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Die Erfindung betrifft einen hydromechanischer Verriegelungszylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein hydraulisches Steuersystem zu dessen Betätigung gemäß Anspruch 12.
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Ein gattungsgemäßer hydromechanischer Verriegelungszylinder ist aus der
EP 1 864 024 B1 bekannt. Hierbei wird eine mit einer Spindel verbundene Drehhülse zur Arretierung der Spindel durch radial eingreifende Sperrbolzen gesichert. Die Sperrbolzen werden durch Druckfedern in ihre Eingriffsstellung vorgespannt und durch ein auf den Sperrbolzen einwirkendes Druckmedium außer Eingriff gebracht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydromechanischen Verriegelungszylinder mit einem vereinfachten Aufbau zu schaffen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein hydraulisches Steuersystem für eine einfache Betätigung insbesondere des erfindungsgemäßen Verriegelungszylinders bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verriegelungszylinders durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des hydraulischen Steuersystems bezüglich des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein äußerst einfacher Aufbau eines äußerst zuverlässig arbeitenden Verriegelungszylinders mit nur sehr wenigen Teilen möglich. Als bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung können beispielsweise hydraulisch betätigbare Hub-Plattformen oder Arbeitsbühnen oder andere statische Lastfälle in Betracht kommen. Durch die zusätzliche mechanische Verriegelung wird die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Verriegelungszylinders gegenüber Systemen, die ausschließlich mit einer hydraulischen Blockierung eines erreichten Bewegungszustandes arbeiten, insbesondere bei solchen statischen Anwendungen, bei denen eine Last sehr lange stabil gehalten werden muss, wesentlich verbessert.
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Der erfindungsgemäße Verriegelungszylinder zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer einteiligen Ausbildung oder fest verbundenen zweiteiligen Ausbildung der Spindel mit einem Verriegelungsteil der Verriegelungseingriff stirnseitig am Verriegelungsteil erfolgt. Somit sind zwischen Spindel und Verriegelungsteil keine bewegten Teile erforderlich. Der stirnseitige Eingriff ermöglicht eine gleitende, verschleißarme Verriegelung bzw. Entriegelung mittels einer nur sehr geringfügigen axialen Hubbewegung des Verriegelungsteils.
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Die dazu am Verriegelungsteil vorgesehenen Arretierungsnuten sind bevorzugt mit wenigstens einer Anfasung versehen und schließen derart unmittelbar aneinander an, dass im Bereich eines Zylinderbodens vorgesehene Verriegelungsbolzen in jeder Drehposition der Spindel auch bei einer nur sehr geringen Drehung in Eingriff geraten. Dadurch wird ein schneller und verschleißarmer Einlauf und Auslauf der Verriegelungsbolzen in die Arretierungsnuten gewährleistet. Eine einseitige Belastung eines einzigen Verriegelungsbolzens und die damit einhergehende Gefahr eines Brechens und Verklemmens, wie sie bei einem Eingriff mehrerer radial bewegbarer Verriegelungsbolzens (siehe
EP 1 864 024 B1 ) durch einen minimalen Versatz bei deren Bewegung immer wieder vorkommen, ist beim erfindungsgemäßen Verriegelungszylinder ausgeschlossen. Dadurch wird dessen Betriebssicherheit wesentlich erhöht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Arretierungsnuten beidseitig mit Anfasung versehen, so dass das in Eingriff und außer Eingriff bringen der Verriegelungsbolzen in beiden Drehrichtungen gleichermaßen einfach stattfindet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind drei Verriegelungsbolzen unter 120 ° versetzt am Zylinderboden angeordnet. Die Zahl der Arretierungsnuten am Verriegelungsteil beträgt bevorzugt ein natürliches Vielfaches der Zahl der Verriegelungsbolzen, bei drei Verriegelungsbolzen also beispielsweise bevorzugt sechs oder besser sogar neun Arretierungsnuten.
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Der erfindungsgemäße Verriegelungszylinder weist einen von einem Arbeitsraum zum Betätigen des Kolbens getrennten Entriegelungs-Druckraum im Bereich des stirnseitigen Endes des Verriegelungsteils auf.
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Ein insbesondere zur Betätigung des erfindungsgemäßen hydromechanischen Verriegelungszylinders geeignetes hydraulisches Steuersystem sieht vor, dass ein Ventil zur Beaufschlagung des Arbeitsraumes erst dann mit dem erforderlichen Arbeitsdruck zum Anheben des Kolbens beaufschlagt wird, wenn das Verriegelungsteil durch den Druck im Entriegelungs-Druckraum von den Verriegelungsbolzen abgehoben ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Steuersystems ist hierfür ein Ventil zur Beaufschlagung des Arbeitsdruckraums gegenläufig bewegungsgekoppelt mit einem Ventil zur Beaufschlagung oder Entlastung des Entriegelungs-Druckraumes.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind alle zur Betätigung des Kolbens und des Verriegelungsteils dienenden Ventile in einem hydraulischen Steuerblock integriert, der bevorzugt am Außenmantel oder Gehäuse des Verriegelungszylinders anflanschbar ist.
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Der erfindungsgemäße Verriegelungszylinder kann als einfach wirkender Plungerzylinder aber auch als doppeltwirkender Arbeitszylinder ausgestaltet sein. Beschrieben ist in den Ausführungsbeispielen nur ein einfach wirkender Verriegelungszylinder. Für eine Umgestaltung in einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder muss der Arbeitsdruckraum im oberen Bereich lediglich mit einer weiteren Hydraulikleitung verbunden werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verriegelungszylinders näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch einen einfach wirkenden Verriegelungszylinder bei eingefahrenem Kolben und im Eingriff befindlichen Verriegelungsteil,
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2 eine Seitenansicht eines Verriegelungsteils mit einseitig angefasten Arretierungsnuten,
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3 eine Seitenansicht eines alternativen Verriegelungsteils mit beidseitig angefasten Arretierungsnuten,
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4 eine perspektivische Ansicht des Verriegelungsteils gemäß 3, und
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5 eine schematische Darstellung eines Verriegelungszylinders mit einem dazugehörigen hydraulischen Steuersystem.
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Ein in 1 dargestellter Verriegelungszylinder 10 wird gebildet von einem Zylinderrohr 12, dass oben von einem Abschlussteil 11 und unten von einem Boden 14 verschlossen wird. Das Abschlussteil 11 ist mittels eines Gewindes 1110 mit dem Zylinderrohr 12 verschraubt und zusätzlich mittels einer Dichtung 1112 abgedichtet.
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Im unteren Teil ist das Zylinderrohr 12 mit einem auch den Boden 14 umfassenden Gehäuse 19 verbunden, wobei die Verbindung ebenfalls bevorzugt über ein nicht näher bezeichnetes Schraubgewinde und eine zusätzliche Abdichtung mittels wenigstens einer nicht näher bezeichneten Dichtung erfolgt.
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Zwischen Zylinderrohr 12 und Gehäuse 19 wird beim Einschrauben ein nach oben von einer Stützscheibe 330 abgedecktes Nadellager 33 eingesetzt.
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Am unteren Teil des Gehäuses 19 ist ein Befestigungsauge 15 zur Anbindung beispielsweise an ein Maschinengestell, an einen Fahrzeugrahmen oder an ein Fundament ausgebildet.
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Im Inneren des Zylinderrohres 12 ist eine rohrförmige Kolbenstange 20 angeordnet, die an ihrem unteren Ende mit einem Kolben 22 versehen ist. Das obere Ende der Kolbenstange 20 ist mit einem Befestigung-Auge 21 versehen. Der Kolben 22 weist ein Innengewinde 23 auf, dass mit einem Außengewinde 31 einer zentral im Zylinderrohr 12 angeordneten Spindel 30 im Eingriff steht. Das Gewinde 23 bzw. 31 ist bevorzugt als Bewegungs-Trapezgewinde ausgebildet. Unterhalb des Kolbens 22 begrenzt dieser in Verbindung mit der Innenwand des Zylinderrohres 12 einen Arbeitsdruckraum 24.
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Die Spindel 30 ist fest mit einem Verriegelungsteil 32 verbunden, dass sich nach unten an diese anschließt. Das Verriegelungsteil 32 weist an seiner nach unten gerichteten Stirnseite mehrere Arretierungsnuten 34 auf. Die Arretierungsnuten 34 stehen in 1 mit Verriegelungsbolzen 18 im Eingriff, die oberhalb des Bodens 14 seitlich im Gehäuse 19 angeordnet sind. Die Arretierungsnuten 34 sind im Detail in den 2 bis 4 dargestellt.
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Das Verriegelungsteil 32 ist in einem vom Arbeitsdruckraum 24 getrennten Entriegelungs-Druckraum 16 bei Beaufschlagung desselben mittels eines Entriegelungsdrucks soweit axial bewegbar, dass die Arretierungsnuten 34 außer Eingriff mit den Verriegelungsbolzen 18 geraten können. Die Unterseite des Nadellagers 33 bildet dabei einen drehbaren Anschlag für das Verriegelungsteil 32. In der Entriegelungsstellung lässt das Verriegelungsteil 32 eine Rotation der Spindel 30 zu, die eine Axialverschiebung des Kolbens 22 und der Kolbenstange 20 nach oben infolge des Hydraulikdrucks im Arbeitsdruckraum 24 und des Eingriffs des Außengewindes 31 in das Innengewinde 23 bewirkt.
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In 2 ist ein Verriegelungsteil 32 im Detail dargestellt. Mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte Arretierungsnuten 34 weisen in diesem Ausführungsbeispiel einseitig eine Anfasung 36 auf, über die sich das Arretierungsteil 32 bei einer Beaufschlagung mit einem Entriegelungsdruck von den Verriegelungsbolzen 18 abhebt und bei einem umgekehrten Verriegeln wieder gleitend in Eingriff gerät. Das Verriegelungsteil 32 weist im mittleren Bereich mehrere Aussparungen 38 auf. In diesem Bereich ist am Gehäuse 19 ein Magnetschalter 13 angeordnet, der die Anzahl der Umdrehungen des Verriegelungsteils 32 misst und dadurch die exakte Hub-Position des Kolbens 20 bestimmt.
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3 ist eine alternative Ausführungsform eines Verriegelungsteils 32 dargestellt, bei der die Arretierungsnuten 34 beidseitig mit Anfasung 36 versehen sind. Diese Ausführungsform ist bevorzugt, da der Eingriff der Verriegelungsbolzen 18 oder das außer Eingriff geraten mit den Verriegelungsbolzen 18 in beiden Drehrichtungen gleitend erfolgt. Wie der perspektivischen Darstellung gemäß 4 zu entnehmen ist, sind im gezeigten Ausführungsbeispiel am Umfang gleichmäßig verteilt neun Arretierungsnuten 34 angeordnet. In diesem Fall sind drei um 120° versetzt zueinander angeordnete Verriegelungsbolzen 18 für den Eingriff in diese Arretierungsnuten 34 vorgesehen. Der Kolben 22 führt somit bei einer Arretierung des Verriegelungsteils 32 nur noch maximal 1/9 einer Ganghöhe seines Gewindes als auslaufende Axialbewegung durch. Dies sind in der Praxis nur wenige Millimeter.
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In 4 ist eine auch bei der Ausführungsform gemäß 2 vorhandene Bypassbohrung 35 schematisch angedeutet. Diese im Verriegelungsteil 32 vorgesehene wenigstens eine Bypassbohrung 35 kommuniziert mit einer im Bereich der Arretierungsnuten 34 angeordneten Eintrittsöffnung 35X mit dem unterhalb der ersten Dichtung 161 angeordneten Entriegelungs-Druckraum 16. Die seitlich am Verriegelungsteil 32 vorgesehene Austrittsöffnung 35S ist in der Verriegelungsposition durch Anlage an der Wand gesperrt. Nach dem Abheben des Verriegelungsteils 32 von den Verriegelungsbolzen 18 kommuniziert die Austrittsöffnung 35S mit der Hydraulikleitung S, so dass der im Entriegelungs-Druckraum 16 anstehende Druck über die als Steuerdruckleitung wirkende Hydraulikleitung S auch zur Ansteuerung der Ventile 110 und 120 wirksam wird.
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In der 5 ist der Verriegelungszylinder 10 im linken Teil nur noch schematisch dargestellt. Unterhalb des Kolbens 22 ist der Arbeitsdruckraum 24 erkennbar, in den eine erste Hydraulikleitung A mit einem Leitungszweig A110 einmündet. In 1 ist diese Einmündungsstelle nur schematisch durch den Pfeil A angedeutet. Im unteren Teil des Verriegelungszylinders 10 ist der Entriegelungs-Druckraum 16 dargestellt, in den unterhalb der ersten Dichtung 161 eine Hydraulikleitung X und zwischen der ersten Dichtung 161 und der zweiten Dichtung 162 eine weitere Hydraulikleitung S einmündet. In 1 sind diese Einmündungsstellen nur schematisch durch die Pfeil X und S angedeutet.
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Die Hydraulikleitungen A, X und S werden durch einen im rechten Teil der 5 schematisch dargestellten hydraulischen Steuerblock 102 gesteuert, der in Verbindung mit einem Mehrwegeventil 105 und den von diesem gesteuert beaufschlagten Hydraulikleitungen A und B ein hydraulisches Steuersystem 100 bildet. Der hydraulische Steuerblock 102 ist in 1 an der rechten Seite des Gehäuses 19 angeflanscht.
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Im hydraulischen Steuerblock 102 sind drei Ventile 110, 120 und 130 angeordnet. Das erste Ventil 110 ist auf der rechten Seite über einen Leitungszweig A110 mit der ersten Hydraulikleitung A verbunden. Das erste Ventil 110 ist auf der linken Seite über den Leitungszweig A112 mit dem Arbeitsdruckraum 24 verbunden. Auf seiner Unterseite ist das erste Ventil 110 mit der Hydraulikleitung S verbunden und auf seiner Oberseite ist das erste Ventil 110 über eine Steuerleitung 118 mit dem zweiten Ventil 120 verbunden, wobei die Steuerleitung 118 eine wechselseitig gegenläufige Schaltung der Ventile 110 und 120 bewirkt.
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Das zweite Ventil 120 ist auf seiner linken Seite über einen Leitungszweig B120 mit der zweiten Hydraulikleitung B verbunden. Auf der rechten Seite ist das zweite Ventil 120 über einen Leitungszweig B130 mit dem dritten Ventil 130 verbunden, das in diesem Bereich eingangsseitig ein Wechselventil 134 aufweist, welches eine Strömung zum Leitungszweig B130 hin unterbindet oder freigibt. Der Leitungszweig B120 und der Leitungszweig B130 sind zusätzlich durch eine das zweite Ventil 120 umgehende Bypassleitung 124 miteinander verbunden, in welche ein den Durchfluss zum Leitungszweig B130 hin sperrendes Rückschlagventil 122 eingesetzt ist.
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Das als Wechselventil ausgebildete dritte Ventil 130 steht an seiner Unterseite über ein Rückschlagventil 132 mit der ersten Hydraulikleitung A in Verbindung, wobei das Rückschlagventil 132 nur eine Strömung von der ersten Hydraulikleitung A zum dritten Ventil 130 zulässt. An seiner linken Seite ist das dritte Ventil 130 mit der zum Entriegelungs-Druckraum 16 führenden Hydraulikleitung X verbunden.
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Nachfolgend ist ausgehend von einem Eingriff der Verriegelungsbolzen 18 in die Arretierungsnuten 34 eine Entriegelung und ein anschließendes Anheben des Kolbens 22 beschrieben.
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Über das Mehrwegeventil 105 wird die erste Hydraulikleitung A mit Druck beaufschlagt. Über den Leitungszweig A130 steuert das dritte Ventil 130 diesen Druck in die Hydraulikleitung X durch, wobei das Rückschlagventil 132 öffnet und das Rückschlagventil 134 schließt und den Weg zur Zweigleitung B130 sperrt.
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Die Hydraulikleitung S ist hierbei noch drucklos, so dass das erste Ventil 110 noch die Verbindung vom Leitungszweig A110 zum Leitungszweig A112 unterbindet. Es wird daher ausgehend von der Hydraulikleitung A zunächst nur ein Entriegelungsdruck im Entriegelungs-Druckraum 16 aufgebaut, aber noch kein Druck im Arbeitsdruckraum 24. Die Entriegelung wird somit zeitlich eindeutig vom Arbeitshub abgekoppelt.
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Der über die Hydraulikleitung X in den Entriegelungs-Druckraum 16 eingespeiste Entriegelungsdruck bewirkt das Abheben des Verriegelungsteils 32 von den Verriegelungsbolzen 18. Beim Abheben des Verriegelungsteils 32 wird über die Bypassbohrung 35 und deren frei werdende Austrittsöffnung 35S auch die als Steuerdruckleitung wirksame Hydraulikleitung S mit dem Entriegelungsdruck beaufschlagt. Diese steuert das erste Ventil 110 in die Durchgangsposition, in der der Leitungszweig A110 mit dem Leitungszweig A112 verbunden ist. Hierdurch wird von der ersten Hydraulikleitung A nun auch der erforderliche Arbeitsdruck in den Arbeitsdruckraum 24 eingespeist. Der Kolben 22 wird dabei durch den Arbeitsdruck nach oben bewegt und bringt dadurch die Spindel 30 in Rotation.
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Zum Absenken des Kolbens 22 wird durch das Mehrwegeventil 105 die zweite Hydraulikleitung B mit Druck beaufschlagt und die erste Hydraulikleitung A gleichzeitig entlastet. Über den Leitungszweig B120, das zweite Ventil 120 und den Leitungszweig B130 wird der Druck über das dritte Ventil 130 in die Hydraulikleitung X eingespeist. Dadurch wird auch über den Entriegelungs-Druckraum 16 nach der Entriegelung die Hydraulikleitung S mit Druck beaufschlagt. Dieser Druck bewirkt ein Umsteuern des ersten Ventils 110 und gleichzeitig über die Steuerleitung 118 auch ein Umsteuern des zweiten Ventils 120. Somit wird immer nur so viel Druck aufgebaut, wie er zum Heben der Last benötigt wird. Beim Absenken der Last wird auch umgekehrt jeweils nur so viel Gegendruck aufgebaut, dass ein langsames Absenken der Last erfolgt. Im Falle eines plötzlichen Hydraulikdruckabfalls sorgt die sofort wirksam werdende mechanische Verriegelung über die mit den Verriegelungsbolzen 18 in Eingriff geratenden Arretierungsnuten 34 für ein sicheres Abfangen der Last in jeder beliebigen Zwischenposition.
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Die Bypassleitung 124 mit dem sich öffnenden Rückschlagventil 122 sorgt nach Beendigung eines Hub- oder Absenkvorgangs für einen gesteuerten Druckabbau. Der im Entriegelungs-Druckraum 16 anstehende Druck wird dabei über die Hydraulikleitung X, über das dritte Ventil 130 mit seinem sich jetzt nach oben öffnenden Wechselventil 134 und über die Bypassleitung 122 zur dann drucklosen Hydraulikleitung B120 und B hin abgebaut.
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Das auch für sich gesehen erfinderische hydraulische Steuersystem 100 sorgt somit in einfacher Weise für eine Entkopplung des Entriegelungsvorgangs vom Arbeitshub eines hydromechanischen Verriegelungszylinders.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verriegelungszylinder
- 11
- Abschlussteil
- 1110
- Gewinde
- 1120
- Dichtung
- 12
- Zylinderrohr
- 13
- Sensor (Magnetschalter)
- 14
- Boden
- 15
- Befestigungs-Auge
- 16
- Entriegelungs-Druckraum
- 161
- erste Dichtung
- 162
- zweite Dichtung
- 18
- Verriegelungsbolzen
- 19
- Gehäuse
- 20
- Kolbenstange (Kolbenrohr)
- 21
- Befestigungs-Auge
- 22
- Kolben
- 23
- Innengewinde
- 24
- Arbeitsdruckraum
- 30
- Spindel
- 31
- Außengewinde
- 32
- Verriegelungsteil (Arretierungsnabe)
- 33
- Nadellager
- 332
- Stützscheibe
- 34
- Arretierungsnut
- 35
- Bypassbohrung (in 32)
- 35X
- Eintrittsöffnung (von 35, verbunden mit X)
- 35S
- Austrittsöffnung (von 35, verbunden mit S)
- 36
- Anfasung
- 38
- Aussparung
- 100
- hydraulisches Steuersystem
- 102
- hydraulischer Steuerblock
- 105
- Mehrwegeventil
- 110
- erstes Ventil
- 116
- Feder
- 118
- Steuerleitung
- 120
- zweites Ventil
- 122
- Rückschlagventil
- 124
- Bypassleitung
- 130
- drittes Ventil (Wechselventil)
- 132
- Rückschlagventil
- 134
- Rückschlagventil
- A
- erste Hydraulikleitung
- A110
- Leitungszweig (von A zum ersten Ventil 110)
- A112
- Leitungszweig (vom ersten Ventil 110 zum Arbeitsdruckraum)
- A130
- Leitungszweig (vom Mehrwegeventil 105 zum ersten Ventil 110)
- B
- zweite Hydraulikleitung
- B120
- Leitungszweig (von B zum zweiten Ventil 120)
- B130
- Leitungszweig (vom zweiten Ventil 120 zum dritten Ventil 130)
- X
- Hydraulikleitung (zum Entriegelungs-Druckraum)
- S
- Hydraulikleitung (Steuerleitung vom Entriegelungs-Druckraum zu den Ventilen 110 und 120)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1864024 B1 [0002, 0007]
