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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verriegelungsmechanismus,
der bei einer fluiddruckbetätigten
Vorrichtung, die durch ein Druckfluid angetrieben wird, eingesetzt
wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen
Verriegelungsmechanismus, der in der Lage ist, die Verschiebung
eines Kolbens in einem Zylinderkörper
zu begrenzen.
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Eine
druckfluidbetätigte
Vorrichtung, bspw. einer Zylindervorrichtung, die durch ein Druckfluid angetrieben
wird, wird als Antriebsmechanismus zum Transportieren und Positionieren
eines Werkstücks
oder als Antriebsmechanismus zum Antreiben verschiedener Arten von
industriellen Maschinen eingesetzt.
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Bspw.
dient eine solche Zylindervorrichtung als fluiddruckbetätigte Vorrichtung
und weist einen Kolben auf, der in einer Axialrichtung eines Zylinderkörpers verschiebbar
ist. Wenn ein Druckfluid von einem Zufuhranschluss einer Zylinderkammer
zugeführt
wird, die zwischen dem Zylinderkörper
und dem Kolben ausgebildet ist, wird der Kolben durch die Druckwirkung
des Druckfluides entlang des Zylinderkörpers verschoben. Die oben
beschriebene Zylindervorrichtung weist in manchen Fällen einen
Verriegelungsmechanismus auf, der die Verschiebung des Kolbens begrenzt,
so dass ein durch die Zylindervorrichtung transportiertes Werkstück an einer
gewünschten
Position gehalten werden kann.
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Der
Verriegelungsmechanismus umfasst einen Halteabschnitt, der an einem
Ende des Kolbens vorsteht. Ein zylindrischer Puffer ist in einem
Loch, das an einem Ende des Zylinderkörpers gegenüber dem Halteabschnitt angeordnet
ist, angebracht. Wenn der Kolben verschoben wird, wird der Halteabschnitt
in den Puffer eingesetzt, wobei der Kontakt zwischen dem Halteabschnitt
und dem Puffer die Halterung bewirkt. Dementsprechend wird der Halteabschnitt
durch den Puffer gehalten, so dass ein verriegelter Zustand erreicht
wird, indem die Verschiebung des Kolbens, der den Halteabschnitt
aufweist, begrenzt ist (vgl. bspw. die
DE 299 20 639 U ).
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Bei
dem oben beschriebenen herkömmlichen
Design ist der den Verriegelungsmechanismus bildende Puffer aus
einem elastischen Material geformt, das diametral expandiert, um
den Halteabschnitt zu halten. Wenn der Verriegelungsmechanismus über mehrere
Jahre eingesetzt wird, kann an dem Puffer aufgrund des Kontaktes
zwischen dem Halteabschnitt und dem Puffer Abrieb, eine bleibende Durchbiegung
durch Ermüdung
und/oder ein Setzen auftreten. Außerdem kann die von dem Puffer
auf den Halteabschnitt ausgeübte
Haltekraft nachlassen. Als Folge hiervon kann es schwierig sein,
die Verschiebung des Kolbens zuverlässig zu begrenzen. Außerdem besteht
die Gefahr, dass die von dem Puffer in dem Verriegelungsmechanismus
auf den Halteabschnitt ausgeübte
Haltekraft und der Haltezustand zur Begrenzung der Verschiebung
des Kolbens instabil werden.
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Aus
der gattungsgemäßen
US-Patentschrift 3,397,620 ist
ein Design eines Verriegelungsmechanismus bekannt, bei dem zur Verriegelung
mehrere Kugeln verwendet werden, welche mit einem Verriegelungsschieber
in eine an dem Halteabschnitt vorgesehene Ringnut gedrängt werden
und eingreifen, wobei sie den Halteabschnitt arretieren. Zur Entriegelung
wird der Verriegelungsschieber mit einem Druckmittel beaufschlagt
und verfahren, so dass sich die Kugeln radial nach außen bewegen
können
und nicht mehr mit der Ringnut in Eingriff stehen.
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Eine ähnliche
Anordnung ist auch in der Offenlegungsschrift
DE 29 11 071 A1 beschrieben,
bei der für
eine Entriegelung ebenfalls eine Beaufschlagung eines Verriegelungsschiebers
mit einem Druckmittel erforderlich ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen einfach entriegelbaren
Verriegelungsmechanismus vorzuschlagen, der es ermöglicht,
die Verschiebung eines Kolbens zuverlässig und stabil zu begrenzen,
wobei die Haltbarkeit des Verriegelungsmechanismus verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Längsschnitt
durch eine Zylindervorrichtung mit einem Verriegelungsmechanismus
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung, die einen demontierten
Zustand eines Kolbens, einer Kolbenstange und des Verriegelungsmechanismus
der Zylindervorrichtung gemäß 1 zeigt,
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3 ist
ein vergrößerter Längsschnitt,
der bei der Zylindervorrichtung gemäß 1 einen
entriegelten Zustand zeigt, in dem die Kolbenstange aus der Verriegelung
durch den Verriegelungsmechanismus freigegeben ist,
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4 ist
ein vergrößerter Längsschnitt,
der einen Zustand zeigt, in dem die Kolbenstange gemäß 3 weiter
zu dem Verriegelungsmechanismus verschoben ist, wobei ein vorderes
Ende eines Verriegelungsstiftes in einen Halter eingesetzt ist,
und
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5 ist
ein vergrößerter Längsschnitt,
der den verriegelten Zustand zeigt, in dem die Kolbenstange durch
den Verriegelungsmechanismus gemäß 4 verriegelt
wird.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 eine Zylindervorrichtung mit einem
Verriegelungsmechanismus gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 1 dargestellt ist, umfasst die Zylindervorrichtung 10 ein
Zylinderrohr (Zylinderkörper) 12 mit
einer zylindrischen Form, eine Kopfabdeckung (Zylinderkörper) 14,
die an einem Ende des Zylinderrohres 12 angebracht ist,
und eine Stangenabdeckung 16, die an dem anderen Ende des
Zylinderrohres 12 angebracht ist. Die Zylindervorrichtung 10 umfasst
außerdem
einen Kolben 18, der in einer Axialrichtung in dem Zylinderrohr 12 verschiebbar
ist, eine mit dem Kolben 18 verbundene Kolbenstange 20 und einen
Verriegelungsmechanismus 22, der in der Kopfabdeckung 14 angebracht
ist und die Verschiebung des Kolbens 18 und der Kolbenstange 20 begrenzt.
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Dichtelemente 24 sind
in Ringnuten in beiden Endflächen
des Zylinderrohres angebracht. Die Dichtelemente 24 liegen
an Endflächen
der Stangenabdeckung 16 bzw. der Kopfabdeckung 14,
die an dem Zylinderrohr 12 angebracht sind, an, so dass das
Zylinderrohr 12 luftdicht abgedichtet wird.
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Erste
Anschlüsse
(Zufuhranschlüsse) 26, denen
von einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle Druckfluid
zugeführt
wird, sind in der Kopfabdeckung 14 ausgebildet. Das erste
Paar von Anschlüssen 26 ist
an beiden Seitenflächen
symmetrisch zu der Mittelachse der Kopfabdeckung 14 vorgesehen.
Die ersten Anschlüsse 26 kommunizieren mit
dem Inneren des Zylinderrohres 12 über erste Verbindungsdurchgänge 28,
die sich von Bodenbereichen der ersten Anschlüsse 26 in einer axialen Richtung
(Richtung der Pfeile A und B) der Kopfabdeckung 14 erstrecken.
Jeder der ersten Anschlüsse 26 kann
in Abhängigkeit
bspw. von der Einsatzart und -umgebung der Vorrichtung 10 ausgewählt und
verwendet werden, während
der jeweils andere erste Anschluss 26 durch einen Stopfen 26a verschlossen wird.
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Eine
Installationsöffnung 30,
die sich zu dem Zylinderrohr 12 (in Richtung des Pfeils
A) öffnet,
ist an einem im Wesentlichen zentralen Bereich der Kopfabdeckung 14 ausgebildet.
Der Verriegelungsmechanismus 22 ist in der Installationsöffnung 30 angebracht.
Der Verriegelungsmechanismus 22 ist derart in der Installationsöffnung 30 aufgenommen,
dass der Verriegelungsmechanismus 22 nicht von der Endfläche der
Kopfabdeckung 14 vorsteht.
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Wie
in den 1 bis 3 dargestellt ist, umfasst der
Verriegelungsmechanismus 22 einen Halter 32, der
aus einem Metallmaterial in zylindrischer Form mit Boden geformt
ist, wobei eine Vielzahl von Kugeln (Halteelemente) 36 innerhalb
von Kugellöchern 34 des
Halters 32 gehalten sind. Der Verriegelungsmechanismus 22 umfasst
außerdem ein
Verschiebungselement (Umwandlungselement) 38, das in axialer
Richtung verschiebbar und an einer äußeren Umfangsseite des Halters 32 angeordnet ist,
ein elastisches Element 40, das zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Verschiebungselementes 38 und der inneren Umfangsfläche der
Installationsöffnung 30 angeordnet
ist, und einen Befestigungsring 42, der in der Nähe einer Öffnung der
Installationsöffnung 30 angreift
und das Angreifen an bzw. Lösen
von dem Halter 32 begrenzt.
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Wie
in den 3 bis 5 dargestellt ist, besteht der
Halter 32 aus einem Grundkörperabschnitt 44,
einem Flanschabschnitt 46, der sich an den Enden des Grundkörperabschnitts 44 diametral erweitert
und an der Seite der Öffnung der
Installationsöffnung 30 angeordnet
ist, und einer Vielzahl von Kugellöchern 34, die an Grenzbereichen
zwischen dem Grundkörperabschnitt 44 und
dem Flanschabschnitt 46 entlang der Umfangsfläche des
Grundkörperabschnitts 44 ausgebildet
sind. Eine Stiftöffnung 50,
in welche ein Verriegelungsstift 48, der mit der Kolbenstange 20 verbunden
ist, eingesetzt wird, ist in dem Grundkörperabschnitt 44 ausgebildet.
Der innere Umfangsdurchmesser der Stiftöffnung 50 ist so gestaltet,
dass er etwas größer ist
als der äußere Umfangsdurchmesser
des Verriegelungsstiftes 48 (vgl. 5).
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Der
Flanschabschnitt 46 greift an einem gestuften Abschnitt 52 (vgl. 3)
an, der in der Nähe der Öffnung des
Installationsloches 30 ausgebildet ist. Außerdem greift
der Befestigungsring 42 in eine Ringnut, die an einer Seite
ausgebildet ist, die der Öffnung
näher liegt
als der gestufte Abschnitt 52. Dementsprechend wird der
Flanschabschnitt 46 des Halters 32 durch den in
der Ringnut angebrachten und radial nach innen vorstehenden Befestigungsring 42 befestigt.
Somit kann der Halter 32 nicht von dem Installationsloch 30 getrennt
werden. Mit anderen Worten wird die Verschiebung des Flanschabschnitts 46 in
der axialen Richtung innerhalb des Installationsloches 30 durch
den gestuften Abschnitt 52 und den Befestigungsring 42 begrenzt.
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Eine
Vielzahl von (bspw. vier) Kugellöchern 34 ist
in dem Grundkörperabschnitt 44 vorgesehen, wobei
die Kugellöcher 34 voneinander
gleiche Abstände
entlang der Umfangsfläche
des Grundkörperabschnitts 44 aufweisen
(vgl. 2). Die Kugellöcher 34,
die an der inneren Umfangsseite des Halters 32 (in Richtung
des Pfeils C1) angeordnet sind, haben Durchmesser, die sich zu der
inneren Umfangsseite des Grundkörperabschnitts 44 allmählich verringern.
Außerdem
haben die Kugellöcher 34,
die an der äußeren Umfangsseite
des Halters 32 (in Richtung des Pfeils C2) angeordnet sind,
Durchmesser, die so geformt sind, dass sie im Wesentlichen den Durchmessern
der Kugeln 36, die in die Kugellöcher 34 eingesetzt
sind, entsprechen.
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Das
bedeutet, dass die Kugeln 36 innerhalb der Kugellöcher 34 um
festgelegte Wege in radial nach innen gerichteter Richtung (Richtung
des Pfeils C1) des Grundkörperabschnitts 44 verschiebbar sind.
Die Kugeln 36 werden so gehalten, dass Teile der Kugeln 36 aus
den Kugellöchern 34 in
radial nach innen gerichteter Richtung des Grundkörperabschnitts 44 vorstehen
(vgl. 3). Umgekehrt sind aufgrund der Gestaltung der
Kugellöcher 34 die
Kugeln 36 radial nach außen (Richtung des Pfeils C2) relativ
zu dem Grundkörperabschnitt 44 verschiebbar.
Die Kugeln 36 sind so in dem Halter 32 angeordnet,
dass die Kugeln 36 einander relativ zu der Mittelachse
des Halters 32 gegenüberliegen.
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Das
Verschiebungselement 38 besteht aus einem metallischen
Material. Das Verschiebungselement 38 umfasst einen Zylinderabschnitt 54,
der gleitet, wobei er an der äußeren Umfangsfläche des Grundkörperabschnitts 44 des
Halters 32 anliegt, und einen diametral erweiterten Abschnitt 56,
der mit einem erweiterten Durchmesser an einem Ende des zylindrischen
Abschnitts 54 ausgebildet ist. Eine schräge Fläche 58 mit
einem Durchmesser, der sich zu dem zylindrischen Abschnitt 54 (in
Richtung des Pfeils B) allmählich
verringert, ist an einer inneren Umfangsseite des diametral erweiterten
Abschnitts 56 vorgesehen. Die Kugeln 36, die in
dem Halter 32 gehalten werden, liegen an der schrägen Fläche 58 an.
Insbesondere ist ein Zustand vorgesehen, bei dem äußere Umfangsflächen der
Kugeln 36 immer an der schrägen Fläche 58 des Verschiebungselementes 38 anliegen.
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Wie
in 3 dargestellt ist, ist der Neigungswinkel θ1 der schrägen Fläche 58 so
gewählt,
dass er relativ zu der Achse L des Verschiebungselementes 38 etwa
45° beträgt (θ1 ≈ 45°). Dementsprechend liegt
die schräge
Fläche 58 zuverlässig und
in geeigneter Weise an der Vielzahl von Kugeln 36 an, wodurch
es möglich
wird, die Kugeln 36 radial einwärts zu pressen (Richtung des
Pfeils C1).
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Das
elastische Element 40 wird in zylindrischer Gestalt bspw.
aus einem elastischen Material, wie Urethan, geformt. Das elastische
Element 40 übt eine
elastische Rückstellkraft
in einer axialen Richtung (Richtung des Pfeils A) aus. Das elastische
Element 40 ist so angeordnet, dass die innere Umfangsfläche des
elastischen Elementes 40 an der äußeren Umfangsfläche des
zylindrischen Abschnitts 54 des Verschiebungselementes 38 anliegt.
Außerdem
ist die äußere Umfangsfläche des
elastischen Elementes 40 um einen festgelegten Abstand
von der inneren Umfangsfläche
des Installationsloches 30 getrennt.
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Ein
Ende des elastischen Elementes 40 liegt an dem Bodenbereich
des Installationsloches 30 an, während sein anderes Ende kontinuierlich
an dem diametral erweiterten Abschnitt 56 des Verschiebungselementes 38 anliegt.
Das bedeutet, dass die Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40 das Verschiebungselement 38 zu
dem Zylinderrohr 12 (in Richtung des Pfeils A) presst und
drängt.
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Dementsprechend
wird das Verschiebungselement 38 durch die ausgeübte Druckkraft
zu dem Zylinderrohr 12 (in Richtung des Pfeils A) gedrängt, wodurch
das Verschiebungselement 38 durch die Druckkraft zu dem
Zylinderrohr 12 verschoben wird. Dementsprechend werden
die Kugeln 38 durch die schräge Fläche 58 immer in einer
radial nach innen gerichteten Richtung (Richtung des Pfeils C1)
gedrängt.
Als elastisches Element 40 kann bspw. eine Spulenfeder
oder dgl. anstelle des Urethanelementes eingesetzt werden. Das bedeutet,
dass es für
das elastische Element 40 ausreicht, eine Rückstellkraft aufzuweisen,
die in der Lage ist, das Verschiebungselement 38 zu dem
Zylinderrohr 12 (in Richtung des Pfeils A) zu pressen,
soweit das elastische Element 40 als Vorspannabschnitt
zum Drängen
des Verschiebungselementes 38 in axialer Richtung dient.
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Wie
in 1 dargestellt ist, ist die Stangenabdeckung 16 an
einer solchen Position angeordnet, dass die Stangenabdeckung 16 der
Kopfabdeckung 14 gegenüberliegt,
wobei das Zylinderrohr 12 dazwischen angeordnet ist. Eine
Stangenöffnung 60,
in welche die Kolbenstange 20 eingesetzt ist, ist an einem
im Wesentlichen zentralen Bereich der Stangenabdeckung 16 ausgebildet.
Eine Ringhülse 62 ist
in einer inneren Umfangsfläche
der Stangenöffnung 60 an
der Seite des Zylinderrohres 12 (in Richtung des Pfeils
B) angebracht. Eine Stangendichtung 64 ist vorgesehen,
wobei sie von der Hülse 62 einen festgelegten
Abstand aufweist. Die Kolbenstange 20 wird durch die Hülse 62 in
geeigneter Weise in axialer Richtung abgestützt, wobei ihre Möglichkeit
der Linearbewegung gewährleistet
wird. Die Stangendichtung 64 dient der Gewährleistung
der Luftdichtigkeit des Zylinderrohres 12. Außerdem wird
das Innere des Zylinderrohres 12 vor dem Eintreten von
Staub oder dgl., der an der Stangendichtung 64 anhaften kann,
geschützt.
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Enden
einer Vielzahl von Bolzen 66, die in die Kopfabdeckung 14 und
das Zylinderrohr 12 eingesetzt werden, werden auch in die
Stangenabdeckung 16 eingesetzt. Muttern 68 werden
von der Seite der Endfläche
der Stangenabdeckung 16 auf die Bolzen 66 geschraubt,
wodurch die Stangenabdeckung 16 in integrierter Weise befestigt
wird.
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Zweite
Anschlüsse
(Zufuhranschlüsse) 70 sind
in der Stangenabdeckung 16 ausgebildet. Ihnen wird Druckfluid
von einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle zugeführt. Die
zweiten Anschlüsse 70 sind
paarweise an beiden Seitenflächen,
die symmetrisch zu der Mittelachse der Stangenabdeckung 16 liegen,
vorgesehen. Die zweiten Anschlüsse 70 kommunizieren
mit dem Inneren des Zylinderrohres 12 über zweite Verbindungsdurchgänge 72,
die sich von Bodenbereichen der zweiten Anschlüsse 70 in axialer
Richtung der Stangenabdeckung 16 (Richtung des Pfeils B)
erstrecken. Jeder der zweiten Anschlüsse 70 kann in Abhängigkeit
von der Einsatzart und -umgebung der Zylindervorrich tung 10 ausgewählt und
verwendet werden, während
der jeweils andere zweite Anschluss 70 durch einen Stopfen 70a verschlossen
wird.
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Ein
Ende der Kolbenstange 20 greift in eine Vertiefung 74 ein,
die an einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Kolbens 18 von
einer Seite der Stangenabdeckung 16 vorgesehen ist. Der
Kolben 18 wird mit Hilfe eines Verriegelungsstiftes 48 an
der Kolbenstange 20 befestigt.
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Eine
Kolbendichtung 76 wird in einer Ringnut angebracht, die
an der äußeren Seitenfläche des
Kolbens 18 vorgesehen ist. Die Kolbendichtung 76 liegt an
der Innenwandfläche
des Zylinderrohres 12 an. Dementsprechend vollzieht die
Kolbendichtung 76 eine Gleitbewegung entsprechend der Verschiebung des
Kolbens 18, wobei das Zylinderrohr 12 luftdicht gehalten
wird.
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Somit
sind in dem Zylinderrohr 12 eine erste Zylinderkammer 78,
die von dem Kolben 18 und der Kopfabdeckung 14 verschlossen
wird, und eine zweite Zylinderkammer 80, die von dem Kolben 18 und der
Stangenabdeckung 16 verschlossen wird, ausgebildet. Dementsprechend
kommuniziert die erste Zylinderkammer 78 mit dem ersten
Anschluss 26 über den
ersten Verbindungsdurchgang 28, während die zweite Zylinderkammer 80 über den
zweiten Verbindungsdurchgang 72 mit dem zweiten Anschluss 70 kommuniziert.
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Der
Verriegelungsstift 48 besteht bspw. aus Kohlenstoffstahl,
der wärmebehandelt
wurde. Wie in den 3 bis 5 dargestellt
ist, umfasst der Verriegelungsstift 48 einen Gewindeabschnitt 84 an
seiner einen Endseite, der in eine Gewindeöffnung 82 der Kolbenstange 20 eingeschraubt
ist, und einen an dem anderen Ende des Verriegelungsstiftes 48 ausgebildeten
Befestigungsabschnitt 86, der in den in der Kopfabdeckung 14 angebrachten
Halter 32 eingesetzt wird. Ein Dämpferflansch 90, auf
dem eine Dämpferplatte 88 angebracht
ist, ist zwi schen dem Gewindeabschnitt 84 und dem Befestigungsabschnitt 86 ausgebildet.
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Der
Gewindeabschnitt 84 wird in eine Durchgangsöffnung 92,
die in einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Kolbens 18 ausgebildet
ist, eingesetzt und dann in die Gewindeöffnung 82 der Kolbenstange 20 eingeschraubt.
Dementsprechend ist der Kolben 18 zwischen dem Dämpferflansch 90 des Verriegelungsstiftes 48 und
dem Ende der Kolbenstange 20 angeordnet. Dadurch ist der
Kolben 18 über
den Verriegelungsstift 48 einstückig mit der Kolbenstange 20 verbunden.
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Der
Befestigungsabschnitt 86 hat eine säulenförmige Gestalt mit einem im
Wesentlichen konstanten Durchmesser. Eine ringförmige Kugelnut 94, die
einen reduzierten Durchmesser hat, ist an einem im Wesentlichen
zentralen Bereich des Befestigungsabschnitts in axialer Richtung
ausgebildet. Wie in 3 dargestellt ist, besteht die
Kugelnut 94 aus einem flachen Oberflächenabschnitt 96 mit
einem im Wesentlichen ebenen Querschnitt und einem Paar von schrägen Abschnitten 98a, 98b,
die angrenzend an den flachen Abschnitt 96 angeordnet und
um festgelegte Winkel geneigt sind, so dass die Durchmesser der
schrägen
Abschnitte 98a, 98b sich von dem flachen Abschnitt 96 allmählich erweitern.
Die schrägen
Abschnitte 98a, 98b sind an einem vorderen Ende
des Befestigungsabschnitts 86 (in Richtung des Pfeils B)
sowie an der Seite des Dämpferflansches 90 (in
Richtung des Pfeils A) ausgebildet.
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Wie
in 3 dargestellt ist, ist der Neigungswinkel θ2 des schrägen Abschnitts 98a so
gewählt, dass
er in einem Bereich von 30° bis
60° relativ
zu der Achse L des Verriegelungsstiftes 48 liegt (30° ≤ θ2 ≤ 60°). Vorzugsweise
liegt der optimale Neigungswinkel θ2 des schrägen Abschnitts 98a in
einem Bereich von 40 bis 50° (40° ≤ θ2 ≤ 50°). Wenn die
Vielzahl von Kugeln 86 mit Hilfe des schrägen Abschnitts 98a in
die Kugelnut 94 eingreift, wird der Verriegelungsstift 98 durch
eine von den Kugeln 36 radial nach innen (Richtung des
Pfeils C1) ausgeübte Druckkraft
in geeigneter Weise und zuverlässig
gehalten.
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Das
vordere Ende des Befestigungsabschnitts 80 weist eine sich
verjüngende
Form auf, wobei sich der Durchmesser zu dem Stiftloch 50 des Halters 32 allmählich verringert.
Wenn der Verriegelungsstift 48 in das Stiftloch 50 des
Halters 32 eingesetzt wird, liegt die Kugelnut 94 den
von dem Halter 32 an dieser Position gehaltenen Kugeln 36 gegenüber.
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Eine
Dämpfernut 100,
die radial nach innen zurückgesetzt
ist, ist an dem Dämpferflansch 90 ausgebildet.
Der Dämpferflansch 90 ist
in eine in der Dämpferplatte 88 vorgesehene Öffnung 88a eingesetzt,
wodurch ein Vorsprung 102 der Dämpferplatte 88 in
die Dämpfernut 100 eingreift.
Dementsprechend wird die Dämpferplatte 88 an
dem Verriegelungsstift 48 gehalten und ihre Verschiebung
in axialer Richtung wird begrenzt. Die Dämpferplatte 88 besteht
aus einem elastischen Material (bspw. Urethan oder Gummi) und hat
eine Plattenform. Eine Seitenfläche
der Dämpferplatte 88 liegt
an der Seitenfläche des
Kolbens 18 an, während
ihre andere Seitenfläche
an einer Endfläche
der Kopfabdeckung 14 an einer Verschiebungsendposition
anliegt, zu der der Kolben 18 zu der Seite der Kopfabdeckung 14 (in Richtung
des Pfeils B) verschoben wird (vgl. 1).
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Wie
oben beschrieben wurde, tritt der Kolben 18 an seinem Hubende
nicht in direkten Kontakt mit der Kopfabdeckung 14. Auf
den Kolben 18 ausgeübte
Stöße werden
durch die Dämpferplatte 88,
die aus einem elastischen Material besteht, gepuffert. Die Dämpferplatte 88 ist
vorgesehen, um Stöße zu Puffern.
Insbesondere soll die Dämpferplatte 88 auf
den Kolben 18 ausgeübte
Stöße Puffern.
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Wie
in 2 gezeigt ist, umfasst die Dämpferplatte 88 Reliefnuten 104,
die um eine festgelegte Tiefe zurückgesetzt sind und an der anderen
Seitenfläche
ausgebildet sind, um in Anlage mit der Kopfabdeckung 14 zu
treten. Die Reliefnuten 104 erstrecken sich im Wesentlichen
kreuzförmig,
so dass die Reliefnuten 104 relativ zu der Mitte der Öffnung 88a senkrecht
zueinander stehen. Dank der so vorgesehenen Reliefnuten 104 tritt
nicht die gesamte Endfläche
der Dämpferplatte 88 in
Kontakt, wenn die Dämpferplatte 88 an
der Kopfabdeckung 14 anschlägt. Vielmehr wird ein Zustand
erreicht, in dem Bereiche der Reliefnuten 104 von der Kopfabdeckung 14 getrennt
sind, so dass bei einer Verschiebung des Kolbens 18 in
einer Richtung (Richtung des Pfeils A) weg von der Kopfabdeckung 14 die
Dämpferplatte 88 aus
elastischem Material zuverlässig
von der Kopfabdeckung 14 getrennt sind.
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Außerdem ist
die Außenseitenfläche der Dämpferplatte 88 so
geformt, dass sie kleiner ist als die Außenseitenfläche des Kolbens 18.
Daher tritt die Außenseitenfläche der
Dämpferplatte 88 nicht
in Kontakt mit der Innenwandfläche
des Zylinderrohres 12. Wenn die Dämpferplatte 88 an
der Endfläche
der Kopfabdeckung 14 anschlägt, wird außerdem das erste Paar von Verbindungsdurchgängen 28,
die sich an der Endfläche öffnen, nicht
durch die Dämpferplatte 88 verschlossen.
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Die
Zylindervorrichtung 10 mit dem Verriegelungsmechanismus 22 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden die Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise
der Zylindervorrichtung 10 und des Verriegelungsmechanismus 22 erläutert. Die
Erläuterung
erfolgt unter der Annahme, dass der Kolben 18 in eine Ursprungsposition
zu der Stangenabdeckung 16 (in Richtung des Pfeils A) verschoben
ist. In dieser Situation wird die Verschiebung des Kolbens 18 nicht
durch den Verriegelungsmechanismus 22 begrenzt, so dass
der Kolben 18 frei verschiebbar ist.
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Wenn
von einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle Druckfluid
dem zweiten Anschluss 70 zugeführt wird, wird das Druckfluid
zunächst
von dem zweiten Anschluss 70 über den zweiten Verbindungsdurchgang 72 in
die zweite Zylinderkammer 80 eingeführt. Der Kolben 18 wird
durch den Druck des Druckfluides zu der Kopfabdeckung 14 (in
Richtung des Pfeils B) verschoben. Außerdem werden die Kolbenstange 20 und
der Verriegelungsstift 48, die mit dem Kolben 18 verbunden
sind, mit verschoben. In dieser Situation ist der erste Anschluss 26 zur
Umgebung offen.
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Wie
in 3 dargestellt ist, wird durch die Verschiebung
des Kolbens 18 der Verriegelungsstift 48 in Richtung
des Pfeils B zu dem Stiftloch 50 des Halters 32 verschoben.
Das vordere Ende des Verriegelungsstiftes 48 wird in das
Stiftloch 50 eingesetzt und weiter verschoben, wobei es
an den Kugeln 36 anliegt (vgl. 4). Das
vordere Ende des Verriegelungsstiftes 48 weist eine sich
verjüngende,
insbesondere konische Form auf. Daher wird eine Verschiebung bewirkt,
während
das vordere Ende die Kugeln 36 allmählich radial nach außen (Richtung des
Pfeils C2) presst. Die gepressten Kugeln 36 werden entlang
der Kugellöcher 34 radial
nach außen
(in Richtung des Pfeils C2) verschoben.
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Als
Folge hiervon wird das Verschiebungselement 38, das an
den äußeren Umfangsflächen der Kugeln 36 anliegt, über die
schräge
Fläche 58 in
einer Richtung weg von dem Zylinderrohr 12 (in Richtung
des Pfeils B) gedrückt.
Das Verschiebungselement 38 wird entgegen der Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40 von dem Zylinderrohr 12 weg
(in Richtung des Pfeils B) verschoben. In dieser Situation wird
das elastische Element 40 durch den über das Verschiebungselement 38 ausgeübten Druck
geschrumpft und in axialer Richtung zurückgezogen. Das elastische Element 40 wird
diametral erweitert, so dass das elastische Element 40 radial
nach außen expandiert.
Der äußere Umfangsbereich
des elastischen Elementes 40 wird in der Lücke zwischen
dem elastischen Element 40 und dem Installationsloch 30 aufgenommen
(vgl. 4).
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird der Verriegelungsstift 48 durch
den Druck des Druckfluides durch den Kolben 18 weiter zu
der Kopfabdeckung 14 (in Richtung des Pfeils B) verschoben.
Wenn die Dämpferplatte 88 an
der Endfläche
der Kopfabdeckung 14 anschlägt, ist ein Verschiebungsende
erreicht. In dieser Situation werden Stöße, die ausgeübt werden, wenn
der Kolben 18 an der Kopfabdeckung 14 anschlägt, durch
die Dämpferplatte 80 gepuffert.
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Wenn
der Kolben 18 an seiner Verschiebungsendposition ankommt,
wird die Kugelnut 94 des Verriegelungsstiftes 38,
der in den Halter 32 eingesetzt ist, an einer Position
platziert, an welcher die Kugelnut 94 der Vielzahl von
Kugeln 36 gegenüberliegt.
Das Verschiebungselement 38 wird durch eine von dem zurückgedrängten elastischen
Element 40 ausgeübte
Rückstellkraft
relativ zu den Kugeln 36 zu dem Zylinderrohr 12 (in
Richtung des Pfeils A) gepresst. Daher werden die Kugeln 36 durch
die Verschiebung des Verschiebungselementes 38 dank der schrägen Fläche 58 wieder
radial nach innen (Richtung des Pfeils C1) gedrückt und zurückgeführt. Im Einzelnen werden die
Kugeln 36 durch die schräge Fläche 58 des diametral
erweiterten Abschnitts 56 des Verschiebungselementes 38 radial
nach innen entlang der Kugellöcher 34 gepresst.
Die Kugeln 36 werden entlang des schrägen Abschnitts 98a der
Kugelnut 94 zu dem flachen Abschnitt 96 verschoben, so
dass die Kugeln 36 sowohl an dem flachen Abschnitt 96 als
auch dem schrägen
Abschnitt 98a angreifen.
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Dementsprechend
stehen Bereiche der Kugeln 36 an der inneren Umfangsseite
des Halters 32 über
die Kugellöcher 34 (in
Richtung des Pfeils C1) vor und greifen in die Kugelnut 94 des
Verriegelungsstiftes 48 ein. Somit wird durch den Eingriff
der Kugeln 36 in den Verriegelungsstift 98 eine
Verschiebung in axialer Richtung begrenzt. Die Größe der Druckkraft,
die auf die Kugeln 36 zu dem Verriegelungsstift 48 ausgeübt wird,
ist im Wesentlichen äquivalent
zu der Größe der Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40, die über das Verschiebungselement 38 auf
die Kugeln 36 übertragen
wird. Die durch die Kugeln 36 auf den Verriegelungsstift 48 ausgeübte Haltekraft
hat eine Größe, die
im Wesentlichen äquivalent
der Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40 ist. Daher wird der verriegelte
Zustand erreicht, in dem der Kolben 18 und die Kolbenstange 20,
die mit dem Verriegelungsstift 48 verbunden sind, durch
den Verriegelungsmechanismus 22 an einer Verschiebung in
axialer Richtung gehindert werden (vgl. 5).
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Bei
dieser Anordnung wandelt das Verschiebungselement 38 die
von dem elastischen Element 40 in axialer Richtung (Richtung
des Pfeils A) ausgeübte
Rückstellkraft
in eine Kraft in radialer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu
der Achse um, wobei diese Kraft als Druckkraft in radialer Richtung
(Richtung des Pfeils C1) auf die Kugeln 36 übertragen wird.
Mit anderen Worten dient das Verschiebungselement 38 als
ein Konvertierungsmechanismus, der eine Kraft von dem elastischen
Element 40 auf die Kugeln 36 überträgt, wobei er die Wirkrichtung
der Presskraft umwandelt.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Freigabe des verriegelten Zustands des Kolbens 18 und
der Kolbenstange 20, die durch den Verriegelungsmechanismus 22 an
einer Verschiebung gehindert werden, erläutert.
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Wenn
Druckfluid, das von einer nicht dargestellten Druckfluidzufuhrquelle
dem zweiten Anschluss zugeführt
wurde, durch Umschaltung bspw. eines nicht dargestellten Wegeventils
umgeschaltet und dem ersten Anschluss 26 zugeführt wird,
wird das Druckfluid von dem ersten Anschluss 26 über den
ersten Verbindungsdurchgang 28 in die erste Zylinderkammer 78 eingeführt. In
dieser Situation ist der zweite Anschluss 70 zur Umgebung
offen.
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Über das
Druckfluid wird eine Druckkraft auf den Kolben 18 aufgebracht,
die so gerichtet ist, dass sich der Kolben 18 von der Kopfabdeckung 14 entfernt
(in Richtung des Pfeils A). Der Kolben 18 wird zu der Stangenabdeckung 16 verschoben.
Außerdem wird
der Verriegelungsstift 48, der mit dem Kolben 18 verbunden
ist, in axialer Richtung verschoben, wobei er die von den Kugeln 36 über die
Kugelnut 94 radial nach innen (Richtung des Pfeils C1)
ausgeübte Druckkraft überwindet.
In dieser Situation werden daher die Kugeln 36 mit Hilfe
des schrägen
Abschnitts 98a radial nach außen (Richtung des Pfeils C2)
gepresst, so dass sie sich von dem flachen Abschnitt 96 der
Kugelnut 94 durch die Verschiebung des Verriegelungsstiftes 98 trennen.
Daher wird ein verriegelter Zustand, der auf dem Eingriff der Kugeln 36 in
den Verriegelungsstift 48 basiert, freigegeben. Ein entriegelter
Zustand wird erreicht, in dem der Verriegelungsstift 48 in
axialer Richtung frei verschiebbar ist.
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Wenn
der ersten Zylinderkammer 78 weiter Druckfluid zugeführt wird,
trennt sich der Verriegelungsstift 48 von dem Stiftloch 50 des
Halters 32 und der Kolben 18 wird gemeinsam mit
dem Verriegelungsstift 48 und der Kolbenstange 20 zu
der Stangenabdeckung 16 (in Richtung des Pfeils B) verschoben.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist bei der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung der Verriegelungsmechanismus 22 in dem Installationsloch 30 an
einem im Wesentlichen zentralen Bereich der Kopfabdeckung 14 angeordnet.
Zahlreiche Kugeln 36 sind in dem Verriegelungsmechanismus 22 vorgesehen,
wobei die Kugeln 36 relativ zu den Kugellöchern 34 des
Halters 32 in radialen Richtungen (in Richtung der Pfeile
C1, C2) verschiebbar sind. Außerdem
ist das Verschiebungselement 38, das mittels der Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40 in einer axialen Richtung
verschiebbar ist, an einer Außenumfangsseite
des Halters 32 vorgesehen.
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Wenn
der mit dem Kolben 18 verbundene Verriegelungsstift 48 in
den Halter 32 eingesetzt wird, werden die Kugeln 36 radial
nach außen
(Richtung des Pfeils C2) verschoben, wobei sie die Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40 überwinden. Wenn die Kugelnut 94 des
Verriegelungsstiftes 48 zu einer Position gegenüber den
Kugeln 36 verschoben wird, so werden die Kugeln 36 durch
die Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40, die auf das Verschiebungselement 38 wirkt,
wieder radial nach innen (Richtung des Pfeils C1) gepresst, wodurch
die Kugeln 36 in die Kugelnut 94 eingreifen.
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Als
Folge hiervon greifen die zahlreichen Kugeln 36 über die
Kugelnut 94 an dem Verriegelungsstift 48 an, wodurch
es möglich
wird, eine Verschiebung des Kolbens 18 in axialer Richtung
(Richtung des Pfeils A) zu begrenzen. Bei dieser Anordnung hat die
Presskraft, die radial nach innen auf die Kugeln 36 ausgeübt wird,
eine Größe, die
im Wesentlichen äquivalent
der Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40 ist. Mit anderen Worten kann
die durch die Kugeln 36 auf den Verriegelungsstift 48 ausgeübte Druckkraft
durch Änderung
der Größe der Rückstellkraft
des elastischen Elementes 40 erhöht oder verringert werden.
Daher kann die Haltekraft des Verriegelungsstiftes 48 in
dem Verriegelungsmechanismus 22 entsprechend eingestellt
werden.
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Der
Verriegelungsstift 48, die an dem Verriegelungsstift 48 angreifenden
Kugeln 36, der Halter 32 zum Halten der Kugeln 36 und
das Verschiebungselement 38, die jeweils Aufbauelemente
des Verriegelungsmechanismus 22 sind, bestehen aus metallischen
Materialien. Wenn der Verriegelungsstift 48 durch die Kugeln 36 gehalten
wird, ist es daher möglich,
einen Abrieb durch den Kontakt zwischen den jeweiligen Elementen
zu verringern oder zu vermeiden. Dadurch kann die Haltbarkeit im
Vergleich zu dem herkömmlichen
Verriegelungsmechanismus verbessert werden, bei welchem ein Verriegelungsvorgang durch
einen Puffer aus einem elastischen Material erfolgt. Da der Abrieb
der den Verriegelungsmechanismus 22 bildenden Elemente
vermieden wird, wird die auf den Verriegelungsstift 48 ausgeübte Haltekraft auch
nach mehreren Jahren nicht durch Verschleiß verringert. Dadurch ist es
möglich,
eine im Wesentlichen konstante Haltekraft zu erreichen, die für viele Jahre
stabil bleibt.
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Da
der Verschleiß des
Verriegelungsmechanismus 22 vermieden wird, ist es möglich, den
Wartungszyklus der den Verriegelungsmechanismus 22 bildenden
Elemente zu verlängern.
Dadurch ist es möglich,
komplizierte Wartungsvorgänge
zu reduzieren.