DE3539337A1 - Druckmittelbetaetigbare stelleinrichtung zur einstellung aufeinanderfolgender schaltschritte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigbare Stellein­ richtung zur Einstellung aufeinanderfolgender Schaltschritte mit vorbestimmten Schaltwegen, enthaltend einen in einem Zylinder axial verstellbaren vom Druckmittel beaufschlag­ baren Stellkolben, sowie eine Druckmittelsteuerung.

Bei bekannten Einrichtungen der genannten Art wird die schrittweise Verstellung eines hydraulisch wirkenden Arbeits- bzw. Betätigungskolbens in einem Stellzylinder durch gesondert angeordnete Druckmittel-Dosiereinrichtungen bewerkstelligt.

Dabei bestehen besondere Schwierigkeiten in einer genauen Dosierung des Druckmittels für jeden der Stellschritte zur Erzielung stets gleich bemessener Verstellwege und hinsicht­ lich einer Festlegung der Ausgangsposition des Betätigungs­ kolbens zu Beginn eines Schaltschrittes.

Um genaue Stellwege einhalten zu können ist ein erheblicher Aufwand an Stellmitteln und Bauteilen erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein druckmittel­ betätigtes Stellsystem zu schaffen, mit dem sich bei ein­ fachem Aufbau und sicherer Wirkungsweise genau bemessene Verstellwege einhalten lassen und die für die Einhaltung der Verstellwege erforderliche Festlegung der jeweiligen Aus­ gangsposition des Stellkolbens bei jedem Schaltschritt fest­ legen läßt.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst, wobei weitere vorteilhafte Aus­ gestaltungen des Haupterfindungsgedankens gemäß der Merkmale der Unteransprüche erreicht sind.

Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Stellsystem wird auf einfachste Weise ohne eine besondere Dosiereinrichtung für die Druckmittelzuführung eine sichere Fixierung des Stell­ gliedes in eine Ausgangsstellung innerhalb jeder der Schalt­ schritte erreicht. Ferner wird erreicht, daß ausgehend von der fixierten Stellung des Stellkolbens innerhalb der ein­ zelnen Schaltschritte der vorbestimmte Schaltweg stets genau eingehalten wird.

Aus jeder der fixierten Stellungen des Stellkolbensystems erfolgt zwangsläufig durch die Relativbewegung zwischen dem einen Stellkolbenteil und dem von diesen getragenen relativ verstellbaren Kolbenteil die geforderte Schaltbewegung. Infolge der Ausbildung des Stellkolbensystems als Differen­ tialkolben wird erreicht, daß bei Druckbeaufschlagung der Kolben selbsttätig in die jeweilige Fixierstellung mit An­ lage an den Klinken verstellt wird, wobei die Abstützung des Stellkolbens an den Klinken bis zur Ausführung der Verstell­ bewegung durch das dazu relativ verstellbare Kolbenteil auf­ recht erhalten wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Er­ findung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die beispielsweise Anordnung des Stellsystems an einer teleskopartig, längenveränderlichen Einrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 die Stelleinrichtung in einem Längsschnitt und

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2.

Die Stelleinrichtung 1 ist hierbei als Ent- bzw. Verriege­ lung an einer teleskopartig, längenveränderlichen Einrich­ tung 2 vorgesehen. Die Einrichtung 2 enthält ineinander­ liegend verschiebbare Teleskopelemente T 1 bis T 4, die in bestimmter Reihenfolge aus einem feststehend angeordneten Trägerteil 5, und zwar beginnend mit dem inneren Teleskop­ element T 1, ausfahrbar vorgesehen sind.

Für das Zusammenwirken mit der Stelleinrichtung 1 weisen die Teleskopelemente T 1 bis T 4 je eine im Durchmesser gleiche, radial gerichtete Durchbrechung 3 auf, wobei die Durchbre­ chungen 3 in eingefahrener Stellung der Teleskopelemente T 1 bis T 4 eine zueinander koaxiale Lage einnehmen (Fig. 1). Die Durchbrechungen 3 sind bestimmt für den Eingriff des Verriegelungsgliedes V der Stelleinrichtung 1, was später noch näher erläutert ist. Die Teleskopelemente T 1 bis T 4 werden mittels einer antreibbaren Gewindespindel G und nach­ einander auf das Gewinde der Spindel aufschraubbare, an den Teleskopelementen feste Mutterteile M aus- bzw. eingefahren.

Die in Fig. 2 gezeigte Stelleinrichtung 1 enthält als Bau­ hauptkomponenten die Stelleinheit 10 mit dem Stellzylinder und das darin axial verstellbare Kolbensystem 11, vereinigt mit dem Verriegelungsglied V und ein Klinkenschaltwerk 12 zur Einstellung der Schaltschritte des Stellkolbensystems 11. Der Stellzylinder ist gebildet aus einem äußeren und einem inneren Zylindergehäuse 15 bzw. 15′, die als Bauein­ heit fest miteinander verschraubt sind. Der Stellzylinder ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel als feststehend ange­ ordnete Komponente vorgesehen. Zwischen den beiden Gehäuse­ teilen 15 bzw.15′ ist ein stirnseitig durch die Wände 16 bzw. 16′ der Gehäuse abgeschlossener Ringraum für die Auf­ nahme eines axial wahlweise in beiden Richtungen verstell­ baren, zum Klinkenschaltwerk 12 gehörigen Rückstellkolbens 18 gebildet. Zur Beaufschlagung der einen bzw. anderen Kolbenfläche 20 bzw. 20′ des Rückstellkolbens 18, sind die Ringzylinderkammern 21 bzw. 21′ über Öffnungen 22 bzw. 22′ an Druckmittelzuführungen 24 bzw. 25 angeschlossen, die wahlweise über eine Steuereinrichtung 27 und an diese an­ schließende Abzweigleitungen 24 bzw. 25 mit der Druckmittel­ förderpumpe 26 und mit dem Druckmittelreservoire 26′ zusam­ menschließbar sind.

Das Stellkolbensystem 11 der Stelleinheit 10 enthält zwei axial zueinander verstellbare Kolbenteile 35 bzw. 35′, wobei das Kolbenteil 35′ als Differentialkolben (Stufenkolben) mit unterschiedlich bemessenen, vom Druckmittel beaufschlagbaren Differenzkolbenflächen 28 bzw. 28′, die in entsprechend aus­ gebildeten Druckzylinderkammern 29 bzw. 29′ im Gehäuse 15′ liegen, ausgebildet ist. Beide Kammern 29 bzw. 29′ stehen über einem Überströmkanal 30 zum Druckausgleich ständig in Verbindung und sind an die Druckmittelzu- bzw. -ableitungen 24 bzw. 25 anschließbar, was später noch näher erläutert ist. Das Stellkolbensystem 11 trägt innerhalb einer Ausneh­ mung 42 das axial relativ zum Kolbenteil 35′ verstellbare Kolbenteil 35, wobei zwischen den Kolbenteilen 35, 35′ eine Rückstellfeder 38 eingesetzt ist. Das Kolbenteil 35 liegt mit seiner Kolbenfläche 39 in der über einen Kanal 40 an eine Druckmittelleitung 41 angeschlossenen Druckzylinder­ kammer 42.

Für die Begrenzung des axialen Relativverstellweges des Kolbenteiles 35 gegenüber dem Kolbenteil 35′ des Stellkol­ bensystems 11 sind Anschläge 44 bzw. 44′ angeordnet. Die Kolbenstange des Kolbenteiles 35 bildet hierbei das Ver­ riegelungs- bzw. Entriegelungsglied V der Stelleinrichtung 1. Die äußere Zylinderfläche 45 des Kolbenteiles 35′ des Stellkolbensystems 11 dient zur Beeinflussung der Klinken 51 des Klinkenschaltwerkes 12.

Das Klinkenschaltwerk 12 setzt sich zusammen aus dem hülsen­ förmigen Kolben 18 und am Gehäuseteil 15′ des Stellzylinders um Achsen 50 am Gehäuse 15′ schwenkbaren Klinken 51. Die Klinken 51 weisen etwa rechteckigen Querschnitt auf und lie­ gen in Neutralstellung innerhalb entsprechender Ausnehmungen 53 in der Wandung des inneren Zylinderteiles 15′ . Die eine Stirnseite 54 der Klinken 51 bildet eine Abstützkante, die mit einer Gegenkante 55 am Kolbenteil 35′ des Stellkolben­ systems 11 wahlweise zusammenwirkt. Die Klinken 51 sind durch Federungen beeinflußt in dem Sinne, daß die Klinken 51 ständig in ihre Sperrstellung gedrückt werden, in der die Kanten 54, 55 miteinander in Eingriff sind. Die in radialer Richtung nach außen bzw. nach innen weisenden, zueinander parallel verlaufenden Längsseiten 61 bzw. 61′ der Klinken 51 sind bestimmt für das Zusammenwirken mit der Mantelfläche 45 des Kolbenteiles 35′ bzw. mit der Innenmantelfläche 62 des Rückstellkolbens 18. Die Abstände h der Klinkenkanten 54 der in Reihe liegend angeordneten Klinken 51 bestimmten die Schaltschritte der Stelleinrichtung. Beim gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1 bestimmen sich die Abstände h durch die Stärke der Wandung der Teleskopelemente T 1 bis T 4, so daß bei jeder Einstellung eines Schaltschrittes durch die Stelleinrichtung 1, das Verriegelungsglied V um den Betrag der Wandstärke eines der Elemente T 1 bis T 4 verstellt und damit eines der Teleskopelemente T 1 bis T 4 freigegeben wird. In die Wandung des Zylinders 15′ ist für den Rückstellvor­ gang ein Längskanal 65 mit Öffnungen 68 bzw. 67 eingearbei­ tet, der eine Verbindung zwischen der Kammer 29′ und der Leitung 25 herstellt, wenn der Kolben 18 in seiner linken Endposition steht.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Stellkolbensystems ist in Verbindung mit der teleskopartig, längenveränder­ lichen Einrichtung 2 wie nachfolgend beschrieben:

Soll T 1 der teleskopartig, längenveränderlichen Einrichtung aus der Einfahrstellung, in der sämtliche Elemente T 1 bis T 4 mit dem feststehenden Teil T 5 über das Verriegelungsglied V des Stellkolbensystems 1 gekuppelt sind, entriegelt werden, so wird über die Druckmittelzuführung 24, 22′, ausgehend vom Druckerzeuger 26, in den Kammern 21′, 29′ und 29 Überdruck aufgebaut. Aus der Stellung des Stellkolbensystems 11 im Anschlag an die Stirnfläche der Stirnwand 16′ wird durch den Aufbau des Druckmitteldruckes in Abhängigkeit von den gegen­ läufig beaufschlagten Differenzkolbenflächen 28′ bzw. 28 des Kolbenteiles 35′, das in diesem Arbeitsschritt über die Feder 38 als starre Einheit wirkenden Stellkolbensystems 11 (35′, 35) nach links bewegt, so daß der Anschlag des Kolben­ systems 11 an die Stirnwand 16′ als sichere Ausgangsposition für die schrittweise Entriegelung eingestellt wird. Ausgehend von der Anschlagstellung des Stellkolbensystems 11 an der Stirnwand 16′ wird der ebenfalls über seine Kolben­ fläche 39′ beaufschlagte Kolbenteil 35 gegen die Wirkung der Feder 38 relativ zum Kolbenteil 35′ nach rechts verstellt bis zum Anschlag an die Anschlagkante 44′ des Kolbenteiles 35′ . Die Zylinderkammer 42 ist bei diesem Arbeitsschritt über die Leitungen 41, 25 entlüftet.

Mit dem Anschlag an die Kante 44′ ist der erste Entriege­ lungsschritt abgeschlossen und das Teleskopelement T 1 zum Ausfahren gegenüber den weiterhin durch das Verriegelungs­ glied V arretierten Teleskopelemente T 2 bis T 4 freigegeben. Der Verstellhub h eines Entriegelungsschrittes ist dabei um einen geringen Betrag größer als der Abstand zwischen den Anschlagkanten 54 der Klinken 51.

Nach dem Druckabbau in der Leitung 24 bzw. den Kammern 21′, 29′ bzw. 29 wird das Kolbenteil 35′ gegenüber dem durch Reibung des Verriegelungsgliedes V in den Bohrungen 3 der Teleskopelemente T festgehaltenen Kolbenteiles 35 nach rechts verstellt bis zur Anlage des Anschlages 44 des Kol­ benteiles 35′ am Kolbenteil 35. Damit ist eine neue Aus­ gangsposition für den nachfolgenden Schaltschritt zur Ent­ riegelung des Teleskopelementes T 2 eingestellt. Die nach­ folgenden Schaltschritte laufen in der gleichen, wie voran­ gehend beschriebenen Art und Weise ab.

Das Zurückbewegen des Kolbensystems in die Ausgangsposition, das heißt in die Stellung, in der das Verriegelungsglied V sämtliche Teleskopelemente T 1 bis T 4 mit dem ortsfesten Element T 5 arretiert, wird eingeleitet durch Beaufschlagung der Kolbenfläche 20 des Kolbens 18 über die Leitung 25 und die Öffnungen 22. Durch diese Beaufschlagung wird der Rück­ stellkolben 18 nach links verstellt und drückt die Klinken 51 gegen die Wirkung ihrer Federungen in die Neutralstellung in den Ausnehmungen 53 im Zylinderteil 15′. Gleichzeitig wird durch Druckaufbau in der mit der Leitung 25 in Verbin­ dung stehenden Zuleitung 41 über den Kanal 40 auch der Druck in der Kammer 42 wirksam, mittels dem in Verbindung mit den Federn 38 die beiden Kolbenteile 35 bzw. 35′ in ihre Aus­ gangsstellung mit Anlage des Kolbenteils 35 am Anschlag 44 des Kolbenteils 35′ zurückgeführt werden. Ferner erhält durch die linke Endposition des Rückstellkolbens 18 die Druckzylinderkammer 29′ über den Kanal 65 Anschluß an die Druckmittel zuführende Leitung 25 und das Stellkolbensystem 11 wird in seine linke Ausgangsposition zurückverstellt.

Nach erneutem Druckaufbau in den Kammern 21′, 29 und 29′ über die Leitung 24, wird der nächste Schaltschritt h in der vorangehend bereits beschriebenen Art und Weise eingeleitet. Der Rückstellkolben 18 wird dabei durch Beaufschlagung seiner Kolbenfläche 20′ in seine rechte Endposition ver­ stellt und gibt dabei die Klinken 51 für das Einschwenken in ihre Verriegelungsposition frei. Mitbewirkt wird die Frei­ gabe der Klinken 51 durch die axiale Verstellung des Kolben­ teiles 35′ nach rechts.

Die Wirkungsweise ist zusammengefaßt wie folgt:

• - Das Stellkolbensystem 11 wird unter Druckbeaufschlagung zur Einstellung der Ausgangsposition in Anlage seiner Anschlagkante 55 an die Gegenkante 54 der Klinke 51 nach links bewegt.
• - Die Anschlagstellung bildet nunmehr für den jeweiligen Schaltschritt h die feste Ausgangsposition.
• - Die Kolbenteile 35 und 35′ des Kolbensystems 11 stehen in dieser Phase in Abstützstellung mit Anlage am An­ schlag 44.
• - Durch den Druckaufbau in der Kammer 28′ vor dem Kolben­ teil 35 wird dieser relativ gegenüber dem Kolbenteil 35′ bis zur Anlage am Anschlag 44′ verstellt. Die Verstel­ lung entspricht einem Schaltschritt h.
• - Das Kolbenteil 35′ führt nach Umschaltung der Druck­ mittelzuführung über die Leitung 24 durch Entlüftung der Kammer 29′ eine Verstellbewegung bis zur Anlage des Anschlages 44 am Kolbenteil 35 aus.
• - Die Rückstellung des Stellkolbensystems 11 nach Abschluß der Schaltschrittfolge in die Ausgangsposition (sämt­ liche Teleskopelemente T sind miteinander verriegelt), wird bewirkt durch die Umschaltung der Druckmittelzufüh­ rung von der Leitung 24 auf den Leitungszweig 25 und 41.
• - Dabei wird der Rückstellkolben 18 durch Beaufschlagung seiner Kolbenfläche 20 aus seiner Neutralstellung (Fig. 2) in Richtung zur Abschlußwand 16′ verstellt und damit die Klinken 51 gegen die Wirkung ihrer Federungen in die Einklapplage, in der sie ohne Wirkung sind, verstellt.
• - In seiner linken Endposition gibt der Rückstellkolben 18 über den Kanal 65 und die Öffnungen 66 und 67 eine Ver­ bindung der Druckmittelzuführung 25 mit der Druckzylin­ derkammer 29′ frei.
• - Infolge der drucklos geschalteten Kammer 28′ über die Druckmittelleitung 24, wird das Stellkolbensystem 11 in seine Ausgangsposition nach links verstellt.
• - Die Einleitung einer neuen Schaltschrittfolge wird, wie bereits vorangehend beschrieben, durch Umschaltung der Druckmittelzuführung von der Druckmittelleitung 25 auf die Druckmittelleitung 24 bewirkt.
• - Damit wird durch Druckaufbau in den Kammern 29 und 21′ der Rückstellkolben 18 in seine Neutralstellung bewegt (Anschlagposition rechts; Fig. 2) und damit auch die Kammer 29′ angeschlossen.
• - Durch die Beaufschlagung des Stellkolbensystems 11 er­ folgt dessen Abstützung an der ersten Klinke 51.
• - Aus dieser Absützposition erfolgt die Ausführung des Schaltschrittes h durch das Kolbenteil 35.

Zur Schaltbetätigung für jeden der Schaltschritte h erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen Schaltimpuls über die Steuereinrichtung 27, der entsprechend dem Ablauf der Schaltbewegungen der Stellkolben bzw. dem Aufbau des Druckmitteldruckes innerhalb der Schaltschritte, über eine gewisse Zeitdauer aufrecht zu erhalten ist. Die Umsteuerung kann außer von Hand auch durch Einbeziehung der Stellein­ richtung 1 in einen Steuerregelkreis automatisch erfolgen.

Claims (10)

1. Druckmittelbetätigbare Stelleinrichtung zur Einstellung aufeinanderfolgender Schaltschritte mit vorbestimmten Schaltwegen, enthaltend einen in einem Zylinder axial verstellbaren vom Druckmittel beaufschlagbaren Stell­ kolben, sowie eine Druckmittelsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Einrichtung ein aus mindestens zwei axial relativ zueinander verstellbaren Kolbenteilen (35, 35′) be­ stehendes Kolbensystem (11) enthält, daß
• b) zur ortsfesten Abstützung des Kolbensystems (11) als Ausgangsposition innerhalb jedes der Schaltschritte (h) unter Druckmittelbeaufschlagung, ortsfest ange­ ordnete Abstützungen (51) vorgesehen sind und daß
• c) die Kolbenteile (35 bzw. 35′) des Stellkolbensystems (11) unter Druckmittelbeaufschlagung wahlweise als Einheit oder eines der Stellkolbenteile (35 bzw. 35′) gegenüber dem jeweils ortsfest abgestützten Kolben­ teil (35 bzw. 35′) relativ verstellbar vorgesehen ist.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Stellkolbensystem (11) in der Art eines Differentialkolbens mit unterschiedlich bemessenen Kol­ benflächen (28′ bzw. 28) ausgebildet ist, wobei das Stellkolbensystem (11) unter Beaufschlagung durch die Druckdifferenz über die Differenzkolbenflächen (28, 28′) an den ortsfest angeordneten Abstützungen (51) in Anlage haltbar ist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Zylinderkammern (29, 29′) im Zylinder (15′) zu beiden Seiten des Kolbensystems (11) über einen Überströmkanal (30) in ständiger Verbindung stehen.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kolbenteil (35) über entgegengesetzt wirkende Kolbenflächen (39′ bzw. 39) in einer eine Zylinderkammer (42) im Kolbenteil (35′) bildende Aus­ nehmung wahlweise gegen am Kolbenteil (35′) feste An­ schläge (44 bzw. 44′) verstellbar ist.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenfläche (39′) des axial relativ gegenüber dem Differentialkolben (35′) verstellbaren Kolbenteiles (35) gemeinsam mit der kleineren der Diffe­ renzkolbenflächen (28 bzw. 28′) des Kolbenteiles (35,) vom Druckmittel beaufschlagbar ist.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kolbenteil (35) durch eine sich am Kolbenteil (35′) abstützende Federung (38) in einer Aus­ gangsstellung gehalten ist.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zylinderkammer (42) über eine Zufüh­ rung (40; 41) unabhängig vom Druck in der Zylinderkammer (29′, 29) an einen Druckerzeuger (26) anschließbar bzw. unabhängig entlüftbar ist.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstützungen für das Stellkolbensystem (11) durch Klinken (51) gebildet sind, die in Ausnehmun­ gen (53) in der Zylinderwandung (15′) um Schwenkachsen (50) gegen die Wirkungen von Federungen einschwenkbar sind.

9. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zylindergehäuse (15, 15′) eine Ring­ kammer zur Aufnahme eines hülsenförmigen, beidseitig beaufschlagbaren Rückstellkolbens (18) für die Rück­ stellung der Klinken (51) enthält.

10. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zylinderwand einen mittels des Ring­ kolbens (18) steuerbaren Schaltkanal (65) enthält, der bei Druckmittelzuführung für die Rückstellbewegung des Kolbensystems (11) einen Druckausgleich zwischen dem Zulauf (22) und der Druckzylinderkammer (29) des Kolben­ systems (11) herstellt.