfens in einem Zylinder eines hydraulischen Betätigungselementes durch einen O-Ring und Nuten in den entsprechenden Bauteilen offenbart. Ein Querschnittsdurchmesser des O-Rings ist von einer Größe, so daß der O-Ring, wenn er mit den Ringnuten zusammenwirkt, in diese Nuten zum gleichzeitigen Abdichten und Verriegeln der Elemente einpaßt.
Es ist gemäß des US-Patents mit der Nr. 4,167,134 geläufig, die Endkappen des Zylinders dieses Patents durch eine mechanische Verbindung, die durch einen Metallring bereitgestellt ist, der in eine Nut in der Zylinderwand gehalten ist und sich gegen eine Fläche der Endkappe zum Halten derselben in der Zylinderwand abstützt, anzubringen. Ein O-Ring, der aus verformbaren Werkstoff besteht, ist in einer Nut in den Endkappen gehalten und stellt eine Fluiddichtung bereit. Solche Zylinder sind geeignet in Verwendung mit Greifrobotern, z. B. sind die US-Patent mit der Nr. 4,566,727 und 4,492,400 Beispiele solcher Konstruktionen.
Weil sich solche Endkappen oftmals um einen begrenzten Betrag axial bewegen, der durch die mechanische Befestigung bereitgestellt ist, können die Endkappen an die mechanischen Befestigungselemente anschlagen, was in lauten Betrieb resultiert. Da mehr als eine Nut in den Zylinderwänden und der Endkappe zum Aufnehmen der mechanischen Befestigungselemente und des Dichtungselementes bereitgestellt werden muß, können die Nuten nicht gegenüber angeordnet werden, sondern müssen eher längs beabstandet sein, so daß eine entsprechende Dicke im Bereich der Endkappen notwendig ist.
Aus dem Hydraulikhandbuch, 7. Ausgabe (1979) Seiten 328-331 ist es bekannt, eine Quetschdichtung zum verbesserten Abdichten bereitzustellen. Dieses wird durch Reduzieren der Stopftiefe durchgeführt, wohingegen die Nutbreite bei sämtlichen Beispielen (siehe Tabelle I) größer als der Durchmesser des O-Rings ist, um "Einpressen" bereitzustellen.
Zum lösbaren Kuppeln von rohrförmigen Glaselementen, um Laborgeräte, wie z. B. Destillier-, Rückfluß-, Filter-, Wasch- usw. Ausrüstung ist es in der US-A-3,667,785 offenbart, einen vergleichsweisen harten, jedoch elastischen und im wesentlichen chemisch trägen Teflonring zu verwenden. Der Ring wird leicht verformt, das bedeutet, er "entweicht" etwas in eine Nut. Als Ergebnis wird der O-Ring die Kappen der Nut mit einem Preßsitz berühren.
Entsprechend ist ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer verbesserten federnden Verbindung zwischen einer Endkappe und einer Zylinderwand einer kompakten fluidbetriebenen Vorrichtung. Die Verbindung dient als eine Dichtung und ein Halteelement und dient ebenso, um Geräusche sowie Schock zu dämpfen.
Dieses Ziel wird durch eine fluidbetriebene Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die entwickelte Konstruktion, um die Erfindung auszuführen, wird im folgenden zusammen mit anderen Merkmalen davon beschrieben.
Die Erfindung wird besser verstanden werden durch Lesen der folgenden Beschreibung und durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil davon bilden, worin ein Beispiel der Erfindung gezeigt ist und worin:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen ersten Schritt der Montage des Zylinders und Kolbens zeigt, worin der Kolben und die Kolbenstange in den Zylinder eingeführt sind und ein O-Ring in einer Nut in dem Zylinder angeordnet ist,
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Montagevorgangs zeigt, worin die Endkappe mit der Rampe, die durch den O-Ring hindurchgeführt ist, nach außen bewegt wird,
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die weiterhin die Montage der Vorrichtung zeigt, worin die Endkappe, unter den O-Ring hindurchgeführt ist, um anschließend den O-Ring in die Nut der Endkappe einzusetzen,
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die die Vorrichtung mit den eingesetzten Endkappen zeigt,
Fig. 5 ist eine größere Querschnittsansicht, die die Befestigung einer Endkappe in den Zylinder zeigt,
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zylinder zeigt, der für eine modifizierte Form der Erfindung konstruiert ist, und speziell zum Verbessern einer Fluidverteilung geformt wurde, um gegen Geräusche und Schock zu dämpfen, während verbesserte Ausbrecheigenschaften für den Kolben bereitgestellt werden. Die Dämpfung, die durch den Befestigungsring aus verformbarem Material gewährleistet wird, ist verbessert durch den Luftdämpfungseffekt zwischen dem Kolben und den entsprechenden Endkappen, und
Fig. 7 ist ein Längsschnitt, der die Endkappen mit Befestigungs- und Luftverteilungseinrichtungen gegenüberliegend einem Kolben zeigt.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Eine fluidbetriebene Vorrichtung mit einer Zylindereinheit, einem Kolben und einer von diesem getragenen Stange ist dargestellt. Deckelelemente sind in der Zylindereinheit auf beiden Seiten des Kolbens getragen und weisen eine erste Umfangsnut A und einen reduzierten Endbereich B, der sich von der Nut zu einem äußeren Ende des Deckelelementes erstreckt, auf. Eine zweite Umfangsnut C ist in der Zylindereinheit angrenzend jedem Ende gegenüber der ersten Umfangsnut angeordnet. Ein verformbarer Ring D ist in einem Raum, der zwischen der ersten und zweiten Umfangsnut definiert ist, in einem zusammengedrückten, verformbaren Zustand gehalten. Somit ist eine Fluiddichtung zwischen einer Zylindereinheit und eines Deckelelementes bereitgestellt, während das Deckelelement in dem Zylinder gehalten ist. Schrägflächen sind gegenüberliegend von Haltekanten der entsprechenden Nuten und einer Außenkante des Deckels bereitgestellt.
Das Verfahren zum Montieren solch einer Vorrichtung umfaßt das Einführen einer der Deckelelemente in den Zylinder über eine der Nuten in der Zylindereinheit auf einer Seite des Kolbens hinweg. Ein verformbarer Dichtring wird in eine der Nuten angebracht und der reduzierte Endbereich des Deckels wird über den Dichtring herübergedrückt, bis der Dichtring in gegenüberliegenden Ringnuten sitzt. Das andere der Deckelelemente wird in den Zylinder über die andere der Nuten hinweg in den Zylinder auf die andere Seite des Kolbens eingeführt. Ein verformbarer Dichtring wird in der anderen der Nuten angebracht und ein reduzierter Endbereich des Dekkels wird über den Dichtring herübergedrückt, bis der Dichtring in gegenüberliegenden Ringnuten sitzt.
Die fluidbetriebene Vorrichtung der Fig. 1-5 ist mit einer Zylindereinheit, einem Kolben und einer von diesem getragenen Stange gezeigt. Deckelelemente sind in der Zylindereinheit auf mindestens einer Seite des Kolbens angebracht und weisen eine erste Umfangsnut A auf. Ein reduzierter Endbereich B erstreckt sich von der Nut A zu einem äußeren Ende des Deckelements. Eine zweite Umfangsnut C ist in der Zylindereinheit angrenzend einem der Enden, gegenüberliegend der ersten Umfangsnut des Deckelelementes angeordnet. Ein verformbarer Ring D ist in dem Raum, der zwischen der ersten und zweiten Umfangsnut definiert ist, in einem zusammengedrückten, verformten Zustand zum Positionieren des Deckelelementes in der Zylindereinheit und Bereitstellen einer Fluiddichtung zwischen der Zylindereinheit und dem Deckelelement angeordnet. Der reduzierte Endbereich B umfaßt eine Schräge, die durch eine im wesentlichen konische Oberfläche definiert ist, die sich von dem äußeren Ende des Enddeckels erstreckt und einwärts konisch verlaufend fortschreitend einen Umfang des Enddeckels, der durch die Schräge definiert ist, vergrößert, und kurz vor einer Mittellinie des verformbaren Rings endet. Somit ist ein kompaktes Deckelelement und eine entsprechend kompakte Vorrichtung bereitgestellt, weil der eine verformbare Ring sowohl zur Positionierung des Enddeckels als auch zum Bereitstellen einer Fluiddichtung dient.
Die Schräge erstreckt sich in einem Winkel in der Größenordnung von ungefähr 20º kontinuierlich vergrößernd. Die Schräge und die erste Nut A formen eine Haltekante mit einem flachen Scheitel, der kurz vor einer Mittellinie endet, die sich einwärts erstreckt und den verformbaren Ring verformt. Der verformbare Ring D, der im wesentlichen von kreisförmigem Querschnitt ist, ist in einem bogenförmigen Trog angeordnet, der einen Teil der ersten Nut A umgrenzt, der einen Radius aufweist, der im wesentlichen geringer ist als der Radius des verformbaren Rings und einwärts bezüglich der ersten Nut und weg von einem Ende des Zylinders angeordnet. Die erste Nut beginnt axial einwärts von der zweiten Nut, jedoch auswärts von einer Mittellinie des verformbaren Rings. Die zweite Nut beginnt auswärts der Mittellinie im Abstand in einer Größenordnung von ungefähr 0,254 mm (0.01 inch).
Im folgenden wird speziell auf die Fig. 1-5 eingegangen, in denen ein Zylinder mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt ist und Innenwände 11 aufweist. Eine Kolbenstange 12 ist mit dem Kolben 13 verbunden, welcher mit einem O-Ring 15 versehen ist. Fluidausgänge 22 sind angrenzend jedem Ende des Zylinders vorgesehen und stehen mit Nuten 30 und Durchgängen 30a an den Verschlußdeckeln mit dem Innern des Zylinders auf beiden Seiten des Kolbens 13 in Verbindung.
Die Enddeckel 31 und 32 stellen eine Dichtung an jedem Ende des Zylinders bereit. Die Endkappe 32 ist mit einem O-Ring 32a versehen, um eine Dichtung mit der Kolbenstange, welche darin gleitet, zu formen. Die Enddeckel 31 und 32 sind jeweils mit einer ersten Umfangsnut A versehen, welche über den größten Teil mit einem Kreisradius R2 ausgestattet ist, welcher kleiner ist als der Radius R1 des O-Rings D, wie am besten in Fig. 4 und 5 zu sehen ist, und welcher axial einwärts von der zweiten Umfangsnut C beabstandet angeordnet ist. Die Mitte des Radius R2 ist radial unter der Mitte des Radius R1 um den Betrag W und einwärts davon durch den Betrag Z angeordnet, wie in der Fig. 5 gezeigt ist. Die Schräge 33, welche einen Teil des reduzierten Endbereichs B formt, ist bevorzugterweise im wesentlichen von konischer Ausgestaltung und steht mit der Nut A über einen zylindrischen Bereich 34 in Verbindung. Eine Haltekante definierend, deren Scheitel ein flacher zylindrischer Bereich 34 ist, umfaßt die zweite Umfangsnut C, die Schrägfläche 28, welche in einem Winkel von ungefähr 20º zur Innenwand 11 des Zylinders ausgebildet ist.
Die Montage der Zylinder und Enddeckel ist durch die Schräge 33 erleichtert, welche in den O-Ring D, wie in den Fig. 2-5 gezeigt ist eingeführt wird. Die Haltekante 34 weist nach innen gegen den O-Ring D, an einer Stelle kurz vor dessen Mittellinie um den Betrag X, wie in Fig. 4 gezeigt. Somit wird Druck gegen den O-Ring an einem Punkt maximaler Wirksamkeit ausgeübt, welcher kurz vor der Mittellinie liegt. Die Innenkante der Haltekante, welche eine Verbindung zwischen der Nut A und der zylindrischen Oberfläche 34, die den Scheitelpunkt der Haltekante definiert, ist einwärts von der Nut C um den Betrag Y, wie in Fig. gezeigt, beabstandet angeordnet. Die beschriebene Konstruktion stellt einen Ausblasdruck der Enddeckel von z. B. 2268 kg (5000 Pounds) bereit, während ein 13,6 kg (30 Pound) Druck erforderlich ist, um die Enddeckel von dem Zylinder durch Pressen von innen gegen die Enddeckel zu demontieren. Solche Drücke werden erreicht durch Bereitstellen eines Abstandes X von 0,254 mm (0,01 inch) und Bereitstellen einer Schräge von 0,254 mm (0,01 inch) bei 45º an der Schräge 26. Die Nut C ist1,651 mm (0,065 inch) quer über die Basis und weist eine Tiefe von 0,89 mm (0,035 inch) bezüglich des Innendurchmessers des Zylinders 35 auf. Der Demontagevorgang ist im wesentlichen umgekehrt zu der Montage, die oben beschrieben wurde und in den Fig. 1-4 der Zeichnungen gezeigt ist. Zuerst würde einer der Enddeckel durch nach Innenpressen desselben über den O- Ring hinaus entfernt und dann mit dem O-Ring in Vorbereitung, um den ersten Enddeckel zu entfernen, entnommen. Der andere Deckel kann ähnlich entfernt werden. Die Nut der Enddeckel weist eine Krümmung auf, die größer ist als die des Rings zum Verformen des verformbaren Rings zu einem bestimmten Grad, wie gezeigt.
Fig. 6 und 7 zeigen eine modifizierte Form der Erfindung, wobei ein Zylindergehäuse mit dem Bezugszeichen 40 gezeigt ist. Ein Paar von Fluidanschlüssen 41 und 42 sind angrenzend der entsprechenden Enden des Zylinders in den Wänden vorgesehen. Verformbare Befestigungsringe sind mit dem Bezugszeichen 43 gezeigt und sind in entsprechenden Nuten 44 in der Zylinderwand 45 in den Enddeckeln angeordnet. Die Enddeckel umfassen zusätzlich zu dem Ringsitz 45 einen Ring aus nachgiebig verformbarem Material 431 der teilweise darin angeordnet ist.
Der fluidbetriebene Zylinder weist einen Kolben 13 und eine Kolbenstange 12 auf. Der Enddeckel nimmt Druckfluid durch die Zylinderwand auf und weist eine Endaussparung 46 gegenüber dem Kolben auf. Der Ringsitz 45 in dem Enddeckel ist angrenzend einem Ende im Abstand von dem Kolben angeordnet. Der Ring aus nachgiebig verformbarem Material 43 ist teilweise in dem Ringsitz angeordnet, der den Enddeckel in dem Zylinder positioniert. Eine Ringnut 47 in dem Enddeckel ist in axial beabstandeter Weise zu dem Ringsitz gehalten. Ein erster Ringbereich 48 weist eine Randfläche auf dem Enddekkel zwischen dem Ringsitz und der Ringnut auf. Eine ringförmige Endaussparung 49 ist in dem Enddeckel bereitgestellt. Ein zweiter Ringbereich weist eine zweite Randfläche 50 auf dem Enddeckel zwischen der Ringnut und den Ringendaussparungen auf. Ein erster Durchgang 51 ist in den zweiten Ringbereich bereitgestellt, der eine Verbindung für Fluidstrom zwischen der Ringnut und den Endaussparungen herstellt. Ein zweiter Durchgang 52 erstreckt sich von der ringförmigen Endaussparung über ein angrenzendes Ende des Enddeckels zu der Endaussparung. Die zweiten Durchgänge 52 können einander gegenüberliegen und zum ersten Durchgang beabstandet sein, obwohl sie zueinander ausgerichtet oder anderweitig beabstandet sein können.
Es ist wichtig, daß der Befestigungsring 43 aus nachgiebig verformbarem Material eine Dämpfung gegen Geräusche und Stöße bereitstellt, was übermäßigen Lärm und Abnutzung an diesen Teilen verhindert. Darüber hinaus stellt die Dämpfung die durch die Endaussparung in den Enddeckeln und Fluidzuführeinrichtungen gewährleistet ist, eine Dämpfung gegen Geräusche und Stöße bereit. Die nachgiebige Befestigung stellt ebenso eine Verwendung durch Vorsehen beabstandeter Kontaktflächen, die durch die Ringbereiche 48 und 50 und gegenüberliegenden Flächen der Innenwand des Zylinders gewährleistet sind, in der Montage und Demontage bereit, wobei Stabilität der Endkappen plus die Möglichkeit kürzere Zylinder herzustellen gewährleistet ist.

Claims

1. Fluidbetriebene Vorrichtung mit einer Zylindereinheit (10), einem Kolben (13) und einer von diesem getragenen Stange (12) mit

einem Deckelelement (31), das in der Zylindereinheit (10) auf mindestens einer Seite des Kolbens (13) getragen ist, umfassend:

eine erste Umfangsnut (A) in dem Deckelelement (10);

eine zweite Umfangsnut (C), die in der Zylindereinheit (10) angrenzend einem derer Enden gegenüberliegend der ersten Umfangsnut (A) des Deckelelementes angeordnet ist;

einen verformbaren O-Ring (D), der in einem Raum gehalten ist, der zwischen der ersten und zweiten Umfangsnut (A, C) zum Positionieren des Deckelelementes in der Zylindereinheit (10) und zum Bereitstellen einer Fluiddichtung zwischen der Zylindereinheit (10) und dem Deckelelement (31) definiert ist;

wenn sich die Vorrichtung in einem montierten Zustand befindet, ohne daß ein Fluiddruck in der Zylindereinheit vorhanden ist, befindet sich der O-Ring (D) durch die Wände der Nuten (A, C), die einen abgeschrägten Bereich (26) an dem Ende der zweiten Nut (C), welches näher an dem äußeren Ende der Vorrichtung angeordnet ist, einen schrägen Bereich (25) an dem Ende der ersten Nut (A), das näher an dem Kolben (13) angeordnet ist, und eine Haltekante (34) zwischen der ersten Nut (A) und einer Schräge (33) umfassen, in einem zusammengedrückten, verformten Zustand; die Schräge (33) ist Teil eines reduzierten Endbereichs (B) und ist durch eine im wesentlichen konische Oberfläche definiert, die sich von dem äußeren Ende des Enddeckels (31) erstreckt und einwärts konisch verlaufend fortschreitend einen Umfang des Enddeckels (31), der durch die Schräge (33) definiert ist, vergrößert und in einer axialen Richtung zwischen dem schrägen Bereich (26) an dem äußeren Ende der zweiten Nut (C) und der Mittellinie des verformbaren O-Rings (D) endet.

2. Fluidbetriebene Vorrichtung nach Anspruch 1, worin sich die Schräge (33) in einem Winkel in der Größenordnung von ungefähr 20º kontinuierlich vergrößernd erstreckt.

3. Fluidbetriebene Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die erste Nut (A) von einer bogenförmigen Mulde mit einem Radius (R2) gebildet ist, der eine Krümmung aufweist, die im wesentlichen größer ist als die Krümmung des verformbaren Rings (D), der in dieser einwärts weg von einem Ende des Zylinders (10) angeordnet ist, und axial einwärts von der zweiten Nut (C) weg von dem Ende des Zylinders und radial auswärts von einer Mittellinie des verformbaren Rings (D) angeordnet ist.

4. Fluidbetriebene Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste Nut (A) nach außen von der Mittellinie in einem Abstand beabstandet ist, der in der Größenordnung von ungefähr 0,254 mm (0,01 inch) liegt.

5. Fluidbetriebene Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiter einen Fluidanschluß (41, 42) und einen Enddeckel (31) umfaßt, des Fluids unter Druck durch den Fluidanschluß (41, 42) aufnimmt und eine Endaussparung (46) gegenüberliegend dem Kolben (13) aufweist, worin

der Enddeckel (31) weiter umfaßt:

eine Ringnut (47), die angrenzend zu und axial beabstandet von der Umfangsnut (A) angeordnet ist;

eine ringförmige Endaussparung (49), die angrenzend zu und axial beabstandet zu der Ringnut (47) angeordnet ist;

einen ersten Ringbereich (48) mit einer ersten Außenoberfläche an dem Enddeckel (31) zwischen der ersten Umfangsnut (A) und der Ringnut (47);

einen zweiten Ringbereich mit einer zweiten Außenoberfläche an dem Enddeckel (31) zwischen der Ringnut (47) und der ringförmigen Endaussparung (49);

einen ersten Durchgang (41) in dem zweiten Ringbereich, der eine Verbindung für einen Fluidstrom zwischen der Ringnut (47) und der ringförmigen Endaussparung (49) herstellt; und

einen zweiten Durchgang (52), der sich von der ringförmigen Endaussparung (49) über ein angrenzendes Ende des Enddeckels (31) zu der Endaussparung (46) erstreckt.