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Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit einem eine Längsachse aufweisenden Zylindergehäuse und einer in Längsachsenrichtung durch Fluiddruck im Zylindergehäuse verschiebbaren Kolbenstange, wobei das Zylindergehäuse einen Zylinderboden aufweist und im Bereich des Zylinderbodens eine mechanische Endlagensicherung für die Kolbenstange vorgesehen ist, wobei die Endlagensicherung in der Kolbenstange auf einem gemeinsamen Umfang angeordnete, von einem in Längsachsenrichtung von einer Druckkraft beaufschlagten Sperrelement radial nach außen in eine umlaufende Verriegelungsnut im Zylindergehäuse drückbare Verriegelungselemente aufweist, wobei das Sperrelement und die Verriegelungselemente entgegen der Druckkraft entriegelbar sind, wobei der Zylinderboden entlang der Längsachse eine Öffnung aufweist, in welcher das als Sperrbolzen ausgebildete Sperrelement geführt ist und wobei die Kolbenstange am dem Zylinderboden zugewandten Ende ein rohrförmiges, in die Öffnung einführbares Sperrgehäuse aufweist, in welchem die kugel- oder zylinderförmigen Verriegelungselemente aufgenommen sind.
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In der Technik finden fluidbetätigte Arbeitszylinder, nämlich Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder, ein breites Einsatzgebiet, das von Bau- und Landmaschinen bis hin zu Aktoren in Anlagen reicht. In der Regel werden die Arbeitszylinder durch ihr Arbeitsmedium (Öl, Luft etc.) auf Position gehalten. Hierbei wird den Endlagen besondere Bedeutung zugeschrieben. Auch diese werden in der Regel durch das Arbeitsmedium gehalten. Muss diese Endlage über einen langen Zeitraum gehalten werden, erfolgt dies über kontinuierliche Zugabe von Arbeitsmedium (Pumpen laufen ständig). Ist die Zugabe von Arbeitsmedium nicht dauerhaft möglich (z.B., wenn die Maschine abgestellt wird), muss das System oft durch eine mechanische Verriegelung gegen ungewollte Bewegung (Ausfahren des Zylinders durch Leckagen oder thermische Einflüsse) gesichert werden. Hier kommen häufig externe Konstruktionen, wie Stützen oder Gelenkverriegelungen, zum Einsatz.
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Wird z.B. ein Bagger abgestellt, muss in der Regel der Baggerarm auf den Boden abgestellt werden. Andernfalls senkt sich dieser selbstständig über Nacht. Der Grund sind Leckagen und das Abkühlen des Hydrauliköls, was zur Folge hat, dass sich das Volumen im Hydrauliksystem verringert. Während der Straßenfahrt läuft auch hier ständig der Hydraulikkreislauf, um ein Ausfahren der Zylinder zu verhindern. Ein anderes Beispiel sind klappbare Landmaschinen. Überbreite Landmaschinen (bis zu 24m Breite) verfügen für die Straßenfahrt über Klappmechanismen, um auf eine Transportbreite von 3m zu kommen. Hier ist das Problem noch gravierender, weil diese Maschinen in der Regel nicht über eine eigene hydraulische Versorgung verfügen. Bei diesen Maschinen ist es in der Vergangenheit oft zu Unfällen durch ausgeklappte Seitenteile während der Straßenfahrt gekommen. Deshalb kommen teils aufwendige und sperrige Sicherungsmechanismen zum Einsatz.
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Aus
DE 38 16 917 A1 ist ein Arbeitszylinder mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 bekannt. Dieser Arbeitszylinder ist einseitig mit einem Zylinderboden verschlossen, welcher entlang der Längsachse eine Öffnung aufweist, welche nur zum Inneren des Zylindergehäuses offen ist. In dieser Öffnung sind mehrere weitere Elemente aufgenommen, welche die Verriegelungsnut bilden und die Führung und Betätigung des Sperrbolzens ermöglichen. Der Sperrbolzen ist nur zugänglich, wenn der Zylinderboden vom Zylindergehäuse entfernt wird. Dieser bekannte Arbeitszylinder ist deshalb aufwendig in der Herstellung und Montage und bei einer eventuellen Wartung.
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Aus
DE 14 15 526 U ist ein als Strebe ausgebildeter Arbeitszylinder mit eine integrierten Endlagensicherung bekannt, wobei im Kolben der Kolbenstange auf einem gemeinsamen Umfang angeordnete, kugelförmige Verriegelungselemente vorgesehen sind, welche an der Innenwand des Zylindergehäuses anliegen. Die kugelförmigen Verriegelungselemente werden von einem in Längsachsenrichtung von einer Druckfeder beaufschlagten hülsenförmigen Sperrelement radial nach außen in eine umlaufende Verriegelungsnut im Zylindergehäuse gedrückt, wenn der Kolben in seine Endlage am Zylinderboden gelangt, wodurch die Kolbenstange verriegelt wird. Es ist somit ein speziell gestalteter Kolben erforderlich und das Zylindergehäuse muss mit einer Verriegelungsnut versehen werden, was den Herstellungsaufwand vergrößert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Endlagensicherung eines Arbeitszylinders zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird bei einem Arbeitszylinder der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Öffnung als Durchgangsöffnung ausgebildet ist und einen rohrförmigen Führungsbereich aufweist, in welchem der Sperrbolzen geführt ist, wobei die Durchgangsöffnung sich vom Führungsbereich zum Inneren des Zylindergehäuses in eine Aufnahmekammer erweitert, in welcher die Verriegelungsnut ausgebildet und in welche das Sperrgehäuse einführbar ist, wobei die Durchgangsöffnung sich vom Führungsbereich nach außen in eine Außenkammer erweitert, in welcher ein die Druckkraft erzeugendes Element angeordnet ist, wobei die Außenkammer nach außen durch ein stopfenartiges Verschlusselement abgeschlossen ist.
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Bei einem solchen Arbeitszylinder ist die Endlagensicherung nicht im eigentlichen Zylindergehäuse, sondern im mit dem Zylindergehäuse verbundenen bzw. verbindbaren Zylinderboden angeordnet sowie am freien Ende der Kolbenstange. Dies ermöglicht grundsätzlich auch eine Nachrüstung von Arbeitszylindern ohne Endlagensicherung, indem der Zylinderboden ausgewechselt wird und die Kolbenstange am freien Ende mit einem entsprechend gestalteten Sperrgehäuse zur Aufnahme der kugel- oder zylinderförmigen Verriegelungselemente verbunden wird. Die Verriegelungselemente selbst liegen nur in Verriegelungsposition, also in der Endlage der Kolbenstange am Zylinderboden bzw. in der Verriegelungsnut an, weil bei der normalen Hubbewegung des Kolbens die Verriegelungselemente einen radialen Abstand zur Innenwandung des Zylindergehäuses aufweisen. Das als Sperrbolzen ausgebildete Sperrelement ist im Führungsbereich der Durchgangsöffnung des Zylinderbodens geführt. Durch die vorbeschriebene Gestaltung lässt sich die Kolbenstange um 360° drehen, was in einigen Einbau- und Bewegungssituationen wichtig sein kann. Das stopfenartige Verschlusselement kann z.B. als Verschlussschraube ausgebildet sein, so dass das die Druckkraft erzeugende Element zugänglich ist und bei Verschleiß ausgewechselt werden kann. Das die Druckkraft erzeugende Element kann z.B. eine Druckfeder, eine Druckkammer oder ein anderes vom Arbeitskreis des Arbeitszylinders unabhängiges mechanisches oder elektrisches Element sein.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sperrbolzen zur Verbindung mit einem externen Entriegelungselement ausgebildet ist. Dadurch ist eine Notentriegelung möglich. Das Entriegelungselement kann manuell betätigbar sein oder auch elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Sperrbolzen in einem mittleren Bereich seiner Längserstreckung einen ringförmigen Anschlag für die Druckfeder aufweist, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des Führungsbereiches ist. Die Druckfeder umgibt somit den entsprechenden Bereich des Sperrbolzens und liegt zwischen seinem ringförmigen Anschlag und dem Verschlusselement an. Der ringförmige Anschlag dient gleichzeitig auch als Begrenzung für die Bewegung des Sperrbolzens in Längsrichtung, wenn der Anschlag am Übergang zum Führungsbereich anliegt.
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Dabei ist vorteilhaft weiterhin vorgesehen, dass das Verschlusselement eine Durchgangsöffnung für den Sperrbolzen aufweist und der Sperrbolzen ausgehend vom ringförmigen Anschlag so lang ausgebildet ist, dass er bei Anlage des ringförmigen Anschlages am Übergang zum Führungsbereich wenigstens bis in die Durchgangsöffnung hineinragt. Dabei ist die Durchgangsöffnung des Verschlusselementes vorzugsweise so dimensioniert, dass sie als Führung für den Sperrbolzen ausgebildet ist, d.h. ihr Innendurchmesser ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des Sperrbolzens.
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Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Sperrbolzen ausgehend vom ringförmigen Anschlag so lang ausgebildet ist, dass er bei Anlage des ringförmigen Anschlages am Übergang zum Führungsbereich aus der Durchgangsöffnung herausragt. Dies ermöglicht grundsätzlich eine Entriegelung der Endlagensicherung unabhängig vom Arbeitskreis des Arbeitszylinders, indem mit einem geeigneten Entriegelungselement am herausragenden freien Ende des Sperrbolzens gezogen werden kann (manuell, elektrisch, pneumatisch, hydraulisch). So ist auch eine Notentriegelung möglich.
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Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass das freie Ende des Sperrbolzens zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem externen Entriegelungselement ausgebildet ist, um eine manuelle oder pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetriebene Entriegelung zu bewirken.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines bereichsweise dargestellten Arbeitszylinders,
- 2 einen Längsschnitt durch den Arbeitszylinder im Bereich des Zylinderbodens mit nicht in Endlage gesicherter Kolbenstange und
- 3 - 11 jeweils im Längsschnitt den Arbeitszylinder nach 2 in verschiedenen Positionen der Kolbenstange.
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Ein Arbeitszylinder weist ein nur bereichsweise dargestelltes Zylindergehäuse 9 mit einer Längsachse L auf. In diesem Zylindergehäuse 9 ist eine Kolbenstange 1 mit Kolben 1a in Längsachsenrichtung verschiebbar geführt, und zwar in üblicher Weise durch Einleitung eines Fluids diesseits oder jenseits des Kolbens 1a.
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Das eine Ende des Zylindergehäuses 9 ist mit einem Zylinderboden 6 verschlossen, der z.B. in das Zylindergehäuse 9 eingeschraubt sein kann. Das nicht dargestellte andere Ende des Zylindergehäuses 9 ist offen, so dass die Kolbenstange 1 mehr oder weniger weit aus dem Zylindergehäuse 9 ausgefahren werden kann.
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Im Bereich des Zylinderbodens 6 ist eine mechanische Endlagensicherung für die Kolbenstange 1 vorgesehen. Dabei weist die Endlagensicherung in der Kolbenstange 1 auf einem gemeinsamen Umfang angeordnete, radial nach außen drückbare kugel- oder zylinderförmige Verriegelungselemente 3 auf. Dazu weist die Kolbenstange 1 am dem Zylinderboden 6 zugewandten Ende ein rohrförmiges Sperrgehäuse 2 auf, in welchem beim Ausführungsbeispiel kugelförmige Verriegelungselemente 3 aufgenommen sind, die durch radiale Öffnungen im Sperrgehäuse 2 begrenzt radial nach außen bewegbar sind.
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Der Zylinderboden 6 weist entlang der Längsachse L eine Durchgangsöffnung 12 auf. Diese Durchgangsöffnung 12 weist etwa im mittleren Bereich ihrer Längserstreckung einen rohrförmigen Führungsbereich 13 auf, in welchem ein Sperrbolzen 5 geführt ist. Die Durchgangsöffnung 12 erweitert sich vom Führungsbereich 13 zum Inneren des Zylindergehäuses 9 in eine Aufnahmekammer 14, in welcher eine umlaufende Verriegelungsnut 6a ausgebildet ist. Der Außenumfang des rohrförmigen Sperrgehäuses 2 der Kolbenstange 1 ist so dimensioniert, dass die Kolbenstange 1 mit dem Sperrgehäuses 2 in die Aufnahmekammer 14 eintauchen kann, und zwar so weit, dass sich die kugelförmigen Verriegelungselemente 3 im Bereich der Verriegelungsnut 6a befinden und in diese eingedrückt werden können, um die Kolbenstange 1 zu verriegeln.
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Die Durchgangsöffnung 12 im Zylinderboden 6 erweitert sich vom Führungsbereich 13 nach außen in eine Außenkammer 15, in welcher eine Druckfeder 4 angeordnet ist, wobei die Außenkammer 15 nach außen durch ein stopfenförmiges Verschlusselement 7 abgeschlossen ist. Dieses Verschlusselement 7 ist vorzugsweise als Verschlussschraube ausgebildet.
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Der Sperrbolzen 5 weist in einem mittleren Bereich seiner Längserstreckung einen ringförmigen Anschlag 5a für die Druckfeder 4 auf, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des Führungsbereiches 13 ist. Mit dem anderen Ende liegt die Druckfeder 4 am Verschlusselement 7 an. Die Druckfeder 4 drückt dadurch den Sperrbolzen 5 mit seinem ringförmigen Anschlag 5a gegen den Übergang von der Außenkammer 15 zum Führungsbereich 13, so dass der Sperrbolzen 5 mit seinem vorderen Ende in die Aufnahmekammer 14 hineinragt, und zwar so weit, dass die Verriegelungselemente 3 im Sperrgehäuse 2 der Kolbenstange 1 durch den Sperrbolzen 5 radial nach außen verriegelnd in die Verriegelungsnut 6a gedrückt werden, wenn sich die Kolbenstange 1 in der Endposition befindet.
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Das Verschlusselement 7 weist eine Durchgangsöffnung 7a auf, die so dimensioniert ist, dass ihr Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Sperrbolzens 5 im Bereich seines freien Endes 5b. Der Sperrbolzen 5 ist, ausgehend vom Anschlag 5a, so lang ausgebildet, dass bei Anlage des ringförmigen Anschlages 5a am Übergang zum Führungsbereich 13 das freie Ende 5b des Sperrbolzens 5 aus der Durchgangsöffnung 7a nach außen hervor herausragt.
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Im Führungsbereich 13 der Durchgangsöffnung 12 im Zylinderboden 6 ist ein Dichtring 10 (z.B. O-Ring) angeordnet, um das Innere des Zylindergehäuses 9 nach außen abzudichten. Der Dichtring 10 kann alternativ auch in einer Nut des Sperrbolzens 5 angeordnet sein.
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Das freie Ende 5b des Sperrbolzens 5 ist bevorzugt zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit einem Entriegelungswerkzeug 8 ausgebildet. Wenn das Entriegelungswerkzeug 8 mit dem freien Ende 5b des Sperrbolzens 5 verbunden wird, kann z.B. zur Notentriegelung der Endlagensicherung der Sperrbolzen 5 entgegen der Kraft der Druckfeder 4 nach außen gezogen werden, so dass die Verriegelungselemente 7 freigegeben werden und aus der Verriegelungsnut 6a gelangen. Anstelle eines manuellen Entriegelungswerkzeuges 8 kann auch ein pneumatisch oder elektrisch betätigbares Entriegelungselement vorgesehen sein.
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In den 3 bis 6 ist der Funktionsablauf beim Sperrvorgang der Endlagensicherung dargestellt.
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In der in 3 dargestellten Situation bewegt sich die Kolbenstange 1 durch Druckbeaufschlagung durch ein Arbeitsmedium (z.B. Hydrauliköl) im Sinne des Pfeiles nach unten. Die Verriegelungselemente 3 liegen „schwimmend“ im Sperrgehäuse 2. Der Sperrbolzen 5 ist durch die Druckbeaufschlagung durch die Druckfeder 4 maximal in die Aufnahmekammer 14 ausgefahren.
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Gemäß 4 ist die Kolbenstange 1 weiter mit Hilfe des Arbeitsmediums nach unten bewegt. Die Verriegelungselemente 3 treffen auf den Sperrbolzen 5. Die Verriegelungselemente 3 werden über die Innenwand der Durchgangsöffnung 12 des Zylinderbodens 6 noch daran gehindert, nach außen zu wandern. Somit wird der Sperrbolzen 5 nach unten gedrückt.
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Gemäß 5 wird der Sperrbolzen 5 so lange nach unten gedrückt, bis die Verriegelungselemente 3 Platz in der Verriegelungsnut 6a finden, d.h. sich radial nach außen bewegen können.
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Finden gemäß 6 die Verriegelungselemente 3 Platz in der Verriegelungsnut 6a, wird der Sperrbolzen 5 von der Druckfeder 4 wieder nach oben gedrückt und drückt die Verriegelungselemente 3 in die Verriegelungsnut 6a. Die Kolbenstange 1 wird somit gesichert und gegen eine weitere Bewegung gesperrt.
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In den 7 bis 9 ist der normale Entsperrvorgang dargestellt. Der Sperrbolzen 5 wird über Bypassbohrungen mit dem Arbeitsmediumkreis verbunden (Pfeile 11). Dadurch wird beim Ausfahren zunächst der Sperrbolzen 5 gegen die Kraft der Druckfeder 4 nach unten gedrückt. Gemäß 8 wird der Sperrbolzen 5 so lange nach unten gedrückt, bis die Verriegelungselemente 3 frei im Sperrgehäuse 2 liegen und komplett aus der Verriegelungsnut 6a rutschen können.
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Im Stadium der 9 ist die Kolbenstange 1 wieder entriegelt und kann sich frei bewegen. Der Sperrbolzen 5 wird von der Druckfeder 4 wieder vollständig nach oben gedrückt.
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In den 10 und 11 ist die Notentriegelung dargestellt. Dazu wird gemäß 10 das freie Ende 5b des Sperrbolzens 5 kraft- und/oder formschlüssig mit dem Entriegelungswerkzeug 8 verbunden und das Entriegelungswerkzeug 8 wird anschließend händisch gegen die Kraft der Druckfeder 4 nach unten gezogen bis der Sperrbolzen 5 die Verriegelungselemente 3 frei gibt. Dieser Zustand ist in 11 dargestellt.
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Das Entriegelungswerkzeug 8 kann alternativ auch als externes, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betriebenes Entriegelungselement ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolbenstange
- 1a
- Kolben
- 2
- Sperrgehäuse
- 3
- Verriegelungselemente
- 4
- Druckfeder
- 5
- Sperrbolzen
- 5a
- Anschlag
- 5b
- freies Ende
- 6
- Zylinderboden
- 6a
- Verriegelungsnut
- 7
- Verschlusselement
- 7a
- Durchgangsöffnung
- 8
- Entriegelungswerkzeug
- 9
- Zylindergehäuse
- 10
- Dichtring
- 11
- Pfeile
- 12
- Durchgangsöffnung
- 13
- Führungsbereich
- 14
- Aufnahmekammer
- 15
- Außenkammer
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3816917 A1 [0004]
- DE 1415526 U [0005]
