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Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen
Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand
mit einer speziellen Führung
des Zu- und Abstroms eines Druckmediums.
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Zur Sperrung der Bewegung von unter
Last stehenden Kolbenstangen von Arbeitszylindern, sind in diesen
integrierte Sperrsysteme für
die mit einem rotierenden Bauteil in Wirkverbindung stehende Kolbenstange
bekannt, die auf der mechanischen Blockierung über Bremsen oder formschlüssiger Kopplung
des rotierenden und feststehenden Bauteils basieren. Zum Lösen des
Sperrsystems wird ein spezieller Kolben in einem zusätzlichen
Kolbenraum eingesetzt, der über
einen separaten Anschluss mit äußeren Steuerungselementen
oder bei Vorschaltung in die Fluidführung zum Kolbenraum des Arbeitskolbens
mit Druck beaufschlagt wird.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise
nach der Druckschrift
US 2 804
053 ein Arbeitszylinder mit Sperrmitteln bekannt, der einen
Arbeitskolben mit hohler Kolbenstange, Spindelmutter, Gewindespindel
und ein mit dieser verbundenes, axial verschiebbares Bremsenteil
in Form einer Bremsscheibe, die unter Federvorspannung mit einem
weiteren Bremsenteil in Form eines Reibelements im drucklosen Zustand
im Eingriff steht, aufweist. Zum Lösen der Bremse ist ein spezieller
Lösekolben
mit Stößel, der
bei Druckbeaufschlagung die Bremsscheibe vom Reibelement abhebt,
in einem zusätzlichen
Kolbenraum mit separatem Druckmittelanschluss für eine äußere Ansteuerung angeordnet.
Das in der Druckschrift
US 3
442 176 beschriebene, aufwändige Arbeitszylindersperrsystem
in Form einer, nur in einer Drehrichtung wirkenden Ratschensperre,
mit einem Arbeitskolben mit Spindelmutter, hohler Kolbenstange,
Gewindespindel, in der ein loser Verlängerungsstab vom geschlossenen
Ende der Kolbenstange verschoben werden kann, und einem an dieser
montiertem Sperrmechanismus, der mittels eines speziellen Kolbens über eine
klei ne Kolbenstange eines zweiten speziellen Kolbens in einem separaten
Kolbenraum mit separatem Druckmittelanschluss betätigt wird.
Die Beaufschlagung des separaten Kolbenraums mit Druckmittel erfordert
ebenfalls eine äußere Hydraulikumsteuerung.
Ein Arbeitszylinder, bestehend aus einem Zylinder mit Kolben sowie
einer zusätzlich
außen
am Zylinder montierten Steuervorrichtung zur Zu- und Abführung eines
Druckmediums für jede
Seite des Kolbens und zur Betätigung
der Sperrvorrichtung, welche den Kolben in jeder vorgegebenen Position
unter Last halten kann, bis durch die Beaufschlagung mit dem Druck
des Mediums der Kolben in eine andere Position verfahren werden
soll, wird auch in der Druckschrift GB 683 633 beschrieben. Zum
Lösen der
Sperrvorrichtung befindet sich im Zentrum einer Bremsscheibe ein
Drucklager, das über
einen Stößel mit
dem Kolben eines, im Verschlussteil angeordneten Zylinders in Verbindung steht.
Der Kolben kann über
die äußere Steuereinrichtung
mit dem Druck des Mediums beaufschlagt und verschoben oder auch
mittels einer, durch das Verschlussteil geführten Schraube von außen manuell
betätigt
werden. Der Arbeitszylinder hat durch die außen angebrachte Steuervorrichtung
eine ausladende Bauweise und kann auch nur unmittelbar vor Ort mittels
eines Griffs betätigt
werden.
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Die Druckschrift
EP 1 170 512 B1 beschreibt einen
druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder mit integrierter mechanischer
Wegsperrung, die eine genaue Positionierung und eine zuverlässige Sperrung
bei Druckausfall gewährleistet,
keine zusätzliche
Hilfsenergie sowie zusätzliche äußere Steuerungselemente und
Steuerleitungen für
die Ent- und Verriegelung benötigt
als auch eine kompakte Bauweise aufweist. Das Sperren der translatorischen
Bewegung einer partiell hohlen Kolbenstange an einem durchbohrten Kolben
mit Innengewinde, das mit dem Gewinde einer Gewindespindel in Wirkverbindung
steht, die am unteren Ende ein Koppelungsprofil aufweist, auf dem eine
Sperrscheibe formschlüssig
axial verschiebbar gelagert ist, die im drucklosen Zustand mit der
festen Sperrscheibe im Bodenteil des Arbeitszylinders gekoppelt
ist, wobei die formschlüssige
Koppelung der Sperrscheibe mit einem ersten Zahnkranz, mit einem zweiten Zahnkranz
der festen Sperrscheibe erfolgt. Im Bodenteil ist eine vom Druck
des Fluids zum Betrieb des Arbeitszylinders abhängige Steuervorrichtung für die mechanische
Sperrung angeordnet, die ohne zusätzliche äußere Steuerungselemente arbeitet
und keine separaten Druckmittelanschluss aufweist und eine kraftfreie
Entsperrung mittels Vorspannventilen und einem Mittelschieber bewirkt.
Die Fluidführung
im Bereich des Sperrsystems sowie die Steuervorrichtung für das Sperrsystem
sind sehr aufwändig,
nach langen Einsatzzeiten kann es zu Problemen mit der Zuverlässigkeit
der Ansteuerung kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, einen druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder mit mechanischer
Wegsperrung im drucklosen Zustand zu entwickeln, der eine günstig realisierbare
Fluidführung
im Bereich eines Sperrsystems, verbunden mit einer zuverlässigen Ansteuerung
des Sperrsystems gewährleistet.
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Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch
1 aufgeführten
Merkmale gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin,
in einem druckmittelbetriebenen Arbeitszylinder mit integriertem
Sperrsystem zur mechanischen Wegsperrung im drucklosen Zustand eine
Fluidführung
zur Trennung des druckorientierten Zustroms zum ablauforientierten
Abstrom bei axialer Strömung
beider Hauptströme
eines Druckstromverbrauchers im Bereich des Sperrsystems, die im
Wesentlichen aus einem Arbeitskolben mit einem Innengewinde an einer ausfahrbaren
Kolbenstange, einer Gewindespindel mit einer darauf am unteren Ende
an einem Kopplungsprofil gelagerten, axial verschiebbaren Sperrscheibe,
einer feststehenden Sperrscheibe im Bodenteil des Arbeitszylinders
in Kombination mit einem Entriegelungskolben besteht, innerhalb
der rotierenden Gewindespindel eine Sperrbuchse in Form einer konzentrischen
Doppelbundbuchse anzuordnen.
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Die Sperrscheiben sind im drucklosen
Zustand mittels Federn form- oder kraftschlüssig in bekannter Weise miteinander
gekop pelt, wodurch über das
Zusammenwirken mit den anderen Teilen des Sperrsystems die Kolbenstange
blockiert wird.
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Die Ansteuerung des im Bodenteil
des Arbeitszylinders integrierten Sperrsystems erfolgt über vorgespannte
Rückschlagventile
in Verbindung mit einem über
Federn im neutralen Zustand gehaltenen Mittelschieber zur Steuerung
des Fluidabstroms aus dem Kolben- bzw. Zylinderraum als auch ein
weiteres vorgespanntes Rückschlagventil
zur Druckbeaufschlagung des jeweiligen Arbeitsraums, wobei die Rückschlagventile
mit unterschiedlichen Vorspannungen eingestellt sind.
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Der Mittelschieber wird bereits bei
einem niedrigen Druck des Fluids aus seiner Mittelstellung verschoben
und sperrt den Abfluss des Druckmediums aus dem Kolbenraum des Entriegelungszylinders.
Bei einem mindestens dreifach höherem
Druck öffnet
das jeweilige Rückschlagventil
zum Ringraum des Entriegelungszylinders und löst die Kopplung zwischen der
verschiebbaren und der festen Sperrscheibe. Bei weiterer Drucksteigerung
auf mindestens dem doppelten Wert gegenüber dem für das Öffnen des Rückschlagventils zum Ringraum
des Entriegelungszylinders und dem Lösen des Sperrsystems eingestellten,
strömt
das Druckmedium über das
jeweilige, vorgespannte Rückschlagventil
in den Kolben- bzw. Zylinderraum und bewirkt die Bewegung des Arbeitskolbens,
somit die Bewegung der Kolbenstange.
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Mit der Ausbildung des Fluidkanals
mittels der konzentrischen Doppelbundbuchse im Bereich des Sperrsystems
am verschlußseitigen
Endes des Zylinderrohrs und im Bodenverschlussteil wird eine vorteilhafte
radiale, konzentrische Zu- und Abführung beider Hauptströme des Druckstromverbrauchers
erzielt, wodurch eine optimale Anordnung der für die Steuerung des Sperrsystems
erforderlichen Ventile im Verschlussteil bei hoher Zuverlässigkeit
sowie eine fertigungstechnisch günstige
Herstellung realisiert wird. Derartige Arbeitszylinder zeichnen
sich weiterhin durch eine schlanke Bauweise mit ergonomischer Gestaltung
aus.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an
Hand von 1 als Teilschnitt
durch den Arbeitszylinder näher
erläutert.
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Nach 1 weist
ein druckmittelbetriebener Arbeitszylinder 1 mit mechanischer
Wegsperrung in bekannter Weise unter anderem ein doppelwandiges Zylinderrohr 2 mit
Kanälen 3 und
einen hier nicht dargestellten Kolben mit einem Innengewinde, der
mit einer hohlen Kolbenstange gekoppelt ist, auf. In die hohle Kolbenstange
ragt als Teil eines Sperrsystems 4 eine, mit einer axial
verschiebbaren Sperrscheibe 5 des Sperrsystems 4 gekoppelte
Gewindespindel 6, die wie üblich mit dem Innengewinde
des Kolbens in Wirkverbindung steht. Die axial verschiebbare Sperrscheibe 5 ist
einstückig
so ausgebildet, dass deren zylindrische Verlängerung 7 als Entriegelungskolben dient,
der über
einen Ringkammerraum 8 mit dem Druck eines Fluids beaufschlagt
werden kann. Gleichzeitig trägt
die axial verschiebbare Sperrscheibe 5 an ihrer Unterseite
ein Teilelement einer Blockiermechanik 9, das im drucklosen
Zustand mit einem Element an einer feststehenden Sperrscheibe 10 im
Bodenverschlussteil 11 kraft- bzw. formschlüssig gekoppelt ist. Im Bodenverschlussteil 11 sind
zwei Anschlüsse 12.1 und 12.2 zur
Zu- bzw. Abführung
eines Druckmediums vorhanden sowie alle zum Betätigen des Sperrsystems 4 als
auch zur Beaufschlagung des jeweiligen Arbeitsraums des Arbeitszylinders 1 erforderlichen
Leitungen 13 (13.1 bis 13.5), ein Mittelschieber 14 und
für unterschiedliche
Drücke vorgespannte
Rückschlagventile 15 (15.1 bis 15.4) integriert.
Die im folgenden dargestellte Funktionsweise betrifft das Einfahren
der Kolbenstange aus dem blockierten Zustand. Hierzu wird ein Druckmedium über den
Anschluss 12.1 zugeführt,
das über
die Leitung 13.1 den Mittelschieber 14 bei einem
geringen Druck von beispielsweise 10 bar aus seiner mittels Federn
gehaltenen neutralen Mittelstellung verschiebt, wobei die Leitung 13.2 für das Abströmen des
Arbeitsmediums aus dem Ringkammerraum 8 gesperrt wird.
Bei einem etwa dreifach höherem Druck
als dem für
das Verschieben des Mittelschieber 14 erforderlichen, öffnet das
Rückschlagventil 15.1 zum
Ringkammerraum 8, die zy lindrische Verlängerung 7 als Entriegelungskolben
wird mit Druck beaufschlagt und die Blockiermechanik 9 getrennt. Nach
einer weiteren Druckerhöhung
auf mindestens dem Doppelten gegenüber dem für das Öffnen des Rückschlagventil 15.1 erforderlichen,
strömt
das Druckmedium über
das Rückschlagventil 15.2 und Leitung 13.3 über einen
Ringkanal 16, der im bodenseitigen Teil der partiell hohlen
Gewindespindel 6 und dem Bodenverschlussteil 11 mittels
einer konzentrisch angeordneten Doppelbundbuchse 17 ausgebildet
ist, deren Bohrung als Strömungskanal 18 für den Abstrom
des Mediums aus dem Kolbenraum dient, radiale Verbindungen 19,
Kanäle 3 im
doppelwandigen Zylinderrohr 2 in den Kolbenstangenraum,
wodurch der Kolben mit Druck beaufschlagt und die Kolbenstange eingefahren
wird.
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Die Druckverhältnisse zum Verschieben des Mittelschiebers 14 und
zum Öffnen
der beiden Rückschlagventile 15.1 und 15.2 liegt
aufsteigend in einem Verhältnis
im Bereich von eins bis eineinhalb zu zwei bis dreieinhalb zu zwei
bis zweieinhalb zueinander. Das aus dem Kolbenraum zu verdrängende Medium
strömt über eine
weitere radiale Verbindung 20 in eine, in den Strömungskanal 18 der
Doppelbundbuchse 17 übergehende
konzentrische Bohrung 21 in der Gewindespindel 6,
eine axiale Bohrung 22, Leitung 13.4, Rückschlagventil 15.3,
Leitung 13.5 und über
den Anschluss 12.2 ab.
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Wird der Druck des Arbeitsmediums
am Anschluss 12.1 abgeschaltet oder liegt durch Havarie
in der Zuführung
nicht mehr an, so nimmt der Mittelschieber 14 seine neutrale
Position ein. Gleichzeitig wird die verschiebbare Sperrscheibe 5 mittels
Federn 23 verschoben, die Blockiermechanik koppelt, wobei während dieses
Vorgangs das Medium von der zylindrischen Verlängerung 7 der verschiebbaren
Sperrscheibe 5 als Entriegelungskolben verdrängt wird. Das
Medium strömt über den
Ringkammerraum 8, die nun am Mittelschieber 14 durchgängige Leitung 13.2 ,
Rückschlagventil 15.4 und
die Leitung 13.5 über
den Anschluss 12.2 ab. Im Falle der Bewegungsumkehr, dem
Ausfahren der Kolbenstange, erfolgt die Druckbeaufschlagung über den
Anschluss 12.2, wobei sich der Strömungsverlauf des Druckmediums über die
analog für
jede Bewegungsrichtung angeordneten, nicht näher be zeichneten Leitungen 13 und
Rückschlagventile 15 in
leicht nachzuvollziehender Weise ergibt.
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Auf die Abdichtung der einzelnen
Bauteile soll hier nicht näher
eingegangen werden, da die Wesentlichen in 1 dargestellt und als bekannt vorausgesetzt
werden können.
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- 1
- Arbeitszylinder
- 2
- doppelwandiges
Zylinderrohr
- 3
- Kanäle
- 4
- Sperrsystem
- 5
- verschiebbare
Sperrscheibe
- 6
- Gewindespindel
- 7
- zylindrische
Verlängerung
- 8
- Ringkammerraum
- 9
- Blockiermechanik
- 10
- feststehende
Sperrscheibe
- 11
- Bodenverschlussteil
- 12
- Anschlüsse 12.1; 12.2
- 13
- Leitungen 13.1 bis 13.5
- 14
- Mittelschieber
- 15
- Rückschlagventile 15.1 bis 15.4
- 16
- Ringkanal
- 17
- Doppelbundbuchse
- 18
- Strömungskanal
- 19
- radiale
Verbindungen
- 20
- weitere
radiale Verbindung
- 21
- konzentrische
Bohrung
- 22
- axiale
Bohrung
- 23
- Federn