Kolben-Zylinder-Einheit mit gegen Verdrehung gesicherter Kolbenstange

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine druckmittelbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Kolbenstange, die zumindest in dem den zugeordneten Zylinderdeckel durch eine Dichtung gegen den Austritt von Druckmittel abgedichtet durchsetzenden Längenbereich einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt aufweist, dem ein mit dem Zylinder verbundener, von der Kolbenstange durchsetzter Lagerbauteil zugeordnet ist, welcher die Kolbenstange längsverschieblich führt, wobei die Kolbenstange in dem den zugeordneten Zylinderdeckel durchsetzenden Bereich über den größten Teil des Umfangs von im Querschnitt kreisbogenförmigen Flächenabschnitten mit gleichem Kreisradius gebildet ist, die in gleichmäßigen Winkelabständen von in Längsrichtung verlaufenden Kugellaufbahnen bildenden Abschnitten unterbrochen sind, und am Zylinderdeckel der von der Kolbenstange durchsetzte Lagerbauteil befestigt ist, der seinerseits in Ausrichtung zu den längsverlaufenden Kugellaufbahnen Kugellaufbahnen aufweist, und in dem zwischen der Außenfläche der Kolbenstange und der Innenfläche des Lagerbauteils bestehenden Zwischenraum Reihen von auf den Kugellaufbahnen der Kolbenstange einerseits und den Kugellaufbahnen des Lagerbauteils andererseits abrollende Lager-Kugeln angeordnet sind, und wobei im Zylinderdeckel in einer die Kolbenstange mit radialem Abstand umgebenden Aufnahmenut ein Dichtring mit einer der Querschnittsform der Kolbenstange komplementär entsprechenden Durchtrittsöffnung vorgesehen ist

[0002] Die Kolbenstange von heute hergestellten druckmittelbeaufschlagbaren Kolben-Zylinder-Einheiten, d.h. Pneumatik oder Hydraulikzylindern, weisen zumindest in dem beim Arbeitshub den zugehörigen Zylinderdeckel durchsetztenden Längenabschnitt in der Regel 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, müsen 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-A-3435 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 Austritt des Druckmediums aus der Kolben-Zylinder-Einheit verhindernden Dichtung ist dieser Offenlegungsschrift nichts entnehmbar.

[0004] Aus der US-A-3 994 539 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit der eingangs erwähnten Art bekannt, deren grundsätzlich kreisquerschnittsförmige Kolbenstange an gegenüberliegenden Seiten mit angeschliffenen Abflachungen versehen sein kann. Aus der Druckschrift ist nicht entnehmbar, ob diese Abflachungen lediglich als Laufbahnen für die die Kolbenstange im Gehäuse führenden Längskugellager dienen, oder ob sie im Zusammenwirken mit einer komplementären Durchtrittsöffnung des Zylinderdeckels oder des Außengehäuses der Längskugellager auch eine Drehsicherung der Kolbenstange bewirken sollen.

[0005] 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.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lagerbauteil drehfest auf der kolbenabgewandten Außenseite des Zylinderdeckels angeordnet ist, daß die Kugellaufbahnen im Querschnitt kreisbogenförmig konkav geformt sind, und daß der Dichtring im Verbindungsbereich zwischen Zylinderdeckel (18) und dem Lagerbauteil (46) angeordnet und als Lippen-Dichtring ausgebildet 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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 Durchtrittsöffnung 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] Die in den Zylinderdeckeln 14 und 18 vorgesehenen Druckluft-Anschlüsse 32, 34 sind in Fig. 1 nur gestrichelt angedeutet.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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 Kolbenstangen-Abschnitt 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 Kolben-Zylinder-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.

[0020] 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.

[0021] 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 Kolbenstangen-Abschnitt 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.

[0022] In den Figuren 6 bis 10 ist eine gegenüber der vorstehend in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschriebenen KolbenZylinder-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 Kolben-Zylinder-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.

[0023] 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.

[0024] Im übrigen stimmen die beiden Ausführungsbeispiele 10 und 10′ weitgehend überein, wobei die bei der Kolben-Zylinder-Einheit 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. Druckmittelbeaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit (10; 10′) mit einer Kolbenstange (12), die zumindest in dem den zugeordneten Zylinderdeckel (18) durch eine Dichtung gegen den Austritt von Druckmittel abgedichtet durchsetzenden Längenbereich einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt aufweist, dem ein mit dem Zylinder (20) verbundener, von der Kolbenstange (12) durchsetzter Lagerbauteil (18) zugeordnet ist, welcher die Kolbenstange (12) längsverschieblich führt, wobei die Kolbenstange (12) in dem den zugeordneten Zylinderdeckel (18) durchsetzenden Bereich (36; 36′) über den größten Teil des Umfangs von im Querschnitt kreisbogenförmigen Flächen-abschnitten mit gleichem Kreisradius gebildet ist, die in gleichmäßigen Winkelabständen von in Längsrichtung verlaufenden Kugellaufbahnen (40; 39) bildenden Abschnitten unterbrochen sind, und am Zylinderdeckel (18) der von der Kolbenstange (12) durchsetzte Lagerbauteil (46) befestigt ist, der seinerseits in Ausrichtung zu den längsverlaufenden Kugellaufbahnen (40, 39) Kugellaufbahnen (44) aufweist, und 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 abrollende Lager-Kugeln (42) angeordnet sind, und wobei im Zylinderdeckel (18) in einer die Kolbenstange mit
   radialem Abstand umgebenden umlaufenden Aufnahmenut (62) ein Dichtring (60) mit einer der Querschnittsform der Kolbenstange (12) komplementär entsprechenden Durchtrittsöffnung vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lagerbauteil (46) drehfest auf der kolbenabgewandten Außenseite des Zylinderdeckels (18) angeordnet ist,
daß die Kugellaufbahnen (40; 39) im Querschnitt kreisbogenförmig konkav geformt sind, und
daß der Dichtring im Verbindungsbereich zwischen dem Zylinderdeckel (18) und dem Lagerbanteil (46) angeordnet ist und als Lippen-Dichtring (60) ausgebildet 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 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 geschlossene und ununterbrochen auf der Außenfläche der Kolbenstange abdichtende elastische Dichtlippe (70) vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden in gleiche Richtung weisende 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.

Revendications

1. Ensemble à piston et cylindre (10;10′), susceptible d'être sollicité par un fluide sous pression, comportant une tige de piston (12), qui présente, au moins dans la zone longitudinale qui traverse le couvercle de cylindre (18) associé, de façon étanche au moyen d'un joint d'étanchéité empêchant toute sortie de fluide sous pression, une section transversale qui diffère de la section transversale circulaire et à laquelle est associée un élément de construction de palier (18), relié au cylindre (20) et traversé par la tige de piston (12), qui guide la tige de piston (12) dans un déplacement longitudinal, cette dernière étant formée, dans la zone (36;36") qui traverse le couvercle de cylindre (18) associé, sur la plus grande partie de la périphérie, de parties de surface à sections transversales en forme d'arc de cercle de même rayon, interrompues à intervalles angulaires réguliers par des sections qui forment des pistes de roulement à billes (40;39) qui s'étendent en direction longitudinale et l'élément de construction de palier (46) traversé par la tige de piston (12) étant fixé sur le couvercle de cylindre (18)) et présente, de son côté, des pistes de roulement à billes (44) alignées par rapport aux pistes de roulement à billes (40,39) longitudinales, et des séries de billes de palier (42), qui roulent d'une part sur les pistes de roulement à billes (40;39) de la tige de piston et d'autre part sur les pistes de roulement à billes (44) de l'élément de construction de palier (46) et sont disposées dans l'espace intermédiaire existant entre la surface extérieure de la tige de piston (12) et la surface intérieure de l'élément de construction de palier (46), et où une bague d'étanchéité (60) qui présente une ouverture de passage correspondante, complémentaire de la forme de section transversale de la tige de piston (12), est prévue dans le couvercle de cylindre (18), dans une gorge de réception (62) circulaire qui entoure la tige de piston à distance radiale, caractérisé en ce que l'élément de construction de palier (46) est disposé bloqué en rotation sur la face extérieure, éloignée du piston, du couvercle de cylindre (18), que les pistes de roulement à billes (40;39) sont d'une forme concave à section transversale en arc de cercle et que la bague d'étanchéité est disposée dans la zone de liaison entre le couvercle de cylindre (18) et l'élément de construction de palier (46) et réalisée sous forme d'une bague d'étanchéité à lèvres (60), dont les lèvres d'étanchéité (68;70;70′) sont orientées vers l'intérieur de l'ensemble à piston et cylindre (10;10′).

2. Ensemble à piston et cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige de piston (12) est pourvue d'un certain nombre de nervures longitudinales (38), distribuées à intervalles angulaires réguliers, qui font saillie radialement et s'étendent dans la direction de la course motrice, pourvues chacune, des deux côtés, dans la zone de transition vers la section de surface à section transversale en forme d'arc de cercle, de pistes de roulement à billes (40), et que l'élément de construction de palier (46) est pourvu de rainures longitudinales, en alignement avec les nervures longitudinales, dans lesquelles sont réalisées les pistes de roulement à billes (44) de l'élément de construction de palier.

3. Ensemble à piston et cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige de piston (12) est pourvue d'un certain nombre de rainures longitudinales, distribuées à intervalles angulaires réguliers, creusées radialement, formant les pistes de roulement à billes (39), auxquelles sont associées des rainures longitudinales distribuées, suivant un espacement angulaire correspondant, dans la surface intérieure de l'élément de construction de palier (46) et formant ses pistes de roulement à billes (44).

4. Ensemble à piston et cylindre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des rainures longitudinales de retour (56) plus profondes, décalées en direction circonférentielle par rapport aux pistes de roulement à billes sont prévues dans la surface intérieure de l'élément de construction de palier (46) et reliées, à leurs deux extrémités, aux extrémités voisines de la piste de roulement à billes (44) chaque fois associée, de sorte que les billes de palier (42) qui arrivent à une extrémité de la piste de roulement à billes correspondante ménagée dans l'élément de construction de palier (46), à l'occasion d'une course effectuée par la tige de piston (12), sont véhiculées dans les rainures longitudinales de retour (56) lors de la progression du mouvement de la tige de piston et retournées, par l'intermédiaire de ces dernières, dans le sens inverse du sens de la course de la tige de piston.

5. Ensemble à piston et cylindre selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'aux séries de billes de palier (42), qui roulent sur les pistes de roulement à billes (40;44;39) et aux séries de billes de palier (42), qui sont ramenées dans les rainures longitudinales de retour (56) est associée une cage (58), qui maintient les billes de palier dans l'élément de construction de palier (46) et présente, dans chaque zone opposée aux pistes de roulement à billes de la tige de piston (12) une fente, à travers laquelle les billes de palier (42) ne peuvent passer que partiellement, tandis qu'elle,est chaque fois fermée, dans la zone des rainures longitudinales de retour (56), vis-à-vis de la tige de piston (12).

6. Ensemble à piston et cylindre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité à lèvres (60) présente un diamètre extérieur circulaire réduit, supérieur au diamètre mesuré sur les surfaces frontales des nervures longitudinales de la tige de piston (12) et sur son bord étant prévue une lèvre d'étanchéité (68) élastique circulaire assurant l'étanchéité de la'surface intérieure cylindrique de la gorge de réception (62), et que, le long de l'ouverture de passage intérieure, à forme correspondante complémentaire de la forme de la section transversale de la tige de piston (12), est prévue une autre lèvre d'étanchéité (70) élastique, fermée sur son pourtour et assurant une étanchéité ininterrompue sur la surface extérieure de la tige de piston, où entre les deux lèvres d'étanchéité (68,70) tournées dans le même sens, est formée une enceinte de pression (72) circulaire, ouverte vers l'intérieur du cylindre, dont les dimensions radiales, mesurées entre les lèvres d'étanchéité extérieure et intérieure (68;70) sont moindres, dans les zones associées aux nervures longitudinales (38) de la tige de 'piston, que celles dans les zones intercalaires en direction circonférentielle.

7. Ensemble à piston et cylindre selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague d'étanchéité à lèvres (60′) présente un diamètre extérieur circulaire réduit, supérieur au diamètre maximal de la tige de piston (12), et sur son bord étant prévue une lèvre d'étanchéité (68) élastique circulaire assurant l'étanchéité de la surface intérieure cylindrique de la gorge de réception (62), et que, le long de l'ouverture de passage intérieure, à forme correspondante complémentaire de la forme de la section transversale de la tige de piston (12), est prévue une autre lèvre d'étanchéité (70′) élastique, fermée sur son pourtour et assurant une étanchéité ininterrompue sur la surface extérieure de la tige de piston, où entre les deux lèvres d'étanchéité (68,70′) tournées dans le même sens, est formée une enceinte de pression (72) circulaire, ouverte vers l'intérieur du cylindre, dont les dimensions radiales, mesurées entre les lèvres d'étanchéité extérieure et intérieure sont supérieures, dans les zones associées aux gorges longitudinales (39) de la tige de piston (12), à celles dans les zones intercalaires en direction circonférentielle.

Claims

1. Piston/cylinder unit (10;10′) which may be actuated by a pressure medium including a piston rod (12), which has a cross-section deviating from the circular at least in the longitudinal region which passes through the associated cylinder head (18) and is sealed against the discharge of pressure medium, associated with which cylinder head is a bearing member (18) which is connected to the cylinder (20) and through which the piston rod (12) passes and which longitudinally movably guides the piston rod (12), whereby the piston rod (12) is defined over the major portion of its periphery in the region (36;36′) passing through the associated cylinder head (18) by circular section surface portions of the same radius which are interrupted at uniform angular spacings by portions defining ball races (40;39) extending in the longitudinal direction and secured to the cylinder head (18) is the bearing member (46), through which the piston rod (12) passes, and which for its part has ball races (44) aligned with the longitudinally extending ball races (40,39) and rows of ball bearings (42) are disposed in the space between the outer surface of the piston rod (12) and the inner surface of the bearing member (46) running on the ball races (40;39) of the piston rod on the one hand and the ball races (44) of the bearing member (46) on the other hand, and whereby a sealing ring (60) with a hole corresponding to the cross-sectional shape of the piston rod (12) is provided in the cylinder head (18) in a peripheral receiving groove (62) surrounding the piston rod with a radial clearance, characterised in that the bearing member (46) is rotationally fixedly arranged on the outer surface of the cylinder head (18) directed away from the piston, that the ball races (40;39) are of concave circular shape in cross-section and that the sealing ring is arranged in the connecting region between the cylinder head (18) and the bearing member (46) and is constructed as a lip sealing ring (60), whose sealing lips (68;70;70′) are directed into the interior of the piston/cylinder unit (10;10′).

2. Piston/cylinder unit as claimed in claim 1, characterised in that the piston rod (12) is provided with a number of longitudinal splines (38) which extend in the direction of the working stroke and project radially and are offset at uniform angular spacings and are each provided on both sides with the ball races (40) in the transition region to the adjacent surface portion of circular cross-section and that the bearing member (46) is provided with longitudinal grooves which are in alignment with the longitudinal splines and in which the ball races (44) of the bearing member are constructed.

3. Piston/cylinder unit as claimed in claim 1, characterised in that the piston rod (12) is provided with a number of longitudinal grooves which constitute the ball races (39) and are radially recessed and which are offset at uniform angular spacings and associated with which at a corresponding angular spacing in the inner surface of the bearing member (46) are longitudinal grooves constituting its ball races (44).

4. Piston/cylinder unit as claimed in one of claims 1 to 3, characterised in that provided in the inner surface of the bearing member (46) there are deeper longitudinal return grooves (56) offset from the ball races in the peripheral direction which are connected at their two ends with the adjacent ends of the respective associated ball race (44) so that the ball bearings (42) which arrive at one end of the associated ball race in the bearing member (46) when the piston rod (12) performs a stroke are displaced into the longitudinal return grooves (56) as the movement of the piston rod continues and are returned via them against the direction of movement of the piston rod.

5. Piston/cylinder unit as claimed in claim 4, characterised in that associated with the rows of ball bearings (42), which run on the ball races (40;44;39) and are returned in the longitudinal return grooves (56), is a cage (58) which retains the ball bearings in the bearing member (46) and which, in each region opposed to the ball races of the piston rod (12), has a slot through which the ball bearings (42) can only partially pass whilst it is closed towards the piston rod (12) in the region of the longitudinal return grooves (56).

6. Piston/cylinder unit as claimed in claim 2, characterised in that the lip sealing ring (60) has a circular external diameter which is larger than the diameter measured over the end faces of the longitudinal splines on the piston rod (12) and on whose edge a peripheral, elastic sealing lip (68) is provided which seals on the cylindrical internal surface of the receiving groove (62) and that provided along the inner hole, which is shaped to correspond to the cross-sectional shape of the piston rod (12) there is a further elastic sealing lip (70) which is annularly closed and forms an uninterrupted seal on the outer surface of the piston rod, whereby defined between the two sealing lips (68;70), which are directed in the same direction, there is a peripheral pressure space (72) open to the interior of the cylinder whose radial dimensions measured between the outer and the inner sealing lip (68;70) in the regions associated with the longitudinal keys (38) on the piston rod are smaller than in the regions lying therebetween in the peripheral direction.

7. Piston/cylinder unit as claimed in claim 3, characterised in that the lip sealing ring (60′) has a circular external diameter which is larger than the maximum diameter of the piston rod (12) and on whose edge there is provided a peripheral elastic sealing lip (68) forming a seal on the cylindrical internal surface of the receiving groove (62) and that provided along the inner hole, which is shaped to correspond to the cross-sectional shape of the piston rod (12) there is a further annularly closed elastic sealing lip (70′) which forms an uninterrupted seal on the external surface of the piston rod, whereby defined between the two sealing lips (68;70′), which are directed in the same direction, there is a peripheral pressure space (72), which is open to the interior of the cylinder and whose radial dimensions measured between the outer and the inner sealing lip are larger in the regions associated with the longitudinal grooves (39) of the piston rod (12) than in the regions lying therebetween in the peripheral direction.

Zeichnung