DE3137141C2

DE3137141C2 - Arbeitszylinder

Info

Publication number: DE3137141C2
Application number: DE19813137141
Authority: DE
Inventors: Kurt 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1981-09-18
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1985-12-12
Also published as: DE3137141A1

Abstract

Ein Arbeitszylinder weist eine in den Kolben (12) integrierte Federspeicherbremse auf. Zur letzteren gehört ein Bremsband (26), das in einer Umfangsnut (20) des Kolbens (12) radial verschiebbar axial abgestützt ist. Das Bremsband (26) liegt unter seiner eigenen Federvorspannung und unter der Vorspannung einer zusätzlichen Druckfeder (36) an der Zylinder-Innenwand an und kann durch Druckbeaufschlagung eines doppelt wirkenden Servomotors (34, 40) von der Zylinderwand abgehoben werden. Die Arbeitsräume des Servomotors (34, 40) sind über ein Wechsel-Servoventil (50) mit demjenigen der Arbeitsräume (60, 62) des Arbeitszylinders verbunden, in welchem ein hoher Arbeitsdruck herrscht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit einem Zylinder, einem darin bewegbar geführten, den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilenden Kolben und einer Feststellbremse, die ein vom Kolben getragenes, federnd gegen die Innenwand des Zylinders vorgespanntes Bremsband und einen z. B. in einer Bohrung des Kolbens integrierten Servomotor aufweist, dessen Arbeitsraum mit dem druck-aufweisenden Arbeitsraum des Arbeitszylinders verbunden ist und der einen Servokolben zum Betätigen des Bremsbandes entgegen der Federspannung aufweist.

Ein derartiger Arbeitszylinder ist bereits aus der DE-OS 20 31 013, insbesondere Fig. 3-6, bekannt. Dabei ist der Kolben des Arbeitszylinders mit einer Umfangsnut versehen, in der ein sogenannter Sperring aufgenommen ist Dieser steht in treibender Verbindung mit einem im Kolben des Arbeitszylinders verschiebbar gelagerten Steuerkolben, der einerseits von einer Druckfeder und andererseits von zwei entgegengesetzt wirkenden Druckmedien beaufschlagt ist Eines der beiden Druckmedien ist von einem der Arbeitsräume des Zylinders abgezweigt Des weiteren sind in die Innenwand des Zylinders eine oder mehrere komplementär zur Gestalt des Sperringes ausgebildete Umfangsnuten eingebracht Befindet sich nun der Kolben des Arbeitszylinders in einer Stellung, in der der Sperring einer der Umfangsnuten in der Innenwand des Zylinders gegenüberliegt und erfolgt gleichzeitig ein Druckabfall des Hydrauliksystems, so wird der Sperring unter Vermittlung des Steuerkolbens aufgeweitet und greift in die Umfcngsnut ein. Es wird dadurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Kolben des Arbeitszylinders erzielt Der aus der DE-OS 20 31 013 bekannte Gegenstand hat den Nachteil, daß die bei ihm verwendete Feststellbremse nicht für einen Einsatz in Kombination mit einem doppelt wirkenden Arbeitszylinder geeignet ist, da der die Verriegelung auslösende Steuerkolben nur mit einem der Arbeitsräume des Arbeitszylinders in Verbindung steht Die Feststellbremse reagiert somit nur auf den Arbeitsdruck eines einzigen Arbeitsraumes und kann nicht vom herrschenden Druck des anderen Arbeitsraum«» beeinflußt werden. Eici weiterer Nachteil des bekannten Arbeitszylinders besteht darin, daß der Kolben nur stufenweise festlegbar ist so daß oftmals ein wunschgemäßes sofortiges Anhalten der Kolbenbewegung nicht möglich ist.

Eine weitere zwischen einem Kolben und einem Zylinder wirksame Feststellbremse geht aus der US-PS 36 65 812 hervor. Bei dieser kann zwar ein relativ gutes Ansprechverhalten erzielt werden, indem am Kolben festgelegte elastische Bremsbänder unter Druckmittelbeaufschlagung gegen die Innenwand des Zylinders gepreßt werden. Nachteilig bei diesem Arbeitszylinder ist jedoch, daß die Betätigung dieser bekannten Feststellbremse nur über eine extern angeordnete Ventileinrichtung erfolgen kann, so daß der Arbeitszylinder relativ groß baut. Gleichwohl ist die Feststellbremse unbeeinflußt vom in den Arbeitsräumen des Zylinders auftretenden Druck, so daß eine selbsttätige Bremskraftregulierung nicht durchführbar ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Arbeitszylinder der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Feststellbremse unter Beibehaltung ihres kompakten Aufbaues auch bei doppelt wirksamer Beaufschlagung

so des Arbeitszylinders einsetzbar ist, die eine erhöhte Bremskraft liefert und die bei Bedarf ein verzögerungsfreies Festlegen des Kolbens gegenüber dem Zylinder ermöglicht
Die obige Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Servomotor zwei verschiebbare gegenläufige Servokolben aufweist, deren durch deren Stirnflächen begrenzte Arbeitsräume zusammengeschaltet sind, und daß in den Kolben ein mit dem Druck in den Arbeitsräumen des Arbeitszylinders beaufschlagtes Umschaltventil integriert ist, durch welches die Arbeitsräume des Servomotors mit jeweils dem den höheren Druck aufweisenden der Arbeitsräume des Arbeitszylinders verbunden sind. Erfindungsgemäß erhält man nunmehr eine in den Kolben integrierte Feststellbremse, die insbesondere für doppelt beaufschlagte Arbeitszylinder geeignet ist. Unabhängig von der Lage des Kolbens kann dieser beim Abfall des Arbeitsdruckes im Arbeitszylinder jederzeit ohne Verzögerung zum Stillstand gebracht wer-

den. Durch die beiden verschiebbaren gegenläufigen Servokolben wird auf einfache Weise die von den Servokolben gelieferte Betätigungskraft gleichmäßig an das Bremsband übertragen, so daß eine hohe Bremskraft gewährleistet ist. Beide Enden des Bremsbandes stehen unter identischer Krafteinwirkung des Servokolbens, so daß ein Verkanten des Bremsbandes ausgeschlossen ist. Die erfindungsgemäöe Integration eines Umschaltventiles im Kolben gewährleistet ein automatisches Bremsen des Kolbens des Arbeitszylinders, wenn in beiden Arbeitsräumen des Arbeitszylinders der gleiche niedere Druck herrscht

Zwar ist bereits aus der DE-GM 18 95 972 ein zweiseitig beaufschlagter hydraulischer Kolben für Stellantriebe bekannt, der in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung der von ihm in einem Zylinder abgeteilten Arbeitsräume gegenüber dem Zylinder verschiebbar geführt oder aber festgelegt ist Die Bremsung erfolgt jedoch auf rein mechanische Art und Weise, die Ausbildung eines Servomotors zur Einleitung oder Unterstützung des Bremsvorganges ist nicht vorgesehen. Dieser ist jedoch beim erfindungsgemäßen Arbeitszylinder unbedingi notwendig, um eine uneingeschränkte Funktionsfähigkeit zu erhalten; so ist der aus der DE-GM 18 95 972 bekannte Kolben in die eine Richtung nur dann bewegbar, wenn beide Arbeitsräume mit in etwa dem gleichen Druck beaufschlagt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders sind in den Unteransprüchen aufgeführt

Mit der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 wird einerseits ein besonders gleichmäßiges Anlegen des Bremsbandes an der Zylinderinnenwand erreicht; außerdem erzielt man so schon einen Teil der Bremskraft.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 läßt sich die Bremskraft weiter erhöhen und bei gleicher Auslegung des Bremsbandes auf verschiedene Werte einstellen. Gleichzeitig wird die von der Feder gelieferte Bremskraft gleichmäßig an die beiden Servokolben übertragen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird es möglich, die zusätzliche Vorspannkraft und die Abtriebskräfte des Servomotors auf einer Linie zur Ausübung zu bringen. Außerdem baut eine solche Anordnung besonders kompakt.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 5 wird auf besonders einfache Weise die Entlüftung der durch die Servokolben vorgegebenen Federkammer und die Niederdruckbeaufschlagung der Kolbenrückseiten gewährleistet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen transversalen Schnitt durch einen Arbeitszylinder mit in den Kolben integrierter Federspeicherbremse, deren Teile in gelöster Stellung wiedergegeben sind; und

Fig.2 eine seitliche, teilweise gebrochene Ansicht des Kolbens des Arbeitszylinders nach F i g. 1.

Die Zeichnung zeigt einen Druckluft-Arbeitszylinder mit einem in einem Zylinder 10 angeordneten Kolben 12. Letzterer ist mit einer Kolbenstange 14 verbunden.

Der Kolben 12 ist durch Dichtringe 16,18 gegen den Zylinder 10 abgedichtet und hat eine sich über etwa 300 Grad seines Umfanges erstreckende breite Um- b5 fangsnut 20. Zwischen dieser und den Dichtringen 16,18 liegen in Umfangsrichtung durchlaufende Führungsbunde 22.24.

In der Umfangsnut 20 ist ein breites Bremsband 26 im Gleitspiel angeordnet Das Bremsband besteht aus einem Träger aus Federstahl, welcher im unbelasteten Zustand größeren Durchmesser als denjenigen des Zylinders 10 aufweist, und auf die Außenseite dieses Trägers ist eine Schicht aus Reibmaterial aufgebracht.

Das Bremsband 26 und eine Servoeinrichtung zum Abheben des federvorgespannten Bremsbandes von der Innenwand des Zylinders 10 sind spiegelbildlich zur Längsmittelebene des Arbeitszylinders ausgebildet, so daß nachstehend nur die eine Hälfte dieser Anordnung beschrieben zu werden braucht.

Die Enden des Bremsbandes 26 sind zu Ösen 28 gebogen und mittels Stiften 30 gelenkig mit den Enden von Servokolbenstangen 32 verbunden. Letztere sind an Servokolben 34 angeformt, die becherförmig ausgebildet sind und so zugleich als Aufnahmen für die Enden einer Schraubendruckfeder 36 dienen. Bei den freien Becherkanten sind die Kolbenwände mit Entlüftungsschlitzen 38 versehen.

Die beiden Servokolben 34 sind in einer transversalen Bohrung 40 des Kolbens 12 dicht verschiebbar angeordnet Die Servokolbenstangen 32 durchsetzen im dichten Gleitspiel Bohrungsstirnwände 42. Die freien Stirnflächen der Servokolben 34 begrenzen so zusammen mit der Kolbenbohrung 40 und den Bohrungsstirnwänden 42 zwei Arbeitsräume 44.

Die Arbeitsräume 44 sind über eine Leitung 46 zusammengeschaltet und über eine von der letzteren ausgehende Leitung 48 mit einer der Arbeitsöffnungen eines ⁴/2-Servoventiles 50 verbunden. Die zweite Arbeitsöffnung des Servoventiles 50 ist über eine Leitung 52 und eine mittige Umfangsnut 54 der Kolbenbohrung 40 mit der durch die becherförmigen Servokolben 34 vorgegebenen Federkammer verbunden.

Die versorgungsseitigen Anschlüsse des Servoventiles 50 sind mit axialen Kanälen 56, 58 des Kolbens 12 verbunden, von denen einer mit dem in Fig.2 links gelegenen Arbeitsraum 60, der andere (58) mit dem in F i g. 2 rechts gelegenen Arbeitsraum 62 des Arbeitszylinders in Verbindung steht. An den Kanal 56 ist zugleich ein linker Stellmotor 64, an den Kanal 58 ein rechter Stellmotor 66 des Servoventiles 50 angeschlossen.

Das Servoventil 50 stellt somit bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausbildung seiner Steuerwege ein Wechselventil dar, welches die Arbeitsräume 44 des Bremsband-Servomotors immer mit dem hohen Speisedruck für den Arbeitszylinder beaufschlagt, die Rückseiten der Servokolben 34 dagegen immer auf dem niederen Rücklaufdruck hält. Unter diesen Bedingungen werden die Servokolbenstangen 32 eingefahren, wodurch das Bremsband 26 von der Wand des Zylinders 10 abgehoben wird.

Fällt dagegen die Druckversorgung für den Arbeitszylinder aus, so herrscht in beiden Arbeitsräumen 60 und 62 derselbe, niedere Druck, so daß nun das Bremsband 26 unter seiner eigenen Federvorspannung und unter der Kraft der Schraubendruckfeder 36 gegen die Wand des Zylinders 10 gedrückt wird. Damit ist der Kolben 12 am Zylinder 10 feslgebremst, wobei auch große externe Kräfte zuverlässig aufgenommen werden können, ohne daß die Servokolbenstangen 32 unzulässig stark belastet werden, da die Längskanten des Bremsbandes 26 an den Wänden der Umfangsnut 20 abgenützt sind.

Eine Erfindungsvariante sieht also vor. daß zwischen den beiden Nutringen ein Stahlbremsband angeordnet werden kann, das über mechanische Federkraft kon-

stant nach außen wirkt, wobei über eine von außen steuerbare pneumatische Wirkung die Bremswirkung angehoben werden kann. Es kann hierbei eine stufenlose
Bremsung und Feststellung in beliebiger Höhe vorgenommen werden, was insbesondere bei vertikalem Auf- 5 bau wichtig ist, um ein unbeabsichtigtes Abfallen eines
Kolbens, z. B. bei Druckabfall, Betriebsstörungen usw.
zu vermeiden. Das Bremsband ist zweckmäßigerweise
geschlitzt, es kann se dünn sein, daß es leicht nach innen
gezogen werden kann. 10

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

15

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30

35

40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Arbeitszylinder mit einem Zylinder, einem darin bewegbar geführten, den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilenden Kolben und einer Feststellbremse, die ein vom Kolben getragenes, federnd gegen die Innenwand des Zylinders vorgespanntes Bremsband und einen z. B. in einer Bohrung des Kolbens integrierten Servomotor aufweist, dessen Arbeitsraum mit dem druckaufweisenden Arbeitsraum des Arbeitszylinders verbunden ist und der einen Servokolben zum Betätigen des Bremsbandes entgegen der Federspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor zwei verschiebbare gegenläufige Servokolben (34) aufweist, deren durch deren Stirnflächen begrenzte Arbeitsräume (44) zusammengeschaltet sind, und daß in den Kolben (12) ein mit dem Druck in den Arbeitsräumen (60, 62) des Arbeitszylinders beaufschlagtes Umschaltventil (50, 64, 66) integriert ist, durch welches die Arbeitsräume (44) des Servomotors (34,40) mit jeweils dem den höheren Druck aufweisenden der Arbeitsräume (60, 62) des Arbeitszylinders verbunden sind.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsband (26) selbst als Feder ausgebildet ist.

3. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis

2, mit einer zwischen den Enden des Bremsbandes angreifenden Druckfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (36) in einer Federkammer angeordnet ist, die von den einander zugewandten Stirnflächen der Servokolben (34) begrenzt ist, und sich mit ihren beiden Enden zwischen den beiden Enden des Bremsbandes (26) abstützt.

4. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis

3, mit einem becherförmigen ersten Servokolben, in dem die Druckfeder einsitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Servokolben (34) becherförmig ausgebildet ist und die beiden Becheröffnungen aufeinander zu weisen, wobei die Druckfeder (36) in den beiden Becheröffnungen aufgenommen ist.

5. Arbeitszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der becherförmigen Servokolben (34) bei ihren freien Randkanten mit Entlüftungsschlitzen (38) versehen sind und die Kolbenbohrung (40) in ihrem mittleren Abschnitt eine umlaufende Entliiiftungsnut (54) aufweist.