DE68902187T2 - Dichtungsanordnung fuer kolbenstangenlosen pneumatikzylinder. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf fluidisch betätigte, kolbenstangenlose Zylinder und insbesondere auf eine Dichtvorrichtung für kolbenstangenlose pneumatische Zylinder mit einem Hohlkörper oder einer Trommel, in dem bzw. der eine längliche Kammer ausgebildet ist, in der sich ein Kolben hin- und herbewegt, der mit einem Kraftübertragungselement durch einen Schlitz hindurch verbunden ist, der sich in Längsrichtung in einer Wand des Zylinders erstreckt.
• Kolbenstangenlose Zylinder sind lange Zeit benutzt worden, um unter Verwendung eines Druckfluides, im allgemeinen Druckluft, als Kraftquelle hin- und hergehende Bewegungen hervorzurufen oder Objekte zu verstellen. Solche kolbenstangenlosen Zylinder, siehe GB-A-2 163 499, EP-A-0 147 803, US-A-2 745 382 und DE-C- 846 493, haben anders als traditionelle Zylinder, die mit einer Kraftübertragungsstange ausgerüstet sind, die von einem oder beiden Enden vorsteht, gewöhnlich einen in Längsrichtung gleitenden Schlitten oder ein Kraftübertragungselement, der bzw. das längs des Zylinderkörper beweglich ist; das Kraftübertragungselement ist direkt mit einem Kolben innerhalb des Zylinderhohlraums durch einen Längsschlitz geeigneter Breite verbunden. Ein aus einem flexiblen Streifen bestehendes Dichtungselement ist in der Zylinderkammer angeordnet und wird durch das Druckfluid gegen die Innenseite der Kammer gedrückt, um den Schlitz durch Bildung einer Dichtung zu verdecken. Ein analoger Dichtungsstreifen kann an der Außenseite des Zylinderkörpers längs des Längsschlitzes angeordnet sein, um den Eintritt von Staub zu verhindern. Die inneren und äußeren Dichtungsstreifen verlaufen durch Längsdurchgänge im Kolben und Schlitten, die mit geeigneten Spreizeinrichtungen zum Wegspreizen und entsprechenden Annähern der Streifen an den Zylinderkörper während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens versehen sind.
• Gemäß GB-A-2 163 499 und EP-A-0 147 803 enthält der Dichtungsstreifen ein Dichtungsteil zum Ausbilden einer Abdichtung gegen eine Innenwand des Zylinderhohlraums benachbart dem Längsschlitz und zum Festhalten von Abschnitten, die zur Anlage an den Innen- und Außenflächen des Hohlraums längs des Längsschlitzes bestimmt sind. Die Verwendung von Halteabschnitten, die in den Längsschlitz des Zylinders vorstehen, gestatten es nicht, daß das mit dem hin- und hergehenden Kolben verbundene Kraftübertragungselement während der Hin- und Herbewegung längs des Zylinders in geeigneter Weise geführt wird, was zu Schwierigkeiten bei der Aufnahme seitlicher Reaktionskräfte führt, die auf das Kraftübertragungselement einwirken. Darüber hinaus verhindert die Verwendung von Halteelementen, die in den Längsschlitz vorstehen, nicht das Entweichen von Druckfluid bei Schadhaftigkeit der Dichtungsabschnitte des Streifens.
• Aus DE-C-846 493 ist auch eine Dichtvorrichtung bekannt, die einen V-förmigen Dichtungsstreifen enthält, der mit Längshalteelementen versehen ist, die in seitliche Nuten des Zylinders vorstehen, die Seitenflächen aufweisen, die parallel zu den radialen Flächen des Längsschlitzes angeordnet sind; gemäß dieser Vorrichtung wird die Dichtwirkung durch das Drücken der Außenfläche des Streifens zwischen den Halteelementen gegen die Innenseite des Zylinders nahe dem Längsschlitz hervorgebracht. Aufgrund der Dicke des mittleren Abschnitts des Dichtungsstreifens und der daraus resultierenden verminderten Flexibilität in Querrichtung kann die Dichtwirkung durch Abnutzung oder durch irgendeine Beschädigung des Dichtungsstreifens herabgesetzt oder beeinträchtigt werden. Darüberhinaus kann in Zylindern mit langen Hohlräumen der Dichtungsstreifen bei Fehlen von Druckfluid in der Kammer nicht am Herabfallen gehindert werden, wenn der Längsschlitz und der Dichtungsstreifen aufwärts oder auf eine Seite gerichtet sind.
• Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Dichtvorrichtung für kolbenstangenlose, fluidisch betätigte Zylinder anzugeben, die so gestaltet ist, daß die Nachteile der bislang bekannten Dichtvorrichtungen in kolbenstangenlosen Zylindern vermieden sind.
• Insbesondere ist es ein Hauptziel der Erfindung, eine Dichtvorrichtung für kolbenstangenlose Zylinder anzugeben, die es ermöglicht, den Dichtungsstreifen mit Längsnuten im Hohlraum zwangsschlüssig bei Abwesenheit von Druckfluid in Anlage zu bringen, wobei der Längsschlitz vollständig frei von Streifenhalteeinrichtungen bleibt und eine Führungsfläche für das Kraftübertragungsglied auf beiden Seiten des Schlitzes ausgebildet ist.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen kolbenstangenlosen Zylinder anzugeben, der eine Dichtvorrichtung aufweist, die so gestaltet ist, daß die Dichtwirkung durch die Halteelemente bei Ausfall des Dichtungsstreifens verbessert und aufrechterhalten wird, so daß ein Entweichen des Druckfluides verhindert wird.
• Diese und weitere Ziele der Erfindung können durch eine Dichtvorrichtung erreicht werden, wie sie in Anspruch 1 angegeben ist.
• Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines kolbenstangenlosen Zylinders mit einer Dichtvorrichtung nach der Erfindung;
• Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des Zylinders von Fig. 1;
• Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung längs der Linie 3-3 von Fig. 2;
• Fig. 4 eine weiter detaillierte Querschnittsdarstellung der Dichtung längs der Linie 4-4 von Fig. 1;
• Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung, die nur einen Teil der Schnittdarstellung von Fig. 3 zeigt.
• Nachfolgend wird eine Beschreibung der Haupteigenschaften eines kolbenstangenlosen pneumatischen Zylinders gegeben; unter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält der pneumatische Zylinder einen Hohlkörper in Form eines Zylinders 10, der an seinen Enden durch zwei Köpfe oder Endkappen 11 und 12 derart verschlossen ist, daß eine zylindrische Kammer 13 begrenzt wird, in der ein Kolben 14 gleitet, der an seinen Enden mit Pufferungs- und Dichtungsringen 15 versehen ist.
• Der Zylinderkörper 10 ist mit einem Längsschlitz 16 (Fig. 4) auf einer Seite seiner Wände versehen, durch den ein Steg 17' verläuft, der an dem Kolben 14 und an einem äußeren Schlitten 17 befestigt ist, der ein Kraftübertragungselement darstellt. Der Schlitten 17 mit dem Steg 17', der sich durch den Schlitz 16 gegen den Kolben 14 erstreckt, mit dem er mechanisch verbunden ist, kann in beliebiger Art und Gestalt hergestellt und ausgeführt sein, beispielsweise kann er einstückig als Gußstück ausgebildet sein, um die mechanische Festigkeit zu verbessern.
• Die Zylinderköpfe 11 und 12 können unterschiedlich hergestellt und am Körper 10 angebracht sein, beispielsweise durch Bolzen oder ähnliche Einrichtungen; die Köpfe auch Rückschlagventile oder Absperrventile enthalten; weiterhin kann jeder Kopfin einer bereits bekannten Weise eine Stoßdämpfungs- und Verzögerungseinrichtung aufweisen. Eine solche Vorrichtung enthält beispielsweise ein Rohr 18 mit einem geeigneten Dichtungsring (nicht dargestellt) an seinem freien Ende, der mit einem Entlüftungsloch 19 in Verbindung steht und eine (nicht dargestellte) Feingewindeschraube enthält, die eine genaue Einstellung für die Verzögerung des Kolbens 14 ermöglicht. Der Kolben 14 hat entsprechende konische Bohrungen 20 an seinen Enden; in diese Bohrungen 20 dringen am Ende des Kolbenhubes Rohe 18 ein.
• Die Dichtungseinrichtung für die innere und äußere Abdichtung der Zylinderkammer 13 sind längs des Längsschlitzes 16 des Zylinder vorgesehen, um zu verhindern, daß während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 14 das Druckfluid entweicht. Solche Dichtungseinrichtungen bestehen aus flexiblen Streifen 21 und 22, die in vergrößerter Detaildarstellung in Fig. 4 gezeigt sind, die frei durch Längsdurchgänge in Kolben und Schlitten verlaufen.
• Sowohl die inneren als auch die äußeren Streifen 21, 22 haben eine größere Breite als der zentrale Schlitz 16, und sie enthalten einen flachen Wandabschnitt 21a, 22a aus abriebfestem thermoplastischem Material, das gegen mechanische Belastungen widerstandsfähig ist, beispielsweise aus Polyurethan oder Polyester; Wandabschnitte 21a und 22a der Dichtungsstreifen 21, 22 auf den Seiten, die jeweils den Innen- und Außenflächen des Zylinders 10 benachbart den Seitenrändern oder Lippen 29 gegenüberstehen, weisen Halteeinrichtungen in Form von Längsschenkeln oder -wulsten 23 und 24 auf, die in entsprechende Haltenuten 25 und 26 des Zylinderkörpers 10 eingreifen und sich davon lösen parallel und im seitlichen Abstand zum zentralen Schlitz 16. Um ein Überlappen von Nuten 25 des inneren Dichtungsstreifens 21 mit Nuten 26 des äußeren Dichtungsstreifens 22 zu vermeiden, hat letzterer eine größere Breite als der innere Dichtungsstreifen 21, wie dargestellt.
• Beide Halteschenkel 23, 24 und Haltenuten 25, 26 haben vorstehende Teile oder voneinander wegweisende Flächen, die in geeigneter Weise abgeschrägt oder verrundet sind, um die Dichtungswirkung zu verbessern und das Herausziehen und Einführen eines jeden Dichtungsstreifens in die Haltenuten durch die hin-und hergehende Bewegung des Kolbens 14 zu erleichtern.
• Jeder Dichtungsstreifen 21, 22 ist einstückig zusammen mit seinen jeweiligen Halteschenkeln 23 und 24 durch Spritzen oder Extrusion von Plastikmaterial ausgebildet. Zur Verbesserung des Widerstandes gegen Biege- und Zugbelastungen und allgemein gegen mechanisches Belastungen, denen die Dichtungsstreifen 21 und 22 während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 14 und des Kraftübertragungsschlittens 17 ausgesetzt sind, weisen die beiden Streifen 21 und 22 außerdem ein Metallband 27 bzw. 28 auf der dem Zylinderkörper 10 zugewandten Seite auf. Die Bänder 27 uns 28 können an jedem Plastikstreifen nach der Extrusion angebracht werde, oder als Alternative können Verstärkungsdrähte 27' während dem Spritz- oder Extrusionsvorgang angebracht oder eingebettet werden.
• Wie in der vergrößerten Darstellung von Fig. 4 gezeigt, ist die Fluiddichtung durch den inneren Streifen 21 und vergleichbar die Staubdichtung durch den äußeren Streifen 22 durch abgeschrägte Lippen 29 an den zwei Längsrändern eines jeden Streifens sichergestellt, die perfekt an entsprechenden abgeschrägten Rändern 30 an den Außenseiten einer jeden Haltenut 25 und '26 anliegen, die in einer größeren Entfernung zum zentralen Schlitz 26 liegen.
• Wie in Fig. 4 gezeigt, liegen die Halteschenkel 23, 24 der zwei Dichtungsstreifen und die zwei abgeschrägten Dichtungslippen 29 in einer Entfernung vom zentralen Schlitz 16; der Schlitz 16 bleibt somit vollständig frei für das Gleiten des Schlittens 17. Darüberhinaus ermöglicht die Verwendung von Dichtungsstreifen aus thermoplastischem Material in Kombination mit einem metallischen Verstärkungsband auf der dem Schlitz 16 gegenüberliegenden Seite eine weitere Verbesserung der Arbeitsbedingungen dahingehend, daß die Dichtungswirkung durch abgeschrägte Lippen des Plastikstreifens sichergestellt wird, während das verstärkende Metallband eine Übertragung von der Schlittenbewegung 17 hervorgeruf einer mechanischer Biege- und Dehnkräfte auf die Plastikstreifen verhindert, wodurch ein wiederholtes und gefährliches Dehnen oder Längen vermieden wird.
• Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, greifen die zwei Dichtungsstreifen 21 und 22 mit ihren Schenkeln 23 und 24 gewöhnlich in die Haltenuten 25 und 26 ein mit Ausnahme der Abschnitte, die durch den Kolben 14 und den Kraftübertragungsschlitten 17 verlaufen, wo die zwei Dichtungsstreifen voneinander entfernt sind, um die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 14 zu ermöglichen. Gleichzeitig haben der Kolben 14 und der Schlitten 17 zwei Längsdurchgänge 31 und 32, die in Richtung der Enden des Kolbens 14 derart zusammenlaufen, daß sie den Abstand zwischen den Dichtungsstreifen 21 und 22 während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 14 vergrößern bzw. verkleinern.
• Ein Staubdichtungsring 33 wirkt mit dem Schlitten 17 zusammen ist um die Außenseiten des Schlittens 17 angeordnet, um gegen den äußeren Dichtungsring 22 zu drücken, der mit der Zylinderwand koplanar ist; die Enden des Staubdichtungsrings 33 werden von Federn 34 gegen die Außenfläche des Zylinders 10 und den äußeren Dichtungsstreifen 22 derart gedrückt, daß ihre Sauberkeit ständig aufrechterhalten wird. Der Dichtungsring 33 kann in jedem Falle am Schlitten 17 gestaltet und angeordnet sein in Kombination mit einem Satz von Rollen, Kugeln oder ähnlichen Rollkörpern 36 (Fig. 3), die ggf. in geeigneten Rollbahnen zwischen gegenüberliegenden Flächen des Schlittens 17 und des Zylinderhohlraums oder Hohlkörpers 10 des Zylinders angeordnet sein können.
• Wie zuvor erwähnt, wirken die Dichtungsstreifen 21 und 22 auf den Zylinderkörper 10 an Stellen, die vom zentralen Schlitz 16 Abstand haben. Letzterer ist daher für den Durchgang des Schaftes oder Steges 17', der den Kraftübertragungsschlitten 17 mit dem Kolben 14 verbindet, völlig frei. Diese Lösung erlaubt es, die Seitenwände 16a und 16b des Schlitzes 16 als Anschlag- und Führungsflächen für den Schlitz 17 und zur Aufnahme von auf diesen Schlitten wirkenden Querkräften einzusetzen. Auf diese Weise wird der Schlitten 17 während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 14 genau geführt, so daß eine Beschädigung des Zylinders vermieden wird. Die Führung des Schlittens 17 kann durch den Einsatz von Reibschutzstäben 17 in den Schaft oder Steg 17' des Schlittens verbessert werden, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt.
• Aus der vorangehenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen geht hervor, daß das Dichtungssystem nach dieser Erfindung mehrere Vorteile gegenüber existierenden bekannten Systemen aufweist. Insbesondere schafft die Verwendung von schrägen und verrundeten Halteschenkeln und Nuten eine zusätzliche Dichtungswirkung gegenüber angefasten Kanten 29 sowie eine Schnappaßwirkung der Schenkel in die und aus den Haltenuten.
• Außerdem erlaubt die Verwendung eines metallischen Verstärkungsbandes, das mit dem Kolbenkörper oder dem Kraftübertragungsschlitten in Berührung kommen soll, die Herstellung von Dichtungsstreifen durch einfache Extrusion von abriebfestem thermoplastischem Material, beispielsweise Polyurethan oder Polyester, so daß man durch die Extrusion zwei sich verjüngende seitliche Lippen erhält, die die Abdichtung auf jeder Seite des Streifens garantieren. Die Anwesenheit von Halteelementen in Form von flexiblen Längsschenkeln, die in Nuten parallel zum zentralen Schlitz eingreifen, ermöglicht es somit nicht nur, letzteren für die korrekte Führung des Schlittens vollkommen frei zu lassen, sondern verbessert auch die Abdichtung, da ein eventueller Abfall des Fluiddrucks, der an der Innenseite der Nuten 25 durch einen Dichtungsdefekt der Lippen 29 hervorgerufen werden könnte, dazu führen würde, daß die Schenkel 23 des inneren Dichtungsrings 21 gegen die gegenüberliegende Wand der Nuten 25 gedrückt werden, was in jedem Fall das Entweichen von Druckfluid nach außen verhindert; dies ist in allen Fällen von großer Wichtigkeit, bei denen der Zylinder Vibrationen oder wiederholten Querkräften ausgesetzt ist, die eine momentane Lösung der seitlichen Lippen eines jeden Streifens von ihren zugehörigen Dichtungsflächen hervorrufen könnten. Auf diese Weise erhält man ein verbessertes Dichtungssystem bei vergleichsweise verminderten Kosten.
• Wie in Fig. 5 gezeigt, können zusätzlich zu den Reibschutzelementen 35, die an den Seitenflächen 16a, 16b des zentralen Schlitzes 16 gleiten, weitere Reibschutzelemente 36' an Seitenflächen des Schlittens 17 vorgesehen sein, um an flachen Führungsflächen 26' der Nuten 26 zu gleiten; dies verbessert das Gleiten und die Fähigkeit des Schlittens 17, seitlichen Lasten zu widerstehen.

Claims (12)

1. Dichtvorrichtung für einen kolbenstangenlosen Zylinder mit einer Trommel (10) und Endabdeckungen (11, 12), die eine Zylinderkammer (13) bilden, wobei besagte Trommel (10) mit einer Längsschlitzöffnung (16) versehen ist; mit einem hin- und herbeweglichen Kolbenelement (14) innerhalb der besagten Zylinderkammer (13), dadurch die besagte Schlitzöffnung (16) hindurch funktionell mit einem Kraftübertragungselement (17) verbunden ist; die besagte Dichtvorrichtung ist mit einem biegsamen Dichtstreifen (21) versehen, der longitudinal ausgerichtet ist und sich an der besagten Schlitzöffnung (16) entlang in die Kammer (13) erstreckt, wobei der besagte Dichtstreifen (21) einen Ablenkdurchlaß (31) im hin- und herbeweglichen Kolbenelement (14) frei passiert; mit ein- und ausrückbaren Rückhaltevorrichtungen (23, 25) für den Dichtstreifon (21), wobei die besagten Rückhaltevorrichtungen parallele Rückhaltnuten (25) aufweisen, die an der Innenwand der Trommel (10) auf den sich gegenüberliegenden Seite der Schlitzöffnung (16) vorgesehen sind, sowie gestauchten Längs-Wulstelementen (23) auf den sich gegenüberliegenden Seiten des Dichtstreifens (21); der besagte Dichtstreifen (21) umfaßt ferner sich nach außen verjüngende und vorstehende Lippenstücke (29) zur Berührung mit den abgeschrägten Dichtflächen (30) an der Innenwand der Trommel (10), gekennzeichnet durch den Umstand, daß die besagten Nuten (25) jeweils versenkte Innenwandflächen aufweisen, die von der Schlitzöffnung (16) weggerichtet sind- und daß die besagten Wulstelemente (23) jeweils innere Dichtflächen besitzen, die zur Schlitzöffnung (16) hin gerichtet sind, zum abdichtenden Einrücken und Ausrücken gegenüber der jeweiligen Innenwandfläche der Nuten (25); die besagten Dichtflächen (30) sind außerhalb der zugehörigen Rückhaltenuten (25) vorgesehen.

2. eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 1 beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß die Innenwandflächen der Nuten (25) eine Konkavkrümmung aufweisen und die besagten inneren Dichtflächen der besagten Wustelemente (23) eine entsprechende Konvexkrümmung besitzen, die bei den besagten Wulstelementen (23) hervorsteht.

3. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 1 beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß ein zweiter Dichtstreifen (22) an der Außenseite der Schlitzöffnung (16) vorgesehen ist, wobei besagter Dichtstreifen (22) longitudinale Rückhaltewulste (24) aufweist, die bei den äußeren Längsnuten (26) der Trommel (10) ein- und ausrückbar sind, wobei besagter äußerer Dichtstreifen (22) breiter ist als der innere Dichtstreifen (21) und die besagten äußeren Nuten (26) weiter auseinander liegen als beim inneren Dichtstreifen (21)

4. Eine Vorrichtung wie unter den vorausgehend Patentansprüchen beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß jeder Dichtstreifen (21, 22) mit Versteifungselementen (27, 27') ausgestattet ist.

5. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 4 beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß die besagten Versteifungselemente ein metallenes Band (27) umfassen, das sich in Längsrichtung auf der Seite der Zwischenwand erstreckt (21a, 22a) und der mittleren Schlitzöffnung (16) des Zylinders gegenüberliegt.

6. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 5 beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß das metallene Versteifungsband (27) zwischen den longitudinalen Rückhaltewulsten (23, 24) des Dichtstreifens (21, 22) angeordnet ist.

7. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 4 beschriebenen, gekennzeichnet durch den Umstand, daß die besagten Versteifungselemente Versteifungsdrähte (27') umfassen, die in den besagten Dichtstreifen (21, 22) eingebettet sind.

8. Eine Dichtvorrichtung für einen kolbenstangenlosen Zylinder gemäß Patentanspruch 1 und Patentanspruch 2, bei welcher das Kraftübertragungselement (17) die Form eines Schlittens aufweist, der an der Außenoberfläche des Zylindergehäuses (10) gleitet, wobei ein Staubschutz-Dichtungselement (33) um den besagten Schlitten (17) herum angeordnet ist, gekennzeichnet durch den Umstand, daß der Schlitten (17) Vorspannvorrichtungen (34) umfaßt, die das Staubschutz-Dichtungselement (33) gegen die Außenoberfläche des Zylindergehäuses (10) drücken beziehungsweise auch gegen den äußeren Dichtstreifen (22).

9. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 8 beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß eine Führungevorrichtung (35, 36) für den Kraftübertragungsschlitten (17) vorgesehen ist.

10. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 9 beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß die besagte Führungsvorrichtung Reibschutzelemente (35) umfaßt, die zwischen einem Verbindungsschaft-Abschnitt (17') des Schlittens (17) und den Seitenwänden (16a) der Längsschlitzöffnung (10) vorgesehen sind.

11. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 9 beschrieben, gekennzeichnet durch den Umstand, daß die besagten Führungsvorrichtungen Gleitschienen für Rollelemente (36) zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen des besagten Zylindergehäuses (10) und des Kraftübertragungsschlittens (17) umfassen.

12. Eine Vorrichtung wie unter Patentanspruch 9 beschrieben, bei welcher die besagt. Führungsvorrichtung Reibschutzelemente (36') umfaßt, die zwischen den Seitenflächen des Schlittens (17) und den Seitenflächen (26') der Rückhaltenuten (26) des besagten äußeren Dichtstreitens (22) vorgesehen sind.