DE3443725C2 - Führungs- und Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungs- und Dichtungsanordnung für eine Kolbenstange, die das Gehäuse eines insbesondere pneumatischen Arbeitszylinders durchsetzt, mit einem dem Innern des Arbeitszylinders zugewandten inneren Dichtungsring, mit einem äußeren Abstreifring, und mit einer zwischen Dichtungsring und Abstreifring angeordneten Führungsbüchse.

Eine Führungs- und Dichtungsanordnung dieser Art geht aus der DE-GM 83 37 196 hervor. Sie ist regelmäßig in die stirnseitige Abschlußwand eines Arbeitszylinders eingesetzt, wobei sie die Kolbenstange umschließt und mehrere Funktionen hat. Zum einen schützt sie das Innere des Arbeitszylinders vor eindringenden Fremdkörpern wie Schmutz, Staub, Spänen od. dgl. Verantwortlich hierfür ist der Abstreifring. Zum anderen gewährleistet sie eine luftdichte Abdichtung des Innenraumes des Arbeitszylinders nach außen. Hierfür zeichnet der Dichtungsring verantwortlich. Letztlich dient die noch verbleibende Führungsbüchse zur Verschiebeführung der Kolbenstange, indem sie Querkräfte aufnimmt und so auch den Abstreifring und den Dichtungsring vor zu raschem Verschleiß schützt.

Von den Bestandteilen der Führungs- und Dichtungsanordnung unterliegt demzufolge die Führungsbüchse einer besonders starken Beanspruchung. Reibungsbedingt unterliegt sie einer gewissen Abnutzung, weshalb in der DE-GM 83 37 196 bereits vorgeschlagen worden ist, die Führungsbüchse mit einem Überzug aus verschleißfestem, gleitfähigem Kunststoff zu versehen. Dies verteuert natürlich die Herstellung und wird gleichwohl keine nennenswerte Verlängerung der Lebensdauer mit sich bringen, wenn die Kolbenstange im Betrieb hohen Querkräften unterliegt. Man stellt dann ein Auslaufen der Führungsbüchse fest, wie es auch schon in der DE-Z.: "Ölhydraulik und Pneumatik", 22 (1989), Nr. 8, Seite 453 unter Bezugnahme auf einige Ausführungsbeispiele von Dichtungs-, Abstreifer- und Stangenführungskombinationen dargelegt wird. Mit dem Auslaufen der Führungsbüchse ist ein überproportionaler Anstieg des Verschleißes am Abstreifring und am Dichtungsring zu beobachten.

Eine weitere Ursache für eine enorme Querbelastung und Verschleißtendenz der Führungsbüchse ist auf Fertigungs- und Montagetoleranzen des Arbeitszylinders zurückzuführen. Es ist kaum möglich, die Führungs- und Dichtungsanordnung, den sie aufnehmenden Gehäusedeckel und die Kolbenstange so zu installieren, daß sich eine exakt koaxiale Ausrichtung ergibt. Die daraus resultierende Exzentrizität führt zu Verspannungen mit erhöhter ungleichförmiger Radialbeaufschlagung der Führungsbüchse.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Führungs- und Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Längere Lebensdauer verspricht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Führungsbüchse umfangsseitig von einem ring- oder hülsenförmigen Halterungsteil umfaßt ist, das zur Aufnahme radialer Belastungen der Führungsbüchse eine quernachgiebige elastische Aufhängung der Führungsbüchse bezüglich des Gehäuses bewirkt.

Auf diese Weise ergibt sich eine elastisch quernachgiebige Lagerung der Führungsbüchse, die sich somit in gewissem Rahmen an die Lage und Ausrichtung der Kolbenstange anpassen kann. Somit werden fertigungs- und montagebedingte Ausrichtungsfehler kompensiert, ebenso gewisse betriebsbedingte Querverlagerungen der Kolbenstange bei Beanspruchung durch hohe Querkräfte. In der Folge bleibt die Führungsbüchse vor einem starken lokalen Auslaufen verschont, was die Lebensdauer ihrer selbst wie auch diejenige des zugeordneten Abstreifringes und Dichtungsringes verlängert. Insgesamt kann sich eine pendelnde, nachgiebige, elastische Lagerung bzw. Aufhängung der Führungsbüchse ergeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Wenn der Dichtungsring ein integraler Bestandteil des Halterungsteils ist, stellt sich neben einer Reduzierung der Bauteile ein gegenseitiger Halteeffekt ein. Zur Verbindung mit der Führungsbüchse empfiehlt sich neben einem unmittelbaren Anformen ein Aufspannen auf dieselbe und/oder eine formschlüssige Verbindung mittels ineinander eingreifender Vorsprünge und Nuten.

Indem im Gegensatz zur DE-GM 83 37 196 die Festigkeit des Abstreifringes größer ist als die Festigkeit des weicheren Dichtungsringes, kann den unterschiedlichen Aufgaben besser Rechnung getragen werden. Allerdings ist es eine an sich bereits bekannte Tatsache, daß Schmutzabstreifer nur wenig elastisch, aber hoch verschleißfest sein sollten (CH-Z.: "technica", 1970, Nr. S. 103).

Eine weitere Reduzierung der Bauteile erhält man, wenn die Führungsbüchse und der Abstreifring einstückig miteinander ausgebildet sind. Die sich ergebende bauliche Einheit kann eine Führungsbüchse mit daran ausgebildeter Abstreiflippe sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen schematisch

Fig. 1einen Halbschnitt eines Ausführungsbeispiels der Führungs- und Dichtungsanordnung und

Fig. 2 eine Variante des Erfindungsgegenstandes in derselben Darstellungsweise.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Halbschnitt eines Teils eines Gehäusedeckels 1 eines pneumatischen Arbeitszylinders 2 mit einem Kolben 3, an dem eine Kolbenstange 4 zur Betätigung nicht gezeigter Arbeitseinrichtungen angreift.

Die Durchführung der Kolbenstange 4 durch den Zylinder 1 besteht in der Hauptsache aus einer Führungsbüchse 5, die aus einem verschleißfesten, harten bzw. starren, vorzugsweise glasfaserverstärkten Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften, d. h. mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten besteht. Diese Führungsbüchse 5 ist zum Innenraum des Arbeitszylinders 2 hin durch einen radialen Vorsprung 6 beim Einsetzen in den Zylinderdeckel 1 wegbegrenzt. Dieser Vorsprung 6 kann selbstverständlich auch in Richtung der oberen Zylinderseite verschoben sein bei entsprechend abgesetzter Führungsbüchse 5. Zum Innenraum des Arbeitszylinders 2 hin folgt auf die Führungsbüchse 5 ein Dichtungsring 8 aus weichelastischem Gummi zur radialen Abdichtung der Kolbenstange 4 gegen den in dem Arbeitszylinder 2 zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderdeckel 1 herrschenden pneumatischen Innendruck. An der gegenüberliegenden axialen Stirnseite ist an die Führungsbüchse 5 ein Abstreifring 9 zur Abdichtung der Kolbenstange 4 gegen Umgebungseinflüsse, d. h. gegen das Eindringen von Staub- oder Schmutzpartikeln und Fremdkörpern aller Art angesetzt, der mit der Führungsbüchse aus einem Stück besteht. Zur Erfüllung der Abstreiffunktion ist an der Führungsbüchse 5 eine Dichtungslippe 1 ausgebildet, die unter radialer Vorspannung die Kolbenstange 4 manschettenartig umschließt. Zur axialen Lagefixierung der Führungsbüchse 5 ist ein relativ zum Gehäusedeckel bewegbarer, an diesem festgelegter Anschlag 11 vorgesehen, der insbesondere dann aus der gezeigten Stellung entfernt werden kann, wenn die Führungsbüchse 5 mit dem Dichtungsring 8, der auch eine von der Darstellung gemäß Fig. 1 abweichende Konfiguration, z. B. einen sichelförmigen Querschnitt, aufweisen kann, ausgetauscht werden soll. Es ist zu diesem Zweck möglich, den als Abstreifring 9 ausgebildeten Abschnitt der Führungsbüchse 5 mit nicht dargestellten Ausnehmungen zum Ansatz geeigneter Werkzeuge zu versehen. Eventuell kann man auch auf den Anschlag verzichten.

Ferner kann bei einer weiteren Variante zur Erleichterung der Montage der Führungsbüchse 5 diese durch eine Axialebene zweigeteilt ausgeführt werden, wobei die axialen Schnittflächen vor der Montage mit einem Dichtfilm überzogen werden, wie auch die mit der Mantelfläche der Kolbenstange 5 korrespondierende innere Zylinderfläche der Führungsbüchse 5 mit einem reibungsmindernden Schmiermittel versehen ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der aus weichelastischem Gummi bestehende innere Dichtungsring 8 zu einem Halterungsteil in Gestalt einer Gummimanschette oder Halterungshülse 12 erweitert, die als Formkörper die Führungsbüchse 5 becherförmig umgibt. Die Führungsbüchse 5 und die Gummimanschette 12 sind hier durch Ringvorsprünge 13 der Führungsbüchse 5, die in entsprechende Nuten der Gummimanschette 12 eingreifen, formschlüssig miteinander verbunden und werden gemeinsam in den Gehäusedeckel 1 eingesetzt. Neben einer sehr guten Dichtwirkung hat diese Anordnung den Vorteil einer gummielastischen, pendelnden Lagerung der Führungsbüchse 5, so daß deren unerwünschte, radiale Beanspruchung praktisch vermieden werden kann, zumindest aber durch diese elastische Aufhängung der Führungsbüchse 5, die einer axialen Winkelbewegung der Kolbenstange in gewissem Umfange zu folgen vermag, wesentlich reduziert wird. Mit dieser Anordnung ist auch ein vorteilhafter Ausgleich von Fertigungstoleranzen, eine weniger enge Tolerierung führt im Endergebnis aber auch zu einer Senkung der Herstellungskosten.

Selbstverständlich können auch andere konstruktive Lösungen einer Gummilagerung der Führungsbüchse 5, z. B. durch Halterungsteile in Gestalt je eines äußeren koaxialen Dichtungsringes in der Nähe der inneren und äußeren Begrenzungsfläche des Zylinderdeckels 1, gewählt werden.

Bei der Variante nach Fig. 2 ist die Führungsbüchse 20 an der Kolbenstange 21 mit dem vom Zylinderinnenraum 22 weg nach außen hin angesetzten Abstreifring 23 einstückig ausgebildet. Die Anordnung besteht aus hartem Kunststoffmaterial, dessen Eigenschaften die Eigenschaften des bisher für Führungsbüchsen üblichen Sintermaterials ersetzen. Die Ausnehmung 24 im Zylinderdeckel 25 nimmt noch den Dichtungsring 26 an der dem Kolben 27 zugewandten Seite auf, der zum Abdichten des Zylinderinnenraumes 22 nach außen hin dient und aus weichem Kunststoff, Gummi od. dgl. besteht und der besseren Montage wegen mit der ebenfalls aus weichem Kunststoffmaterial, Gummi usw. bestehenden, auf die Führungsbüchse aufgespannten Halterungshülse 28 einstückig ist. Führungsbüchse 20 und Halterungshülse 28 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zylindrisch und zueinander konzentrisch, wobei die Halterungshülse 28 die Führungsbüchse 20 elastisch und z. B. auch kraftschlüssig umfaßt. 29 ist eine zur Abdichtung am Umfang der Kolbenstange anliegende Dichtlippe, 30 ist eine Abstreiflippe am Abstreifring 23, die das Eindringen von Schmutz in den Zylinderinnenraum verhindert.

Es wird somit eine Führungs- und Dichtungsanordnung als kompaktes Bauteil für die druckdichte Durchführung einer Kolbenstange durch einen Zylinderdeckel geschaffen, das durch abgestimmte, unterschiedliche Dichtmittel mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften an den Grenzflächen des Gehäuseteils eine hohe Verschleißfestigkeit besitzt und dessen Herstellung durch Verringerung der Teilezahl, vorteilhaften Materialeinsatz und die Möglichkeit der Zulassung größerer Fertigungstoleranzen wesentlich vereinfacht ist, ganz abgesehen davon, daß auch die Montage und der Ausbau sehr viel einfacher und zeitsparender ist.

Auf diese Weise kann ein Dicht- und Führungssystem vorliegen, welches zum Abstreifen einen härteren Werkstoff vorsieht und zum Dichten nach innen einen weichen Werkstoff wie bislang. Zusätzlich wird die Führungsfunktion durch eine Kunststoffbüchse verbessert, welche mit dem Abstreifring aus einem Teil besteht.

Ein besonderer Vorteil liegt in der elastischen Lagerung der Führungsbüchse durch eine Gummilagerung, so daß eine unerwünschte Seitenbeanspruchung der Führungsbüchse vermieden wird, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer des gesamten Dicht- und Führungssystems führt.

Die Herstellungskosten für einerseits das weiche Dicht- und Halterungsteil und andererseits für das harte Abstreif- und Führungsteil, in Gestalt von insgesamt nur zwei Einzelteilen, sind günstiger als Ausführungen, welche aus vier statt zwei Einzelteilen bestehen. Die Führungsbüchse mit Abstreifring ist bei Verschleiß von außen demontierbar um ersetzt zu werden. Beim Hineinschieben der neuen Anordnung in die Ausnehmung verwendet man Fett, um das Gleiten zu erleichtern.

Claims (8)

1. Führungs- und Dichtungsanordnung für eine Kolbenstange (4, 21), die das Gehäuse 1; 25 eines insbesondere pneumatischen Arbeitszylinders durchsetzt, mit einem dem Innern des Arbeitszylinders zugewandten inneren Dichtungsring (8; 26) mit einem äußeren Abstreifring (9; 23), und mit einer zwischen Dichtungsring (8; 26) und Abstreifring (9; 23) angeordneten Führungsbüchse (5; 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbüchse (5; 20) umfangsseitig von einem ring- oder hülsenförmigen Halterungsteil (12; 28) umfaßt ist, das zur Aufnahme radialer Belastungen der Führungsbüchse (5; 20) eine quernachgiebige elastische Aufhängung der Führungsbüchse (5; 20) bezüglich des Gehäuses (1; 25) bewirkt.

2. Führungs- und Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (8; 26) ein integraler Bestandteil des Halterungsteils (12; 28) ist.

3. Führungs- und Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungsteil (12; 28) auf die Führungsbüchse (5; 20) aufgespannt ist.

4. Führungs- und Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbüchse (5) mittels wenigstens eines in eine Ringnut eingreifenden Ringvorsprunges (13) formschlüssig mit dem Halterungsteil (12; 28) verbunden ist.

5. Führungs- und Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit des Abstreifringes (9; 23) größer ist als die Festigkeit des weicheren Dichtungsringes (8; 26).

6. Führungs- und Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbüchse (5; 20) und der Abstreifring (9; 23) einstückig miteinander ausgebildet sind.

7. Führungs- und Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbüchse (5; 20) und zweckmäßigerweise auch der Abstreifring (9; 23) aus Kunststoff bestehen.

8. Führungs- und Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungsteil (12; 28) und zweckmäßigerweise auch der Dichtungsring (8; 26) aus einem elastischen Material wie Gummi bestehen.