DE4233115C2

DE4233115C2 - Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4233115C2
Application number: DE4233115A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: Keller Ulrich 08359 Breitenbrunn De
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2012-10-03
Also published as: DE4233115A1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Verrie gelungsvorrichtungen für Kolben-Zylinder-Anordnungen existieren in vielfältigster Ausführung. Sie haben zum Ziel, in der Kolbenendlage oder aber auch in beliebiger Kolbenposition wesentlich größere Kräfte als während des Hubes übertragen zu können.

Aus der DE-OS 29 27 946 ist eine Arretiervorrichtung in Form eines mit einem Sperr ventil versehenen doppeltwirkenden Hydraulikzylinders bekannt. Bei dieser Arretier vorrichtung muß bei Ausführung eines Hubes durch den Kolben ständig die gesamte in den zwei Zylinderräumen vorhandene Ölmenge über Leitungen mit dem System ausgetauscht werden. Dies ist mit Strömungs- und damit Energieverlusten verbun den, die mit größer werdender Geschwindigkeit noch zunehmen.

Weiterhin weist diese Arretiereinrichtung ein Ventil mit einem Schieberkolben auf, dessen Sitz im Gehäuse als Sitz- und Dichtfläche ausgebildet ist. Eine Eilgang- und Kupplungsfunktion wie die aufgezeigte Verriegelungsvorrichtung auszuführen, ist der Ventilkolben jedoch aufgrund seiner speziell auf Durchflußsteuerung ausgerichteten Konstruktion nicht in der Lage.

Aus der nachveröffentlichten DE 42 18 334 A1 ist ein Ventil mit einer ring förmigen Spaltdichtung bekannt. Der Ventilkolben ist jedoch nicht in der Lage, Ver riegelungsaufgaben gemäß der gestellten Aufgabe zu übernehmen.

Aus der DE-AS 23 13 821 ist weiterhin eine Verriegelungsvorrichtung für einen Kolben bekannt, welche auf dem formschlüssigen Ineinandergreifen von elastisch bewegten Rastarmen beruht. Aus der DE 35 21 298 C1 ist ein Verriegelungsmechanismus für Kolben bekannt, wobei der Kolben mittels konischer Spannhülsen geklemmt wird.

Bekannte Verriegelungsvorrichtungen für Kolben-Zylinder-Anordnungen in der be schriebenen Bauweise haben übereinstimmend den Nachteil, daß für das Verriegeln und Entriegeln außer dem Kolben selbst noch weitere mechanische Bauteile bewegt werden müssen. Dabei ist zum einen ein Verschleiß dieser Bauteile unvermeidlich. Zum anderen ist die Fertigung dieser Bauteile immer mit Kosten verbunden, so daß derartige bekannte Verriegelungsvorrichtungen gegenüber normalen Kolben-Zylin der-Einheiten wesentlich teurer sind. Des weiteren kostet die Bewegung me chanischer Bauteile immer Zeit und wirkt sich somit nachteilig auf die maximal mög liche Anzahl von Verriegelungen pro Zeiteinheit aus.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelungsvorrich tung für Kolben-Zylinder-Anordnungen zu schaffen, bei der die Anzahl und Kom plexität der zur Verriegelung notwendigen bewegten Bauteile erheblich verringert ist, um obengenannte Nachteile zu vermeiden und bei der Strömungsverluste auch bei großen Hubgeschwindigkeiten weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird sinngemäß dadurch gelöst, daß die Größe der übertrag baren Kraft zwischen Kolben und Zylinder im verriegelten Zustand und damit die Steuerung der Zustände Verriegelt-Entriegelt durch Steuerung des Druckes in ei nem zwischen Kolbenstirnfläche und Zylinder angebrachten und im verriegelten Zu stand zum Zylinderraum abgedichteten Schaltraum definiert ist und daß zwischen Kolbenmantelfläche und Zylindermantelfläche ein Querschnitt für das Überströmen von Öl innerhalb des Zylinders während des Kolbenhubes vorhanden ist.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß sich innerhalb des Zylinders außer dem Kolben zur Realisierung der Verriegelung kein weiteres zu bewegendes mechani sches Bauteil befinden muß. Weiterhin findet die Verriegelung nur durch ein reines Aufeinanderzubewegen der Bauteile statt. Ein verschleißbehaftetes Aneinandervor beigleiten mechanischer Teile findet nicht statt. Die Verriegelungsvorrichtung ist damit in der Lage, eine extrem hohe Anzahl von Verriegelungen wartungsfrei zu rea lisieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Bewegung des Kolbens ist mindestens in einer Richtung von außen aufgeprägt, da er von seiner physikalischen Wirkungsweise, auch bei Vorhandensein von zwei Kolbenstangen verschiedener Durchmesser, ein Plungerzylinder ist. Der Grund ist darin zu sehen, daß der Querschnitt zum Überströmen von Fluid zwischen Kolben mantelfläche und Zylindermantelfläche immer wirksam ist.

Bei gleichen Durchmessern der Kolbenstangen kann der Kolben keinerlei Bewegun gen selbst erzeugen und seine Bewegung ist von außen aufgeprägt. Der Vorteil gleich großer Kolbenstangen ist darin zu sehen, daß die Kolbenbewegung äußerst schnell vonstatten gehen kann, da in diesem Fall keinerlei Fluidaustausch mit der Umgebung notwendig ist.

Der Kolben ist bei unterschiedlichen Kolbenstangendurchmessern in der Lage, eine Bewegung auszuführen und über die Steuerung des Schaltraumventiles in der End lage zu verriegeln. Beim Vorhandensein von zwei gleich großen Kolbenstangen durchmessern ist die Bewegung von außen aufgeprägt. Das Schaltraumventil wird kurz vor dem Erreichen der Kolbenendposition zum Tank geöffnet. Damit läßt sich ein Hubzyklus in extrem kurzer Zeit durchfahren.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist dafür Sorge getragen, daß der Kopplungs punkt versetzt werden kann. Dies geschieht dadurch, daß anstelle des Verriegelns des Kolbens mit dem Zylinder oder einem fest mit diesem verbundenen Bauteil ein Verriegeln mit einem innerhalb des Zylinders verschieblichen Ringkolben stattfindet. Hierbei stützt sich der Ringkolben auf einem fluidischen Polster ab. Dieses Polster kann durch entsprechende Ansteuerung der Ventile von der Meßeinrichtung erhöht oder verringert werden, so daß sich verschiedene Höhen für den Verriegelungspunkt ergeben.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Verriegelungsvorrichtung ist die schnelle Unter brechung des Kraftflusses innerhalb einer Maschine, um insbesondere Geräusche zu vermindern. Zu diesem Zweck ist innerhalb des Kraftflusses einer Maschine eine Verriegelungsvorrichtung angeordnet, bei welcher unmittelbar nach dem Auftreten einer schlagartigen Kraftänderung die Schaltfläche mit Druck beaufschlagt wird, so daß keine weiteren Kräfte mehr übertragen werden können, wobei durch das Über strömen von Öl über die sich vergrößernde ringförmige Spaltdichtung eine Dämpfungswirkung erzielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die einfachste Form der Verriegelungsvorrichtung für eine Kolben-Zylin der-Anordnung. Die gesamte Kolbeneinheit wird durch zwei Kolbenstangen (14) und den eigentlichen Kolben (1) gebildet. Im verriegelten Zustand liegt der Kolben (1) auf der entsprechenden Auflagerfläche (13) des Zylinders (2) auf. Der Schaltraum (3) ist dabei über ein Ventil (8) mit dem Tank verbunden. Im Zylinderraum (16) herrscht ein bestimmter Druck. Wie ohne weiteres ersichtlich, bildet sich ein Differenzdruck aus, der über die Größe der beteiligten Flächen einen festen Ver schluß bewirkt. Durch Beaufschlagung des Schaltraumes (3) mit dem Druck des Zylinderraumes (16) oder durch Druckentlasten des Zylinderraumes (16) wird die Vorrichtung entriegelt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit nur einer Kolbenstange (14). Der Kolben (1) ist hier neben seiner zur Fig. 1 analogen Verriegelungsfunktion in der Lage, eine Bewegung auszuführen und eine Kraft auszuüben, die jedoch um den Faktor der Flächenverhältnisse von Kolbenstirnfläche (7) und Kolbenstangenquerschnitt (14) geringer als die Verriegelungskraft ist.

Fig. 3 zeigt die Ausbildung der Verriegelungsvorrichtung mit einem zum Zwecke der Verschiebung des Kupplungspunktes innerhalb des Zylinders (2) angeordneten Ringkolben (11). Dies geschieht dadurch, daß der Ringkolben (11) in Verriege lungsstellung mit der Kolbenstirnfläche (7) gebracht wird, wobei sich der Ringkolben (11) auf seiner dem Verriegelungskolben abgewandten Seite auf einem Polster des Öles abstützt. Dieses Polster kann durch entsprechende Steuerung der Ventile (9, 10) erhöht oder verringert werden, so daß damit sich verschiedene Höhen für den Verriegelungspunkt ergeben. Die Ventile (9, 10) können ihrerseits mit einer be kannten Meßeinrichtung (12) gesteuert werden.

Bezugszeichenliste

1 Kolben
2 Zylinder
3 Schaltraum
4 Kolbenmantelfläche
5 Zylindermantelfläche
6 Ringförmige Spaltdichtung
7 Kolbenstirnfläche
8 Ventil Schaltraum
9 Ventil Zylinderraum
10 Ventil unterer Zylinderraum
11 Ringkolben
12 Meßeinrichtung
13 Auflagerfläche
14 Kolbenstange
15 Dichtung
16 Zylinderraum
17 Unterer Zylinderraum

Claims

1. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung, bestehend aus einem Zylinder mit einem Druckraum, einem in diesem axial verschieblichen Kolben und einer mit diesem verbundenen Kolbenstange, da durch gekennzeichnet, daß sie zwischen einer Kolbenstirnfläche (7) und der da zugehörigen inneren Zylinderfläche einen im verriegelten Zustand zum Druck raum abgedichteten Schaltraum (3) zur Festlegung der Kupplungskraft zwischen dem Kolben (1) und damit der Kolbenstange (14) und dem Zylinder (2) sowie zur Schaltung der Zustände verriegelt - entriegelt durch Steuerung des Drucks im Schaltraum (3) aufweist und daß zwischen Kolbenmantelfläche (4) und innerer Zylindermantelfläche (5) ein Querschnitt für das Überströmen eines hydraulischen Mediums vorgesehen ist.

2. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltraum (3) aus einem zwischen Kolbenstange (14) und einer vorstehenden ringförmigen Spalt dichtung (6) gebildeten Ringraum besteht.

3. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltraum (3) aus einer umlaufenden Nut besteht.

4. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der übertragbaren Kraft auf einen Maximalwert begrenzt ist, der sich aus den anliegenden Drücken in Schaltraum (3) und Zylinderraum (16) ergibt.

5. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsvorgang zwischen dem Kolben (1) und dem Zylinder (2) oder einem mit dem Zylinder (2) fest verbundenem Teil erfolgt.

6. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Einstellung des Kupplungspunktes der Kupplungsvorgang zwi schen dem Kolben (1) und einem im Zylinder (2) nochmals verschieblichen und den Druckraum begrenzenden Ringkolben (11) erfolgt.

7. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung einer durchgehenden Kolbenstange (14) von auf beiden Seiten des Kolbens (1) gleich großer Querschnittsfläche eine von außen aufge prägte Kolbenbewegung ohne Fluidaustausch des Zylinders (2) mit dem umge benden System über Leitungen erfolgt.

8. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung einer durchgehenden Kolbenstange (14) mit auf beiden Seiten des Kolbens (1) verschieden großen Querschnittsflächen von diesem selbst eine Bewegung bewirkt werden kann.

9. Hydraulisch betätigte Verriegelungs- und Kupplungsvorrich tung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine sich nur auf einer Seite des Kolbens (1) erstreckende Kolbenstange (14) aufweist.