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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überlastsicherungsvorrichtung. Bisher bekannte Überlastsicherungsvorrichtungen werden in unterschiedlichsten Vorrichtungen mit einer Kraft- und/oder Momentübertragung zwischen zwei Bauteilen eingesetzt, beispielsweise in Pressen, bei denen zum Schutz des Kraft- und/oder Momentaufnehmers vor einer Überlast in Form von zu hohen Kräften und/oder Momenten, beispielsweise einer zu hohen Druckkraft, eine Unterbrechung der Bewegung des kraft- und/oder momentübertragenden Bauteils, beispielsweise des Stößels, herbeigeführt wird.
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Eine solche Lösung ist aus dem Dokument
DE 102 29 276 A1 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine Presse, bei der ein Pleuel mit einer Überlastsicherungsvorrichtung versehen ist, die bei Überschreiten einer zulässigen Presskraft einen Stößel stillsetzt. Hierzu ist ein Druckelement innerhalb des Pleuels angeordnet, das bei einer Druckbewegung auf einen Hohlraum und ein darin befindliches Fluid wirkt. Überschreitet der Druck einen vorbestimmten Wert, so wird durch das unter Druck stehende Fluid ein Druckbegrenzungsventil geöffnet, das über eine Leitung mit dem Hohlraum verbunden ist. Das ausströmende Fluid löst ventilgesteuert das Entkoppeln eines Schwungrades der Presse sowie die Betätigung einer Bremse an der Antriebseinrichtung aus und unterbricht auf diese Weise den Antrieb des Stößels.
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Eine weitere Überlastsicherung ist aus dem Dokument
DE 22 42 067 B2 bekannt, das ein längenverstellbares Pleuel für eine Presse mit Überlastsicherung offenbart. Die Überlastsicherung ist dabei durch ein in dem Innenzylinder des Pleuelgehäuses bei Betriebsbereitschaft der Presse unter Vorspannung eingeschlossenes Flüssigkeitspolster gebildet, dass im Überlastfall abströmen kann.
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Das Dokument
DE 37 02 285 A1 zeigt eine Schrottschere zum Anbau an Bagger oder Manipulatoren. Diese besitzt einen Mittenstellungszylinder, der einen ersten und einen zweiten Druckraum mit jeweils einem darin frei verschiebbaren Kolben umfasst. Eine Kolbenstange wird durch die beiden Kolben solange in Mittellage fixiert, bis eine auf die Kolbenstange wirkende Kraft einen Maximalwert überschreitet.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache und zuverlässige Überlastsicherungsvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Ansprechgeschwindigkeit aufweist. Des Weiteren soll eine Vorrichtung zur Überlastsicherung bereitgestellt werden, deren Ansprechwert in einem großen Wertebereich einstellbar ist und die beliebig oft wiederverwendbar ist.
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Diese Aufgabe ist durch eine Überlastsicherungsvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein kraftbelastetes und/oder momentbelastetes Bauteil, eine Kammer zur Aufnahme eines unter einem vorbestimmten Druck stehenden Fluids und wenigstens ein mit dem Bauteil kraftübertragend verbundenes Übertragungselement auf. Das Übertragungselement dient zur Übertragung einer Gegenkraft und/oder eines Gegenmoments, die bzw. das von dem auf das Übertragungselement wirkenden Druck erzeugt wird, auf das Bauteil und ist zugleich Teil einer Dichtanordnung, die einen Auslass der Kammer mittels des Fluiddrucks verschließt. Wenn die auf das Bauteil wirkende Kraft und/oder das Moment größer ist als die aus dem vorbestimmten Druck resultierende Gegenkraft und/oder das resultierende Gegenmoment, gibt die Dichtanordnung den Auslass frei, wodurch der Druck in der Kammer unter den vorbestimmten Druck fällt.
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Die Überlastsicherungsvorrichtung kann dabei bis zu einem eingestellten Ansprechwert, der von dem vorbestimmten fluidischen Druck abhängt, dauerhaft belastet werden. Solange die auf die Überlastsicherungsvorrichtung wirkende Belastung in Form einer Kraft oder eines Momentes nicht größer ist als die aus dem fluidischen Druck resultierende Gegenkraft und/oder das resultierende Gegenmoment, verschließt das Übertragungselement den Auslass der Kammer und hält auf diese Weise den vorbestimmten Druck innerhalb der Kammer aufrecht. Übersteigt hingegen eine von außen auf die Überlastsicherungsvorrichtung wirkende Belastung, in Form einer Kraft und/oder eines Momentes, die aus dem fluidischen Druck resultierende Gegenkraft und/oder das resultierende Gegenmoment, so bewegt sich das Übertragungselement und gibt den Auslass frei. Das Fluid strömt aus der Kammer, was zu einem unmittelbaren Druckabfall innerhalb der Kammer und einem Abfall der aus dem Druck resultierenden Gegenkraft und/oder des resultierenden Gegenmoments führt. Da somit auf den Kraft- und/oder Momentaufnehmer nur eine ebenso große Kraft und/oder ein ebenso großes Moment wie die aufgebaute Gegenkraft und/oder das Gegenmoment wirken kann, wird eine Überlastung des Kraft- und/oder Momentaufnehmers auf diese Weise sicher verhindert.
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Dadurch dass die Überlastsicherungsvorrichtung bei Überschreiten der vorgegebenen Belastung unmittelbar die Gegenkraft und/oder das Gegenmoment reduziert und nicht, wie beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt, eine andere Vorrichtung zur Unterbrechung betätigt, ist ferner ein sehr schnelles und sicheres Ansprechverhalten gewährleistet.
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Das verwendete Fluid kann innerhalb der Kammer sowohl in einem gasförmigen Zustand als auch in einem flüssigen oder auch zweiphasigen Zustand vorliegen. Somit kann durch Wahl des Fluids und dem damit verbundenen Kompressibilitätsgrad des Fluids das Ansprechverhalten der Überlastsicherungsvorrichtung beeinflusst werden. Verwendet man beispielsweise ein gasförmiges Fluid, erfolgt der Druckabfall langsamer als bei Verwendung eines flüssigen Fluids.
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Eine bekannte Ausführungsform einer solchen Vorrichtung sieht vor, dass das Bauteil im Wesentlichen stempelförmig ist und mit seinem freien Ende auf das Übertragungselement wirkt. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform hingegen erstreckt sich das Bauteil durch das Übertragungselement. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Verwendung von mehr als einem Übertragungselement in der Überlastsicherungsvorrichtung vorgesehen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stützt sich jedes Übertragungselement an einem dem Auslass zugeordneten Dichtsitz in der Kammer dichtend ab. Ferner kann hinsichtlich der Kraft- und/oder der Momentübertragung vorgesehen sein, dass das Bauteil formschlüssig mit jedem Übertragungselement gekoppelt ist. Dabei kann der Formschluss nur in Richtung der übertragenen Kraft und/oder des übertragenen Moments zwischen dem Bauteil und dem Übertragungselement vorgesehen sein. Die Ausbildung des Formschlusses kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe aneinander anliegender Flächen, die unter einer wirkenden Druckkraft formschlüssig zusammenwirken, durch ineinandergreifende Ausformungen, die unter einem wirkenden Drehmoment einen Formschluss bilden, oder dergleichen.
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Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Übertragungselement ringförmig ist. Bei einer derartigen Anordnung dringt das Bauteil durch das Übertragungselement hindurch in die Kammer ein, weshalb zwischen Übertragungselement und Bauteil zusätzliche Dichtungen nötig sind. Das Bauteil kann zur Kraft- und/oder Momentübertragung auf das Übertragungselement über eine Ausformung verfügen, beispielsweise einen Absatz, um einen Formschluss in Kraft- und/oder Momentrichtung zu gewährleisten.
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Ferner sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass mehrere Übertragungselemente vorhanden sind, von denen wenigstens einige auf Kräfte und/oder Momente aus unterschiedlichen Richtungen ansprechen. Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise eine mehrstufige Überlastsicherungsvorrichtung zu realisieren, indem man die Übertragungselemente in Reihe schaltet. Ebenso ist die Verwendung von zwei einander gegenüberliegenden Übertragungselementen denkbar, von denen eines durch Einwirken einer von dem Bauteil übertragenen Kraft und/oder eines Momentes ausgelöst wird, die bzw. das in eine Richtung wirkt, während das andere Übertragungselement durch eine von demselben Bauteil übertragene Kraft und/oder Moment ausgelöst wird, die bzw. das in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Den einzelnen Übertragungselementen können dabei separate Kammern zugeordnet sein, sie können jedoch ebenso unterschiedlichen Auslassöffnungen einer einzigen Kammer zugeordnet sein.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass jedes Übertragungselement relativ verschiebbar zu dem Bauteil angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Vorrichtung, wie bereits vorstehend beschrieben, zur Aufnahme von Kräften und/oder Momenten mit entgegengesetzter Wirkrichtung vorgesehen ist. Bei einer starren Verbindung der Übertragungselemente mit dem Bauteil würden sich zwei gegenüberliegende Übertragungselemente durch ihre Abstützung an dem am Auslass der Kammer angeordneten Dichtsitz gegenseitig blockieren, und ein Auslösen der Überlastsicherungsvorrichtung in beiden Wirkrichtungen der Kräfte und/oder Momente unmöglich machen.
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Um zu gewährleisten, dass die vorstehend beschriebene Überlastsicherungsvorrichtung beliebig oft wiederverwendet werden kann, ist ferner vorgesehen, dass die Kammer eine separate Fluidzufuhröffnung aufweist. Somit kann, nachdem die Überlastsicherungsvorrichtung aufgrund einer Überbelastung ausgelöst worden ist und das Fluid aus der Kammer ausgetreten ist, die Kammer wieder mit Fluid befüllt werden und auf diese Weise erneut ein vorbestimmter Fluiddruck eingestellt werden. Des Weiteren ist es auch möglich, abhängig von dem Befüllungsgrad der Kammer durch eine zusätzliche Zufuhr von Fluid den Druck innerhalb der Kammer zu erhöhen und somit auch den Ansprechwert der Überlastsicherungsvorrichtung zu verändern.
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Eine weitere Möglichkeit, einen möglichst großen Wertebereich für den Ansprechwert der Überlastsicherungsvorrichtung bereitzustellen und eine Anpassbarkeit der Überlastsicherungsvorrichtung an den jeweiligen Anwendungsfall zu ermöglichen, besteht darin, die Vorrichtung mit einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung für das in der Kammer enthaltene Fluid auszustatten. Indem die Temperatur des in der Kammer enthaltenen Fluids reguliert wird, wird auch der Druck des Fluids verändert. So kann bei einer vorgegebenen Fluidbefüllung durch Erwärmen des Fluids der fluidische Druck innerhalb der Kammer erhöht werden, was in einem höheren Ansprechwert der Überlastsicherungsvorrichtung resultiert. Da auf diese Weise der Druck innerhalb der Kammer jederzeit aktiv geregelt werden kann, ist auch während des Betriebs der Überlastsicherungsvorrichtung eine Anpassung des Ansprechwertes möglich.
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Eine Ausbildungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Auslass mit einer Drossel zusammenwirkt. Eine derartige Drossel dient vor allen Dingen der Dämpfung des Auslösevorgangs der Überlastsicherungsvorrichtung. Durch das extrem schnelle Ansprechen und unmittelbare Wirken der Überlastsicherungsvorrichtung kann es unter Umständen zu einer Beschädigung der Vorrichtung kommen, zu deren Schutz die Überlastsicherungsvorrichtung vorgesehen wurde. Durch Verwendung einer Drossel, die beispielsweise vor, nach oder in dem Auslass angebracht ist, kann die Ausströmgeschwindigkeit des Fluids verringert werden. Dadurch wird die Wirkgeschwindigkeit der Überlastsicherungsvorrichtung herabgesetzt und das System entsprechend gedämpft. Ebenso ist eine konstruktive Gestaltung des Auslasses denkbar, die in ihrer Funktionsweise wie eine Drossel wirkt und die den Fluidstrom und die Strömungsgeschwindigkeit des ausströmenden Fluids verringert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Drossel eine einstellbare Öffnung aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, auch während des Betriebes in Abhängigkeit vom Anwendungsfall die Drosselwirkung und damit die Wirkgeschwindigkeit der Drossel der Überlastsicherungsvorrichtung anzupassen. Wenn das Risiko einer möglichen Beschädigung der gesamten Anlage gering ist, kann die Drosselwirkung herabgesetzt werden, d. h. die Drosselöffnung kann vergrößert werden, so dass die Wirkgeschwindigkeit der Überlastsicherungsvorrichtung erhöht ist. Ist dagegen das Risiko einer Beschädigung bei einer unmittelbaren Kraftunterbrechung hoch, so kann die Drosselöffnung verringert und die entsprechende Drosselwirkung erhöht werden. Die Wirkgeschwindigkeit der Überlastsicherungsvorrichtung ist dann herabgesetzt, und das System im Falle einer Übertragungsunterbrechung einer Kraft und/oder eines Momentes entsprechend gedämpft.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden schematischen Figuren näher erläutert. Es stellen dar:
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1 eine schematische teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Überlastsicherungsvorrichtung in unbelastetem Zustand, und
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2 eine schematische teilgeschnittene Seitenansicht einer Überlastsicherungsvorrichtung gemäß 1 in ausgelöstem Zustand.
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In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überlastsicherungsvorrichtung schematisch in einer teilgeschnittenen Seitenansicht gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfasst ein mit einer Kraft F belastbares Bauteil 12, eine Kammer 32, die mit einem unter einem vorbestimmten Druck p stehenden Fluid befüllt ist, sowie eine Dichtanordnung 20 zur Abdichtung der Kammer.
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Ein Übertragungselement 22 dient einerseits als Teil der Dichtanordnung 20 dazu, den in der Kammer wirkenden vorbestimmten Fluiddruck p aufrechtzuerhalten und überträgt andererseits eine Gegenkraft F, welche aus dem Druck p resultiert und auf das Übertragungselement 22 wirkt, auf das Bauteil 12. Wie in 1 erkennbar, ist das Übertragungselement 22 hier ringförmig ausgebildet und stützt sich über eine Dichtung 24 an einem Dichtsitz 34 ab, der umlaufend an einer Öffnung der Kammer ausgebildet ist, welche als Auslass 30 für das Fluid dient. Durch diese Öffnung erstreckt sich in der gezeigten Ausführungsform auch das Bauteil 12 in die Kammer 32.
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Da das Bauteil 12 bei dieser Ausführungsform sowohl das Übertragungselement 22 als auch die Kammer 32 an ihrer dem Übertragungselement 22 gegenüberliegenden Seite durchdringt, sind an den jeweiligen Öffnungen Dichtungen 26 und 28 angebracht. Die Dichtung 26 dient dazu, das Bauteil 12 in dem dazu relativ verschiebbaren Übertragungselement 22 dichtend aufzunehmen, während die Dichtung 28 das gegenüber der Kammer 32 relativ verschiebbare Bauteil 12 dichtend in der Kammer 32 aufnimmt. Außerhalb der Kammer 32 weist das Bauteil 12 einen Absatz 14 auf, der unter Krafteinwirkung der Kraft F mit dem ringförmigen Übertragungselement 22 einen in Richtung der Kraft F wirkenden Formschluss bildet, an dessen Kontaktflächen 16 und 18 die Kraftübertragung erfolgt. Der in 1 mit F bezeichnete Kraftpfeil deutet die Richtung der Kraft F an, unter deren Einwirken das Bauteil 12 im Belastungsfall mit dem Übertragungselement 22 in Verbindung gelangt. Der Kraftpfeil F zeigt hingegen die Wirkrichtung der Gegenkraft F an, die auf dem innerhalb der Kammer 32 wirkenden vorbestimmten fluidischen Druck p basiert.
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Wird das in 1 gezeigte Bauteil 12 mit einer Kraft F, beispieisweise einer Druckkraft, belastet, so gelangen die Kontaktflächen 16 und 18 des Bauteils 12 und des Übertragungselements 22 in einen formschlüssigen Kontakt miteinander. Dieser Formschluss wirkt jedoch nur in Richtung der wirkenden Kraft F. Solange die Kraft F kleiner oder gleich der Gegenkraft F ist, liegen die Kontaktflächen 16 und 18 aneinander an, ohne dass sich jedoch das Übertragungselement 22 bewegt. Ist jedoch die Kraft F größer als die Gegenkraft F, so verschiebt sich das Bauteil 12 gemeinsam mit dem Übertragungselement 22 in Richtung der wirkenden Kraft F, so dass der Auslass 30 freigegeben wird, wie in 2 dargestellt. Das in der Kammer 32 enthaltene Fluid strömt über diesen Auslass 30 aus der Kammer 32 heraus, wie durch die Strömungspfeile q angedeutet. Da sich verbunden mit dem abfallenden fluidischen Druck innerhalb der Kammer 32 auch die Gegenkraft F entsprechend verringert, wird die Kraftübertragung einer Kraft F auf die verringerte Gegenkraft F begrenzt und eine Überlastung verhindert.
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Im Anschluss daran kann die Kammer 32 mittels einer nicht dargestellten separaten Fluidzufuhröffnung wieder mit einem Fluid befüllt werden und erneut als Überlastsicherungsvorrichtung verwendet werden. Es ist zudem möglich, über eine Veränderung der Füllmenge innerhalb der Kammer 32 den vorbestimmten Druck p und damit das Maß der Gegenkraft F zu beeinflussen.
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Zusätzlich kann die Überlastsicherungsvorrichtung 10 über eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung verfügen, mittels derer das in der Kammer 32 enthaltene Fluid erwärmt oder abgekühlt werden kann. Auf diese Weise kann der fluidische Druck innerhalb der Kammer 32 je nach Anwendungsfall auch während des Betriebes der Überlastsicherungsvorrichtung 10 variiert werden. Über die Einstellung des Drucks p wird, wie bereits ausgeführt, auch die resultierende Gegenkraft F und damit der Ansprechwert der Überlastsicherungsvorrichtung 10 verändert. Die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung kann sowohl innerhalb als auch außerhalb der Kammer 32 angebracht sein.
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Die dargestellte Ausführungsform einer Überlastsicherungsvorrichtung 10 bietet sich zur Absicherung gegenüber Kräften, beispielsweise Druckkräften, an. Eine Verwendung zur Überlastsicherung bei wirkenden Momenten kann durch Vorschalten eines einfachen zusätzlichen Elements zur Kraftumlenkung oder durch Verwendung eines derartigen Elements als Bauteil 12 erfolgen. Beispielsweise sind denkbar eine Hebelvorrichtung, mit deren Hilfe die Umfangskraft des Drehmoments als wirkende Kraft in die Überlastsicherungsvorrichtung 10 eingeleitet werden kann, ein Gewinde, mit dessen Hilfe eine durch ein Moment ausgelöste Drehbewegung in eine axiale Bewegung umgewandelt werden kann, oder vergleichbare bekannte Kraftumlenkungs-Elemente.
