DE2001994C - Kraftübertragungsvorrichtung mit einem in einem Zylinder verschiebbaren durch Druckmittel beiderseitig beaufschlagbaren Kolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertra[< ungsvorrichtung mit einem in einem Zylinder verschiebbaren, durch Druckmitte! beiderseitig beaufschlaebaren Kolben, der gegen unerwünschte Lagenanderung durch eine mil dem Kolben schraubverbundene, im Zv linder drehbare, jedoch nicht längsverschiebbare, durch die Druckmittelbelastung gegen Drehung gehinderte Schraube gesichert ist, die durch Zuführung von Druckmittel freigegeben und mit Hilfe von Drehorganen in oder entgegen dem Uhrzeigersinn in Drehung versetzt wird.

Eine solche Kraftübertragung^vorrichtung kommt für eine Anlage in Frage, bei der es notwendig ist, daß der Kolben im Verhältnis zum Zylinder in belastetem oder unbelastetem Zustand mit Sicherheit seine Lage beibehält, wo auch immer sich der Kolben im Z\linder befinde!.

Bei einer durch die USA-Patentschrift 2 769 43U bekanntgewordenen Vorrichtung dieser Art greifen die Windungen der innen angeordneten Schraube in ein Kolben ein. und zwar mittels zwischen den Windungen der Schraube und des Kolbens eingelagerter Kugeln. Um die Bewegung des Kolbens zu stoppen, muß bei dieser Vorrichtung die Schraube mit einer Bremsvorrichtung mittels eines Planetengetriebe^ gekoppelt werden. Die Bremse muß dabei gelöst werden, um den Kolben versetzen zu können.

Bei einer in der USA.-Patentschrift 2 S»79 034 veröffentlichten Vorrichtung umschließt der Kolben einen anderen Kolben, der mittels Schraubcnwindungen mit einer Gegenmutter verbunden ist, so daß die Gegenmutter gegenläufig zum ersteren Kolben arbeitet Da der erstere Kolben die Gegenmutter tragt, wird die Schraube in Drehungen versetzt, wenn der Kolben gegenläufig bewegt wird. Die Schraube ist mittels eines Getriebes mit einer Bremse verbunden, die gelöst werden muß, um die Gegenbewegung des Kolbens zu ermöglichen.

Die Vorrichtung gemäß der ! 'SA.-Patentschrift 2 801 615 zeigt eine Betätigungsvorrichtung, die eine innere Schraube hat, dc-en Schraubenwindungen in eine Gegenmutter eingreifen, die in einem Kolben geführt ist, wobei die Verbindung zwischen den Windungen der Schraube und der Gegenmutter aus einer Kugelreihe besteht. Um den Kolben festzustellen, ist die Schraube mit einer koaxial angeordneten Scheibenbremse versehen, die gelöst werden muß, um die Schraube zur Drehung und dadurch dem Kolben frei tür eine axiale Verschiebung im Zylinder zu machen.

Gemäß der USA.-Patentschiift 2 7',3 485 ist eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei der die Spindel mittels eines Gegenkolbens in Drehungen versetzt werden kann. Dabei geschieht die Übertragung der Bewegung durch eine schneckenförmige Verzahnung auf dem Umfang des Kolbens, die in eine fest angebrachte schneckenförmige Verzahnung eingreift und außerdem durch eine im.ere Verzahnung, die in die äußere Verzahnung auf dem äußeren Glied oder einer Spindel eingreift. Durch die Betätigung des Kolbens wird eine Drehung der Kolben erreicht und dadurch eine Drehung des äußeren Gliedes oder der Spindel.

Die axiale Verschiebung des Kolbens im Zylinder wird durch eine Schraube gesteuert, die koaxial mit dem Kolben läuft und zum Zwecke der Drehung in Lagern abgestützt ist. Die Gegenbewegung des Kolbens ist davon abhängig und bewirkt eine Relativbewegung des Kolbens und der Schraube. Die Schraube greift in den Kolben mittels der Verzahnung auf dem Kolben ein, und zwar über eine in die Lücken einspringende Kugelreihe. Die Schraube ist mit einer Bremsvorrichtung verbunden, die gelöst werden muß, um die Gegenbewegung des Kolbens zu ermöglichen.

Durch Verschiebung des Kolbens wird die Bremse gelöst und dadurch eine Drehung der Schraube möglich, »odurch der Kolben frei für die Gegenbewegung wird.

Diese bekannten Vorrichtungen sind samtlich sehr kompliziert und teuer, da sie mit komplizierten Über-Iragungsteilen und immer mit einer besonderen Bremsvorrichtung arbeiten.

Aufgabe der Erfindung war es, die Gefahr einer nicht wünschenswerten Lagenänderung des Kolbens beim Auftreten von Fehlern im Flüssigkeitssystem, wie z.B. Leckage. Packungsbruch. Rohrbruch. Schlauchbruch oder Zylinderbruch usw. zu beseitigen und damit Setzungen mit dadurch bedingten plötzlichen Änderungen der Lage des Kolbens zu verhindern, und zwar mit einer Vorrichtung, die wesentlich einfacher, sicherer und billiger arbeitet als die bekannten. Kobei ein stabileres Bevvegungsschema und die Möglichkeit einer einfachen Anzeige der Kolhenlage angeitrebt wurde.

Die Lösung besteht darin, daß die Schraube selbsthemmend ist und ein Axialspiel solcher Größe in der Schraubenverbindung zwischen dem Kolben und der Schraube verbleibt, daß die Schraube mittels eines durch Druckmittel erzeilten Lösens der Kolbengewinde von dem Schraubengewinde in Richtung entgegen der auf den Kolben wir} nden Kraft in Drehung versetzt werden kann, und zwar unter der Einwirkung einer Antriebskraft, die so bemessen ist. daß die Drehung eintritt, sobald die Schraube in den unbelasteten Zustand kommt.

Die L ösung ist also wesentlich einfacher und eleganter und dabei auch sicherer als bei den bekannten Vorrichtungen. Denn bei allen bekannten Vorrichtungen ist die Schraube über Verbindungsglieder mit einer Bremsvorrichtung versehen, die gelöst vveruen muß, um die Schraube und den Kolben frei zur Drehung bzw. für eine Verschiebung zu bekommen.

Demgegenüber wird eine unbedingt sichere Wirkung bei der Erfindung dadurch erreicht, daß die Schraube selbsthemmend ist, was damit gleichbedeutend ist, daß die Höhe der Schraubenwindungen derart niedrig ist, daß die auf diese Windungen wirkenae Reibungskraft größer ist als die durch die Belastung ausgeübte Kraft, die die Schraube zu drehen bestrebt ist.

Das außerdem bei der Erfindung im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen vorgesehene axiale Spiel zwischen den Schraubenwindungen und der Schraubenmutter (die bei der Erfindung aus dem Kolben besteht) ist ausreichend, um eine Verbindung der Schraubenwindungen mit den Nuten der Schraubenmutter zu verhindern und um eine Drehung der Schraube zu ermöglichen, wobei der Motor nur soviel Kraft hat, um die nicht gebremste Schraube in Drehung versetzen zu können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt mit srhematiseher Darstellung der Hy-. draulik;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie I-I der Fig. 1.

Der Zylinder 1 hat <?inen oberen Deckel 2, einen Dichtungsrings und eine Buchse4, die eine Rohrkolbenstange 5 mit daran befestigtem Kolben 6 steuert, wobei der Kolben mit einem Innengewinde und mit Dichtungsringen 7 bzw. 8 und einer Buchse 9 versehen ist. die den Kolben 5 im Zylinder 1 führ·. Der Kolben S ist in Schraubeneingriff mit der lagehaltenden Schraube 10, die in Buchsen 11, 12 und 13 gelagert ist. Unten ist der Zylinder durch einen unteren Deckel 14 verschlossen. Die Lager für die Schraube 10 sind so ausgeführt, daß die Sehraube drehbar, abc nicht in der Achsenrichtung verschiebbar ist. Auf der Schraube 10 ist ein Schraubenrad 15 fest angeordnet das sich in standigem Eingriff mit der Schraube 16 K-findet, die durch einen Druckmittelmotor 35 angetrieben wird.

Die in F i g. I gezeigte Quelle für hydraulisches Regel- und Druckmittel umfaßt Pumpen 17 und 18. die durch Elektromotoren 19 bzw. 20 angetrieben werden. Die Pumpe 18 wird mil Fluidum von einem Behälter 21 durch die Leitung 22 gespeist und leitet das Fluklum unter Druck durch die 1.ellung 23 211 einem elektromagnetisch betäti· ;rn Vierweg-Kolbenventil 24. Die Leitung 23 stein in Verbindung mit einem Druckbegrenzungsventil 25, das auf den zulässigen Höchstdruck eingestellt ist. Wenn sich das Ventil 24 in seiner Ruhelage hefindet, fließt Druckmitte! durcL dieses Ventil 24 und die Leitung 26 zum Behälter 21. Wenn das Ventil 24 nach rechts umgestellt wird, wird die Verbindung zwischen den Leitungen 23 und 26 unterbrochen und stat¹ dessen eine Verbindung zwischen den Leitungen 23 und 27 hergestellt, wobei Fluidum durch die Leitung 27 /ur unteren Seite des Zylinders fließt und den Kolben 6 nach oben drückt, während gleichzeitig Fluidum von der drucklosen Kolbenstangenseite des Zylinders durch die Leitung 28 und das Ventil 24 über die Leitung 2d dem Behälter 21 zufließt. Bei der Umstellung des Ventils 24 nach links wird die Bewegungsrichtung des Kolbens umgekehrt. Die Pumpe 17 wird mit Druci mittel vom Behälter 21 durch die Leitung 29 gespeist und leitet Druckmittel durch die Leitung 30 zu einem Vierweg-Schieberventil 31, das auf einen Druck eingestellt ist. der hinreichend hoch, aber nicht bedeutend größer ist.

ais daß er die Schraube 10 dreht, vorausgesetzt, daß diese unbelastet ist. Wenn sich d^s Ventil 31 in der Ruhelage befindet, fließt Druckmittel durch dieses Ventil 31 und die Leitung 33 zum Behälter 21. Wenn das Ventil 31 nach rechts umgestellt wird, wird die Verbindung zwischen den Leitungen 30 und 33 unterbrochen und statt dessen eine Verbindung hergestellt zwischen di*n Leitungen 30 und 34, wobei der hydraulische und umkehrbare Motor 35 in Drehung versetzt w'-d und mit Hilfe der Schraube 16 und des Rades 15 die Schraube 10 antreibt. Rücklaufdruckmittel vom Motor 35 fließi über die Leitung 36 durch das Ventil 31 in die Leitung 33 zum Behälter 21. Wird das Ventil 31 nach links umgeschaltet, wird die Drehungsrichtung des Mc>to^rs 35 geändert, was zu einer Änderung tier Drehungsrichtung der Schraube 10 führt.

In Fig. I wird der Kolben 6 in einer Zwischenlage im Ruhezustand gezeigt, wobei vorausgesetzt ist, daß der Kolben belastet ist. Bei einer Bewegung des Kolbens nach oben hat die Vorrichtung folgende Arbeitsweise:

Von dem füher genannten hydraulischen System wird über die Leitung 34 dem hydraulischen Motor 35 Druckmittel zugeführt, das dabei der Schraube 16 ein bestimmtes Moment erteilt, wobei diese Schraube über das Rad 15 der Schraube 10 ein größeres Moment vermittelt. Infolge der Belastung erfolgt jedoch keine Drehung der Schraube 10. Nach einer kurzen Verzögerung, die in bekannter Weise elektrisch e^r-

zeugt wird, wird Druckmittel durch die Leitung 27 zwischen dem Kolben 6 und dem Deckel 14 eingeführt. Infolgedessen wird der Kolben 6 nach oben verschoben; die Schraube 10, die hierdurch entlastet wird, fängt an sich zu drehen, so daß der Kolben 6 seine Bewegung nach oben fortsetzen kann. Die Arbeitsfähigkeit der ölpumpe 17 soll größer gewählt sein als dies erforderlich ist, damit die Schraube 10 sich genau entsprechend der Bewegung des Kolbens 6 drehen soll. Das übrige Druckmittel wird über das Druckbegrenzungsventil 32 dem Behälter 21 zugeführt. Wenn die Schraube 10 aufhört sich zu drehen, muß offenbar auch der Kolben 6 zum Stillstand kommen, worauf er unveränderlich seine relative Lage gegenüber dem Zylinder 1 beibehält. Wenn man aufhört, den Kolben 6 nach oben zu verschieben, kommt die Schraube 10 zum Stillstand, da das auf diese einwirkende Drehmoment so gewählt ist, daß Drehung nur in unbelastetem Zustand der Schraube möglich ist. Auch diese Situation hat zur Folge, daß der Kolben 6 mit Sicherheit seine Lage im Verhältnis zum Zylinder 1 beibehält.

Bei der Bewegung des Kolbens nach unten hat die Vorrichtung folgende Arbeistweise: Von dem obengenannten hydraulischen System wird über die Leitung 36 Druckmittel dem hydraulischen Motor 35 zugeführt, der auf die Schraube 16, das Rad 15 und die Schrauhe 10 ein vorbestimmten Moment in. entgegengesetzter Richtung überträgt. Die Schraube 10 fängt doch nicht an sich zu drehen, da sie sich unter der Be^j lastung der Schraube 16 befindet. Nach einer kurzen Verzögerung wird Druckmittel über die Leitung 27 zwischen dem Kolben 6 und dem Deckel 14 eingeführt. Infolgedessen wird der Kolben 6 eine kurze Strecke nach oben geführt, die wenigstens einem Teil des Gcvvindespicls zwischen der Schraube 10 und dem Kolben 6 entspricht. Auf diese Weise wird die Schraube 10 belastungsfrei und fängt an sich in der

ίο anderen Richtung /u drehen. Nun wird über die Leitung 28 Druckmittel zwischen den Kolben 6 und den Deckel 2 eingeführt Infolgedessen wird der Kolben 6 nach unten verschoben. Die Schraube 10 dreht sich weiter, so daß man mit dem Herunterschieben des Kolbens 6 fortfahren kann. Rücklaufdruckmittel von der entgegengesetzten Seite des Kolbens 6 wird über die Leitung 27 in den Behälter 21 zurückgeführt. Rücklaufdruckmittel vom Motor 35 wird über die andere Leitung 34 wieder dem Behälter 21 zugeführt.

»o Oben wurde erwähnt, daß der Kolben 6 etwas angehoben wird, um die Schraube 10 zu entlasten. Wenn man danach anfängt, den Kolben 6 nach unten zu verschieben, ist es zweckmäßig, den Ausfluß von Druckmittel über die Leitung 27 zu drosseln. Diese Drosselung verhindert, daü sich der Kolben 6 mit nicht gewünschter Geschwindigkeit nach unten bewegt, was dazu führen könnte, daß die Schraube 10 unter Belastung gesetzt wird, sn daß die Anordnung zürn Stillstand kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. 2 994

   Patentansprüche:

   1 Kraftübcrtragungsvorrichiung mit einem in einem Z>ünder verschiebbaren durch Druckmittel beiderseitig beaufschlagbaren lolben. der gegen unerwünschte Lageänderung durch eine mit dem Kiilben sehraubverbundcne, im Zylinder drehbare, jedoch nicht langsverschiebbare, durch die Uruckmutclbclastung gegen Drehung gehinderte Schraube gesichert ist. die durch Zuführung \on Druckmittel freigegeben und mit Hilfe vun Drehorgaiien in oder entgegen dem Uhrzeigersinn in Drehung '.ersetzt v,i,d, dadurch gekenn-/cic Ii net. daß die Schraube s-ibsthemmend ist und ein Axialspie! solcher Größe in der Sehrauheir.erbindung zv. ;schen dem Kolben (6) und der Schraube (K)) '.erjleibt. daß die Schraube mittels eines durch Druckmittel erzielten l.ösens der KoI-bengewinde mhi dem Schraubengewinde in kichlung entgegen der auf den Kolben wirkenden Kraft in Drehung vei^ctzt werden kann, und zwar unter der Einwirkung einer Antriebskraft, die so bemessen ist. dali die Drehung eintritt, sobald die Schraube in den unbelasteten Zustand kommt.
2. 2 Kraitubertragungsvorriehlung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Drehorgan (15. 16. 3f' ein an sich bekannter durch Druckmittel betriebener Motor (35) ist.
3. V Kraftübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, do'Jurch gekennzeichnet, daß das Drehorgan (15, (6. 35) für die Schraube (10) die Schraube mit einer Geschwindigkeit drehen kann, die etwas größer als die Drehgeschwindigkeit ist. die durch die lineare Bewegung des Kolbons (6) bedingt ist.
4. 4. Kraftübertragungsvorrichtung nach einem der vorhcigehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittelsystem zur Betätigung des Kolbens (6) so ausgeführt ist, daß ein Ausfluß von Druckmittel von der durch den Belätigungsdruck beaufschlagten Kolbenseite abgewandten Kolbenseite, — besonders die Unterseite des Kolbens (6) bei Druckmittelverschiebung des Kolbens nach unten — gedrosselt wird.
5. 5. Kraflübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden /v.-.sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das druckmittelgetriebene Drehorgan (15, 16. 35) für die Schraube (10) einen Motor (19), eine Pumpe (17) und ein Leitungssystem (29, 30. 33, 34, 36) umfaßt, das durch ein Mehrweg-Kolbenventil (31) geregelt ist, durch dessen Umschaltung die Drehrichtung der Schraube (10) und die übrigen Betätigungsverhältnisse eingestellt werden.
6. 6. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittelsystem für das Drehorgan (15, 16, 35} für die Schraube (10) ein Druckbegrenzungsventil (32) umfaßt, das auf einen Druck eingestellt ist, der hinreichend groß ist, um die Schraube (10) zu drehen, wenn dVse unbelastet ist.