DE69703685T2

DE69703685T2 - Verriegelungsvorrichtung für eine kolbenstange eines linearantriebes und damit ausgerüsteter linearantrieb

Info

Publication number: DE69703685T2
Application number: DE69703685T
Authority: DE
Inventors: Danilo Baruffaldi
Original assignee: RAEDY Srl
Current assignee: Raedy Srl Gruguasco It Baruffaldi Danilo Tu
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 2001-08-30
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: ITTO960100A0; WO1997030291A1; DE69703685D1; AU1768897A; EP0879362B1; ITTO960100A1; US6186047B1; ATE198098T1; IT1285239B1; EP0879362A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Blockieren der Gleitbewegung der Kolbenstange eines linearen Stellantriebs, beispielsweise eines Fluidantriebes.
Eine in einer Richtung wirkende Blockiervorrichtung ist bekannt aus DE-A 22 19 824 und weist alle Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 auf.
In dieser bekannten Vorrichtung bestehen die Rollkörper aus Kugeln, die zwischen einer konischen Innenfläche eines Ringelementes, das mit dem Körper eines linearen Fluidantriebes fest verbunden ist, und einer zylindrischen Außenfläche der Kolbenstange des Stellantriebs lose angeordnet sind. Die Kugeln sind entlang der Kolbenstange nicht zwangsgeführt, wenn die Bewegungen zum Klemmen und Lösen ablaufen. Die Reibung zwischen den Kugeln und der Klemmfläche zur Gewährleistung einer wirkungsvollen Verkeilung und Entriegelung kann dabei ungleichmäßig sein, was darin liegt, daß Öl oder Fett in den keilförmigen Ringräumen vorliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blockiervorrichtung der eingangs genannten Bauart zur Verfügung zu stellen, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist und in der die Rollkörper entlang der Kolbenstange des linearen Antriebs geführt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verriegelungsvorrichtung der angegebenen Gattung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Körper oder ein an diesem befestigtes Element eine Reihe von in Umfangsrichtung angeordnete Längsnuten hat und daß jedes Rollelement in einer entsprechenden Nut geführt ist, wenn dieses auf den Klemmflächen abrollt.
Eine Verriegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann nicht nur für Antriebe verwendet werden, deren Kolbenstangen einen kreisförmigen Querschnitt haben, sondern mit Vorteil auch für Antriebe, deren Kolbenstangen einen anderen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen prismatischen Querschnitt.
Die Verkeilung und Entriegelung der Rollkörper hängt nicht von ihrer Rollreibung auf den Klemmflächen ab. Einerseits wird eine Verkeilung durch den federnden Druck der Rückstoßmittel hergestellt und immer gewährleistet, und andererseits wird die Lösebewegung herbeigeführt durch den zwangsläufigen Druck des Steuerkolbens.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Einheit zum Blockieren der Gleitbewegung der Kolbenstange eines linearen Stellantriebes, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Paar von in einer Richtung wirkenden Blockiervorrichtungen gemäß den Patentansprüchen aufweist, die in axial gegenläufigen Richtungen wirken.
Die Erfindung betrifft ferner einen linearen Stellantrieb mit einer Blockiervorrichtung der beanspruchten Art, die in einer Richtung oder in beiden Richtungen wirkt.
In der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen bezieht sich der Ausdruck "Kolben" nicht nur auf einen Kolben im eigentlichen Sinn, gegen den ein Flüssigkeitsdruck wirkt, sondern auch auf ein Betätigungselement wie beispielsweise der bewegliche Kern eines Elektromagneten. Ferner beziehen sich die Ausdrücke "axial", "radial", "Sehne" und ihre Abwandlungen und ähnlichen Ausdrücke auf Richtungen bezüglich der Achse der Antriebskolbenstange.
Die Erfindung ist nachstehend an nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt entlang der abgewinkelten Linie I-I der Fig. 2 zur Darstellung einer in einer Richtung wirkenden Blockiervorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in gelöster Stellung,
Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene II-II der Fig. 1,
Fig. 3 ein Teillängsschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 in der blockierten Stellung,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine in zwei Richtungen wirkende Verriegelungseinheit mit einem Paar entgegengesetzt zueinander wirkender Blockiervorrichtungen nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3,
Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer in einer Richtung wirkenden Blockiervorrichtung,
Fig. 6 eine Teilexplosionsdarstellung dieser Vorrichtung,
Fig. 7 einen Teillängsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer in einer Richtung wirkenden Blockiervorrichtung,
Fig. 8 eine Teilexplosionsdärstellung dieser Vorrichtung,
Fig. 9 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt mit einer elektromagnetischen Variante der Blockiervorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 10a und 10b zusammengenommen einen Längsschnitt durch einen Fluidantrieb mit einer Blockiervorrichtung gemäß der Erfindung und einer Vorrichtung zum Bremsen der Stellbewegungen der Betätigungs-Kolbenstange nach außen und wieder zurück;
Fig. 11 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 10b, in welchem der Kolben des Antriebes in einer Zwischenstellung zwischen den beiden Endstellungen dargestellt ist, und
Fig. 12 einen Schnitt in der Ebene X-X der Fig. 10a zur Darstellung der inneren Einzelheiten eines Zuschaltventils des Antriebes der Fig. 10a, 10b und 11 in größerem Maßstab.
Die Fig. 1 und 3 zeigen das vordere Ende eines linearen Stellantriebes 10, beispielsweise eines hydraulischen oder pneumatischen Hebebocks oder eines elektrischen Linearantriebs, von dem eine Kolbenstange 12 vorsteht, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt hat. Ein Teil des Kopfes eines zylindrischen Gehäuses des Stellantriebs 10 ist mit 14 bezeichnet. An diesem Kopf 14 ist ein rohrförmiger Körper 16 befestigt, der das Gehäuse der in einer Richtung wirkende Blockiervorrichtung bildet, die nachstehend beschrieben wird.
Der Körper 16 nimmt in seinem Endbereich, der zu dem Stellantrieb 10 weist, ein Fixierelement 18 auf, das becherförmig ausgebildet ist und aus einem ringförmigen Flansch 20 und einem Mantel 22 besteht. Der Mantel 22 dient zur Fixierung des Körpers 16 im Gehäuse des Antriebs in radialer und axialer Richtung. Der Flansch 20 ist mit dem entsprechenden Ende des Kopfes 14 des Stellantriebs 10 verschraubt oder in anderer Weise fest verbunden, und der Mantel 22 ist in dem Körper 16 verschweißt oder in anderer Weise fixiert.
Im Inneren des Körpers 16 sind zwei ringförmige Einsätze 24 und 26 angeordnet. Am Ende des Körpers 16, das dem Stellantrieb 10 gegenüberliegt, befindet sich ein ringförmiger Kopf 28, der in nicht gezeigter Weise am Körper 16 befestigt ist und die ringförmigen Einsätze 24 und 26 zwischen sich und dem Mantel 22 des Fixierelementes 18 einklemmt. Der Einsatz 24 hat einen verdickten Endbereich 30, der von dem Kopf 28 abgewandt ist, sowie einen zylindrischen Mantel 32, dessen Funktion nachstehend noch erläutert wird.
Wie die Fig. 2 zusätzlich zu den Fig. 1 und 3 zeigt, sind an dem verdickten Endbereich 30 des Einsatzes 24 drei radial äußere Klemmflächen 34 ausgebildet, die radial nach innen weisen. Diese Keilflächen 34 stellen Laufbahnen da, die (in den Fig. 1 und 3 von links nach rechts) in Richtung auf die Achse der Kolbenstange 12 konvergieren.
Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei Laufbahnen 24 vorgesehen, die gemäß Fig. 2 einen Winkelabstand von 120º zueinander haben.
Im Bereich jeder konvergierenden Außenlaufbahn 34 bildet die äußere Oberfläche 36 der Kolbenstange 12 eine in Längsrichtung ausgerichtete Laufbahn oder Klemmfläche, die parallel zur Achse der Kolbenstange 12 verläuft. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 wird jede konvergierende Laufbahn 34 gebildet durch die Basisfläche einer Längsnut 38, die in dem verdickten Endbereich 30 des Einsatzes 24 ausgebildet ist. Die einander gegenüberliegenden Seitenflächen jeder Längsnut 38 sind mit 40 bezeichnet.
Zwischen den Klemmflächen 34, 36 jedes Flächenpaares befindet sich ein Wälzkörper 42. Wie nachstehend noch erläutert, kann sich der Wälzkörper 42 zwischen den Flächen 34 und 36 des entsprechenden Flächenpaares verkeilen, wenn er in einer Richtung abrollt und dabei aufgrund der Verengung (in den Fig. 1 und. 3 nach rechts) des Flächenpaares eingeklemmt wird.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 besteht jeder Wälzkörper 42 aus einer Rolle mit in Sehnenrichtung verlaufender Achse. Im Zusammenspiel mit einer Kolbenstange 12 kreisförmigen Querschnitts, wie sie in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist, hat jede Rolle 42 vorzugsweise eine Spindelform (Diabolform) mit zwei zylindrischen Enden 44, die auf den zugeordneten, konvergierenden Laufbahnen 34 abrollen, und einem konkaven Zwischenbereich 46, der auf der äußeren Oberfläche 36 der Kolbenstange 12 abrollt. Jede Rolle 42 ist zwischen den Flanken 40 der entsprechenden Längsnut 38 gehalten.
Im Falle einer nicht dargestellten, flachen Innenlaufbahn auf der Kolbenstange und einer zylindrischen Rolle hätten die Flanken 40 die Aufgabe, die Rolle bei ihrer Abrollbewegung auf dieser Laufbahn zu führen.
Aus den Fig. 1 und 3 geht hervor, daß der Mantel 32 des Einsatzes 24 einen Zylinder für die Gleitbewegung eines ringförmigen Steuerkolbens 48 bildet, der auch auf der Kolbenstange 12 verschiebbar ist. Zur Abdichtung zwischen dem Mantel 32 und dem Steuerkolben 48 dient eine äußere Ringdichtung 50. Auf der den Wälzkörpern oder Rollen 42 zugewandten Seite hat der Steuerkolben 48 einen ringförmigen Vorsprung 52, der dazu dient, die Rollen (in den Fig. 1 und 3 von rechts nach links) zu beaufschlagen.
Auf der von den Rollen 42 abgekehrten Seite ist zwischen dem Steuerkolben 48 und dem Kopf 28 eine Steuerkammer 54 ausgebildet, die zur Aufnahme eines Druckmediums (Öl oder Druckluft) dient, das über einen nach außen führenden Anschlußstutzen 56 zugeführt wird, welcher in dem Kopf 28 ausgebildet ist.
In den Fig. 1 und 3 ist weiter zu erkennen, daß der Einsatz 26 elastische Rückstoßmittel 58 aufnimmt, die über jeweils ein Wälzelement oder eine Rolle 42 zwischen dem Körper 16 und der Kolbenstange 12 eine Reaktionskraft ausüben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen diese Rückstoßmittel 58 für jeden Wälzkörper oder jede Rolle 42 aus einem Paar von Stößeln 60, die in entsprechenden, axial verlaufenden Sitzen 62 des am Körper 16 befestigten Einsatzes 26 verschiebbar gelagert sind. Jeder Stößel wird mittels einer Schraubendruckfeder 64 (oder einer Feder äquivalenter Bauart) in Kontakt mit dem zylindrischen Abschnitt 44 der Rolle 42 gebracht.
Die anhand der Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform hat die nachstehend erläuterte Wirkungsweise.
Es sei angenommen, daß die Vorrichtung sich zu Beginn in der gelösten Stellung der Fig. 1 befindet. In dieser Stellung steht die Steuerkammer 54 unter Druck, so daß der Steuerkolben 48 in Fig. 1 vollständig nach links verschoben ist. Der ringförmige Vorsprung 52 des Steuerkolbens 48 hält die Rollen 42 sowie die Stößel 60 gegen die Kraft der Federn 64 in der nach links verschobenen Stellung. Unter diesen Bedingungen haben die Rollen 42, die in Berührung mit der äußeren Oberfläche 36 der Kolbenstange 12 sind, keine Berührung mit den geneigten Laufbahnen 34, so daß sie nicht eingeklemmt sind. Damit ist die Kolbenstange 12 frei, nach vorn oder hinten verschoben zu werden.
Wenn beispielsweise verhindert werden soll, daß die Kolbenstange 12 am Ende einer festgelegten Verschiebebewegung in Richtung des Pfeiles A nach innen wieder in Pfeilrichtung B nach außen gleitet, wird der Druck aus der Steuerkammer 54 genommen, so daß sich der Steuerkolben 48 in Richtung des Pfeiles C zurückbewegt. Aufgrund der Wirkung der Federn 64 drücken dann die Stößel 60 die zugehörigen Rollen 42 in die in Fig. 3 gezeigte Klemmstellung zurück, in welcher sie nicht nur die äußere Oberfläche 36 der Kolbenstange 12 berühren, sondern auch in Kontakt mit den konvergierenden Laufbahnflächen 34 kommen.
Bei ihrer Verschiebebewegung in Richtung des Pfeiles A nach innen wird die Kolbenstange 12 nicht behindert, da diese Bewegung geneigt ist, die Rollen 42 in Lösestellung zu bringen. Wenn allerdings diese Bewegung aufhört, hat ein Versuch der Kolbenstange 12, sich entsprechend dem Pfeil B zurückzubewegen, den Effekt, daß er eine Verkeilung der Rollen 42 herbeiführt und vergrößert, so daß diese Bewegung in Richtung des Pfeiles B nicht möglich ist.
Um die Kolbenstange 12 zu lösen, muß lediglich Druck in die Steuerkammer 54 gegeben werden, so daß sich der Steuerkolben 48 in der entgegengesetzen Richtung verschiebt, die in den Fig. 1 und 3 durch den Pfeil D dargestellt ist; dabei schiebt sein ringförmiger Vorsprung 52 die Rollen 42 gegen die Kraft der Federn 64 dex Stößel 60 in die in Fig. 1 gezeigte, entriegelte Stellung.
Fig. 4 zeigt eine Einheit für die Verriegelung der Gleitbewegung einer mit 12a bezeichneten Kolbenstange eines linearen Stellantriebs 10a. Die in beiden Richtungen wirkende Verriegelungseinheit der Fig. 4 hat ein Paar in einer Richtung wirkender Blockiereinrichtungen ähnlich wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, welche in axial entgegengesetzten Richtungen wirken. Die Hauptbestandteile dieser beiden Vorrichtungen sind bereits unter Verwendung derselben Bezugsziffern in den Fig. 1 bis 3 erläutert.
Es ist festzustellen, daß die beiden in einer Richtung wirkenden Blockiervorrichtungen über einen gemeinsamen Kopf 28a miteinander verbunden sind, der zusätzlich zur Aufgabe der Verbindung der beiden Vorrichtungen in beiden Blockiervorrichtungen die Funktion des Kopfes der Fig. 1 und 3 hat. Die Funktionsweise der in Fig. 4 gezeigten Einheit ergibt sich aus der Beschreibung der Funktion der Vorrichtung der Fig. 1 bis 3 und ist daher zur Vereinfachung nicht weiter erläutert.
Es genügt, bezüglich Fig. 4 darauf hinzuweisen, daß zur Verschiebung der Kolbenstange 12a nach rechts und zur Verhinderung einer Rückzugsbewegung nach links die linke Steuerkammer 54 unter Druck gesetzt wird, während die rechte Steuerkammer 54 drucklos geschaltet wird, so daß ein Verkeilen der linken Rollen 42 verhindert und ein Blockieren der rechten Rollen 42 möglich ist. Wenn umgekehrt eine Bewegung der Kolbenstange 12a nach links möglich sein und eine Rückwärtsbewegung nach rechts unterbunden werden soll, wird die rechte Steuerkammer 54 unter Druck gesetzt, während die linke Steuerkammer 54 drucklos gestellt wird, so daß ein Verkeilen der Rollen 42 nach rechts verhindert und eine Klemmbewegung der Rollen 42 nach links erzeugt wird.
In den Fig. 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsform einer in einer Richtung wirkenden Blockiereinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. In den Fig. 5 und 6 sind Bauteile, die gleich oder ähnlich denen der Fig. 1 bis 3 sind oder eine gleichwirkende Funktion haben, soweit möglich mit denselben Bezugsziffern dargestellt, jedoch um 100 erhöht. Die Beschreibung der Fig. 5 und 6 ist im wesentlichen auf diejenigen Teile beschränkt, die sich von denen des ersten Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bis 3 unterscheiden.
In dem rohrförmigen Körper 116 befindet sich ein Paket von zwei Einsätzen 124 und 126, die zwischen einem Kopf 114 entsprechend dem Gehäuse des Stellantriebes 110 und einem gegenüberliegenden Kopf 128 eingeklemmt sind. Der Einsatz 126 bildet eine einfache Distanzhülse. Der Einsatz 124 hat die Form einer Hülse, die an dem Körper 116 befestigt und in der die Kolbenstange 112 verschiebbar ist.
Aus den Fig. 5 und 6 ergibt sich, daß die Klemmflächen 134 und 136 sowohl untereinander als auch bezüglich der Achse der Kolbenstange 112 parallel sind. So ist die Klemmfläche 134 die radial innere Fläche des Körpers 116 der Blockiervorrichtung, während die Klemmfläche 136 die äußere Oberfläche der Kolbenstange 112 ist.
Die Hülse 124 hat eine Reihe von in Umfangsrichtung angeordneten Längsnuten 138, beispielsweise drei Längsnuten, die wie die Längsnuten 38 der Fig. 2 einen Winkelabstand von 120º zueinander aufweisen.
In den radial äußeren Bereich der Hülse 124, der an der Innenfläche 134 des Körpers 116 anliegt, sind ausgehend von jeder Längsnut 138 seitliche Einschnitte oder Sitze 140 eingearbeitet. In jede Längsnut 138 ist ein Wälzkörper 142 in Form eines Nockens eingesetzt und darin geführt. Der Nocken 142 ist über eine in Sehnenrichtung verlaufende Achse, die relativ zu dem Körper 116 ortsfest ist, in der Nähe der Auflauffläche 134 schwenkbar gelagert. Hierzu hat der Nocken 142 seitlich abstehende, gegenüberliegende Stifte 144, die in die Sitze 140 eingreifen.
Der Nocken 142 hat gewölbte Oberflächen 146a, 146b, die bezüglich der durch die Stifte 144 definierten Schwenkachse exzentrisch sind. Diese gewölbten Oberflächen 146a, 146b sind in Eingriff mit den entsprechenden Klemmflächen 134, 136.
Die Oberfläche 146b ist in Querrichtung vorzugsweise konvex gekrümmt, wenn die Kolbenstange 112 zylindrisch ist, während sie geradlinig verläuft, wenn die Kolbenstange eine ebene Klemmfläche hat. Im zweiten Fall hat die Rolle oder jede Rolle die Aufgabe, eine Drehung der Kolbenstange um die eigene Achse zu verhindern.
In dem Nocken 142 sind elastische Rückstoßmittel 158 untergebracht. Diese haben dieselbe Funktion wie die elastischen Rückstoßmittel 58 der Fig. 1 und 3. Im Einzelnen haben die elastischen Rückstoßmittel 158 einen Stößel 160, der in einem schräg verlaufenden Sitz 162 des Nockens. 142 verschiebbar gelagert ist und von einer Feder 164 beaufschlagt wird, so daß der Stößel 160 ständig gegen die Klemmfläche 134 des Körpers 116 gedrückt wird. Die elastischen Rückstoßmittel 158 sind so angeordnet, daß sie bestrebt sind, den Nocken 142 in Klemmrichtung gemäß Pfeil E der Fig. 5 zu drehen.
Wie nachstehend näher erläutert wird, dient ein ringförmiger Vorsprung 152 des Steuerkolbens 148 dazu, den Nöcken 142 in einer Stellung zu beaufschlagen, in der er gegen die Kraft der Rückstoßmittel 148 in Löserichtung, d. h. entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles E, gedreht wird.
Die in einer Richtung wirkende Blockiervorrichtung der Fig. 5 und 6 hat weitere elastische Rückstoßmittel 166, die auch bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 eingesetzt werden können. Diese elastischen Rückstoßmittel 166 beaufschlagen den Steuerkolben 148 in Klemmrichtung, wenn die Steuerkammer 154 drucklos ist. Damit wird eine Garantie gegen eine mögliche Tendenz des Steuerkolbens 148 gegeben, in der in Richtung auf die Nocken 142 vorgerückten Stellung zu bleiben, was zur Folge hätte, daß die Nocken bei ihrer Klemmwirkung behindert werden.
Vorzugsweise haben die elastischen Rückstoßmittel 166, wie dargestellt, einen oder mehrere Stößel 168, die in entsprechenden, axialen Sitzen 170 des Einsatzes 124 verschiebbar gelagert sind und die von Federn 172 gegen eine radiale Ringfläche 174 des Steuerkolbens 148 gedrückt werden.
Die Funktionsweise der Vorrichtung der Fig. 5 und 6 ist ähnlich derjenigen der Fig. 1 bis 3. Wenn beispielsweise die Kolbenstange 112 am Ende einer vorbestimmten Einwärtsverschiebung in Richtung des Pfeiles A daran gehindert werden soll, sich in Richtung des Pfeiles B zurück zu bewegen, wird zuerst aus der Steuerkammer 154 der Druck weggenommen, so daß der Steuerkolben 148 in Richtung des Pfeiles C in die Stellung der Fig. 5 zurückkehrt. Durch die Wirkung der Federn 164 halten die Stößel 160 die Nocken 142 in einer beginnenden Klemmstellung, in der ihre gewölbten Oberflächen 146a und 146b in Eingriff mit den Klemmflächen 134 bzw. 136 sind.
Eine Einwärtsbewegung der Kolbenstange 112 in Richtung des Pfeiles A wird dabei nicht behindert, da diese Bewegung die Tendenz hat, die Nocken 142 in Lösestellung zu bringen. Wenn diese Bewegung jedoch aufhört, hat der Versuch der Kolbenstange 112, sich in Richtung des Pfeiles B zurückzubewegen, zur Folge, daß die Klemmwirkung der Nocken 142 verstärkt wird, so daß diese Bewegung in Richtung des Pfeiles B nicht möglich ist.
Um die Kolbenstange 112 zu lösen, genügt es, Druck in die Steuerkammer 154 zu leiten, so daß sich der Steuerkolben 148 in Richtung des Pfeiles D der Fig. 5 zurückbewegt, wobei sein ringförmiger Vorsprung 152 die Nocken 142 gegen die Kraft der Federn 164 der Stößel 160 und gegen die Kraft der Federn 172 der Stößel 168 in die Lösestellung zurückdrückt.
In den Fig. 7 und 8 ist eine dritte Ausführungsform einer in einer Richtung wirkenden Blockiervorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, die nachstehend erläutert wird. In den Fig. 7 und 8 haben gleiche oder ähnliche Bauteile wie diejenigen der zuvor erläuterten Ausführungsformen oder Bauteile mit äquivalenter Funktion soweit möglich dieselben Bezugsziffern wie diejenigen der Fig. 1 bis 3, lediglich erhöht um jeweils 200. Auch die Beschreibung der Fig. 7 und 8 beschränkt sich im wesentlichen auf diejenigen Teile, die von denjenigen der zuvor erläuterten Ausführungsformen abweichen.
Innerhalb des rohrförmigen Körpers 216 befinden sich zwei Einsätze 224 und 226, die zwischen einer Distanzhülse 222, die wie in den Fig. 1 und 3 als ein Mantel ausgebildet sein kann, und einem gegenüberliegenden Kopf 228 eingeklemmt sind. Beide Einsätze 224 und 226 sind als Buchsen ausgebildet, in denen die Kolbenstange 212 verschiebbar gelagert ist.
Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, sind die Klemmflächen 234 und 236 sowohl untereinander als auch zur Achse der Kolbenstange 212 parallel. Die Klemmfläche 224 ist die radial innere Oberfläche des Körpers 216 der Blockiervorrichtung, während die Klemmfläche 236 durch die äußere Oberfläche der Kolbenstange 212 gebildet wird.
Die Hülse 224 hat eine Reihe von in Umfangsrichtung angeordneten Längsnuten 238, beispielsweise drei Längsnuten mit einem Winkelabstand von jeweils 120º, ähnlich den Längsnuten 138 der Fig. 6. In die beiden Seitenflanken der Längsnuten 238 sind einander gegenüberliegend Radialnuten 240 eingearbeitet, deren Funktion nachstehend erläutert wird. In jede Längsnut 238 ist ein Wälzkörper 242 in Form eines Nockens geführt eingesetzt. Der Nocken. 242 ist über eine in Sehnenrichtung verlaufende Achse relativ zu dem Körper 216 axial unbeweglich und radial beweglich schwenkbar. Hierzu hat der Nocken 242 einander gegenüberliegende, seitlich abstehende Stifte 244, die in den Radialnuten 240 sitzen.
Der Nocken 242 hat gewölbte Oberflächen 246a, 246b, die zur Schwenkachse, welche durch die Stifte 244 definiert ist, exzentrisch und symmetrisch angeordnet sind. Diese gewölbten Oberflächen 246a, 246b sind in Eingriff mit den entsprechenden Klemmflächen 234, 236.
Dem Nocken sind elastische Rückstoßmittel 258 zugeordnet, welche dieselbe Funktion wie die elastischen Rückstoßmittel 58 der Fig. 1 und 3 bzw. der elastischen Rückstoßmittel 158 der Fig. 7 und 8 haben. Die elastischen Rückstoßmittel 258 jedes Nockens 242 haben einen Stößel 260, der in einem axialen Sitz 262 des Einsatzes 226 verschiebbar gelagert ist und von einer Feder 264 beaufschlagt wird, so daß der Stößel 260 ständig gegen den Nocken 242 in eine Stellung gedrückt wird, in der er den Nocken 242 in Klemmrichtung gemäß Pfeil E der Fig. 7 zu drehen bestrebt ist.
Wie nachstehend näher erläutert wird, hat ein ringförmiger Vorsprung 252 des Steuerkolbens 248 die Aufgabe, den Nocken 242 in einer solchen Stellung zu beaufschlagen, daß er diesen in die Lösestellung dreht, d. h. entgegen der Richtung des Pfeiles E und gegen die Kraft der Rückstoßmittel 258.
Die in einer Richtung wirkende Blockiervorrichtung der Fig. 7 und 8 hat ebenfalls weitere Rückstoßmittel 266, deren Funktion zur Rückführung des Steuerkolbens 248 übereinstimmt mit derjenigen der elastischen Rückstoßmittel 166 der Fig. 5 und 6. Die Einzelheiten der elastischen Rückstoßmittel 266 und deren Wirkungsweise sind daher nicht nochmals erläutert.
Die Funktion der Vorrichtung der Fig. 7 und 8 ist ähnlich wie bei der Vorrichtung der Fig. 5 und 6.
Wenn beispielsweise die Kolbenstange 212 am Ende einer vorbestimmten Einwärtsbewegung in Richtung des Pfeiles A daran gehindert werden soll, sich in Richtung des Pfeiles B zurückzubewegen, wird zunächst in der Steuerkammer 254 der Druck weggenommen, so daß sich der Steuerkolben 248 in Richtung des Pfeiles C in die Stellung der Fig. 7 zurückbewegt. Durch die Wirkung der Federn 264 bringen dann die Stößel 260 die entsprechenden Nocken 242 in Klemmstellung, in welcher ihre gewölbten Oberflächen 246a und 246b in Eingriff mit den Klemmflächen 234 und 236 sind.
An einer Einwärtsbewegung in Richtung des Pfeiles A wird die Kolbenstange 212 dadurch nicht behindert, weil diese Bewegung die Tendenz hat, die Nocken 242 zu lösen. Wenn diese Bewegung jedoch anhält, hat ein Versuch der Kolbenstange 212, sich in Richtung des Pfeiles B zurückzubewegen, die Wirkung, daß die Klemmung der Nocken 242 verstärkt wird, so daß eine Bewegung in Richtung des Pfeiles B nicht möglich ist.
Um die Kolbenstange 212 zu lösen, genügt es, Druck in die Steuerkammer 254 zu geben, so daß sich der Steuerkolben 248 in Richtung des Pfeiles D der Fig. 7 verschiebt, wobei sein ringförmiger Vorsprung 252 die Nocken 242 gegen die Kraft der Federn 264 der Stößel 260 und gegen die Kraft der Federn 272 der Stößel 268 in die Lösestellung zurückdrückt.
Anhand der Fig. 9 wird nachstehend eine elektromagnetische Variante der Blockiervorrichtung gemäß der Erfindung erläutert. In Fig. 9 haben identische oder ähnliche Teile wie diejenigen der Fig. 1 oder Teile mit äquivalenten Funktionen soweit möglich dieselben Bezugsziffern, lediglich erhöht um 300.
Fig. 9 zeigt ebenfalls das vordere Ende eines fluidischen oder elektrischen Linearantriebs oder eines linearen Stellantriebes einer anderen Bauweise, aus welchem eine Kolbenstange 312 mit kreisförmigem Querschnitt vorsteht. Der Kopf eines zylindrischen Gehäuses des Stellantriebs 310 ist mit 314 bezeichnet. An diesem Kopf 314 ist ein rohrförmiger Körper 316 befestigt, der das Gehäuse der in einer Richtung wirkenden Blockiervorrichtung bildet, die ähnlich derjenigen der Fig. 1 ist und nachstehend nur noch kurz erläutert wird.
In Richtung auf das Ende, das dem Stellantrieb 310 gegenüberliegt, ist am Körper 316 ein Kopf 318 befestigt, welcher seinerseits fest mit dem Kopf 314 verbunden ist. Das Ende des Körpers 316, das dem ringförmigen Kopf 318 gegenüberliegt, ist durch einen weiteren ringförmigen Kopf 328 geschlossen, durch welchen sich die Kolbenstange 312 hindurch erstreckt.
Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat ein Einsatz 332, der in dem Körper 316 aufgenommen ist, drei Klemmflächen 334 in Form von Laufbahnen, welche in Fig. 9 von links nach rechts in Richtung auf die Achse der Kolbenstange 312 konvergieren. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 bildet die äußere Oberfläche 336 der Kolbenstange 312 ebenfalls eine in Längsrichtung verlaufende Laufbahn oder Klemmfläche, die parallel zur Achse der Kolbenstange 312 verläuft.
Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 ist ein frei rollender Wälzkörper 342 zwischen den Klemmflächen 334, 336 jedes Flächenpaares angeordnet und kann zwischen diesen Flächen 334, 336 verklemmt werden, wenn er in einer Richtung - in Fig. 9 nach rechts - in die Verengung hineinrollt. Zur Erläuterung aller Einzelheiten des Wälzkörpers 342 ist in nicht einschränkender Weise Bezug genommen auf die Ausführungsform der Fig. 1 bis 3.
Ein beweglicher Kern 348 in Form einer ringförmigen Weicheisen- Hülse ist innerhalb des Körpers 316 auf der Kolbenstange 312 verschiebbar gelagert. Die Hülse 348 bildet einen Steuerkolben, von dem ein Ende (in Fig. 9 das linke Ende) mit den Wälzkörpern 342 in Berührung kommen kann. Der bewegliche Kern 348 ist von einer Magnetspule 354 umgeben, die elektrisch erregt werden kann mit Hilfe von Kabeln, die sich durch einen Anschluß 356 hindurch erstrecken, welcher dicht in den Kopf 318 eingeschraubt ist.
Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind in den Kopf 328 elastische Rückstoßmittel eingesetzt, die über jeden Wälzkörper 342 Reaktionskräfte zwischen dem Körper 316 und der Kolbenstange 312 erzeugen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 haben diese mit 358 bezeichneten Rückstoßmittel für jeden Wälzkörper 342 ebenfalls ein Paar von Stößeln 360, die in axial verlaufenden Sitzen 362 des Kopfes 328 verschiebbar gelagert sind. Jeder Stößel 360 wird über eine zugehörige Schraubendruckfeder 364 in Eingriff mit dem entsprechenden Wälzkörper 342 gebracht.
Die Funktion der in Fig. 9 gezeigten Variante wird anschließend kurz erläutert; dabei wird davon ausgegangen, das sich die Vorrichtung zu Anfang in der gelösten Stellung befindet.
In dieser Stellung wird die Magnetspule 354 erregt, wodurch der bewegliche Kern 348, d. h. der Steuerkolben, vollständig nach links verschoben wird. Dadurch hält dieser Steuerkolben die Wälzkörper 342 und die Stößel 360 gegen die Kraft der Federn 364 in der nach links gerückten Stellung. In dieser Lage sind die Wälzkörper 342, die die Oberfläche 336 der Kolbenstange 312 berühren, nicht in Kontakt mit den geneigten Laufbahnen 334 und damit nicht eingeklemmt. Die Kolbenstange 312 ist somit frei, sich nach hinten und nach vorn zu bewegen.
Wenn die Kolbestange 312 beispielsweise daran gehindert werden soll, am Ende eines vorgegebenen Auswärtshubs in Richtung des Pfeiles A nach hinten (in Richtung des Pfeiles B) zurückzukehren, wird die Magnetspule 354 zunächst entregt, so daß der Kern oder Steuerkolben 348 in Richtung des Pfeiles B zurückgezogen wird. Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 drücken die Stößel 360 unter der Kraft der Federn 364 die entsprechenden Wälzkörper 342 in eine Klemmstellung (in Fig. 9 nach rechts), in der sie in Eingriff mit den konvergierenden Laufbahnen 334 und mit der äußeren Oberfläche 336 der Kolbenstange 312 kommen.
Bei einer Auswärtsbewegung in Richtung des Pfeiles A wird die Kolbenstange 312 nicht behindert, da diese Bewegung bewirkt, daß die Wälzkörper 342 gelöst werden. Wenn jedoch diese Bewegung anhält, hat ein Versuch der Kolbenstange 312, sich in der entgegengesetzten Richtung, angegeben durch den Pfeil B, zu verschieben, zur Folge, daß eine Klemmwirkung der Rollen 342 erzeugt und verstärkt wird, so daß eine solche Bewegung in Richtung des Pfeiles B verhindert wird.
Weitere Varianten liegen innerhalb des Erfindungsgedankens. So können beispielsweise in einer Richtung wirkende Klemmvorrichtungen der erläuterten Art auch am hinteren Ende eines Stellantriebs befestigt werden, um auf das hintere Ende einer Kolbenstange einzuwirken.
Obwohl in der Beschreibung der Fig. Vorrichtungen oder Einheiten dargestellt sind, die drei Wälzkörper und entsprechende Paare von Klemmflächen haben, sind im Rahmen der Erfindung auch Blockiervorrichtungen oder Einheiten möglich, die nur einen Wälzkörper mit einem entsprechenden Paar von Klemmflächen oder mehr als drei dieser Elemente haben können, welche vorzugsweise in einer radial symmetrischen Anordnung untergebracht sind.
So kann beispielsweise die innere Klemmfläche auf einem Bauteil wie beispielsweise einer Buchse ausgebildet sein, die auf der Kolbenstange des Stellantriebs angeordnet und fixiert ist. Darüber hinaus kann die Blockiereinheit zwei einander gegenüberliegende und in eine Richtung wirkende Blockiervorrichtungen ähnlich wie in Fig. 4 aufweisen, die ähnlich ausgebildet sind wie diejenigen der Fig. 5 und 6 oder 7 und 8.
Die Blockiervorrichtungen und Verriegelungseinheiten sind vorstehend als Zusatzgeräte für im Handel erhältliche, lineare Fluid- oder Elektrikantriebe dargestellt, können aber auch in einen Stellantrieb schon während der Herstellung eingebaut werden, wobei beispielsweise als Körper für die Vorrichtung oder die Gruppe eine Verlängerung des Gehäuses des Antriebs verwendet wird.
Die Fig. 10a, 10b sowie 11 zeigen ein Beispiel eines Fluidantriebes dieser Bauart, der eine in eine Richtung wirkende Blockiervorrichtung gemäß der Erfindung hat. In diesen Figuren sind Teile, die mit denen der Fig. 1 identisch oder ähnlich sind, soweit möglich mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, lediglich erhöht um 400. In diesem Ausführungsbeispiel, das anschließend kurz erläutert wird, ist die in eine Richtung wirkende Blockiervorrichtung in den Fluidantrieb integriert.
Der Stellantrieb hat zwei Köpfe 410a (Fig. 10a) und 410b (Fig. 10b), zwischen denen sich eine Kolbenstange 412 erstreckt, die abgedichtet durch den Kopf 410a hinausragt. Die beiden Köpfe 410a, 410b sind durch einen rohrförmigen Körper 416 miteinander verbunden, der sowohl den Zylinder des Stellantriebs als auch das Gehäuse der in eine Richtung wirkenden Blockiervorrichtung darstellt, die nachstehend beschrieben wird.
Der Kolben des Stellantriebs, der in Fig. 10b mit 418 bezeichnet ist, ist an einem Ende der Kolbenstange 412 befestigt und innerhalb des rohrförmigen Körpers 416 abgedichtet verschiebbar gelagert.
Innerhalb des Körpers 416 befinden sich im Bereich des Endes des ringförmigen Kopfes 410a hintereinander drei zueinander ausgerichtete, ringförmige Einsätze 420, 422 und 424, die nachstehend näher erläutert werden. Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat der Einsatz 424 drei Klemmflächen 434 (Fig. 10a). Diese Klemmflächen 434 haben ebenfalls die Form von Laufbahnen; die gemäß Fig. 10a in Richtung auf die Achse der Kolbenstange 412 konvergieren. Die äußere Oberfläche 436 der Kolbenstange 412, die den äußeren Laufbahnen 434 gegenüberliegt, bildet eine in Längsrichtung verlaufende Laufbahn oder Klemmfläche, die parallel zur Achse der Kolbenstange 412 verläuft.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind drei freie Wälzkörper 442 vorgesehen, die zwischen den Klemmflächen 434, 436 jedes Flächenpaares angeordnet sind. Die Wälzkörper 442 können dabei zwischen den Flächen 434, 436 jedes entsprechenden Paares eingeklemmt werden, wenn sie in der Richtung der Verengung (in Fig. 10a nach rechts) abrollen.
Für alle weiteren Einzelheiten des Einsatzes 424, der konvergierenden Laufbahnen 434 und der Wälzkörper 442 wird auf die Beschreibung des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 bis 3 hingewiesen.
Wie Fig. 10a zeigt, bildet der ringförmige Einsatz 422 einen Zylinder für einen ringförmigen Steuerkolben 448, der ebenfalls entlang der Kolbenstange 412 verschiebbar ist. Eine Ringdichtung 450 sorgt für die Abdichtung zwischen dem Einsatz oder Zylinder 422 und dem Steuerkolben 448. An seinem den Wälzkörpern 442 zugewandten Ende hat der Steuerkolben 448 einen ringförmigen Vorsprung 442, der (in Fig. 10a von rechts nach links) gegen die Wälzkörper wirkt.
Am gegenüberliegenden Ende, das von den Wälzkörpern 442 abgewandt ist, ist zwischen dem Steuerkolben 448 und dem ringförmigen Einsatz 420 (Fig. 10b) eine Steuerkammer 454 ausgebildet, in die ein Druckmedium über einen Kanal X zugeführt werden kann, der sich durch die Einsätze 422 und 424 sowie durch den ringförmigen Kopf 410a hindurch erstreckt. Die Verbindung des Kanals X wird nachstehend noch erläutert.
Wie in Fig. 10a weiter dargestellt ist, sind elastische Rückstoßmittel in dem ringförmigen Kopf 410a vorgesehen, die über jeweils einen Wälzkörper 442 zwischen dem Körper 416 und der Kolbenstange 412 wirken. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 10a bestehen diese Rückstoßmittel 458 für jeden Wälzkörper 442 aus einem Paar von Stößeln 460, die in entsprechenden, axial ausgerichteten Sitzen 462 des Kopfes 410a verschiebbar gelagert sind. Jeder Stößel 460 wird durch eine schraubenförmige Druckfeder 464 (oder eine gleichwirkende Feder anderer Bauart) in Berührung mit dem zugehörigen Wälzkörper 442 gebracht.
Bevor die Wirkungsweise der in einer Richtung arbeitenden Verriegelungsvorrichtung der Fig. 10a erläutert wird, sollen weitere Einzelheiten des Stellantriebs beschrieben werden.
Wie aus den Fig. 10b und 11 hervorgeht, sind an dem Kolben 418 des Stellantriebs zwei einander gegenüberliegende Bremsbuchsen 470 und 472 befestigt. Die Bremsbuchse 470 erstreckt sich in Richtung auf den ringförmigen Kopf 410a und umgibt den Teil der Kolbenstange 412, der sich an den Kolben 418 anschließt.
Wenn sich die Kolbenstange 412 in ihrer äußeren Endstellung befindet, die in Fig. 10b zu erkennen ist, liegt der Kolben 418 an dem Einsatz 420 an, wobei die Bremsbuchse 470 in eine zylindrische Aussparung 474 des Einsatzes eingreift.
Ein Kanal Y, der in die Aussparung 474 mündet, erstreckt sich durch die Einsätze 422 und 424 und durch den ringförmigen Kopf 410a. Die Funktion dieses Kanals Y wird ebenfalls nachstehend noch erläutert.
Fig. 10b zeigt, daß sich in dem Kopf 410b ein Anschluß 494 für die Verbindung mit einer Druckquelle für ein hydraulisches oder pneumatisches Medium befindet, über welches der nach außen gerichtete Hub des Stellantriebs betätigt wird. Dieser Anschluß 494 ist in Verbindung mit einer zylindrischen Aussparung 476, die mittig in den Kopf 410b eingearbeitet ist und die Bremsbuchse 472 aufnehmen kann, wenn sich der Kolben 418 und die Kolbenstange 412 in der zusammengezogenen Stellung des Stellantriebs befinden.
In Fig. 10b und 11 ist zwischen dem Kopf 410b und dem Kolben 418 ein Arbeitsraum 478 zu erkennen. Ein weiterer Arbeitsraum 480 des Stellantriebs befindet sich zwischen dem Kolben 418 und dem ringförmigen Einsatz 420.
Die Bremskammer 476 des Kopfes 410b öffnet sich nicht nur direkt in den Arbeitsraum 478, um die Bremsbuchse 472 aufzunehmen, sondern ist mit diesem Arbeitsraum 478 auch über einen Kanal 482 verbunden, der in das hintere Ende der Aussparung 476 eintritt, wo ein Drosselorgan 484 mit einem einstellbaren Schraubstift angeordnet ist.
Ein Kanal Z, der in den Arbeitsraum 480 mündet, erstreckt sich durch die Einsätze 420, 422 und 424 sowie durch den ringförmigen Kopf 410a. Die Verbindung dieses Kanals Z wird ebenfalls noch erläutert.
Wenn zur Kontraktierung des Stellantriebes Druckmedium in den Arbeitsraum 480 geleitet wird, während der Arbeitsraum 478 über den Anschluß 494 nach außen geöffnet wird, bewegt sich der Kolben 418 in Richtung auf den Kopf 410b (in Fig. 10b nach rechts), wobei an einer bestimmten Stelle die Bremsbuchse 472 in die Bremskammer 476 eintritt und damit die direkte Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 478 und dem Anschluß 494 durch die Aussparung 476 hindurch schließt. Das Medium kann nun aus dem Arbeitsraum 478 in Richtung auf den Anschluß 494 nur durch die gedrosselte Leitung 484 austreten, so daß die aus dem Kolben 418 und der Kolbenstange 412 gebildete Einheit abgebremst wird, bis sie anhält.
Die aus dem Kolben 418 und der Kolbenstange 412 bestehende Einheit wird in derselben Weise am Ende ihrer Auswärtsbewegung abgebremst, wenn die Bremsbuchse 470 bei der Bewegung in Fig. 11 nach links in die Bremskammer 474 des ringförmigen Einsatzes 420 eintritt. Bevor die Bremsbuchse 470 in diese Aussparung 474 eingreift, wird das Medium aus dem Arbeitsraum 480 frei durch den Kanal Y ausgetrieben. Wenn dann die Bremsbuchse 70 die Aussparung 474 geschlossen hat, kann das Medium jedoch nur noch durch den Kanal Z abfließen. Um eine Bremswirkung herbeizuführen, muß die Ableitung des Mediums durch den Kanal Z gedrosselt werden.
Ein in Fig. 12 im einzelnen gezeigtes Zuschaltventil hat neben anderen Funktionen auch die Aufgabe, den Kanal Z zu drosseln. Die Funktionen des Zuschaltventils bestehen sowohl darin, die Freigabe der Kolbenstange 412 als Ergebnis der Freigabe der Wälzkörper 442 (Fig. 10a) simultan mit der Wirkung des Stellantriebs in der Kontraktionsrichtung zu steuern und die Abbremsung der aus dem Kolben 418 und der Kolbenstange 412 bestehenden Einheit in Richtung auf das Ende der Ausschubbewegung zu steuern.
Das insgesamt mit 500 bezeichnete Zuschaltventil kann aus einer vom Stellantrieb getrennten Komponente bestehen, hat jedoch vorzugsweise, wie Fig. 10a zeigt, einen Block 502, der im Gehäuse 504 des Kopfes 410a (Fig. 10a) angebracht und befestigt, ist.
Wie Fig. 12 zeigt, hat der Block 502 einen Anschluß 506 für den Anschluß nach außen und drei Anschlüsse X, Y und Z, die mit den entsprechenden Kanälen X, Y und Z der Fig. 10b verbunden sind. Der Anschluß 506 ist über eine Hauptleitung 508 ständig mit dem Kanal X in Verbindung. Der Hauptleitung 508 ist ein zylindrisches Steuerventil 510 zugeordnet, das eine Stange 512 aufweist, welche sich quer durch diesen Kanal erstreckt. An dem in Fig. 12 linkem Ende der Stange 512 ist ein Steuerkolben 514 vorgesehen, dessen Kopf über eine Zweigleitung 516 mit der Hauptleitung 508 verbunden ist. Das andere Ende der Stange 512 (in Fig. 12 das rechte Ende) ist als Schließtrommel 518 ausgebildet. Die Schließtrommel 518 wird durch eine Schraubenfeder 520 in eine Stellung gedrückt, in der sie die Verbindung zwischen der Hauptleitung 508 und dem Kanal Y unterbricht. Wenn von der Hauptleitung 508 über die Zweigleitung 516 ein Druck auf den Steuerkolben 514 ausgeübt wird, bewegt sich die Schließtrommel 518 in Fig. 12 nach rechts in eine Stellung, in der sie die genannte Verbindung öffnet.
Die Kanäle Y und Z sind über eine Drossel miteinander verbunden, die gebildet wird durch eine einstellbare Schraubdrosseleinheit 522, deren Wirkungsweise dieselbe ist wie diejenige des Drosselorgans 484 der Fig. 10b.
Der Kanal Y kann mit der Hauptleitung 508 und deren Anschluß 506 in Verbindung gebracht werden durch ein Steuerventil 524, dessen Schließkörper 526 gegen die Kraft einer Schraubenfeder 528 in einer von dem Kanal Y wegweisenden Richtung in die Öffnungsstellung gebracht werden kann.
Anschließend werden die Wirkungsweise des Zuschaltventils 500 der Fig. 12 und des zugehörigen Stellantriebs während der Kontraktions- und Extraktionshube des Stellantriebes erläutert.
Zu Beginn des Kontraktionshubes befindet sich der Stellantrieb in der in den Fig. 10a und 10b gezeigten Position, in der die Kolbenstange 412 durch die Klemmwirkung der Wälzkörper 442 verriegelt ist. Um den Kontraktionshub herbeizuführen, wird Druckmedium über den Anschluß 506 zugeführt. Das Druckmedium gelangt unmittelbar über den Kanal X in die Steuerkammer 454, wodurch der Steuerkolben 448 (in Fig. 10a nach links) verschoben wird, so daß die Wälzkörper 442 gelöst werden und die Kolbenstange 412 frei verschiebbar ist. Wenn am Ende des Hubes des Steuerkolbens 448 der Druck in der Steuerkammer 454 sein Maximum erreicht hat, wird der Druck über die Zweigleitung 516 gegen den Kopf des Steuerkolbens 514 geleitet, so daß das Steuerventil 510 gegen die Kraft der Feder 520 in Fig. 12 nach rechts verschoben wird. Die Schließtrommel 518 erreicht dann eine Stellung, in welcher sie eine. Verbindung zwischen der Hauptleitung 508 und den Kanälen Y und Z und damit - nach einer kurzen Verzögerung nach der Freigabe - mit dem Arbeitsraum 480 (Fig. 10b) herstellt. Der Druck des Mediums im Arbeitsraum 480 wirkt auf den Kolben 418, und zwar in Fig. 10b nach rechts.
Die zuvor erwähnte, kurze Verzögerung bewirkt, daß die Bewegung des Kolbens 418 während des Kontraktionshubes des Stellantriebes nach der Freigabe aufgrund der Freigabe der Wälzkörper 442 (Fig. 10a) beginnt. Der Kontraktionshub setzt sich bis zum Ende fort, wobei die Bremsbuchse 472 in die Bremskammer 476 (Fig. 10b) eintritt, so daß die zuvor erläuterte Bremswirkung erzeugt wird.
Um den Extraktionshub des Stellantriebes einzuleiten, wird Druckmedium in den Anschluß 494 (Fig. 10b) geleitet, während der Druck vom Anschluß 506 (Fig. 12) weggenommen wird. Während der Druck des Mediums im Arbeitsraum 478 wirkt, wird ein größerer Anteil des Mediums aus dem Arbeitsraum 480 durch den Kanal Y und ein kleinerer Anteil durch den Kanal Z ausgeschoben.
Die Schließtrommel 518 des Steuerventils 510 befindet sich in der Absperrstellung der Fig. 12, wobei jedoch über das Steuerventil 524, das gegen die Kraft der Feder 528 (in Fig. 12 nach links) in die geöffnete Stellung bewegt wurde, Medium in die Hauptleitung 5ß8 und in den Anschluß 506 abgegeben werden kann. Wenn die Bremsbuchse 470 (Fig. 10b und 11) in die Bremskammer 474 eintritt, wird der Kanal Y geschlossen, so daß das Medium nur noch durch den Kanal Z abströmen kann, der durch die Drosseleinheit 522 gedrosselt ist, wonach das Medium über das geöffnete Steuerventil 524 abgegeben wird. Damit findet der letzte gebremste Anteil des Ausschubhubes des Stellantriebs statt, bis die in Fig. 10b gezeigte Stellung erreicht ist.
In der Zwischenzeit hat der fehlende Druck in der Hauptleitung 508 und in ihrem Anschluß 506 zur Folge, daß der Steuerkolben 484 in einer Position bleiben kann, die der Klemmstellung der Wälzkörper 442 (in Fig. 10a nach rechts) entspricht. Da sich jedoch die Kolbenstange 412 während des Ausschubhubes nach links bewegt, ist deren Bewegung bestrebt, die Wälzkörper 442 zu lösen, so daß die Blockiervorrichtung nicht aktiv bleibt.
Am Ende des Extraktionshubes und bei fehlendem Druck im Anschluß 506 (Fig. 12) und im Anschluß 494 (Fig. 10b) halten die elastischen Rückstoßmittel 458 die Wälzkörper 442 in der Klemmstellung, so daß gewährleistet wird, daß sich die Kolbenstange 412 nicht zurück oder in die Kontraktionsstellung (in Fig. 10a nach rechts) verschieben kann.

Claims

1. Vorrichtung zur in einer Richtung wirkenden Verriegelung der Verschiebebewegung der Kolbenstange eines linearen Stellantriebes, umfassend:

- einen äußeren Körper (16; 116; 216; 316; 416), der mit einem Ende eines Gehäuses (14; 114; 214; 314) des Stellantriebes (10; 110; 210; 310; 410a, 410b) so verbunden oder mit diesem verbindbar ist, daß er die Kolbenstange (12; 112; 212; 312; 412) einschließt,

- Mittel, die in dem Körper wenigstens ein Paar radial gegenüberliegender Klemmflächen (34, 36; 234, 236; 334, 336; 434, 436) bilden, welche mit dem Körper und mit der Kolbenstange gekoppelt sind,

- Wälzkörper (42; 142; 242; 342; 442), die zwischen die Klemmflächen eingesetzt sind und zwischen diesen beim Abrollen in einer Richtung und aufgrund einer Verengung zwischen den Klemmflächen verklemmen, wobei jeder Wälzkörper um eine in Sehnenrichtung verlaufende Achse schwenkbar ist,

- elastische Rückstoßmittel (58; 158; 258; 358; 458), die zwischen dem Körper und der Kolbenstange über jeden Wälzkörper wirken und bestrebt sind, letzteren in die Klemmstellung zu drücken, sowie

- einen Steuerkolben (48; 148; 248; 348; 448), der in Längsrichtung in dem Körper verschiebbar gelagert ist und mit jedem Wälzkörper so zusammenwirkt, daß dieser seine Abrollbewegung durchführt, wobei der Steuerkolben so angeordnet ist, daß er an jedem Wälzkörper angreift, um diesen aufgrund einer Druckkraft in seine Lösestellung zu drücken, wobei diese Druckkraft auf den Kolben in einer zu der Kraft, die von den elastischen Rückstoßmitteln ausgeübt wird, entgegengesetzten Richtung wirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Körper oder ein an diesem befestigtes Element (24; 124; 224; 324; 424) eine Reihe von in Umfangsrichtung angeordneten Längsnuten (38; 128; 238) hat und daß jeder Wälzkörper (42; 142; 242; 342; 442) in einer entsprechenden Nut (38; 138; 238) geführt ist, während er auf den Klemmflächen (34, 36; 134, 136; 234, 236; 334, 336; 434, 436) abrollt.

2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wälzkörper (42) Erzeugende mit gleichförmigem Radius hat und daß die Klemmflächen (34, 36) der entsprechenden Flächenpaare in Klemmrichtung konvergieren.

3. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Klemmflächen eines Paares durch eine parallel zur Achse der Kolbenstange (12) in deren Längsrichtung ausgerichtete Laufbahn (36) und die andere Klemmfläche (34) durch eine Laufbahn (34) gebildet werden, die relativ zu dem Körper (16) fest ist und in Richtung der Längslaufbahn konvergiert, und daß der zugehörige Wälzkörper eine Rolle (42) mit einer in Sehnenrichtung verlaufenden Achse ist.

4. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierende Laufbahn (34) durch die Grundfläche einer zugehörigen Längsnut (38) gebildet wird, deren Seitenflanken (40) die Rolle (42) halten.

5. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (12) zumindest im Bereich jeder Rolle (42) einen kreisförmigen Querschnitt hat und daß jede Rolle spulenförmig (diaboloförmig) mit zwei zylindrischen Enden ausgebildet ist, die auf den konvergierenden Laufbahnen (34) abrollen, wobei der eingeschnürte Zwischenbereich (46) auf der Kolbenstange (12) abrollt.

6. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wälzkörper die Form eines Nockens (142; 242) hat, der um eine in Sehnenrichtung verlaufende Achse relativ zu dem Körper (116; 216) verschwenkbar ist und gewölbte Oberflächen (146a, 146b; 246a, 246b) aufweist, die zu der Schwenkachse exzentrisch und in Eingriff mit entsprechenden Klemmflächen (134, 136; 234, 236) der Flächenpaare sind, und daß die Klemmflächen sowohl untereinander als auch zur Achse der Kolbenstange (112, 212) parallel sind.

7. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Klemmflächen eines Paares durch eine in Längsrichtung verlaufende Oberfläche (136) der Kolbenstange (112) gebildet wird und daß der Nocken (142) um eine in Sehnenrichtung verlaufende Achse schwenkbar ist, welche relativ zu dem Körper (116) fest ist und in der Nähe der anderen Klemmfläche (134) liegt.

8. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Klemmflächen durch eine in Längsrichtung verlaufende Oberfläche (236) der Kolbenstange gebildet wird und daß der Nocken (242) um eine im Zwischenbereich liegende und in Sehenrichtung verlaufende Achse schwenkbar ist, welche relativ zu dem Körper (216) axial ortsfest und radial beweglich ist, wobei der Nocken (242) einander gegenüberliegende, exzentrische und gewölbte Oberflächen (246a, 246b) für den Eingriff mit den entsprechenden Klemmflächen (234, 236) hat, die relativ zu der in Sehnenrichtung verlaufenden Achse exzentrisch und symmetrisch sind.

9. Verriegelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wälzkörper (42, 242; 342; 442) die elastischen Rückstoßmittel durch wenigstens einen Stößel (60; 260; 360; 460) gebildet werden, der eine Feder (64; 264; 364; 464) hat und in einem in Axialrichtung verlaufenden Sitz (62; 262; 362; 462) des Körpers oder eines mit dem Körper (16; 216; 316; 416) verbundenen Elementes (26; 226; 328; 410a) verschiebbar gelagert ist.

10. Verriegelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Wälzkörper (142) die ela stischen Rückstoßmittel (158) durch eine Stößel (160) mit einer Feder (164) gebildet sind, der in einem schräg verlaufenden Sitz (162) des Nockens (142) verschiebbar ist und gegen die Klemmfläche (134) des Körpers (116) oder eines daran befestigten Elementes wirkt.

11. Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kolben (148; 248) zugeordneten, elastischen Rückstoßmittel (166; 266) bestrebt sind, den Kolben in Klemmrichtung zu beaufschlagen, wenn die Steuerkammer (154; 254) drucklos ist.

12. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (166; 266) für den elastischen Rückstoß des Kolbens (148; 248) in die Klemmrichtung einen oder mehrere, mit Federn (172; 272) ausgerüstete Stößel (168; 268) haben, die in entsprechenden, in Axialrichtung verlaufenden Sitzen (170; 270) verschiebbar gelagert sind, die in einem am Körper (116; 216) angebrachten Element (124; 224) oder in dem Körper selbst ausgebildet sind.

13. Verriegelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese zwischen dem Körper (16; 116; 216; 416) und der Kolbenstange (12; 112; 212; 412) eine Steuerkammer (54; 154; 254; 454) zur Aufnahme eines Druckmediums aufweist und daß der Steuerkolben (48; 148; 248; 448) in der Steuerkammer durch den Druck des Druckmediums in einer Richtung beweglich ist, in der er die Wälzkörper (42; 142; 242; 442) löst.

14. Verriegelungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (348) durch einen auf der Stange (312) eines Elektromagneten beweglichen Kern gebildet wird und daß der Elektromagnet eine Magnetspule (354) aufweist, die erregbar ist, um den Kern in einer Richtung zum Freigeben der Wälzkörper (342) zu verschieben.

15. Einheit zur Verriegelung der Verschiebebewegung der Kolbenstange (12a) eines linearen Stellantriebes (10a) in beiden Richtungen, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem Paar in jeweils einer Richtung wirkenden Verriegelungsvorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht, welche in axial entgegengesetzten Richtungen wirken.

16. Linearer Stellantrieb mit einer Verriegelungsvorrichtung für die Verschiebebewegung der Kolbenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder mit einer Verriegelungseinheit nach Anspruch 15.

17. Linearer Fluidantrieb mit einem Zylinder (416), der durch zwei gegenüberliegende Köpfe (410a, 410b) begrenzt ist, mit einem darin verschiebbar gelagerten Kolben (418), der mit einer Kolbenstange (412) verbunden ist, die sich durch einen der Köpfe (410a) erstreckt, und mit entsprechenden Arbeitsräumen (478, 480), die in dem Zylinder (416) zwischen jedem Kopf und dem Kolben begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dieser eine in eine Richtung wirkende Verriegelungseinheit der Fluidbauweise nach Anspruch 13 aufweist, welche einen Steuerkolben (448) und eine Steuerkammer (454) hat, und daß dieser ferner ein Zuschaltventil (500) aufweist, welches einerseits zwischen die Fluiddruckquelle und andererseits den Arbeitsraum (480) für die Bewegung der Kolbenstange (412) in Klemmrichtung der Wälzkörper (442) eingesetzt ist, und daß das Zuschaltventil (500) so angeordnet ist, daß bei Zuführung des Druckmediums zu dem Ventil dieses erlaubt, daß das Druckmedium zunächst in die Steuerkammer (454) und anschließend mit Verzögerung in den Arbeitsraum (480) gelangt.

18. Linearer Stellantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Richtung wirkende Verriegelungsvorrichtung in den Zylinder (416) des Stellantriebs eingesetzt ist, der dessen Körper bildet.

19. Linearer Stellantrieb nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschaltventil (500) in einem Block (502) integriert ist, der in einen Sitz (504) eines der Köpfe (410a) des Linearantriebs eingesetzt und darin fixiert ist.