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EP1312810B1 - Kolben/Zylinder-Einheit mit einer Drehsicherung zwichen Kolben und Kolbenstange - Google Patents

Kolben/Zylinder-Einheit mit einer Drehsicherung zwichen Kolben und Kolbenstange Download PDF

Info

Publication number
EP1312810B1
EP1312810B1 EP02023850A EP02023850A EP1312810B1 EP 1312810 B1 EP1312810 B1 EP 1312810B1 EP 02023850 A EP02023850 A EP 02023850A EP 02023850 A EP02023850 A EP 02023850A EP 1312810 B1 EP1312810 B1 EP 1312810B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
piston rod
cylinder unit
rod
thread
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02023850A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1312810A1 (de
Inventor
Karl-Wilhelm Herwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyco Pacoma GmbH
Original Assignee
Hyco Pacoma GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyco Pacoma GmbH filed Critical Hyco Pacoma GmbH
Publication of EP1312810A1 publication Critical patent/EP1312810A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1312810B1 publication Critical patent/EP1312810B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1447—Pistons; Piston to piston rod assemblies

Definitions

  • the invention relates to a piston / cylinder unit with a Cylinder housing, a piston having an axis and one an axis having piston rod, the piston a Piston seal and at least one guide element and via an internal thread arranged in an opening an external thread provided on an extension of the piston rod connected is.
  • the cylinder housing is usually supplemented by a guide bush in which the piston rod of the Piston / cylinder unit is guided and stored.
  • the piston rod can end in a bearing eye with which it is secured against rotation is arranged.
  • the cylinder housing is also with a Provide storage, for example a bearing eye.
  • the piston is with this movable end in the cylinder housing Piston rod connected.
  • the detachable attachment of the piston to the piston rod is a fundamental problem for a piston / cylinder unit.
  • the detachable attachment must be designed so that the piston absorbs the axial forces generated by the fluid and can be transferred to the piston rod. Furthermore, one Sealing of the fluid between the piston and piston rod is required.
  • the extension of the piston rod has a External thread, on which one attaches the piston Lock nut is screwed on.
  • the lock nut has an opening and an assigned internal thread.
  • the lock nut is, for example, with a plastic insert provided as a locking element against loosening acts. A non-positive anti-rotation lock is thus used.
  • piston and the lock nut summarized in a single part, so that the associated Internal thread is provided in an opening in the piston.
  • a radial element is provided as a securing element in the piston Stud screw applied in the assembled position on the The extension of the piston rod presses.
  • the piston must be corresponding Have attack surfaces for a twisting tool to the necessary high tightening torque during assembly and that to be able to apply the appropriate loosening torque during disassembly. Special tools are generally indispensable for this.
  • a piston / cylinder unit is the beginning described type known. It has a cylinder housing, a piston having an axis and an axis having piston rod. Between the piston and piston rod a static seal is provided. The piston has a plurality of piston seals that also act as guide elements serve or partially within the scope of professional skills Guide elements can be replaced. The piston is over one internal thread arranged in an opening with a an extension of the piston rod provided external thread. The axes of the threads and the axes of the piston rod and pistons match.
  • the well-known piston / cylinder unit shows no protection against rotation of the piston relative to the piston rod and is also not concerned with a safe and repair-friendly training.
  • the sleeve, the bolt or the like must also be against axial Hiking can be secured. This usually happens with one Screw with lock washer, which the piston in axial Direction and a stop for the migration of the Socket, the bolt or the like.
  • Such a piston attachment has a relatively large number of additional ones Components that provide security against rotation. Through the Arrangement and design of the elements results in a relative long design in the area of the connection of the piston and the Piston rod.
  • the piston attachment is complex and caused comparatively high in the manufacture of the individual elements Costs. This known piston attachment is advantageous however avoiding a tightening torque so that this Piston connection is repair-friendly because it is the piston after removing the securing means relatively easy twisting can be released from the piston rod.
  • the invention has for its object a piston / cylinder unit, which are assembled while avoiding a tightening torque will improve in that the necessary anti-rotation a piston screwed onto a piston rod in different way than previously achieved. It's about one inexpensive training using as little as possible Individual parts.
  • this is the case with a piston / cylinder unit achieved at the outset in that the internal thread of the piston and the external thread of the piston rod corresponding eccentricity to the respective axes of the Piston and the piston rod are provided, and that the Piston on the piston rod with such an angular end position is screwed that the axes of the piston and piston rod cursed with each other.
  • the invention is based on the idea of the internal thread in the area of the piston no longer centric, but eccentric to To arrange the outer peripheral surface of the piston so that the opening of the piston and the internal thread provided therein Eccentric axis get or have the parallel and in Distance to the axis of the piston is arranged. This distance is called eccentricity.
  • the piston rod has the outer one Circumference of its piston rod-side area an axis, while the extension and the external thread have an eccentric axis, which in turn are parallel and at a distance from the axis of the piston rod is arranged.
  • the circumferential surfaces of the piston and piston rod are then in alignment their axes again and it is possible the unit from piston rod, Insert the piston and guide bush into the cylinder housing and assemble.
  • the eccentricity described and the due to the piston seal required anyway and the Guide elements of the piston caused and applied restoring forces are usefully used to create an automatic Twisting between the piston and piston rod under operating conditions to avoid. Surprisingly, these are enough Restoring forces also out to jam the piston in its Do not let the cylinder barrel of the cylinder housing occur. This protection against rotation caused by the eccentricity requires no additional securing elements.
  • the piston attachment therefore advantageously has few components and is therefore also inexpensive to manufacture. They are not even targets required for a turning tool on the piston because of the piston can be screwed on and loosened by hand. tightening are not used, so that other necessary hardening of the end faces on the piston and piston rod omitted.
  • the piston connection advantageously has a short one Construction and contributes to the extent that the piston rod in their full length can be used
  • This eccentric piston connection is particularly useful if the piston rod has a pin in the area of its extension and the piston has a corresponding one in the area of its opening Have bore that with the same and the same Eccentricity as the external thread or the internal thread is provided are and in the area of a static seal is.
  • This static seal is from the field of Surface of the piston rod removed and in the area of the extension transferred. But this is not a disadvantage because piston and piston rod through the arrangement of the piston seal and usually several guide elements, such as guide rings, Guide bands u. Like., A corresponding axial length anyway must have, which is usually larger than the axial Length of the internal and external thread.
  • the internal thread of the Piston be axially continuous and the piston rod the external thread extends over the axial length of the extension have extending.
  • the static seal is then between Internal thread and external thread provided. The seal can too at this point make a force available to you Loosening the piston relative to the piston rod during Counteracts operation of the piston / cylinder unit.
  • the common eccentricity is usually about 0.5% to 5.0% of the diameter of the piston rod.
  • the common eccentricity usually depends on the absolute size of the Diameter of the piston rod. It shouldn't be too big be chosen to be the one caused by the eccentricity To keep bending stress on the piston rod small. on the other hand the common eccentricity must be large enough that the restoring forces of the seal and the guide element of the piston are sufficient to cause a relative rotation of the piston to prevent the piston rod from operating. Particularly advantageous has an eccentricity on the order of about 1-2 mm proven with a piston diameter of 80 mm. Too big Eccentricity is also disadvantageous in that it causes the usable diameters for the internal thread and the external thread is reduced.
  • the piston rod and the piston Have markings to identify the angular end position.
  • markings can be made by applying a punch the piston rod on the one hand and the piston on the other a splash of color or be applied in any other way.
  • the Markings should be permanently applied so that they too in the event of a repair, a clear indication that the Release the angular end position during reassembly. Through such The angular end position is ensured so that the Unit consisting of piston and piston rod in the cylinder housing inserted and the guide bush attached accordingly can be.
  • the piston is in all cases on the piston rod without application of a tightening torque. This increases the ease of repair considerably, but otherwise brings no major disadvantages. That by the eccentricity securing effect is sufficient. An additional second backup proves to be unnecessary.
  • the piston / cylinder unit 1 shown in Fig. 1 shows how Usually a cylinder housing 2, which is tubular is and at one end into a bearing 3. At the other A socket 4 is welded onto the end of the cylinder housing 2, designed to receive a guide bush 5 is. The guide bushing 5 is connected to the shoulder bushing Screws 6 attached.
  • a piston 7 is sliding and sealing in the cylinder housing 2 slidably mounted.
  • the piston 7 has an outer peripheral surface 8, which, as usual, is cylindrical. Concentric the piston 7 has an axis 9 to the peripheral surface 8 on. Are on the outer peripheral surface 8 of the piston 7 Guide and sealing elements arranged, here a guide band 10, a seal 11 and a guide ring 12.
  • the piston 7 has otherwise an opening 13, which is stepped here is. Part of the stepped opening 13 is with a Provided internal thread 14, while another part of the stepped Opening 13 is formed as a cylindrical bore 15. in the The area of this cylindrical bore 15 is a static seal 16 arranged.
  • the opening 13 with its internal thread 14 and the bore 15 with its seal 16 are eccentric the axis 9 of the piston. You have one with it Eccentric axis 17, which is parallel to the axis 9 of the piston 7 extends. The distance between the axis 9 and the eccentric axis 17 is referred to as eccentricity e.
  • the piston / cylinder unit 1 has a piston rod 18, which has an outer diameter 19, the outer circumference the piston rod 18 forms.
  • the piston rod 18 is concentric an axis 20 to its outer circumference. In the assembled position, the axis 9 of the piston 7 is aligned with the Axis 20 of the piston rod 18.
  • the piston rod 18 has on the piston 7 facing End of an extension 21.
  • the extension 21 is in coordination the opening 13 is also stepped.
  • Part of the Extension 21 has a cylindrical peripheral surface 22.
  • On another part of the extension 21 has an external thread 23 Mistake.
  • the extension 21 with its peripheral surface 22 and its External thread 23 is eccentric to the axis 20 of the piston rod 18 arranged and provided.
  • the extension 21 has one Eccentric axis 24.
  • the eccentric axis 24 extends parallel and at a distance from the axis 20 of the piston rod 18. This Distance is called eccentricity e.
  • the eccentricity e of the piston 7 and the eccentricity e of the piston rod 18th match the amount.
  • the piston rod 18 is sliding in the guide bush 5 and performed sealing.
  • the guide bush 5 supports their part reaching into the socket 4 static Seals 29 and 30.
  • the piston rod still has on her the end facing away from the piston 7 a bearing 31, via which the Connection of an implement or the like.
  • the extension 21 has an end extending through the piston 7 a stop 32, which is in the starting position on a End wall of the cylinder housing 2 supports.
  • One about the Piston rod 18 acting force is in this position Bypassing the piston 7 directly into the cylinder housing 2 or whose camp 3 forwarded.
  • the piston / cylinder unit 1 is here double-acting, d. H.
  • the both sides of the Pistons 7 formed pressure chambers can each with a fluid, especially with hydraulic fluid. This is done in a known manner via a corresponding one Control valve.
  • the invention can also be simple Apply and use acting cylinders.
  • the wiper is used to assemble the piston / cylinder unit 1 25, the seal 26, the switching ring 27 and the guide band 28 and the static seals 29 and 30 on the guide bush 5 mounted. Then the piston rod 18 is inserted and the piston 7 after the onset of static Seal 16 screwed on. The screwing can be done by hand because only corresponding frictional forces have to be overcome are. In this screwing operation, the piston 7 rotates around the Eccentric axis 24, with its axis 9 on a circular path about the eccentric axis 24 on the extension 21 of the piston rod 18 emotional. With every revolution there is a relative position between Piston 7 and piston rod 18 passed through, in which the axis 9th of the piston 7 is aligned with the axis 20 of the piston rod 18.
  • the Unscrewing the piston 7 is in such an angular end position 33 ends, in which the axis 9 of the piston 7 with the Axis 20 of the piston rod 18 is aligned. With that, also the Circumferential surface 8 of the piston 7 with the axis 20 of the piston rod and with the tread of the cylinder housing 2.
  • a certain game 34 or a distance between the frontal transition between the piston rod 18 and the Extension 21 on the one hand and the corresponding end face of the Piston 7, on the other hand, because of the production of the internal thread 14 and the external thread 23 bring this with it.
  • this Angular end position 33 is now the unit consisting of piston rod 18, Guide bushing 5 and piston 7 inserted into the cylinder housing and secured with the screws 6.
  • the piston is in this position 7 prevented from rotating relative to the piston rod 18.
  • the piston rod 18 is secured against rotation with its bearing 31 held.
  • the prestressing and restoring forces of the management and Sealing elements 10, 11, 12 and the friction in the area of static seal 16 are sufficient to the angular end position 33 secure so that the piston / cylinder unit remains in operation 1 no relative rotations between pistons 7 and piston rod 18 result.
  • piston 7 and piston rod 18 in turn have a common Eccentricity e, resulting from each revolution of the Screwing the piston 7 onto the extension 21 of the piston rod 18 a cover angular position between the axis 9 of the Piston 7 and the axis 20 of the piston rod 18 results.
  • the static seal 16 between piston 7 and piston rod 18 here in the area of an internal thread 14 on the piston 7 intended.
  • the static seal 16 is in a groove 35 on Extension 21 inserted.
  • the external thread 23 also extends otherwise over the essential length of the extension 21.
  • In the assembled end angle position 33 there is also a play 34 or a distance between the mutually assigned end faces of piston 7 and piston rod 18.
  • markings 37, 38 are provided, which show the angular end position 33.
  • the markings 37, 38 can be punched as a dash of color or the like. They are particularly useful in the event of a repair the easy reaching and checking of the angular end position 33 of the screwed-on piston 7 onto the piston rod 18.

Landscapes

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Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben/Zylinder-Einheit mit einem Zylindergehäuse, einem eine Achse aufweisenden Kolben und einer eine Achse aufweisenden Kolbenstange, wobei der Kolben eine Kolbendichtung und mindestens ein Führungselement aufweist und über ein in einer Durchbrechung angeordnetes Innengewinde mit einem auf einem Fortsatz der Kolbenstange vorgesehenen Außengewinde verbunden ist. Das Zylindergehäuse wird in der Regel durch eine Führungsbuchse ergänzt, in der die Kolbenstange der Kolben/Zylinder-Einheit geführt und gelagert ist. Die Kolbenstange kann in einem Lagerauge enden, mit der sie verdrehgesichert angeordnet ist. Auch das Zylindergehäuse ist mit einer Lagerung versehen, beispielsweise einem Lagerauge. Der Kolben ist mit diesem in dem Zylindergehäuse beweglichen Ende der Kolbenstange verbunden. Wenn die Dichtungen und/oder Führungselemente des Kolbens ausgetauscht werden müssen, ist es lediglich erforderlich, die Führungsbuchse gegenüber dem Zylindergehäuse zu lösen und die Kolbenstange mit dem daran hängenden Kolben aus dem Zylindergehäuse herauszuziehen. Wenn dagegen Führungselemente, Dichtungen und/oder Abstreifer, die der Kolbenstange zugeordnet sind und die in der Regel in der Führungsbuchse angeordnet sind, ausgetauscht werden müssen, ist es erforderlich, den Kolben von der Kolbenstange zu lösen, um die innere Durchbrechung der Führungsbuchse zugänglich zu machen. Die lösbare Befestigung des Kolbens an der Kolbenstange ist eine grundlegende Problematik für eine Kolben/Zylinder-Einheit. Die lösbare Befestigung muss so ausgebildet sein, dass der Kolben die durch das Fluid erzeugten Axialkräfte aufnehmen und auf die Kolbenstange übertragen kann. Weiterhin ist eine Abdichtung des Fluids zwischen Kolben und Kolbenstange erforderlich. Im Falle einer Gewindeverbindung zwischen Kolben und Kolbenstange ist eine Verdrehsicherung des Kolbens relativ zur Kolbenstange erforderlich, um ein selbsttätiges Lösen unter Betriebslasten zu vermeiden. Dabei werden vorgespannte Verbindungen und nicht-vorgespannte Verbindungen unterschieden. Bei vorgespannten Verbindungen wird über die Gewindeverbindung ein Anziehdrehmoment aufgebracht, so dass Kolben und Kolbenstange in der montierten Stellung vorgespannt gegeneinander gepresst gehalten werden. Dabei ist in der Regel die Härtung von Stirnflächen an Kolben und Kolbenstange erforderlich, um den zulässigen Flächenpressungen zu genügen und die erforderlichen hohen Anziehdrehmomente aufbringen zu können. Ein solches hohes Anziehdrehmoment hat zwar erhebliche Vorteile im Betrieb der Kolben/Zylinder-Einheit, indem der Kolben nur einer schwellenden Belastung ausgesetzt wird und die durch das Anziehdrehmoment hervorgerufene Axialkraft immer größer bleibt als die durch das Fluid herbeigeführte Axialkraft. Das Anziehdrehmoment stellt die erste Sicherung des Kolbens gegen Lösen unter Betriebsbedingungen dar. Zusätzlich ist oft eine zweite Sicherung vorgesehen. Im Falle des Austausches der der Kolbenstange zugeordneten Dichtung und/oder der Führungselemente stellt das Lösen eines mit Anziehdrehmoment montierten Kolbens an einer Kolbenstange jedoch ein erhebliches Problem dar, insbesondere wenn man sich vorstellt, dass die Reparatur solcher Kolben/Zylinder-Einheiten beispielsweise an Baumaschinen, Baggern u. dgl. in der Regel im freien Feld erfolgen muss, ohne dass werkstattmäßige Vorrichtungen genutzt werden können.
Es ist eine Kolbenbefestigung für eine Kolben/Zylinder-Einheit bekannt, bei der ein Kolben mit einer axial durchgehenden Durchbrechung ohne Gewinde auf einen Fortsatz der Kolbenstange aufgesteckt wird. Der Fortsatz der Kolbenstange besitzt ein Außengewinde, auf welches nach dem Aufstecken des Kolbens eine Sicherungsmutter aufgeschraubt wird. Die Sicherungsmutter besitzt eine Durchbrechung und ein zugeordnetes Innengewinde. Die Sicherungsmutter ist beispielsweise mit einer Kunststoffeinlage versehen, die als Sicherungselement gegen Losdrehen wirkt. Damit wird eine kraftschlüssige Verdrehsicherung genutzt.
Es ist auch bereits bekannt, den Kolben und die Sicherungsmutter zu einem einzigen Teil zusammenzufassen, so dass das zugehörige Innengewinde in einer Durchbrechung des Kolbens vorgesehen ist. Als Sicherungselement wird eine radial im Kolben vorgesehene Stiftschraube angewendet, die in der montierten Stellung auf den Fortsatz der Kolbenstange drückt. Hier muss der Kolben entsprechende Angriffsflächen für ein Verdrehwerkzeug aufweisen, um das notwendige hohe Anziehdrehmoment bei der Montage sowie das entsprechende Lösemoment bei der Demontage aufbringen zu können. Spezialwerkzeuge sind hierzu in der Regel unverzichtbar.
Beide Kolbenbefestigungen unter Einwirkung eines hohen Anziehdrehmoments haben die folgenden Nachteile. Die hohen Momente bei der Montage und der Demontage sind ohne Spezialwerkzeuge nicht aufbringbar. Der Kolben oder ein zusätzliches Sicherungselement müssen entsprechende Angriffsflächen für das Spezialwerkzeug aufweisen. Zusätzliche Bauteile für die Realisierung einer zusätzlichen Verdrehsicherung erweisen sich als erforderlich und führen dazu, dass sich die Baulänge im Bereich des Kolbens vergrößert. Die gegenseitig zur Anlage kommenden sich im Wesentlichen radial erstreckenden Stirnflächen zwischen Kolben und Kolbenstange müssen in aufwändiger Weise gehärtet werden. Solche Kolbenverbindungen sind aufwändig in der Herstellung und vergleichsweise wenig reparaturfreundlich. Für die Anwendung einer erforderlichen statischen Dichtung zwischen Kolben und Kolbenstange sind Kolben und Kolbenstange so ausgeführt, dass sie sich in axialer Richtung um einen für die Unterbringung der statischen Dichtung erforderlichen Betrag überdecken. Damit wird zwar die ohnehin sorgfältig bearbeitete Oberfläche der Kolbenstange auch als Gegenfläche für diese statische Dichtung genutzt. Es verlängert sich jedoch in nachteiliger Weise die axiale Länge des Kolbens bzw. es tritt eine entsprechende Verkürzung der Kolbenstange ein, die konstruktiv wieder ausgeglichen werden muss.
Aus der US 3,293,993 ist eine Kolben/Zylinder-Einheit der eingangs beschriebenen Art bekannt. Sie besitzt ein Zylindergehäuse, einen eine Achse aufweisenden Kolben und eine eine Achse aufweisende Kolbenstange. Zwischen Kolben und Kolbenstange ist eine statische Dichtung vorgesehen. Der Kolben weist eine Mehrzahl von Kolbendichtungen auf, die auch als Führungselemente dienen oder im Rahmen fachmännischen Könnens teilweise durch Führungselemente ersetzt werden können. Der Kolben ist über ein in einer Durchbrechung angeordnetes Innengewinde mit einem auf einem Fortsatz der Kolbenstange vorgesehenen Außengewinde verbunden. Die Achsen der Gewinde und die Achsen von Kolbenstange und Kolben stimmen überein. Die bekannte Kolben/Zylinder-Einheit zeigt keine Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber der Kolbenstange und beschäftigt sich auch nicht mit einer sicheren und reparaturfreundlichen Ausbildung.
Um die Kolbenbefestigung reparaturfreundlicher zu gestalten, ist bereits eine Kolben/Zylinder-Einheit der eingangs beschriebenen Art bekannt, bei der der Kolben und die Kolbenstange über eine Gewindeverbindung mit Innengewinde und Außengewinde lose aufeinander aufgeschraubt werden, wie z.B. in Dokument FR 2 420 677 beschrieben. Auch hierbei ist die Anordnung einer statischen Dichtung erforderlich, die im Bereich der Oberfläche der Kolbenstange zur Einwirkung gebracht wird. Wesentlich ist bei dieser Verbindung eine Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber der Kolbenstange. Die Verbindung wird ohne Aufbringung eines Anziehdrehmomentes hergestellt. Als Verdrehsicherung wird ein Bolzen, eine Hülse o. dgl. eingesetzt, die in eine axial geführte Bohrung einragt, die so angeordnet ist, dass sie den Gewindebereich zwischen Kolbenstange und Kolben durchsetzt. Die Hülse, der Bolzen o. dgl. müssen zusätzlich noch gegen axiales Wandern gesichert werden. Dies geschieht in der Regel mit einer Schraube mit Sicherungsscheibe, die den Kolben in axialer Richtung durchsetzt und einen Anschlag für das Herauswandern der Buchse, des Bolzens o. dgl. darstellt. Eine solche Kolbenbefestigung weist eine relativ große Anzahl zusätzlicher Bauteile auf, die die Verdrehsicherung bewirken. Durch die Anordnung und Ausbildung der Elemente ergibt sich eine relativ lange Bauweise im Bereich der Verbindung des Kolbens und der Kolbenstange. Die Kolbenbefestigung ist aufwändig und verursacht in der Herstellung der einzelnen Elemente vergleichsweise hohe Kosten. Vorteilhaft an dieser bekannten Kolbenbefestigung ist jedoch die Vermeidung eines Anziehdrehmomentes, so dass diese Kolbenverbindung reparaturfreundlich ausgebildet ist, weil sich der Kolben nach der Entfernung der Sicherungsmittel durch relativ einfaches Verdrehen von der Kolbenstange lösen lässt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben/Zylinder-Einheit, die unter Vermeidung eines Anziehdrehmomentes montiert wird, dahingehend zu verbessern, dass die notwendige Verdrehsicherung eines auf eine Kolbenstange aufgeschraubten Kolbens in anderer Weise als bisher erzielt wird. Dabei geht es um eine kostengünstige Ausbildung unter Einsatz möglichst weniger Einzelteile.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Kolben/Zylinder-Einheit der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass das Innengewinde des Kolbens und das Außengewinde der Kolbenstange mit übereinstimmender Exzentrizität zu den jeweiligen Achsen des Kolbens und der Kolbenstange vorgesehen sind, und dass der Kolben auf die Kolbenstange mit einer solchen Winkelendlage aufgeschraubt ist, dass die Achsen von Kolben und Kolbenstange miteinander fluchten.
Die Erfindung geht von der Idee aus, das Innengewinde im Bereich des Kolbens nicht mehr zentrisch, sondern exzentrisch zur äußeren Umfangsfläche des Kolbens anzuordnen, so dass die Durchbrechung des Kolbens und das darin vorgesehene Innengewinde eine Exzenterachse bekommen bzw. aufweisen, die parallel und im Abstand zu der Achse des Kolbens angeordnet ist. Dieser Abstand wird mit Exzentrizität bezeichnet. Gleiches gilt für die Ausbildung der Kolbenstange, des dem Kolben zugekehrten Fortsatzes am Ende der Kolbenstange sowie des darauf aufgebrachten Außengewindes. Auch hier besitzt die Kolbenstange mit dem äußeren Umfang ihres kolbenstangenseitigen Bereiches eine Achse, während der Fortsatz und das Außengewinde eine Exzenterachse besitzen, die wiederum parallel und mit Abstand zu der Achse der Kolbenstange angeordnet ist. Dabei kommt es wesentlich darauf an, dass im Bereich des Kolbens und im Bereich der Kolbenstange die gleiche Exzentrizität verwirklicht wird. Auch bei einer solchen Konstruktion lässt sich der Kolben unter Einsatz vergleichsweise geringer Kräfte, beispielsweise von Hand, auf die Kolbenstange aufschrauben, wobei der Kolben selbst eine exzentrische Rotationsbewegung zu der Achse der Kolbenstange ausführt. Bei jeder Umdrehung des Kolbens relativ zur Kolbenstange entsteht eine und nur eine Winkellage, bei der die Achse der Kolbenstange mit der Achse des Kolbens fluchtet. Eine dieser Winkellagen ist als Winkelendlage vorgesehen, d. h. der Kolben wird so weit auf die Kolbenstange aufgedreht, bis diese Winkelendlage erreicht ist. Die Umfangsflächen von Kolben und Kolbenstange fluchten dann mit ihren Achsen wieder und es ist möglich, die Einheit aus Kolbenstange, Kolben und Führungsbuchse in das Zylindergehäuse einzuführen und zu montieren. Die beschriebene Exzentrizität und die durch die ohnehin erforderliche Kolbendichtung sowie die Führungselemente des Kolbens bewirkten und aufgebrachten Rückstellkräfte werden sinnvollerweise genutzt, um ein selbsttätiges Verdrehen zwischen Kolben und Kolbenstange unter Betriebsbedingungen zu vermeiden. Überraschenderweise reichen diese Rückstellkräfte auch aus, um Verklemmungen des Kolbens in seiner Zylinderlaufbahn des Zylindergehäuses nicht auftreten zu lassen. Diese durch die Exzentrizität bewirkte Verdrehsicherung erfordert keine zusätzlichen Sicherungselemente. Die Kolbenbefestigung besitzt also vorteilhaft wenig Bauteile und ist damit auch kostengünstig herstellbar. Es sind nicht einmal Angriffsflächen für ein Verdrehwerkzeug am Kolben erforderlich, weil der Kolben von Hand aufgeschraubt und gelöst werden kann. Anziehdrehmomente werden nicht eingesetzt, so dass vorteilhaft auch die sonst notwendige Härtung der Stirnflächen an Kolben und Kolbenstange entfallen. Die Kolbenverbindung besitzt vorteilhaft eine kurze Bauweise und trägt insoweit dazu bei, dass die Kolbenstange in ihrer vollen Länge genutzt werden kann.
Besonders sinnvoll ist diese exzentrische Kolbenverbindung dann, wenn die Kolbenstange im Bereich ihres Fortsatzes einen Zapfen und der Kolben im Bereich seiner Durchbrechung eine entsprechende Bohrung aufweisen, die mit gleicher und gleichliegender Exzentrizität wie das Außengewinde bzw. das Innengewinde vorgesehen sind und in deren Bereich eine statische Dichtung angeordnet ist. Diese statische Dichtung wird aus dem Bereich der Oberfläche der Kolbenstange herausgenommen und in den Bereich des Fortsatzes transferiert. Dies ist aber nicht nachteilig, weil Kolben und Kolbenstange durch die Anordnung der Kolbendichtung und meist mehrerer Führungselemente, wie Führungsringe, Führungsbänder u. dgl., ohnehin eine entsprechende axiale Länge aufweisen müssen, die in der Regel größer ist als die axiale Länge des Innen- und des Außengewindes.
Es gibt aber auch andere Möglichkeiten der Unterbringung der statischen Dichtung. Beispielsweise kann das Innengewinde des Kolbens axial durchgehend ausgebildet sein und die Kolbenstange das Außengewinde sich über die axiale Länge des Fortsatzes erstreckend aufweisen. Die statische Dichtung ist dann zwischen Innengewinde und Außengewinde vorgesehen. Die Dichtung kann auch an dieser Stelle eine Kraft zur Verfügung stellen, die einem Losdrehen des Kolbens relativ zur Kolbenstange während des Betriebes der Kolben/Zylinder-Einheit entgegenwirkt.
Die gemeinsame Exzentrizität beträgt in der Regel etwa 0,5 % bis 5,0 % des Durchmessers der Kolbenstange. Die gemeinsame Exzentrizität richtet sich in der Regel nach der absoluten Größe des Durchmessers der Kolbenstange. Sie sollte nicht allzu groß gewählt werden, um die durch die Exzentrizität hervorgerufene Biegebeanspruchung der Kolbenstange klein zu halten. Andererseits muss die gemeinsame Exzentrizität so groß bemessen sein, dass die Rückstellkräfte der Dichtung und des Führungselementes des Kolbens ausreichen, um eine Relativverdrehung des Kolbens zu der Kolbenstange im Betrieb zu verhindern. Besonders vorteilhaft hat sich eine Exzentrizität in der Größenordnung von etwa 1-2 mm bei einem Kolbendurchmesser von 80 mm erwiesen. Eine zu große Exzentrizität ist auch insofern nachteilig, als dadurch der nutzbare Durchmesser für das Innengewinde und das Außengewinde verkleinert wird. Sinnvoll ist es, wenn der Durchmesser des Innengewindes des Kolbens und der Durchmesser des Außengewindes der Kolbenstange zur Übertragung einer großen Axialkraft möglichst groß bemessen sind. Für die Realisierung des Innengewindes des Kolbens und des Außengewindes der Kolbenstange kommen alle gängigen Gewinde in Frage, insbesondere Feingewinde und solche Gewinde mit hohem Flächentraganteil in axialer Richtung. Die Steigung des Gewindes sollte nicht allzu groß bemessen sein, um die Winkelendlage auf relativ kurzer Strecke zu erreichen und so die notwendigen Toleranzen im Hub des Zylinders besser einhalten zu können. Das Innengewinde und das zugehörige Außengewinde können eine Steigung im Bereich zwischen 2 mm und 5 mm aufweisen.
Sinnvoll ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Kolbenstange bei in die Winkelendlage aufgeschraubtem Kolben nach rückwärts aus dem Kolben vorragt und in drucklosem Zustand sich direkt an dem Zylindergehäuse abstützt. Damit wird der Kolben auch in drucklosem Zustand frei von Kräften gehalten. Über das Arbeitswerkzeug einwirkende Kräfte werden von der Kolbenstange aufgenommen und direkt in das Zylindergehäuse abgeleitet.
Sinnvoll ist es weiterhin, wenn die Kolbenstange und der Kolben Markierungen zur Erkennung der Winkelendlage aufweisen. Solche Markierungen können durch Aufbringen eines Körnerschlages auf die Kolbenstange einerseits und den Kolben andererseits, durch einen Farbtupfer oder auf sonstige Weise aufgebracht werden. Die Markierungen sollten dauerhaft aufgebracht sein, damit sie auch im Reparaturfalle einen deutlichen Hinweis auf das Erreichen der Winkelendlage bei der Wiedermontage abgeben. Durch solche Markierungen ist die Winkelendlage sichergestellt, so dass die Einheit aus Kolben und Kolbenstange zwangfrei in das Zylindergehäuse eingeführt und die Führungsbuchse entsprechend befestigt werden kann.
Der Kolben wird in allen Fällen auf die Kolbenstange ohne Aufbringung eines Anziehdrehmomentes aufgeschraubt. Dies steigert die Reparaturfreundlichkeit erheblich, bringt aber ansonsten keine wesentlichen Nachteile. Die durch die Exzentrizität bewirkte Sicherungswirkung ist ausreichend. Eine zusätzliche zweite Sicherung erweist sich als unnötig.
Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele weiter verdeutlicht und beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer ersten Ausführungsform, und
Fig. 2
einen Schnitt durch eine Kolben/Zylinder-Einheit in einer zweiten Ausführungsform.
Die in Fig. 1 dargestellte Kolben/Zylinder-Einheit 1 weist wie üblich ein Zylindergehäuse 2 auf, welches rohrförmig ausgebildet ist und an seinem einen Ende in ein Lager 3 übergeht. Am anderen Ende des Zylindergehäuses 2 ist eine Ansatzbuchse 4 angeschweißt, die zur Aufnahme einer Führungsbuchse 5 ausgebildet ist. Die Führungsbuchse 5 wird an der Ansatzbuchse über Schrauben 6 befestigt.
In dem Zylindergehäuse 2 ist ein Kolben 7 gleitend und dichtend verschiebbar gelagert. Der Kolben 7 besitzt eine äußere Umfangsfläche 8, die, wie üblich, zylindrisch ausgebildet ist. Konzentrisch zu der Umfangsfläche 8 weist der Kolben 7 eine Achse 9 auf. Auf der äußeren Umfangsfläche 8 des Kolbens 7 sind Führungs- und Dichtelemente angeordnet, hier ein Führungsband 10, eine Dichtung 11 und ein Führungsring 12. Der Kolben 7 weist ansonsten eine Durchbrechung 13 auf, die hier gestuft ausgebildet ist. Ein Teil der gestuften Durchbrechung 13 ist mit einem Innengewinde 14 versehen, während ein anderer Teil der gestuften Durchbrechung 13 als zylindrische Bohrung 15 ausgebildet ist. Im Bereich dieser zylindrischen Bohrung 15 ist eine statische Dichtung 16 angeordnet. Die Durchbrechung 13 mit ihrem Innengewinde 14 und die Bohrung 15 mit ihrer Dichtung 16 sind exzentrisch zu der Achse 9 des Kolbens angeordnet. Sie besitzen damit eine Exzenterachse 17, die sich parallel zu der Achse 9 des Kolbens 7 erstreckt. Der Abstand zwischen der Achse 9 und der Exzenterachse 17 wird als Exzentrizität e bezeichnet.
Die Kolben/Zylinder-Einheit 1 weist eine Kolbenstange 18 auf, die einen Außendurchmesser 19 besitzt, die den äußeren Umfang der Kolbenstange 18 bildet. Die Kolbenstange 18 weist konzentrisch zu ihrem äußeren Umfang eine Achse 20 auf. In der montierten Stellung fluchtet die Achse 9 des Kolbens 7 mit der Achse 20 der Kolbenstange 18.
Die Kolbenstange 18 besitzt an ihrem dem Kolben 7 zugekehrten Ende einen Fortsatz 21. Der Fortsatz 21 ist in Abstimmung auf die Durchbrechung 13 ebenfalls gestuft ausgebildet. Ein Teil des Fortsatzes 21 weist eine zylindrische Umfangsfläche 22 auf. Ein anderer Teil des Fortsatzes 21 ist mit einem Außengewinde 23 versehen. Der Fortsatz 21 mit seiner Umfangsfläche 22 und seinem Außengewinde 23 ist exzentrisch zu der Achse 20 der Kolbenstange 18 angeordnet und vorgesehen. Der Fortsatz 21 besitzt eine Exzenterachse 24. Die Exzenterachse 24 erstreckt sich parallel und mit Abstand zu der Achse 20 der Kolbenstange 18. Dieser Abstand wird als Exzentrizität e bezeichnet. Die Exzentrizität e des Kolbens 7 und die Exzentrizität e der Kolbenstange 18 stimmen dem Betrag nach überein.
Die Kolbenstange 18 ist in der Führungsbuchse 5 gleitend und dichtend geführt. Zu diesem Zweck ist in der Führungsbuchse 5 ein Abstreifer 25, eine Dichtung 26, ein Vorschaltring 27 und ein Führungsband 28 untergebracht. Die Führungsbuchse 5 trägt an ihrem in die Ansatzbuchse 4 hineinreichenden Teil statische Dichtungen 29 und 30. Die Kolbenstange weist weiterhin an ihrem dem Kolben 7 abgekehrten Ende ein Lager 31 auf, über welches der Anschluss eines Arbeitsgerätes o. dgl. erfolgen kann. An ihrem durch den Kolben 7 hindurchreichenden Ende weist der Fortsatz 21 einen Anschlag 32 auf, der sich in der Ausgangsstellung an einer Stirnwand des Zylindergehäuses 2 abstützt. Eine etwa auf die Kolbenstange 18 einwirkende Kraft wird in dieser Stellung unter Umgehung des Kolbens 7 direkt in das Zylindergehäuse 2 bzw. dessen Lager 3 weitergeleitet. Die Kolben/Zylinder-Einheit 1 ist hier doppelt wirkend ausgebildet, d. h. die beidseitig des Kolbens 7 gebildeten Druckräume können jeweils mit einem Fluid, insbesondere mit hydraulischer Flüssigkeit, beaufschlagt werden. Dies geschieht in bekannter Weise über ein entsprechendes Steuerventil. Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei einfach wirkenden Zylindern anwenden und einsetzen.
Zur Montage der Kolben/Zylinder-Einheit 1 werden der Abstreifer 25, die Dichtung 26, der Vorschaltring 27 und das Führungsband 28 sowie die statischen Dichtungen 29 und 30 an der Führungsbuchse 5 montiert. Anschließend wird die Kolbenstange 18 hindurchgesteckt und der Kolben 7 nach dem Einsetzen der statischen Dichtung 16 aufgeschraubt. Das Aufschrauben kann von Hand erfolgen, da lediglich entsprechende Reibungskräfte zu überwinden sind. Bei diesem Aufschraubvorgang rotiert der Kolben 7 um die Exzenterachse 24, wobei sich seine Achse 9 auf einer Kreisbahn um die Exzenterachse 24 an dem Fortsatz 21 der Kolbenstange 18 bewegt. Bei jeder Umdrehung wird eine Relativlage zwischen Kolben 7 und Kolbenstange 18 durchschritten, in der die Achse 9 des Kolbens 7 mit der Achse 20 der Kolbenstange 18 fluchtet. Der Aufschraubvorgang des Kolbens 7 wird in einer solchen Winkelendlage 33 beendet, in der die Achse 9 des Kolbens 7 mit der Achse 20 der Kolbenstange 18 fluchtet. Damit fluchtet auch die Umfangsfläche 8 des Kolbens 7 mit der Achse 20 der Kolbenstange und mit der Lauffläche des Zylindergehäuses 2. In der Regel ergibt sich ein gewisses Spiel 34 bzw. ein Abstand zwischen dem stirnseitigen Übergang zwischen der Kolbenstange 18 und dem Fortsatz 21 einerseits und der entsprechenden Stirnfläche des Kolbens 7 andererseits, weil die Herstellung des Innengewindes 14 und des Außengewindes 23 dies mit sich bringen. In dieser Winkelendlage 33 wird nun die Einheit aus Kolbenstange 18, Führungsbuchse 5 und Kolben 7 in das Zylindergehäuse eingeführt und mit den Schrauben 6 gesichert. In dieser Lage ist der Kolben 7 an einer Relativverdrehung zu der Kolbenstange 18 gehindert. Die Kolbenstange 18 wird mit ihrem Lager 31 verdrehgesichert gehalten. Die Vorspann- und Rückstellkräfte der Führungs- und Dichtungselemente 10, 11, 12 sowie die Reibung im Bereich der statischen Dichtung 16 reichen aus, um die Winkelendlage 33 zu sichern, so dass sich auch während des Betriebes der Kolben/-Zylinder-Einheit 1 keine Relativverdrehungen zwischen Kolben 7 und Kolbenstange 18 ergeben.
Bei der Ausführungsform der Kolben/Zylinder-Einheit 1 gemäß Fig. 2 ist zunächst eine grundsätzlich ähnliche Befestigung des Kolbens 7 an der Kolbenstange 18 vorgesehen, wie dies anhand der Ausführungsform der Fig. 1 beschrieben worden ist. Auch hier besitzen also Kolben 7 und Kolbenstange 18 wiederum eine gemeinsame Exzentrizität e, aus der sich bei jeder Umdrehung des Aufschraubvorgangs des Kolbens 7 auf den Fortsatz 21 der Kolbenstange 18 eine Deckungswinkellage zwischen der Achse 9 des Kolbens 7 und der Achse 20 der Kolbenstange 18 ergibt. Die statische Dichtung 16 zwischen Kolben 7 und Kolbenstange 18 ist hier im Bereich eines am Kolben 7 durchgehenden Innengewindes 14 vorgesehen. Die statische Dichtung 16 ist in eine Nut 35 am Fortsatz 21 eingelegt. Auch das Außengewinde 23 erstreckt sich ansonsten über die wesentliche Länge des Fortsatzes 21. In der montierten Endwinkellage 33 ergibt sich auch hier ein Spiel 34 bzw. ein Abstand zwischen den einander zugeordneten Stirnflächen von Kolben 7 und Kolbenstange 18.
Sinnvoll ist es in allen Ausführungsformen, wenn der Kolben 7 einerseits und die Kolbenstange 18 andererseits mit Markierungen 37, 38 versehen sind, die die Winkelendlage 33 erkennen lassen. Die Markierungen 37, 38 können als Körnerschläge, als Farbtupfer o. dgl. ausgebildet sein. Sie dienen insbesondere in einem Reparaturfalle dem einfachen Erreichen und Überprüfen der Winkelendlage 33 des aufgeschraubten Kolbens 7 auf die Kolbenstange 18.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Kolben/Zylinder-Einheit
2
- Zylindergehäuse
3
- Lager
4
- Ansatzbuchse
5
- Führungsbuchse
6
- Schraube
7
- Kolben
8
- Umfangsfläche
9
- Achse
10
- Führungsband
11
- Dichtung
12
- Führungsring
13
- Durchbrechung
14
- Innengewinde
15
- Bohrung
16
- Dichtung
17
- Exzenterachse
18
- Kolbenstange
19
- Durchmesser
20
- Achse
21
- Fortsatz
22
- Umfangsfläche
23
- Außengewinde
24
- Exzenterachse
25
- Abstreifer
26
- Dichtung
27
- Vorschaltring
28
- Führungsband
29
- Dichtung
30
- Dichtung
31
- Lager
32
- Anschlag
33
- Winkelendlage
34
- Spiel
35
- Nut
36
-
37
- Markierung
38
- Markierung

Claims (9)

  1. Kolben/Zylinder-Einheit (1) mit einem Zylindergehäuse (2), einem eine Achse (9) aufweisenden Kolben (7) und einer eine Achse (20) aufweisenden Kolbenstange (18), wobei der Kolben (7) eine Kolbendichtung (11) und mindestens ein Führungselement (10, 12) aufweist und über ein in einer Durchbrechung (13) angeordnetes Innengewinde (14) mit einem auf einem Fortsatz (21) der Kolbenstange (18) vorgesehenen Außengewinde (23) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (14) des Kolbens (7) und das Außengewinde (23) der Kolbenstange (18) mit übereinstimmender Exzentrizität (e) zu den jeweiligen Achsen (9, 20) des Kolbens (7) und der Kolbenstange (18) vorgesehen sind, und dass der Kolben (7) auf die Kolbenstange (18) mit einer solchen Winkelendlage (33) aufgeschraubt ist, dass die Achsen (9, 20) von Kolben (7) und Kolbenstange (18) miteinander fluchten.
  2. Kolben/Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (18) im Bereich ihres Fortsatzes (21) einen Zapfen und der Kolben (7) im Bereich seiner Durchbrechung (13) eine entsprechende Bohrung aufweisen, die mit gleicher und gleichliegender Exzentrizität (e) wie das Außengewinde (23) bzw. das Innengewinde (14) vorgesehen sind und in deren Bereich eine statische Dichtung (16) angeordnet ist.
  3. Kolben/Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (14) des Kolbens (7) axial durchgehend ausgebildet ist und die Kolbenstange (18) das Außengewinde (23) sich über die axiale Länge des Fortsatzes (21) erstreckend aufweist, und dass zwischen Innengewinde (14) und Außengewinde (23) eine statische Dichtung (16) vorgesehen ist.
  4. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Exzentrizität (e) etwa 0,5 % bis 5,0 % des Durchmessers der Kolbenstange (18) beträgt.
  5. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Exzentrizität (e) so groß bemessen ist, dass die Rückstellkräfte der Dichtung (11) und des Führungselementes (10, 12) des Kolbens (7) ausreichen, um eine Relativverdrehung des Kolbens (7) zu der Kolbenstange (18) im Betrieb zu verhindern.
  6. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Innengewindes (14) des Kolbens (7) und der Durchmesser des Außengewindes (23) der Kolbenstange (18) zur Übertragung einer großen Axialkraft möglichst groß bemessen sind.
  7. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (14) und das zugehörige Außengewinde (23) eine Steigung im Bereich zwischen 2 mm und 5 mm aufweisen.
  8. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (18) bei in die Winkelendlage (33) aufgeschraubtem Kolben (7) nach rückwärts aus dem Kolben (7) vorragt und in drucklosem Zustand sich direkt an dem Zylindergehäuse (2) abstützt.
  9. Kolben/Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (18) und der Kolben (7) Markierungen (37, 38) zur Erkennung der Winkelendlage (33) aufweisen.
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