DE10344245B4

DE10344245B4 - Druckluftbalancer

Info

Publication number: DE10344245B4
Application number: DE10344245A
Authority: DE
Inventors: Manfred Josef Wallner
Original assignee: Individual
Current assignee: Konecranes Global Oy
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: US20050120713A1; US7134644B2; EP1518818A1; ATE511492T1; EP1518818B1; DE10344245A1

Abstract

Druckluftbalancer (1) zum Heben, Halten und Senken einer Last, mit
– einer drehbaren und entlang ihrer Drehachse verschiebbaren Seiltrommel (4) zum Auf- und Abrollen eines die Last haltenden Seiles,
– einem Gehäuse, das einen Zylindermantel (2) und zwei stirnseitige Abschlussdeckel (3) umfasst,
– einem gasdruckbeaufschlagten Kolben (7), der im Gehäuse axial verschiebbar ist; und
– einem Kugelgewindegetriebe, das eine Kugelrollspindel (5) und eine Kugelmutter (6) umfasst, die eine axiale Bewegung des Kolbens (7) in eine Drehbewegung und eine axiale Bewegung der Seiltrommel (4) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Lauffläche des Kolbens (7) durch eine Innenfläche (12) eines Rohres (18) gebildet wird, das als Innenhülse in den Zylindermantel (12) eingepasst ist, und das zwischen Rohr (8) und Kolben (7) wenigstens ein äußerer Kolbenring (18) vorgesehen ist, der von einer Innenseite des Kolbenrings (18) gasdruckbeaufschlagt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftbalancer zum Heben, Halten und Senken einer Last.
Ein Druckluftbalancer weist üblicherweise eine drehbare Seiltrommel auf, die entlang ihrer Drehachse verschiebbar angeordnet ist. Durch Drehen der Seiltrommel wird ein Seil abgerollt bzw. aufgerollt, an dem die zu haltende Last hängt. Die Seiltrommel ist in einem Gehäuse angeordnet, das vorzugsweise einen Zylindermantel und zwei stirnseitige Abschlussdeckel umfasst. In dem Gehäuse ist darüber hinaus ein gasdruckbeaufschlagter Kolben untergebracht, der im Gehäuse axial verschoben werden kann. Ein ebenfalls in dem Gehäuse untergebrachtes Kugelgewindegetriebe, das eine Kugelrollspindel und eine Kugelmutter umfasst, wandelt die axiale Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung und Axialbewegung der Seiltrommel um.
Um beispielsweise die an dem Seil hängende Last anzuheben, wird der Gasdruck auf den Kolben erhöht, wodurch der Kolben axial bewegt wird. Dies führt zu einer Drehung der Seiltrommel, so dass das Seil aufgerollt wird. Soll hingegen die Last auf einer Höhe gehalten werden, stehen der Gasdruck auf den Kolben und die Schwerkraft der Last in einem Kräftegleichgewicht. Die Last schwimmt oder schwebt somit auf einem Gas- oder Luftkissen. Aufgrund der Kompressibilität des Gases kann die Last aus ihrer Gleichgewichtslage in einem gewissen Bereich von Hand nach oben oder unten bewegt werden, ohne dass dafür der Gasdruck auf den Kolben neu eingestellt werden muss. Dies erleichtert die Arbeit beim Einbauen und Einlegen von Teilen in Maschinen, da beide Hände frei sind und ein Austarieren des einzubauenden Teils einfach möglich ist.
In dem Gehäuse bildet der Kolben eine Begrenzung einer in ihrem Volumen veränderlichen Kammer, in die ein Druckmedium, vorzugsweise Luft, geleitet werden kann. Soll die an dem Seil hängende Last beispielsweise auf einer konstanten Höhe gehalten werden, muss auch die axiale Position des Kolbens im Gehäuse und damit auch das Volumen in der Kammer konstant bleiben. Eine Volumenkonstanz über längere Zeit erfordert eine möglichst leckagefreie Abdichtung der Kammer. Als kritisch erweist sich dabei die Dichtung zwischen dem Kolben und seinen Laufflächen.

Aus der EP 1 136 423 A1 ist ein Druckluftbalancer bekannt, bei dem ein zylinderförmiger Kolben in einem Hohlzylinder verschiebbar angeordnet ist. Zwischen dem Kolben und dem Hohlzylinder ist ein Dichtring oder Kolbenring vorgesehen. Um eine möglichst leckagefreie Dichtung zu realisieren, steht der Dichtring unter Spannung und drückt gegen die Lauffläche des Kolbens.

Aufgrund des auf die Lauffläche drückenden Dichtrings ist die Bewegung des Kolbens im Gehäuse stark reibungsbehaftet. Eine gute Abdichtung der Kammer und eine gewisse Leichtläufigkeit des Kolbens stehen in einem Spannungsfeld. So wird in der Regel eine gute Abdichtung auf Kosten der Leichtläufigkeit erreicht und umgekehrt.

Eine Leichtläufigkeit des Kolbens ist wichtig, um ein sogenanntes Losbrechmoment möglichst klein zu halten. Soll beispielsweise der Kolben aus einem Stillstand heraus bewegt werden, ist aufgrund des Unterschieds zwischen Gleitreibung und Haftreibung ein zusätzliches Moment oder eine zusätzliche Kraft notwendig, den Kolben in Bewegung zu setzen. Ein zu großes Losbrechmoment steht einem sanften Verfahren der Last aus dem Stillstand entgegen und ist folglich möglichst zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckluftbalancer bereitzustellen, der einerseits eine gut abgedichtete Druckgaskammer aufweist und mit dem ein sanftes Verfahren der an dem Seil hängenden Last möglich ist.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die äußere Lauffläche des Kolbens wird durch die Innenfläche des Rohrs gebildet, das als Innenhülse in den Zylindermantel eingepasst ist. Zwischen dem Rohr und Kolben ist wenigstens ein äußerer Kolbenring vorgesehen, der von einer Innenseite des Kolbenrings gasdruckbeaufschlagt ist. Dadurch wird der Kolbenring mittels Gasdruck gegen das Rohr gedrückt. Dabei wird der Gasdruck genutzt, der an dem Kolben anliegt. Somit stehen der Druck, mit dem der Kolbenring gegen das Kohlefaserrohr gedrückt wird, und der Druck in der Kammer, die durch den Kolben begrenzt wird und möglichst gut abzudichten ist, in einem bestimmten Verhältnis. Je größer der Druck in der Kammer, desto größer auch der Anpressdruck des Kolbenrings und damit auch die Abdichtung zwischen Kolben und Kohlefaserrohr.

Das Rohr, das beispielsweise als Kohlefaserrohr, als Keramikrohr oder Glasrohr ausgebildet ist, weist vorzugsweise eine besonders glatte Oberfläche auf, sodass die Reibung zwischen Kolben und äußerer Lauffläche bzw. zwischen Dichtring und äußerer Lauffläche sehr gering ist. Dies gilt gleichermaßen für die Haftreibung und die Gleitreibung, wobei dadurch auch die Differenz zwischen Gleit- und Haftreibung, die die Größe des Losbrechmoments maßgeblich beeinflusst, deutlich reduziert wird.

Bei der Herstellung des Druckluftbalancers kann ein Stahlmantel auf Passung ausgedreht und darin das Innenrohr aus einem Material mit besonders guten Oberflächeneigenschaften eingesetzt werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Rundlauftoleranz des Rohrs keiner als 0,005 mm. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Rundlauftoleranz weniger als 0,001 mm beträgt.

Vorzugsweise erstreckt sich die Kugelrollspindel zwischen den beiden seitlich angebrachten Abschlussdeckeln. Über die Kugelrollspindel lassen sich dadurch die beiden Abschlussdeckel einfach gegeneinander verspannen, wodurch der zwischen den Abschlussdeckeln angeordnete Zylindermantel fixiert wird. Die sich zwischen den beiden Abschlussdeckeln erstreckende Kugelrollspindel greift auch durch den Kolben und die Kammer.

Vorzugsweise ist zwischen Kolben und Kugelrollspindel wenigstens ein innerer Kolbenring vorgesehen, der von einer Innenseite des Kolbenrings, wie dies auch bei dem äußeren Kolbenring möglich ist, gasdruckbeaufschlagt ist.

Der innere und/oder äußere Kolbenring kann einen im Wesentlichen V-förmigen Ringquerschnitt aufweisen. Der Ringquerschnitt umfasst zwei im Winkel angeordnete Schenkel, die jeweils ein offenes Ende und ein Ende aufweisen, bei dem die beiden Schenkel zusammenlaufen. Die offenen Enden liegen zweckmäßig an Seitenwänden einer Kolbennut an, während die beiden zusammenlaufenden Schenkel am jeweils anderen Ende an dem Kohlefaserrohr bzw. an der Kugelrollspindel anliegen.

Um einen Kolbenring von seiner Innenseite mit Gasdruck zu beaufschlagen, weist die Kolbennut an einer Unterseite eine entsprechende Gasdrucköffnung auf. Die Kolbennut und der daran an liegende Kolbenring bilden eine ringförmige Druckkammer, in der der dort herrschende Druck den Ring gegen die entsprechende Lauffläche des Kolbens drückt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Kugelrollspindel eine spiralförmige Kugelrollbahn, wobei in einem Bereich der Kugelrollspindel, der eine innere Lauffläche des Kolbens bildet, die Kugelrollbahn nicht ausgebildet ist. Die innere Lauffläche des Kolbens weist damit eine glatte zylinderförmige Fläche auf, so dass eine Spindelabdeckung zwischen Kolben und Kugelrollspindel für eine gute Abdichtung nicht notwendig ist.

Um auch die innere Lauffläche des Kolbens möglichst reibungsfrei zu halten, ist die Oberfläche der Kugelrollspindel geschliffen. Dadurch kann eine besonders geringe Oberflächenrauigkeit erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Oberfläche auch gerollt sein.

Vorzugsweise ist ein Seilführungsgehäuse vorgesehen, das einen koaxial zur Seiltrommel angeordneten Führungszylinder und wenigstens einen Stützring aufweist, der sich in radialer Richtung von dem Führungszylinder bis zum Zylindermantel des Gehäuses erstreckt. Zum einen dient das Seilführungsgehäuse der Zentrierung der Seiltrommel in dem Gehäuse und zum Schutz gegen ein Abspringen des Seils von der Seiltrommel. Zum anderen sorgt das Seilführungsgehäuse dafür, dass sowohl die Seiltrommel als auch der Bereich der Kugelrollspindel, der die innere Lauffläche des Kolbens bildet, nicht durch Staub oder sonstige Teilchen verschmutzen, die durch eine Seilaustrittsöffnung des Druckluftbalancers in das Gehäuse von außen eindringen können.

Anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Druckluftbalancer im Längsschnitt;
2 den Druckluftbalancer der 1, wobei ein darin verschiebbarer Kolben eine andere Stellung einnimmt;
3 eine Ansicht entlang der Linie III-III der Figur; und
4 den Kolben mit einem Kolbenring im Detail.
1 zeigt einen Druckluftbalancer 1 im Längsschnitt. Der Druckluftbalancer 1 umfasst einen Zylindermantel 2 und seitlich montierte Abschlussdeckel 3. In dem Druckluftbalancer 1 ist eine drehbar und entlang ihrer Drehachse verschiebbare Seiltrommel 4 angeordnet. Über ein Kugelgewindegetriebe, bestehend aus einer Kugelrollspindel 5 und einer Kugelmutter 6 wird eine axiale Bewegung des Kolbens 7 in eine Drehung und axiale Bewegung der Seiltrommel 4 umgewandelt.
Der Kolben 7 begrenzt zusammen mit dem in 1 gezeigten rechten Abschlussdeckel 3, einem Kohlefaserrohr 8 und einem Teil der Kugelrollspindel 5 eine Kammer 9, in die ein Druckmedium, vorzugsweise Druckluft, geleitet werden kann. Wird die Kammer 9 mit Druckluft beaufschlagt, wird der Kolben 7 axial verschoben. Dabei drückt er gegen die Seiltrommel 4 mittels eines Axialkugellager 10, das eine relative Drehung zwischen Kolben 7 und Seiltrommel 4 zulässt. Aufgrund des Zusammenwirkens der feststehenden Kugelrollspindel 5 und der Kugelmutter 6, die drehfest mit der Seiltrommel 4 verbunden ist, dreht sich durch die axiale Verschiebung die Seiltrommel um ihre eigene Achse.
Das Kohlefaserrohr 8 liegt mit einer Außenfläche 11 an dem Zylindermantel 2 an. Eine Innenfläche 12 des Kohlefaserrohrs bildet eine äußere Lauffläche des Kolbens 7. Durch den Kolben 7 und die Kammer 9 greift die sich zwischen den beiden Abschlussdeckeln 3 erstreckende Kugelrollspindel 5, wobei diese eine innere Lauffläche 13 für den ringförmigen Kolben 7 bildet.
Sowohl an einer Außenseite 14 als auch an einer Innenseite 15 weist der Kolben 7 ringförmige Nuten 17 zur Aufnahme von Kolbenringen 18, 19 auf.
Um den Druckluftbalancer 1 in eine Führungsschiene oder dergleichen einzuhängen, ist eine Halterung 20 im oberen Bereich des Druckluftbalancers 1 vorgesehen. Im unteren Bereich des Druckluftbalancers ist eine Seilaustrittsöffnung 21 angeordnet.
Die Seiltrommel 4 wird durch ein Seilführungsgehäuse 22 abgedeckt, das zur Seiltrommel 4 koaxial angeordnet ist. Das Seilführungsgehäuse 22 weist einen Führungszylinder 23 und an seinen Enden angeordnete Stützringe 24 auf, die für seine Zentrierung im zylinderförmigen Druckluftbalancer 1 sorgen.
2 zeigt den Druckluftbalancer 1 der 1, wobei nun der Kolben 7 an dem rechten Abschlussdeckel 3 anliegt. Entsprechend weist nun auch die Seiltrommel 4 eine andere axiale Position auf. In 2 ist zu erkennen, dass in der Kugelrollspindel eine spiralförmige Kugelrollbahn 25 ausgebildet ist, wobei sich diese nur über einen Teil der Kugelrollspindel 5 erstreckt.
In der in 2 gezeigten Position des Kolbens 7 bzw. der Seiltrommel 4 ist ein Seil 26 maximal abgerollt. Wird nun Druckluft in die Kammer 9 geleitet, drückt der Kolben 7 die Seiltrommel 4 vor sich her, die mittels des Kugelgewindegetriebes rotiert und das Seil 26 aufrollt. Der Abstand zweier benachbarter Nuten 27 der Seiltrommel 4 entspricht exakt dem Kolbenweg bei einer Drehung der Seiltrommel 4. Hierdurch tritt das Seil 26 immer an der gleichen Stelle aus dem Druckluftbalancer heraus.
3 zeigt den Druckluftbalancer entlang der Linie III-III der 1. Zu erkennen ist der im Querschnitt kreisförmige Druckluftbalancer 1 und die daran befestigte Halterung 20. Die Halterung 20 weist mehrere Durchtrittsöffnungen 27 zur Befestigung des Druckluftbalancers an einer hier nicht dargestellten Aufhängung auf.
4 zeigt einen Teil des Kolbens 7 mit den Kolbenringen 18, 19. Die Kolbenringe 18, 19 weisen einen im Wesentlichen V-förmigen Ringquerschnitt auf. Der Ringquerschnitt weist zwei auseinanderlaufende Schenkel 29 auf, die an seitlichen Wänden 30, 31 der Ringnuten 16, 17 anliegen. An den Grundflächen 32, 33 der Ringnuten 16, 17 mündet jeweils ein Kanal 34, 35, der die Ringnuten 16, 17 mit der Kammer 9 verbindet. Somit wirkt auf einer jeweiligen Innenseite der Kolbenringe 18, 19 der Druck der Kammer 9, der die Kolbenringe gegen die entsprechenden Laufflächen drückt.

1: Druckluftbalancer
2: Zylindermantel
3: Abschlussdeckel
4: Seiltrommel
5: Kugelrollspindel
6: Kugelmutter
7: Kolben
8: Kohlefaserrohr
9: Kammer
10: Axialkugellager
11: Außenfläche
12: Innenfläche
13: Innere Lauffläche
14: Außenseite
15: Innenseite
16: Kolbenringnut
17: Kolbenringnut
18: Kolbenring
19: Kolbenring
20: Halterung
21: Seilaustrittsöffnung
22: Seilführungsgehäuse
23: Führungszylinder
24: Stützring
25: Kugelrollbahn
26: Seil
27: Nut
28: Durchtrittsöffnung
29: Schenkel
30: Seitenwand
31: Seitenwand
32: Grundseite
33: Grundseite
34: Kanal
35: Kanal

Claims

Druckluftbalancer (1) zum Heben, Halten und Senken einer Last, mit – einer drehbaren und entlang ihrer Drehachse verschiebbaren Seiltrommel (4) zum Auf- und Abrollen eines die Last haltenden Seiles, – einem Gehäuse, das einen Zylindermantel (2) und zwei stirnseitige Abschlussdeckel (3) umfasst, – einem gasdruckbeaufschlagten Kolben (7), der im Gehäuse axial verschiebbar ist; und – einem Kugelgewindegetriebe, das eine Kugelrollspindel (5) und eine Kugelmutter (6) umfasst, die eine axiale Bewegung des Kolbens (7) in eine Drehbewegung und eine axiale Bewegung der Seiltrommel (4) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Lauffläche des Kolbens (7) durch eine Innenfläche (12) eines Rohres (18) gebildet wird, das als Innenhülse in den Zylindermantel (12) eingepasst ist, und das zwischen Rohr (8) und Kolben (7) wenigstens ein äußerer Kolbenring (18) vorgesehen ist, der von einer Innenseite des Kolbenrings (18) gasdruckbeaufschlagt ist.
Druckluftbalancer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (8) als Kohlenfaserrohr, Glasrohr oder Keramikrohr ausgebildet ist.
Druckluftbalancer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (8) eine Rundlauftoleranz kleiner als 0,005 mm, vorzugsweise kleiner als 0,001 mm aufweist.
Druckluftbalancer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kugelrollspindel (5) zwischen den beiden Abschlussdeckeln (3) erstreckt.
Druckluftbalancer (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kolben (7) und Kugelrollspindel (5) wenigstens ein innerer Kolbenring (19) vorgesehen ist, der von einer Innenseite des Kolbenrings (19) gasdruckbeaufschlagt ist.
Druckluftbalancer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere und äußere Kolbenring (18, 19) einen im wesentlichen v-förmigen Ringquerschnitt aufweisen.
Druckluftbalancer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrollspindel (5) eine spiralförmige Kugelrollbahn (25) umfasst, wobei in einem Bereich der Kugelrollspindel, der eine innere Lauffläche (13) des Kolbens (7) bildet, die Kugelrollbahn (25) nicht ausgebildet ist.
Druckluftbalancer (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der inneren Lauffläche (13) geschliffen ist.
Druckluftbalancer (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der inneren Lauffläche (13) gerollt ist.
Druckluftbalancer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Seilführungsgehäuse (22) vorgesehen ist, dass einen koaxial zur Seiltrommel (4) angeordneten Führungszylinder (23) und wenigstens einen Stützring (24) aufweist, der sich in radialer Richtung von dem Führungszylinder (23) bis zum Zylindermantel (2) des Gehäuses erstreckt.