DE3732561A1 - Verriegelbarer hydraulikzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen verriegelbaren Hydraulikzylinder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Hydraulikzylinder werden in der Technik universell angewandt und zeichnen sich unter anderem dadurch aus, daß sie in Verriegelungsstellung auch ohne Druckmedium größere Kräfte sicher halten können. Eine derartige Kolbenzylindereinheit ist aus der DE-OS 31 43 040 bekannt, wobei ein senkrecht zur Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens bewegbarer Sperrkolben vorgesehen ist, welcher in eine Ausnehmung in der Kolbenstange verschiebbar ist. Diese Arretierungseinrichtung besitzt einen hohen Raumbedarf und erfordert eine zusätzliche Druckmittelverbindung zwischen dem Arbeitskolben und dem Arretierungskolben. Aus der DE-OS 35 40 277 ist ein selbstsperrender doppelt wirkender Arbeitszylinder bekannt, bei dem Differentialkolben axial verschiebbar einerseits an seinem Außendurchmesser im Gehäuse und andererseits mit seinem Innenkanal an einer gehäusefesten Buchse gelagert ist, wobei ein Verschlußkolben, der einerseits im Differentialkolben und andererseits in der Buchse gelagert ist, die Verriegelungskugeln betätigt. Bei diesem Arbeitszylinder bewegen sich innerhalb des Gehäuses drei Bauteile relativ zueinander, wodurch sich ein relativ komplizierter Aufbau darstellt; zum anderen ist eine aufwendig zu fertigende Druckmittelverbindung innerhalb des Differentialkolbens nötig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Hydraulikzylinder zu schaffen, der sich durch kompakten, im Arbeitszylinder integrierbaren Aufbau auszeichnet, und dabei eine geringe Anzahl relativ zueinander beweglicher Teile mit einfachem Aufbau aufweist; dabei soll die Verwendung sehr kleiner Kolbenstangen und Kolbendurchmesser (0 6/0 16) bei sehr langen Hubwegen ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Eine weitere Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, daß als Verschlußelement ein in einer Sackbohrung eines Zylinderbodens oder eines mit diesem starr verbundenen Bauteils gedichtet geführte Stufenkolben vorgesehen ist, der gegen den Druck in einem mit dem Druckanschluß verbundenen Arbeitsraum in Richtung der Verriegelungsstellung vorgespannt ist, wobei der Abschnitt des Zylinderbodens, in dem der Stufenkolben geführt ist, in eine Ausnehmung in der dem Eingangsraum zugewandeten Stirnseite des Arbeitskolbens hineinragt, die eine radiale Hinterschneidung aufweist, in die die Arretierungsteile einrastbar sind.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Arretierungsteile als Kugeln ausgebildet sind.

Um einen Arbeitszylinder zu schaffen, der in beiden Endlagen verriegelbar ist, ist es besonders günstig, daß auf beiden Stirnseiten des Arbeitskolbens und Zylinderrohres eine Verriegelungseinheit, insbesondere symmetrisch zur Radialebene vorgesehen ist.

Ist der Stufenkolben in einer Sackbohrung des Zylinderbodens oder eines mit diesem verbundenen Bauteils vorgesehen, so ist es von Vorteil, wenn der Abschnitt des Zylinderbodens, in den der Stufenkolben geführt ist, radial von einem Rückstellring umgeben ist, der begrenzt verschiebbar durch eine Feder vorgespannt ist, da auf diese Weise die Einrastkugeln gegen Herausfallen gesichert sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die sich mit dem Arbeitskolben bewegenden Arretierungsteile in entriegelter Stellung keinen Kontakt mit dem Zylinderrohr haben. Daher ist vorgesehen, daß das in den Eingangsraum ragende Ende des Stufenkolbens in der Verriegelungsstellung in eine Ablenkbuchse ragt, die mit einer die Arretierungsteile radial nach außen beaufschlagenden Schräge versehen ist. Dadurch wird ermöglicht, daß der Stufenkolben die Arretierungsteile in entriegelter Stellung verklemmt und letztere erst wieder bei Erreichen der Verriegelungsstellung durch die Ablenkbuchse nach außen bewegt werden. Erlaubt es das Material oder die Qualität des Zylinderrohres, daß die Arretierungsteile während der Kolbenbewegung das Zylinderrohr beaufschlagen, so ist es bei gleichzeitigem Wegfall der Ablenkbuchse sinnvoll, daß der Stufenkolben mit mindestens einem konischen Abschnitt ausgestattet ist.

Die Funktion und andere erfindungswesentlichen Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von drei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Hierzu zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im verriegelten Zustand,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in entriegeltem Zustand,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei allen Figuren werden für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen gewählt.

Der in Fig. 1 dargestellte Hydraulikzylinder besteht aus einem Zylinderrohr 1, das mit dem Zylinderboden 2 verschraubt ist, und in welchem der Arbeitskolben 3 axial verschiebbar und durch die Dichtringe 4 und 5 abgedichtet geführt ist. Der Zylinderboden 2 besitzt einen an eine Druckmittelquelle anschließbaren Druckanschluß 7, welcher mit dem ebenfalls im Zylinderboden 2 vorgesehenen Eingangsraum 8 verbunden ist. In der dem Eingangsraum 8 zugewandten Stirnseite des Arbeitskolbens 3 ist eine Sackbohrung 13 angebracht, in welcher der Stufenkolben 6 axial verschieblich und durch die Feder 14 in Richtung auf den Eingangsraum 8 beaufschlagt angeordnet ist. Hierzu stützt sich die Feder 14 zum einen am Boden der Sackbohrung 13 und zum anderen an einer weiteren Sackbohrung 16 ab, welche im Stufenkolben 6 angebracht ist. Der Stufenkolben 6 ist durch den Dichtring 17 abgedichtet, welcher sich in einer Ringnut im Arbeitskolben 3 oder Sperrkolben 6 befindet.

Der dem Eingangsraum 8 zugewandte Endabschnitt des Arbeitskolbens 3 ist an seiner Mantelseite mit drei radialen Durchgangsbohrungen 15 versehen, in welchen jeweils ein als Kugel ausgebildetes Arretierungsteil 10 radial beweglich geführt ist. Die Arretierungsteile 10 werden in der dargestellten, verriegelten Lage durch die Kraft der Feder 14 in Verbindung mit einem ersten konischen Abschnitt 19 am Stufenkolben 6 radial nach außen in eine ringnutförmige radiale Ausnehmung 11 im Zylinderboden 2 gedrückt. Die jeweils aus dem Arbeitskolben 2 herausragenden Abschnitte der Verriegelungsteile 10 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Anschlag 12 eine axiale Bewegung des Arbeitskolbens 2.

Soll dagegen der Arbeitskolben 3 durch Druckmittelbeaufschlagung über den Druckanschluß 7 und den Eingangsraum 8 hydraulisch bewegt werden, so entriegelt sich die oben beschriebene Sperreinrichtung selbsttätig. Durch den hydraulischen Druck wird der Stufenkolben 6 gegen die Kraft der Feder 14 in die Sackbohrung 13 des Arbeitskolben 2 hineingeschoben. Dadurch, daß die dem Eingangsraum zugewandten Stufenabschnitte des Stufenkolbens 6 jeweils im Durchmesser verjüngt sind, können sich die Arretierungsteile 10 radial nach innen bewegen und somit die Verriegelung im Kolbenboden 2 aufheben. Während der Bewegung des Arbeitskolbens 3 im Zylinderrohr 1 werden die Arretierungsteile 10 durch die verbleibende Überschußkraft der Feder 14 im Verbindung mit dem zweiten konischen Abschnitt 20 am Stufenkolben mit einer geringen Radialkraftkomponente an die Innenwand des Zylinderrohres 1 gedrückt.

Die Rückstellung des Arbeitskolbens 3 kann beispielsweise über eine dem Eingangsraum 8 gegenüberliegende Arbeitskammer auf der anderen Seite des Arbeitskolbens hydraulisch erfolgen, oder aber auch mechanisch über die im Arbeitskolben 3 verschraubte Kolbenstange 21.

Für die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte Ausführungsform trifft im wesentlichen das zu, was bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde. Im folgenden werden lediglich die Unterschiede gegenüber der Ausführungsformen nach Fig. 1 beschrieben.

Zur Beaufschlagung der Arretierungsteile weist der Stufenkolben 6 einen Kolbenabschnitt 25 auf, der entweder sehr schwach konisch oder zylindrisch ausgeführt ist, an den sich ein zylindrischer Abschnitt 26 anschließt. Dadurch wird in entriegeltem Zustand, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, keine Radialkraftkomponente nach außen auf die Arretierungsteile 10 wirksam. Dies hat zur Folge, daß die Arretierungsteile 10 in entriegeltem Zustand zwischen den Kanten 27, 28 am Arbeitskolben 2 bzw. am Stufenkolben 6 durch die Kraft der Feder 14 eingeklemmt werden und sich in eingerückter Lage halten.

Es besteht also während der Bewegung des Arbeitskolbens 2 im Zylinderrohr 1 kein Kontakt zwischen der Zylinderrohrinnenwand und den Arretierungsteilen 10, wodurch keine besonderen Maßnahmen wie beispielsweise Härten, Nitrieren oder Galvanisieren an der Innenfläche des Zylinderrohres 1 notwendig sind.

Um beim Erreichen der Verriegelungslage die Arretierungsteile 10 aus dieser eingerückten Lage wieder zu lösen ist am Zylinderboden 2 im Bereich des Eingangsraums 8 eine Ablenkbuchse 29 angebracht. Diese weist an ihrer dem Arbeitskolben 3 zugewandten Stirnseite eine an der äußeren Mantelfläche angebrachte schräge Anfasung 30 auf. Beim Erreichen der Verriegelungslage bewegt sich der zylindrische Abschnitt 26 des Stufenkolbens 6 in die Ablenkbuchse 29 hinein, die Arretierungsteile 10 werden durch die Beaufschlagung mit der schrägen Anfasung 30 radial nach außen bewegt. Um eine optimale Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens 3 aus der verriegelten Lage heraus zu erreichen, sind radiale Durchlaßkanäle 31 am Umfang der Ablenkbuchse 29 verteilt vorgesehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist vorgesehen, daß die Arretierungsteile 10 keinen axialen Hubweg mit dem Arbeitskolben 3 zurücklegen. Der Stufenkolben 6 befindet sich durch die Dichtung 42 abgedichtet axial verschiebbar in einem Einsatzzylinder 41, welcher mit dem Zylinderboden 2 durch die Schraube 43 verspannt ist. Hierzu ist im Zylinderboden 2 eine gestufte, axiale Durchgangsbohrung vorgesehen; ein Dichtring 44 ist in einer Ringnut am Einsatzzylinder 41 vorgesehen. In verriegeltem Zustand, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, ragt der Einsatzzylinder 41 in eine axiale Ausnehmung 45, welche im Arbeitszylinder 3 an der dem Druckanschluß 7 zugewandten Stirnseite angebracht ist. Diese Ausnehmung 45 ist mit einer radialen Hinterschneidung versehen, in welche die Arretierungsteile 10 zur Verriegelung des Arbeitskolbens 3 bewegt werden können. Hierzu werden sie durch die konische erste Stufe 46 am Stufenkolben 6 in Zusammenwirkung mit der den Stufenkolben 6 beaufschlagenden Druckfeder 48 radial nach außen belastet.

Die Entriegelung des Arbeitskolbens 3 geschieht durch Druckeinleitung in den Druckanschluß 7, die sich über die Durchlaßkanäle 49 in einer radialen Erweiterung des Einsatzzylinders 41 in den Arbeitsraum 50 und von dort aus durch den radial verlaufenden Kanal 51 im Arbeitskolben 3 fortsetzt. Über diesen Weg wird bei Druckeinleitung der Stufenkolben 6 gegen die Kraft der Druckfeder 48 in den Einsatzzylinder 41 hinein bewegt. Durch die Schräge 52 am ringförmigen radial nach innen weisenden Vorsprung 53 am Arbeitskolben 3 werden die Arretierungsteile 10 radial nach innen bewegt, bis sie an der zweiten Stufe 47 des Stufenkolbens 6 zur Anlage kommen. Durch die Druckbeaufschlagung verschiebt sich der Arbeitskolben 3 vom Druckanschluß 7 weg, während gleichzeitig der Rückstellring 54, der den Einsatzzyinder 41 radial umgibt und durch die Rückstellfeder 55 vorgespannt ist, dem Arbeitskolben 3 nachgeführt wird, bis der Anschlag 56 des Rückstellringes 54 an der Stufe 57 des Einsatzzylinders 41 zum Anliegen kommt. Die Rückstellfeder 55 stützt sich zum einen an der radialen Erweiterung des Einsatzzylinders 41, an dem auch der Durchlaßkanal 49 angebracht ist, und zu anderen an einer Außenstufe des Rückstellringes 54 ab. Der Weg, den der Rückstellring 54 durch die Rückstellfeder 55 bedingt zurücklegen kann, ist dabei so bemessen, daß die Ausnehmungen 58, in denen die Arretierteile 10 geführt sind, axial überfahren werden. Hierdurch sind die Arretierteile 10 gegen ein Herausfallen aus ihren Ausnehmungen 58 gesichert.

Beim Zurückfahren des Arbeitskolbens 3 in Richtung Verriegelungsstellung wird der Rückstellring 54 durch die Stirnseite des Arbeitskolbens 3 gegen die Kraft der Rückstellfeder 55 verschoben. Hat der Vorsprung 53 die Ausnehmung 58 im Einsatzzylinder 41 überfahren, so werden die Arretierungsteile 10 durch den vorgespannten Stufenkolben 6, der sich in Richtung auf den Arbeitszylinder 3 bewegt, radial nach außen beaufschlagt. Der Arbeitszylinder 3 ist somit wieder verriegelt.

Claims (7)

1. Verriegelbarer Hydraulikzylinder mit einem Zylinderrohr, mindestens einem Druckanschluß, einem im Zylinderrohr gedichtet angeordneten, verschiebbaren Arbeitskolben und mit einem hydraulisch betätigbaren Verschlußelement, durch welches Arretierungsteile in Eingriff bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement als ein in einer Sackbohrung (13) im Arbeitskolben (3) gedichtet geführter Stufenkolben (6) vorgesehen ist, der gegen den Druck in einem mit dem Druckanschluß (7) verbundenen Eingangsraum (8) in Richtung der Verriegelungsstellung vorgespannt ist, daß die Stufendurchmesser des Stufenkolbens (6) sich zum Eingangsraum (8) hin verringern, daß der Stufenkolben (6) durch die Vorspannung belastet, die Arretierungsteile (10) radial nach außen beaufschlagt und daß im Zylinderrohr (1) oder einem mit diesem starr verbundenen Bauteil sowie im Arbeitskolben (3) radiale Ausnehmungen (11, 15) vorgesehen sind, in welche die Arretierungsteile (10) einrastbar sind.

2. Verriegelbarer Hydraulikzylinder mit einem Zylinderrohr, mindestens einem Druckanschluß, einem im Zylinderrohr gedichtet angeordneten, verschiebbaren Arbeitskolben und mit einem hydraulisch betätigbaren Verschlußelement, durch welches Arretierungsteile in Eingriff bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschlußelement ein in einer Sackbohrung eines Zylinderbodens (2) oder eines mit diesem starr verbundenen Bauteils (4) gedichtet geführter Stufenkolben (6) vorgesehen ist, der gegen den Druck in einem mit dem Druckanschluß (7) verbundenen Arbeitsraum (50) in Richtung der Verriegelungsstellung vorgespannt ist, wobei der Abschnitt des Zylinderbodens (2) in dem der Stufenkolben (6) geführt ist, in eine Ausnehmung (45) in der dem Druckanschluß (7) zugewandten Stirnseite des Arbeitskolbens (3) hineinragt, die eine radiale Hinterschneidung aufweist, in die die Arretierungsteile (10) einrastbar sind.

3. Verriegelbarer Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungsteile (10) als Kugeln ausgebildet sind.

4. Verriegelbarer Hydraulikzylinder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Stirnseiten des Arbeitskolbens (3) und des Zylinderrohres (1) eine Verriegelungseinheit, insbesondere symmetrisch zur Radialebene, vorgesehen ist.

5. Verriegelbarer Hydraulikzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (41) des Zylinderbodens (2) in dem der Stufenkolben (6) geführt ist, radial von einem Rückstellring (54) umgeben ist, der begrenzt verschiebbar durch eine Rückstellfeder (55) vorgespannt ist.

6. Verriegelbarer Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Eingangsraum (8) ragende Ende des Stufenkolbens (6) in der Verriegelungsstellung in eine Ablenkbuchse (29) ragt, die mit einer die Arretierungsteile (10) nach außen beaufschlagenden schrägen Anfasung (30) versehen ist.

7. Verriegelbarer Hydraulikzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (6) mit mindestens einem konischen Abschnitt (19) ausgestattet ist.