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Die
Erfindung betrifft eine mit einem Druckmedium betätigte Kolben-Zylinder-Vorrichtung,
die einen Zylinder mit zwei Stirnwänden, die Verbindungskanäle für das Druckmedium
aufweisen, einen Kolben, der beweglich in dem Zylinder geführt und mit
einer Kolbenstange verbunden ist, die sich durch einen abgedichteten
Durchgang aus dem Zylinder heraus erstreckt, eine Arretiervorrichtung
für die
Kolbenstange, die in dem Durchgang angeordnet ist und wenigstens
ein an der Kolbenstange angreifendes Klemmelement umfaßt, das
relativ zu der ersten Stirnwand axial gesichert ist, und ein ständig federnd in
Richtung einer Stellung zur Betätigung
des Klemmelements vorgespanntes Antriebsglied umfaßt, das durch
das Druckmedium zu einer Lösestellung
hin gegen diese Federvorspannung verstellbar ist, wenn das Druckmedium
in den Zylinder durch eine der beiden Durchlaßöffnungen zugeführt wird.
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Kolben-Zylinder-Vorrichtungen
dieser Art sind bereits für
verschiedene Anwendungen bekannt, beispielsweise aus der
US 5,761,984 , der GB 997,815
und der
EP 103 555 . Alle
diese Vorrichtungen leiden unter einem Nachteil, der von ihren durch ein
Druckmedium lösbaren
Verriegelungsmechanismen für
die Kolbenstange zusammenhängt,
die die Kolbenstange und ein damit gekoppeltes Teil automatisch
in genau der Stellung arretieren, die sie in dem Moment einnehmen,
in dem der Druck des Mediums unterbrochen wird. Der Nachteil besteht
in dem Umstand, daß es
keine Möglichkeit
gibt, die Kolbenstange und das damit gekoppelte Teil von Hand zu
bewegen, wenn das Druckmedium nicht verfügbar ist. Besonders schwerwiegend
kann dies in Notfällen sein,
in denen das gekoppelte Teil sofort bewegt werden muß.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung der oben
beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Arretiervorrichtung für die Kolbenstange
mittels eines von Hand betätigbaren Lösemechanismus
lösbar
ist.
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Ein
weiterer Zweck der Erfindung ist es, eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung
der oben erwähnten
Art mit einem von Hand betätigbaren
Lösemechanismus zu
schaffen, der einfach und kompakt konstruiert ist und nicht merklich
zu den äußeren Abmessungen
der Vorrichtung beiträgt.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung der obigen
Art zu schaffen, bei der ein von Hand betätigbarer Lösemechanismus so konstruiert
ist, daß er
in einfacher Weise durch eine schwache Handkraft betätigt werden kann.
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Weitere
Zwecke und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in
näheren
Einzelheiten und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Vorrichtung;
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2 in
vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt
durch eine der Zylinder- Stirnwände samt
der Arretiervorrichtung für
die Kolbenstange;
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3 eine
Seitenansicht des Schubelements des von Hand betätigbaren Lösemechanismus;
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4 eine
perspektivische Ansicht des Schubelements nach 3;
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5 eine
perspektivische Ansicht der Stellspindel aus 1;
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6 eine
Torsionsfeder für
die Stellspindel.
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Die
in den Abbildungen dargestellte Kolben-Zylinder-Vorrichtung besteht
im wesentlichen aus einem Zylinder 10 mit zwei Stirnwänden 11, 12 und
einem Kolben 13, der in dem Zylinder 10 beweglich
geführt
und mit einer Kolbenstange 14 verbunden ist. An beiden
Zylinder-Stirnwänden 11, 12 sind
Verbindungskanäle 16, 17 für das Druckmedium
vorgesehen, die mit einem (nicht gezeigten) Druckmedien-Steuerkreis
für Zufuhr
und Abzug des Druckmediums in bzw. aus dem Zylinder verbunden sind,
wodurch die Bewegung des Kolbens 13 in dem Zylinder 10 erreicht
wird.
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Eine
der Stirnwände 12 ist
mit einem sich axial erstreckenden Durchgang 18 ausgebildet, durch
den die Kolbenstange 14 aus dem Zylinder 10 herausreicht.
Am äußeren Ende
der Kolbenstange 14 sind Verbindungsmittel 19 zur
Verbindung mit einem Teil, das von der Vorrichtung betätigt werden soll,
vorgesehen.
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In
dem Durchgang 18 ist eine Arretiervorrichtung 21 für die Kolbenstange 14 angeordnet,
die ein röhrenförmiges,
konisches Klemmelement 22 umfaßt, das relativ zu der Stirnwand 12 axial
gesichert ist und so angeordnet ist, daß es reibschlüssig an
der Kolbenstange 14 angreift. Ein Antriebsglied 23 in
Gestalt eines ringförmigen
Kolbens umgibt das Klemmelement 22 und ist axial relativ
zu der Stirnwand 12 zwischen einer das Klemmelement 22 betätigenden und
einer das Klemmelement 22 lösenden Stellung verschiebbar.
Das Antriebsglied ist ständig
federnd in Richtung auf die Stellung, in der das Klemmelement 22 betätigt wird,
durch eine Anzahl von Federn 24 vorgespannt, von denen
eine in den 1 und 2 dargestellt
ist.
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In
der Stirnwand 12 ist ein innerer Zylinderabschnitt 26 ausgeformt,
in dem das Antriebsglied 23 abdichtend geführt ist.
Am Antriebsglied 23 ist ein röhrenförmiger Kragen 27 angeformt,
der in einem verengten Bereich 28 des Durchgangs 18 abdichtend geführt ist.
Das Druckmedium kann den Zylinderabschnitt 26 über einen
Steuerkanal 29 erreichen, um das Antriebsglied 23 mit
Druck zu beaufschlagen und in Richtung auf dessen Lösestellung
zu verschieben. Der Steuerkanal 29 ist mit dem nicht abgebildeten Steuerkreis
verbunden und ist so angeordnet, daß ihm Druckmedium zugeführt wird,
sobald einer der zwei Verbindungskanäle 16, 17 mit
Druck beaufschlagt wird. Alternativ kann die Zufuhr des Druckmediums
in den Steuerkanal 29 getrennt geregelt werden, um Brems-
und/oder Verriegelungsfunktionen für die Kolbenstange zu erhalten.
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Um
den Reibungswiderstand zwischen dem Antriebsglied 23 und
dem Klemmelement 22 zu vermindern, ist dazwischen ein lineares
Kugellager 31 vorgesehen.
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Da
die Arretiervorrichtung 21 für die Kolbenstange ständig durch
die Vorspannfedern 24 in ihrer Verriegelungsstellung gehalten
wird, d. h. solange kein Druckmedium über den Steuerkanal 29 zugeführt wird,
um die Vorspannfederkraft am Antriebsglied 23 aufzuheben,
ist es nicht möglich,
die Kolbenstange 14 und das gekoppelte Teil, falls erforderlich, von
Hand oder auf andere Weise zu bewegen.
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Dies
ist nicht nur ein unerfreuliches, sondern manchmal ein schwerwiegendes
Problem, weil, falls aus irgendeinem Grund der Druck des Mediums
versagt, das Teil, beispielsweise eine Tür, nicht von Hand bewegt werden
kann, was gefährlich
für Menschen
und Geräte
sein kann.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem dadurch vermieden, daß ein
von Hand betätigbarer
Lösemechanismus
vorgesehen ist, der ein röhrenförmiges Schubelement 32,
das in der Stirnwand 12 zwischen einer Ruhestellung und
einer das Antriebsglied 23 lösenden Stellung bewegbar ist,
und eine Stellspindel 33 umfaßt, die um eine Achse Y senkrecht
zu dem Durchgang 18 und der Kolbenstange 14 drehbar
in der Stirnwand 12 gelagert ist. Das Schubelement 32 ist
um eine Laufbuchse 34 für
die Kolbenstange herum angeordnet und hat einen größeren Durchmesser,
damit es in Achsrichtung der Kolbenstange 14 verschwenkbar
ist. Das Schubelement 32 besteht aus einem Rohrstück, das
eine geneigte rückwärtige Fläche 35,
eine rechtwinklige vordere Fläche 36 und
einen abgeschrägten
Vorderbereich 37 aufweist, wobei am Zusammenstoß des abgeschrägten Bereichs 37 und
der rechtwinkligen vorderen Fläche 36 zwei
diametral gegenüberliegende Kontakt-
oder Anlagestellen 39, 40 gebildet sind, die für den Angriff
an dem Antriebsglied 23 bestimmt sind. Die Anlagestellen 39, 40 befinden
sich ungefähr auf
Höhe des
halben Durchmessers des Schubelements 32, wie in 4 gezeigt.
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Diametral
gegenüber
dem abgeschrägten Bereich 37 ist
im Schubelement 32 eine Seitenöffnung 41 ausgebildet,
die eine Nockenfläche
zum Ausüben
einer Stellkraft auf das Element 32 definiert, wenn dieses
um eine Lagerstelle 42, diametral gegenüber der Öffnung 41, auf der
hinteren Fläche 35 verschwenkt
wird. Diese Lagerstelle 42 ist axial gegen eine einstellbare
Stellschraube 43 gelagert, die in einer sich axial erstreckenden
Gewindebohrung 44 in der Stirnwand 12 befestigt
ist. Durch Justieren der Stellschraube 43 ist es möglich, die
unvermeidliche Streuung der Fertigungstoleranzen zu kompensieren und
ein korrektes Ruhestellungsspiel zwischen den Anlagestellen 39, 40 des
Schubelements und dem Antriebsglied 23 einzustellen.
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Die
Stellspindel 33 ist drehbar in einer Bohrung 45 einer
Hülse 38 gelagert,
die in der Stirnwand 12 befestigt ist. Am inneren Ende
der Stellspindel 33 ist ein exzentrisch angeordneter Nockenstift 46 zum Zusammenwirken
mit der Nockenöffnung 41 im Schubelement 32 angeformt,
und am äußeren Ende der
Spindel 33 sind Ansatzmittel 48 für den Angriff
eines Werkzeugs oder anderen Gerätes
zum Bewirken einer manuellen Drehung der Spindel 33 vorgesehen.
An der Spindel 33 ist zudem eine Teilumfangsnut 47 ausgeformt,
die im Zusammenwirken mit einer (nicht gezeigten) Anschlagschraube
dazu dient, die Drehbewegung der Spindel 33 auf einen gewünschten
Winkelbereich zu beschränken,
siehe 5.
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Zudem
ist am inneren Ende der Stellspindel 33 ein sich diametral
erstreckender Schlitz 49 zum Eingreifen einer spiralförmigen Torsionsfeder 51 ausgebildet,
siehe 6. Diese Feder 51 ist so angeordnet,
daß sie
eine Rotationsvorspannkraft auf die Stellspindel 33 in
einer Richtung, in der das Schubelement 32 seine Ruhestellung
einnimmt, ausübt.
Zum Eingreifen in den Schlitz 49 in der Stellspindel 33 ist an
der Feder 51 ein sich diametral erstreckender innerer Teilabschnitt 52 ausgebildet.
Das äußere Ende der
Feder 51 ist als ein radial gerichteter Endabschnitt 53 ausgebildet,
der bezüglich
der Stirnwand 12 arretierbar ist.
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Wie
zuvor beschrieben, werden der Kolben 13 und die Kolbenstange 14 durch
das Klemmelement 22 arretiert, indem das Antriebsglied 23 durch die
Federn 24 zum Angriff an diesem vorgespannt ist. Dieser
Zustand wird vorherrschen, solange kein Druckmedium über den
Steuerkanal 29 zugeführt wird,
um ein Zurückziehen
des Antriebsgliedes 23 gegen die Kraft der Feder 24 zu
bewirken. Falls jedoch aus irgendeinem Grund kein Druckmedium verfügbar ist
und das mit der Kolbenstange verbundene Teil bewegt werden muß, kann
die Stellspindel 33 mit einem Werkzeug oder Gerät betätigt werden,
um eine Bewegung des Schubelements 32 und des Antriebsglieds 23 zu
bewirken.
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Insbesondere
wirkt bei der Drehung der Stellspindel 33 der Nockenstift 46 mit
der durch die Öffnung 41 definierten
Nockenfläche
zusammen, um das Schubelement 32 bezüglich seiner Lagerstelle 42 und
dem Vorsprung 43 in dem Durchgang 18 zu verschwenken.
Während
dieser Bewegung greift das Schubelement 32 über seine
Anlagestellen 39, 40 an dem Antriebsglied 23 an
und drängt
dieses axial gegen die Last der Federn 24, wobei der Angriff
zwischen dem Antriebsglied 23 und dem Klemmelement 22 ebenso
wie der arretierende Angriff zwischen dem Klemmelement 22 und
der Kolbenstange 14 unterbrochen wird.
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Aufgrund
der Begrenzung der Drehbewegung der Spindel 33 nimmt der
Nockenstift 46 eine Endposition ein, sobald die Arretiervorrichtung
vollkommen gelöst
ist, was bedeutet, daß die
Angriffsstelle zwischen den Nockenflächen auf dem Stift 46 und
in der Öffnung 41 mit
der Drehachse der Spindel 33 auf einer geraden Linie liegt,
die parallel zu der Lastrichtung der Federn 24 ist. Das
bedeutet, daß die Federlast
keine Drehkraft auf die Spindel 33 zur Folge hat und daß die Spindel 33 in
ihrer Lösestellung für die Arretiervorrichtung
verbleibt, solange die Federkraft vorherrscht.
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Sobald
jedoch Druckmedium über
den Steuerkanal 29 zugeführt wird, wird die radiale
Kraft auf den Nockenstift 46 nachlassen und die Spindel 33 wird
von der Torsionsfeder 51 in ihre Ruheposition zurückgestellt.
Selbstverständlich
ist es möglich,
die Spindel 33 in ihre Ruheposition durch Anwendung eines
Werkzeugs oder anderen Geräts
an der Kupplungsvorrichtung 48 zurückzudrehen.
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Durch
den Unterschied des Abstands zwischen der Lagerstelle 42 und
der Nockenflächenöffnung 41 einerseits
und dem Abstand zwischen den Anlagestellen 39, 40 und
der Nockenflächenöffnung 41 andererseits
erhält
man eine Verstärkung
der über die
Nockenflächen 46, 41 übertragenen
Kraft und der von den Anlagestellen 39, 40 auf
das Antriebsglied 23 ausgeübten Kraft. Dies führt in Verbindung
mit einem geringen Abstand zwischen der Drehachse der Stellspindel 33 und
der Nockenfläche
auf dem Nockenstift 46 zu einer vergleichweise geringen
Betriebskraft, die zum Lösen
der Arretiervorrichtung 21 notwendig ist.