DE1238288B

DE1238288B - Hydraulic cylinder

Info

Publication number: DE1238288B
Application number: DE1961P0028378
Authority: DE
Inventors: Zdenek John Lansky; Otto Joseph Maha
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1961-12-07
Filing date: 1961-12-07
Publication date: 1967-04-06

Description

Druckmittelzylinder Die Erfindung bezieht sich auf Druckmittelzylinder mit Zugstangen, die an Zylinderköpfen befestigt sind, durch die das den Zylinder bildende Rohr beidseitig verschlossen ist. Diese außerhalb des Zylinderrohres angeordneten Zugstangen verlaufen in AchÜlchtung, so daß das Zylinderrohr durch die Spannung der Zugstangen eine axiale Drucklast erhält, die Biegespannungen hervorrufen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Flüssigkeitsdruck im Zylinder klein oder gleich Null ist; denn in diesem Zustand wird die durch die Zugstangen aufgebrachte Drucklast voll wirksam. Biegespannungen im Rohr können auch durch seitliche, auf das Zylinderrohr oder die Kolbenstange einwirkende Lasten hervorgerufen werden.Fluid cylinders The invention relates to fluid cylinders with tie rods attached to cylinder heads through which the cylinder forming tube is closed on both sides. These arranged outside the cylinder tube Tie rods run in AchÜlchtung, so that the cylinder tube by the tension the tie rods receives an axial compressive load that can cause bending stresses. This is especially the case when the fluid pressure in the cylinder is small or is equal to zero; because in this state the applied by the tie rods Pressure load fully effective. Bending stresses in the pipe can also be caused by lateral loads acting on the cylinder tube or the piston rod.

Die Biegebeanspruchung ist insbesondere dann zu beachten, wenn die Länge des Rohres ein Vielfaches des Durchmessers beträgt. Zylinderrohre mit einer Bohrung von 50 mm Durchmesser können beispielsweise bis zu 4,5 in lang sein. Es ist klar, daß seitlich einwirkende Kräfte oder ungleiche Spannungen in den Zugstangen ein derartiges Zylinderrohr zu biegen trachten. Durch die Seitenkräfte entsteht außerdem die Gefahr, daß die ausgefahrene Kolbenstange und das Zylinderrohr taschenmesserartig zusammenklappen können.The bending stress must be observed in particular if the length of the pipe is a multiple of the diameter. For example, cylinder tubes with a 50 mm diameter bore can be up to 4.5 inches long. It is clear that lateral forces or unequal tensions in the tie rods tend to bend such a cylinder tube. The side forces also create the risk that the extended piston rod and the cylinder tube can collapse like a pocket knife.

Schon geringe Durchbiegungen des Zylinderrohres bewirken einen Verschleiß des Kolbens und der die Kolbenstange abdichtenden Stopfbüchse. Darüber hinaus kann ein starker Verschleiß durch Verkratzen sowohl der Laufflächen von Kolben und Zylinder als auch der Kolbenstange und der Bohrung im Zylinderkopf auftreten, durch die diese hindurchgeführt ist. überschreitet die Durchbiegung einen bestimmten Betrag, so tritt ein Verklemmen des Kolbens im Zy-Hrtder ein, das sogar zu einer Aufweitung und Zerstörung des Zylinders führen kann.Even slight deflections in the cylinder tube cause wear of the piston and the stuffing box sealing the piston rod. In addition, can heavy wear from scratching both the piston and cylinder running surfaces as well as the piston rod and the bore in the cylinder head through which these occur is passed through. If the deflection exceeds a certain amount, so If the piston gets stuck in the Zy-Hrtder, this even leads to a widening and destruction of the cylinder.

Um das Zylinderrohr gegen ein Aufweiten zu schützen, ist es bekannt, das Zylinderrohr mit ring-oder schraubenförmigen Wulstverdickungen an der Außenseite zu versehen. Ferner ist es bekannt, den Zugstangen einen solchen Durchmesser zu geben, daß sie an der äußeren Mantelfläche des Zylinderrohres anliegen. Diese Anordnung mag wohl bei Druckmittelzylindern sehr geringer Länge einer Aufweitung des Zylinderrohres entgegenwirken. Bei Druckmittelzylindem größerer Länge können diese Zugstangen eine Aufweitung des Zylinders nicht verhindern, da sie sich nach außen biegen. Darüber hinaus können die Zugstangen des bekannten Druckmittelzylinders ein Verbiegen nicht verhindern.In order to protect the cylinder tube against expansion, it is known the cylinder tube with annular or helical bulges on the outside to provide. It is also known to give the tie rods such a diameter give that they rest on the outer surface of the cylinder tube. This arrangement In the case of pressurized fluid cylinders of very short lengths, the cylinder tube may well be widened counteract. In the case of pressure cylinders of greater length, these tie rods can have a Do not prevent the cylinder from expanding as it will bend outward. About that in addition, the tie rods of the known pressure fluid cylinder cannot bend impede.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmittelzylinder zu schaffen, bei dem die Zugstangen eine Verstärkung des Zylinderrohres zum Abfangen von Kräften bilden, die dasselbe auf Biegung beanspruchen. Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung auf dem Zylinderrohr zwischen den Zylinderköpfen Spreizringe angeordnet, die einen solchen Außendurchmesser aufweisen, daß die Zugstangen radial nach außen gespreizt werden, wodurch sich bei axialer Zugbelastung der Stangen radial nach innen gerichtete, verstärkend auf das Zylinderrohr wirkende Kraftkomponenten ergeben. Bei einem derartigen Druckmittelzylinder liegt das Zylinderrohr praktisch in einem durch die Zugstangen gebildeten Käfig, der durch die Spreizringe mit der Mantelfläche des Zylinders in Verbindung steht, so daß jede Biegebeanspruchung des Zylinderrohres die Zugstangen auf Zug beansprucht, wobei sich diese an den über die Länge des Rohres verteilt angeordneten Spreizringen abstützen und somit auf das Rohr eine der Biegekraft entgegenwirkende Kraft erzeugen.The invention is based on the object of creating a pressure medium cylinder in which the tie rods form a reinforcement of the cylinder tube for absorbing forces which stress the same in bending. To solve this problem, according to the invention, expanding rings are arranged on the cylinder tube between the cylinder heads, which have an outer diameter such that the tie rods are spread radially outward, which means that when the rods are subjected to an axial tensile load, force components that are directed radially inward and have a reinforcing effect on the cylinder tube result. In such a pressure cylinder, the cylinder tube is practically in a cage formed by the tie rods, which is connected to the outer surface of the cylinder by the expanding rings, so that any bending stress on the cylinder tube puts the tie rods under tension, these being attached to the over the length of the Support the pipe distributed spreading rings and thus generate a force counteracting the bending force on the pipe.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Spreizringe einen solchen Durchmesser aufweisen und/oder die zur Aufnahme der Zugstangen dienenden, nach außen offenen Nuten so angeordnet sein, daß die gespreizten Zugstangen den Umriß der Zylinderköpfe seitlich nicht überragen. Auf diese Weise wirken die ausgespreizten Zugstangen nicht störend und erhöhen das Gesamtvolumen des Druckmittelzylinders nicht.According to a further feature of the invention, the expanding rings can have a have such a diameter and / or serve to accommodate the tie rods, outwardly open grooves be arranged so that the spread tie rods the Do not protrude laterally from the outline of the cylinder heads. To this way The spread out tie rods do not have a disruptive effect and increase the overall volume of the pressure cylinder is not.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Zugstangen an den Ecken der Zylinderköpfe befestigt und die Nuten so angeordnet sein, daß die ausgespreizten Bereiche der Zugstangen in der Flucht zwischen den Ecken der Zylinderköpfe verlaufen. Durch diese Anordnung erhöhen die an den ausgespreizten Stellen auf der Befestigungsfläche des Druckmittelzylinders aufliegenden Zugstangen die Drehfestigkeit des gesamten Zylinders.According to a further feature of the invention, the tie rods can attached to the corners of the cylinder heads and the grooves arranged so that the spread out areas of the tie rods in alignment between the corners of the cylinder heads get lost. This arrangement increases the at the spread out points on the Fastening surface of the pressure cylinder resting tie rods the torsional strength of the entire cylinder.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmittelzylinders dargestellt, und zwar zeigt F 1 g. 1 einen Druckmittelzylinder mit vier Zugstangen, F i g. 2 eine Stimansicht des Zylinders, F i g. 3 einen Querschnitt entlang 3-3 der F i g. 1, F i g. 4 einen Teilschnitt entlang 4-4 der F i g. 3, F i g. 5 eine der Aussparungen im Spreizelement zur Aufnahme der Zugstangen, F i g. 6 ein aus zwei Ringhälften gebildetes Spreizelement, F i g. 7 die Festlegung des Spreizelementes nach F i g. 6 in axialer Richter durch eine Nut im Zylinderrohr, F i g. 8 die Stirnansicht eines mit kreisrunden Zylinderköpfen ausgestatteten Zylinders.The drawing shows an exemplary embodiment of a pressure medium cylinder according to the invention, namely F 1 g. 1 a pressure cylinder with four tie rods, F i g. 2 is a front view of the cylinder, FIG . 3 shows a cross section along 3-3 of FIG . 1, Fig. 4 shows a partial section along 4-4 of FIG . 3, fig. 5 one of the recesses in the expansion element for receiving the tie rods, FIG. 6 an expansion element formed from two ring halves, FIG . 7 the definition of the expansion element according to FIG . 6 in axial direction through a groove in the cylinder tube, F i g. 8 shows the front view of a cylinder equipped with circular cylinder heads.

Der mit 10 bezifferte Druckmittelzylinder besteht aus einem Zylinderrohr 11, in welchem ein Kolben 12 angeordnet ist. Der Kolben trägt eine Kolbenstange 13, welche an einem Zylinderende in Freie geführt ist. Das Zylinderrohr 11 ist an beiden Enden durch die Zylinderköpfe 14 und 15 verschlossen. Die Zylinderköpfe haben, wie bei 16 in F i g. 4 angedeutet, Ringnuten zur Ausnahme einer Dichtung 17 und der Zylinderrohrenden. Die Zylinderköpfe haben ein Loch 18 bzw. 19, durch welches das Druckmittel zu-bzw. abgeführt wird.The pressure medium cylinder numbered with 10 consists of a cylinder tube 11 in which a piston 12 is arranged. The piston carries a piston rod 13 which is guided into the open at one end of the cylinder. The cylinder tube 11 is closed at both ends by the cylinder heads 14 and 15 . The cylinder heads have, as at 16 in FIG. 4 indicated, annular grooves with the exception of a seal 17 and the cylinder tube ends. The cylinder heads have a hole 18 or 19 through which the pressure medium to or. is discharged.

Am Zylinderkopf 14 ist eine Scheibe 20 angeordnet, die zur Aufnahme einer Stopfbüchse 21 zur Ab- dichtung der Kolbenstange 13 dient.On the cylinder head 14, a disc 20 is arranged, the seal for receiving a packing box 21 to the exhaust of the piston rod 13 is used.

Die Zylinderköpfe 14 und 15 haben quadratischen Umriß, wenngleich eine andere Ausbildung möglich ist. Sie sind mittels der angeschweißten Flansche 23 mit Schrauben 28 an der Unterlage 22 festgesehraubt.The cylinder heads 14 and 15 have a square outline, although a different design is possible. They are fastened to the base 22 by means of the welded-on flanges 23 with screws 28.

Die Zylinderköpfe 14 und 15 und die Scheibe 20 sind mittels der Zugstangen 24 am Zylinderrohr befestigt, die durch Löcher 25 in den Zylinderköpfen und entsprechende Löcher 26 in der Scheibe 20 hindurchgeführt sind. -d gleichmäßig über den Umfang Die Zugstangen sin des Zylinderrohres verteilt angeordnet; in Ausnahmefällen kann ein ungleicher Abstand der Zugstangen angebracht sein.The cylinder heads 14 and 15 and the disk 20 are fastened to the cylinder tube by means of the tie rods 24 which are passed through holes 25 in the cylinder heads and corresponding holes 26 in the disk 20. -d evenly over the circumference The tie rods are arranged distributed across the cylinder tube; In exceptional cases, the tie rods may be spaced unevenly.

Die Löcher 25 in den Zylinderköpfen sind so nahe wie möglich an der äußeren Umfangsfläche des Zylinderrohres angeordnet und haben alle den gleichen radialen Abstand von der Achse des Zylinderrohres 11. Die Mittelpunkte der Löcher 25 liegen, wie aus F i g. 2 ersichtlich, auf den Diagonalen des quadratischen Umrisses der Zylinderköpfe.The holes 25 in the cylinder heads are arranged as close as possible to the outer peripheral surface of the cylinder tube and all have the same radial distance from the axis of the cylinder tube 11. The centers of the holes 25 are as shown in FIG. 2 can be seen on the diagonals of the square outline of the cylinder heads.

Auf das Zylinderrohr 11 sind zwei gleiche Spreizelemente 30 aufgeschoben. Diese haben einen quadratischen, gleich großen oder etwas kleineren Umriß als die Zylinderköpfe. Entsprechende Seiten der Spreizelemente und der Zylinderköpfe liegen in gleichen Ebenen, so daß die Spreiz - elemente nirgends über den Umriß der Zylinderköpfe vorstehen.Two identical expansion elements 30 are pushed onto the cylinder tube 11. These have a square, the same size or slightly smaller outline than the cylinder heads. Corresponding sides of the spreader elements and of the cylinder heads lie in the same planes so that the spreading elements nowhere protruding beyond the outline of the cylinder heads.

Die Spreizelemente weisen ein zentrales Loch31 auf, dessen Durchmesser geringfügig größer als der Außendurchmesser des Zylinderrohres 11 ist. Sie können also leicht auf das Zylinderrohr aufgeschoben und in die richtige Axialstellung gebracht werden. Andererseits sind die Löcher 31 jedoch eng genug gepaßt, um die Spreizelemente zu zentrieren, so daß die Zugstangen gleichmäßig gespreizt werden. Ein Durchmesserspiel von 0,2 bis 0,3 mm hat sich als günstig erwiesen. Das Loch31 ist beidseitig bei 32 angefast, wodurch das Aufschieben auf das Zylinderrohr erleichter-t-wird.The expansion elements have a central hole 31, the diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the cylinder tube 11 . So you can easily be pushed onto the cylinder tube and brought into the correct axial position. On the other hand, however, the holes 31 are fitted tightly enough to center the spreading elements so that the tie rods are spread evenly. A diameter clearance of 0.2 to 0.3 mm has proven to be beneficial. The hole 31 is chamfered on both sides at 32 , which makes it easier to slide it onto the cylinder barrel.

Die Spreizelemente 30 weisen an jeder Ecke Ausschnitte 33 auf, in welchen die Zugstangen 24 zu liegen kommen. Die Ausschnitte können, , wie in F i g. 3 quadratisch sein. Sie können auch, wie in F i g. 5 durch gerade Seitenkanten mit einer angerundeten Ecke gebildet werden. Außerdem sind andere Formen möglich. In jedem Fall liegen die Mittelpunkte der Ausschnitte auf den Diagonalen des -quadratischen Umrisses, - so daß sie in der gleichen radialen Ebene liegen wie entsprechende Löcher 25 der Zylinderköpfe 14 und 15. The spreading elements 30 have cutouts 33 at each corner in which the tie rods 24 come to rest. The cut-outs can, as shown in F g i. 3 be square. You can also, as shown in FIG. 5 are formed by straight side edges with a rounded corner. Other shapes are also possible. In each case lie the centers of the cut-outs on the diagonals of -quadratischen outline, - so that they lie in the same radial plane as the corresponding holes 25 of the cylinder heads 14 and 15 °.

Die Spreizelemente 30 dienen zur radialen Spreizung der Zugstangen, so daß der Radialabstand der Zugstangen von der Zylinderachse im mittleren Bereich des Zylinders größer ist als an den Zylinderenden. Dadurch wird eine die Durchbiegung des Zylinderrohres unterbindende Verspannung erreicht Je stärker die Zugstangen gespreizt sind, - um so größer wird die Verstärkungswirkung zur Verhinderung einer Durchbiegung des Zylinderrohres. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Zugstangen möglichst stark zu spreizen. Andererseits ist es gleichfalls wünschenswert, daß weder die Zugstangen noch die Spreizelemente über den Umriß der Zylinderköpfe vorstehen, da hierdurch sowohl die Auflage der Zylinderköpfe auf einer flachen Unterlage ausgeschlossen als auch ein größerer Abstand der vorstehenden Bereiche von benachbarten Elementen erforderlich werden würde.The expansion elements 30 serve to radially expand the tie rods, so that the radial distance between the tie rods and the cylinder axis is greater in the central region of the cylinder than at the cylinder ends. As a result, the deflection of the cylinder tube is under tension reached binding The stronger the pull rods are spread apart, - the greater is the reinforcing effect of preventing the deflection of the cylinder tube. For this reason, it is desirable to spread the tie rods as much as possible. On the other hand, it is also desirable that neither the tie rods nor the expansion elements protrude beyond the outline of the cylinder heads, since this would not allow the cylinder heads to rest on a flat surface and would also require a greater distance between the protruding areas and neighboring elements.

Um die maximal mögliche Spreizung der Zugstangen zu erreichen, ohne daß irgendwelche Teile über den Umriß der Zylinderköpfe vorstehen, sind die Ausschnitte 33 so angeordnet, daß die Zugstangen 24 das gedachte, von Zylinderkopf zu Zylinderkopf- geführte Hüllprisma dort, wo sie maximal nach außen gespreizt sind, tangieren. Aus diesem Grund sind auch nach außen offene Ausschnitte 33 gewählt worden. Diese Ausschnitte erleichtern außerdem die Montage der Zugstangen, da diese von der Seite her in die Ausschnitte eingelegt werden können.In order to achieve the maximum possible spread of the tie rods without any parts protruding beyond the outline of the cylinder heads, the cutouts 33 are arranged so that the tie rods 24 form the imaginary enveloping prism guided from cylinder head to cylinder head where they are maximally spread outwards are affect. For this reason, cutouts 33 that are open to the outside have also been chosen. These cutouts also facilitate the assembly of the tie rods, as they can be inserted into the cutouts from the side.

In den F i g. 6 und 7 ist eine aus zwei Ringsegmenten 40 und 41 bestehende Ausführungsforin-- der Spreizelemente dargestellt. Das durch die Segmente gebildete kreisförmige Loch ist mit 43 beziffert. Der äußere Umriß des Spreizelementes ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gleichfalls kreisförmig gestaltet, wenngleich auch ein anderer Umriß möglich ist. Auf jeden Fall ist der äußere Umriß 44 der Spreizelemente so geformt und dimensioniert, daß kein Teil über den Umriß der Zylinderköpfe 14 und 15 vorm steht, wenn sie auf dem Zylinderrohr angeordnet sind.In the F i g. 6 and 7 , an embodiment of the expansion elements consisting of two ring segments 40 and 41 is shown. The circular hole formed by the segments is numbered 43. The outer outline of the expansion element is also circular in the present embodiment, although a different outline is also possible. In any case, the outer contour 44 of the expansion elements is so shaped and dimensioned that no part protrudes beyond the contour of the cylinder heads 14 and 15 when they are arranged on the cylinder tube.

Obgleich die Spreizelemente beider Ausführungsformen durch Reibschluß mit den Zugstangen sicher in ihrer Längslage gehalten werden, können sie durch Nuten 46 zusätzlich gesichert sein. In diesem Fall wird der Durchmesser der Bohrung 43 so gewählt, daß die Ringsegmente fest an dem Boden der Ringnut 46 anliegen.Although the expansion elements in both embodiments by frictional engagement are held securely in their longitudinal position with the tie rods, they can through Grooves 46 must also be secured. In this case, the diameter of the bore becomes 43 chosen so that the ring segments rest firmly against the bottom of the annular groove 46.

Die Ringsegmente 40 und 41 weisen Aussparungen 45 zur Aufnahme der Zugstangen auf. Wie bei den Spreizelementen 30 sind die Aussparungen so dimensioniert und angeordnet, daß die Zugstangen so stark gespreizt werden, daß sie im Bereich maximaler Spreizung das gedachte, von Zylinderkopf zu Zylinderkopf geführte Hüllprisma tangieren, wobei die Mittelpunkte der gespreizten Bereiche der Zugstangen auf der gleichen, durch die Zylinderachse gehenden Radialebene liegen wie die Mittelpunkte der Zugstangenenden.The ring segments 40 and 41 have recesses 45 for receiving the tie rods. As in the case of the expansion elements 30 , the recesses are dimensioned and arranged in such a way that the tie rods are spread so widely that they touch the imaginary envelope prism guided from cylinder head to cylinder head in the area of maximum expansion, the centers of the expanded areas of the tie rods on the same, The radial plane passing through the cylinder axis lies like the center points of the tie rod ends.

Werden Zylinderköpfe mit kreisförmigem Umriß verwendet, dann werden die Zugstangen so gespreizt, daß sie im Bereich maximaler Spreizung, wie bei 48 in F i g. 8 angedeutet, den Hüllzylinder tangieren.If cylinder heads with a circular outline are used, the tie rods are spread so that they are in the region of maximum spread, as at 48 in FIG. 8 indicated, tangent to the envelope cylinder.

Claims

Patent claims: 1. Central pressure cylinders with tie rods which are attached to cylinder heads, by means of which the pipe forming the cylinder is closed on both sides, characterized by expanding rings (30 or 40) arranged between the cylinder heads (14, 15) on the pipe (10), which have an outer diameter such that the tie rods (24) are spread radially outward, which results in force components directed radially inward and reinforcing the cylinder tube when the rods are subjected to an axial tensile load.

2. Pressure cylinder according to claim 1, characterized in that the expansion rings (30, 40) have such a diameter and / or the outwardly open grooves (33, 45) serving to receive the tie rods are arranged so that the spread tie rods ( 24) do not protrude laterally beyond the outline of the cylinder heads (14, 15). 3. Pressure cylinder according to claim 1 and 2, characterized in that the tie rods (24) attached to the corners of the cylinder heads (14, 15) and the grooves (33, 45) are arranged so that the spread areas of the tie rods are in alignment run between the corners of the cylinder heads.

Considered publications: German Patent Specifications No. 525 967, 635 000; U.S. Patent Nos. 2,979,369, 3,011,884.