Kolben-Zylinder-Einheit mit gegen Verdrehung gesicherter Kolbenstange

Abstract

 Druckluftbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit (10), deren Kolbenstange (12) dadurch gegen Verdrehung gesichert ist, daß zumindest in dem den zugeordneten Zylinderdeckel (32) durchsetzenden Längenbereich (36) mehrere, über den Umfang der Kolbenstange verteilte, in Kolbenstangen-Längsrichtung verlaufende Kugellaufbahnen vorgesehen sind.
Auf der kolbenabgewandten Außenseite des Zylinderdeckels (32) ist ein von der Kolbenstange (12) durchsetzter Lager­bauteil (46) befestigt, der seinerseits in Ausrichtung zu den Kugellaufbahnen der Kolbenstange (12) mit Kugellauf­bahnen versehen ist, wobei in dem zwischen der Außenfläche der Kolbenstange (12) und der Innenfläche des Lagerbauteils (46) bestehenden Zwischenraum Reihen von auf den Kugellauf­bahnen der Kolbenstange (12) einerseits und den Kugellauf­bahnen des Lagerbauteils (46) andererseits abrollende Lager-­Kugeln (42) vorgesehen sind.
Im Verbindungsbereich zwischen dem Zylinderdeckel (32) und dem Lagerbauteil (46) ist in einer die Kolbenstange (12) mit radialem Abstand umgebenden umlaufenden Aufnahmenut (62) ein Lippen-Dichtring (60) mit einer der Querschnittsform der Kolbenstange (12) komplementär entsprechenden Durchtritts­öffnung vorgesehen, dessen Dichtlippen (68; 70) ins Innere der Kolben-Zylinder-Einheit (10) gerichtet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine druckluftbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Kolbenstange, die zumin­dest in dem den zugeordneten Zylinderdeckel durch eine Dichtung gegen den Austritt von Druckluft abgedichtet durchsetzenden Längenbereich einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt aufweist, dem ein drehfest mit dem Zylinder verbundener, von der Kolbenstange durchsetzter Lagerbauteil zugeordnet ist, der die Kolbenstange längsver­schieblich, gegen Drehung jedoch gesichert führt.

[0002] Die Kolbenstange von heute hergestellten druckmittelbeauf­schlagbaren Kolben-Zylinder-Einheiten, d.h. Pneumatik- oder Hydraulikzylindern, weisen zumindest in dem beim Arbeitshub den zugehörigen Zylinderdeckel durchsetzenden Längen­abschnitt eine zylindrische Form auf, welche die Abdichtung des zwischen der Kolbenstange und der Durchtrittsöffnung im Zylinderdeckel erforderlichen Spalts gegen Druckverlust und Austritt des Druckmittels mittels üblicher Ringdichtungen - seien es O-Ringe oder Lippen-Dichtringe - ermöglicht. Durch die zylindrische Form der Kolbenstange ist das aus dem Zylinder austretende Ende der Kolbenstange nicht gegen Ver­drehung gesichert, zumal ja der fest mit der Kolbenstange verbundene Zylinder eine konzentrisch kreisförmige Begren­zung aufweist, welche in Umfangsrichtung innerhalb des Zylinders ebenfalls nicht gegen Verdrehung gesichert ist. Wenn solche Kolben-Zylinder-Einheiten in Konstruktionen eingesetzt werden, in denen sie Bauelemente vorschieben und zurückziehen müssen, welche während des Hubes in einer relativ zur Längsmittelachse der Kolben-Zylinder-Einheit gegen Verdrehung exakt gesicherten Ausrichtung gehalten werden müssen, müssen zusätzliche Führungen vorgesehen werden, welche die Kolbenstange gegen Verdrehung sichern. Unabhängig davon, ob es sich um in Reihen- oder Parallel­anordnungen zur Kolbenstange vorgesehene und mit ihr ver­bundene Führungen handelt, vergrößert sich die Baulänge bzw. Baubreite der Kolben-Zylinder-Einheit erheblich. Außerdem wird der Aufbau der Kolben-Zylinder-Einheit komplexer und die Anzahl der erforderlichen Bauteile sowie der Aufwand für deren Bearbeitung und Montage erhöht sich im Vergleich zu einer nicht gegen Verdrehung gesicherten einfachen Kolben-Zylinder-Einheit wesentlich.

[0003] Aus der DE-OS 34 35 964 ist ein Vorschlag für die Ausge­staltung einer Kolben-Zylinder-Einheit der eingangs erwähn­ten Art bekannt, bei welcher die - im Querschnitt z.B. elliptische - Kolbenstange durch eine in dem von der Kolbenstange durchsetzten Zylinderdeckel eingesetzte Führungsbüchse mit komplementärem (elliptischem) Öffnungs­querschnitt gegen Drehung gesichert wird. Durch die flächige Aneinanderlage der Kolbenstange in der Führungs­büchse entsteht aber ein vor allem zu Beginn des Kolben­hubes, d.h. bei Betätigung des Zylinders aus der Ruhe­stellung wirksame Reibung (Ruhreibung), welche zu einer ruckweisen Bewegung der Kolbenstange führen kann, was für viele Anwendungsfälle unerwünscht ist. Über die Ausgestal­tung und Anordnung der den Austsritt des Druckmediums aus der Kolben-Zylinder-Einheit verhindernden Dichtung ist dieser Offenlegungsschrift nichts entnehmbar.

[0004] Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Zylinder-Einheit zu schaffen, in welcher eine die äußeren Abmessungen der Kolben-Zylinder-Einheit allenfalls geringfügig vergrößernde, die Kolbenstange gegen Drehung sichernde Eigenführung integriert ist, wobei die Drehsiche­rung keine Schwergängigkeit oder den Verlust von Druckluft zur Folge hat.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kolbenstange in dem den zugeordneten Zylinderdeckel durch­setzenden Bereich über den größten Teil des Umfangs von im Querschnitt kreisbogenförmigen Flächenabschnitten mit gleichem Kreis-Radius gebildet wird, die in gleichmäßigen Winkelabständen von radial vortretenden oder vertieften, in Längsrichtung verlaufenden Kugellaufbahnen bildenden Abschnitten unterbrochen sind, daß auf der kolbenabge­wandten Außenseite des Zylinderdeckels ein von der Kolben­stange durchsetzter Lagerbauteil befestigt ist, der seiner­seits in Ausrichtung zu den längsverlaufenden Kugellauf­bahnen Kugellaufbahnen aufweist, wobei in dem zwischen der Außenfläche der Kolbenstange und der Innenfläche des Lager­bauteils bestehenden Zwischenraum Reihen von auf den Kugel­laufbahnen der Kolbentange einerseits und den Kugellauf­bahnen des Lagerbauteils andererseits abrollenden Lager­Kugeln angeordnet sind, und daß im Verbindungsbereich zwischen dem Zylinderdeckel und dem Lagerbauteil in einer die Kolbenstange mit radialem Abstand umgebenden umlaufen­den Aufnahmenut ein Lippen-Dichtring mit einer der Quer­schnittsform der Kolbenstange komplementär entsprechenden Durchtrittsöffnung vorgesehen ist, dessen Dichtlippen ins Innere der Kolben-Zylinder-Einheit gerichtet sind. Die Kolbenstange ist also grundsätzlich ähnlich einer durch ein Linear-Bewegungslager mit Kugelführungen gegen Verdrehung gesicherten längsverschieblich geführten Welle ausgebildet, wobei aber das bei solchen Wellen nicht auftretende Problem der Abdichtung der Kolbenstange gegen den vom Druckmittel im Innern der Kolben-Zylinder-Einheit aufgebauten Druck durch einen speziellen Lippen-Dichtring mit der Quer­schnittsform der Kolbenstange angepaßter Durchtrittsöffnung gelöst wird.

[0006] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kolbenstange mit einer Anzahl von in gleichmäßigen Winkel­abständen versetzten, radial vorstehenden und in Arbeits­hubrichtung verlaufenden Längskeilen versehen, die jeweils beidseitig im Übergangsbereich zum anschließenden, im Quer­schnitt kreisbogenförmigen Flächenabschnitt mit den Kugel­laufbahnen versehen sind, wobei der Lagerbauteil in Aus­richtung zu den Längskeilen mit Längsnuten versehen ist, in denen die Kugellaufbahnen des Lagerbauteils vorgesehen sind. Diese Ausgestaltung mit einer den unter der Bezeich­nung "Ball Spline" bekanntgewordenen Linear-Bewegungslagern entsprechenden Drehsicherung hat sich bewährt. Bei Anord­nung von drei in Umfangsrichtung verlaufenden Längskeilen auf der Kolbenstange gewährleisten insgesamt sechs Reihen von am Umfang ausgerichteten Kugeln einerseits eine leichte Längsverschiebbarkeit, während andererseits ein Winkelspiel zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder auch bei hohen einwirkenden Momenten verhindert wird.

[0007] Alternativ kann die Ausgestaltung auch so getroffen sein, daß die Kolbenstange mit einer Anzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen versetzten, radial vertieften, die Kugel­laufbahnen bildenden Längsnuten versehen ist, denen in ent­sprechender Winkelversetzung in der Innenfläche des Lager­bauteils dessen Kugellaufbahnen bildende Längsnuten zuge­ordneten sind. Dieses vereinfachte Ausführungsbeispiel ist insbesondere in solchen Fällen geeignet, in denen ver­gleichsweise geringe in Umfangsrichtung wirkende und die Kolbenstange zu verdrehen versuchende Momente auftreten.

[0008] In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind - wie­derum in Übereinstimmung mit den erwähnten Linear-­Bewegungslagern-in Umfangsrichtung zu den Kugellaufbahnen versetzt tiefere Rückführ-Längsnuten in der Innenfläche des Lagerbauteils vorgesehen, die an ihren beiden Enden mit den benachbarten Enden der jeweils zugeordneten Kugellaufbahn verbunden sind, so daß die bei einem Hub der Kolbenstange an einem Ende der zugehörigen Kugellaufbahn im Lagerbauteil ankommenden Lager-Kugeln bei der Fortsetzung der Kolben­stangenbewegung in die Rückführ-Längsnuten verdrängt und über diese entgegen der Hubrichtung der Kolbenstange zurückgeführt werden.

[0009] Dabei ist es dann zweckmäßig, wenn den auf den Kugellauf­bahnen abrollenden und den in den Rückführ-Längsnuten zurückgeführten Reihen von Lager-Kugeln ein die Lager-­Kugeln im Lagerbauteil halternder Käfig zugeordnet ist, der in dem den Kugellaufbahnen der Kolbenstange gegenüber­ liegenden Bereichen jeweils einen Schlitz aufweist, durch welchen die Lager-Kugeln nur teilweise hindurchtreten können, während er im Bereich der Rückführ-Längsnuten jeweils zur Kolbenstange hin geschlossen ist. Somit ist eine Demontage des Lagerbauteils von der Kolbenstange mög­lich, ohne daß die Kugeln aus dem Lagerbauteil austreten können.

[0010] Wenn die Kolbenstange vorspringende Längskeile aufweist, ist der erfindungsgemäß vorgesehene Lippen-Dichtring vor­zugsweise so ausgebildet, daß er einen kreisförmig begrenz­ten Außendurchmesser aufweist, der größer als der über die Stirnfläche der Längskeile der Kolbenstange gemessene Durchmesser ist, und an dessen Rand eine an der zylindri­schen Innenfläche der Aufnahmenut abdichtende umlaufende elastische Dichtlippe vorgesehen ist, und daß entlang der der Querschnittsform der Kolbenstange komplementär ent­sprechend geformten inneren Durchtrittsöffnung eine weitere ringsum geschlossene und ununterbrochen auf der Außenfläche der Kolbenstange abdichtende elastische Dichtlippe vorge­sehen ist, wobei zwischen den beiden in gleiche Richtung weisenden Dichtlippen ein umlaufender, zum Zylinderinnern hin offener Druckraum gebildet ist, dessen zwischen der äußeren und der inneren Dichtlippe gemessene radiale Abmes­sungen in den den Längskeilen der Kolbenstange zugeordneten Bereichen geringer als in den in Umfangsrichtung dazwi­schenliegenden Bereichen sind.

[0011] Wenn die Kolbenstange dagegen mit einer Anzahl von die Kugellaufbahnen bildenden Längsnuten versehen ist, wird der Lippen-Dichtring so ausgebildet, daß er einen kreisförmig begrenzten Außendurchmesser aufweist, der größer als der Maximal-Durchmesser der Kolbenstange ist, und an dessen Rand eine an der zylindrischen Innenfläche der Aufnahmenut abdichtende umlaufende elastische Dichtlippe vorgesehen ist, und entlang der der Querschnittsform der Kolbenstange komplementär entsprechend geformten inneren Durchtrittsöff­ nung ist eine weitere ringsum geschlossen und ununter­brochen auf der Außenfläche der Kolbenstange abdichtende elastische Dichtlippe vorgesehen, wobei zwischen den beiden in gleiche Richtung weisenden Dichtlippen ein umlaufender, zum Zylinderinnern hin offener Druckraum gebildet ist, dessen zwischen der äußeren und der inneren Dichtlippe gemessene radiale Abmessungen in den den Längsnuten der Kolbenstange zugeordneten Bereichen größer als in den in Umfangsrichtung dazwischenliegenden Bereichen sind.

[0012] Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung zweier Aus­führungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher er­läutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer als Pneumatik­zylinder ausgebildeten Kolben-Zylinder-­Einheit, deren Kolbenstange in der erfin­dungsgemäßen Weise gegen Verdrehung gesichert ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den zur Abdichtung der Kolbenstange vorgesehenen Lippen-Dichtring, gesehen in Richtung des Pfeils 3 in Fig. 4;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Lippen-Dichtrings, gesehen in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 ein vergrößertes Detail des in Fig. 1 innerhalb des strichpunktierten Kreises 5 gelegenen Teils der Kolben-Zylinder-Ein­heit;

Fig. 6 einen Längsmittelschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer als Pneumatik­zylinder ausgebildeten Kolben-Zylinder-­Einheit, deren Kolbenstange in der erfin­dungsgemäßen Weise gegen Verdrehung gesichert ist;

Fig. 7 eine Schnittansicht, gesehen in Richtung der Pfeile 7-7 in Figur 6;

Fig. 8 eine Draufsicht auf den zur Abdichtung der Kolbenstange vorgesehenen Lippen-Dichtring, gesehen in Richtung des Pfeils 8 in Figur 9;

Fig. 9 eine Schnittansicht des Lippen-Dichtrings, gesehen in Richtung der Pfeile 9-9 in Figur 8; und

Fig. 10 ein vergrößertes Detail des in Figur 6 innerhalb des strichpunktierten Kreises 10 gelegenen Teils der Kolben-Zylinder-­Einheit.

[0013] Die in Figur 1 gezeigte, in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Kolben-Zylinder-Einheit ist ein mit Druckluft als Arbeitsmedium beaufschlagbarer doppelt wirkender Pneu­matikzylinder mit Endlagendämpfung, der bezüglich seines grundlegenden Aufbaus bekannten Pneumatikzylinder dieser Art entspricht, so daß sein Aufbau insoweit nicht im ein­zelnen beschrieben werden muß, zumal die erfindungsgemäß angestrebte Sicherung gegen Verdrehung seiner Kolbenstange 12 auch bei anderen Bauarten, z.B. einfach wirkenden und ungedämpften Pneumatikzylindern ebenso wie bei durch eine Hydraulikflüssigkeit als Arbeitsmedium beaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Einheiten in gleicher Weise verwirklichbar ist.

[0014] Die Kolben-Zylinder-Einheit 10 weist also den eigentlichen, an einem Ende durch einen geschlossenen Zylinderdeckel 14 und am anderen Ende durch einen mit einer im Querschnitt kreisförmigen mittigen Durchgangsöffnung 16 für die Kolben­stange 12 versehenen Zylinderdeckel 18 verschlossenen Zylinder 20 auf. In der zylindrischen Bohrung 22 des Zylin­ders ist ein die Bohrung in zwei größenveränderliche Arbeitsräume 24, 24′ unterteilender und an der die Bohrung begrenzenden Innenwand abdichtender Kolben 26 verschieblich gelagert. Der aus mehreren, nicht im einzelnen beschriebe­nen Teilen zusammengebaute Kolben 26 wird mittig vom im Durchmesser verringerten zylindrischen inneren Ende 28 der Kolbenstange 12 durchsetzt und durch eine auf das freie Ende aufgeschraubte Hülse 30 am Kolbenstangen-Ende gehalten.

[0015] Die in den Zylinderdeckeln 14 und 18 vorgesehenen Druck­luft-Anschlüsse 32, 34 sind in Fig. 1 nur gestrichelt ange­deutet.

[0016] Die Kolbenstange 12 weist in dem an den im Durchmesser ver­ringerten, zylindrischen Endabschnitt 28 anschließenden Bereich 36 - abweichend von der üblichen Kreisquerschnitts­form - den in Fig. 2 erkennbaren Querschnitt auf, bei dem von einem grundsätzlich kreisförmigen Grundquerschnitt jeweils um 120° in Umfangsrichtung zueinander versetzt Längskeile 38 radial vortreten, die in abgerundet in den kreisquerschnittsförmigen Wellenbereich übergehenden Über­gangsbereichen 40 Kugellaufbahnen für Reihen von Lager-­Kugeln 42 (Fig. 1) bilden, von denen also jeweils eine Reihe auf jeder Seite jedes Längskeiles liegt. Andererseits läuft jede Kugel-Reihe in je einer Längsnut 44 in einem umgebenden Lagerbauteil 46, welches zentriert im Zylinder­deckel 18 gehaltert und mit dem Zylinderdeckel gegen Drehung gesichert verschraubt ist. Diese Verschraubung erfolgt - im gezeigten Fall - mit Befestigungsschrauben 48, von denen in Fig. 1 lediglich eine gezeigt ist, und die gleichzeitig auch dazu dienen, die Kolben-Zylinder-Einheit 10 insgesamt in einer Durchgangsbohrung 50 in einer Teil einer größeren Konstruktion bildenden Halterungsplatte 52 zu befestigen, von der in Fig. 1 nur ein - strichpunktiert schraffierter - Teilbereich dargestellt ist.

[0017] In Fig. 1 ist die Kolbenstange 12 in der ganz in die Kolben-Zylinder-Einheit 10 zurückgezogenen Stellung gezeigt, in welcher der Arbeitsraum 24 seine maximale und der Arbeitsraum 24′ seine minimale Größe hat. Die Länge des mit den Längskeilen 38 versehenen Abschnitts 36 der Kolben­stange 12 ist so gewählt, daß er sich noch durch den Lager­bauteil 46 hindurch erstreckt und an dem in Fig. 1 links gelegenen Ende etwas aus dem Lagerbauteil 46 austritt. An den Abschnitt 36 schließt sich außen dann noch ein zylin­drischer Kolbenstangen-Abschnitt 54 an, auf dem ein von der Kolbenstange 12 je nach Beaufschlagung der Arbeitsräume 24, 24′ mit Druckluft hin bzw. her zu bewegender - nicht gezeigter - Bauteil montierbar ist, von dem angenommen sei, daß er seine relative Drehstellung in bezug auf die Längs­mittelachse der Kolben-Zylinder-Einheit 10 nicht ändern darf, weil er beispielsweise vorspringende Zapfen haben möge, die in der ganz ausgefahrenen Endstellung der Kolben­stange 12 in zugeordneten passenden Bohrungen eingreifen müssen.

[0018] Die Drehsicherung der Kolbenstange 12 erfolgt also durch die die Längskeile 38 seitlich abstützenden und ihrerseits in den Längsnuten 44 im Lagerbauteil 46 abgestützten Kugel-­Reihen. Beim Arbeitshub rollen die Lager-Kugeln 42 auf den zugeordneten Laufbahnen des Abschnitts 36 und des Lagerbau­teils 46 ab und ändern somit auch ihre Lage in Längsrich­tung. Um dies zu ermöglichen und die Kugeln trotzdem über die gesamte Länge des Lagerbauteils 46 zum Tragen zu brin­gen, sind zu den im Lagerbauteil 46 gebildeten Laufbahnen in Umfangsrichtung versetzt tiefere Rückführ-Längsnuten 56 vorgesehen, die an ihren Enden über nicht gezeigte kreis­bogenförmige Verbindungsabschnitte miteinander in Verbin­dung stehen, so daß bei der Abrollbewegung an einem Ende aus den Längsnuten 44 austretende Lager-Kugeln 42 über den jeweiligen Verbindungsabschnitt in die zugeordnete Rückführ-Längsnut übertreten und in dieser in entgegen­gesetzter Rollrichtung zum anderen Ende der Längsnut 44 zurückgeführt werden. Diese Rückführ-Längsnuten 56 sind so bemessen, daß sie die Lager-Kugeln vollständig aufnehmen, die also in diesen Bereichen nicht auf dem Kolbenstangen­Abschnitt 36 abrollen. Ein geeignet ausgebildeter Käfig 58 aus Kunststoff haltert die Lager-Kugeln 42 so, daß sie im Bereich der Längsnuten 44 teilweise durch jeweils einen dort vorgesehenen Schlitz zu den Kugellaufbahnen auf dem Kolbenstangen-Abschnitt 36 durchtreten können, während er die tieferen Rückführ-Längsnuten 56 gegen die Kolbenstange abschließt. Selbst bei vollständig aus dem Lagerbauteil 46 herausgezogener Kolbenstange 12 werden die Lager-Kugeln 42 also durch den Käfig 58 im Lagerbauteil 46 zurückgehalten, so daß also bei der Demontage oder Montage der Kolben­Zylinder-Einheit 10 nicht die Gefahr des Verlusts einzelner Lager-Kugeln 42 besteht. Im bisher beschriebenen Umfang entspricht die Verdrehsicherung der Kolbenstange 12 den unter der Bezeichnung "Ball Spline" von der Firma THK Europe GmbH, Düsseldorf gelieferten Linear-Bewegungslagern, welche also eine zentrisch geführte und gegen Verdrehung gesicherte Bewegung einer Welle in einem Lagerbauteil er­möglichen, aber keine axiale Dichtung gegen gasförmige oder flüssige Druckmittel erlauben.

[0019] Um diese bei Anwendung zur Verdrehsicherung einer Kolben­stange unabdingbare Abdichtung zu gewährleisten, ist erfin­dungsgemäß die in Fig. 3 und 4 gesondert dargestellte Lippen-Dichtung 60 in einer umlaufenden, am Nutgrund zylin­drischen Aufnahmenut 62 (Fig. 1 und 5) angeordnet, welche einerseits im Zylinderdeckel 18 und andererseits auf der Außenfläche des Kolbenstangen-Abschnitts 36 abdichtet.

[0020] Hierfür weist der Lippen-Dichtring einen äußeren kreisför­migen und einen inneren entsprechend der Querschnittsform des Kolbenstangen-Abschnitts 36 begrenzten radialen Abschnitt 64 auf der auf der dem Arbeitsraum 24 der Kolben-­Zylinder-Einheit gegenüberliegenden Seite von einer metal­lischen Stützscheibe 66 in der Aufnahmenut abgestützt wird. Die Stützscheibe ist zwischen einer Radialfläche des Zylin­derdeckels 18 und des Lagerbauteils 46 eingespannt gehal­ten. Eine am äußeren Umfang des radialen Abschnitts 64 an­gesetzte, in Richtung zum Arbeitsraum 24 weisende umlau­fende Dichtlippe 68 liegt unter Vorspannung dichtend an der Umfangs- oder Bodenfläche der Aufnahmenut 62 und eine der Umrißform der inneren Begrenzung folgende Dichtlippe 70 auf dem Kolbenstangen-Abschnitt 36 auf. Der aus elastomerem Kunststoff hergestellte Lippen-Dichtring 60 bildet also einen in Richtung zum Arbeitsraum 24 geöffneten umlaufenden Druckraum 72, in welchem sich der jeweils im Druckraum 24 herrschende Druck aufbaut und die Dichtlippen 68, 70 zusätzlich an die zugeordneten Dichtflächen anpreßt. Eine starke Anpressung der Dichtlippe 70 an den Kolbenstangen­Abschnitt 36 erfolgt aber nur dann, wenn der Arbeitsraum 24 mit Druckluft beaufschlagt wird, d.h. wenn die Kolbenstange ins Innere der Kolben-Zylinder-Einheit zurückgezogen wird. Die relative Bewegung zwischen dem Abschnitt 36 und der Dichtlippe 70 ist dann aber in Richtung des freien Endes der Dichtlippe gerichtet, wodurch deren Verschleiß nur relativ gering ist, sofern die Oberfläche des Kolben­stangen-Abschnitts 36 mit hinreichender Glätte ausgeführt ist. Wenn andererseits der Arbeitsraum 24′ mit Druckluft beaufschlagt wird, um die Kolbenstange 12 auszufahren, ist der Druckraum 24 entlüftet, d.h. es herrscht kein die Dichtlippe 70 mit zusätzlichem Druck auf der Oberfläche der Kolbenstange anliegender Überdruck. Auch insofern ist ein vorzeitiger Verschleiß der Dichtlippe nicht zu befürchten.

[0021] In den Figuren 6 bis 10 ist eine gegenüber der vorstehend in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Kolben-­ Zylinder-Einheit 10 abgewandelte Kolben-Zylinder-Einheit 10′ gezeigt, die sich jedoch nur in bezug auf die - vom Kreisquerschnitt abweichende - Querschnittsform des den Zylinderdeckel 18 durchsetzenden Längenbereichs der Kolben­stange 12 und die daraus resultierende abweichende Anord­nung der Kugellaufbahnen auf der Kolbenstange sowie eine entsprechend geänderte Form des Lippen-Dichtrings von der Kolben-Zylinder-Einheit 10 unterscheidet. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden daher nachstehend nur die erwähnten Abwandlungen beschrieben, während es im übrigen genügt, auf die vorausgehende Beschreibung der Kolben­Zylinder-Einheit 10 zu verweisen, zumal funktionell gleiche Teile der beiden Ausführungsbeispiele in den Zeichnungs­figuren 1 bis 5 einerseits und 6 bis 10 andererseits mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

[0022] Ein wesentlicher Unterschied der Kolben-Zylinder-Einheit 10′ im Vergleich zur Kolben-Zylinder-Einheit 10 besteht darin, daß anstelle der Längskeile 38 der Kolbenstange 12 des ersten Ausführungsbeispiels hier im Querschnitt kreis­bogenförmige konkave Längsnuten 39 (Figur 6 und 7) vorge­sehen sind, welche die kolbenstangenseitigen Kugellauf­bahnen bilden. Der mit diesen Kugellaufbahnen versehene Längenbereich 36′ (Fig. 7) der Kolbenstange 12 hat demgemäß einen etwas größeren Durchmesser als der Bereich 36 der Kolbenstange 12 der Kolben-Zylinder-Einheit 10. Dement­sprechend hat die auf der Kolbenstange abdichtende Dicht­lippe 70′ des Lippen-Dichtrings 60 (Figuren 8, 9 und 10) auch einen der Querschnittsform des Bereichs 36′ komplemen­tär entsprechenden Verlauf.

[0023] Im übrigen stimmen die beiden Ausführungsbeispiele 10 und 10′ weitgehend überein, wobei die bei der Kolben-Zylinder­Einheit 10 getroffene Ausgestaltung grundsätzlich für die Drehsicherung der Kolbenstange gegen höhere, sie zu verdre­hen suchende Momente geeignet ist, andererseits bei der Ausgestaltung gemäß der Kolben-Zylinder-Einheit 10′ der Lippen-Dichtring 60′ eine weniger komplexe und daher in der Herstellung einfachere Form hat.

Ansprüche

1. Druckluftbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Kolbenstange, die zumindest in dem den zugeordneten Zylinderdeckel durch eine Dichtung gegen den Austritt von Druckluft abgedichtet durchsetzenden Längenbereich einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt aufweist, dem ein drehfest mit dem Zylinder verbundener, von der Kolben­stange durchsetzter Lagerbauteil zugeordnet ist, der die Kolbenstange längsverschieblich, gegen Drehung jedoch gesichert führt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (12) in dem den zugeordneten Zylinder­deckel (18) durchsetzenden Bereich (36; 36′) über den größten Teil des Umfangs von im Querschnitt kreisbogen­förmigen Flächenabschnitten mit gleichem Kreisradius gebil­det wird, die in gleichmäßigen Winkelabständen von radial vortretenden oder vertieften, in Längsrichtung verlaufenden Kugel-Laufbahnen (40; 39) bildenden Abschnitten unter­brochen sind,
daß auf der kolbenabgewandten Außenseite des Zylinder­deckels (18) ein von der Kolbenstange (12) durchsetzter Lagerbauteil (46) befestigt ist, der seinerseits in Aus­richtung zu den längsverlaufenden Kugellaufbahnen (40; 39) Kugellaufbahnen (44) aufweist, wobei in dem zwischen der Außenfläche der Kolbenstange (12) und der Innenfläche des Lagerbauteils (46) bestehenden Zwischenraum Reihen von auf den Kugellaufbahnen (40; 39) der Kolbenstange einerseits und den Kugellaufbahnen (44) des Lagerbauteils (46) andererseits abrollenden Lager-Kugeln (42) angeordnet sind, und
daß im Verbindungsbereich zwischen dem Zylinderdeckel (18) und dem Lagerbauteil (46) in einer die Kolbenstange mit radialem Abstand umgebenden umlaufenden Aufnahmenut (62) ein Lippen-Dichtring (60) mit einer der Querschnittsform der Kolbenstange komplementär entsprechenden Durchtritts­öffnung vorgesehen ist, dessen Dichtlippen (68; 70; 70′) ins Innere der Kolben-Zylinder-Einheit (10; 10′) gerichtet sind.

2. Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Kolbenstange (12) mit einer Anzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen versetzten, radial vorstehen­den und in Arbeitshubrichtung verlaufenden Längskeilen (38) versehen ist, die jeweils beidseitig im Übergangsbereich zum anschließenden, im Querschnitt kreisbogenförmigen Flächenabschnitt mit den Kugellaufbahnen (40) versehen sind, und daß der Lagerbauteil (46) in Ausrichtung zu den Längskeilen mit Längsnuten versehen ist, in denen die Kugellaufbahnen (44) des Lagerbauteils ausgebildet sind.

3. Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Kolbenstange (12) mit einer Anzahl von in gleichmäßigen Winkelabständen versetzten, radial vertief­ten, die Kugellaufbahnen (39) bildenden Längsnuten versehen ist, denen in entsprechender Winkelversetzung in der Innen­fläche des Lagerbauteils (46) dessen Kugellaufbahnen (44) bildende Längsnuten zugeordnet sind.

4. Kolben-Zylinder-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung zu den Kugellaufbahnen versetzt tiefere Rückführ-Längsnuten (56) in der Innenfläche des Lagerbauteils (46) vorgesehen sind, die an ihren beiden Enden mit den benachbarten Enden der jeweils zugeordneten Kugellaufbahn (44) verbunden sind, so daß die bei einem Hub der Kolbenstange (12) an einem Ende der zugehörigen Kugellaufbahn im Lagerbauteil (46) ankom­menden Lager-Kugeln (42) bei der Fortsetzung der Kolben­stangenbewegung in die Rückführ-Längsnuten (56) verdrängt und über diese entgegen der Hubrichtung der Kolbenstange zurückgeführt werden.

5. Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß den auf den Kugellaufbahnen (40; 44; 39) abrollenden und den in den Rückführ-Längsnuten (56) zurück­geführten Reihen von Lager-Kugeln (42) ein die Lager-Kugeln im Lagerbauteil (46) halternder Käfig (58) zugeordnet ist, der in dem den Kugellaufbahnen der Kolbenstange (12) gegen­überliegenden Bereich jeweils einen Schlitz aufweist, durch welchen die Lager-Kugeln (42) nur teilweise hindurchtreten können, während er im Bereich der Rückführ-Längsnuten (56) jeweils zur Kolbenstange (12) hin geschlossen ist.

6. Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Lippen-Dichtring (60) einen kreisförmig begrenzten Außendurchmesser aufweist, der größer als der über die Stirnflächen der Längskeile der Kolbenstange (12) gemessene Durchmesser ist, und an dessen Rand eine an der zylinderischen Innenfläche der Aufnahmenut (62) abdichtende umlaufende elastische Dichtlippe (68) vorgesehen ist, und daß entlang der der Querschnittsform der Kolbenstange (12) komplementär entsprechend geformten inneren Durchtrittsöff­nung eine weitere ringsum geschlossene und ununterbrochen auf der Außenfläche der Kolbenstange abdichtende elastische Dichtlippe (70) vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden in gleiche Richtung weisenden Dichtlippen (68; 70) ein umlaufender zum Zylinderinnern hin offener Druckraum (72) gebildet ist, dessen zwischen der äußeren und der inneren Dichtlippe (68; 70) gemessene radiale Abmessungen in den den Längskeilen (38) der Kolbenstange zugeordneten Bereichen geringer als in den in Umfangsrichtung dazwischenliegenden Bereichen sind.

7. Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Lippen-Dichtring (60′) einen kreisförmig begrenzten Außendurchmesser aufweist, der größer als der Maximal-Durchmesser der Kolbenstange (12) ist, und an dessen Rand eine an der zylindrischen Innenfläche der Auf­nahmenut (62) abdichtende umlaufende elastische Dichtlippe (68) vorgesehen ist, und daß entlang der der Querschnitts­form der Kolbenstange (12) komplementär entsprechend geformten inneren Durchtrittsöffnung eine weitere ringsum geschlossen und ununterbrochen auf der Außenfläche der Kolbenstange abdichtende elastische Dichtlippe (70′) vorge­sehen ist, wobei zwischen den beiden in gleiche Richtung weisenden Dichtlippen (68; 70′) ein umlaufender, zum Zylinderinnern hin offener Druckraum (72) gebildet ist, dessen zwischen der äußeren und der inneren Dichtlippe gemessene radiale Abmessungen in den den Längsnuten (39) der Kolbenstange (12) zugeordneten Bereichen größer als in den in Umfangsrichtung dazwischenliegenden Bereichen sind.

Zeichnung