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Die Erfindung betrifft eine Verriegelung für Druckzylinder-
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kolben mit zwischen einer Führungs- und einer Verriegelungsstellung
beweglichen Verriegelungsstücken, bei der mehrere Verriegelungsstücke zwischen einer
Ringführung und einem Verriegelungsschieber kreisförmig angeordnet sind, nach Patentanmeldung
P 29 11 071.2 , sowie eine Schaltung zur Steuerung der Verriegelung.
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Die Kolbenverriegelung bei Druckzylindern dient dazu, eine Last außer
durch ein am Zylinderkolben wirksames Druckmittel zusätzlich durch eine mechanische
Verriegelung zu halten.
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Weiterhin kann die Last nach dem Verriegeln auch allein von der Mechanik
ohne Mitwirkung des Druckmittels gehalten werden.
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Bei dem Verriegelungssystem nach der älteren Patentanmeldung P 29
11 071.2 wird im Entriegelungsmoment außer einer gegebenenfalls am Zylinderkolben
wirksamen Last auch die zusätzliche Kraft eines den Zylinderkolben gleichzeitig
beaufschlagenden Druckmittels so lange über die Verriegelung abgeleitet, bis die
Verriegelung gelöst ist. Bei diesem "harten" Entriegeln sind einzelne Teile der
Verriegelung, beispielsweise die Verriegelungsstücke, in besonderem Maße einem Verschleiß
ausgesetzt, der ein sicheres Verriegeln und leichtes Entriegeln erschweren oder
sogar unmöglich machen kann.
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Darüber hinaus muß bei einer derartigen Verriegelung in jedem Fall
durch eine ebenso wie die Verriegelung den Unfallverhütungsvorschriften entsprechende
Steuerung sichergestellt sein, daß die lasthaltende mechanische Verriegelung erst
dann gelöst werden kann, wenn am Zylinderkolben ein die Last nach der Entriegelung
abfangendes Druckmittel wirksam ist. Mit
steuerungstechnischen Maßnahmen
soll demnach ein Entriegeln, beispielsweise bei einem Leitungsbruch der Druckmittelzuführung,
verhindert werden, um Unfälle durch das nicht vom Druckmittel abgebremste Verfahren
des Zylinderkolbens sowie Beschädigungen des lasthaltenden Druckzylinders und/oder
der gehaltenen Last zu vermeiden.
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Eine diesen Forderungen der Unfallverhütungsvorschriften entsprechende
Steuerung der Verriegelung läßt sich jedoch selbst mit einer Vielzahl handelsüblicher
Steuerungselemente nicht erreichen. Abgesehen davon enthielte eine derartige aufwendige
Steuerung eine Vielzahl störanfälliger Steuerungselemente und wäre kostspielig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelung für Kolben
von Druckzylindern zu schaffen, die ein den Verschleiß der Verriegelung weitgehend
verminderndes Entriegeln ermöglicht. Des weiteren zielt die Erfindung auf eine Schaltung
zur Steuerung der Verriegelung mit nur wenigen Steuerungselementen ab, die ein Entriegeln
nur dann zuläßt, wenn am Kolben ein den Kolben nach dem Entriegeln abfangendes Druckmittel
wirksam ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Verriegelung der obengenannten Art dadurch
gelöst, daß die Verriegelung erfindungsgemäß ein mit dem Verriegelungsschieber mechanisch
zusammenwirkendes Sperrventil und eine Zeitverzögerung aufweist.
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Bei einer bevorzugten AusfUhrung des Sperrventils weist ein zu einem
zwischen einer Öffnungs- und einer Sperrstellung beweglichen Ventilkörper des Sperrventils
gehörender Ventilteller an einer Seite einen mit seinem freien Ende an einer
Stirnseite
des Verriegelungsschiebers angeordneten Stößel auf.
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Der Verriegelungsschieber kann in der Verriegelungsstellung an dem
gegen Federkraft in Sperrstellung gehaltenen Ventilkörper an dem freien Ende des
Stößels anliegen.
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Des weiteren kann ein auf der dem Stößel gegenüberliegenden Seite
des Ventiltellers angeordneter Dichtungsansatz in der Sperrstellung am freien Ende
eines hohlzylindrischen Dichtungssitzes dichtend anliegen. Vorzugsweise ist der
Dichtunsansatz als ein in der Sperrstellung am freien Ende des Dichtungssitzes auf
der Außenseite anliesnder koaxialer Hohlzylinder ausgebildet.
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Weiterhin können sich der Dichtungsansatz und der Dichtungssitz in
der Sperrstellung an ihren freien Enden um eine die Zeitverzögerung bestimmende
Länge überlappen. In der Verriegelungsstellung kann die Länge der Überlappung größer
sein, als der Abstand eines Umschlagpunktes zwischen der Verriegelungs-und der Führungsstellung
der Verriegelung, beispielsweise einer Kante einer Arretierschulter des Verriegelungsschiebers,
von einer in bezug auf den Verriegelungsschieber axialen Auflagemitte und/oder radialen
Auflagepunkten oder -linien der Verriegelungsstücke am Verriegelungsschieber, beispielsweise
auf der Arretierschulter. Der Ventilteller kann mindestens in einem der Überlappungslänge
entsprechenden Abstand von einer Begrenzung des Öffnungsweges des Ventilkörpers,
beispielsweise einer Stirnwand eines Ventilgehäuses, liegen.
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Die Überlappungslänge kann so gewählt werden, daß sie beispielsweise
dem Abstand der Kante der Arretierähulter des Verriegelungsschiebers von der Auflagemitte
und/oder den Auflagepunkten oder -linien der Verriegelungsstücke auf der Arretierschulter
zuzüglich etwa einem Sechstel der in bezug auf den Verriegelungsschieber axialen
Breite der Verriegelungsstücke entspricht.
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Bei einem derartigen Sperrventil ist sichergestellt, daß die Verriegelung
vom Verriegelungsschieber bereits über den Umschlagpunkt zwischen der Verriegelungsstellung
und der Führungsstellung hinausgehend gelöst ist, wenn im Sperrventil ein Durchlaß
zwischen dem Ventilkörper und dem Dichtungssitz für ein Druckmittel geöffnet wird,
mit dem der Kolben demnach erst nach dem teilweisen Entriegeln zum Verfahren beaufschlagt
wird.
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Durch die zeitverzögerte Druckbeaufschlagung des Kolbens beim Entriegeln
wird der Verschleiß der Verriegelung, insbesondere der Verriegelungsstücke weitgehend
vermindert, da die Verriegelung bereits teilweise geöffnet ist und somit der den
belasteten Kolben zusätzlich beaufschlagende Druck gar nicht oder nur noch zu einem
ganz geringen Bruchteil auf die Verriegelung abgeleitet wird.
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Vorzugsweise ist das Sperrventil mit seiner Längsachse parallel zur
verlängerten Längsachse der Verriegelung angeordnet. So liegt beispielsweise das
Sperrventil in einer Fußplatte des Druckzylinders zwischen einer den VerriegelungBchieber
führenden Schieberkammer und dem Druckzylinder. Der Dichtungssitz des Sperrventils
kann vorteilhafterweise einen das Ventilgehäuse an der dem Druckzylinder zugewandten
Seite abschließenden Ringflansch mit Außengewinde aufweisen, so daß sich das Ventilgehäuse
nach dem Zusammenbau durch Einschrauben des Dichtungsansatzes in die Fußplatte verschließen
läßt. Zudem kann mit dem schraubverstellbaren Dichtungssitz die Überlappungslänge
mit dem Dichtungsansatz des Ventilkörpers und somit die Zeitverzögerung auf einen
günstigen Wert fein eingestellt werden.
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Die andere, der Schieberkammer zugewandte Seite des Ventilgehäuses
bzw. der Fußplatte kann dementsprechend mit einer abgedichteten
Öffnung
für den Stößel des Ventilkörpers versehen sein.
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Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, das Ventil in einem als Ventilgehäuse
dienendem Sackloch in der Fußplatte anzuordnen.
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Weiterhin kann das Sperrventil mit einem Druckmittel-Arbeitskanal
in der Fußplatte des Druckzylinders verbunden sein, so daß in der Sperrstellung
im Ventilgehäuse ein Druckmittel wirksam ist. Damit der Ventilkörper des Sperrventils
dennoch zwischen der Sperr- und der Öffnungsstellung beweglich bleibt, kann er drucktechnisch
in einer Schwimmstellung gehalten werden, beispielsweise dadurch, daß der Ventilteller
etwa achsparallele, den Dichtungsansatz umgebende Druckausgleichskanäle aufweist.
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Das erfindungsgemäße Sperrventil zeichnet sich im wesentlichen dadurch
aus, daß es mit einer von der Verriegelung betätigten mechanischen Zeitverzögerung
versehen ist, so daß es keine besondere mechanische oder elektrische Steuerung benötigt,
da es vom ohnehin vorhandenen Verriegelungsschieber betätigt wird. Weitere Vorteile
liegen in dem einfachen Aufbau des Sperrventils und der Möglichkeit, es in sehr
kleinen Abmessungen herzustellen und zudem in einen mit der Verriegelung versehenen
Druckzylinder zu integrieren.
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Bei einer Schaltung zur Steuerung der erfindungsgemäßen Verriegelung,
insbesondere einer Verriegelung mit dem beschriebenen Sperrventil, sind der gegebenenfalls
mit dem Sperrventil versehene Druckmittel-Arbeitskanal des Druck-Zylinders und eine
Druckmittelzufuhr an dem der Verriegelung gegenüberliegenden Ende des Druckzylinders
mit jeweils einem Arbeitsanschluß eines Fünf-Wege-Ventils mit drei Schaltstellungen
(Null-Stellung mit geschlossenen Anschlüssen, Verriegelungsstellung, Entriegelungsstellung)
verbunden. Außerdem ist
einer der Druckanschlüsse eines Zweidruckventils
mit "und-Funktion an den in der Entriegelungsstellung einerseits mit dem Druckmittel-Arbeitskanal
und andererseits mit einem Druckanschluß verbundenen Arbeitsanschluß des Fünf-Wegeventils
und der jeweils andere Druckanschluß an einen in der Entriegelungsstellung mit der
Druckmittelzufuhr des Druckmittelzylinders verbundenen Entlüftungsanschluß des Fünf-Wegeventils
angeschlossen. Der Druckausgang des Zweidruckventils ist mit einem in der Schieberkammer
der Verriegelung mündenden Druckmittel-Steuerkanal verbunden.
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Diese Schaltung ermöglicht ein Entriegeln und anschließendes Verfahren
des Kolbens nur, wenn an dem von der Verriegelung gehaltenen Kolben auf der Seite
des Zylinderraums ein Druckmittel wirksam ist, das die Last nach dem Entriegeln
abfangen kann. Zu dieser Sicherheitsschaltung gehören an sich nur zwei Schaltventile,
nämlich das Fünf-Wegeventil mit drei Schaltstellungen und das Zweidruckventil mit
11 und" -Funktion , so daß die Störanfälligkeit und die Herstellungskosten der Steuerung
dementsprechend gering sind. Außerdem spart diese druckmittelbetätigte Steuerung
des Druckzylinders in erheblichem Umfang Energie, wenn beispielsweise nach dem Verriegeln
des Kolbens das Fünf-Wegeventil in die Null-Stellung gebracht wird und somit alle
Anschlüsse gesperrt sind, so daß für die Zeit der Verriegelung auch die Druckmittelversorgung
für diese Steuerung eingestellt werden kann. Ein Schwund des Druckmittels, beispielsweise
durch Leckagen in Leitungen, braucht in diesem Fall nicht ausgeglichen zu werden.
Damit auch nach einer längeren Verriegelungszeit Druckmittel in ausreichender Menge
und mit dem benötigten Druck zum Abfangen des Kolbens beim Entriegeln zur Verfügung
steht, ist es vorteilhaft, die Steuerung vor dem Entriegeln in die Verriegelungsstellung
zu bringen, um Druckmittel- oder Druckverluste auszugleichen, und erst anschließend
die Verriegelung zu lösen.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung läßt sich auf einfache Weise
mit dem erfindungsgemäßen Sperrventil der Verriegelung kombinieren, da das Sperrventil
nur an oder in dem Druckmittel-Arbeitskanal des Druckzylinders angeordnet zu werden
braucht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verriegelung
mit Sperrventil an einem Druckzylinder, in teilweise geschnittener Ansicht, Fig.
2 die Verriegelung mit dem Sperrventil nach Fig. 1 in Führungsstellung, teilweise
im Schnitt, und Fig. 3 eine Schaltung zur Steuerung der Verriegelung aus Fig. 1
und 2.
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In einem Druckzylinder 1 befindet sich ein Arbeitskolben 2.
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Die Kolbenstange 3 geht in eine Verriegelungsstange 4 über, die mit
einer Ringführung 5 mit 45 0-Schrägschultern 6 versehen ist. Zwischen der Ringführung
5 und einem Verriegelungsschieber 7 liegen lose Verriegelungskugeln 8 eines geschlossenen
Kugelkranzes als Verriegelungsstücke. Der Verriegelungsschieber 7 ist gegen eine
Verriegelungsfeder 9 beweglich in einer Schieberkammer 10 geführt, in die ein in
einer Fußplatte 11 angeordneter Druckmittel-Steuerkanal 12 mündet. In dem in Fig.
1 dargestellten Verriegelungszustand liegen die Verriegelungskugeln 8 in der Ringführung
5 konzentrisch zur Verriegelungsstange 4.
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Den radialen Riegelweg der Kugeln 8 begrenzt eine Arretierschulter
13 an der Innenseite des Verriegelungsschiebers 7. Eine Kante 14 der Arretierschulter
13 bildet den Umschlagpunkt zwischen der Verriegelungs- und der Führungsstellung
der Verriegelung.
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In der Fußplatte 11 ist parallel zur verlängerten Längsachse der Verriegelung
ein Sperrventil 15 zwischen der Schieberkammer 10 und dem Druckzylinder 1 angeordnet.
Ein zwischen einer Öffnungs- und einer Sperrstellung beweglicher Ventilkörper 16
besteht aus einem Ventilteller 17, der an einer Seite einen axialen Stößel 18 und
an der anderen Seite einen koaxialen hohlzylindrischen Dichtungsansatz 19 aufweist.
Der Ventilkörper 16 ist in einem Ventilgehäuse 20 gegen eine Öffnungsfeder 21 beweglich
geführt. In der Sperrstellung liegt das freie Ende des Stößels 18 an einer Stirnseite
des Verriegelungsschiebers 7 und umgibt mit dem Dichtungsansatz 19 das freie Ende
eines konzentrischen, als Rohrzylinder ausgebildeten Dichtungssitzes 22, der über
einen mit Außengewinde 23 versehenen Ringflansch 24 in der Fußplatte 11 verschraubt
ist.
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Ein Druckmittel-Durchgang 25 des Sperrventils mündet im Druckzylinder
1 und ein Druckmittel-Arbeitskanal 26 in der Fußplatte 11 im Ventilgehäuse 20.
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In der Sperrstellung des Sperrventils gemäß Fig. 1 überlappen sich
der Dichtungsansatz 19 des Ventilkörpers 16 und der Dichtungssitz 22 an ihren freien
Enden um eine zu einer bestimmten Zeitverzögerung führenden Länge 34. Diese Überlappungslänge
34 ist um ein Sechstel einer in bezug auf den Verriegelungsschieber 7 axialen Breite
37 größer als der Abstand 35 der Arretierschulterkante 14 von der Auflagemitte 27
der Verriegelungskugeln 8 auf der Arretierschulter 13. Zudem liegt
der
Ventilteller 17 mindestens in einem der Länge 34 entsprechenden Abstand 36 von einer
Stirnwand 28 des Ventilgehäuses 20. Der Stößel 18 des Ventilkörpers 16 ragt durch
eine abgedichtete Öffnung 29 der Stirnwand 28. Ein Ringspalt 30 zwischen dem Dichtungssitz
22 und dem Dichtungsansatz 19 des Ventilkörpers 16 ist mit einer Dichtung 31 versehen.
Der Ventilteller 17 des Ventilkörpers 16 weist etwa achsparallele, den Dichtungsansatz
19 umgebende Druckausgleichskanäle 32 auf.
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Bei Benutzung der erfindungsgemäßen Verriegelung wird der Verriegelungsschieber
7 über den Druckmittel-Steuerkanal 12 mit Druckmittel beaufschlagt und verfährt
in der Schieberkammer 10 in die in Fig. 2 dargestellte Endstellung. Der von der
Öffnungsfeder 21 angetriebene Ventilkörper 16 folgt dabei mit dem Stößel 18 dem
Ventilschieber 7, bis der Ventilkörper die Öffnungsstellung an der Stirnwand 28
erreicht. Beim Verfahren des Verriegelungsschiebers 7 geraten die Verriegelungskugeln
8 mit ihrer Auflagemitte 27 über die Kante 14 der Arretierschulter 13. In diesem
Moment ist der Dichtungsansatz 19 des Ventilkörpers 16 so weit vom Dichtungssitz
22 abgezogen, daß der Ringspalt 30 und damit das Sperrventil 15 geöffnet ist.
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Der Arbeitskolben 2 wird dann über das geöffnete Sperrventil 15 mit
Druckmittel beaufschlagt und verfährt in die entgegengesetzte Endstellung. Beim
Verfahren des Arbeitskolbens 2 werden die Verriegelungskugeln 8 über die 450-Schrägschulter
6 aus der Ringführung 5 der Verriegelungsstange 4 heraus in die offene Schieberkammer
10 gedrückt. Der vorfahrenden Verriegelungsstange 4 folgt ein federvorgespannter
Sperrschieber 33 und arretiert die Verriegelungskugeln 8 in der Schieberkammer 10
in der Führungsstellung gemäß Fig. 2.
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Zu der in Fig. 3 dargestellten Schaltung zum Steuern der Verriegelung
gehören ein Fünf-Wegeventil 39 mit drei Schaltstellungen (Nullstellung 40 mit geschlossenen
Anschlüssen, Verriegelungsstellung 41, Entriegelungsstellung 42), ein Zweidruckventil
mit "und"-Funktion sowie ein am einen Ende mit einer erfindungsgemäßen Verriegelung
44 und einem Sperrventil 15 mit Zeitverzögerung versehener Druckmittel-Arbeitszylinder
1.
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Das schematisch dargestellte Fünf-Wegeventil 39 weist einen Druckanschluß
P, zwei Entlüftungsanschlüsse R und S sowie zwei Arbeitsanschlüsse A und B auf.
In der Mitte des Schaltbildes des Fünf-Wegeventils ist die Nullstellung 40, links
die Verriegelungsstellung 41 und rechts die Entriegelungsstellung 42 hinsichtlich
der Durchlaufrichtung des Druckmittels dargestellt. Das Fünf-Wegeventil 39 läßt
sich von Hand oder elektromagnetisch betätigen. Das Zweidruckventil 43 weist zwei
Druckanschlüsse Y und Z sowie einen Ausgang C auf.
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Ein Druckmittelarbeitskanal 26 des Sperrventils 15 5 ist mit dem Arbeitsanschluß
B des Fünf-Wegeventils 39 und eine Druckmittelzufuhr 45 an dem der Verriegelung
44 gegenüberliegenden Ende des Druckmittelzylinders 1 mit dem Arbeitsanschluß A
des Fünf-Wegeventils 39 verbunden. Das Zweidruckventil 43 ist mit seinen Druckanschlüssen
Y, Z parallel zu dem Fünf-Wegeventil 39 zwischen den in der Entriegelungsstellung
einerseits mit dem Druckmittel-Arbeitskanal 26 und andererseits mit dem Druckanschluß
P verbundenen Arbeitsanschluß B des Fünf-Wegeventils 39 und den in der Entriegelungsstellung
mit der Druckmittel zufuhr 45 des Druckmittelzylinders 1 verbundenen Entlüftungsanschluß
R des Fünf-Wegeventils 39 geschaltet. Der Druckausgang C des Zweidruckventils 43
ist mit einem in der Schieberkammer der Verriegelung 44 mündenden Druckmittel-Steuerkanal
12 verbunden,
L e e r s e i t e