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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur definierten
Positionierung eines ersten Elementes mit den weiteren Merkmalen
des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung
Verwendungsmöglichkeiten
der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 14,
15 und 16.
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Bisherige
Verriegelungsvorrichtungen, die z. B. zur Positionierung und Verriegelung
eines Schieberelementes in einem Kunststoffspritzgießwerkzeug dienen,
sind sehr aufwendig aufgebaut. Für
eine übliche
Querverriegelung nach dem Stand der Technik sind zwei Zylinder notwendig,
die mittels einer Hydraulik nacheinander betätigt werden. Dabei bringt der
eine Hydraulikzylinder das Schieberelement in die richtige Position,
der andere Hydraulikzylinder greift anschließend in das Schieberelement
ein und verriegelt dieses. Dafür
sind insgesamt zwei Steuerkreise notwendig. Diese Vorrichtung ist
demnach äußerst aufwendig
und auch teuer aufgebaut.
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Bei
einer anderen Vorrichtung wird ein Verriegelungszylinder wie ein
doppelt wirkender Zylinder durch kolbenartige Druckbeaufschlagung
ausgefahren. Bei Erreichen der Endlage werden Verriegelungssegmente
in die Ringnut des Verriegelungszylinders eingedrückt. Dies
geschieht durch einen Verriegelungsschieber, der über die
Segmente gleitet und sie in radialer Richtung sichert. Bei dieser
Vorrichtung ist eine Hydraulik zur Entriegelung notwendig. Der Nachteil
einer Hydraulik besteht u. a. darin, dass eine Vielzahl von Dichtungen
notwendig sind. Außerdem
ist diese Vorrichtung dahingehend nachteilig, dass aufgrund der
Länge der
Kolbenstange bei einer Aufnahme großer Kräfte mit einer elastischen Verformung
(Kompression) der Kolbenstange zu rechnen ist. Aufgrund von hohen
Temperaturen kann außerdem
durch Wärmeausdehnung
ein Nachstellen bei den Verriegelungszylindern notwendig sein.
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Aus
US 4,709,454 ist eine Vorrichtung
zur definierten Positionierung eines ersten Elementes mit einem
auf das erste Element einwirkenden Schieberelement bekannt, das
eine Bewegung eines zweiten Elements auslöst. Gleichzeitig werden Verriegelungselemente
in Form von beweglichen Kugeln aktiviert, die in eine umlaufende
Nut am ersten Element eingedrückt
werden. Insgesamt ist diese bekannte Vorrichtung kompliziert aufgebaut.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur definierten Positionierung eines Elementes mit einem einfachen
Aufbau und gleichzeitig hoher Stabilität zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis
13. Vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten
werden in den Patentansprüchen
14, 15 und 16 gelehrt.
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Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Positionierung eines ersten
Elementes mit einem auf das erste Element einwirkenden Schieberelement,
das eine Bewegung mindestens eines zweiten Elementes auslöst, ausgestattet ist,
das Schieberelement in dem ersten Element axial verschiebbar ist
und ab Erreichen der definierten Position des ersten Elementes die
Bewegung des zweiten Elementes durch axiale Verschiebung des Schieberelementes
zum ersten Element auslöst,
wobei das zweite Element ein Verriegelungselement ist, das ab der
definierten Position in eine korrespondierende Ausnehmung in dem
ersten Element und/oder in einem daran oder darum angeordneten Gehäuse eingreift, wobei
das Schieberelement zumindest in einem mittleren Bereich keilartig
ausgebildet ist und das Verriegelungselement mit seinem die Kante
des Keils des Schieberelementes kontaktierenden Bereich der Neigung
der Kante angepasst ist. Bei dieser einfachen Vorrichtung ist keine
aufwendige Hydraulik notwendig, um das erste Element zu positionieren. Vielmehr
ist nur eine Kraftquelle zur Bewegung des Schieberelementes, des
ersten Elementes und der Auslösung
der Bewegung des zweiten Elementes notwendig. Ausschließlich über die
Bewegung des Schieberelementes ist die Bewegung des gesamten ersten
Elementes sowie die Auslösung
der Bewegung (z. B. Quer- oder Drehbewegung) des zweiten Elementes
sowie auch dessen Rückbewegung durchführbar. Greift
das oder die Verriegelungselement(e) in das Gehäuse ein, ist eine formschlüssige Verriegelung
des ersten Elementes sichergestellt. Damit kann das erste Element
eine Kraft F 4, die die Kraft F 1 übersteigt, aufnehmen und dennoch
in der definierten Position verbleiben. Ist die Querverriegelung
im vorderen Bereich des ersten Elementes angeordnet, wird eine hohe
Formschlüssigkeit
der Positionierung des ersten Elementes gewährleistet.
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Mit
Vorteil kann das Schieberelement im vorderen Bereich des ersten
Elementes die Bewegung des zweiten Elementes auslösen, um
eine hohe Formschlüssigkeit
der Positionierung des ersten Elementes sicherzustellen.
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Greift
auf das Schieberelement F 1 zum Verschieben des ersten Elementes
in die definierte Position an; so ist es zweckmäßigerweise vorgesehen, dass
eine kleinere Gegenkraft F 3 der Kraft F 1 entgegenwirkt. Diese
Kraft F 3 verhindert, dass sich das Schieberelement soweit relativ
zum ersten Element bewegt, dass zu früh eine Bewegung des zweiten Elementes
ausgelöst
wird. Die entgegen der Kraft F 1 wirkende Kraft F 3 kann z. B. mittels
einer Druck- oder Zugfeder aufgebracht werden, die auch innerhalb
des ersten Elementes angeordnet sein kann. Alternativ dazu ist es
z. B. möglich,
dass die Kraft F 3 mittels Kompression eines Fluids oder einer Flüssigkeit
aufgebracht wird, die dann ab einem gewissen Druck in eine andere
Kammer oder dergleichen überströmt, um zu
gewährleisten,
dass die Kraft F 1 größer bleibt
als die Kraft F 3. Natürlich
sind auch andere Möglichkeiten
der Aufbringung einer Gegenkraft F 3 möglich.
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Auf
das erste Element kann von außen
eine gegen die Kraft F 1 wirkende Kraft F 2 einwirken. Bei der Kraft
F 2 kann es sich z. B. um die Reibungskraft zwischen dem ersten
Element und einem darum angeordneten Gehäuse handeln. Zum Einstellen
eines Kräftegleichgewichtes
zwischen der Kraft F 2 und der Kraft F 3 kann es, muß aber nicht
zwingend, notwendig sein, dass sich das Schieberelement relativ
zum ersten Element bewegt. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die
Kraft F 3 aufgrund einer Federkonstante variabel ist.
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Ist
eine Kraft F 2 vorhanden, muß die
Kraft F 1 natürlich
größer sein
als die Kraft F 2, damit eine Bewegung des ersten Elementes sichergestellt
ist. Die Art der Kraftquelle für
die Kraft F 1 ist beliebig. Es kann, muß aber auf keinen Fall eine
Hydraulik vorgesehen sein, die die Kraft F 1 auf das Schieberelement aufbringt.
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Vorteilhafterweise
ist ab einer der Kraft F 1 auf das erste Element entgegenwirkenden
Kraft F 4, die z. B. durch einen Anschlag auf das erste Element aufgebracht
wird, das Schieberelement in dem ersten Element verschiebbar. Greift
die Kraft F 4 an, befindet sich das erste Element in der definierten
Position und die Bewegung des Schieberelementes sowie die damit
verbundene Bewegung des zweiten Elementes wird dadurch ausgelöst.
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Die
Spitze des Keils des Schieberelementes kann in Richtung der Kraft
F 1 orientiert sein. Dabei kann das mindestens eine Verriegelungselement
von dem Keil des Schieberelementes in eine korrespondierende Ausnehmung
verdrängbar
sein, so dass die gewünschte
Verriegelung erfolgt. Das Verriegelungselement kann mit seinem die
Kante des Keils des Schieberelementes kontaktierenden Bereich der
Neigung der Kante angepaßt
sein, so dass das Verriegelungselement in die korrespondierende
Ausnehmung hineingleitet. Der Keil kann in einer Ausnehmung des ersten
Elementes angeordnet sein und mit seinem breiten Ende im wesentlichen
der Größe der Ausnehmung
angepaßt
sein, so dass das Schieberelement innerhalb des ersten Elementes
optimal gelagert und geführt
ist.
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Mit
besonderem Vorteil kann die Kante des Keils des Schieberelementes
einen Winkel α von < 45° zur Schieberichtung
des Schieberelementes einnehmen. Dadurch wird in zuverlässiger Weise
verhindert, dass das Schieberelement nach hinten, d. h. in Ausgangsrichtung
gedrückt
wird. Durch geeignete Wahl dieses Winkels ist eine Selbstverriegelung
des Schieberelementes möglich.
Zweckmäßigerweise kann
das Verriegelungselement an seinen äußeren Enden keilartig ausgebildet
sein, was den Vorteil hat, dass das Verriegelungselement in die
korrespondierende Ausnehmung leicht eingeleitet.
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Mit
weiterem besonderen Vorteil kann die Kante des Teils in zwei Kantenbereiche
aufgeteilt sein, wobei jeder Kantenbereich einen anderen Winkel
zur Schieberichtung des Schiebeelementes einnimmt. Der Kantenbereich
mit dem geringeren Winkel (insbesondere in einem Bereich z. B. zwischen
5° und 20°) dient der
Selbstverriegelung des Schieberelementes. Der steilere Kantenbereich
(mit einem Winkel zur Schieberichtung in einem Bereich zwischen
ca. 40° und
50°) verhilft
den Verriegelungselementen, die dem Schieberelement angepaßte Kantenverhältnisse
aufweisen, beim Verriegeln. Mit dieser Ausführungsvariante wird ein kürzerer Gesamtschiebeweg
sowie eine kürzere
Baulänge
der Vorrichtung erzielt.
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Das
Ende des Verriegelungselementes kann eine Schräge aufweisen, die in Ausziehrichtung
des Schieberelementes orientiert ist. Damit wird zum einen – wie oben
bereits angedeutet – das
Einführen der
Verriegelungselemente erleichtert und zum anderen auch das Entriegeln
bei der Rückwärtsbewegung des
Schieberelementes in einfacher Weise ermöglicht. Die Verriegelungselemente
können
z. B. mittels einer Feder unter Zugspannung gesetzt werden, so dass
sie bei der Rückwärtsbewegung
des Schieberelementes wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren
und damit die Vorrichtung entriegeln.
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Insbesondere
aufgrund des relativ einfachen Aufbaus der Vorrichtung kann auch
der Angriffspunkt der Kraft F 4 variierbar sein. D. h., dass der
Angriffspunkt der Kraft F 4 je nach Erfordernis an eine andere Stelle
gesetzt werden kann.
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Ebenso
ist es auch möglich,
dass mehrere feste oder auch variable Angriffspunkte für die Kraft
F 4 vorgesehen sind, um das erste Element an unterschiedlichen definierten
Stellen zu positionieren. Ein vorteilhaftes Einsatzgebiet ist z.
B. ein Mehrkomponentenspritzgießverfahren,
bei welchem zunächst der
Kern mit einer ersten Komponente umspritzt wird und sodann nach
einem Rückziehen
des Schiebers in eine zweite Position der dadurch geschaffene leere Raum
in der Spritzgießform
mit einer zweiten Komponente ausgespritzt wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann insbesondere im Maschinen- und Vorrichtungsbau Verwendung finden
bei Bauteilen, die in einer bestimmten Position einer hohen Belastung
Stand halten müssen.
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Mit
besonderem Vorteil kann die Vorrichtung auch im Fahrzeugbau eingesetzt
werden, beispielsweise um die bestimmte Stellung einer Ladefläche eines
Baggers zu arretieren oder eine Baggerschaufel in einer bestimmten
Position zu halten.
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Wie
oben bereits mehrfach erwähnt,
kann die Vorrichtung auch mit Vorteil in einem Press- oder Spritzgießwerkzeug
verwendet werden, wobei das erste Element einen Schieber, eine Kolbenstange oder
ein mit dem Schieber oder der Kolbenstange verbundenes Bauteil darstellt.
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Die
Erfindung ist anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren
näher erläutert. Diese
zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung der Vorrichtung zur Auslösung einer Verriegelung in
entriegelter Position;
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2 eine
Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 1 in verriegelter
Position;
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3–5 eine
Prinzipdarstellung der Vorrichtung im Schnitt mit mehreren Anschlägen und in
unterschiedlichen Positionen des ersten bzw. zweiten Elementes;
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6 eine
Prinzipdarstellung von unterschiedlichen Kantenbereichen beim Schieberelement
und beim Verriegelungselement.
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Bezugsziffer 10 bezeichnet
die jeweilige Vorrichtung in ihrer Gesamtheit. In den 1 und 2 dient
die Vorrichtung 10 in erster Linie zur definierten Positionierung
sowie Verriegelung eines ersten Elementes 1 mit einem auf
das erste Element 1 einwirkenden Schieberelement 3,
das eine Bewegung mindestens eines zweiten Elementes 2,
nämlich
der Verriegelungselemente 7 auslöst. In diesem Fall sind demnach
die zweiten Elemente 2 gleich den Verriegelungselementen 7.
Das Schieberelement 3 ist in dem ersten Element 1 verschiebbar
und ab Erreichen der definierten Position am Anschlag 6 des
ersten Elementes 1 löst
das Schieberelement 3 die Bewegung des zweiten Elementes 2 aus
(siehe 2). Bei dem ersten Element 1 kann es
sich beispielsweise um einen Schieber in einem Spritzgießwerkzeug handeln.
Schon die Figuren zeigen, dass sich die Vorrichtung durch ihren
relativ einfachen mechanischen Aufbau auszeichnet, ohne dass aufwendige Kraftquellen
wie z. B. eine Hydraulik notwendig sind.
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Wie
aus 1 hervorgeht, greift auf das Schieberelement 3 eine
Kraft F 1 zum Verschieben des ersten Elementes 1 in eine
definierte Position an, wobei eine kleinere Gegenkraft F 3 der Kraft
F 1 entgegenwirkt. Gemäß der Ausführungsvariante
in 1 wird die Kraft F 3 mit einer Druckfeder 4 aufgebracht,
die gegen das Ende des Schieberelementes 3 drückt. Eine
in den Figuren nicht dargestellte Variante der Kraft F 3 erfolgt
z. B. mittels Kompression einer Flüssigkeit oder eines bestimmten
Fluids, welches ab einem gewissen Druck überströmt.
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Das
erste Element 1 ist in einem Gehäuse 9 verschiebbar
gelagert, so dass auf das erste Element 1 von außen eine
gegen die Kraft F 1 wirkende Reibungskraft F 2 einwirkt. Zum Einstellen
eines Kräftegleichgewichts
zwischen der Kraft F 2 und der Kraft F 3 ist das Schieberelement 3 relativ
zum ersten Element 1 bewegbar. Um das erste Element 1 auch
innerhalb des Gehäuses 9 nach
vorne zu bewegen, ist die Kraft F 1 größer als die Kraft F 2.
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Das
erste Element 1 wird solange in dem Gehäuse 9 nach vorne bewegt,
bis es auf einen Anschlag 6 trifft (siehe 2).
Durch den Anschlag 6 wird auf das erste Element 1 die
Kraft F 4 aufgebracht. Ab der der Kraft F 1 entgegenwirkenden Kraft F
4 wird das Schieberelement 3 in dem ersten Element 1 nach
vorne verschoben, so dass es die in 2 dargestellte
Position einnimmt. Beim Nachvornebewegen des Schieberelementes 3 greifen
die Verriegelungselemente 7 in korrespondierende Ausnehmungen 8 in
dem ersten Element 1 als auch in dem darum angeordneten
Gehäuse 9 ein.
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Das
Schieberelement 3 ist in seinem mittleren Bereich keilartig
ausgebildet, wobei die Spitze 12 des Keils 11 in
Richtung der Kraft F 1 orientiert ist. Von diesem Keil 11 sind
die Verriegelungselemente 7 in die korrespondierenden Ausnehmungen 8 verdrängbar. Dabei
ist das jeweilige Verriegelungselement 7 5 mit
seinem die Kante 13 des Keils 11 des Schieberelementes 3 kontaktierenden
Bereich 14 der Neigung der Kante 13 angepaßt. Mittels
dieser Konstruktion können
die Verriegelungselemente 7 in die Ausnehmungen 8 eingleiten
und auch wieder in einfacher Weise beim Zurückziehen des Schieberelementes 3 herausgeführt werden.
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Die
Kante 13 des Keils 11 des Schieberelementes 3 nimmt
einen Winkel α von < 45° zur Schieberichtung
des Schieberelementes 3 ein. Durch diese Wahl des Schiebewinkels
wird ein ungewolltes Zurückschieben
des Schieberelementes verhindert.
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Die
Verriegelungselemente 7 sind an ihren äußeren Enden 15 keilartig
ausgebildet und weisen eine Schräge 16 auf,
die in Ausziehrichtung des Schieberelementes 3 orientiert
ist. Durch die Wahl eines entsprechenden Winkels α ist eine
Selbstverriegelung möglich,
wobei aber gleichzeitig auch das Entriegeln der 0 zweiten Elemente 2 sichergestellt
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsvariante
gemäß 6 weist
das Schieberelement 3 zwei Kantenbereiche 21 und 22 auf.
Der Kantenbereich 21 weist einen geringeren Winkel zur
Schieberichtung des Schieberelementes 3 auf, während der
Kantenbereich 22 einen größeren Winkel zur Schieberichtung
des Schiebelementes 3 einnimmt. Die jeweiligen Neigungen
der Kantenbereiche 21 und 22 sind den endseitigen
Bereichen 23 und 24 des Verriegelungselementes 7 angepaßt. Der
Kantenbereich 21 korrespondiert mit dem Bereich 24,
der Kantenbereich 22 mit dem Bereich 23 des Verriegelungselementes 7.
Der flache Hochschieben des Verriegelungselementes 7 zur
Verriegelung.
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Der
Angriffspunkt 20 bzw. der Anschlag 6 für die Kraft
F 4 kann variiert, d. h. an unterschiedliche Stellen je nach Anforderung
versetzt werden. Dies ist aufgrund des relativ einfachen und übersichtlichen Aufbaus
der Vorrichtung 10 möglich.
Wie aus den Zeichnungsfiguren 3–5 hervorgeht, können auch mehrere
Angriffspunkte 20, 20' für die Kraft F 4 vorgesehen
sein. Auf diese Weise kann das erste Element 1 in den zwei
verschiedenen Positionen arretiert werden. In 4 ist
die Ausgangsstellung dargestellt, wobei der Anschlag 20 für das erste
Element 1 ausgefahren ist. In 4 kontaktiert
das erste Element 1 den Anschlag 6 bzw. den Angriffspunkt 20 für die Kraft
F 4 und die Verriegelungselemente 7 werden in ihre korrespondierenden
Ausnehmungen 8 eingeschoben. 5 verdeutlicht,
dass auf den Anschlag 6 während der Verriegelung keine
Kraft F 1 mehr einwirkt. Demnach muß der Anschlag 6 nicht für die Aufnahme
großer
Kräfte
ausgelegt werden, sondern dient lediglich der Positionierung des
ersten Elementes 1.
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Diese
Vorrichtung 10 kann insbesondere im Maschinen- und Vorrichtungsbau,
z. B. in Preß-
oder Spritzgießwerkzeugen,
oder im Fahrzeugbau (z. B. für
die Arretierung der Ladefläche
von Baggern) Einsatz finden.
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Kantenbereich 21 dient
der Kraftübersetzung bzw.
der Selbstverriegelung des Schieberelementes 3, der steilere
Kantenbereich 22 dem vereinfachten Hochschieben des Verriegelungselementes 7 zur Verriegelung.
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Der
Angriffspunkt 20 bzw. der Anschlag 6 für die Kraft
F 4 kann variiert, d. h. an unterschiedliche Stellen je nach Anforderung
versetzt werden. Dies ist aufgrund des relativ einfachen und übersichtlichen Aufbaus
der Vorrichtung 10 möglich.
Wie aus den Zeichnungsfiguren 3–5 hervorgeht, können auch mehrere
Angriffspunkte 20, 20' für die Kraft F 4 vorgesehen
sein. Auf diese Weise kann das erste Element 1 in den zwei
verschiedenen Positionen arretiert werden. In 4 ist
die Ausgangsstellung dargestellt, wobei der Anschlag 20 für das erste
Element 1 ausgefahren ist. In 4 kontaktiert
das erste Element 1 den Anschlag 6 bzw. den Angriffspunkt 20 für die Kraft
F 4 und die Verriegelungselemente 7 werden in ihre korrespondierenden
Ausnehmungen 8 eingeschoben. 5 verdeutlicht,
dass auf den Anschlag 6 während der Verriegelung keine
Kraft F 1 mehr einwirkt. Demnach muß der Anschlag 6 nicht für die Aufnahme
großer
Kräfte
ausgelegt werden, sondern dient lediglich der Positionierung des
ersten Elementes 1.
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Diese
Vorrichtung 10 kann insbesondere im Maschinen- und Vorrichtungsbau,
z. B. in Preß-
oder Spritzgießwerkzeugen,
oder im Fahrzeugbau (z. B. für
die Arretierung der Ladefläche
von Baggern) Einsatz finden.
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- 1
- erstes
Element
- 2
- zweites
Element
- 3
- Schieberelement
- 4
- Druckfeder
- 5
- Zugfeder
- 6
- Anschlag
- 7
- Verriegelungselement
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Gehäuse
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Keil
- 12
- Spitze
- 13
- Kante
- 14
- Bereich
- 15
- Ende
- 16
- Schräge
- 20,
20'
- Angriffspunkte
- 21
- Kantenbereich
- 22
- Kantenbereich
- 23
- Bereich
(am Verriegelungselement)
- 24
- Bereich
(am Verriegelungselement)