DE3136311C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinder mit einer durch mindestens eine Zylinderstirnwand hindurchgeführten Kolbenstange, mit einer in einem mit der Zylinderstirnwand verbundenen Bremsgehäuse angeordneten, sich an dem dem Zylinder abgewandten Ende des Brerrssgehäuses abstützenden, die Kolbenstange koaxial umgebenden Bremshülse mit in Umfangsrichtung verteilten Klemmarmen mit spitzwinkeligen Rampenflächen, mit einer axial hin und her verschiebbaren, die Bremshülse koaxial umgebenden Druckhülse, die mit den Rampenflächen der Bremshülse zusammenarbeitende Gleitflächen aufweist und mit einem an die Druckmittelversorgung des Arbeitszylinders angeschlossenen und an der Innenwand des Bremsgehäuses gasdicht führbaren Betätigungskolben, dessen druckmittellose Stirnseite mit einer Druckfeder in Druckverbindung steht

Derartige Arbeitszylinder werden in großen Stückzahlen in den verschiedensten Maschinen als Linearantriebe verwendet, da sie auch unter beengten räumlichen Verhältnissen untergebracht werden können und störungsunanfällig arbeiten. Insbesondere bei druckluftbetriebenen Arbeitszylindern können sich der Kolben und die Kolbenstange bei Ausfall c;r Druckmittelversorgung unter Einwirkung externer Kräfte verschieben. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn die durch verschiedene Arbeitszylinder bewegten Lasten teilweise eine gemeinsame Bahn haben, also miteinander interferieren können, wenn die Druckmittelversorgung der verschiedenen Arbeitszylinder nicht in genau vorgegebener zeitlicher Abstimmung durch eine Programmsteuerung vorgenommen wird. Bei gattungsähnlicher Vorrichtungen (DE-OS 27 55 456) arbeitet ein mit einer Druckfeder verbundener Klemmkolben mit einem Klemmteil zusammen, wobei die Klemmwirkung des Klemmteiles einerseits von der Druckkraft der Feder und andererseits vom Winkel des Innenkonus des Klemmkolbens abhängt. Bei einem relativ geringen Winkel des Innenkonus wird die Bremskraft zwar vergrößert, dies führt jedoch zur nachteiligen Vergrößerung des Bremsgehäuses, da die axiale Bewegung des Klemmkolbens relativ groß ist Durch eine Vergrößerung des Winkels des Innenkonus ist zwar eine Verringerung der axialen Bewegung des Klemmkolbens möglich, dies führt aber zwangsläufig zur Verringerung der Bremskraft. Da es bei Vorrichtungen, deren Kolbenstange mit erhebliches Gewicht aufweisenden Einrichtungen in treibender Verbindung steht, absolut notwendig oder zumindest wünschenswert ist, wenn

b5 nach Druckausfall die Kolbenstange unverzüglich zum Stehen gebracht werden kann, ist die bekannte Bremsvorrichtung nach der DE-OS 27 55 456 für solche Vorrichtungen nicht geeignet, da die Bremskraft der

Bremsvorrichtung aus den obigen Gründen in der Regel zu gering ist, um die Kolbenstange unmittelbar nach Druckausfall zum Stillstand zu bringen. Eine weitere Verriegelungseinrichtung für Kolbenstangen ist in der DE-AS 19 58 862 beschrieben. Die Bremswirkung wird s hier nicht durch eine Bremshülse, sondern vielmehr mittels Ringen erreicht, die koaxial angeordnet sind und in der wirksamen Stellung der Verriegelungseinrichtung gegeneinander verschoben werden. Da in diesem Falle zwei Kolben, zwei Druckfedern und mehrere Ringe verwendet werden müssen, ergibt sich ein voluminöser Aufbau der ganzen Einrichtung, der Aufwand ist groß. Schließlich geht aus der DE-OS 26 55 284 eine Vorrichtung hervor, bei e'er die Klemmwirkung durch hintereinander geschaltete Ringe und Kugeln, die auf 'S eine Klemmbacke bzw. Driickbüchse wirken, erreicht wird. Die Bremswirkung dieser Vorrichtung ist ebenfalls nicht ausreichend, um eine Kolbenstange sogleich dann zum Stillstand zu bringen, wenn beim Arbeitszylinder der Druck ausfällt, insbesondere wenn die Kolbenstange mit im Gewicht schweren Einrichtungen in treibender Verbindung steht

Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt ■ der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Feststell- oder Klemmvorrichtung für die Kolbenstange eines druckmittelbetätigbaren Arbeitszylinders der hier in Frage stehenden Art zu schaffen, bei der die Klemmkraft erheblich vergrößer: wird, ohne daß auch das Bremsgehäuse im wesentlichen größer wird.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Betätigungskolben und die Druckhülse als separate Teile ausgebildet sind, daß an der dem Zylinder abgewandten Seite des Betätigungskolbens ein ortsfester Abstützkörper vorgesehen ist, der sich unter J5 Abdichtung durch den Betätigungskolben hindurch an der Zylinderstirnwand abstützt, daß zwischen der Druckfeder und dem Betätigungskolben ein Umlenkring angeordnet ist, der eine sich zur Druckfeder hin verjüngende, spitzwinkelige Kegelbohrung aufweist, die auf einen kugelförmigen Umlenkkörper einwirkt, der mit der dem Zylinder zugewandten Stirnwand der Druckhülse und mit der dieser benachbarten Stirnseite des Abstützkörpers in Berührung steht, wobei der axiale Abstand zwischen der Stirnwand und der Stirnseite ⁴~' radial nach außen mit kleiner Zunahns2 größer wird und wobei die Stirnwand und die Stirnseite den Umlenkkörper im Abstand von der Kolbenstange halten.

Auf diese Weise erhält man eine Feststell- oder Klemmvorrichtung für -sine Kolbenstange, die sich *'" hinsichtlich der axialen bzw. radialen Abmessungen von den bekannten Vorrichtungen nur unwesentlich unterscheidet, bei der jedoch die Bremskraft sehr viel größer ist. Sie ist insbesondere für druckmittelbetätigbare Arbeitszylinder geeignet, deren Kolbenstange mit " erheblichen Lasten in treibender Verbindung steht, sie bringt eine ganz erhebliche Kraftmultiplikation mit sich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß der Betätigungskolben der Vorrichtung unverlierbar auf der Laufhülse gehalten ist.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch J ist im Hinblick auf möglichst geringe Abmessungen der Federspeicherbremse in axialer Richtung von Vorteil. *"

Bei einem Arbeitszylinder gemäß Anspruch 4 wird erreicht, daß sich die kugelförmigen Umlenkkörper unter j.'leichcr Berührungsgeometrie gegen die Laufhülse und die Druckhülse legen. Dies ist im Hinblick auf einen möglichst geringen Verschleiß der Berührungsflächen und inv Hinblick auf die Erzeugung einer möglichst großen axialen Kraftkomponente von VorteiL

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist wiederum im Hinblick auf einen möglichst kompakten Aufbau der Federspeicherbremse in axialer Richtung von VorteiL

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 wird eine besonders große Bremsfläche an der Kolbenstange erzielt

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 ist im Hinblick auf ein einfaches Herstellen der gehäusefesten Keilfläche von VorteiL . Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8, ist im Hinblick auf eine Außenführung der Druckhülse von VorteiL

Mit der in. Anspruch 9 angegebenen Anordnung erzielt man insgesamt einen besonders kompakten Aufbau in axialer Richtung.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Diese zeigt einen axialen Teilschnitt durch einen Druckluft-Arbeitszylinder mit einer kompakt bauenden Federspeicherbremse, wobei •die Teile der Federspeicherbremse oberhalb der Mittellinie im angezogenen und unterhalb der Mittellinie im gelösten Zustand gezeigt sind.

Im rechten Teil der Zeichnung erkennt man das Ende eines Zylinders 10 eines Druckluft-Arbeitszylinders sowie einen kleinen Abschnitt eines hierin laufenden Kolbens IZ Die Zylinderlaufbüchse ist durch ein Stirnteil 16 verschlossen, das von einer mit dem Kolben 12 verbundenen Kolbenstange 14 durchsetzt wird. Die Abdichtung der Kolbenstange 14 zum Stirnteil 16 erfolgt durch einen Dichtring 18.

Auf einen verminderten Durchmesser aufweisenden Abschnitt des Stirnteiles 16 ist ein zylindrisches Bremsengehäuse 22 fest aufgesetzt, z. B. aufgeklebt oder aufgeschweißt. Letzteres gibt eine Zylinderbohrung 24 vor, in welcher ein ringförmiger Betätigungskolben 26 im Gleitspiel läuft Dessen Innenfläche läuft auf einer die Kolbenstange 14 unter Spiel umgebenden Laufhülse 28, die fest in das Stirnteii 16 eingesetzt ist. Dichtungen 30 und 32 dichten die Laufflächen des Betätigungskolbens 26 ab. Eine Dichtung 34 dichtet die Laufhülse 28 gegen das Stirnteil 16 ab.

Der Betätigungskolben 26 begrenzt so zusammen mit der Zylinderbohrung 24 und der links gelegenen Stirnfläche des Stirnteiles 16 einen Arbeitsraum 36, der mit einem im Stirnteil 16 vorgesehenen Druckmittelkanal 38 in Verbindung steht.

Das Bremsgehäuse 22 bat an seinem in der Zeichnung links gelegenen Ende einen Gehäusedeckel 40. Dieser trägt koaxial zur Kolbenstange 14 eine Lippendichtung 42, eine Gleitlagerbuchse 44, eine Stützhülse 45-und eine Führungshülse 46. In einer zwischen dem Bremsgehäuse 22 und der Führuligshülse 46 liegenden ringförmigen Federkammer 46, die über eine Öffnung 50 des Bremsengehäuses 22 entlüftet ist, ist eine Druckfeder 52 angeordnet. Deren linkes Ende ist an der rechten Stirnfläche des Gehäusedeckels 40 abgestiitü. ihr rechtes Ende greift an einem Umlenkring 54 an, der ebenfalls im Gleitspiel in der Zylinderbohrung 24 läuft. Der Umlenkring 54 liegt seinerseits mit seiner rechten Stirnfläche am Betätigungskolben 26 an, der so federnd in der Zeichnung nach rechts vorgespannt ist.

Der Umlenkring 54 hat einen zur Kolbenstange 14

koaxiale, sich nach rechts erweiternde Kegelbohrung 56. Mit dieser stehen mehrere Umlenkkörper 58 in Berührung, die radial verlagerbar zwischen einer Stirnwand 60 und einer Stirnseite 62 angeordnet sind. Von diesen ist die eine auf der freien Stirnfläche eines Abstützkörpers 64 angeordnet, der auf das freie Ende der Laufhülse 28 fest aufgesetzt ist, die andere liegt auf der freien Stirnfläche einer Druckhülse 66.

Die Druckhülse 66 umgibt mit ihrem in der Zeichnung rechts gelegenen Abschnitt die Kolbenstange 14 unter geringem Spiel und steht mit ihrer Mantelfläche mit der Führungshülse 46 in Gleitberührung.

Im in der Zeichnung links gelegenen Abschnitt weist die Druckhülse 66 eine sich nach links erweiternde Keilfläche 68 auf, die mit komplementären außenliegen- 1, den Rampenflächen 72 in radialer Richtung federnder Klemmarme zusammenarbeitet. Letztere gehören zu einer Bremshülse 73, die am gegenüberliegenden Ende mit in ümfangsrichtung versetzten zweiten Rampeniiache 74 versehen ist. Diese haben außen in der Zeichnung .> <> nach links abfallende Rampenflächen 76, die zusammen eine gemeinsame Kegelfläche vorgeben und mit einer komplementären Keilfläche 78 zusammenarbeiten, die am Ende der Stutzhülse 45 ausgebildet ist.

Der Betätigungskolben 26 hat in seiner in der :i Zeichnung linken Stirnfläche eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 80, in die der Abstützkörper 64 in der Bremsstellung eingefahren ist.

Im betriebsbereiten Zustand ist der Druckmittelkanal 38 arr eine Druckluftleitung 82 angeschlossen, welche über ein 4/3-Steuerventil 84 wahlweise mit einer von zwei Arbeitsleitungen 86, 88 verbindbar ist, die zu den beiden Arbeitsräumen des Arbeitszylinders führen. Letzteres sind über das Steuerventil 86, 88 auch mit einer Entlüftungsleitung 90 verbindbar. J5

Der oben beschriebene Arbeitszylinder mit auf die Kolbenstange wirkender Federspeicherbremse arbeite!

folgendermaßen:

Ist die Druckluftlcitung 82 mit ausreichend großem Druck beaufschlagt, so ist die durch den Bctätigungskolben 26 erzeugte Kraft größer als die Vorspannkraft der Druckfeder 52, so daß der Betätigungskolben 26 den Umlenkring 54 in der Zeichnung nach links bewegt, bis er mit seiner linken Stirnfläche an der freien Stirnfläche der Führungshülse 46 anschlägt. Die Umlenkkörper 58 stehen nun mit dem in der Zeichnung rechts gelegenen Teil der Kegelbohrung 56 in Berührung, können also eine radial auOenliegende Lage einnehmen. Dies bedeutet, daß die Druckhülse 66 sich in der Zeichnung nach rechts bewegen kann, so daß an den Berührungsflächenpaaren 68, 70 bzw. 76, 78 keine Kräfte übertragen werden. Die Rampenflächen 72, 74 der Bremshülse 73 sind somit entlastet und umgeben die Kolbenstange im Gleitspiel oder unter geringem Spiel.

Bei Ausfall der Druckluftversorgung wird dagegen der ümienkring 54 von der Druckfeder 52 in der Zeichnung nach rechts bewegt (und mit ihm der Betätigungskolben 26). Da die Umlenkkörper 58 zwischen der Stirnwand 60 und der Stirnseite 62 gefangen sind, führt diese Bewegung des Umlenkringes 54 zu einer radialen Einwärtsbewegung der Umlenkkörper 58. Die letztgenannte Bewegung wird über die Stirnpartien 60, 62 in eine axiale Bewegung der Druckhülse 66 umgesetzt. Die Bewegung der Druckfeder 52 *ird also zweimal über Keilgetriebe untersetzt an die Druckhülse weitergegeben. Die axiale Bewegung der Druckhülse 66 führt über die Berührungsflächenpaare 68,70 bzw. 76,73 zu sehr großtn radialen Kräften auf die Rampenflächen 72, 74. Diese erfassen somit mit ihren innenliegenden Oberflächen die Kolbenstange 14 fest und sicher. Damit ist die Kolbenstange 14 bei Ausfall der Druckluftversorgung automatisch festgebremst.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetätigbarer Arbeitszylinder mit einer durch mindestens eine Zylinderstirnwand hindurchgeführten Kolbenstange, mit einer in einem mit der Zylinderstirnwand verbundenen Bremsgehäuse angeordneten, sich an dem dem Zylinder abgewandten Ende des Bremsgehäuses abstützenden, die Kolbenstange koaxial umgebenden Bremshülse mit in Umfangsrichtung verteilten Klemmarmen mit spitzwinkeligen Rampenflächen, mit einer axial hin und her verschiebbaren, die Bremshülse koaxial umgebenden Druckhülse, die mit den Rampenflächen der Bremshülse zusammenarbeitende Gleitflächen aufweist, und mit einem an die Druckmittelversorgung des Arbeitszylinders angeschlossenen und an der Innenwand des Bremsgehäuses gasdicht führbaren Betätigungskolben, dessen druckmittellose Stirnseite mit einer Druckfeder in Druckverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Beiäiigungskolbcn (25) und die Dnickhülse (66) als separate Teile ausgebildet sind, daß an der dem Zylinder (10) abgewandten Seite des Betätigungskolbens (26) ein ortsfester Abstützkörper (64) vorgesehen ist, der sich unter Abdichtung (32) durch den Betätigungskolben (26) hindurch an der Zylinderstirnwand (16) abstützt, daß zwischen der Druckfeder (52) und dem Betätigungskolben (26) ein Umlenkring (54) angeordnet ist, der eine sich zur Druckfeder (52) hin verjüngende, spitzwinkelige Kegelbohrunr (56) aufweist, die auf einen kugelförmigen Umlenkkörper (58) einwirkt, der mit der dem Zylinder (1ΪΟ) zugewandten Stirnwand (60) der Druckhülse (66) und mit der dieser benachbarten Stirnseite (62) des Abstützkörpers (64) in Berührung steht, wobei der axiale Abstand zwischen der Stirnwand (60) und der Stirnseite (62) radial nach außen mit kleiner Zunahme größer wird und wobei die Stirnwand (60) und die Stirnseite (62) den Umlenkkörper (58) im Abstand von der Kolbenstange (14) halten.-

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (64) von einer Laufhülse (28) getragen wird, auf der der Betätigungskolben (26) verschiebbar ist.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (26) auf der dem Abstützkörper (64) benachbarten Stirnfläche mit einer Ausnehmung (80) versehen ist, in welche der Abstützkörper (64) unter Spiel eingreifen kann.

4. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Stirnwand (60) und die Stirnseite (62) mit entgegengesetzt gleich großer Neigung versehen sind.

5. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper (64) in die Kegelbohrung (56) des Umlenkringes (54) unter Spiel hineinbewegbar ist.

6. Arbeitszylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremshülse (73) an beiden Enden mit spitzwinkeligen Rampenflächen (72, 74) versehen ist, die als Klemmarme ausgebildet sind und sowohl die Druckhülse (66) als auch eine Stützhülse (45) mit zu diesen Rampenflächen (72,74) komplementären Keilflächen (68, 78) versehen sind.

7. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhülse (45) gehäusefest ist

8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrisch geformte Außenseite der Druckhülse (66) in einer von der freien Stirnwand des Bremsgehäuses (20,50) getragenen Führungshülse (46) geführt ist.

9. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (52) eine die Druckhülse (66) kontaktlos, koaxial umgebende Schraubendruckfeder ist