DE3521298C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im einzelnen angegeben ist.

Aus der DE-OS 27 55 456 ist ein Arbeitszylinder dieser Art bekannt, bei dem die Klemmeinrichtung aus einem entgegen der Kraft einer Feder mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren Kolben und aus einem auf eine mit diesem verbundene Kolbenstange einwirkenden Klemmteil besteht, das in Form einer geschlitzten Mutter ausgebildet ist, die in ein an einem Fortsatz der Kolbenstange angeordnetes Gewinde eingreift. Dabei ist die Steigung dieses Gewindes so groß, das es bei Beaufschlagung des Kolbens mit Hydraulikdruck keine Selbsthemmung auf die Kolbenstange ausübt. Während bei Druckentlastung des Kolbens die Feder die Kolben­ stange mittels des Klemmteils festklemmt, gelangt das Klemmteil bei Beaufschlagung des Kolbens mit Hydraulikdruck in eine seine Klemmwir­ kung aufhebende Stellung.

Eine aus der DE-OS 31 18 449 bekannte Klemmeinrichtung ähnlicher Bauart weist mehrere rund um eine festzuklemmende Stange angeordnete Klemmbacken auf, die auf ihrer der Stange zugewandten Innenseite durch zylindrische Flächen und auf ihrer der Stange abgewandten Außenseite durch Kegelflächen begrenzt sind. Die Kegelflächen stehen schräg zur Stange verlaufenden Führungsbahnen in einem Gehäuse gegenüber, an denen die Klemmbacken entlanggleiten können, wobei sie sich je nach ihrer Verschiebungsrichtung radial auf die Stange zu oder von dieser weg bewegen. Als Stellantrieb für die Verstellung der Klemmbacken dient ein die Stange umgebender Ringkolben vorgesehen, der mit einer an seiner einen Stirnseite vorspringenden Ringschulter in entspre­ chende Hinterschneidungen in der Innenseite der Klemmbacken lose eingreift und diese daher bei seiner axialen Verstellung längs der Stange mitnehmen kann. Die Antriebskraft für die Stellbewegung des Ringkolbens im Gehäuse zum Anpressen der Klemmbacken an die Stange und zu ihrem Loslösen davon liefert Hydraulikfluid, das über eigene Hydraulikanschlüsse getrennt von dem für die Verstellung der Stange selbst verwendeten Antriebsmittel in das Gehäuse eingeführt wird.

Die bekannten Klemmeinrichtungen gestatten zwar eine Festlegung der Kolbenstange relativ zum Gehäuse, sie weisen jedoch sowohl baulich als auch funktionell Mängel auf, die ihren praktischen Einsatz beeinträch­ tigen oder gar in Frage stellen können. So erweist sich im einen Falle die Notwendigkeit einer Federbelastung des Klemmteils als nachteilig, da eine solche Feder Alterungserscheinungen unterliegt und überhaupt bruchanfällig ist. Im anderen Falle sind die zahlreichen, auch relativ zueinander zu bewegenden Teile von Nachteil, da sie den Arbeitsaufwand beim Zusammenbau vergrößern und außerdem eine Quelle für Undichtigkei­ ten und Verschleiß im Betrieb darstellen. Insgesamt sind gesteigerter Wartungs- und Reparaturbedarf und erhöhte Herstellungskosten die zwangsläufige Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitszylin­ der der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß er in seiner Klemm­ einrichtung bei Gewährleistung von deren sicherer und zuverlässiger Funktion mit einer Mindestzahl an Teilen auskommt und außerdem die Möglichkeit bietet, das als Antriebsmittel zugeführte Hydraulikfluid mehrfach auszunutzen.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Arbeitszylinder, wie er im Patentanspruch 1 angegeben ist. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Arbeitszylinder stellt der Klemmkolben das einzige bewegte Bauteil der Klemmeinrichtung dar, während alle anderen Teile der Klemmeinrichtung gehäusefest angeordnet sind. Außerdem wird das für die Löseverstellung des Klemmkolbens in das Gehäuse eingeführte Hydraulikfluid auch zur Rückverstellung der dann freigegebenen Kolbenstange herangezogen, womit gleichzeitig auch die funktionsgerechte Taktfolge zur Freigabe und Rückverstellung der Kolbenstange von selbst gewährleistet ist. Als Vorteil zu erwähnen sind weiter die fertigungs- und betriebsgünstige Formgebung für die Klemmhülse und den Klemmkolben und die doppelte Nutzung eines der am Gehäuse vorgesehenen Hydraulikanschlüsse. Die durch überlegte Form­ gebung sowie passende Auswahl von Material und Oberflächenstruktur für die zusammenwirkenden Keilflächen an Klemmkolben und Klemmhülse erreichte zuverlässige Selbsthemmung gestattet den Verzicht auf jede Federbelastung des Klemmkolbens oder der Klemmhülse.

Im Ergebnis führt die Erfindung zu einer sehr einfach und kosten­ günstig herzustellenden und zu betreibenden Gesamteinrichtung, die sich zudem durch hohe Zuverlässigkeit im Betrieb bei weitgehender Wartungsfreiheit auszeichnet. Die bevorzugte, einander bereits vor Aktivierung der Klemmeinrichtung räumlich übergreifende Anordnung von Klemmkolben und Klemmhülse verkürzt die betriebsnotwendigen Verstell­ wege und ermöglicht so ein überaus rasches Ansprechen der Klemmein­ richtung im Betriebe des Arbeitszylinders.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren einziger Figur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Arbeitszylinder mit einer Klemmeinrichtung gemäß der Erfindung in einem axialen Längsschnitt dargestellt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einer zentralen Axialbohrung in einem Gehäuse 6 eine an ihrem inneren Ende in einen Stellkolben 15 von größerem Durchmesser übergehende Kolbenstange 11 in Richtung ihrer Achse verschiebbar und gegebenenfalls um diese Achse drehbar geführt. Rund um den Austritt der Kolbenstange 11 aus dem Gehäuse 6 ist ein Abstreifring 10 angeordnet, der ein Ein­ dringen von Verunreinigungen in das Gehäuse 6 verhindert. In das dem Austritt für die Kolbenstange 11 abgewandte Ende der Axialboh­ rung im Gehäuse 6 ist eine hohle Klemmhülse 2 eingeschraubt, und deren innerer Hohlraum wiederum ist an diesem Ende des Gehäuses 6 durch einen ebenfalls eingeschraubten Abschlußstopfen 1 verschlossen, der zugleich einen Endanschlag für die Einfahrbewegung des Stell­ kolbens 15 und der Kolbenstange 11 im Gehäuse 6 bildet.

Die Klemmhülse 2 weist die Form eines im Außenumfang abgestuften Hohlzylinders auf, der in seinem Inneren ein Teilstück der Kolben­ stange 11 und den damit verbundenen Stellkolben 15 aufnimmt und einen Arbeitszylinder für diesen bildet. Als O-Ringe ausgebildete und in entsprechende Ringnuten eingelegte Dichtungen 3, 4 und 5 sorgen für eine Abdichtung an den Berührungsflächen von Gehäuse 6, Klemmhülse 2, Abschlußstopfen 1 und Stellkolben 15 gegen einen Durchtritt von Hydraulikfluid, das als Antriebsmittel für Ver­ stellbewegungen über Hydraulikanschlüsse 12, 14 und 16 und gege­ benenfalls anschließende Stichkanäle und -bohrungen zugeführt werden kann.

Die Axialbohrung im Gehäuse 6 ist in ihrer lichten Weite abge­ stuft, wobei sie im Anschluß an den Abstreifring 10 zunächst die Kolbenstange 11 eng umschließt und sich dann an einer Ringschulter bis zu dem Außendurchmesser der Klemmhülse 2 erweitert, so daß anschließend an die Ringschulter ein Arbeitszylinder für einen Klemmkolben 7 entsteht, der die Form eines Bechers mit der Klemm­ hülse 2 zugewandter Öffnung aufweist. Zur Abdichtung zwischen Gehäuse 6, Klemmkolben 7 und Kolbenstange 11 gegen einen Durchtritt von Hydraulikfluid sind wiederum als O-Ringe ausgebildete und in entsprechende Ringnuten eingelegte Dichtungen 8 und 9 vorgesehen. An seinem Außenumfang weist der Klemmkolben 7 im wesentlichen Zylinderform auf, während auf seinem Innenumfang eine konische Keilfläche als Klemmfläche 18 ausgebildet ist, die sich in Richtung auf den Becher­ boden zu verjüngt, während ihr weiteres Ende der Klemmhülse 2 zuge­ wandt ist und diese in einem Teilbereich übergreift. Die Klemmhülse 2 selbst ist im Anschluß an ihr in das Gehäuse 6 eingeschraubtes Ende zunächst außen als Zylinder mit später unter Durchmesserver­ kleinerung abgestufter Mantelfläche ausgeführt und schließlich im letzten Drittel ihrer Erstreckung auf den Klemmkolben 7 zu durch Schlitze 13 mit achsparallelem Verlauf in mehrere ebenfalls achs­ parallele Zinken aufgespalten. An ihrem Außenumfang weist die Klemm­ hülse 2 im Bereich ihrer Überlappung durch den Klemmkolben 7 statt einer Zylindermantelfläche eine konische Keilfläche als erste Klemmfläche 17 auf, die in ihrer Neigung gegen die Achse der Kolbenstange 11 mit der Neigung der Keilfläche als zweite Klemmfläche 18 am Innenumfang des Klemmkolbens 7 korrespondiert, so daß beim Auffahren des Klemmkolbens 7 auf die Klemmhülse 2 eine großflächige Berührung entlang der Keilflächen 17 und 18 erreicht werden kann, die im Verein mit einer entsprechenden Auslegung der Reibbeiwerte für das Material und die Oberflächenstruktur von Klemm­ hülse 2 und Klemmkolben 7 eine Keilselbsthemmung sicherstellt, die erst durch eine entsprechende Rückverstellung des Klemmkolbens 7 von der Klemmhülse 2 wieder aufgehoben werden kann. Das so bewirkte Fest­ klemmen der Klemmhülse 2 auf der Kolbenstange 11 ist unabhängig von deren Hubstellung im Gehäuse 6, da es allein durch die Stellung des Klemmkolbens 7 relativ zur Klemmhülse 2 bestimmt wird.

Im praktischen Betrieb des dargestellten Ausführungsbeispiels wird zunächst bei in der in der Zeichnung rechten Endlage befind­ lichem Klemmkolben 7 und damit von der Klemmhülse 2 losgelöster Stellung des Klemmkolbens 7 über den Hydraulikanschluß 14 Hydraulik­ fluid unter Druck zugeführt, bis unter Verschiebung und gegebenen­ falls Verdrehung von Stellkolben 15 und Kolbenstange 11 entlang bzw. um deren Achse eine gewünschte Lage der Kolbenstange 11 erreicht ist. Sodann wird über den Hydraulikanschluß 16 Hydraulikfluid unter Druck zugeführt, das den Klemmkolben 7 nach links verschiebt und die Keil­ fläche 18 auf seinem Innenumfang auf die Keilfläche 17 auf dem Außen­ umfang der Klemmhülse 2 auflaufen läßt. Dadurch werden die durch die Schlitze 13 gebildeten Zinken an der Klemmhülse 2 nach innen an die Kolbenstange 11 angepreßt und halten diese in der erreich­ ten Lage fest, wobei diese Klemmwirkung dank der Keilselbsthemmung zwischen den Keilflächen 17 und 18 auch dann erhalten bleibt, wenn am Hydraulikanschluß 16 kein Druck mehr herrscht. Damit wird die Kolbenstange 11 sicher in der eingestellten Lage festgehalten.

Wenn eine erneute Rückverstellung der Kolbenstange 11 gewünscht wird, kann über den Hydraulikanschluß 12 Hydraulikfluid unter Druck einge­ speist werden, das zunächst den Klemmkolben 7 nach rechts verschiebt und damit die Klemmwirkung für die Kolbenstange 11 über die Klemm­ hülse 2 aufhebt, so daß die Kolbenstange 11 dann entweder durch das über den Hydraulikanschluß 12 zugeführte Hydraulikfluid zurückver­ stellt oder auch mit Hilfe von über den Hydraulikanschluß 14 zuge­ führtem Hydraulikfluid weiter vorverstellt werden kann.

Claims (4)

1. Arbeitszylinder mit

• - einem in einem zylindrischen Gehäuse unter Hydraulikantrieb ent­ lang der Gehäuseachse verschiebbar und gegebenenfalls um diese Achse verdrehbar geführten Stellkolben,
• - einer mit dem Stellkolben zu gemeinsamer Bewegung gegenüber dem Gehäuse fest verbundenen Kolbenstange und
• - einer Klemmeinrichtung zum Arretieren der Kolbenstange an einer beliebigen Stelle ihres axialen Verstellweges mittels ihres Fest­ klemmens unter Zusammenwirken zweier konusförmiger Klemmflächen aus einer die Kolbenstange koaxial umgreifenden, auf wenigstens
  • einem Teil ihrer Länge geschlitzten und auf ihrer Außenseite die erste Klemmfläche aufweisenden Klemmhülse und
    einem die Klemmhülse auf einem Teil ihrer Länge koaxial dazu übergreifenden, auf seiner Innenseite die zweite Klemmfläche aufweisenden hohlen Klemmkolben, der bei Verschiebung entlang der Gehäuseachse in einer ersten Richtung mit seiner Klemm­ fläche auf die Klemmfläche an der Klemmhülse auffährt und so das Festklemmen der Kolbenstange bewirkt, bei Verschiebung in einer entgegengesetzten zweiten Richtung unter Hydraulikan­ trieb dagegen sich von der im Gehäuse festgehaltenen Klemm­ hülse löst und damit die Kolbenstange zu Verstellung durch den Hydraulikantrieb freigibt,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Klemmhülse (2) in Form eines in eine Axialbohrung des Gehäuses (6) fest eingeschraubten, im Durchmesser abgestuften Hohlzylinders ausgebildet ist, der nahe seinem einen Ende einen über einen ersten Hydraulikanschluß (14) im Gehäuse (6) mit Hydraulikfluid speisbaren ersten Zylinderraum für die Aufnahme des Stellkolbens (15) enthält und nahe seinem außen mit der ersten Klemmfläche (17) versehenen und wenigstens einen Längs­ schlitz (13) aufweisenden anderen Ende einen über einen zweiten Hydraulikanschluß (12) mit Hydraulikfluid speisbaren zweiten Zylinderraum im Gehäuse (6) gegenüber dem ersten Zylinderraum begrenzt,
daß der Klemmkolben (7) in Form eines in dem zweiten Zylinderraum im Gehäuse (6) axial verschiebbar geführten Bechers mit das geschlitzte Ende der Klemmhülse (2) übergreifender Öffnung und im Gehäuse (6) einen über einen dritten Hydraulikanschluß (16) mit Hydraulikfluid speisbaren dritten Zylinderraum gegenüber dem zweiten Zylinderraum abdichtend begrenzendem Boden ausgebildet ist,
daß die beiden Klemmflächen (17 und 18) sowohl in ihrer jeweiligen Neigung gegen die Achse der Kolbenstange (11) als auch in den Reibbeiwerten ihres Materials bzw. ihrer Oberflächenstruktur auf eine Keilselbsthemmung nach dem Auffahren des Klemmkolbens (7) auf die Klemmhülse (2) ausgelegt sind und
daß der zweite Zylinderraum im Gehäuse (6) sowohl nach der dem ersten Zylinderraum abgewandten Seite des Stellkolbens (15) hin als auch auf die diesem zugewandte Öffnung des Klemmkolbens (7) hin offen ist.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse (2) durch die Längsschlitze (13) auf etwa einem Drittel ihrer Länge in mehrere zueinander parallele Zinken unterteilt ist, die außen zur Ausbildung der ersten Klemmfläche (17) konisch verjüngt ausgebildet sind.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkolben (7) das geschlitzte Ende der Klemmhülse (2) bereits in seiner von dieser am weitesten entfernten Endstel­ lung im Gehäuse (6) mit geringem Spiel übergreift.