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Die
Erfindung betrifft eine Feststelleinheit, insbesondere für Druckmittelzylinder,
angeordnet innerhalb und/oder am Ende des Druckmittelzylinders, umfassend
mindestens ein Feststellelement für das Klemmen einer Kolbenstange,
wobei die Kolbenstange durch die Feststelleinheit hindurchgeführt ist,
mindestens ein Federelement, um das Feststellelement in einer Klemmposition
vorzuspannen, eine Druckmittelkammer, welche mit mindestens einem Anschluss
für ein
Druckmittel und/oder eine mechanische Entriegelungsvorrichtung verbunden
ist, welche zum Bewegen des Feststellelements in eine Entriegelungsposition
dient.
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Gewöhnlich wird
eine derartige Feststelleinheit in Verbindung mit einem Druckmittelzylinder
angewendet, um die Bewegung einer Kolbenstange zu blockieren, so
dass der Kolben, bzw. die Kolbenstange relativ zum Druckmittelzylinder
positionsfest ist. Während
des Gebrauchs eines Druckmittelzylinders ist die Kolbenstange durch
die Druckbeaufschlagung der entsprechenden Druckmittelkammern des
Zylinders frei beweglich, aber im Fall des inaktiven Zustands des
Zylinders muss der Kolben in vielen Anwendungen blockiert sein,
um eine sich nicht ändernde
Position des Kolbens und der entsprechenden Mechanik sicherzustellen.
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In
anderen Fällen
mit Zyklen von sich wiederholenden Bewegungen des Druckmittelzylinders, welche
mindestens eine Stop-Position als ein Teil des sich wiederholenden
Durchlaufes umfassen, ist es notwendig, einen Klemmmechanismus für eine Kolbenstange
anzuwenden, welcher durch ein Druckmittel einfach kontrolliert werden
kann, um die Kolbenstange zu klemmen und wieder freizugeben, wobei das
Druckmittel entweder mit dem System verbunden ist oder der Freigabemechanismus
manuell durch die Aktivierung einer Freigabeschraube oder ähnlichem
erfolgen kann. Häufig
sind derartige Feststelleinrichtungen installiert, um die Sicherheit
von mechanischen Systemen zu erhöhen,
in denen Druckmittelzylinder als Linearantrieb gebraucht werden,
beispielsweise während
einer Wartung, wenn der Bediener in das System eingreift.
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Der
Klemmeffekt kann nicht durch das Druckmittelsystem, welches den
Druckmittelzylinder versorgt, umgesetzt werden, weil die Nachgiebigkeit der
Druckmittelsäule
zu groß ist.
Daher ist ein direktes mechanisches Feststellsystem notwendig.
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Ein
weiteres Sicherheitsmerkmal ist die Klemmposition der Feststelleinrichtung
in einem entlüfteten
Zustand der Druckmittelkammer, welche gewöhnlich mit einer zentralen
Druckmittelversorgung verbunden ist, da im Fall eines Systemausfalls
die Kolbenstange blockiert ist und eine weitere, unkontrollierte
Bewegung des Linearsystems somit nicht möglich ist. Der Klemmeffekt
des Feststellelements bietet einen selbstverstärkenden Effekt, so dass bei einer
erhöhten
Haltekraft die Klemmkraft ebenfalls steigt, welche unabhängig von
der Federkraft ist.
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Gemäß dem Stand
der Technik ist in der Druckschrift
US 6 308 613 B1 ein Druckmittelzylinder offenbart,
welcher einen Feststellmechanismus aufweist. Der Feststellmechanismus,
welcher an das Gehäuse
eines Zylinders montiert wird, umfasst einen Drehpin für eine feststehende
Führung
und ein Feststellelement in seiner axialen Richtung. Ein Federelement
spannt das Feststellelement in seiner Drehrichtung um den Drehpin
vor. Eine Druckkammer zur Rückführung ist
an der Seite angeordnet, zu der das Feststellelement durch die Vorspannung
des Federelementes gedreht ist, und wendet ein Druckmittel an, um
das Feststellelement gegen die Kraft der Federvorspannung durch
die Druckbeaufschlagung zu bewegen. Es ist ein Absatz über der
Kolbenstange des Zylinders angeordnet, um eine innere Wandung der
rückführenden
Druckkammer zu bilden. Ein druckaufnehmendes Bauteil für die luftdichte
Abdichtung des Spaltes zwischen dem Feststellelement und der äußeren Oberfläche des
Absatzes und zwischen dem Feststellelement und der inneren Oberfläche der
rückführenden
Druckkammer ist derart angeordnet, dass das Feststellelement näher an der
rückführenden
Druckkammer angeordnet ist.
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Gemäß dem Stand
der Technik entstehen unterschiedliche Probleme hinsichtlich der
Konstruktion und der Funktion der offenbarten Feststelleinheit. Die
Konstruktion ist komplex, wobei insbesondere der Drehpin für eine unbewegliche
Unterstützung
des Feststellelementes in seiner axialen Richtung angewendet werden
muss. Der Drehpin muss von der Außenseite der Feststelleinheit
montiert werden. Darüber
hinaus muss der Drehpin die Möglichkeit
der Drehung des Feststellelementes bieten, wobei der Drehpin als
Rotationsmittelpunkt des Feststellelementes dient. Hinsichtlich
der Oberflächenqualität zur luftdichten
Abdichtung mit dem Dichtelement ist eine aufwendige Prozessführung der
Herstellung der dichtenden Oberfläche des Absatzes erforderlich.
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Ein
weiterer Nachteil entspringt aus der Tatsache, dass das Feststellelement
eine Blockierfunktion in nur eine Richtung bietet. Wenn sich die
Kolbenstange in die entgegengesetzte Richtung zum Federelement bewegt,
entsteht kein Klemmeffekt und die Kolbenstange läuft unbeeinflusst durch die Feststelleinheit.
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Damit
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Feststelleinheit
zu schaffen, welche eine einfache Konstruktion mit einem geringen
Montageaufwand aufweist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Feststelleinheit gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dieses
Ziel wird mit der Feststelleinheit des Anspruch 1 erreicht. Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass mindestens ein Feststellelement in
einer unbefestigten, schwebenden Position angeordnet ist, wobei
das Gehäuse
der Feststelleinheit mindestens eine Drehkante für die Führung der Drehbewegung des
mindestens einen Feststellelementes aufweist.
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Diese
Feststellanordnung bietet eine einfache Konstruktion des Feststellelementes,
weil kein Drehpin, keine Drehkugel oder dergleichen notwendig ist.
Damit wird die Montagetechnik vereinfacht, weil das Feststellelement
lediglich über
der Kolbenstange angeordnet werden muss, und keine weitere Montage
und Justagevorgang für
ein Drehelement notwendig ist. Um eine Drehbewegung in einem Rotationspunkt
sicherzustellen, ist anstelle eines Drehelementes eine Drehkante
angeordnet. Im Falle nur eines Feststellelementes ist die Drehkante
in der inneren Kontur des Gehäuses
der Feststelleinheit angeordnet, im Falle von zwei Feststellelementen
sind die Feststellelemente angrenzend aneinander angeordnet, wodurch
eine Drehkante an der inneren Kante der Kontur der Feststellelemente
entsteht.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispiels
sind zwei Feststellelemente in entgegengesetzter Richtung innerhalb
des Gehäuses
der Feststelleinheit angeordnet, wobei die Feststellelemente um
mindestens eine Drehkante drehen, um die Kolbenstange in beiden
Richtungen der Kolbenstangenbewegung zu klemmen. In diesem Ausführungsbeispiel
kann demnach die Kolbenstange in beiden Richtungen der Bewegung
geklemmt werden. Jedes Feststellelement klemmt die Kolbenstange
in einer entsprechenden Richtung, wobei beide Feststellelemente
gleichzeitig in ihrer Klemmposition geschwenkt sind, um ein absolut
starres System in jeder Richtung zu erhalten.
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Vorteilhafterweise
sind beide Feststellelemente durch eine gemeinsame Druckkammer druckbeaufschlagt,
um die Feststellelemente in eine Freigabeposition zu schwenken.
Aufgrund der Anordnung von zwei Feststellelementen in einer jeweils
gegenüberliegenden
Position wird die Druckkammer sowohl durch das linke Feststellelement
als auch durch das rechte Feststellelement gebildet, wodurch beide
Feststellelemente durch das Druckmittel der innenliegend eingeschlossenen
Druckmittelkammer druckbeaufschlagt sind. Mit dieser Anordnung wird sichergestellt,
dass bei einer Druckbeaufschlagung von nur einer Druckkammer einerseits
beide Richtungen der Bewegung freigegeben sind und andererseits
beide Richtungen der Bewegungen blockiert sind, wenn der einzelne
Druckanschluss in einem entlüfteten
Zustand ist.
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Es
ist ein Vorteil der Erfindung, dass eine Zentrierung des Feststellelements
relativ zur Kolbenstange durch mindestens ein Dichtelement sichergestellt
ist. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist
der Vorteil gegeben, dass die Zentrierung des Feststellelements
relativ zur Kolbenstange durch das innere Dichtelement und das äußere Dichtelement
sichergestellt ist, was hinsichtlich der Zentriergenauigkeit hinreichend
ist. Insbesondere Lippendichtungen sind vorteilhafte Dichtlösungen,
gekoppelt mit dem Merkmal der Zentrierung des Feststellelements,
weil die Kontur der Dichtung einen dichten Kontakt der Dichtoberfläche aufgrund
seiner großen
Nachgiebigkeit bietet.
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Gemäß eines
vorteilhaften Ausführungsbeispieles
schwenkt mindestens ein Federelement das Feststellelement in eine
Klemmposition, wobei das mindestens eine Federelement vorzugsweise
als Druckfeder ausgeführt
ist, und gemäß dem Fall
von zwei Feststellelementen eine Zugfeder zwischen den mindestens
zwei Feststellelementen angeordnet ist und beide Feststellelemente
in eine Klemmposition schwenkbar sind. Die Federelemente sind als
Spiralfedern ausgeführt,
und insbesondere im Fall von zwei Feststellelementen können die
Druckfedern durch die Anwendung einer Zugfeder zwischen beiden Feststellelementen
eingespart werden, wobei die Zugfeder beide Feststellelemente in
ihre Blockierpositionen schwenkt.
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Vorteilhafterweise
beträgt
die Haltekraft für beide
Bewegungen der Kolbenstange mindestens 500 N. Abhängig von
der Größe des Zylinders
ist eine Mindesthaltekraft von 500 N notwendig. Gleichermaßen sollte
die Haltekraft in einem abgeschalteten System, bei dem in den meisten
Fällen
Linearantriebe als Druckzylinder ausgeführt sind, in einem Bereich
von mindestens 500 N liegen.
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Es
ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass der Druck des Druckmittels
zur Druckbeaufschlagung der Druckmittelkammer maximal 1 bar beträgt. Abhängig von
der druckbeaufschlagten Oberfläche des
Feststellelementes und der notwendigen Haltekraft kann ein Druck
von 1 bar hinreichend sein, weil in einigen Fällen kein höherer Systemdruck zur Verfügung steht.
Aufgrund der Verbindung des Freigabedruckanschlusses zur Druckversorgung
des Druckzylinders, welcher ein Systemdruck von 1 bar aufweist,
arbeitet des Klemmsystem absolut zuverlässig und eine weitere Druckversorgung
ist nicht notwendig.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse der
Feststelleinheit zwei Freigabemittel auf, wobei ein Freigabemittel
als Anschluss für
ein Druckmittel nutzbar ist und ein weiteres Freigabemittel für eine mechanische
Freigabe vorgesehen ist, um die Feststelleinheit manuell freizugeben.
Alternativ zum Freigabesystem, welches ausschließlich auf der Druckbeaufschlagung
einer Druckkammer neben dem Feststellelement bzw. zwischen beiden
Feststellelementen angeordnet ist, kann ein mechanisches Freigabesystem
anstelle des Drucksystems oder zusätzlich zu diesem angewendet
werden. Die Konstruktion eines mechanischen Freigabesystems kann
auf einer Schraube beruhen, welche das mindestens eine Feststellelement
in eine relativ zur Kolbenstange senkrechten Position drückt, in
dem ein kegeliges Endstück
der Schraube genutzt wird. Wenn die Schraube eingeschraubt ist,
gibt die Feststelleinheit die Kolbenstange frei, und wenn die Schraube
nicht in Kontakt mit dem Feststellelement steht, ist die Kolbenstange
geklemmt durch mindestens ein Feststellelement.
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Vorteilhafterweise
ist das Gehäuse
der Feststelleinheit lösbar
am Ende des Druckmittelzylinders montiert. Dieses Ausführungsbeispiel
bietet eine modulare Konstruktion, wobei die Feststelleinheit an verschiedenen
Zylindern an der Endfläche
des Druckmittelzylinders montierbar ist. Als Alternative ist die
Feststelleinheit innerhalb des Gehäuses des Druckmittelzylinders,
insbesondere an der Kolbenstangenendseite des Druckmittelzylindergehäuses für einen
geringeren Platzbedarf und einer einfacheren Konstruktion angeordnet,
wobei diese Lösung kein
modulares Feststellsystem bietet.
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
sind in den Unteransprüchen
angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt. Es zeigt:
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1 eine
Ansicht einer Feststelleinheit mit einem Feststellelement für das Klemmen
der Kolbenstange in nur einer Richtung; und
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2 eine
Ansicht einer Feststelleinheit mit zwei Feststellelementen, welche
in entgegengesetzter Richtung angeordnet sind, um die Kolbenstange in
beiden Richtungen zur klemmen.
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In 1 ist
eine Ansicht einer Feststelleinheit 1 gezeigt. Die Feststelleinheit 1 ist
am Ende eines Druckmittelzylinders 6 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel
ist nur ein Feststellelement 2 zur Klemmung der Kolbenstange 3 in
eine Richtung angeordnet. In einem entlüfteten Zustand der Druckmittelkammer 4 ist
die druckbeaufschlagte Oberfläche 5 des
Feststellelements 2 nicht druckbeaufschlagt, und das Feststellelement 2 ist
in eine Klemmposition durch eine Feder 7 geschwenkt. Die Feder 7 schwenkt
die Feststelleinheit 1 um eine Drehkante 8, welche
in der inneren Kontur des Gehäuses 9 der
Feststelleinheit angeordnet ist. Das Feststellelement 2 schwenkt
nur um einen kleinen Betrag und eine gelenkförmige Verbindung, welche durch
die Drehkante 8 gegeben ist.
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In
diesem Zustand befindet sich das Feststellelement 2 unter
einem Winkel von weniger als 90° relativ
zur Kolbenstange 3, und eine angewinkelte Kontaktlinie, ähnlich eines
Schraubengewindes, entsteht zwischen dem Feststellelement 2 und
der Kolbenstange 3. Durch diesen schraubengewindeförmigen Kontakt
entsteht ein Klemmeffekt durch einen Hebeleffekt und der Kraftfluss
wird von der Kolbenstange 3 in das Feststellelement 2 eingeleitet, wobei
ein Halteeffekt auf die Kolbenstange 3 relativ zum Zylinder
in einer Richtung der Kraft der Kolbenstange sichergestellt ist.
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Das
Feststellelement 2 kann durch ein Freigabemittel 12 in
eine Freigabeposition überführt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Freigabemittel 12 als Schraube ausgeführt, welche zur
Schwenkung des Feststellelements 2 in eine senkrechte Position
relativ zur Kolbenstange 3 nutzbar ist. Die Schraube kann
ebenfalls als Druckmittelanschluss für die Druckbeaufschlagung der
Druckkammer 4 genutzt werden, um die Oberfläche 5 des Feststellelementes 2 mit
einem Druckmittel zu beaufschlagen. In beiden Fällen wird das Feststellelement gegen
die Kraft des Federelements 7 geschwenkt und verbleibt
in einer relativ zur Kolbenstange 3 vertikalen Position.
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Das
Feststellelement 2 weist ein inneres Dichtelement 10 und
ein äußeres Dichtelement 11 auf.
Beide Dichtelemente 10, 11 sind zur luftdichten Abdichtung
der Druckmittelkammer 4 vorgesehen. Darüber hinaus sind die Dichtelemente 10, 11 als Zentrierung
des Feststellelementes 2 relativ zur Kolbenstange 3 nutzbar.
Insbesondere ist eine zentrierte Position des Feststellelements 2 in
einer Freigabeposition notwendig, wenn das Feststellelement 2 senkrecht
zur Kolbenstange 3 angeordnet ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
in 2 zeigt eine Ansicht einer Feststelleinheit 1 mit
zwei Feststellelementen 2, angeordnet in entgegengesetzter
Richtung für
die Klemmung der Kolbenstange 3 in beiden Richtungen der
Bewegung. Aufgrund der Anordnung der Feststellelemente 2 ist
die Druckmittelkammer 4 durch ihre druckbeaufschlagten
Oberflächen 5 begrenzt,
wobei beide Feststellelemente 2 durch eine druckbeaufschlagte
Kammer 4 und ein mechanisches Freigabemittel 12 in
eine Freigabeposition gedreht sind.
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In
einer Klemmposition schwenken die Feststellelemente 2 in
eine Position mit einem Winkel von weniger als 90° relativ
zur Kolbenstange 3, wobei die Gelenkverbindung durch die
Drehkante 13 gebildet wird, welche die Drehverbindung für die Schwenkbewegung
aufweist. In dieser Position sind beide Bewegungsrichtungen der
Kolbenstange 3 blockiert, weil beide Feststellelemente 2 die
Kolbenstange über eine
schraubenförmige
Linie kontaktieren.
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Die
vorliegende Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel,
vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung
auch bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
gebrauch macht, womit die Erfindung ebenfalls für andere Feststelleinheiten
anwendbar ist.
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- 1
- Feststelleinheit
- 2
- Feststellelement
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Druckmittelkammer
- 5
- druckbeaufschlagte
Oberfläche
- 6
- Druckmittelzylinder
- 7
- Federelement
- 8
- Drehkante
- 9
- Gehäuse
- 10
- inneres
Dichtelement
- 11
- äußeres Dichtelement
- 12
- Entriegelungsmittel
- 13
- Drehkante