Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder, insbesondere einen hydraulischen Arbeitszylinder. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Arbeitszylinders.

Arbeitszylinder als solche sind aus dem Stand der Technik bekannt. Im Regelfall weisen solche Arbeitszylinder ein Zylinderrohr sowie hieran gekoppelte Verschlussteile sowie eine Kolbeneinheit auf.

Aus dem Stand der Technik ist für die Fertigung solcher Arbeitszylinder beispielsweise ein Verschrauben der Verschlussteile mit dem Zylinderrohr bekannt. Solche Arbeitszylinder werden daher auch als Schraubzylinder bezeichnet.

Eine andere nach dem Stand der Technik bekannte Lösung ist das Verschweißen von Zylinderrohr und Verschlussteilen.

Ferner es aus dem Stand der Technik eine kombinierte Lösung in der Weise bekannt, das Bodenverschlussteil mit dem Zylinderrohr durch MAG-Schweißen zu verbinden und dann lediglich das Führungsverschlussteil zu verschrauben.

Das Gewinde von Zylinderrohr und Verschlussteilen wird in der Regel durch ein spanendes Verfahren erzeugt.

Schraubzylinder wie auch Zylinder mit Verschraubung nur eines Verschlussteils und MAG-Verschweißung des anderen Verschlussteils werden nach dem Stand der Technik in hoher Qualität bereitgestellt und haben sich als hochwertige und zuver lässige Produkte bewährt.

Als fertigungsseitiger Nachteil ist hierbei festzustellen, dass insbesondere für das Zylinderrohr eine Zulage der Materialstärke, also der Rohrwandstärke, für das sub-

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BESTATIGUNGSKOPIE traktiv einzubringende Gewinde vorgesehen werden muss, weil das Gewinde das Zylinderrohr unvermeidlich schwächt. Damit liegt dann aber eine Rohrwandstärke vor, die für die Aufnahme der Kräfte im Arbeitsbetrieb, insbesondere der Kräfte durch den Betriebsdruck des Fluids, erheblich überdimensioniert ist. Dies führt nachteilig zu einem erhöhten Materialverbrauch und zu einem erhöhten Endgewicht des Arbeitszylinders. Bei Schraubarbeitszylindern ist es ferner nachteilig, dass eine bestimmte Gewindelänge vorgesehen werden muss, um die hohen axialen Kräfte aufnehmen zu können, die aus dem Betriebsdruck eines Fluids sowie zusätzlich aus der Vorspannung bei einem Verschrauben resultieren. Durch die Mindestge windelänge vergrößern sich zugleich die Längenabmessungen, was neben einem erhöhten Materialeinsatz je nach Einbausituation zusätzlich nachteilig sein kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Arbeitszylinder bereitzustellen, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist sowie materialsparend und kostengünstig herstellbar ist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Fiersteilung eines sol chen Arbeitszylinders aufzuzeigen.

Die Aufgabe wird in Bezug auf den Arbeitszylinder durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale sowie in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung eines solchen Arbeitszylinders durch die im Patentanspruch 8 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteran sprüchen.

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder weist als Grundelemente einen Zylinder und eine Kolbeneinheit auf und ist insbesondere durch eine besondere Kopplung mindestens eines Verschlussteils mit dem Zylinderrohr verbunden.

Erfindungsgemäß weist der Zylinder ein Zylinderrohr, ein Verschlussteil und ein weiteres Verschlussteil auf.

Wie in üblicherweise weist das Zylinderrohr ein Zylinderrohrende und ein weiteres Zylinderrohrende und somit zwei sich gegenüberliegende Zylinderrohrenden auf. An den Zylinderrohrenden sind die Verschlussteile angeordnet, wobei an dem Zylinderrohrende das Verschlussteil und an dem weiteren Zylinderrohrende das weitere Verschlussteil angeordnet ist. Das Zylinderrohrende und das weitere Zylin derrohrende werden nachfolgend zusammengefasst auch als die Zylinderrohr enden sowie das Verschlussteil und das weitere Verschlussteil nachfolgend zu sammengefasst auch als die Verschlussteile bezeichnet. Das Zylinderrohr und die hieran angeordneten Verschlussteile bilden einen Zylinderinnenraum aus.

Als weiteres Grundelement bildet die Kolbeneinheit in dem Zylinderinnenraum min destens einen Arbeitsraum aus. Vorzugsweise ist die Kolbeneinheit als eine Bau gruppe aus Kolben und Kolbenstange ausgebildet, wobei die Kolbenstange eines der Verschlussteile, das dann als Führungsverschlussteil vorliegt, gleitend durch setzt. Die Kolbeneinheit kann aber beispielsweise auch als Tauchkolben eines Plungerzylinders oder als eine Kolbeneinheit eines Gleichgangzylinders vorliegen.

Insbesondere ist der erfindungsgemäße Arbeitszylinder durch eine in besonderer Weise ausgebildete Kopplung zwischen dem Zylinderrohr und dem Verschlussteil gekennzeichnet. Das Zylinderrohr und das Verschlussteil werden zusammen auch als die Kopplungspartner bezeichnet.

Hierfür weist der Zylinder einen Kopplungsabschnitt auf. Der Kopplungsabschnitt wird durch das Verschlussteil und den Zylinderrohrendabschnitt ausgebildet.

Der Zylinderrohrendabschnitt weist einen Zylinderrohrgewindeabschnitt, einen Zylinderrohrzwischenabschnitt und ein Zylinderrohrende auf.

Das Verschlussteil weist ein Außengewinde und der Zylinderrohrgewindeabschnitt weist ein zu dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde auf, wobei das Außengewinde und das Innengewinde zusammen einen gemeinsamen Gewinde abschnitt ausbilden. Außengewinde und Innengewinde stehen in dem gemeinsamen Gewindeabschnitt miteinander im Eingriff. Der Gewindeabschnitt ist ausgebildet, das Verschlussteil und das Zylinderrohr formschlüssig zu koppeln und so insbesondere axiale Kräfte aufzunehmen, die aus dem Betriebsdruck des Druckmittels bei bestimmungsgemäßer Verwendung des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders resultieren.

Zudem ist das Zylinderrohrende mit dem Verschlussteil an einem zylinderrohr seitigen Adaptionskörperende mittels einer umlaufenden Ringschweißnaht stoff schlüssig verbunden. Die Ringschweißnaht ist hierbei als Laserringschweißnaht ausgebildet. Die Ringschweißnaht bildet eine druckmitteldichte Dichtebene aus. Die druckmitteldichte Dichtebene trennt den Arbeitsraum von der Umgebung und verhindert einen Austritt des Druckmittels.

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder ist ausgebildet, einen Entlastungsbetriebs zustand oder einen Lastbetriebszustand einzunehmen.

Als Entlastungsbetriebszustand wird der Betriebszustand verstanden, in dem kein oder nur ein geringer Betriebsdruck des Druckmittels anliegt.

Hierbei ist der Kopplungsabschnitt erfindungsgemäß so ausgebildet, dass in dem Entlastungsbetriebszustand von dem gemeinsamen Gewindeabschnitt keine axiale Zugkraft aufgenommen wird. Als axiale Zugkraft wird eine von dem Verschlussteil in distaler axialer Richtung, also von der Zylindermitte weg gerichtete Kraft verstan den.

Dem liegt zu Grunde, dass das Außengewinde und das Innengewinde eine gering fügige axiale Relativbewegung aufweisen, die bei Arbeitszylindern auch als Atmen bekannt sind. Diese geringfügige axiale Relativbewegung wird nachfolgend als axiales Spiel bezeichnet. Bei einer Zugkraft befindet sich das Außengewinde des Ver schlussteils in einer distalen Spielendlage und bei einer Druckkraft, also einer in Richtung Zylindermitte wirkenden Kraft, in einer proximalen Spielendlage. Dazwischen befindet sich die Spielzwischenlage. Etwaige axiale Zugkräfte werden in den Entlastungsbetriebszustand ausschließlich von der Ringschweißnaht aufgenom men. In dem Entlastungsbetriebszustand werden von dem gemeinsamen Gewinde- abschnitt definitionsgemäß keine axialen Zugkräfte aufgenommen, wobei hierbei von dem gemeinsamen Gewindeabschnitt entweder keine axialen Kräfte aufge nommen werden und sich das Verschlussteil in einer Spielzwischenlage befindet oder sogar umgekehrt axiale Druckkräfte aufgenommen werden können.

Als Lastbetriebszustand wird der Betriebszustand verstanden, in dem der volle oder ein hoher Betriebsdruck des Druckmittels anliegt.

Der Kopplungsabschnitt ist so ausgebildet, dass in dem Lastbetriebszustand die Ringschweißnaht und der gemeinsame Gewindeabschnitt jeweils eine axiale Zug kraft aufnehmen. Dies bedeutet, dass durch die auf das Verschlussteil durch den Betriebsdruck des Druckmittels wirkenden hohen axialen Zugkräfte zu einem ersten Teil durch die Ringschweißnaht und zu einem anderen Teil durch den gemeinsamen Gewindeabschnitt aufgenommen werden. Diese Kraftaufteilung wird erfin dungsgemäß dadurch erreicht, dass bei einem Übergang von dem Entlastungs betriebszustand in den Lastbetriebszustand und dem damit verbundenen Anstieg der axialen Zugkraft der zwischen dem Zylinderrohrgewindeabschnitt und dem Zylinderrohrende liegende Zylinderrohrzwischenabschnitt elastisch gedehnt wird. Diese Längenänderung innerhalb der Elastizitätsgrenze führt dazu, dass der gemeinsame Gewindeabschnitt in die distale Spielendlage geführt wird und ab diesem Zustand eine axiale Zugkraft aufnimmt. Ab diesem Zustand wird der Zylinderrohr zwischenabschnitt nicht weiter elastisch gedehnt und es sind die Ringschweißnaht als stoffschlüssige Kopplung und der gemeinsame Gewindeabschnitt als form schlüssige Kopplung gemeinsam an der Aufnahme der axialen Zugkräfte beteiligt.

Als erfindungsgemäße Abgrenzung von Entlastungsbetriebszustand und Last betriebszustand wird der Zustand verstanden, bei dem der Betriebsdruck des Druckmittels so groß ist, dass der gemeinsame Gewindeabschnitt beginnt einen Teil der axialen Zugkräfte aufzunehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung weist insbesondere die nachfolgend beschriebenen Vorteile auf. Ein erster besonderer Vorteil ist es, dass die axiale Zugkraft, die von dem gemein samen Gewindeabschnitt bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung infolge des Betriebsdrucks des Druckmittels aufgenommen werden muss, durch zwei erfin dungsgemäße Effekte wesentlich gemindert ist.

Zum Ersten entfällt vorteilhaft die axiale Vorspannung durch ein Anziehen der Schraubverbindung mit einem Anpressen der Ringkontaktflächen von Zylinderrohr und Verschlussteil, wie dies bei Schraubarbeitszylindern nach dem Stand der Technik der Fall ist. Diese axiale Vorspannung muss zusätzlich zu den Kräften aus dem Betriebsdruck aufgenommen werden können und mindert bei Schraubarbeitszylindern nach dem Stand der Technik die maximal aus dem Betriebsdruck aufnehmba- ren Kräfte ab. Erfindungsgemäß müssen daher von dem gemeinsamen Gewinde abschnitt lediglich die aus dem Betriebsdruck resultierenden axialen Zugkräfte auf genommen werden.

Zum Zweiten werden die aus dem Betriebsdruck resultierenden axialen Zugkräfte dann zusätzlich um einen von der Ringschweißnaht aufgenommenen Kraftanteil reduziert.

Dem liegt zu Grunde, dass als weiterer besonderer Vorteil eine Aufteilung der Kraft aufnahme der axialen Zuglast bei hohen Betriebsdrücken auf einerseits die Ring schweißnaht und andererseits den gemeinsamen Gewindeabschnitt ermöglicht wird.

Durch die Kraftaufteilung ist der gemeinsame Gewindeabschnitt weniger belastet als bei Schraubzylindern nach dem Stand der Technik. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, den gemeinsamen Gewindeabschnitt kürzer oder das Zylinderrohr dünn wandiger auszubilden. Dadurch wird teures Zylinderrohrmaterial eingespart, der Zeitaufwand für das spanende Einbringen des Gewindes wird reduziert und es werden zudem geringere Baugrößen des Arbeitszylinders bei gleichem Hub ermög licht. Zugleich ist durch die Kraftaufteilung aber auch die Ringschweißnaht geringer belastet als bei Schweißzylindern nach dem Stand der Technik. Dies ermöglicht vorteilhaft auch die Verwendung von dünnwandigeren Zylinderrohren, wodurch Material gespart und das Gewicht des Arbeitszylinders reduziert werden kann.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass durch die Geometrie des Zylinderrohrzwi- schenabschnitts die maximale axiale Kraft an der Ringschweißnaht eingestellt wer den kann. Hierbei kann insbesondere vorteilhaft das Verhältnis von Länge und Wandungsdicke so gewählt werden, dass die Elastizitätsgrenze zuverlässig eingehalten und die maximale axiale Kraft an der Ringschweißnaht begrenzt wird.

Gegenüber Schraubarbeitszylindern entfällt vorteilhaft zudem das Erfordernis einer Ausdrehsicherung, da dies in Funktionsintegration durch die Ringschweißnaht übernommen wird.

Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist der erfindungsgemäße Arbeits zylinder dadurch gekennzeichnet, dass in dem Entlastungsbetriebszustand der Zylinderrohrzwischenabschnitt eine Zugvorspannung aufweist und der gemeinsame Gewindeabschnitt eine axiale Druckkraft aufnimmt. Gemäß dieser Weiterbildung befindet sich der gemeinsame Gewindeabschnitt in dem Entlastungsbetriebszustand in einer proximalen Spielendlage. Diese Weiterbildung zeigt damit eine Lösung, bei der der Weg einer elastischen Dehnung des Zylinderrohrzwischen- abschnitts größtmöglich ausgebildet wird. Auf diese Weise kann ein hoher Kraftanteil der axialen Zugkraft über die Ringschweißnaht abgeleitet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch ge kennzeichnet, dass bei einem Wechsel von dem Entlastungsbetriebszustand in den Lastbetriebszustand der Zylinderrohrzwischenabschnitt für eine axiale Dehnung innerhalb seiner Elastizitätsgrenze ausgebildet ist.

Hierbei kann der Zylinderrohrzwischenabschnitt beispielsweise auch eine Wan dungsverjüngung aufweisen. Weiterhin kann eine Ausbildung des Zylinderrohrzwischenabschnitts in der Weise vorliegen, dass dieser in den Zylinderrohrgewindeabschnitt ganz oder teilweise integriert ist. Hierbei kann dann vorzugsweise das Innengewinde des Zylinderrohr abschnitts in distaler Richtung eine Gewindesteigung in der Weise aufweisen, dass diese in einem spannungsfreien Zustand eine leicht degressive Steigung sowie im Zustand der elastischen Dehnung eine lineare Steigung aufweist. Nach dieser Wei terbildung legen sich erst im Lastbetriebszustand die Flanken aller Gewindegänge vollständig an. Dadurch wird vorteilhaft eine noch weitergehende bauliche Verkürzung der Länge des Zylinderrohrendabschnitts erreicht. Alternativ oder kumulativ kann auch das Außengewinde des Verschlussteils in

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderrohrzwischenabschnitt eine Wandungsverjüngung aufweist.

Als Wandungsverjüngung wird eine Reduzierung der Wandungsstärke des Zylin derrohrs in dem Bereich des Zylinderrohrzwischenabschnitts verstanden. Vorteilhaft beträgt die Wandungsstärke des Zylinderrohrzwischenabschnitts 60 % oder weniger, besonders bevorzugt 40 % oder weniger der Wandungsstärke des Zylinder rohrs im Übrigen. Bevorzugt beträgt die Länge des Zylinderrohrzwischenabschnitts im Bereich der Wandungsverjüngung zudem mindestens das dreifache, besonders bevorzugt mindestens das fünffache der Wandungstärke des Zylinderrohrs im Bereich der Wandungsverjüngung. Durch die Wandungsverjüngung wird überra schend eine einfache aber zuverlässige Lösung aufgezeigt, die Belastung der Ringschweißnaht zu reduzieren. Dem liegt zu Grunde, dass in dem Lastbetriebszu stand der Zylinderrohrzwischenabschnitt axial elastisch gedehnt ist und hierbei eine Zugkraft auf die Ringschweißnaht überträgt. Je geringer die Wandungsstärke gewählt wird, umso geringer ist die bei gleichem elastischen Dehnungszustand übertragene Kraft. Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass die-Ringschweißnaht eine Ringschweißnahttiefe aufweist, die zu einer Zylinderrohrwandungsdicke ein Verhältnis von 1,1 bis 2,5 aufweist.

Die Ringschweißnaht weist in dieser Weiterbildung eine Neigung gegenüber der orthogonal zu der Hauptlängsachse stehenden Transversalebene auf. Dadurch wird eine Tiefe der Ringschweißnaht erreicht, die die Zylinderrohrwandungsdicke übersteigt, wobei je nach Neigungswinkel das 1,1 fache bis 2,5 fache der Zylinder rohrwandungsdicke vorliegt. Hiermit wird besonders vorteilhaft eine größere Ver bindungsfläche und somit eine höhere Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Verschlussteil und dem Zylinderrohr an dessen Zylinderrohrende bereitgestellt.

Entsprechend einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung ist der Arbeitszylinder dadurch gekennzeichnet, dass die Ringschweißnaht eine Ringschweißnaht mittelachse aufweist, die gegenüber eine Hauptlängsachse des Zylinderrohrs ein Ringschweißnahtneigungswinkel alpha von 20 bis 70 Grad aufweist.

Die Ringschweißnahtmittelachse der im Querschnitt V-förmigen Ringschweißnaht ist gegenüber der Transversalebene geneigt und schließt zu dieser den Ring schweißnahtneigungswinkel alpha von 20 bis 70 Grad ein. Es wurde gefunden, dass durch eine Neigung in diesem Bereich einerseits eine zusätzliche Festigkeits erhöhung erreicht wird, indem durch die Neigung die durch Zugspannungen und Beulungsspannungen vorliegenden Komponenten der mehrachsigen Belastung der Schweißnaht vorteilhaft aufgeteilt werden und andererseits eine ausreichend ge ringe Streckenenergie vorliegt, um eine je nach beabsichtigter Kraftaufteilung uner wünschte übermäßige Erwärmung des Zylinderrohrzwischenabschnitts beim Schweißen zu vermeiden.

Gemäß einer nächsten Weiterbildung weist der Arbeitszylinder an seinem weiteren Zylinderrohrendabschnitt einen weiteren Kopplungsabschnitt auf, der in entsprech ender Weise wie der erfindungsgemäße Kopplungsabschnitt ausgebildet ist. Die Beschreibungsinhalte zu dem erfindungsgemäßen Kopplungsabschnitt und zu des sen Vorteilen gelten somit in entsprechender Weise auch für den weiteren Kopp lungsabschnitt.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Arbeitszylinders.

Der durch dieses Verfahren hergestellte Arbeitszylinder weist die Merkmale auf, wie sie vorstehend beschrieben sind. Insoweit gelten die Beschreibungsabschnitte zu dem erfindungsgemäßen Arbeitszylinder in entsprechenderWeise ergänzend auch für das erfindungsgemäße Verfahren.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf: a) Aufschrauben des Zylinderrohrs mit seinem Zylinderrohrendabschnitt auf das Verschlussteil und Herstellen eines Eingriffs zwischen dem Innengewinde des Zy linderrohrgewindeabschnitts und dem Außengewinde des Verschlussteils und Her stellen des gemeinsamen Gewindeabschnitts, b) Herstellen eines Druckkontakts an einer axialen Ringkontaktfläche zwischen dem Zylinderrohrende und dem Verschlussteil, c) Beaufschlagen eines Anzugdrehmoments, Herstellen einer axialen Druckkraft und Herstellen einer axialen Stauchung des Zylinderrohrzwischenabschnitts, d) Durchführen eines Laserverschweißens des Zylinderrohrendes und des Ver schlussteils an der axialen Ringkontaktfläche mit thermischem Aufweichen und Ver formen des Zylinderrohrendes und des Verschlussteils in einem Nahbereich der axialen Ringkontaktfläche bei thermischer Dehnung und gleichzeitiger Entspannung der axialen Stauchung des Zylinderrohrzwischenabschnitts, e) Abkühlen unter Erstarrung des Zylinderrohrendes und des Verschlussteils in einem Nahbereich der axialen Ringkontaktfläche und Ausbilden der Ringschweiß naht und axialer thermischer Schrumpfung des Zylinderrohrzwischenabschnitts.

Die Verfahrensschritte werden nachfolgend im Einzelnen näher beschrieben. a) Aufschrauben des Zylinderrohrs mit seinem Zylinderrohrendabschnitt auf das Verschlussteil und Herstellen eines Eingriffs zwischen dem Innengewinde des Zylinderrohrgewindeabschnitts und dem Außengewinde des Verschluss teils und Herstellen des gemeinsamen Gewindeabschnitts

In dem Verfahrensschritt a) werden das Außengewinde des Verschlussteils und das Innengewinde des Zylinderrohrgewindeabschnitts zueinander in Eingriff ge bracht. Dann wird eine Verschraubung durchgeführt, so dass sich der gemeinsame Gewindeabschnitt ausbildet. Die Verschraubung wird fortgeführt, bis der Zylinder rohrendabschnitt mit seinem Zylinderrohrende am Verschlussteil anliegt. b) Herstellen eines Druckkontakts an einer axialen Ringkontaktfläche zwischen dem Zylinderrohrende und dem Verschlussteil,

Das Zylinderrohrende weist eine distal gerichtete axiale Zylinderrohrringfläche und das Verschlussteil eine proximal gerichtete axiale Verschlussteilringfläche auf, die sich einander gegenüberliegen im Verfahrensschritt b) zu einander in einen Druck kontakt gebracht werden. Beide Ringflächen bilden dann die gemeinsame Ring kontaktfläche aus. c) Beaufschlagen eines Anzugdrehmoments, Herstellen einer axialen Druckkraft und Herstellen einer axialen Stauchung des Zylinderrohrzwischen- abschnitts,

Im Verfahrenschritt c) erfolgt das Beaufschlagen eines Anzugsdrehmoments. Da durch wird zugleich eine axiale Druckkraft an der Ringkontaktfläche ausgebildet, so dass sich dort eine hohe Flächenpressung einstellt. Das Gewinde befindet sich in der distalen Spielendlage. Durch weiteres Anziehen der Schraubverbindung wird der Zylinderrohrzwischenabschnitt axial gestaucht, wobei es sich vorzugsweise um eine Stauchung ausschließlich im Elastizitätsbereich handelt. Nach diesem Verfah rensschritt befindet sich der Arbeitszylinder in einem Zustand der axialen Vorspan- nung. Durch den Grad der Stauchung lässt sich die spätere Aufteilung der axialen Zugkräfte zwischen der Ringschweißnaht und dem gemeinsamen Gewindeab schnitt beeinflussen. Mit zunehmender Stauchung erhöht sich der Anteil der bei dem fertigen Arbeitszylinder über die Ringschweißnaht übertragenen axialen Zug kraft. d) Durchführen eines Laserverschweißens des Zylinderrohrendes und des Ver schlussteils an der axialen Ringkontaktfläche mit thermischem Aufweichen und Ver formen des Zylinderrohrendes und des Verschlussteils in einem Nahbereich der axialen Ringkontaktfläche bei thermischer Dehnung und gleichzeitiger Entspannung der axialen Stauchung des Zylinderrohrzwischenabschnitts

Im Verfahrensschritt d) wird der Schweißlaser im Bereich der axialen Ringkontaktfläche appliziert. Durch die mit dem Laserstahl eingetragene Schweißenergie kommt es zu einer Erhitzung und somit zu einem thermischen Aufweichen des Materials des Zylinderrohrendes und des Verschlussteils in dem Nahbereich der axialen Ringkontaktfläche. Durch dieses Erweichen gibt das Material nach und die elastische Stauchung des Zylinderrohrzwischenabschnitts entspannt sich. Zudem wird der Zylinderrohrzwischenabschnitt durch Wärmeleitung aus dem Nahbereich des Zylinderohrendes ebenfalls mit Wärme beaufschlagt, so dass damit eine ther mische Dehnung bewirkt wird. Die Längenänderung durch die thermische Dehnung wird aufgrund der Erweichung des Materials in der Laserschweißzone, also im Nah bereich der axialen Ringkontaktfläche nicht behindert, so dass eine axiale Span nungsfreiheit erreicht werden kann. Hierbei kann durch den Grad der Wärmebeauf schlagung des Zylinderrohrzwischenabschnitts die spätere Aufteilung der aufzu nehmenden axialen Zugkräfte zwischen der Ringschweißnaht und dem gemein samen Gewindeabschnitt zielgerichtet beeinflusst werden. Eine stärke Erwärmung erhöht den Anteil der bei dem fertigen Arbeitszylinder über die Ringschweißnaht übertragenen axialen Zugkraft. Hierbei kann optional der Zylinderrohrzwischenabschnitt über den durch das Laserschweißen ohnehin anfallenden Wärmeeintrag zusätzlich erwärmt werden. Durch das Verpressen der Materialien an der Ringkontaktfläche im Verfahrensschritt c) wird zugleich vorteilhaft bei dem Verschweißen im Verfahrensschritt d) ein besonders zuverlässiger Stoffschluss erreicht und es werden nachteilige Luftein schlüsse vermieden. Damit wird eine hoch belastbare Ringschweißnaht erzielt. e) Abkühlen unter Erstarrung des Zylinderrohrendes und des Verschlussteils in einem Nahbereich der axialen Ringkontaktfläche und Ausbilden der Ringschweißnaht und unter axialer thermischer Kontraktion des Zylinderrohr- zwischenabschnitts

Im Verfahrensschritt e) wird eine Wärmeableitung durchgeführt, so dass das er weichte Material erstarrt und sich im Bereich der axialen Ringkontaktfläche die Ringschweißnaht als Laserschweißnaht und somit dort eine stoffschlüssige Ver bindung zwischen dem Verschlussteil und dem Zylinderrohr ausbildet. Bei der auch nach der Ausbildung der Ringschweißnaht fortgesetzten Abkühlung zieht sich der Zylinderrohrendabschnitt und hierbei insbesondere dessen Zylinderrohrzwischen- abschnitt zusammen. Durch den axialen Anteil dieser thermischen Kontraktion wird der gemeinsame Gewindeabschnitt aus dem Zustand der distalen Spielendlage herausgeführt und in die Spielmittellage oder - je nach der Länge der thermischen Kontraktion - sogar in die proximale Spielendlage gebracht. Der gemeinsame Gewindeabschnitt ist damit zuverlässig frei von einer axialen Zugvorspannung.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Verfahren dadurch ge kennzeichnet, dass der Verfahrensschritt e) als Verfahrensschritt e1) durchgeführt wird und dass im Verfahrensschritt e1) die axiale thermische Kontraktion bis zur Ausbildung einer axialen Zugvorspannung in dem Zylinderrohrzwischenabschnitt durchgeführt wird.

Nach dieser Weiterbildung befindet sich dann der gemeinsame Gewindeabschnitt in einer proximalen Spielendlage. Diese besondere Weiterbildung hat den Vorteil, dass bei einer axialen Kraftbeaufschlagung infolge des Betriebsdrucks zunächst die Zugkraft vollständig von der Ringschweißnaht aufgenommen wird und der gemein- same Gewindeabschnitt von der Zugkraft entlastet bleibt. Wenn bei einer Erhöhung der axialen Zugkraft die elastische Dehnung des Zylinderrohrzwischenabschnitts voranschreitet gelangt der gemeinsame Gewindeabschnitt zunächst in die Spiel endlage und nachfolgend erst in die distale Spielendlage. Erst bei einem weiteren Kraftanstieg beginnt die Kraftübertragung über den gemeinsamen Gewindeab schnitt. Ab diesem Punkt beginnt sich die Kraftübertragung zwischen der Ringnaht und dem gemeinsamen Gewindeabschnitt aufzuteilen. Während die Kraftübertragung über die Ringschweißnaht ab diesem Punkt im Wesentlichen nicht mehr an steigt, wird ein weiterer Anstieg der axialen Zugkraft über den gemeinsamen Ge windeabschnitt übertragen.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von

Fig. 1 Kopplungsabschnitt des Arbeitszylinders nach Verfahrensschritt a) bis c) - schematische Schnittansicht

Fig. 2 Kopplungsabschnitt des Arbeitszylinders nach Verfahrensschritt d)

- schematische Schnittansicht

Fig. 3 Kopplungsabschnitt des Arbeitszylinders nach Verfahrensschritt e)

- schematische Schnittansicht

Fig. 4 Kopplungsabschnitt des Arbeitszylinders im Übergang von dem Ent lastungsbetriebszustand in den Lastbetriebszustand

- schematische Schnittansicht

Fig. 5 Kopplungsabschnitt des Arbeitszylinders in dem Lastbetriebszustand

- schematische Schnittansicht Fig. 6 weiterer Kopplungsabschnitt des Arbeitszylinders in dem Lastbetriebszustand

- schematische Schnittansicht näher erläutert.

Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Be schreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dar gestellt sind.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel des Arbeitszylinders zugleich in Dar stellung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens in den verschiedenen Verfah rensschritten.

Fig. 1 zeigt den Arbeitszylinder im Bereich des Zylinderrohrendabschnitts 5a und des Verschlussteils 4a. in dem Zustand nach Durchführung der Verfahrensschritte a) bis c). Der Zylinderrohrendabschnitt 5a des Zylinders 3 gliedert sich in distaler Abfolge in den Zylinderrohrgewindeabschnitt 5.1a, den Zylinderrohrgewindeab schnitt 5.2a und das Zylinderrohrende 5.3a. Das Innengewinde 9a des Zylinderrohrgewindeabschnitts 5.1a und das Außengewinde 8a des Verschlussteils 4a wur den in Verfahrensschritt a) in Eingriff gebracht und bilden nun den gemeinsamen Gewindeabschnitt aus. Ferner wurde in Verfahrensschritt b) der Druckkontakt an einer axialen Ringkontaktfläche 11a zwischen dem Zylinderrohrende 5.3a und dem Verschlussteil 4a durch weiteres Verschrauben hergestellt. In Verfahrensschritt c) erfolgte durch das Beaufschlagen eines Anzugdrehmoments das Herstellen einer axialen Druckkraft, wie dies durch den Doppelpfeil veranschaulicht ist. Der gemein same Gewindeabschnitt wurde in den Zustand der distalen Spielendlage gebracht und es erfolgte die Verspannung des Zylinderrohrzwischenabschnitts 5.2a zwi schen dem Zylinderrohrgewindeabschnitt 5.1a und der axialen Ringkontaktfläche 11a und dadurch das Herstellen einer axialen Stauchung des Zylinderrohrzwi schenabschnitts 5.2a als dessen elastische Verformung. Die Geometrie der Paa- rung von Innengewinde 9a und Außengewinde 8a ist in allen Figuren schematisch und stark überhöht dargestellt, um die Spiellagen besser zu veranschaulichen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Verschlussteil 4a als ein Bodenver schlussteil ausgebildet, das zusammen mit dem Zylinderrohr 3 den Arbeitsraum 6.1 , hier als Kolbenraum, des Zylinderrinnenraums 6 ausbildet.

Fig. 2 zeigt den Arbeitszylinder nach Durchführung des Verfahrensschritts d) und zu Beginn des Verfahrensschritts e). Durch die Beaufschlagung mit einem Laser im Bereich der axialen Ringkontaktfläche 11a wurde das Material des Verschlussteils 4a und des Zylinderrohrs 3 am Zylinderrohrende 5.3a erweicht, welches sich infolge der Druckspannung verformt und somit eine axiale Streckung des Zylinderrohrzwi- schenabschnitts 5.2a unter axialer elastischer Rückverformung ermöglicht hat. In dem Bereich der bisherigen axialen Ringkontaktfläche 11a wurde nun die Ring schweißnaht 10a hergestellt. Der Zylinderrohrzwischenabschnitts 5.2a ist nun spannungsfrei und aufgrund dessen beginnender thermischen axialen Schrum pfung befindet sich der gemeinsame Gewindeabschnitt in einer Spielmittellage.

Fig. 3 zeigt den Arbeitszylinder nach Beendigung aller Verfahrensschritte a) bis e) in der Variante einer Zugvorspannung des Zylinderrohrzwischenabschnitts 5.2a. Nach weiterer axialer thermischen Schrumpfung des Zylinderrohrzwischenab schnitts 5.2a nach weiterer Abkühlung im Verfahrensschritt e) befindet sich der gemeinsame Gewindeabschnitt in der proximalen Spielendlage. Die an der Ring schweißnaht 10a angreifende Zugkraft ist durch den Pfeil an der Ringschweißnaht 10a dargestellt. Die drei entgegengesetzten kurzen Pfeile an den Gewindeflanken stellen die Übertragung der axialen Druckkraft über den gemeinsamen Gewinde abschnitt dar.

Im Entlastungsbetriebszustand erfolgt eine Übertragung von geringen axialen Kräf ten somit ausschließlich über die Ringschweißnaht 10a.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen den Arbeitszylinder unter Belastung. Den Darstellungen in Fig. 4 und Fig. 5 liegt zu Grunde, dass der Arbeitszylinder im vorliegenden Ausführungsbeispiel wie dies dem Regelfall entspricht mit Befesti gungsmodulen sowohl an der Kolbenstange als auch am Bodenverschlussteil ver sehen ist (nicht dargestellt). Als Befestigungsmodul wird ein Bauteil zur Kraftüber tragung von dem Arbeitszylinder auf Bauteile einer Anwendungsvorrichtung ver standen. In einer verbreiteten Bauform weist das Befestigungsmodul eine Bohrung - häufig auch als Auge bezeichnet - auf, in welche ein Sperrelement wie beispiels weise ein Bolzen eingeschoben werden kann. Das Sperrelement verbindet das kol benstangenseitige Befestigungsmodul formschlüssig mit einem Bauteil einer Anwendungsvorrichtung und gewährleistet im Betrieb die Kraftübertragung. Insbe sondere kann ein solches Befestigungsmodul als Gelenklager ausgebildet sein.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigt den Fall, bei dem das Druckmittel im Kolbenstangenraum unter Druck steht und im Kolbenraum entspannt ist. Der Arbeitszylinder erzeugt somit zwischen den Befestigungsmodulen eine Zugkraft um eine Einfahrbewegung auszuführen. Der auf die innere Ringfläche des weiteren Verschlussteils 4b - hier vorliegend als Führungsverschlussteil - wirkende Druck bewirkt eine distale axiale Kraft, die auf das Zylinderrohr 3 übertragen und von diesem zu dem Kopplungsab schnitt 7a weitergeleitet wird. Dort liegt als gegengerichtete Zugkraft an dem Verschlussteil 4a die mittels dessen Befestigungsmoduls an die Anwendungsvorrichtung übertragene Zugkraft an.

Fig. 4 zeigt den Arbeitszylinder im Zustand eines Übergangs von dem Entlastungs betriebszustand in den Lastbetriebszustand. Die überdas Zylinderrohr 3 übertra gene Zugkraft ist durch den Pfeil am Zylinderrohr 3 und die über das Befestigungs modul auf das Verschlussteil 4a wirkende Zugkraft ist durch den entgegenge richteten Pfeil dargestellt. Der Zylinderrohrzwischenabschnitt 5.2a ist als elastische Verformung axial getreckt. Der Druck des Druckmittels ist jedoch noch nicht so hoch, dass die maximale axiale Streckung des Zylinderrohrzwischenabschnitts 5.2a erreicht ist und dass sich der gemeinsame Gewindeabschnitt in einer Spielmittellage befindet. Die Kraft aus dem Druck des Druckmittels wird weiterhin ausschließlich von der Ringschweißnaht 10a aufgenommen. Fig. 5 zeigt den Arbeitszylinder im Lastbetriebszustand. Der Zylinderrohrzwischen- abschnitt ist aufgrund der hohen axialen Kräfte - dargestellt durch die Doppelpfeile - bei hohem oder vollem Betriebsdruck des Druckmittels im Kolbenstangenraum elastisch soweit gestreckt, dass der gemeinsame Gewindeabschnitt in die distale Spielendlage gebracht wurde. Zwischen dem Außengewinde 8a und dem Innen gewinde 9a werden nun zusätzlich Kräfte übertragen. Die drei kurzen Pfeile an den Gewindeflanken stellen die Übertragung der axialen Zugkraft über den gemein samen Gewindeabschnitt dar. Durch die Kraftübertragung über den gemeinsamen Gewindeabschnitt kann sich der Zylinderrohrzwischenabschnitt 5.2a nicht weiter dehnen, wodurch eine Überlastung der Ringschweißnaht 10a verhindert wird. Die insgesamt übertragene Zugkraft teilt sich nun auf in die zwischen der über die Ringschweißnaht übertragene Kraft und die über den gemeinsamen Gewinde abschnitt übertragene Kraft.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Arbeitszylinders, der einen weiteren Kopplungsabschnitt 7b aufweist, wobei hier ebenfalls der Lastbetriebszustand dar gestellt ist.

Im Beispiel gemäß Fig. 6 handelt es sich bei dem weiteren Verschlussteil 4b um ein Führungsverschlussteil, durch das eine Kolbenstange der Kolbeneinheit 2 führt. Bei dem weiteren Arbeitsraum 6.2 handelt es sich somit um den Kolbenstangenraum. Der weitere Zylinderendabschnitt 5b ist wie der Zylinderendabschnitt 5a ausgebildet und weist den weiteren Zylinderrohrgewindeabschnitt 5.1b, den weiteren Zylinder rohrgewindeabschnitt 5.2b und das weitere Zylinderrohrende 5.3b auf. Das weitere Außengewinde 8b und das weitere Innengewinde 9b stehen im Eingriff und bilden den weiteren gemeinsamen Gewindeabschnitt aus. Zugleich sind das Zylinderrohr 3 und das weitere Verschlussteil 4b über die weitere umlaufende Ringschweißnaht 10b formschlüssig gekoppelt. Das Druckmittel in dem weiteren Arbeitsraum 6.2 be wirkt durch den hohen Betriebsdruck, der im Lastbetriebszustand auf die innere Ringfläche des weiteren Verschlussteils 4b wirkt - dargestellt durch die zwei parall elen Pfeile - eine axiale distale Kraft an dem weiteren Verschlussteil 4b. Diese wird erstens über die weitere Ringschweißnaht 10b auf das Zylinderrohr 3 übertragen - dargestellt durch den langen Pfeil im Zylinderrohrzwischenabschnitt 5.2b. Dadurch entsteht eine Zugkraft im Bereich des weiteren Zylinderrohrzwischenabschnitts 5.2b, die diesen elastisch dehnt. Aufgrund der so eintretenden axialen Lagever schiebung zwischen dem weiteren Innengewinde 9b und dem weiteren Außenge winde 8b werden zweitens auch über den weiteren gemeinsamen Gewindeab schnitt Kräfte auf das Zylinderrohr 3 - dargestellt durch die drei kurzen Pfeile an den Gewindeflanken - übertragen. Ergänzend gelten die Beschreibungen zu dem Aufbau und der Funktion des Kopplungsabschnitts 7a gemäß den Fig. 1 bis 5 in entsprechender Weise auch für den weiteren Kopplungsabschnitt 7b gemäß Fig. 6.

Verwendete Bezugszeichen

1 Zylinder

2 Kolbeneinheit

3 Zylinderrohr 4a Verschlussteil

4b weiteres Verschlussteil 5a Zylinderrohrendabschnitt 5.1a Zylinderrohrgewindeabschnitt 5.2a Zylinderrohrzwischenabschnitt 5.3a Zylinderrohrende 5b weiterer Zylinderrohrendabschnitt

5.1 b weiterer Zylinderrohrgewindeabschnitt 5.2b weiterer Zylinderrohrzwischenabschnitt 5.3b weiteres Zylinderrohrende

6 Zylinderinnenraum

6.1 Arbeitsraum

6.2 weiterer Arbeitsraum 7a Kopplungsabschnitt

7b weiterer Kopplungsabschnitt 8a Außengewinde 8b weiteres Außengewinde 9a Innengewinde 9b weiteres Innengewinde 10a Ringschweißnaht 10b weitere Ringschweißnaht 11a axiale Ringkontaktfläche 12 Ringschweißnahtmittelachse