DE102005015059A1

DE102005015059A1 - Verriegelbarer Arbeitszylinder

Info

Publication number: DE102005015059A1
Application number: DE102005015059A
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl.-Ing. Tretsch (FH)
Original assignee: Aros Hydraulik GmbH
Current assignee: Aros Hydraulik GmbH
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-05
Also published as: PL1864024T3; ATE412121T1; DE502006001896D1; JP2008534874A; EP1864024A1; WO2006103031A1; PT1864024E; US20080190282A1; ES2316057T3; CN101151467A; EP1864024B1

Abstract

Bei einem verriegelbaren Arbeitszylinder mit einem Gehäuse (1) und einem darin in einem Hauptdruckraum (36) bewegbaren Kolben (14), von dem aus ein Kolbenstangenrohr (13) aus dem Druckraum (36) führt, dreht in dem Kolben (14) bzw. dem Kolbenstangenrohr (13) eine Spindel (20), der eine Einrichtung zum Anhalten der Drehbewegung zugeordnet ist. Die Spindel (20) bzw. eine dieser aufgesetzten Drehhülse (22) soll einen radial angeordneten Druckraum (31.1, 31.2) aufweisen, in den ein radial führbarer Sperrbolzen (33) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen verriegelbaren Arbeitszylinder mit einem Gehäuse und einem darin in einem Hauptdruckraum bewegbaren Kolben, von dem aus ein Kolbenstangenrohr aus dem Hauptdruckraum führt, wobei in dem Kolben bzw. dem Kolbenstangenrohr eine Spindel dreht, welcher eine Einrichtung zum Anhalten der Drehbewegung zugeordnet ist.

Derartige Arbeitszylinder sind in vielfältiger Form und Ausführung bekannt und auf dem Markt. Beispielsweise wird in der DE 41 41 460 C2 ein druckmittelbetriebener Arbeitszylinder gezeigt, bei dem eine drehbare Spindel in ein Kolbenstangenrohr eingreift. Wird der entsprechende Kolben, der dem Kolbenstangenrohr zugeordnet ist, unter Druck gesetzt, dreht auch die Spindel, sodass das Kolbenstangenrohr sich axial bewegen kann.

Bei all diesen Arbeitszylindern stellt sich das Problem, dass, sollte der Druck in dem eigentlichen Hauptdruckraum, in dem der Kolben mit Druck beaufschlagt wird, zusammenbrechen, beispielsweise durch Brechen der Dichtmanschette, der Kolben unter dem Druck der Last oder auch unter einem Zug selbstständig in Bewegung gesetzt wird, wobei die Spindel mit ihrem Aussengewinde das Innengewinde des Kolbenstangenrohres abläuft.

Um diese selbstständige Bewegung der Kolbenstange zu unterbinden, sind entsprechende Brems- oder Verriegelungseinheiten vorgesehen. So wird beispielsweise in der DE 297 20 838 U1 eine Bremsfläche vorgeschlagen, die gegen einen Bremskegel drückt, sodass hierdurch die Spindeldrehung abgebremst wird. Eine derartige Bremseinrichtung ist zum Abbremsen grösserer Lasten, die auf den Arbeitszylinder einwirken, nicht geeignet. Ferner kann hierdurch die Spindeldrehung nicht schlagartig beendet werden.

Auch aus der DE 202 16 197 ist eine Verriegelungseinheit bekannt, die eine funktionssichere, feinstufige und zuverlässig verriegelbare Bauteileanordnung bildet. Dabei ist eine die Drehbewegung der Gewindespindel mittels eines axial verschiebbaren Verbindungsgliedes und eines drehfesten Gegengliedes bremsende Verriegelungseinheit vorgesehen, wobei das mittels einer Druckfeder in Verbindungsstellung gehaltene Verbindungsglied durch einen entgegen der Federwirkung verlagerbaren Schubkörper entriegelbar ist. Das Verbindungsglied ist als ein mit der Druckfeder auf einem Tragansatzteil der Gewindespindel axial verschiebbaren Rastkolben ausgebildet, an dessen zum stirnseitigen Ende des Zylinderbodens gerichteter Stirnseite eine kreisringförmig verlaufende und an einer bodenseitigen Gegenverzahnung einrastbares Verzahnungsprofil vorgesehen ist. Koaxial zu diesem ist der auf dem Tragansatzteil verschiebbare Rastkolben mittels eines zentralen Stützlagers drehbar auf den Schubkörper abgestimmt. Diese Verriegelung ist problematisch, da zum einen eine stirnseitige Verriegelung sich im Laufe der Zeit abschleifen kann. Zum Andern ist der Zusammenhalt der stirnwärtigen Verzahnung von der Druckmittelbeaufschlagung abhängig, die, beispielsweise wenn Leckagen auftreten, leicht versagen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Arbeitszylinder der oben genannten Art zu schaffen, bei dem bei Aufheben des Druckes in dem Hauptdruckraum es zu einer sehr raschen und sicheren Verriegelung des Kolbens bzw. des Kolbenstangenrohres bzw. der Spindel kommt.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der Aufgabe führt, dass die Spindel bzw. eine dieser aufgesetzten Drehhülse einen radial angeordneten Druckraum aufweist, in den ein radial führbarer Sperrbolzen eingreift.

Durch diesen radial führbaren Sperrbolzen wird gewährleistet, dass, sofern er in den Druckraum einfährt, eine sichere Verriegelung der Spindel stattfindet. Hierdurch wird auch der Kolben und auch das Kolbenstangenrohr festgelegt. Eine weitere Drehbewegung ist erst möglich, wenn der Sperrbolzen aus seiner Rastlage entfernt wird.

Wenn im Folgendem nur von Spindel gesprochen wird, so umfasst dies auch eine auf die Spindel aufgesetzte Drehhülse, die der besseren Montage bzw. Lagerung der Spindel dient.

Für die Bewegung des Sperrbolzen in und aus Rastlage sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. In einem Ausführungsbeispiel steht der Druckraum unter dem Druck eines Druckmittels, welches den Sperrbolzen aus dem Druckraum drückt. Hierdurch wird die Spindel frei und kann drehen.

Andererseits des Druckraumes könnte dem Sperrbolzen ein Kraftspeicher, wie beispielsweise eine Schraubenfeder, zugeordnet sein. Wird in diesem Fall der Druck in dem Druckraum aufgehoben, kann der Sperrbolzen unter dem Druck der Druckfeder in diesen Druckraum einfahren und die Spindel verriegeln.

Denkbar ist auch, zusammen mit einer Schraubenfeder oder auch ohne die Schraubenfeder den Sperrbolzen andererseits des Druckraumes unter den Druck eines hydraulischen oder pneumatischen Mediums zu setzten, sodass, gesteuert durch eine entsprechende elektronische Steuerung, Druck aufgebaut und der Sperrbolzen in dem Druckraum verlagert werden kann. Hier sind viele Möglichkeiten denkbar und sollen von der Erfindung umfasst sein.

Bevorzugt wird jedoch, dass insgesamt um das Spindelende herum ein topfförmiger Verriegelungsdruckraum eingerichtet wird, von dem dann der Druckraum, der den Sperrbolzen aufnimmt, abzweigt. Von diesem topfförmigen Verriegelungsdruckraum gelangt ein Druckmedium in den Druckraum, da dort der Sperrbolzen mit Spiel geführt ist. Wenn der Boden des Raumes trichterförmig ausgebildet ist, so kann das Druckmedium vor den Sperrbolzen gelangen und diesen aus dem Druckraum schieben. Die trichterförmige Ausbildung muss aber nicht sein.

Vor allem die letztgenannte Anordnung ist dann wünschenswert, wenn mehrere Druckräume radial verteilt um die Spindel bzw. das Spindelende vorgesehen sind. Diese radiale Verteilung bewirkt, dass der Sperrbolzen eine Vielzahl von erwünschten Möglichkeiten hat, um in den nächstfolgenden Druckraum einzufahren. Hierdurch wird die unerwünschte Drehung der Spindel, welche beispielsweise auf eine Leckage im System folgt, auf ein Minimum reduziert.

Noch besser ist es, wenn mehr als ein Sperrbolzen vorgesehen ist, da dann die Festlegung der Spindel stabilisiert wird. Ferner ist es möglich, den Abstand zwischen zwei Sperrbolzen ungleich dem Abstand zwischen zwei Druckräumen auszulegen, sodass die Teilung für die Verriegelung nochmals reduziert wird.

Das bedeutet, dass die Drehung der Spindel auf ein Minimum herabgesetzt wird.

An der Spindel oder der oben erwähnten Drehhülse sollte bevorzugt ein Ringkragen vorgesehen werden, welcher sich gegen zumindest ein Nadellager abstützt. Dieses Nadellager nimmt die axial wirkenden Kräfte auf, wobei bevorzugt eine Spindelendfläche noch einen geringfügigen Abstand von einem Sacklochboden eines sie umgehenden Sackloches einhält.

In einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel ist das gesamte Druckmittelsystem miteinander gekoppelt. Das heisst vor allem, dass die Druckmittelzufuhr zur Bewegung des eigentlichen Kolbens gekoppelt ist mit der Druckmittelzufuhr zu dem oben erwähnten Verriegelungsdruckraum für den Sperrbolzen. Die Druckmittelzufuhr zu dem Verriegelungsdruckraum und dem Hauptdruckraum erfolgt jedoch gesteuert. Dabei ist von Bedeutung, dass der Verriegelungsdruckraum von dem Hauptdruckraum durch eine entsprechende Dichtung getrennt ist. Die Druckmittelzufuhr zu dem Hauptdruckraum ist so ausgelegt, dass erst die Druckmittelzufuhr zu dem Verriegelungsdruckraum einen vorbestimmten Wert, beispielsweise von 15 bis 25 bar erreicht, der genügt, dass der Sperrbolzen aus dem Druckraum herausgedrückt wird, bevor der Kolben in dem Hauptdruckraum mit Druck beaufschlagt wird. Das heisst, die Spindel wird erst entsichert, bevor sie axial in dem Arbeitszylinder bewegt wird. Somit übernimmt der Sperrbolzen eine zweite, mechanische Sicherung, während die erste Sicherung durch zumindest ein Lasthalteventil hydraulisch erfolgt. Dieses Lasthalteventil ist in dem Druckmittelsystem so angeordnet, dass es eine auf die Kolbenstange bzw. den Kolben einwirkende Kraft halten kann, sobald die Druckmittelzufuhr, beispielsweise das Hydraulikaggregat, abgeschaltet ist. Erst wenn diese erste Sicherung nicht mehr funktioniert, beispielsweise bei einem schadhaften Lasthalteventil oder bei einer Leckage im System, tritt die zweite, mechanische Sicherung in Kraft, da in diesem Fall die Spindel dreht und der Sperrbolzen unter dem Druck der ihn abstützenden Schraubenfeder in den Druckraum einfährt.

Der vorliegende Arbeitszylinder ist vor allem für grosse Last gedacht. Der Anwendungsbereich ist äusserst vielfältig. Er geht von beispielsweise Doppelstock – Autotransporter, bei dem einzelne Etagen gegeneinander abgestützt werden, bis zu Hydraulikpressen oder auch Vorrichtungen zur Stellung von Schalungen im Bauwesen. Dies sind nur einige wenige Anwendungsbeispiele, die Erfindung ist darauf natürlich nicht beschränkt.

Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Arbeitszylinder;

2 eine Frontansicht des Arbeitszylinders gemäss 1;

3 einen Querschnitt durch den Arbeitszylinder gemäss Linie III-III in 2.

Ein erfindungsgemässer Arbeitszylinder P weist gemäss 1 ein Gehäuse 1 auf, auf welches ein Verteilerblock 2 für Druckmedien aufgesetzt ist. Rechtsseitig ist dem Gehäuse 1 eine Lasche 3 mit einem Auge 4 zum Einhängen in einen nicht näher gezeigten Haken od. dgl. angeformt. Das Auge 4 sitzt in einem Drehring 5, wobei dieser zur Lasche 3 hin einen Ringraum 6 ausbildet, der über ein Schmiermittel 7 mit einem Schmierstoff gefüllt werden kann.
An die Lasche 3 schliesst ein unteres Gehäuseteil 8 an, dem ein Gehäusemittelteil 9 aufgeschoben ist. Dieses geht wiederum in ein Zylinderrohr 10 über, in dessen Öffnung 11 eine Führungshülse 12 eingesetzt ist. Die Führungshülse 12 umschliesst ein Kolbenstangenrohr 13, welches in einen Kolben 14 eingeschraubt ist. Der Kolben 14 ist im Inneren des Zylinderrohres 10 geführt und stützt sich gegen dieses Zylinderohr 10 mittels einem Dichtring 15 ab.
In ein offenes Ende des Kolbenstangenrohres 13 ist ein Gewindestück 16 eingeschraubt, welches einstückig in eine weitere Lasche 17 mit einem Anschlussauge 18 für beispielsweise einen Last- oder Karabinerhaken übergeht.
Das Kolbenstangenrohr 13 ist zumindest zum grossen Teil mit einem nicht näher gezeigten Innengewinde versehen, in welchem eine Spindel 20 mit einem entsprechenden Aussengewinde dreht. Diese Spindel 20 durchsetzt auch den Kolben 14 und sitzt mit einem Spindelfuss 21 in einer Drehhülse 22, die von dem Gehäusemittelteil 9 und dem unteren Gehäuseteil 8 aufgenommen ist. Hierzu bildet das untere Gehäuseteil 8 ein Sackloch 23 aus, in welchem die Drehhülse 22 beabstandet aufgenommen ist. Dabei hält die Drehhülse 22 mit einer Stirnfläche 24 von einem Sacklochboden 25 einen geringfügigen Abstand ein.
Ferner greift die Drehhülse 22 mit einem Ringkragen 26 in einen Ringraum 27 ein, der zwischen dem Gehäusemittelteil 9 und dem unteren Gehäuseteil 8 ausgebildet ist. In diesem Ringraum 27 stützt sich der Ringkragen 26 beidseitig jeweils über ein Nadellager 29 bzw. 30 gegen entsprechende, von den Gehäuseteilen ausgebildete Schulter- bzw. Stirnflächen ab.
In die Drehhülse 22 sind nahe der Stirnfläche 24 zumindest zwei Druckräume 31.1 und 31.2 eingeformt, die jeweils mit einem trichterförmigen Boden 32 versehen sind. In dem Druckraum 31.1 sitzt ein Sperrbolzen 33, der anderseits von einer Schraubenfeder 34 beaufschlagt ist.
Da die Drehhülse 22 einen geringfügigen Abstand zu dem Sackloch 23 einhält und ebenso auch die Stirnfläche 24 zu dem Sacklochboden 25, bilden diese Räume zusammen einen topfförmigen Verriegelungsdruckraum 38. Dieser Verriegelungsdruckraum 38 ist durch eine Ringdichtung 40, welche nach dem Nadellager 29 zwischen Drehhülse 22 und Gehäusemittelteil 9 angeordnet ist, von dem Hauptdruckraum 36 getrennt.
Die Funktionsweise des erfindungsgemässen Arbeitszylinders ist folgende:
Über eine nicht näher gezeigte Druckleitung wird Druckmedium durch den Verteilerblock 2 dem Verriegelungsdruckraum 38 zugeführt. Da der Sperrbolzen 33 in dem Druckraum 31.1 mit Spiel geführt ist, gelangt dieses Druckmedium vor den Sperrbolzen 33 in den Trichterboden 23 und drückt den Sperrbolzen 33 gegen die Kraft der Schraubenfeder 34 aus dem Druckraum 31.1. Dadurch kann die Drehhülse 22 frei in dem Sackloch 23 drehen, wobei die Drehung durch die Nadellager 29 und 30 unterstützt wird.
Sobald der Druck in dem Verriegelungsraum 38 einen bestimmten Wert, beispielsweise 20 bar, erreicht hat, bei dem gewährleistet ist, dass der Sperrbolzen 33 aus dem Druckraum 31.1 gedrückt ist, gelangt Druckmedium auch hinter den Kolben 14. Dieser wird nach links verschoben, sodass ein Druckraum 36 vor dem Kolben 14 verkleinert wird. Das Volumen an Druckmedium aus diesem Druckraum 36 gelangt durch eine Rückführleitung 37 zurück zu beispielsweise einem Druckmediumspeicher.
Eine Steigung des nicht gezeigten Innengewindes in dem Kolbenstangenrohr 13 und des nicht gezeigten Aussengewindes auf der Spindel 20 ist so gewählt, dass bei einem Verschieben des Kolbenstangenrohres 13 unter dem Druck des Kolbens 14 nach links die Spindel 20 in Drehbewegung versetzt wird.
Während der Zufuhr von Druckmedium hinter dem Kolben 14 ist das Hydrauliksystem so gesteuert, dass in dem Verriegelungsdruckraum 38 immer ein um 15 bis 25 bar höherer Druck herrscht, als in dem Hauptdruckraum 36. Dadurch wird gewährleistet, dass der Sperrbolzen 33 in seiner zurückgedrückten Lage bleibt.
Hat nun das Kolbenstangenrohr 13 seine gewünschte Endlage erreicht, fördert das Hydraulikaggregat kein weiteres Druckmedium, weder zu dem Hauptdruckraum 36 noch zu dem Verriegelungsdruckraum 38. Das bedeutet, dass beide Druckräume drucklos sind. Aus dem Druckraum hinter dem Kolben 14 kann jedoch auch kein Druckmittel zurückfliessen, da dies durch ein Lasthalteventil 35 verhindert wird. Dieses Lasthalteventil ist die erste Sicherung des erfindungsgemässen verriegelbaren Arbeitszylinders. Die zweite Sicherung wird durch den Sperrbolzen 33 übernommen. Dieser liegt, da der Verriegelungsdruckraum 38 drucklos ist, dem Umfang der Drehhülse 22 an.
Sollte, aus welchen Gründen auch immer, eine Drehung der Spindel 20 erfolgen, beispielsweise infolge einer Leckage des Hauptdruckraumes 36 oder einer Fehlfunktion des Lasthalteventils 35, wird der Sperrbolzen 33, der radial unter dem Druck der Schraubenfeder 34 gegen die Drehhülse 22 gedrückt ist, in einen entsprechenden Druckraum 31.1 bzw. 31.2 eingedrückt, sobald die Drehung der Drehhülse 22 diesen Druckraum 31.1 in den Bereich des Sperrbolzens 33 dreht. Hierdurch wird eine weitere Drehung der Spindel 20 unterbunden, sodass auch das Kolbenstangenrohr 13 in seiner Lage verharren muss. Eine Lösung dieser Arretierung kann erst dann wieder erfolgen, wenn Druckmittel in den Verriegelungsdruckraum 38 einströmt und der Sperrbolzen 33 aus seiner Rastlage in dem Druckraum 31.1 geschoben wird.
Bezugszeichenliste

Claims

Verriegelbarer Arbeitszylinder mit einem Gehäuse (1) und einem darin in einem Hauptdruckraum (36) bewegbaren Kolben (14), von dem aus ein Kolbenstangenrohr (13) aus dem Hauptdruckraum (36) führt, wobei in dem Kolben (14) bzw. dem Kolbenstangenrohr (13) eine Spindel (20) dreht, welcher eine Einrichtung zum Anhalten der Drehbewegung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) bzw. eine dieser aufgesetzten Drehhülse (22) einen radial angeordneten Druckraum (31.1, 31.2) aufweist, in den ein radial führbarer Sperrbolzen (33) eingreift.
Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrbolzen (33) von einem Kraftspeicher (34) andererseits des Druckraumes (31.1) mit Druck beaufschlagt ist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher eine Schraubenfeder (34) ist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher eine hydraulische oder pneumatische Druckquelle ist, die in einen Druckraum hinter dem Sperrbolzen einmündet.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrbolzen (33) in dem Druckraum (31.1) mit Spiel geführt ist.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (31.1, 31.2) einen Trichterboden (32) aufweist.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Druckräume (31.1, 31.2) radial um die Spindel (20) bzw. um die Drehhülse (22) verteilt und mit einem Anschluss an eine Druckquelle verbunden sind.
Arbeitszylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Sperrbolzen (33) radial führbar vorgesehen ist.
Arbeitszylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen zwei Sperrbolzen ungleich dem Abstand zwischen zwei Druckräumen ist.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) bzw. die Drehhülse (22) einen Ringkragen (26) ausbildet, welcher sich zumindest fern dem Kolben (14) gegen ein Lager, insbesondere Nadellager (30) abstützt.
Arbeitszylinder nach wenigsten einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (20) bzw. die Drehhülse (22) in einem Sackloch (23) in dem Gehäuse (1) dreht und von einem Sacklochboden (25) einen Abstand einhält.
Arbeitszylinder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sackloch (23) gegen die Spindel (20) bzw. die Drehhülse (22) hin ein Verriegelungsdruckraum (38) ausgebildet ist.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ar sprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (31.1) bzw. der Verriegelungsdruckraum (38) vor dem Sperrbolzen (33) und der Druckraum vor dem Kolben (14) mit derselben Druckquelle in Verbindung stehen.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (31.1, 31.2) von dem Hauptdruckraum (36) vor dem Kolben (14) durch eine Dichtung (40) getrennt ist
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptdruckraum (36) vor und/oder nach dem Kolben (14) über ein Lasthalteventil (35) abgesichert ist.
Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (31.1, 31.2) mit einem höheren Druck beaufschlagbar ist, als der Hauptdruckraum (36).
Arbeitszylinder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptdruckraum (36) erst mit Druck beaufschlagbar ist, wenn der Druck in den Druckraum (31.1, 31.2) einen vorbestimmten Wert erreicht hat.