Die Erfindung betrifft einen verschraubbaren druckmittelbetatigten Arbeitszylinder mit Verschlußteilen zur Kopplung des Zylinderrohres, der im Bereich der Energieubertra- gung mittels strömender Medien (Flüssigkeiten, Gase) als Druckmittel für die translatori¬ sche Bewegung von Mechanismen einsetzbar ist, wobei er besonders im medial¬ aggressiven Hochdruckbereich geeignet ist

Bekannt sind verschraubbare druckmittelbetatigte Arbeitszylinder, gemäß DE OS 19 215 43, insbesondere hydraulische Differential- oder Plungerkolben, dessen zumindest einen Kolben aufnehmendes Zylinderrohr mit am Boden- oder Kopfteil vorgesehenen Ver¬ schlußteilen versehen ist, die über das Außengewinde des Zylinderrohres verschraubt und über eine am Innengewinde befindliche Ringdichtung dichtungssicher verschlossen wer¬ den Bekannt sind weiterhin verschraubbare Arbeitszylinder gemäß EP 060 17 36 A 1, wo das die Verschlußteile tragende Gewinde im Innenmantel des Zylinderrohres angeordnet ist und die Abdichtung über Dichtelemente erfolgt

Ausgeführt sind zugleich auch verschraubbare Arbeitszylinder mit Zylinderrohrinnen- oder Zylinderrohraußengewinde bei denen die Abdichtung durch eine elastomere Dich¬ tung erfolgt, die in der Ringstirnflache des Zylinderrohres angeordnet ist oder auch, wie in der DE 35 17 137 A 1 dargestellt, als Stirndichtung des Fuhrungsverschlußteiles

Alle bekannten verschraubbaren Arbeitszylinder erfüllen die Zylinderrohrabdichtung im¬ mer durch Einlagerung von elastomeren Dichtelementen

Nachteilig bei diesen Ausführungen ist die Störanfälligkeit im Hochdruckbereich sowie die aufwendige und damit teure zerspanende Fertigung Druckmittelbetriebene Linearmotoren in Schraubausführung erfordern eine hochqualifi¬ zierte Fertigungstechnologie und sind dadurch teuer in der Herstellung Dennoch sind sie, insbesondere im aggressiv medialen Hochdruckbereich nur begrenzt einsetzbar Werden die Teile des Arbeitszylinders beschichtet, um resistent gegenüber aggressiven Medien zu sein, die auch hinsichtlich der Einwirkung von hochgespannten Druckmitteln störanfällig bleiben, entstehen zusatzliche Kosten zur Herstellung der Verbundkorper

Die bekannten technischen Losungen erfordern für die Herstellung der Einzelteile des Arbeitszylinders hochqualifiziertes Personal, so daß die Erstellungskosten für die be¬ kannten technischen Losungen hoch sind

Die vorgeschlagene Losung grenzt sich gegenüber diesem begrenzten Anwendungsbe- reich dadurch ab, daß sie diese Nachteile nicht aufweist

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verschraubbaren druckmittelbetriebenen Arbeits¬ zylinder zu entwickeln, der im Hochdruckbereich, auch bei einer aggressiven Atmosphä¬ re, dichtungssicher arbeitet, kostengünstig hergestellt werden kann und unter weitestge- hendem Einsatz der spanlosen Fertigungstechnik einfach in der Herstellung ist sowie dadurch bedingte Vorteile aufweist

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merk¬ male gelost Vorteilhafte Weiterbildungen sind aus den Unteranspruchen ableitbar Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß der Arbeitszylinder im Hochdruckbereich storunanfallig ist Seine Herstellung ist weniger aufwendig und die kostenaufwendige zerspanende Fertigung entfallt

Weiterhin ist der Arbeitszylinder in aggressiven Medien einsetzbar, wobei die Beschich¬ tung des Arbeitszylinders wegen der zu erreichenden Resistenz im Fall geeigneter Mate¬ rialwahl entfallt Mit der Ausbildung des Arbeitszylinder als Schraub- Preßverbindungsbauteil entfallen die teueren Schweißverbindungen und der Wechsel verschlissener Einzelbauteile ist problemlos möglich Eine höhere Flachenpressung an den Dichtflachen ist durch die spezielle spanlose Fertigung der Dichtflachen gegeben Die Fertigung und die Montage der Bauteile ist einfach, sie kann von ungeübten nichtfach- spezifisch ausgebildeten Personal vorgenommen werden Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen nachstehend dargestellt

- als Zylinderrohr mit Außengewinde und an der Stirnflache des Außenmantels liegender Dichtflache,

• in Figur 1 als einen Schnitt durch den verschraubbaren druckmittelbetriebenen Ar¬ beitszylinder

• in Figur 2 als Ausschnitt der Dichtungsstelle „X"

- als Zylinderrohr mit Außengewinde und an der Stirnflache des Außenmantels liegende Dichtflache,

• in Figur 3

- als Zylinderrohr mit Innengewinde und an der Stirnflache des Innenrohrmantels liegen- der Dichtungsflache mit einer Einlage,

• in Figur 4

- als Zylinderrohr mit Innengewinde und an der Stirnfläche des Außenrohrmantels lie¬ gender Dichtungsflache,

• in Figur 5

- als Zylinderrohr mit Außengewinde und an der Stirnflache des Innenrohrmantels lie¬ gender Dichtungsfläche,

• in Figur 6

- als Zylinderrohr mit Außengewinde und an der Stirnflache des Außenmantels liegender Dichtungsflache, • in Figur 7

Nach Figur 1 ist ein Zylinderrohr mit Außengewinde und an der Stirnflache des Außen¬ rohrmantels liegende Dichtflache dargestellt, indem ein schraubbarer druckmittelbetriebener Arbeitszylinder 1 dargestellt ist, der aus einem Führungsverschlußteil 2, aus einem Bodenverschlußteil 3, aus einem Zylinderrohr 4 und aus einem Differentialkolben 5 mit einer Kolbenstange 6, besteht

Zur Abdichtung der Kolbenstange 6 ist eine Abstreifdichtung 7 und eine Fuhrungsdich- tung 8 vorgesehen

Die Abdichtung einer Gewindepaarung 9 erfolgt durch hohe axiale metallische Pressung einer Fuhrungsverschlußteildichtfläche 10 bzw Bodenverschlußteildichtflache 11 mit der fasenformig ausgebildeten Zylinderrohrdichtflache 12, infolge der Verschraubung des Fuhrungsverschlußteils 2 und Bodenverschlußteils 3 mit dem Zylinderrohr 4, wobei die

Gewindepaarung 9 aus dem Außengewinde 9 1 des Zylinderrohres 4 und dem Innenge¬ winde 9 2 des Fuhrungsverschlußteils 2 besteht

Die Inbetriebnahme des verschraubbaren druckmittelbetriebenen Arbeitszylinders 1 er¬ folgt in der bekannten Weise über den Arbeitszylinderdruckanschluß 13 und Arbeitszy- linderablaufanschluß 14

In Figur 2 ist der Ausschnitt der Dichtungsstelle „X" der Figur 1 naher erläutert, indem dem Fuhrungsverschlußteil 2 ein Freiraum 15, ein Hohlraum 16, die Fuhrungsverschluß- teildichtflache 10, Gewindefreiraume 17 zugeordnet sind und das Zylinderrohr 4 aus der Zylinderrohrdichtflache 12, aus der Stirnringflache 18 besteht, wobei das Fuhrungsver- schlußteil 2 mit dem Zylinderrohr 4 über die Fuhrungsverschlußteildichtflache 10 und über die Gewindepaarung 9 in Wirkverbindung steht Die Kolbenstange 6 ist in dieses System als Funktionselement eingebaut dargestellt

Um eine ausreichende Dichtung im Betriebszustand zu erreichen, wird die Pressung so groß gehalten, daß die Fuhrungsverschlußteildichtflache 10, Bodenverschlußteildichtfla- che 1 1 (nicht dargestellt - siehe Figur 1) und die Zylinderrohrdichtflache 12, den axialen und auch radialen Schiebungen im Gitterverband der Werkstoffe folgen können, ohne von der Bodenverschlußteildichtflache 11 und der Zylinderrohrdichtflache 12 abzuheben Um den erforderlichen Anzug auf die zu verschraubenden Teile zu bringen, ist ein Frei¬ raum 15 vorgesehen Die Stirnringflache 18 des Zylinderrohres 4 ragt dabei in den Hohl- räum 16, der zugleich auch für die Aufnahme eines niedrig viskosen Klebstoffes 19 ge¬ eignet ist, zugleich können auch die Gewindefreiraume 17 der Gewindepaarung 9 mit diesem niedrig viskosen Klebstoff 19 versetzt werden

Die Gewindepaarung 9, Fuhrungsverschlußteildichtflache 10, Bodenverschlußteil¬ dichtflache 1 1 (nicht dargestellt - siehe Figur 1) sowie die Zylinderdichtflachen 12 wer- den in spanloser Formung hergestellt, wodurch hohe Flachenpressungen an der Boden¬ verschlußteildichtflache 11 und der Zylinderrohrdichtflache 12 möglich sind In Figur 3 ist das Zylinderrohr 4 in Wirkverbindung mit dem Fuhrungsverschlußteil 2 über eine wechselbare Einlage 20 und der Gewindepaarung 9 dargestellt, wobei in den Gewindefreiraumen 17 niedrig viskoser Klebstoff 19 bei Bedarf eingegeben werden kann Nach Figur 4 ist das Zylinderrohr 4 mit einem innenhegenden Gewinde 21 und einer In¬ nenrohrmantel-Dichtungsflache 22 dargestellt

Nach Figur 5 ist das Zylinderrohr 4 mit dem innenliegenden Gewinde 21 und der Zylin¬ derrohrdichtflache 12 dargestellt

Nach Figur 6 ist das Zylinderrohr 4 mit dem Außengewinde 9 1 mit der Innenrohrmantel- Dichtungsflache 22 dargestellt Nach Figur 7 ist das Zylinderrohr 4 mit dem Außengewinde 9 1 und der Zylinderrohr¬ dichtflache 12 dargestellt, indem dem Außengewinde 9 1 ein Freistich 23 zugeordnet ist

Dieser Losung liegt zu Grunde, daß das Fuhrungsverschlußteil 2 und das Bodenver¬ schlußteil 3 des Arbeitszylinders 1 mit dem Zylinderrohr 4 verschraubt werden, welches an den Enden Fasen aufweist, die als Zylinderrohrdichtflache 12 gegen die beispielsweise konforme Fuhrungsverschlußteildichtflache 10 und Bodenverschlußteildichtflache 1 1 in den Fuhrungsverschlußteil 2 und Bodenverschlußteil 3 gepreßt werden, wobei die axia¬ len konzentrischen Preßkrafte auf die an der Verschraubung beteiligten Elemente so groß sind, daß die im Betriebszustand entstehenden Entlastungen, infolge der Wirkung des Innendruckes im Arbeitszylinder, den elastischen Bereich der aufeinander gepreßten Werkstoffe weiterhin gewähren

Dieser elastische Bereich darf nicht verlassen werden, um eine Restpreßkraft zu erhalten, die den dichtungssicheren Verschluß garantiert

Die an der Pressung beteiligten Teile werden aus einem Eisenwerkstoff hergestellt, des¬ sen Metallegierungen dem jeweiligen Anwendungsfall zu entsprechen haben Es sind grundsätzlich vier Ausführungsversionen, wie in der Figur 4 bis Figur 7 darge¬ stellt, möglich

Jeder dieser Varianten ermöglicht beispielsweise die konforme Fuhrungsverschlußteil- dichtflache 10 in den Fuhrungsverschlußteil 2 und Bodenverschlußteil 3 als wechselbare Einlage 20 auszubilden, so daß sich die Ausführungsvielfalt um diese Anzahl der Mog- lichkeiten erweitert Die Ausführungsvarianten weisen jeweils spezifische Vorteile auf, die in Abhängigkeit vom Einzelfall zum Tragen kommen

Eine derartige Ausbildung des Arbeitszylinders 1 als Schraub-, Preßverbindungsbauteil macht kostenaufwendige Schweißverbindungen entbehrlich und ermöglicht problemlos den Einsatz auch anderer Druckmittel bei geeigneter Werkstoffwahl

Die Anwendung spanloser Fertigungsverfahren in den bedeutenden Teilbereichen der Preßteile verhindert überdies nachteilige Kerbspannungen.

Vorteilhaft erweisen sich in diesem Zusammenhang die bei der Kaltumformung auftre¬ tenden Änderungen der mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe, die infolge der hierbei auftretenden kristallinen Versetzungen zu einer Zunahme der Festigkeit und Ab¬ nahme der Dehnung führen

In der vorliegenden Losung wirkt sich dieser fertigungsbedingte Effekt zugunsten der Materialreduktion aus Die Erhöhung der Festigkeit im Nahbereich der Fuhrungsver- schlußteildichtflache 10, Bodenverschlußteildichtflache 1 1, Zylinderrohrdichtflache 12 und Innenrohrmantel-Dichtungsflache 22 erlaubt höhere Flachenpressungen, wodurch diese Dichtflachen in der radialen Ausdehnung verringert werden kann Die Abhängigkeit dieser Losung mit dem Herstellungsverfahren der Teile ergibt sich durch die Kraftwirkungen im Betriebszustand Danach muß die Normalspannung auf die Fuhrungsverschlußteildichtflache 10, Boden- verschlußteildichtflache 11, Zylinderrohrdichtflache 12 und Innenrohrmantel- Dichtungsflache 22 groß sein, aber die Dehnung im Nahbereich dieser Dichtflachen ge¬ ring, um innerhalb dieses Dichtbereiches die axialen und radialen Schiebungen der auf¬ einander gleitenden Teile zu minimieren Die spanlose Formung der an der Pressung beteiligten Teile - mindestens jedoch im Nah- bereich dieser Dichtflachen 10, 1 1 , 12 und 22 infolge der Aufwalzung des Gewindes und der Dichtfasen an den Preßteilen - hat die Wirkung, daß die so geformten Teile im Dichtflachennahbereich in ihrer Werkstoffstruktur, infolge der Gitterversetzungen, deh¬ nungsarmer sind als die angrenzende kristalline Normal Struktur der Preßteile, die keiner spanlosen Umformung unterzogen wurden

Hierdurch ergibt sich, daß die insgesamt gewünschte Dehnung innerhalb des elastischen Bereiches der verwendeten Werkstoffe vorhanden ist, aber die Festigkeitskennwerte zu¬ gunsten des hier vorliegenden Abdicht Verfahrens wirken

Der Einfluß der Formänderung, die sich in der Dichtflache als Stauchung darstellt, läßt sich durch die rechnerische Beziehung

F _p x l _c

1 — = ^ e f

E x A

in bekannter Weise darstellen

Hierbei bedeuten

F _p = die einwirkende Kraft auf die Dichtflache infolge der Verschraubung

1 ₀ = Gesamtlange der an der Pressung beteiligten Teile

E = Elastizitätsmodul

A = die gepreßte 8° geneigte Ringflache (Position 10, 1 1, 12, 20, 22) φ = Formanderungsfaktor in Richtung der wirkenden Kraft

Die auch bei der Aufwalzung verbleibenden Mikrokonturen in der Fuhrungs- verschlußteildichtflache 10, Bodenverschlußteildichtflache 1 1, Zylinderrohrdichtflache 12 und Innenrohrmantel-Dichtungsflache 22 gefährden die Abdichtung dann, wenn die in diesem Konturen sich ausbildenden Kriechstrome des Dichtungsmittels unter höherem Druck stehen, als die Preßdrucke der aufeinanderliegenden Dichtflachen 10, 1 1, 12, 22 Die auf die Führungsverschlußteildichtflache 10, Bodenverschlußteildichtflache 1 1 , Zy¬ linderrohrdichtflache 12 und Innenrohrmantel-Dichtungsflache 22 einwirkende Kraft, infolge der Verschraubung, muß daher die folgende rechnerische Beziehung erfüllen

F _p ≥ [ D _k + 2 (s - 2) ² x 0,785] p _B x υ Hierbei bedeuten

P _B = Betriebsdruck im Arbeitszylinder

D _κ = Kolbendurchmesser des Arbeitszylinder s = Wandstarke des Zylinderrohres υ = Sicherheitsbeiwert

Der korrespondierende Zusammenhang, innerhalb des elastischen Bereiches, ist dann durch die Beziehung gegeben

(e + 1) x E x A

> [ D _k + 2 (s - x 0,785] p _B x υ

Alle Ausführungsvarianten können, um Lockerungen der verschraubten Teile zu verhin¬ dern, innerhalb der Gewindefreiraume 17 und des Freiraumes 15 für die Aufnahme des axial eindringenden Zylinderrohres 4 mit dem niedrig viskosen Klebstoff 19 versetzt werden Um eine feste und dichtungssichere Verschraubung gewahren zu können, ist der Hohl¬ raum 16 für die Aufnahme des Zylinderrohres 4 ausreichend langentoleriert Die spanlose Herstellung der Dichtflachen erfüllt die Bedingung

Rz ≤ 0,4 μm

Der Elastizitätsmodul der Werkstoffe, die für die dichtungslose Kopplung geeignet sind, liegt, innerhalb des Temperaturbereiches 0° bis 200°, im Wertebereich von 60 bis 250x 10' N/mm ² ± 10 % dieses Wertes

Hierbei ist die Grenzbelastung durch die jeweilige Streckgrenze der verwendeten Mate¬ rialien gegeben, die im Falle dieser Losung zwischen 200 N/mm ² bis 1050 N/mm ² liegt, in Abhängigkeit der Qualität des verwendeten Werkstoffes Es ist unerläßlich die Belastungen innerhalb dieser Grenzwerte zu halten, um dieses Lo¬ sungsprinzip zu gewahrleisten Es gilt hierbei

-ε x E < υ ₀ 2

Hierbei bedeuten

-ε = negative Dehnung

E = Elastizitätsmodul

1 = Stauchungslange

Verwendete Bezugszeichen

1 verschraubbarer druckmittelbetatigter Arbeitszylinder

2 Fuhrungsverschlußteil

Bodenverschlußteil

4 Zylinderrohr

5 Differentialkolben

6 Kolbenstange

7 Abstreifdichtung

8 Fuhrungsdichtung

9 Gewindepaarung

9 1 Außengewinde

9 2 Innengewinde

10 Fuhrungsverschlußteildichtflache

11 Bodenverschlußteildichtflache

12 Zylinderrohrdichtflache

13 Arbeitszylinderdruckanschluß

14 Arbeitszylinderablaufanschluß

15 Freiraum

16 Hohlraum

17 Gewindefreiraum

18 Stirnringflache

19 niedrig viskoser Klebstoff

20 wechselbare Einlage

21 innenliegende Gewinde

22 Innenrohrmantel-Dichtungsflache

23 Freistich