DE3734547C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem im Zylinder in Axialrichtung verschiebbaren Kolben, der an mindestens einer Axialseite mit einer koaxialen, den zugeordneten Zylinderdeckel unter Abdichtung nach außen hin durchdringenden und mit ihrem freien Ende mit einer Kraftabnahme verbindbaren Kolbenstange verbunden ist, die rohrförmig ausgebildet ist und hierbei eine sich in Axialrichtung erstreckende durchgehende zylindrische Öffnung aufweist.

Bei den bisherigen Kolben-Zylinder-Aggregaten besteht die Kolbenstange aus Vollmaterial, und zum Anbringen des Kolbens bzw. der Kraftabnahme ist auf ihre beiden axialen Enden jeweils ein Außengewinde aufgeschnitten. Dies hat zunächst ein relativ hohes Gewicht der Kolbenstange zur Folge, was zu Lasten der Massenträgheit geht und nur bedingt hohe Kolbenbeschleunigungen zuläßt. Ferner ist nachteilig, daß zur Abstimmung an verschiedenartige Kraftabnahmen bzw. unterschiedlich große Kolben jeweils separate Kolbenstangen erforderlich sind, welche die entsprechend dimensionierten Außengewinde aufweisen, so daß zur Gewährleistung einer angemessenen Produktvielfalt ein großer Lagerbedarf und damit hohe Lagerkosten erforderlich sind. Sollen überdies die Gewindeabschnitte eine hohe Festigkeit aufweisen, muß die gesamte Kolbenstange aus hochwertigem Stahl gefertigt werden, was die Herstellungskosten stark verteuert. Man hat deshalb auch schon in der DE-OS 36 04 610 eine Anordnung mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten Merkmalen vorgeschlagen, bei der die oben erwähnten Nachteile vermieden werden, die jedoch die oft erwünschte Flexibilität sowohl hinsichtlich der Herstellung und des Aufbaus, als auch hinsichtlich der Anwendung vermissen läßt. Bei der Anordnung nach der EP-OS 1 15 008 hat man bereits versucht, diesen Nachteil zu beheben, indem man an der Kolbenstange Magnete zur Ermittlung der Kolbenlage anbrachte, um auf diese Weise in erster Linie die Kolbengeschwindigkeit und -beschleunigung zu steuern und hierbei die Genauigkeit der Kolbenpositionierung zu verbessern. Jedoch läßt auch bei dieser bekannten Anordnung, deren Aufbau im übrigen recht kompliziert ist, die Flexibilität noch zu wünschen übrig.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein Kolben-Zylinder-Aggregat gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei gleichzeitiger Erhöhung der möglichen Kolbenbeschleunigung eine Vereinfachung des Aufbaus und eine Verringerung der Herstellungskosten sowie flexiblere Einsatzmöglichkeiten gestattet.

Dieses Ziel wird erreicht, indem gemäß der Erfindung die zylindrische Öffnung der z. B. aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bestehenden rohrförmigen Kolbenstange eine Aufnahmeöffnung für mindestens einen mitbewegbaren und in der Öffnung der Kolbenstange in deren Axialrichtung verstellbaren und einstellbaren Dauermagneten bildet, der mit mindestens einem außen am Zylinder, insbesondere im Bereich des von der Kolbenstange durchdrungenen Zylinderdeckels angeordneten Schalter, insbesondere einem sogenannten Reed-Kontakt, zusammenarbeiten kann.

Durch die hohle, hülsenförmige Kolbenstange wird eine Gewichtsersparnis realisiert, welche die Masse der im Betriebszustand des Aggregates zu bewegenden Teile erheblich verringert und damit höhere Verschiebebeschleunigungen bei gleichzeitiger Verringerung des erforderlichen Druckbedarfes ermöglicht. Ferner ist nunmehr eine flexible Herstellung der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Aggregate möglich, die bei Verringerung des Lagerbedarfs eine hohe Produktvielfalt gewährleistet. Denn zur Anpassung an unterschiedliche Kolbengrößen bzw. verschiedenartige Kraftabnahmen kann auf ein und denselben Kolbenstangentyp zurückgegriffen werden, der nach Bedarf lediglich mit dem entsprechend angepaßten Gewinde- bzw. Verbindungsteil zu versehen ist. Die Kolbenstange enthält also praktisch auswechselbare Anschlußgewinde, die dazuhin auch mit verschiedenen Gewindetypen - z. B. metrisches oder Zollgewinde - ausgestattet sein können.

Eine erhebliche Gewichtseinsparung im Bereich der Kolbenstange wird darüber hinaus erzielt, wenn diese aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium, besteht. Das Verbindungsteil und/oder das Gewindeteil selbst können dabei aus einer Stahllegierung bestehen, wobei sich insbesondere die Sorte X20 Cr13 bewährt hat. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Aggregates ist die Integration einer in Abhängigkeit von der Kolben- bzw. Kolbenstangenstellung tätig werdenden Schaltvorrichtung. In diesem Fall bildet die bereits vorhandene zylindrische Öffnung der rohrförmigen Kolbenstange eine Aufnahmeöffnung für mindestens einen Dauermagneten, der sich mit der Kolbenstange mitbewegt. Er kann mit einem oder mehreren außerhalb des Zylinders angeordneten Schaltern zusammenarbeiten, die sich im Bereich neben der Kolbenstange befinden und beim Passieren des jeweiligen Magneten durch dessen Magnetfeld betätigt werden. Damit lassen sich beispielsweise die Endlagen des Kolbens oder bestimmte Hublängen anzeigen bzw. in Abhängigkeit von den entsprechenden Stellungen gewisse Schaltbefehle auslösen. Die Magnete sind dabei vorzugsweise in Axialrichtung verstellbar in der Kolbenstange angeordnet. Die Verstellbarkeit wird insbesondere erreicht, indem die Magnete Außengewinde aufweisen und in der mit einem durchgehenden Innengewinde ausgestatteten Kolbenstangenöffnung durch Verdrehen einstellbar sind. Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, die Magnete axial verschieblich in der Kolbenstange anzuordnen und, um ein versehentliches Verschieben während des Betriebes des Aggregates auszuschließen, an ihrem Außenumfang insbesondere ein Hemmteil z. B. in Gestalt eines umlaufenden Gummiringes oder eines Federringes vorzusehen, das gegen die Innenoberfläche der in diesem Falle glatten Wandung der Öffnung drückt. Bei beiden Ausführungsbeispielen läßt sich die Stellung der jeweiligen Magnete ohne Zerlegen des Aggregates verstellen, indem einfach das Verbindungsteil abgeschraubt wird, wodurch die Öffnung der Kolbenstange zugänglich ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Abschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Aggregates im Längsschnitt,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Kolben-Zylinder- Aggregates mit einer magnetischen Schalteinrich­ tung, ebenfalls im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Aggregat aus Fig. 2 gemäß Schnittlinie III-III,

Fig. 4 einen Längenabschnitt einer Kolbenstange mit längsverschieblichen Dauermagneten im Längs­ schnitt und

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Kolbenstange aus Fig. 4 gemäß Schnittlinie V-V.

Das erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Aggregat enthält wie abgebildet einen Zylinder 1, in dem sich ein in axialer Richtung verschiebbar geführter, zwei Zylinderräume 3, 4 voneinander abtrennender Kolben 2 befindet. An einer Axialseite 5 des Kolbens 2 ist koaxial eine Kolbenstange 6 angebracht, die sich in Axialrichtung erstreckt und den zugeordneten Zylinderdeckel 7 im Bereich einer Führungs- und Dichtanordnung 8 unter Abdichtung und verschiebbar nach außen, zur Umgebung 9 hin, durchdringt. Der freie Endbereich 10 des außerhalb des Zylinders 1 befindlichen Kolbenstangenabschnittes 11 ist mit einer in Fig. 2 schema­ tisch angedeuteten Kraftabnahme 14, z. B. ein Maschinen­ schlitten, koppelbar. Durch Befüllung bzw. Entlüftung der Zylinderräume 3, 4 über entsprechende Öffnungen 15 lassen sich der Kolben 2 und die mit ihm über die Kolben­ stange 6 in Verbindung stehende Kraftabnahme 14 in Axial­ richtung gemäß Doppelpfeil 15 hin und her bewegen.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Kolbenstange 6 rohrförmig ausgebildet ist und eine sich in Axialrichtung erstreckende durchgehende zylindrische Öffnung 16 aufweist. Es handelt sich also bei der Kolbenstange 6 um einen hohl­ zylindrischen Körper mit beim Ausführungsbeispiel kreis­ förmigem Querschnitt sowohl des Außen- als auch des Innen­ umfanges. An ihren beiden axialen Endbereichen 17, 18 ist die Kolbenstange 6 jeweils mit einem Innengewinde­ abschnitt 19, 20 versehen, der in die Innenoberfläche der Öffnung 16 eingeschnitten ist. In diese beiden Abschnitte 19, 20 ist zum einen, kolbenseitig, ein mit dem Kolben 2 verbundenes Gewindeteil 21 und zum anderen, am entgegen­ gesetzten Endbereich 17, ein Verbindungsteil 22 einge­ schraubt, beide Teile jeweils mit einem komplementären Außengewindeabschnitt 23, 23′.

Das kolbenseitige Gewindeteil 21 ist seinerseits lösbar mit dem Kolben 2 verbunden, mit dem es beim Ausführungs­ beispiel verschraubt ist. Hierzu weist es die Gestalt eines Nippels auf, der an seinen beiden axialen Endbereichen jeweils einen Gewindeabschnitt 23′, 24′ trägt, welche Abschnitte koaxial zueinander angeordnet sind und sich an entgegengesetzten Seiten eines Einschraubbundes 25 befinden. Dessen Außenkontur ist so geformt, daß daran ein Schraubwerkzeug, z. B. ein Schraubenschlüssel, an­ greifen kann.

Der von der Kolbenstange 6 wegweisende Gewindeabschnitt 24′ des Gewindeteils 21 ist in eine komplementäre Gewinde­ bohrung 29 des Kolbens 2 eingeschraubt. Hierbei kann es sich um eine Sacklochbohrung handeln, oder aber, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, um eine durchgehende Öffnung, die andererseits zweckmäßigerweise mit einem Gewindestopfen 30 verschließbar ist.

Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gewindeteil einstückig mit dem Kolben ausgebildet, insbesondere als an den Kolben angeformter Gewindestutzen.

Hinsichtlich seines Aufbaues entspricht das Verbindungs­ teil 22 demjenigen des Gewindeteils 21. Auch hier schließt sich in Axialrichtung an den Außengewindeabschnitt 23 ein im eingeschraubten Zustand an der Stirnseite der Kolben­ stange anliegender Einschraubbund 26 an, auf den in axialer Verlängerung ein weiterer Gewindeabschnitt 24 folgt. Unter Zuhilfenahme einer Mutter 31 läßt sich die Kraftabnahme 14 bequem mit der Kolbenstange verschrauben, vgl. hierzu Fig. 2.

Zugunsten einer einfachen und schnellen, kostengünstigen Fertigung ist es empfehlenswert, die Innengewindeabschnitte 19, 20 mit gleichem Gewindedurchmesser und mit der gleichen Gewindeart auszustatten. Ein Werkzeugwechsel bei der Her­ stellung erübrigt sich dadurch. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erstrecken sich die Gewindeabschnitte 19, 20 jeweils nur ein Stück weit ins Innere der Öffnung 16 hinein, während sie beim in Fig. 2 abgebildeten Ausführungs­ beispiel lediglich von den Endbereichen eines die Kolben­ stange 6 bzw. ihre Öffnung 16 vollständig in Axialrichtung durchziehenden Innengewindes 32 gebildet sind. Diese letzt­ genannte Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Gewinde­ abschnitte 19, 20 in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden können, wobei zweckmäßigerweise Rohre beliebiger Länge und mit bereits vorhandenem Innengewinde bereit­ gestellt werden, von denen die einzelnen Kolbenstangen bei Bedarf nach Maß abgeschnitten werden können. Der Vorteil des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 liegt demgegenüber auch darin, daß die Innengewindeabschnitte 19, 20 bei Bedarf auch mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder Gewindearten versehen werden können.

Durch die hohle Kolbenstange wird eine Verringerung der im Betrieb des Aggregats zu bewegenden Massen erreicht, die das Ansprechverhalten verbessert und insbesondere höhere Beschleunigungswerte ermöglicht. Dieser Effekt kann noch vergrößert werden, wenn die Kolbenstange aus Leichtmetall gefertigt wird, z. B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung; auf Grund der Materialersparnis ergibt sich hierbei keine Verteuerung gegenüber konventio­ nellen Kolbenstangen. Auf jeden Fall kann zusätzlich vorge­ sehen werden, die Verbindungs- und/oder Gewindeteile 22, 21 aus hochwertigem Material, z. B. Edelstahl wie X20 Cr13 herzustellen.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Aggregates ist ferner darin zu sehen, daß zur Anpassung der jeweiligen Kolbenstange an verschiedene Kolben und/oder Kraftabnahmen Verbindungs- bzw. Gewindeteile 22, 21 verwendet werden können, deren von der Kolbenstange wegweisende Gewinde­ abschnitte 24, 24′ hinsichtlich Maß und/oder Typ vonein­ ander abweichen. Unterschiede können hierbei sowohl gegen­ über dem eigenen kolbenstangenseitigen Gewindeabschnitt 23, 23′ als auch zwischen den beiden äußeren Gewindeabschnit­ ten 24, 24′ bestehen. Dadurch sind Probleme beim staaten­ übergreifenden Warenverkehr ausgeschlossen, denn eine Anpassung des Aggregats an andere Kraftabnahmen kann im Bedarfsfalle beispielsweise dadurch geschehen, daß anstelle eines Verbindungsteils mit metrischem Außengewindeabschnitt 24 ein solches verwendet wird, das einen Außengewinde­ abschnitt 24 mit Zollgewinde aufweist, und umgekehrt.

Im übrigen sei darauf hingewiesen, daß anstelle des Außen­ gewindeabschnittes 24 des Verbindungsteils 22 auch jede andere Ausführungsform einer Befestigungsmöglichkeit vorge­ sehen werden kann. Die Gestaltung hängt allein von der Konstruktion der jeweiligen Kraftabnahme 14 ab.

Einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder- Aggregats zeigen die Fig. 2 bis 5. Hier wird die Kolben­ stangenöffnung 16 zur Installation einer magnetischen Schalteinrichtung 33 verwendet. Die zylindrische Öffnung 16 der rohrförmigen Kolbenstange 6 bildet eine Aufnahme­ öffnung 34 für mindestens einen mitbewegbaren Dauermagneten 35, der mit einem außen am Zylinder 1 angeordneten Schalter 36 zusammenarbeiten kann. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sitzt der vorzugsweise in Gestalt sogenannter Reed- Kontakte ausgebildete Schalter 36 an einer die Kolbenstange umgebenden Anformung 37 des Zylinderdeckels 7 und damit im unmittelbaren Nachbarbereich der Kolbenstange 6. Wird nun die Kolbenstange 6 in Axialrichtung 15 verschoben, so wird der Schalter 36 vom Magnetfeld des momentan vorbei­ bewegten Dauermagneten 35 betätigt. Wie Fig. 2 zeigt, können auch mehrere dieser Dauermagneten in Axialrichtung nebeneinanderliegend vorgesehen werden, so daß in Abhängig­ keit von bestimmten Kolben- bzw. Kolbenstangenstellungen Schaltvorgänge ausgelöst werden, z. B. zur Indikation von Endstellungen oder bestimmten Hubstellungen. Über den Schalter 36 lassen sich dann weitere Funktionen steuern; im übrigen können auch mehrere dieser Schalter vorhanden sein.

Bei den abgebildeten Ausführungsbeispielen sind die Dauer­ magnete 35 in Axialrichtung bewegbar und in verschiedenen, beliebigen Stellungen festlegbar in der Öffnung 16 angeord­ net. Dies erhöht die Flexibilität der Schalteinrichtung. So sind die Dauermagnete 35 bei dem in der Kolbenstange ein durchgehendes Innengewinde aufweisenden Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 2 kreisscheibenförmig ausgebildet und an ihrem Außenumfang mit einem Außengewinde versehen, das mit dem Innengewinde 32 zusammenarbeitet. An zentraler Stelle enthalten sie eine durchgehende Sechskantöffnung 39, die es erlaubt, bei abgenommenem Verbindungsteil 22 unter Zuhilfenahme eines entsprechenden Sechskantschlüssels die einzelnen Magnetsteine durch Drehung in der Öffnung 16 zu verstellen. Zur Verdrehsicherung sitzen die Magnet­ steine zweckmäßigerweise in einem nicht näher dargestellten Kunststoffmantel, der das Außengewinde 38 aufweist und die Haftung begünstigt.

Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbei­ spiel erfolgt das Verstellen der Dauermagnete 35 einfach durch Längsverschieben in der Öffnung 16. Zu diesem Zweck sitzen sie mit Verschiebespiel in der Kolbenstange ein und weisen vorzugsweise an ihrem Außenumfang eine Umfangsnut auf, in der ein ringförmiges Hemmteil 39 einsitzt. Hier kann es sich beispielsweise um einen Kunststoff- bzw. Gummiring handeln, der eine reibschlüssige Verbindung zur Wandung der Oberfläche 16 herstellt, oder aber um einen geschlitzten Federring 40, der gegen die Öffnungs­ wandung einen Druck zur Lagefixierung ausübt.

Claims (9)

1. Kolben-Zylinder-Aggregat mit einem im Zylinder in Axialrichtung verschiebbaren Kolben, der an mindestens einer Axialseite mit einer koaxialen, den zugeordneten Zylinderdeckel unter Abdichtung nach außen hin durchdringenden und mit ihrem freien Ende mit einer Kraftabnahme verbindbaren Kolbenstange verbunden ist, die rohrförmig ausgebildet ist und hierbei eine sich in Axialrichtung erstreckende durchgehende zylindrische Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Öffnung (16) der z. B. aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegieruung, bestehenden rohrförmigen Kolbenstange (6) eine Aufnahmeöffnung (34) für mindestens einen mitbewegbaren und in der Öffnung (16) der Kolbenstange (6) in deren Axialrichtung verstellbaren und einstellbaren Dauermagneten (35) bildet, der mit mindestens einem außen am Zylinder (1), insbesondere im Bereich des von der Kolbenstange (6) durchdrungenen Zylinderdeckels (7) angeordneten Schalter (36), insbesondere einem sogenannten Reed-Kontakt, zusammenarbeiten kann.

2. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (35) Außengewinde (38) aufweisen und in der mit einem durchgehenden Innengewinde (32) ausgestatteten Kolbenstangenöffnung (16) durch Verdrehen axial verstellbar sind.

3. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (35) mit Verschiebespiel axial verschieblich in der Kolbenstange (6) angeordnet sind und zu diesem Zweck an ihrem Außenumfang mit einem Hemmteil in Gestalt z. B. eines Gummi- bzw. Kunststoffringes oder eines Federringes (40) versehen sind.

4. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (6) an beiden axialen Endbereichen jeweils mit einem Innengewindeabschnitt (19, 20) versehen ist, wobei in das kolbenseitige Ende (18) der Kolbenstange ein mit dem Kolben (2) verbundenes Gewindeteil (21) und in dessen entgegengesetztes äußeres Ende (17) der Außengewindeabschnitt (23) eines mit der Kraftabnahme (14) koppelbaren Verbindungsteils (22) einschraubbar ist.

5. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kolbenseitige Gewindeteil (21) und/oder das Verbindungsteil (22) nippelartig ausgebildet sind und zwei koaxial und in Axialrichtung aufeinanderfolgend angeordnete, zweckmäßigerweise durch einen Einschraubbund (25, 26) voneinander getrennte Gewindeabschnitte (23, 24 bzw. 23′, 24′) aufweisen, deren einer Abschnitt (23, 23′) jeweils mit der Kolbenstange (6) und deren anderer Abschnitt (24, 24′) mit dem Kolben (2) bzw. der Kraftabnahme verschraubbar ist.

6. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innengewindeabschnitte (19, 20) unterschiedliche Durchmesser und/oder unterschiedliche Gewindearten aufweisen.

7. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innengewindeabschnitte (19, 20) gleichen Durchmesser und/oder gleiche Gewindeart aufweisen.

8. Kolben-Zylinder-Aggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (16) der Kolbenstange (2) durchgehend mit einem Innengewinde (32) versehen ist, dessen Endbereiche die Innengewindeabschnitte (19, 20) bilden.

9. Kolben-Zylinder-Aggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Kolben (2) bzw. der Kraftabnahme (14) verschraubbaren Gewindeabschnitte (24′, 24) des Gewindeteils (21) und/oder des Verbindungsteils (22) einen anderen Durchmesser und/oder eine andere Gewindeart aufweisen als der jeweils zugeordnete, mit der Kolbenstange (2) verschraubbare Gewindeabschnitt (23′, 23).