DE3810183A1 - Vorrichtung zur verriegelung einer kolbenstange einer kolben-zylinderanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verriegelung einer Kolbenstange insbesondere bei Abfallen des hydraulischen Druckes.

Derartige Verriegelungen sind immer dann erforderlich, wenn z. B. schwere Bauteile mittels einer Kolben-Zylinderanordnung betätigt werden und diese Bauteile in einer bestimmten Stellung des Kolbens innerhalb der Kolben-Zylinderanordnung auch dann an Ort und Stelle bleiben müssen, wenn der Druck im hydraulischen System abfällt. Praktisch sind diese Vorrichtungen Sicherheitsklemmvorrichtungen.

Die bekannten Anordnungen sind alle so ausgebildet, daß sie außerhalb der Kolben-Zylinderanordnung angeordnet sind und auf diese Weise die Baugröße der Kolben-Zylinderanordnung, insbesondere die Länge der Kolben-Zylinderanordnung und den zur Verfügung stehenden Hub erheblich beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Baulänge der Kolben-Zylinderanordnung erheblich verringert ist und ein Maximum an Hub erzielt wird.

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

Die Scheibensegmente sich in bevorzugter Weise nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 2 und 3 ausgebildet, wobei die Scheibensegmente mittels Stellelementen betätigt werden, die entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 ausgebildet sind und mit den entsprechenden Ausformungen an den Scheibensegmenten zusammenwirken.

Damit die Einzelteile in den Kolben eingebaut werden können, ist der Kolben in vorteilhafter Weise aus zwei Kolbenteilen gebildet, nach den Merkmalen des Anspruches 4.

Damit die Stellelemente praktisch wie Ringkolben arbeiten können, sind sie innerhalb der beiden Kolbenhälften abgedichtet geführt, wie aus den Merkmalen des Anspruches 5 zu entnehmen ist.

Zur Führung der Kolbenteile, der Federanordnungen und der Scheibensegmente sind in bevorzugter Weise Maßnahmen getroffen, die aus den Merkmalen der Ansprüche 6 bis 8 hervorgehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung befindet sich also nicht mehr im Bereich der Kolbenstange außerhalb der Kolben-Zylinderanordnung, sondern innerhalb des Kolbens, wodurch lediglich der Kolben in seiner axialen Erstreckung und auch in radialer Richtung nur relativ geringfügig vergrößert wird. Innerhalb des Kolbens, der zu diesem Zweck auch in axialer Richtung zweigeteilt sein muß, um die Segmente aufzunehmen, befinden sich also die radial mittels der Federn nach außen gedruckten Scheibensegmente, die - wenn die Zylinderwandung nicht vorhanden wäre - im druckfreien Zustand aufgrund der Feder über den Außenumfang des Kolbens herausgedrückt wären. Dadurch, daß sich der Kolben innerhalb der Kolben-Zylinderanordnung befindet, werden im druckentlasteten Zustand die Außenflächen der Scheibensegmente gegen die Innenfläche des Zylinders der Kolben-Zylinderanordnung gedrückt, und aufgrund der dadurch bewirkten Reibungskraft zwischen der Außenfläche der Scheibensegmente und der Innenfläche des Zylinders wird der Kolben und damit auch die Kolbenstange in dieser Stellung verriegelt.

In bevorzugter Weise werden mittels der Stellelemente durch Aufbringen von Druck die Scheibensegmente radial nach innen gedrückt, so daß sie entweder exakt mit der Umfangsfläche des Kolbens bündig liegen oder unter bestimmten Umständen sogar innerhalb der Außenumfangsfläche sich befinden, wodurch die Arbeitsbewegung des Kolbens ermöglicht wird.

In bevorzugter Weise sind zwei dieser Scheibensegmente vorgesehen. Es können natürlich auch mehr Scheibensegmente vorhanden sein, je nach Verriegelungskraftbedarf.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dann so, daß dann, wenn im Raum oberhalb des Kolbens, also in dem Raum, der von der Kolbenstange nicht durchgriffen wird, Druck ansteht, die Stellelemente über die Keilflächen an den Trapezformen gedrückt werden, so daß die Scheibensegmente aufgrund der beiden Keilflächen nach innen gedrückt werden; sobald der Druck abfällt, können die Stellelemente in axialer Richtung ausweichen, wodurch die Druckfedern freigegeben werden, so daß sich die Scheibensegmente nach außen gegen die Innenfläche der Zylinderwand anlegen und durch die Druckfedern unter Erzeugung einer Reibungskraft, die den Kolben festhält, gegen die Innenfläche gedrückt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie weitere Vorteile sollen anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Kolben einer Kolben-Zylinder­ anordnung, und

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Schnitt­ linie II-II, der Fig. 1.

Innerhalb eines Zylinders 10 einer Kolben-Zylinderanordnung befindet sich ein Kolben 11, der mit einer Kolbenstange 12 fest verbunden ist.

Der Kolben 11 weist zwei Kolbenhälften 12 und 13 auf, die auf weiter unten dargestellte Weise zusammengesetzt sind.

Die beiden aufeinander zuweisenden Flächen der beiden Kolbenhälften 12 und 13 besitzen jeweils eine ringartige Vertiefung (Rinnen) 14 und 15, die umlaufend ist und die zwei axial verlaufende, in Abstand zueinander liegende Gleitflächen 16 und 17 bzw. 18 und 19 aufweisen. Dadurch wird - im Querschnitt - eine U-förmige Struktur für die beiden Kolbenteile 12 und 13 gebildet, wobei der im Bereich der Kolbenstange liegende Schenkel 20 bzw. 21 in axialer Richtung über den außenliegenden Schenkel 22 bzw. 23 vorspringt, dergestalt, daß am inneren Bereich die beiden Schenkel 20 und 21 bis auf einen gewissen Toleranzabstand sich praktisch einander berühren.

Im Inneren der umlaufenden Rinne 14 bzw. 15 befinden sich Stellelemente 24 und 25, die ringförmig ausgebildet sind und über Dichtungselemente 26 und 27 bzw. 28 und 29 gegen die Flächen 17 bzw. 16 und auf der anderen Seite 19 und 18 abgedichtet sind. Die Stellelemente 24 und 25 besitzen an ihren axial aufeinander zuweisenden Flächen bzw. Seiten maulartige umlaufende Ausnehmungen 29, die trapezartig im Querschnitt ausgebildet sind und auf deren radial außenliegender Seite eine konusförmige Keilfläche 31 vorgesehen ist. Auch das Stellelement 25 besitzt diese Keilfläche 31.

Zwischen den beiden Kolbenteilen 12 und 13 und auch zwischen den beiden Stellelementen 24 und 25 befinden sich Scheibensegmente 32, und zwar zwei, ein oberes Scheibensegment 32 a und ein unteres Scheibensegment 32 b, siehe Fig. 2. Die Scheibensegmente besitzen mehrere radial verlaufende von innen eingebrachte Sacklochbohrungen 33, von denen lediglich eine in Fig. 2 dargestellt ist. Innerhalb jeder Sacklochbohrung befindet sich je eine Federanordnung 34, in der Ausführung nach Fig. 2 eine Tellerfederanordnung, die durch einen Führungsbolzen 35 innerhalb der Sacklochbohrungen 33 geführt sind. Der Bolzen 35 ist im Inneren in einen Führungsring 36 eingeschraubt, der so sowohl zur radialen Führung der Scheibensegmente 32, 32 a und 32 b als auch zur Führung der Tellerfederanordnung 34 dient. Auch distanziert der Führungsring 36 beide Kolbenhälften 12 und 13, in dem radial verlaufende Absätze 20 a und 21 a der Kolbenhälften 12 und 13 im Bereich der Schenkel 20 und 21 vorgesehen sind, gegen die sich die Kolbenhälften dagegen im montierten Zustand anlegen. Weiterhin zentriert der Führungsring die Scheibensegmente durch Eingreifen in eine radial zur Mittellinie hin offene umlaufende Nut 32 d der Scheibensegmente 32 (siehe Fig. 1) und dadurch auch die konische Ringkolbeninnenflächen, d. h. die Flächen der Stellelemente.

An der Außenfläche des Kolbens befinden sich Kolbendichtungen 40 und 41 bzw. 42 und 43 und auch an der Außenfläche der Scheibensegmente 32, 32 a, 32 b sind reibkraftverstärkende Auflagen in Form von speziellen Kunststoffen, Bezugsziffer 44 aufgebracht.

Die Verbindung der beiden Kolbenteile 12 und 13 miteinander sowie mit der Kolbenstange ist wie folgt durchzuführen:
Das rechts befindliche Kolbenteil 30 besitzt an seiner Innenfläche einen Gewindeabschnitt 45, in den ein Außengewindeabschnitt 46 der Kolbenstange eingeschraubt ist. Aufgrund eines gegen einen Rücksprung 47 am linken Kolbenteil 12 zum Anliegen gelangenden radialen Randbordes 48 wird über das Gewinde 45/46 und Randbord mit Rücksprung 47, 48 ein Verschrauben der beiden Kolbenteile und damit auch ein Fixieren der Scheibenelemente bewirkt.

Die Scheibensegmente besitzen (wie aus Fig. 1 ersichtlich ist) beidseitig trapezartige Ausformungen 48 und 49, die den trapezartigen Querschnitten der Rinnen 30 der Stellelemente 24 und 25 entsprechen. Sie besitzen den konusförmigen Keilflächen 31 entsprechende Keilflächen 50 und 51, die mit den Keilflächen 31 zusammenwirken, dergestalt, daß dann, wenn die beiden Stellelemente aufeinander zugedrückt werden, die Keilflächen 31 auf den Keilflächen 50 aufgleiten und auf diese Weise beide Scheibensegmente nach innen gegen den Druck der Federanordnungen 34 drücken.

Die Rinnen 14 und 15 der Kolbenteile 12 und 13 stehen über Bohrungen 60 und 61 mit Hydraulikfluid in Verbindung. In dem Raum R rechts des Kolbens befindet sich Druckfluid, mit dem der Kolben 11 nach links betätigt wird. Die Bohrung 60 links des Kolbens ist eine Gewindebohrung und dort wird eine Hydraulikleitung zur Betätigung der Stellelemente 24 und 25 angeschlossen.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Wenn die Kolben-Zylinderanordnung 10, 11 z. B. zum Verschieben eines schweren Bauteiles, wie es z. B. die Schaufel eines Baggers ist, auf einer Seite des Kolbens, z. B. im Raum Rr unter Druck gesetzt wird, während die linke Seite des Kolbens drucklos ist, dann wird das Stellelement 25 nach innen, hier in Fig. 1 nach links gedrückt, wodurch die Scheibensegmente aufgrund der Wirkung der Keilflächen 31/50 bzw. 31/51 nach innen gezogen werden. Bei Abfall des Druckes können die Druckfederanordnungen 34 über die Keilflächen 31/50, 31, 51 das Stellelement 25 voneinander wegdrücken, wodurch die Kraft der Federn 34 die Scheibensegmente nach außen drückt. Sie legen sich entsprechend der Kraft der Feder bzw. der Federn gegen die Innenfläche des Zylinders 10 an und bewirken auf diese Weise eine Verklemmung des Kolbens innerhalb des Zylinders. Das gleiche geschieht denn, wenn der Druck auf der linken Seite des Kolbens aufgebaut wird. Zu bestimmten Zwecken kann eine Druckleitung an der Gewindeöffnung 60 angeschlossen werden, um das linke Stellelement 24 zu betätigen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Verriegelung einer Kolbenstange einer Kolben-Zylinderanordnung insbesondere bei Abfallen des hydraulischen Druckes, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des mit der Kolbenstange (12) fest verbundenen Kolben (11) mindestens zwei radial bewegliche Scheibensegmente (32, 32 a, 32 b) vorgesehen sind, die von einer Federanordnung (34) dauernd radial nach außen gedrückt sind, wobei sie in ihrer außenliegenden Endstellung gegen die Innenfläche des Zylinders (10) der Kolben-Zylinderanordnung gedrückt sind, und daß Mittel vorgesehen sind, die die Scheibensegmente (32, 32 a, 32 b) bei anstehendem Hydraulikdruck entgegen dem Druck der Federn nach innen drücken, bei Druckabfall die Federanordnungen jedoch freigeben, so daß die Scheibensegmente gegen die Innenflächen des Zylinders angedrückt werden und den Kolben innerhalb des Zylinders festhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Scheibensegmenten unter einem Winkel zur Kolbenlängsachse Keilflächen (50, 51) angeordnet sind und daß innerhalb des Kolbens hydraulisch betätigbare, axial verschiebbare Stellelemente (24, 25) vorgesehen sind, die auf die Keilflächen an den Scheibensegmenten aufschiebbar sind und sie nur bei anstehendem Druck entgegen der Kraft der Federn nach innen drücken.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilflächen (50, 51) durch beidseitig an den Scheibensegmenten axial vorspringende (im Querschnitt) Trapeze (48, 49) gebildet sind, und daß jedes Stellelement (24, 25) eine maulartige Öffnung (30) aufweist, die der Trapezform an den Scheibensegmenten angepaßt ist und in die Trapeze übergreifen.

4. Vorrichtung nach mindestens nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) aus zwei Kolbenteilen (12, 13) gebildet ist, die eine umlaufende Rinne (14, 15) aufweisen, welche Rinne axial der anderen gegenüberliegt und gegenüber dieser offen ist, und daß innerhalb der Rinne (14, 15) jeweils ein ringartiges Stellelement (24, 25) eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellelemente (24, 25) an ihrer äußeren und inneren Ringfläche jeweils Dichtungen (26, 29; 27, 28) aufweisen, die an den axial verlaufenden Begrenzungsflächen der Rillen (14, 15) abgedichtet zum Anliegen kommen.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenteile (12, 13) an ihrem inneren Umfang einen Führungsvorsprung (21, 22) aufweisen, die im montierten Zustand von einem ringförmigen Führungselement (36) umfaßt sind, welches Führungselement zur Führung der Segmentscheiben (32, 32 a, 32 b) sowie der Federanordnungen (34) dienen.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial von außen in das Führungselement (36) Führungsbolzen (35) eingeschraubt sind, auf denen die Federanordnungen geführt sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibensegmente (32, 32 a, 32 b) an ihrem inneren Umfang eine radial nach innen offene U-förmige, umlaufende Nut aufweisen, in die das Führungselement (36) eingreift und die zur radialen Führung der Scheibensegmente dienen.