DE102007029628B3 - Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse aus stranggepresstem Metall - Google Patents

Abstract

Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse (1) aus stranggepresstem Metall, welches eine zentrale Bohrung (4) zur Aufnahme eines Kolbens aufweist, wobei in der Zylinderwandung mindestens ein geschlossener Kanal (5) zur Unterbringung eines Anbauteils vorgesehen ist, wobei zur Bildung des geschlossenen Kanals (5) ein Innenrohr (2) vorgesehen ist, dessen Außenquerschnitt soweit mit dem Innenquerschnitt eines übergeschobenen Außenrohres (3) übereinstimmt, dass sich dazwischen der geschlossene Kanal (5) ergibt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse aus stranggepresstem Metall, welches eine zentrale Bohrung zur Aufnahme eines Kolbens aufweist, wobei in der Zylinderwandung mindestens ein geschlossener Kanal zur Unterbringung eines Anbauteils vorgesehen ist.
• Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf langbauende Pneumatikzylinder, deren Gehäuse aus stranggepresstem Aluminium oder dergleichen besteht, wobei Zylinderdeckel und Zylinderboden als lösbare Bauteile stirnseitig des Zylindergehäuses angeschraubt sind. Gewöhnlich weisen derartige Pneumatikzylinder einen im Wesentlichen quadratischen Außenquerschnitt sowie eine im Wesentlichen kreisrunde Bohrung für den innenliegenden Kolben auf. Außen am Zylindergehäuse oder innerhalb dessen Wandung sind Mittel zur An- bzw. Unterbringung von Anbauteilen, wie Sensoren zur Detektion der Kolbenstellung vorgesehen.
• Aus der DE 44 29 567 A1 geht ein Pneumatikzylinder hervor, dessen Zylindergehäuse aus einem Strangpressprofil aus Aluminium besteht. Das Strangpressprofil wird entsprechend dem georderten Axialmaß des Zylindergehäuses abgelängt. Von der Stirnseite des Zylindergehäuses her wird die Zylinderbohrung durch Ausdrehen aufgeweitet, so dass stirnseitig eine Innenschulter gebildet wird. Als Zylinderboden wird eine Kreisscheibe, deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Innenschulter entspricht, verwendet und durch Rollumformen fixiert. Zur Anbringung von Sensoren im Zylindergehäuse sind hier Nuten entlang der Außenoberfläche vorgesehen. Nachteilig hierbei ist, dass in derartige offene Nuten untergebrachte Sensoren gewöhnlich von der Außenoberfläche des Zylindergehäuses abstehen und dadurch eine zerklüftete Außenkontur bilden, die Angriffsstelle für Schmutz und mechanische Beschädigungen bilden. Wird ein Sensor vollständig innerhalb einer solchen Nut untergebracht, so muss die Nut zur Vermeidung von eindringendem Schmutz zusätzlich mit einer Abdeckung geschlossen werden.
• Aus der EP 1 255 045 B1 geht ein gattungsgemäßes Zylindergehäuses für ein Pneumatikzylinder hervor, welches zur Vermeidung der vorstehend geschilderten Problematik einen geschlossenen Kanal zur Unterbringung eines Anbauteils aufweist. Der geschlossene Kanal ist innerhalb der Wandung des Zylindergehäuses ausgebildet. Da das Zylindergehäuse einen im Wesentlichen quadratischen Außenquerschnitt sowie eine kreisrunde Bohrung für den Kolben aufweist, bietet sich der Eckbereich des Zylindergehäuses zur Ausbildung des Kanals an. Dieser wird beim Strangpressen erzeugt. Im geschlossenen Kanal sind Sensoren zur Detektion der Kolbenstellung geschützt untergebracht, welche sich von außen her über einen Permanentmagneten in ihrer relativen Lage zum Zylindergehäuse positionieren lassen.
• Die Herstellung eines Kanals im Zuge des Strangpressens eignet sich nur für geschlossene Kanäle mit einem recht großen Querschnitt. Soll ein Kanal mit geringem Querschnitt, beispielsweise ein schlitzförmiger Kanal zwischen einer Außenfläche des Zylindergehäuses und der Bohrung hergestellt werden, stößt das bekannte Herstellungsverfahren an seine fertigungstechnischen Grenzen. Stattdessen wird in diesen Fällen auf eine aufwendigere spanende Bearbeitung zurückgegriffen. Eine spanende Bearbeitung ist jedoch höchstens für Kanäle mit kreisrundem Querschnitt effizient, da diese sich bohren lassen.
• Aus der EP 1 255 046 A2 geht ein Druckmittelzylinder hervor, der auch als Pneumatikzylinder einsetzbar ist, und der aus einem inneren, im Querschnitt ringförmigen Zylinderrohr mit separatem, darüber geschobenen Außenrohr mit quadratischem Außenquerschnitt besteht. Während das innere Zylinderrohr vorzugsweise aus Metall besteht, besteht das Außenrohr vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoff. Das Außenrohr dient in erster Linie zur Aufnahme von Zugankern zwecks Befestigung von Zylinderdeckel und Zylinderboden stirnseitig des Zylinderrohrs. Zum Anderen enthält das Außenrohr im Eckbereich geschlossene Kanäle, in welche Sensoren zur Detektion der Kolbenstellung untergebracht sind. Da das Außenrohr transparent ist, lässt sich von außen her die aktuelle Stellung der Sensoren feststellen. Nachteilhaft bei dieser Lösung ist – genau so wie beim vorstehend diskutierten Stand der Technik – dass hier lediglich der Eckbereich des Zylindergehäuses zur Einbringung der geschlossenen Kanäle in Frage kommt. Insoweit kann hier kein Zuganker mehr untergebracht werden. Außerdem erfordert die Herstellung der geschlossenen Kanäle eine aufwendige spanende Bearbeitung, da diese nicht durch einfaches Bohren herstellbar sind.
• Aus der EP 0 212 421 A2 geht ein Druckmittelzylinder hervor, dessen Zylindergehäuse einen im Wesentlichen ovalen Innenquerschnitt aufweist. In einem dem größten Krümmungsradius des Innenquerschnitts zugehörigen breiten Mantelabschnitts ist wenigstens ein geschlossener Kanal angeordnet. Dieser Kanal kann der Unterbringung von die Kolbenstellung abtastenden Sensoren oder dergleichen dienen.
• Ein Nachteil dieses Standes der Technik ist jedoch, dass ein an dem speziellen Innenquerschnitt angepasster ovaler Kolben erforderlich ist. Außerdem erscheint die Herstellung des Zylinderohres recht aufwendig, da dieses aus extrudiertem Kunststoff mit Metallummantelung bestehen soll.
• Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse aus stranggepresstem Metall zu schaffen, der in fertigungstechnischer einfacher Weise mit einem vorzugsweise schlitzförmigem geschlossenen Kanal ausstattbar ist.
• Die Aufgabe wird ausgehend von einem Pneumatikzylinder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
• Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur Bildung eines geschlossenen Kanals ein Innenrohr vorgesehen ist, dessen Außenquerschnitt soweit mit dem Innenquerschnitt eines übergeschobenen Außenrohres übereinstimmt, dass sich dazwischen der geschlossene Kanal ergibt.
• Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass eine spanende Fertigung geschlossener Kanäle mit schwierigen Geometrien entbehrlich wird. Beliebige Querschnitte geschlossener Kanäle lassen sich in einfacherweise durch Ineinanderschieben zweier stranggepresste Metallrohre bilden. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass nicht zwangsläufig Innenrohr und Außenrohr aus stranggepresstem Metall bestehen müssen.
• Zumindest eines der Rohre kann auch aus Kunststoff oder dergleichen hergestellt werden, soweit die Festigkeit gegeben erscheint. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Außenrohr aus Kunststoff besteht. Handelt es sich hierbei um einen transparenten Kunststoff, so lässt sich die Position des im geschlossenen Kanal untergebrachten Anbauteils von außen her leicht erkennen.
• Vorzugsweise ist das Anbauteil als ein elektrischer Sensor zur Detektion der Kolbenstellung ausgebildet. Der erfindungsgemäß geschlossene Kanal kann dabei einen oder mehrere derartige Sensoren aufnehmen.
• Vorzugsweise ist der elektrische Sensor nach Art eines Foliensensors ausgebildet. Ein Foliensensor besitzt zwei einander gegenüberliegende und von einem Dielektrikum getrennte Kontaktbahnen auf, welche bei Einwirkung eines magnetischen Feldes, hier eines im Kolben integrierten Permanentmagneten, miteinander in Kontakt kommen, so dass sich über eine äußere Widerstandsmessung die Position des Kolbens bestimmen lässt.
• Zur Befestigung eines solchen Foliensensors im Kanal des erfindungsgemäßen Zylindergehäuses wird vorgeschlagen, dass das Innenrohr im Bereich des Kanals mit einer geraden Kanalgrundfläche versehen ist. Hierauf lässt sich der Foliensensor in einfacher Weise aufbringen, vorzugsweise durch Kleben.
• Wird der geschlossene Kanal, vorzugsweise zur Unterbringung eines Foliensensors, schlitzartig ausgebildet, so lassen sich bei einem Durchmesser der Bohrung von kleiner als 100 mm eine Höhe des Kanals von 0,5–10 mm darstellen. Der obere Grenzwert ist von den geometrischen Abmessungen des unterzubringenden Anbauteils bestimmt. Besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass sich auch sehr geringe Schlitzbreiten von bis zu 0,5 mm durch die erfindungsgemäße Lösung darstellen lassen, und zwar gleichmäßig entlang der gesamten Länge des Zylindergehäuses. Hierin lassen sich Foliensensoren mit einer Dicke bis zu 0,5 mm sicher unterbringen.
• Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme ist vorgesehen, dass der schlitzartige Kanal in der Höhe abgestuft mit flachen Seitenbereichen ausgebildet sein kann. Die kleinste Höhe der flachen Seitenbereiche beträgt bis zu 0,5 mm. Entlang dieser flachen Seitenbereiche lässt sich der Foliensensor entlang seiner Ränder präzise aufnehmen, wobei der Mittelbereich größerer Höhe genügend Freiraum für eine zuverlässige Betätigung des Foliensensors durch den Permanentmagneten am Kolben lässt.
• Vorzugsweise sind der Außenquerschnitt des Innenrohres sowie der Innenquerschnitt des Außenrohres bis auf den Bereich des Kanals kreisrund. Diese Kontur lässt sich fertigungstechnisch durch Strangpressen besonders einfach umsetzen und die so gestalteten Bauteile lassen sich auch ohne Schwierigkeiten durch Ineinanderschieben fügen. Vorzugsweise sollte im zusammengeschobenen Zustand eine leichte Presspassung erzielt werden, damit die so miteinander verbundenen Bauteile eindeutig lagebestimmt sind.
• Die erfindungsgemäße Lösung zur Ausbildung des geschlossenen Kanals bildet Voraussetzung dafür, dass der Außenquerschnitt des Außenrohres weiterhin eine glatte quadratische Grundform besitzen kann. Im Eckbereich der quadratischen Grundform verbleibt genügend Material, um hierin Bohrungen zur Aufnahme von Zugankern oder Schrauben einzubringen. Die Zuganker oder Schrauben dienen der Befestigung von Zylinderboden und Zylinderdeckel und sind insoweit ebenfalls geschützt innerhalb der Außenkontur des Zylinderrohres untergebracht.
• Die im Innenzylinder des erfindungsgemäßen Zylindergehäuses eingebrachte Bohrung zur Aufnahme des Kolbens kann kreisrund oder auch polygon ausgeführt sein. Eine polygone Bohrung oder eine vergleichbare nicht-runde Geometrie dient dem Verdrehschutz des hierin verschiebbaren Kolbens.
• Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
• 1 eine perspektivische Darstellung eines Zylindergehäuses für einen Pneumatikzylinder,
• 2 eine Vorderansicht des Zylindergehäuses nach 1, und
• 3 ein Detail X aus 2 zur Veranschaulichung des geschlossenen Kanals.
• Gemäß 1 besteht das hier dargestellte Zylindergehäuse 1 aus einem Innenrohr 2 sowie einem Außenrohr 3, welche beide aus stranggepresstem Aluminium hergestellt sind. Das Innenrohr 2 weist eine Bohrung 4 zur Aufnahme eines – nicht weiter dargestellten – Kolbens auf. Das Außenrohr 3 besitzt dagegen eine quadratische Grundform mit abgerundeten Kanten. Der Außenquerschnitt des Innenrohres 2 sowie der Innenquerschnitt des Außenrohres 3 sind bis auf den Bereich eines Kanals 5 kreisrund. Das Innenrohr 2 ist im Bereich des Kanals 5 mit einer geraden Kanalgrundfläche 6 versehen. Die Kanalgrundfläche 6 dient zur Aufbringung – nicht weiter dargestellten – Foliensensors zur Detektion der Kolbenstellung.
• Gemäß 2 ist der Kanal 5 zwischen Innenraum 2 und Außenrohr 3 geschlossen und schlitzartig ausgebildet. Der Kanal 5 wird durch Einschieben des Innenrohres 2 in das Außenrohr 3 über entsprechende Differenzen in den Querschnitten gebildet. Die Bohrung 4 des Innenzylinders 2 weist zum Verdrehschutz einen polygonen Querschnitt auf. Im Eckbereich der quadratischen Grundform des Außenrohres 3 sind vier Bohrungen 7 zur Aufnahme von – nicht weiter dargestellten – Zugankern eingebracht.
• Gemäß 3 ist im Detail X ersichtlich, dass der schlitzartige Kanal 5 in der Höhe abgestuft mit flachen Seitenbereichen 8 ausgebildet ist, wobei die beidseitigen flachen Seitenbereiche 8 in diesem Ausführungsbeispiel eine Höhe von 0,5 mm besitzen, um einen 0,4 mm breiten Foliensensor randseitig durch Einschieben aufzunehmen und hierin definiert zu fixieren.
• Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche mit vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche umfasst. So ist es beispielsweise auch möglich, das Außenrohr des Zylindergehäuses aus einem transparenten Kunststoff auszuführen, um die aktuelle Stellung des innerhalb des geschlossenen Kanals untergebrachten Sensors von außen her erkennbar zu machen. Ferner ist es auch möglich, mehr als nur einen geschlossenen Kanal durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen innerhalb der Wandung des zweischaligen Zylindergehäuses unterzubringen.

1

Zylindergehäuse

2

Innenrohr

3

Außenrohr

4

Bohrung

5

Kanal

6

Kanalgrundfläche

7

Bohrung

8

Seitenbereich

Claims (10)

1. Pneumatikzylinder mit einem Zylindergehäuse (1) aus stranggepresstem Metall, welches eine zentrale Bohrung (4) zur Aufnahme eines Kolbens aufweist, wobei in der Zylinderwandung mindestens ein geschlossener Kanal (5) zur Unterbringung eines Anbauteils vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des geschlossenen Kanals (5) ein Innenrohr (2) vorgesehen ist, dessen Außenquerschnitt soweit mit dem Innenquerschnitt eines übergeschobenen Außenrohres (3) übereinstimmt, dass sich dazwischen der geschlossene Kanal (5) ergibt.
2. Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbauteil als ein elektrischer Sensor zu Detektion der Kolbenstellung ausgebildet ist.
3. Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (2) im Bereich des Kanals (5) mit einer geraden Kanalgrundfläche (6) versehen ist.
4. Pneumatikzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalgrundfläche (6) zur Aufbringung eines Foliensensors vorgesehen ist.
5. Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (5) schlitzartig ausgebildet ist und bei einem Durchmesser der Bohrung (4) von kleiner als 100 mm eine Höhe von 0,5 bis 10 mm aufweist.
6. Pneumatikzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der schlitzartige Kanal (5) in der Höhe abgestuft mit flachen Seitenbereichen (8) ausgebildet ist, wobei die kleinste Höhe im flachen Seitenbereich (8) bis zu 0,5 mm beträgt.
7. Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (4) des Innenzylinders (2) zum Verdrehschutz des Kolbens polygon ausgeführt ist.
8. Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenquerschnitt des Innenrohres (2) sowie der Innenquerschnitt des Außenrohres (3) bis auf den Bereich des Kanals (5) kreisrund sind.
9. Pneumatikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenquerschnitt des Außenrohres (3) eine quadratische Grundform aufweist.
10. Pneumatikzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Eckbereich der quadratischen Grundform Bohrungen (7) im Außenrohr (3) zur Aufnahme von Zugankern vorgesehen sind.