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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenzylinderanordnung mit
einer Verriegelungsvorrichtung.
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Derartige
Kolbenzylinderanordnungen mit einer Verriegelungsvorrichtung finden
insbesondere Anwendung im Bereich von Spritzgießwerkzeugen. Spritzgießwerkzeuge
sind auch solche, die mit sogenannten "Schiebern" (Schieberwerkzeuge) versehen sind.
Die Schieber werden hierbei mittels hydraulischer Kolbenzylinderanordnungen
in das Werkzeug herein- und aus diesen herausgefahren. Da die Spritzgießwerkzeuge
Drücken
von bis zu 1000 bar ausgesetzt sind, ist es erforderlich, dass die
Schieber auch entsprechende Drücke
aushalten. Das heißt insbesondere,
dass die Schieber selbst unter Drücken von 1000 bar innerhalb
des Werkzeuges im eingefahrenen Zustand ihre Stellung nicht verändern dürfen. Bewegen
sich die Schieber auch nur um wenige zehntel Millimeter, so entstehen
im Spritzgießteil an
der Stelle, an der der Schieber in das Werkzeug eingeschoben wurde,
Erhebungen oder Wölbungen am
Werkstück.
Um die Entstehungen solcher Wölbungen
und Vertiefungen zu vermeiden wird nach dem Einfahren des Schiebers
mit Hilfe eines hydraulisch betriebenen Kolbenzylinderantriebes
der Schieber mechanisch durch Verriegelungen blockiert. In diesem
Zusammenhang ist bereits bekannt, in der Kolbenstange eine Nut vorzusehen,
in die ein Ring einspringt, der dann schlussendlich die Verriegelung vornimmt.
Problematisch hierbei ist, dass die Verriegelung nicht spielfrei
erfolgt.
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Aus
dem Gebrauchsmuster
G 88 03 529 ist des
Weiteren ein Druckmittelzylinder mit Verriegelungsvorrichtung bekannt,
bei dem die Verriegelung zwischen Zylinder und Kolbenstange über ein
Riegelglied in Form einer federbelasteten Kugel erfolgt. Die Kugel
erfährt
in ihrer Verriegelungsstellung eine punkt- oder linienförmige Belastung,
die schlussendlich zu einer Verformung zum einen an der Kugel und zum
anderen aber auch an der Kante der Nutwandung führt, in der die Kugel geführt ist.
Das heißt, auch
diese Verriegelungsvorrichtung einer Kolbenzylinderanordnung arbeitet
zumindest auf Dauer nicht spielfrei.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Kolbenzylinderanordnung
mit einer Verriegelungsvorrichtung bereitzustellen, bei der sichergestellt
ist, dass bei ausgefahrener Kolbenstange die Verriegelung dauerhaft
derart spielfrei erfolgt, dass die Kolbenstange tatsächlich unter
Druck nicht mehr zurückweicht.
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Eine
Kolbenzylinderanordnung mit einer Verriegelungsvorrichtung, die
diese Aufgabe erfüllt, zeichnet
sich dadurch aus, dass der Zylinder eine im Zylinder angeordnete
axial verschiebliche Spreizhülse
aufweist sowie mehrere konzentrisch um die Mittellängsachse
der Kolbenstange angeordnete Spreizbacken, wobei durch die Spreizhülse die Spreizbacken
bei ausgefahrener Kolbenstange in Eingriff mit der Kolbenstange
bringbar sind. Durch die aktive Spreizung der mehreren Spreizbacken
mit dem Ziel der Verriegelung der Kolbenstange relativ zum Zylinder
wird erreicht, dass die aufzunehmende hohe Stützkraft auf die einzelnen Spreizbacken
verteilt wird mit der Folge, dass die Spreizbacken eine geringere
Druckkraft erfahren, was eine geringere elastische Verformung der
Backen zur Folge hat, mithin die Gefahr des sogenannten "Setzens" nicht besteht, mithin
eine spielfreie Endlagenverriegelung dauerhaft bewirkt wird.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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So
ist insbesondere vorgesehen, dass die Kolbenstange einen Absatz
als Anlage für
die Spreizglieder aufweist, wobei hieraus deutlich wird, dass die
Spreizglieder einzeln mit diesem Absatz der Kolbenstange stützend zusammenwirken.
In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass der Absatz,
der vorzugsweise durch einen mit der Kolbenstange verbundenen Kolbenarm
gebildet wird, zur Mittellängsachse
der Kolbenstange konisch zulaufend ausgebildet ist. Die Spreizbacke
selbst, die ein Kopfteil und ein Fußteil aufweist, ist im Bereich des
Kopfteils derart ausgebildet, dass der Hinterkopf des Spreizbackenkopfteils
eine Schräge
korrespondierend zu der Schräge
des umlaufenden Absatzes der Kolbenstange aufweist. Das heißt, dass der
Hinterkopf des Spreizbackenkopfes räumlich gewölbt ausgebildet ist, wodurch
sich ergibt, dass die Spreizbacken über eine relativ große Fläche an dem
Absatz der Kolbenstange anliegen, mithin eine verhältnismäßig geringere
Flächenpressung
zu vermelden ist, als dies beispielsweise beim Stand der Technik
der Fall ist, wenn dort die Blockierung mittels einer Kugel erfolgt,
die zudem noch an einer Kante anliegt.
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Des
Weiteren ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Spreizhülse durch
den Druck des Mediums, also z. B. hydraulisch oder pneumatisch axial
verschieblich in dem Zylinder gelagert ist. Zur Betätigung der
Spreizbacken durch die Spreizhülse
besitzt die Spreizhülse
umfangsverteilt entsprechend der Anzahl der Spreizbacken mehrere
Nocken, wobei nach einer Ausführungsform
die Nocken allerdings auch als Nockenring ausgebildet sein können.
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In
diesem Zusammenhang hat sich als insbesondere vorteilhaft herausgestellt,
dass das Spreizbackenkopfteil stirnseitig eine Auflaufschräge für den entsprechenden
Nocken oder den Nockenring aufweist, wobei vorteilhaft der Nocken
oder der Nockenring einen korrespondierend zu der Auflaufschräge ausgebildeten
Einlaufkonus besitzt, der vorzugsweise einen Winkel von ca. 2° Grad, also
einen kleinen Winkel, aufweist. Insbesondere durch die Kombination
der Auflaufschräge
mit dem Einlaufkonus wird erreicht, dass die Endlagenverriegelung spielfrei
ausgestaltet ist. Denn durch die Schrägen zwischen Nocken bzw. Nockenring
und Spreizbackenkopfteil lässt
sich ein fertigungstechnisch bedingtes Spiel problemlos ausgleichen.
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Zur
Abstützung
der Spreizbacken an dem Zylinder ist eine sogenannte Ringstütze vorgesehen, die
im Zylinderinneren angeordnet ist, und an der sich die Spreizbacken
fußseitig
aufstützen.
Auch hier ist vorgesehen, dass sowohl die Ringstütze als auch die Spreizbacken
fußseitig
korrespondierend zueinander ausgebildete Stützkonusse aufweisen, also jeweils
mit einer Schräge
versehen sind, um zu bewirken, dass bei verschwenkten Spreizbacken
diese mit ihren Füßen jeweils
vollflächig
an der Ringstütze
aufliegen.
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Zur
Steuerung der Bewegung der Spreizhülse und des Kolbens ist ein
erstes hydraulisch oder pneumatisch betätigbares Schaltventil vorgesehen, wobei
dieses erste Schaltventil die Funktion der Steuerung der Ausrückbewegung
der Spreizhülse und
des Kolbens übernimmt.
Zur Steuerung der Einzugsbewegung des Kolbens und der Rückstellbewegung
der Spreizhülse
ist ein zweites Schaltventil vorgesehen; beide Schaltventile werden
getrennt angesteuert.
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.
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1 zeigt
eine Seitenansicht der Kolbenzylinderanordnung;
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2 zeigt
einen Schnitt gemäß der Linie II-II
aus 1 im eingerückten
Zustand der Spreizbacken;
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3 zeigt
einen Schnitt gemäß der Linie III-III
aus 1 im ausgerückten
Zustand der Spreizbacken;
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4 zeigt
einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV
aus 3;
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5–9 zeigen
schematisch die unterschiedlichen Stellungen des Kolbens und der
Spreizbacken im eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand.
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Gemäß 1 ist
die Kolbenzylinderanordnung insgesamt mit 1 bezeichnet.
Die Kolbenzylinderanordnung umfasst den Zylinder 2 und
die insgesamt mit 10 bezeichnete Kolbenstange. Die Kolbenstange
ist relativ zum Zylinder 2 axial beweglich.
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Nachfolgend
wird nunmehr zunächst
die Ausbildung der Kolbenzylinderanordnung gemäß 2 und 3 betrachtet.
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Wie
bereits ausgeführt,
besitzt der Zylinder das Bezugszeichen 2. In dem Zylinder
befindet sich die insgesamt mit 10 bezeichnete Kolbenstange,
wobei die Kolbenstange 10 den Kolben 11 aufweist.
Die Kolbenstange 10 ist u. a. geführt durch die mit 15 bezeichnete
Ringstütze.
Die Ringstütze
ist radial umgeben durch die axial bewegliche Spreizhülse 20,
wobei die Spreizhülse 20 durch
den Nockenring 21 mit den mit 30 bezeichneten
Spreizbacken derart zusammenwirkt, dass durch den Nockenring er
Spreizhülse die
Spreizbacken auseinandergefahren (gespreizt) oder zusammengefahren
werden. Im Bereich der Spreizbacken besitzt die Kolbenstange 10 einen
Kolbenarm 12, wobei sich im Übergang zwischen der Kolbenstange 10 und
dem Kolbenarm 12 ein konisch auf die Mittellängsachse
der Kolbenstange zulaufender Absatz 13 befindet.
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Die
Ausbildung der Spreizbacken 30 stellt sich wie folgt dar:
Jeder der kranzförmig
um die Kolbenstange gruppierten Spreizbacken 30 weist ein Kopfteil 31 und
ein Fußteil 32 auf.
Das Fußteil 32 besitzt
eine Schräge
oder einen Stützkonus 32a,
wobei die Schräge
oder der Stützkonus
derart ausgebildet ist, dass dieser mit der Schräge oder dem Stützkonus 15a der
Ringstütze 15 korrespondiert,
d. h., dass bei gespreizten Spreizbacken das Fußteil 32 mit seiner entsprechenden
Schräge 32a an
der Schräge 15a der
Ringstütze 15 vollflächig anliegt.
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Die
Ausbildung des Kopfteiles des Spreizbackens 30 umfasst
einen Hinterkopf 33 und ein stirnseitiges Ende 34.
Der Hinterkopf besitzt im Querschnitt eine Abschrägung, die
zur Schräge
des Absatzes 13 korrespondiert, so dass beide Teile im
verriegelten Zustand vollflächig
aneinander anliegen. Bereits an anderer Stelle wurde der Nockenring 21 die
Spreizhülse 20 erwähnt, der
mit der Stirnseite 34 der Spreizbacke 30 zusammenwirkt.
Die Stirnseite 34 ist als Auflaufschräge ausgebildet, wobei der Nockenring 21 im
gespreizten Zustand der Spreizbacken gemäß 3 auf dieser
Schräge
der Stirnseite 34 vollflächig anliegt. Wesentlich hierbei
ist, dass auch der Nockenring 21 bzw. die einzelnen Nocken korrespondierend
zu der Auflaufschräge
der Stirnseite 34 einen Einlaufkonus 21a aufweisen,
also ebenfalls eine Schräge.
Einlaufkonus 21a und Auflaufschräge besitzen einen Winkel von
lediglich etwa 2° bis
3°. Der
Winkel ist also sehr klein. Insbesondere die Kombination der Schräge der Stirnseite 34 mit dem
Einlaufkonus 21 bewirkt, dass sich im gespreizten Zustand
der Spreizbacken 30 und deren Anlage an dem Absatz 13 mit
dem Hinterkopf 33 eine spielfreie Anlage ergibt.
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Darüber hinaus
ergeben sich aus den 2 und 3 ein erstes
Schaltventil 50 und ein zweites Schaltventil 60.
Das Schaltventil 50 sorgt schlussendlich für die Verschiebung
der Spreizhülse 20 und des
Kolbens 11 in Richtung des Pfeils 70 bzw. 75. Hierzu
ist ein Einlass 40 für
ein Druckmedium (z. B. Öl)
vorgesehen, der sich aufspaltet in einen Durchlass 41 und
einen weiteren Durchlass 42. Im Durchlass 41 befindet
sich dieses besagte Schaltventil 50. In dem in 2 dargestellten
Zustand wird durch das Schaltventil 50 der Durchlass 41 gesperrt.
Der Durchlass 41 ragt in den Raum des Zylinders 2 auf
der Rückseite
der Spreizhülse 20a.
Der Durchlass 42 endet im Raum hinter dem Kolben 11.
Die Betätigung des
Schaltventils 50 erfolgt durch den Kolben 11 und zwar
in dem Moment, wo der Kolben 11 in Richtung des Pfeils 75 bewegt
wird und dabei in Kontakt mit dem Schaltnocken 51 des Schaltventils 50 gelangt. Wird
der Schaltnocken 51 in Richtung des Pfeils 55 verschoben,
so wird der Durchlass 41 geöffnet.
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Betrachtet
man nunmehr das zweite Schaltventil 60 gemäß 3,
so erkennt man eine Öffnung 45 wiederum
für ein
Medium, insbesondere ein hydraulisches Medium, das sich wiederum
in zwei Durchlässe 46 und 47 aufteilt.
Der Durchlass 46 geht hierbei auf die Vorderseite 20b der
Spreizhülse
und versucht die Spreizhülse
in Richtung des Pfeils 70a zu verschieben (3).
Der andere Durchlass 47, in dessen Weg das mit 60 bezeichnete
zweite Schaltventil sitzt, endet im Raum vor dem Kolben 11.
Das Schaltventil 60, das in 3 in Schließstellung
dargestellt ist, besitzt den Schaltkolben 61, der durch
die Spreizhülse 20 betätigbar ist,
wenn die Spreizhülse 20 den
Kolben in Richtung des Pfeils 65 verschiebt.
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Für die Erklärung der
Funktionsweise wird nun auf die 2 und 3 sowie
die 5 bis 9 verwiesen, wobei die 5 bis 9 lediglich die
Bewegung von Kolben, Kolbenstange, Spreizhülse und Spreizbacken verdeutlichen
sollen. Betrachtet man den Ausgangszustand gemäß 2, so ergibt sich
für die
Funktionsweise Folgendes: Wird über den
Einlass 40 das System mit einem Druckmedium, z. B. Öl, beaufschlagt,
dann wird zunächst
die Rückseite
des Kolbens 11 durch den Durchlass 42 mit Druck
beaufschlagt. Das heißt,
der Kolben wandert in Richtung des Pfeils 75. Der Durchlass 41 ist
durch das Schaltventil 50 gesperrt. In dem Moment, wo der Kolben 11 den
Schaltnocken 51 erfasst, und diesen in Richtung des Pfeils 55 drückt, wird
der Durchlass 41 geöffnet.
Der Kolben 11 hat in diesem Moment seine Endstellung erreicht.
Ist der Durchlass 41 geöffnet,
wird auf die Rückseite 20a der
Spreizhülse 20 ein
Druck ausgeübt.
Dies mit der Folge, dass die Spreizhülse in Richtung des Pfeils 70 wandert.
Hierbei wird durch den Nockenring 21 die Verschwenkung
der Spreizbacken 30 in Richtung der Pfeile 35 bewirkt,
wie sich dies aus 3 ergibt. Die Spreizbacken 30 liegen
mit ihrem Hinterkopf 33 in diesem Moment an dem Absatz 13 des
Kolbenarmes 12 der Kolbenstange 10 an. Wird nun
nach dem Ausfahren des Kolbens 11 bzw. der Kolbenstange 10 und
nach Einschwenken der Spreizbacken 30 in die Stellung gemäß 3 die
Kolbenstange belastet, so ist sichergestellt, dass die Kolbenstange bei
Belastung nicht nachgibt. Dies deshalb, weil zum einen das Fußteil 32 vollflächig an
der Schräge 15a der
Ringstütze
anliegt und zum anderen, weil die Anlage des Hinterkopfes 33 des
Kopfteiles 31 des Spreizbackens 30 spielfrei an
dem Absatz 13 erfolgt und auch insbesondere der Nockenring 21 mit
seinem Einlaufkonus 21a spielfrei mit der Stirnseite 34 und
der stirnseitigen Schräge
des Kopfteils der jeweiligen Spreizbacken zusammenwirkt.
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Soll
nun die Kolbenstange 10 mit dem Kolbenarm 12 wieder
eingefahren werden, so ist hierfür verantwortlich
das Schaltventil 60 (3). Wird durch
die Öffnung 45 beispielsweise
ein Hydraulikmedium (z. B. Öl)
eingeführt,
dann wird, da der Durchlass 47 und das Schaltventil 60 geschlossen ist,
zunächst
die Vorderseite 20b der Spreizhülse 20 durch den Durchlass 46 mit
Druck beaufschlagt. Das heißt,
die Spreizhülse 20 wandert
in diesem Fall in Richtung des Pfeils 70a. Die Spreizbacken 30 werden
hierbei durch den Nockenring 21 in ihre Ausgangslage gemäß 2 überführt. die
Spreizhülse stößt dann
im Bereich ihrer Endlage auf den Schaltkolben 61 und verschiebt
diesen in Richtung des Pfeils 65. Hierbei wird der Durchlass 47 geöffnet mit der
Folge, dass auf der Vorderseite des Kolbens 11 Druck aufgebaut
wird, der bewirkt, dass der Kolben und mithin auch die Kolbenstange
in die Ausgangslage gemäß 2 gelangen.