EP1803943A2 - Fluid actuated working cylinder with mechanical position locking in a pressureless state - Google Patents

Fluid actuated working cylinder with mechanical position locking in a pressureless state Download PDF

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Publication number
EP1803943A2
EP1803943A2 EP06022101A EP06022101A EP1803943A2 EP 1803943 A2 EP1803943 A2 EP 1803943A2 EP 06022101 A EP06022101 A EP 06022101A EP 06022101 A EP06022101 A EP 06022101A EP 1803943 A2 EP1803943 A2 EP 1803943A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
locking
piston
pressure
working cylinder
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06022101A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1803943A3 (en
Inventor
Josef Bütert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buemach Engineering International BV
Original Assignee
Buemach Engineering International BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Buemach Engineering International BV filed Critical Buemach Engineering International BV
Publication of EP1803943A2 publication Critical patent/EP1803943A2/en
Publication of EP1803943A3 publication Critical patent/EP1803943A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26—Locking mechanisms
    • F15B15/262—Locking mechanisms using friction, e.g. brake pads
    • F15B15/264—Screw mechanisms attached to the piston

Definitions

  • the invention refers to a working cylinder with mechanical path blocking for use in hydraulically or pneumatically operated mechanisms whose movement is blocked in the absence of pressure energy by a mechanically acting locking system in the working cylinder.
  • the publication DE 38 07 669 C2 discloses a continuously variable power cylinder with a mechanical locking device that is able to reliably hold its position under load in any intermediate position. This effect is achieved by means of a hollow piston rod with an inner profiling, in which a displaceable, axially spring-loaded rod with a recirculating ball channel with balls, which engage in the profiling of the piston rod, is arranged.
  • the rod is connected to an actuating piston in an actuating cylinder, which shifts the rod when pressurized with the pressure medium of the working cylinder so that the balls can rotate freely and are brought in the event of pressure drop in the locked position, thus preventing the piston rod from further movement.
  • a working cylinder with a hollow piston rod, the blocking surface is arranged inside, is in the document DE 33 07 644 A1 described.
  • a device for frictional clamping is installed, wherein clamping segments with friction linings on a support tube by a cone on an actuating rod which is connected to a control piston in a control cylinder and biased by a spring into the clamping position, for blocking against the inner wall of the Piston rod to be pressed.
  • EP 1 170 512 B2 discloses a pressure-dependent locking system in the bottom part of the working cylinder, which consists essentially of a locking piston with plungers and two locking discs with sprockets, wherein a locking disc is fixed and the two sprockets form a first sprocket inhibiting, positive or non-positive coupling.
  • a middle slide is first moved, which releases according to its position, the path of the fluid to the associated pressure chamber and at the same time to a locking piston space, whereby the coupling of the locking discs, by the locking piston on the plunger, is repealed.
  • the problem with this solution is that under load, in case of pressure failure, the fluid flows from the working space faster than from the locking piston chamber. As a result, there is no immediate blocking of the movement of the piston rod. An exact positioning is therefore also not given.
  • the object of the invention is to develop a working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state, which blocks in the event of pressure failure and control of a specific position, exactly in the predetermined position, has a high efficiency and is inexpensive to manufacture.
  • Such a cylinder with mechanical Wegsperrung in the unpressurized state consists essentially and in the usual way of a cylinder tube with an inner cylinder tube, a guide member, a bottom part with an integrated control for the inflow and outflow of a pressure medium, a pierced piston with internal thread, connected to a partially hollow piston rod, a threaded spindle in the interior of the piston rod with an axially displaceable locking disc, which is part of a locking system of two locking elements with a locking spring, and a locking piston and corresponding bearings for the rotating components.
  • the basic idea of the invention is to control the inflow of the pressure medium to the respective working space of the working cylinder by means of prestressed check valves so that this takes place only when the locking system is released, the positive or non-positive coupling of the locking elements is repealed.
  • These are connected in parallel Disconnect valves arranged in the inlet channels whose bias is chosen so that in the respective inlet channel always first the check valve opens to Sperrkolbenraum and certainly only then the parallel shut-off valve, which releases the flow of the pressure medium to the piston chamber.
  • Upon pressurization of the working cylinder is simultaneously a middle slide, which has released the drainage channel from the locking piston chamber in the pressureless state, shifted so that this flow channel is blocked, which builds up in the locking piston space required for unlocking pressure.
  • the fluid flows through the preloaded check valve in the channel to the working space in the cylinder and acts on the piston with the working pressure.
  • a valve with a defined bias is arranged in the drain-oriented channel of the piston chamber, thus opposing the outflow of fluid from this space resistance is, this is throttled.
  • the outflow of fluid from the piston chamber is reduced so much that the fluid flows from the locking piston chamber much faster, the locking system blocks the movement of the piston rod with extremely little delay.
  • the sinking speed of the load and the resulting position change is thereby substantially minimized.
  • Predefined positions can be precisely controlled and occupational safety is improved.
  • the size of the resistor for throttling the flow of fluid out of the piston chamber determines the value of the delay towards the time of blocking the movement of the piston rod.
  • the pressure medium to be guided into the respective piston chamber is guided via the channels in such a way that the space required for the bearing of the spindle, as the drive shaft for moving the piston rod, is not flowed through by the fluid under high pressure, just like the space of locking spring. It is particularly advantageous that the bearings of the rotating threaded spindle are free of pressurized fluid flows, resulting in a higher efficiency and simplified seals in the interior of the working cylinder can be realized. Since the space of the locking spring is also depressurized, further delays in the locking process are avoided.
  • a working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state of Fig. 1 consists essentially and in the usual way of a double cylinder tube with flow grooves, which is formed of an outer cylinder tube 1 and an inner cylinder tube 2, a piston 3 on a partially hollow piston rod 4, a Guide member 5, a bottom part 6 with valves and channels for a fluid as Pressure medium and a device for mechanical blocking in the unpressurized state.
  • This known per se device preferably has a ball screw 7, the nut 8 is positively and positively connected to the piston 3, and the threaded spindle 9 in the region of the bottom part 6 has a spline 10, the axially displaceable form-locking coupled first locking element 11 in Form of a locking disc with a spur gear teeth 12.1 carries that form a positive or non-positive coupling in the pressureless state with a spur gear teeth 12.2 releasably anchored in the bottom second, fixed locking element 13 in the form of a spur gear and lock the rotation of the threaded spindle 8.
  • the threaded spindle 9 of the ball screw 7 is supported by means of radial bearings 14 in a bearing housing 15, wherein the bearing on the bearing housing 15 in dependence of, corresponding to the functional phase of the working cylinder mutually acting forces of a first thrust bearing 16 and a second thrust bearing 17 are added.
  • the first thrust bearing 16 is supported on a secured against displacement on the threaded spindle 9 annular disc 18 with an inner and an outer seal, whereby the sealing of the region of storage is secured.
  • the second thrust bearing 17 also receives the force acting on a locking spring 19 force.
  • the locking spring 19 is received by a spring housing 20, which is formed from opposing spaces in a housing part 21 and the first blocking element 11.
  • the first locking element 11 is also formed in its axial, cylindrical extension as a locking piston 22 which projects into a locking piston space 23.
  • a seal 24 at the largest circumference of the first locking element 11 ensures that no fluid from the locking piston chamber 23 can flow into the spring housing 20.
  • the supply of a pressurized fluid takes place via a first port P and the outflow of the fluid via a second port T in the bottom part 6.
  • the bottom part 6 has all the necessary channels 25 and valves in order to be able to supply the fluid under control to the working chambers and to let them flow out.
  • the fluid flows to a first inlet valve 26, to a pressure chamber of a middle slide 27, which is moved from its spring-held center position, the drained basic position, to the end stop, so that a drain 28 for the fluid the blocking piston chamber 23 is locked and to a first check valve 29 and through this further into the locking piston chamber 23rd
  • the first inlet valve 26 and the first check valve 29 are spring biased, wherein the first inlet valve 26 is biased much higher than the first check valve 29, whereby at subsequent pressure increase, the fluid first flows into the locking piston chamber 23, the locking piston 22 axially displaces in the direction of the guide member and thus the coupling of the first locking element 11 with the fixed locking element 13 by means of the spur toothing 12 (12.1, 12.2) releases.
  • the fluid continues to flow through the first inlet valve 26 via a connection 30 in the threaded spindle 9 in a piston chamber 31.
  • the piston 3 With further increasing pressure of the fluid, the piston 3 is axially displaced in the direction of guide member 5.
  • the threaded spindle 9 rotates with a dependent on the extension speed of the piston rod 4 Speed and with this synchronously all form-fitting coupled parts of the locking system, with the exception of the fixed locking element 13th
  • the extending piston 3 displaces the fluid located in a piston rod chamber 32, which flows through a bore 33, the flow grooves in the double cylinder tube, a circulation channel 34 and a return valve 35 to the second port T and runs.
  • the pressurized fluid is supplied via the second port T and flows to a second shut-off valve 36 to Sperrkolbenraum 23, to a second inlet valve 37 and to the pressure chamber when pressurized via the first port P opposite pressure chamber of the middle slide 27, which is also moved from its spring-held center position, the drainage-oriented basic position, to its other end stop, so that the drain 28 is blocked for the fluid from the locking piston chamber 23.
  • the second check valve 36 and the second inlet valve 37 have in analogy to the first inlet valve 26 and the first check valve 29 different spring preloads, whereby at subsequent pressure increase, the fluid first flows back into the locking piston chamber 23, the locking piston 22 moves axially in the direction of the guide member and thus the coupling of the first locking element 11 with the fixed locking element 13 by means of the spur toothing 12 (12.1; 12.2) releases.

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Abstract

A lock system is comprised of locks (11,13) having teeth that cooperate with a piston (3) through a ball screw drive (7) to supply and discharge fluid. A throttle valve (38) is arranged in a flume for fluid linked to a piston chamber (31). Preloading of the flume affects a piston rod (4) such that fluid is discharged faster from the piston chamber (23) than from the piston chamber (31).

Description

Die Erfindung bezeichnet einen Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung für den Einsatz in hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Mechanismen, deren Bewegung bei Ausfall der Druckenergie durch ein mechanisch wirkendes Sperrsystem im Arbeitszylinder blockiert ist.The invention refers to a working cylinder with mechanical path blocking for use in hydraulically or pneumatically operated mechanisms whose movement is blocked in the absence of pressure energy by a mechanically acting locking system in the working cylinder.

Bekannt sind mechanische Sperrsysteme für Arbeitszylinder, die durch eine form- oder kraftschlüssige Blockierung der Bewegung der Kolbenstange wirken, wobei Systeme mit kraftschlüssiger Blockierung überwiegen. Beispielsweise werden dabei Reibkörper durch Federkräfte auf den inneren oder auch äußeren Mantel der Kolbenstange, oder auch inneren Mantel des Arbeitszylinderrohrs gepresst, um mittels des erzielten Reibschlusses die Bewegung der unter axialer Last stehenden Kolbenstange zu verhindern bzw. zu blockieren.Are known mechanical locking systems for working cylinders, which act by a positive or non-positive blocking the movement of the piston rod, with systems predominate with non-positive locking. For example, while friction body are pressed by spring forces on the inner or outer shell of the piston rod, or inner shell of the working cylinder tube to prevent by means of the achieved frictional engagement, the movement of the piston rod under axial load or block.

Die Druckschrift DE 38 07 669 C2 offenbart einen stufenlos verstellbaren Arbeitszylinder mit einer mechanischen Sperreinrichtung, der in der Lage ist, seine Position unter Last in beliebiger Zwischenstellung zuverlässig zu halten. Erzielt wird diese Wirkung mittels einer hohlen Kolbenstange mit einer Innenprofilierung, in der eine verschiebbare, axial federbelastete Stange mit einem Kugelumlaufkanal mit Kugeln, die in die Profilierung der Kolbenstange eingreifen, angeordnet ist. Die Stange ist mit einem Betätigungskolben in einem Betätigungszylinder verbunden, der die Stange bei Druckbeaufschlagung mit dem Druckmedium des Arbeitszylinders so verschiebt, dass die Kugeln ungehindert umlaufen können und im Falle des Druckabfalls in Sperrstellung gebracht werden, somit die Kolbenstange an der weiteren Bewegung gehindert ist.The publication DE 38 07 669 C2 discloses a continuously variable power cylinder with a mechanical locking device that is able to reliably hold its position under load in any intermediate position. This effect is achieved by means of a hollow piston rod with an inner profiling, in which a displaceable, axially spring-loaded rod with a recirculating ball channel with balls, which engage in the profiling of the piston rod, is arranged. The rod is connected to an actuating piston in an actuating cylinder, which shifts the rod when pressurized with the pressure medium of the working cylinder so that the balls can rotate freely and are brought in the event of pressure drop in the locked position, thus preventing the piston rod from further movement.

Andere bekannte Lösungen zum verhindern von Bewegungen benutzen Klemmköpfe, die auf die Kolbenstange des Arbeitszylinders einwirken.
Beispiele hierfür finden sich in den Druckschriften DE 35 10 643 A1 und DE 38 11 225 C2 .
Es werden danach Klemmköpfe als externe Baueinheiten mit einem Arbeitszylinder gekoppelt, die mittels von Aussen auf angreifendem Klemmelement mit schräger Führungsfläche, das von einem mittels Servokolben verschiebbaren, unter Federvorspannung stehendem Spannelement betätigt wird, die Kolbenstange bei Ausfall des Drucks eines Mediums fixieren.Other known solutions for preventing movement use clamping heads, which act on the piston rod of the working cylinder.
Examples of this can be found in the publications DE 35 10 643 A1 and DE 38 11 225 C2 ,
There are then coupled clamping heads as external units with a working cylinder, which is actuated by means of externally on attacking clamping element with oblique guide surface, which is actuated by a servo piston displaceable by spring biasing clamping element, the piston rod in case of failure of the pressure of a medium.

Eine auf dem gleichen Prinzip beruhende Vorrichtung zur Klemmung einer axial bewegten Stange wird ebenfalls in der Druckschrift DE 37 07 046 A1 offenbart. Hierbei erfolgt die Klemmung mittels einer Klemmhülse mit Aussenkonus, auf den der Innenkonus eines unter Federvorspannung stehenden Kolbens wirkt.A based on the same principle device for clamping an axially moving rod is also in the document DE 37 07 046 A1 disclosed. Here, the clamping takes place by means of a clamping sleeve with outer cone, on which the inner cone of a piston under spring tension acts.

Einen Arbeitszylinder mit hohler Kolbenstange, deren Sperrfläche im Inneren angeordnet ist, wird in der Druckschrift DE 33 07 644 A1 beschrieben. In die hohle Kolbenstange ist eine Vorrichtung zur kraftschlüssigen Klemmung eingebaut, wobei Klemmsegmente mit Reibbelägen an einem Stützrohr durch einen Konus an einer Betätigungsstange, die mit einem Steuerkolben in einem Steuerzylinder verbunden und über eine Feder in die Klemmstellung vorgespannt ist, zur Blockierung gegen die Innenwand der Kolbenstange gepresst werden.A working cylinder with a hollow piston rod, the blocking surface is arranged inside, is in the document DE 33 07 644 A1 described. In the hollow piston rod, a device for frictional clamping is installed, wherein clamping segments with friction linings on a support tube by a cone on an actuating rod which is connected to a control piston in a control cylinder and biased by a spring into the clamping position, for blocking against the inner wall of the Piston rod to be pressed.

In der Druckschrift DE 38 10 183 A1 wird eine Vorrichtung zur Verriegelung einer Kolbenstange einer Kolben-Zylinderanordnung beschrieben, deren Klemmvorrichtung im Kolben angeordnet ist und druckabhängig radial bewegliche innere Scheibensegmente am Kolben entsperrt. Bei anliegendem Druck des Arbeitsmediums ist die freie Bewegung des Kolbens gegeben. Bei Druckausfall werden die Scheibensegmente mittels Federn radial in Richtung der Innenmantelfläche des Zylinderrohrs verschoben und wirken klemmend.In the publication DE 38 10 183 A1 a device for locking a piston rod of a piston-cylinder assembly is described, the clamping device is arranged in the piston and unlocks pressure-dependent radially movable inner disc segments on the piston. With applied pressure of the working medium, the free movement of the Given piston. In case of pressure failure, the disk segments are moved by means of springs radially in the direction of the inner circumferential surface of the cylinder tube and act by clamping.

Ein gattungsgemäßer druckmittelbetriebener Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand wird in EP 1 170 512 B2 offenbart, der ein druckabhängiges Sperrsystem im Bodenteil des Arbeitszylinders aufweist, das im Wesentlichen aus einem Sperrkolben mit Stößeln und zwei Sperrscheiben mit Zahnkränzen besteht, wobei eine Sperrscheibe feststehend ist und die beiden Zahnkränze eine den ersten Zahnkranz hemmende, formschlüssige oder kraftschlüssige Koppelung bilden.
Bei Druckbeaufschlagung des Arbeitszylinders wird zunächst ein Mittelschieber verschoben, der entsprechend seiner Stellung den Weg des Fluids zum zugeordneten Druckraum und gleichzeitig zu einem Sperrkolbenraum freigibt, wodurch die Koppelung der Sperrscheiben, durch den Sperrkolben über die Stößel, aufgehoben wird.
Problematisch ist bei dieser Lösung, dass unter Last, bei Druckausfall das Fluid aus dem Arbeitsraum schneller als aus dem Sperrkolbenraum abströmt. Hierdurch bedingt erfolgt keine sofortige Sperrung der Bewegung der Kolbenstange. Eine exakte Positionierung ist somit ebenfalls nicht gegeben.A generic pressure-medium-operated working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state is in EP 1 170 512 B2 discloses a pressure-dependent locking system in the bottom part of the working cylinder, which consists essentially of a locking piston with plungers and two locking discs with sprockets, wherein a locking disc is fixed and the two sprockets form a first sprocket inhibiting, positive or non-positive coupling.
Upon pressurization of the working cylinder, a middle slide is first moved, which releases according to its position, the path of the fluid to the associated pressure chamber and at the same time to a locking piston space, whereby the coupling of the locking discs, by the locking piston on the plunger, is repealed.
The problem with this solution is that under load, in case of pressure failure, the fluid flows from the working space faster than from the locking piston chamber. As a result, there is no immediate blocking of the movement of the piston rod. An exact positioning is therefore also not given.

Aus der Druckschrift DE 20 2004 009 302 U1 ist ein weiterer gattungsgemäßer Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand bekannt, bei dem der Zustrom des Druckmediums zum jeweiligen Arbeitsraum durch eine rohrförmige Sperrbuchse erfolgt, die den druck- und ablauforientierten Fluidstrom trennt.
Das Druckmedium wird bei dieser Lösung durch den Bereich der axialen und radialen Lagerung der rotierenden inneren hohlen Kolbenstange geführt, wodurch bei den vorhandenen hohen Drücken zusätzliche Widerstände entstehen, die den Wirkungsgrad des rotierenden Systems negativ beeinflussen. Zudem ist die Fertigung der Innenlagerung der Sperrbuchse aufwendig. Im rotierenden System entstehen an deren Stirnflächen erhebliche Reibmomente, die sich auch problematisch auf die Abdichtung auswirken.From the publication DE 20 2004 009 302 U1 is another generic working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state, in which the inflow of the pressure medium to the respective working space is effected by a tubular locking bushing which separates the pressure and drainage-oriented fluid flow.
The pressure medium is guided in this solution through the region of the axial and radial bearing of the rotating inner hollow piston rod, which at the existing high pressures additional resistances arise, the Effectively influence the efficiency of the rotating system. In addition, the production of the inner bearing of the locking bush is expensive. In the rotating system, considerable frictional moments occur at their end faces, which also have a problematic effect on the seal.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand zu entwikkeln, der bei Druckausfall und Ansteuerung einer bestimmten Lage, exakt in der vorgegebenen Position sperrt, eine hohen Wirkungsgrad aufweist sowie günstig herzustellen ist.The object of the invention is to develop a working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state, which blocks in the event of pressure failure and control of a specific position, exactly in the predetermined position, has a high efficiency and is inexpensive to manufacture.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is solved by the features listed in claim 1. Preferred developments emerge from the subclaims.

Ein derartiger Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand besteht im Wesentlichen und in üblicher Weise aus einem Zylinderrohr mit einem Innenzylinderrohr, einem Führungsteil, einem Bodenteil mit einer integrierten Steuerung für den Zu- und Abstrom eines Druckmediums, einem durchbohrten Kolben mit Innengewinde, verbunden mit einer partiell hohlen Kolbenstange, einer Gewindespindel im Inneren der Kolbenstange mit einer axial verschiebbaren Sperrscheibe, die Teil eines Sperrsystems aus zwei Sperrelementen mit einer Sperrfeder ist, sowie einem Sperrkolben als auch entsprechenden Lagerungen für die rotierenden Komponenten.Such a cylinder with mechanical Wegsperrung in the unpressurized state consists essentially and in the usual way of a cylinder tube with an inner cylinder tube, a guide member, a bottom part with an integrated control for the inflow and outflow of a pressure medium, a pierced piston with internal thread, connected to a partially hollow piston rod, a threaded spindle in the interior of the piston rod with an axially displaceable locking disc, which is part of a locking system of two locking elements with a locking spring, and a locking piston and corresponding bearings for the rotating components.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Zustrom des Druckmediums zum jeweiligen Arbeitsraum des Arbeitszylinders mittels vorgespannter Sperrventile so zu steuern, dass dieser erst dann erfolgt, wenn das Sperrsystem freigeschaltet ist, die form- oder kraftschlüssige Koppelung der Sperrelemente aufgehoben ist. Hierzu sind parallel geschaltete Sperrventile in den Zulaufkanälen angeordnet, deren Vorspannung so gewählt ist, dass sich im jeweiligen Zulaufkanal immer zuerst das Sperrventil zum Sperrkolbenraum öffnet und mit Sicherheit erst danach das parallel geschaltete Sperrventil, das den Zustrom des Druckmediums zum Kolbenraum freigibt.
Bei Druckbeaufschlagung des Arbeitszylinders wird gleichzeitig ein Mittelschieber, der im drucklosen Zustand den Ablaufkanal aus dem Sperrkolbenraum freigegeben hat, so verschoben, dass dieser Ablaufkanal gesperrt ist, wodurch sich im Sperrkolbenraum der für das Entsperren erforderliche Druck aufbaut. Nach weiterem Druckaufbau strömt das Fluid durch das vorgespannte Sperrventil im Kanal zum Arbeitsraum in den Zylinder und beaufschlagt den Kolben mit dem Arbeitsdruck.The basic idea of the invention is to control the inflow of the pressure medium to the respective working space of the working cylinder by means of prestressed check valves so that this takes place only when the locking system is released, the positive or non-positive coupling of the locking elements is repealed. These are connected in parallel Disconnect valves arranged in the inlet channels whose bias is chosen so that in the respective inlet channel always first the check valve opens to Sperrkolbenraum and certainly only then the parallel shut-off valve, which releases the flow of the pressure medium to the piston chamber.
Upon pressurization of the working cylinder is simultaneously a middle slide, which has released the drainage channel from the locking piston chamber in the pressureless state, shifted so that this flow channel is blocked, which builds up in the locking piston space required for unlocking pressure. After further pressure buildup, the fluid flows through the preloaded check valve in the channel to the working space in the cylinder and acts on the piston with the working pressure.

Zur Kompensation des Einflusses der von einer Last auf die Kolbenstange eingebrachten Kraft auf die Abströmgeschwindigkeit des Fluids aus dem Sperrkolbenraum, im drucklosen Zustand, ist im ablauforientierten Kanal des Kolbenraums ein Ventil mit definierter Vorspannung angeordnet, womit dem Abströmen des Fluids aus diesem Raum ein Widerstand entgegengesetzt wird, dies gedrosselt erfolgt.
Bei Drucklosschaltung des Arbeitszylinders wird das Abströmen des Fluids aus dem Kolbenraum soweit verringert, dass das Fluid aus dem Sperrkolbenraum wesentlich schneller abströmt, das Sperrsystem mit äußerst geringer Verzögerung die Bewegung der Kolbenstange blockiert.
Die Sinkgeschwindigkeit der Last und die damit erfolgende Positionsänderung wird hierdurch wesentlich minimiert. Vorgegebene Positionen sind exakt ansteuerbar und die Arbeitssicherheit wird verbessert.
Die Größe des Widerstands zur Drosselung des Abströmens des Fluids aus dem Kolbenraum bestimmt den Wert für die Verzögerung gegenüber dem Zeitpunkt der Sperrung der Bewegung der Kolbenstange.
Mittels Wahl der geeigneten Federkraft für die Vorspannung des Ventils kann die Verzögerungszeit zum Sperren in einem weiten Bereich bis auf nahezu Null reduziert werden.
Je größer die Last, somit die auf die Kolbenstange einwirkende Kraft ist, um so größer muss die Federvorspannung des Ventils gewählt werden.To compensate for the influence of the force introduced by a load on the piston rod force on the outflow velocity of the fluid from the Sperrkolbenraum, in the unpressurized state, a valve with a defined bias is arranged in the drain-oriented channel of the piston chamber, thus opposing the outflow of fluid from this space resistance is, this is throttled.
When depressurizing the working cylinder, the outflow of fluid from the piston chamber is reduced so much that the fluid flows from the locking piston chamber much faster, the locking system blocks the movement of the piston rod with extremely little delay.
The sinking speed of the load and the resulting position change is thereby substantially minimized. Predefined positions can be precisely controlled and occupational safety is improved.
The size of the resistor for throttling the flow of fluid out of the piston chamber determines the value of the delay towards the time of blocking the movement of the piston rod.
By selecting the appropriate spring force for the bias of the valve, the delay time to lock in a wide range can be reduced to almost zero.
The larger the load, thus the force acting on the piston rod, the greater the spring preload of the valve must be selected.

Des Weiteren wird das in den jeweiligen Kolbenraum zu leitende Druckmedium über die Kanäle so geführt, dass die für die Lagerung der Spindel, als Antriebswelle zum Bewegen der Kolbenstange, erforderlichen Räume nicht von dem unter hohem Druck stehenden Fluid durchströmt werden, ebenso wie der Raum der Sperrfeder.
Von besonderem Vorteil ist, dass die Lagerungen der rotierenden Gewindespindel frei von druckführenden Fluidströmen sind, wodurch sich ein höherer Wirkungsgrad ergibt und vereinfachte Abdichtungen im Inneren des Arbeitszylinders realisierbar sind.
Da der Raum der Sperrfeder ebenfalls drucklos ist, werden weitere Verzögerungen beim Sperrvorgang vermieden.Furthermore, the pressure medium to be guided into the respective piston chamber is guided via the channels in such a way that the space required for the bearing of the spindle, as the drive shaft for moving the piston rod, is not flowed through by the fluid under high pressure, just like the space of locking spring.
It is particularly advantageous that the bearings of the rotating threaded spindle are free of pressurized fluid flows, resulting in a higher efficiency and simplified seals in the interior of the working cylinder can be realized.
Since the space of the locking spring is also depressurized, further delays in the locking process are avoided.

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
Fig. 1 als Halbschnitt des Arbeitszylinders mit Darstellung der Ansteuerung
näher erläutert.The invention will be described as an embodiment of hand
Fig. 1 as a half section of the working cylinder with representation of the control
explained in more detail.

Ein Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand nach Fig. 1 besteht im Wesentlichen und in üblicher Weise aus einem Doppelzylinderrohr mit Strömungsnuten, das aus einem äußeren Zylinderrohr 1 und einem inneren Zylinderrohr 2 gebildet ist, einem Kolben 3 an einer partiell hohlen Kolbenstange 4, einem Führungsteil 5, einem Bodenteil 6 mit Ventilen und Kanälen für ein Fluid als Druckmedium sowie einer Einrichtung zur mechanischen Sperrung im drucklosen Zustand. Diese an sich bekannte Einrichtung weist vorzugsweise einen Kugelgewindetrieb 7 auf, dessen Mutter 8 kraft- und formschlüssig mit dem Kolben 3 verbunden ist, und dessen Gewindespindel 9 im Bereich des Bodenteils 6 eine Keilverzahnung 10 aufweist, die ein axial verschiebbares formschlüssig gekoppeltes erstes Sperrelement 11 in Form einer Sperrscheibe mit einer Stirnverzahnung 12.1 trägt, das im drucklosen Zustand mit einer Stirnverzahnung 12.2 eines im Bodenteil lösbar verankerten zweiten, feststehenden Sperrelements 13 in Form eines stirnverzahnten Kreisrings eine form- oder kraftschlüssige Koppelung bilden und so die Rotation der Gewindespindel 8 blokkieren.
Die Gewindespindel 9 des Kugelgewindetriebs 7 ist mittels Radiallagern 14 in einem Lagergehäuse 15 gelagert, wobei die auf das Lagergehäuse 15 in Abhängigkeit der, entsprechend der Funktionsphase des Arbeitszylinders, wechselseitig einwirkenden Kräfte von einem ersten Axiallager 16 und einem zweiten Axiallager 17 aufgenommen werden.
Das erste Axiallager 16 stützt sich auf einer gegen Verschiebung auf der Gewindespindel 9 gesicherten Kreisringscheibe 18 mit einer Innen- und einer Außendichtung ab, womit die Abdichtung des Bereichs der Lagerung gesichert ist.
Das zweite Axiallager 17 nimmt auch die von einer Sperrfeder 19 einwirkende Kraft auf. Die Sperrfeder 19 ist von einem Federgehäuse 20 aufgenommen, das aus sich gegenüberliegenden Räumen in einem Gehäuseteil 21 und im ersten Sperrelement 11 gebildet wird.
Das erste Sperrelement 11 ist in seiner axialen, zylindrischen Verlängerung zudem als Sperrkolben 22 ausgebildet, der in einen Sperrkolbenraum 23 ragt.A working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state of Fig. 1 consists essentially and in the usual way of a double cylinder tube with flow grooves, which is formed of an outer cylinder tube 1 and an inner cylinder tube 2, a piston 3 on a partially hollow piston rod 4, a Guide member 5, a bottom part 6 with valves and channels for a fluid as Pressure medium and a device for mechanical blocking in the unpressurized state. This known per se device preferably has a ball screw 7, the nut 8 is positively and positively connected to the piston 3, and the threaded spindle 9 in the region of the bottom part 6 has a spline 10, the axially displaceable form-locking coupled first locking element 11 in Form of a locking disc with a spur gear teeth 12.1 carries that form a positive or non-positive coupling in the pressureless state with a spur gear teeth 12.2 releasably anchored in the bottom second, fixed locking element 13 in the form of a spur gear and lock the rotation of the threaded spindle 8.
The threaded spindle 9 of the ball screw 7 is supported by means of radial bearings 14 in a bearing housing 15, wherein the bearing on the bearing housing 15 in dependence of, corresponding to the functional phase of the working cylinder mutually acting forces of a first thrust bearing 16 and a second thrust bearing 17 are added.
The first thrust bearing 16 is supported on a secured against displacement on the threaded spindle 9 annular disc 18 with an inner and an outer seal, whereby the sealing of the region of storage is secured.
The second thrust bearing 17 also receives the force acting on a locking spring 19 force. The locking spring 19 is received by a spring housing 20, which is formed from opposing spaces in a housing part 21 and the first blocking element 11.
The first locking element 11 is also formed in its axial, cylindrical extension as a locking piston 22 which projects into a locking piston space 23.

Eine Dichtung 24 am größten Umfang des ersten Sperrelements 11 gewährleistet, dass kein Fluid aus dem Sperrkolbenraum 23 in das Federgehäuse 20 fließen kann.
Die Zuführung eines unter Druck stehenden Fluids erfolgt über einen ersten Anschluss P und der Abfluss des Fluids über einen zweiten Anschluss T im Bodenteil 6.A seal 24 at the largest circumference of the first locking element 11 ensures that no fluid from the locking piston chamber 23 can flow into the spring housing 20.
The supply of a pressurized fluid takes place via a first port P and the outflow of the fluid via a second port T in the bottom part 6.

Das Bodenteil 6 weist alle erforderlichen Kanäle 25 sowie Ventile auf, um das Fluid gesteuert den Arbeitsräumen zuführen zu können und abströmen zu lassen.The bottom part 6 has all the necessary channels 25 and valves in order to be able to supply the fluid under control to the working chambers and to let them flow out.

Bei Druckbeaufschlagung des ersten Anschlusses P strömt das Fluid zu einem ersten Zulaufventil 26, zu einem Druckraum eines Mittelschiebers 27, der aus seiner über Federn gehaltenen Mittelstellung, der ablauforienten Grundstellung, bis zu dessen Endanschlag verschoben wird, so dass ein Ablauf 28 für das Fluid aus dem Sperrkolbenraum 23 gesperrt ist und zu einem ersten Sperrventil 29 sowie durch dieses weiter in den Sperrkolbenraum 23.
Das erste Zulaufventil 26 und das erste Sperrventil 29 stehen unter Federvorspannung, wobei das erste Zulaufventil 26 wesentlich höher vorgespannt ist als das erste Sperrventil 29, wodurch bei nachfolgendem Druckanstieg das Fluid zunächst in den Sperrkolbenraum 23 strömt, den Sperrkolben 22 axial in Richtung des Führungsteils verschiebt und somit die Koppelung des ersten Sperrelements 11 mit dem feststehenden Sperrelement 13 mittels deren Stirnverzahnung 12 (12.1; 12.2) freigibt. Nach weiterem Druckanstieg und nach der Überwindung der Vorspannung, strömt das Fluid weiter durch das erste Zulaufventil 26 über eine Verbindung 30 in der Gewindespindel 9 in einen Kolbenraum 31. Mit weiter steigenden Druck des Fluids wird der Kolben 3 axial in Richtung Führungsteil 5 verschoben. Über die Wirkverbindung des Kugelgewindetriebs 7 rotiert die Gewindespindel 9 mit einer von der Ausfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange 4 abhängenden Drehzahl und mit dieser synchron alle formschlüssig gekoppelten Teile des Sperrsystems, mit Ausnahme des feststehenden Sperrelements 13.
Der ausfahrende Kolben 3 verdrängt das in einem Kolbenstangenraum 32 befindliche Fluid, das über eine Bohrung 33, die Strömungsnuten im Doppelzylinderrohr, einen Umlaufkanal 34 und ein Rücklaufventil 35 zum zweiten Anschluss T fließt und abläuft.
Für die gegenläufige Bewegung, zum Einfahren der Kolbenstange 4 wird das unter Druck stehende Fluid über den zweiten Anschluss T zugeführt und strömt zu einem zweiten Sperrventil 36 zum Sperrkolbenraum 23, zu einem zweiten Zulaufventil 37 und zu dem, dem Druckraum bei Druckbeaufschlagung über den ersten Anschluss P gegenüberliegenden Druckraum des Mittelschiebers 27, der auch hier aus seiner über Federn gehaltenen Mittelstellung, der ablauforienten Grundstellung, bis zu dessen anderen Endanschlag verschoben wird, so dass der Ablauf 28 für das Fluid aus dem Sperrkolbenraum 23 gesperrt ist. Das zweite Sperrventil 36 und das zweite Zulaufventil 37 weisen in Analogie zum ersten Zulaufventil 26 und dem ersten Sperrventil 29 unterschiedliche Federvorspannungen auf, wodurch bei nachfolgendem Druckanstieg das Fluid zunächst wieder in den Sperrkolbenraum 23 strömt, den Sperrkolben 22 axial in Richtung des Führungsteils verschiebt und somit die Koppelung des ersten Sperrelements 11 mit dem feststehenden Sperrelement 13 mittels deren Stirnverzahnung 12 (12.1; 12.2) freigibt. Wiederum mit Sicherheit, erst nach weiterem Druckanstieg, nach Überwindung dessen Vorspannung, strömt das Fluid weiter durch das zweite Zulaufventil 37, den Umlaufkanal 34, die Strömungsnuten im Doppelzylinderrohr und durch die Bohrung 33 in den Kolbenstangenraum 32.
Der Kolben 3 wird durch den Druck des Fluids axial in Richtung Bodenteil 6 verschoben, die Kolbenstange 4 wird eingefahren und das Fluid aus dem Kolbenraum 31 über ein vorgespanntes Drosselventil 38 zum ersten Anschlusses P verdrängt, wo es ablaufen kann.
Mittels der, in Abhängigkeit von der auf die Kolbenstange 4 einwirkenden Kraft, gewählten Vorspannung des Drosselventils 38 wird sicher gestellt, dass bei Drucklosschaltung des Arbeitszylinders und auch im Havariefall, bei Ausfall des Drucks, das Fluid aus dem Sperrkolbenraum 23 über den Ablauf 28, den Mittelschieber 27 und einem jeweils zugeordneten Mittelschieberventil 39 zu einem der Anschlüsse P; T wesentlich schneller abströmt als aus dem Kolbenraum 31, wodurch eine sichere und lagegenaue Sperrung, somit auch Positionierung garantiert ist.When pressure is applied to the first port P, the fluid flows to a first inlet valve 26, to a pressure chamber of a middle slide 27, which is moved from its spring-held center position, the drained basic position, to the end stop, so that a drain 28 for the fluid the blocking piston chamber 23 is locked and to a first check valve 29 and through this further into the locking piston chamber 23rd
The first inlet valve 26 and the first check valve 29 are spring biased, wherein the first inlet valve 26 is biased much higher than the first check valve 29, whereby at subsequent pressure increase, the fluid first flows into the locking piston chamber 23, the locking piston 22 axially displaces in the direction of the guide member and thus the coupling of the first locking element 11 with the fixed locking element 13 by means of the spur toothing 12 (12.1, 12.2) releases. After further increase in pressure and after overcoming the bias, the fluid continues to flow through the first inlet valve 26 via a connection 30 in the threaded spindle 9 in a piston chamber 31. With further increasing pressure of the fluid, the piston 3 is axially displaced in the direction of guide member 5. About the operative connection of the ball screw 7, the threaded spindle 9 rotates with a dependent on the extension speed of the piston rod 4 Speed and with this synchronously all form-fitting coupled parts of the locking system, with the exception of the fixed locking element 13th
The extending piston 3 displaces the fluid located in a piston rod chamber 32, which flows through a bore 33, the flow grooves in the double cylinder tube, a circulation channel 34 and a return valve 35 to the second port T and runs.
For the opposite movement, for retraction of the piston rod 4, the pressurized fluid is supplied via the second port T and flows to a second shut-off valve 36 to Sperrkolbenraum 23, to a second inlet valve 37 and to the pressure chamber when pressurized via the first port P opposite pressure chamber of the middle slide 27, which is also moved from its spring-held center position, the drainage-oriented basic position, to its other end stop, so that the drain 28 is blocked for the fluid from the locking piston chamber 23. The second check valve 36 and the second inlet valve 37 have in analogy to the first inlet valve 26 and the first check valve 29 different spring preloads, whereby at subsequent pressure increase, the fluid first flows back into the locking piston chamber 23, the locking piston 22 moves axially in the direction of the guide member and thus the coupling of the first locking element 11 with the fixed locking element 13 by means of the spur toothing 12 (12.1; 12.2) releases. Again, with certainty, only after further pressure increase, after overcoming its bias, the fluid flows through the second inlet valve 37, the circulation channel 34, the flow grooves in the double cylinder tube and through the bore 33 in the piston rod chamber 32nd
The piston 3 is displaced by the pressure of the fluid axially towards the bottom part 6, the piston rod 4 is retracted and the fluid from the piston chamber 31 via a biased Throttle valve 38 displaced to the first port P, where it can drain.
By means of, in response to the force acting on the piston rod 4, selected bias of the throttle valve 38 is ensured that at Drucklosschaltung the working cylinder and in case of failure, in case of failure of the pressure, the fluid from the locking piston chamber 23 via the drain 28, the Middle slide 27 and a respective associated middle slide valve 39 to one of the ports P; T flows much faster than from the piston chamber 31, whereby a secure and positionally accurate blocking, thus positioning is guaranteed.

Verwendete BezugszeichenUsed reference signs

11
äußeres Zylinderrohrouter cylinder tube
22
inneres Zylinderrohrinner cylinder tube
33
Kolbenpiston
44
Kolbenstangepiston rod
55
Führungsteilguide part
66
Bodenteilthe bottom part
77
KugelgewindetriebBall Screw
88th
Muttermother
99
Gewindespindelscrew
1010
Keilverzahnungspline
1111
erstes Sperrelementfirst blocking element
1212
Stirnverzahnung (12.1; 12.2)Spur toothing (12.1, 12.2)
1313
feststehendes Sperrelementfixed blocking element
1414
Radiallagerradial bearings
1515
Lagergehäusebearing housing
1616
erstes Axiallagerfirst thrust bearing
1717
zweites Axiallagersecond thrust bearing
1818
Kreisringscheibe mit Innen- und AußendichtungAnnular ring with inner and outer seal
1919
Sperrfederlocking spring
2020
Federgehäusespring housing
2121
Gehäuseteilhousing part
2222
Sperrkolbenblocking piston
2323
SperrkolbenraumLocking piston chamber
2424
Dichtungpoetry
2525
Kanälechannels
PP
erster Anschlussfirst connection
TT
zweiter Anschlusssecond connection
2626
erstes Zulaufventilfirst inlet valve
2727
Mittelschiebermeans slide
2828
Ablaufprocedure
2929
erstes Sperrventilfirst shut-off valve
3030
Verbindungconnection
3131
Kolbenraumpiston chamber
3232
KolbenstangenraumPiston rod space
3333
Bohrungdrilling
3434
Umlaufkanalcirculation channel
3535
RücklaufventilReturn valve
3636
zweites Sperrventilsecond shut-off valve
3737
zweites Zulaufventilsecond inlet valve
3838
Drosselventilthrottle valve
3939
MittelschieberventilMeans slide valve

Claims (5)

Druckmittelbetriebener Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand, der ein druckabhängiges Sperrsystem mit zwei Sperrelementen mit Zahnkränzen aufweist, wobei ein Sperrelement feststehend ist und die beiden Zahnkränze eine den ersten Zahnkranz hemmende, formschlüssige oder kraftschlüssige Koppelung bilden, die über einen Kugelgewindetrieb mit einem Kolben an einer Kolbenstange zusammenwirken sowie alle erforderlichen Kanäle für die Zuführung und den Ablauf eines Fluids sowie Ventile zur Steuerung dessen im Bodenteil angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass im Ablaufkanal für ein Fluid aus einem Kolbenraum (31) ein vorgespanntes Drosselventil (38) angeordnet ist, dessen Vorspannung in Abhängigkeit von der auf eine Kolbenstange (4) einwirkenden Kraft so groß gewählt wird, dass das Fluid aus einem Sperrkolbenraum (23) des Sperrsystems wesentlich schneller abströmt als aus dem Kolbenraum (31).Druckmittelbetriebener working cylinder with mechanical Wegsperrung in the unpressurized state, having a pressure-dependent locking system with two locking elements with sprockets, wherein a locking element is fixed and the two sprockets form a first sprocket inhibiting, positive or non-positive coupling, via a ball screw with a piston on a Cooperate piston rod and all the necessary channels for the supply and the flow of a fluid and valves for controlling the arranged in the bottom part, characterized
that a pretensioned throttle valve (38) is arranged in the flow channel for a fluid from a piston chamber (31) whose bias voltage applied as a function of a piston rod (4) force is selected such that the fluid consists of a locking piston chamber (23) of the Locking system flows much faster than from the piston chamber (31). Druckmittelbetriebener Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass Lagerungen (14; 16; 17) einer rotierenden Gewindespindel (9) sowie ein Federgehäuse (20) mit einer Sperrfeder (19) frei von druckführenden Fluidströmen sind.Pressure-medium-operated working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurised state according to claim 1, characterized
in that bearings (14; 16; 17) of a rotating threaded spindle (9) and a spring housing (20) with a locking spring (19) are free from pressurized fluid flows. Druckmittelbetriebener Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Abdichtung der Lagerungen (14; 16; 17) gegen den Kolbenraum (31) eine Kreisringscheibe (18) mit einer Innen- und einer Außendichtung auf der Gewindespindel (9) und zur Abdichtung des Federgehäuses (20) mit der Sperrfeder (19) am größten Umfang des ersten Sperrelements (11) eine Dichtung (24) angeordnet ist.Pressure-medium-operated working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state according to claim 1 and 2, characterized
in that for sealing the bearings (14; 16; 17) against the piston chamber (31) an annular disc (18) with an inner and an outer seal on the threaded spindle (9) and for sealing the spring housing (20) with the locking spring (19) on the largest circumference of the first locking element (11) a seal (24) is arranged. Druckmittelbetriebener Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Sperrelement (11) in der axialen zylindrischen Verlängerung als Sperrkolben (22) ausgebildet ist.Pressure-medium-operated working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurised state according to one of claims 1 to 3, characterized
in that the first blocking element (11) in the axial cylindrical extension is designed as a blocking piston (22). Druckmittelbetriebener Arbeitszylinder mit mechanischer Wegsperrung im drucklosen Zustand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite, feststehende Sperrelement (13) in Form eines stirnverzahnten Kreisrings ausgebildet ist.Pressure-medium-operated working cylinder with mechanical path blocking in the unpressurized state according to one of claims 1 to 4, characterized
in that the second, fixed blocking element (13) is designed in the form of an end-toothed circular ring.
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