DE1576097A1

DE1576097A1 - Mechanische Kolbensperre

Info

Publication number: DE1576097A1
Application number: DE19651576097
Authority: DE
Inventors: Siegfried Haenchen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-04-24
Filing date: 1965-04-24
Publication date: 1969-10-16
Also published as: CH453084A; GB1142814A; US3470793A; DE1576097B2

Description

Dipl.-ing, WILFRID RAECK PATENTANWALT 1 5 7 6 O 9

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE β · TELEFON (0711) 244003

P 15 ?6 097.1

:8. Oktober 1968 - H 41 -

Siegfried Hänchen, 7304 Ruit, Brunnwiesenstr. j5

Mechanische Kolbensner're

Die Erfindung betrifft eine mechanische Verriegelung für einen Hydrozylinder, mit einer zwischen Kolbenstange und Zylinder radial wirksamen Spreizvorrichtung, bestehend aus einem spreizbaren Innen-Konusteil sowie einem Außen-Konusteil, die in unverriegeltem Zustand auf der Kolbenstange relativ zueinander beweglich sind.

Eine mechanische Verriegelung zwischen Kolben oder Kolbenstange und Zylinder ist notwendig, damit eine vom Hydrozylinder angehobene Last nicht infolge von Undichtigkeiten unbeabsichtigt absinken kann. Dies trifft auch für den Anmeldungsgegenstand zu, mit dem eine mechanische Verriegelung geschaffen werden soll, die durch hydraulischen Druck betätigt wird und nach der Betätigung mechanisch wirksam bleibt, unabhängig davon, ob der Verriegelungsdruck aufrechterhalten

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wird oder nicht, Mit dem Amieldungsgegenstand soll es demnach möglich sein, die Kolbenstange mit der daran hängenden oder darauf drückenden Last beliebig weit auszufahren und in einer bestimmbaren Hubstellung die Verriegelung mit einer ebenfalls bestimmbaren Verriegelungskraft einsetzen zu lassen, worauf man das System seiner mechanischen Verriegelung überläßt und den hydraulischen Druck abschaltet»

Beim Verfahren einer Last, z,B» eines Werkzeugmaschinentisches mittels eines HydroZylinders ist eine bestimmte Kraft notwendig, die durch den Druck der lumpe aufgebracht v.ird. Für diesen Vorgang wird jedoch nicht aer Maximaldruck der Pumpe erforderlich, sondern nur ein Bruchteil davon» Wenn der Tisch oder der Kolbenhub seine Endlage erreicht, steigt der hydraulische Druck bis zu dem durch das Überdruckventil des Systems eingestellten Maximalwert an» Voraussetzung für die Wirkungsweise des Anmeldungsgegenstandes ist dieser Unterschied zwischen dem Lastbewegungsdruck und dem Maxircialdruck des Systems; mit diesem Druckunterschied wird die mechanische Verriegelung durchgeführt»

Damit die 7erriegelung beim Anmeldungsgegenstand nicht schon aufgrund eines sehr geringen Überdruckes ücer den Last.-ewegungsdruck einsetzt, kann die zum Aufweiten der Spreizbüchse erforderliche Kraft entsprechend hoch gewählt werden. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß die der Verriegelung axial entgegenwirkende Federkraft z#3» durch ein Tellerfederpaket aufgebracht wird, welches zwischen der Spreizbüchse und dem zugeordneten Gegenkonus angeordnet ist»

Bei einem aus der französischen Patentschrift 1 ^73 484 oekannten Verriegelungsmechanismus handelt es sich um eine reine Sicherheitsverriegelung, die nur dann zur Wirkung kommt, v.enn der Druck auf beiden Seiten des Kolbens vollständig zusammenbricht, jedoch die Last W vorhanden bleibt. Die Sperrwirkung ist darüber hinaus nur dann gewährleistet, wenn die Richtung der Last nicht verändert wird» Beim Anmeldungsgegenstand Kann

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demgegenüber dureh Einsteilung am Sicherheitsventil des Systems die /errjegelur-gskraft beliebig hoch gemacht werden« Die Haltekraft dieser Verriegelung wirkt nach ueiden Richtungen und blei pt unter jeden Last;:ustand gewahrt, d»h. die Last kann auf Null rurückgelien und nach beiden Richtungen pulsieren.

Der An.neldungsgegenstand ist beispielsweise zur Verriegelung von Schiff ssehotten verwen-.e", worden« In diesem Fall wird der Kolben, nach den er den Riegelbolzen in seine Schließstellung getriebe hat, verriegelt, worauf man den Druck abschaltet. Der aus der französischen Patentschrift bekannte Mechanismus ist für einen solchen Zweck nicht geeignet, da an den zu betätigenden Riegel dauernd eine Gegenkraft vorhanden bleiben müßte, der die mechanische Sperre in Wirkung h'llo. Wenn der betätigte Riegel längere Zeit, beispielsweise einige Tage stehen bleibt, treten erfahrungsgemäß Verklemmungen auf, die bei der Entriegelung der erfindunprsgemäß vorgeschlagenen Anordnung leicht beseitigt v«erden, indem man zur Entriegelung einen entsprechenden Druck aufgibt» 3ei dem bekannten Mechanismus müßte dieser Druck um ein Mehrfaches höher sein, da mn Verfahren der Kolbenstange auf der gegenüberliegenden Seite ues Kolbens ein erheblicher Gegendruck vorhanden sein muß.

Das grundsätzliche Merkmal des Anmeldungsgegenstandes besteht also darin, daß der Kolben unbehindert verfahren werden kann, solange keine Verriegelung durchgeführt worden ist. Bei dem bekannten Mechanismus ist der Normalzustand die Verriegelung, und diese muß bei jedem Verfahren des Kolbens durch Druck und Gegendruck in Lose-Stellung gehalten v/erden. Daraus ergibt sieh, daß ein erheblicher Aufwand an Steuermitteln notwendig ist· Darüber hinaus wird beim Anmeldungsgegenstand der gesamte Umfang des Spreizkonus zur Verriegelung erfaßt und gepreßt, während bei der Entgegenhaltung nur bestimmte Bereiche des Urnfanges ausgenutzt sind«

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Bei allen bekannten, stufenlos sperrbaren Vorrichtungen bewirkt eine Federkraft das Einsetzen der Sperre, und das Lösen erfolgt mit einer vom Druckmittel erzeugten Gegenkraft. Dieses Prinzip hat den grundsätzlichen Nachteil, daß ein Last-Absinken in ZwI-schenste1lungeη auftreten kann.

Bei der vorliegenden Erfindung entfallen die vorgenannten Nachteile, Die Erfindung beruht darauf, daß die in Ruhe gelöste, mechanische Kolbensperre erst mit einem bestimmten über den eigentlichen Lastdruck hinaus ansteigenden Überdruck zur Wirkung gebracht wird, - z.B. bei Anschlag der Last - durch Selbsthemmung in beiden Hubrichtungen erhalten bleibt und die Sperrung erst durch hydraulischen Druck in entgegengesetzter Richtung durch Aufhebung der Selbsthemmung gelöst wird. Dadurch ergibt sich das wesentliche Merkmal, daß die mechanische Sperrkraft mit dem in jeder Hydrolage vorhandenen Druckbegrenzungsventil einstellbar ist, in beiden Richtungen wirkt, unabhängig vom hydraulischen Druck, also auch von schleichenden oder plötzlichen Druckmittelverlusten, erhalten bleibt und gleichmäßig undkonzentrisch wirkt, wodurch keine Beeinträchtigung der Laufund Dichtflächen auftreten kann. Zudem 1st keine zusätzliche Ventilsteuerung und nur ein relativ geringer Bauaufwand erforderlich«

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von drei im Teilschnitt gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert. Gleichwirkende Bauelemente sind in sämtlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen·

Nach Fig. 1 stützt sich auf der Kolbenstange 1 in einer Nut 4 der radial gerichtete Abschnitt einer Spreizbüchse 9 ab, die einen Innenkonus 11 aufweist und an ihrer Außenwandung gegebenenfalls mit einem Reibbelag 10 versehen ist. Zwischen der Spreizbüchse 9 und einem Kolbenstangenanschlag 15 ist ein Ringkolben mit Außenkonus 12 und Dichtungen 14 auf der Kolbenstange 1 axial

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verschiebbar angeordnete Eine Pecier 17 drückt den R'ngkolben IJ von der Sprei/1 üchse 9 wer;. Anstelle oder zusätzlich zur Feder kann gleichnrißiF; die konzentrische Federung der Spreizbüchse 9 wirken.

Wird aer Zylinder 2 über die "jffnung Io be au foe hl aft, ao wird die Kolbenstange 1 aus dem Zylinder geschoben· Diese Verschiebung dauert so larvae an, als der au Γ die Ringi*l^:iche des Koltens wirkende hydraulische Druck kleiner als die Sumr.e uer entgegenwirkenden Kräfte, nämlich Federkraft I7, axial wirkende Komponente der Spreizbüchse 9 und die bei einer Verschiebung des Kolbens auftretenden Reibungskräfte ist» Wird uie Lantkrai't, gegen welche die Kolbenstange 1 arbeitet, beispielsweise «_.ur-cii einen äußeren Anschlag, so groß, daß sich aufgrund der- in vier rechten Zylinderseite wirkenden hydraulischen Druckes nicht rne:.r aie Kolbenstange 1, sondern nur noch der Koluen 13 bewegen kann, dann erfolgt die mechanische Verriegelung durch Spreizen des Konus 11« Bei zweckmäßiger Wahl von Konuswinkel und -Reibwert tritt zwischen den konischen Flächen 11, 12 der Spreizhülse 9 ozw. des Kolbens Selbsthemmung auf. Infolgedessen wirKt die Sperre in beiden Hubrichtungen des Zylinders r:iit der gleichen Kraft, sofern beiderseits des Ringkolbens I3 der hydraulische Druck beseitigt wird.

Zwecle einfacherer Bauweise kann auf die Peeler 1"» die sich aus mehreren Tellerfedern zusammensetzen.<ann,verzichtet werden, wenn die axial wirkende Komponente der Spreiznülse 9 entsprechend groß gewählt wird. Die einzelnen durch axial verlaufende Schlitze voneinander getrennten Abschnitte der Spreizhülse würden in diesem B'all an ihren Enden leicht radial einwärts bezüglich ihrer Ansatzstellen geneigt sein und/oder der Konuswinkel 11 wäre entsprechend zu verändern»

Bei einer nicht In den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform könnten Federmittel so angeordnet und ausgelegt sein, daß .der Kolben IJ nach Überwindung einer anfänglichen definierten Federkraft danach in seiner weiteren Relativbewegung bezüglich

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der Kolbenstange frei 1st und mit ^er gesamten Kraft die Spreizhülse zum Klemmen bringt. Dies wäre z,E. mittels unter r-aaial wirkender federkraft stehenden RastKureln .-r-'^lich. Auf diese Weise läßt sich die /er riege lungs- oder Klemrnkraft /er^r"»ern, insbesondere dann, wenn auch die Avialriorni onente .er Krait aer federnden Spreizhülse 9 gering gemacht wird· Fas Lösen der Verriegelung erfolgt sinngemäß dadurch, ia£ «:.er die l^riTnun& J5 des Zylinders 2 Druck aufgebracht vvira, 'ier sich lurch aie Schlitze der Spreizbüchse 9 fortsetzt und auf aie andere äeite des Koloens 13 einwirkt.

Unter bestimmten Bedingungen kann es zv;ec;<mä..3ig sein, die Κοί-.βη-stange nur in ihrer einen Bewegungsrichtung zu verriegeln. !«'ige 2 zeigt eine dementsprechend ausgelegte Konstruktion. Auf der Kolbenstange 1 ist ein Kolben 5 fest angeordnet und mittels einer Dichtung 6 gegenüber der Zylinderwand abgedichtet. Ir; Gegensatz zum Beispiel nach Fig. 1 ist die Srreizbicnse 9 hier axial verschiebbar. Stößt die Koloenstange 1 oder die von ihr δ\χ bewegende Last ε η einen äußeren Anschlag an, oder wird diese äußere Last größer als die Kraft der Feder 17 (und üer gegebenenfalls aus der Spreizhülse her wirkende Axialkomronente), so schiebt der Kolben Γ3 die Feder 17 und damit die Hülse 9 an den Kolben ^ heran und bewirkt das Aufweiten der Spreizhülse die Verriegelung. Bei Selbsthemmung aufgrund geeigneter Wahl des Kor.uswinkels 11, 12 kann sich bei vorhandener Verriegelung die Kolbenstange um die Länge zwischen dem rechten Ende des Kolbens Ij, und dem Endanschlag 15 hin-und herbewegen·

Um die Verriegelung unabhängig von der Größe einer äußeren an der Kolbenstange angreifenden Last oder einem Anschlag in Tätigkeit zu setzen, Kann gemäß der Erfindung nach Fig» 2 mit Üblichen dem Fachmann bekannten Mitteln die ölsäule an der Stelle j5 blokkiert und der Öldurchlaß 7 im Kolben 5 so gesteuert werden, daß er zum Zweck des Verriegeins gesperrt und zum Lösen der Verriegelung geöffnet wird· Die beliebig verwendbaren Steuermittel für

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den üldjrchlaß "( sind durch das Bezugszeichen 8 angedeutet. Ein derartiges ^Steuermittel dünnte ein von auiBen elektrisch oe^Ktirbares Sperrventil sein.

Rein Ausf'ihrungsbe !spiel nach Pi;;. 3 r;ina zwischen zwei Anschlägen -"la und 15 auf eier Kolbenstange 1 zwei Ringkolben 5 und 13 verschiebbar ;-e;"".hi*t. Weitere konstruktive Unterschiede gegen'-^er den Ausf "ihr-un.^sneispielen nach Fig« I und 2 bestehen insofern, als der Konus 12 nicht mehr mit dem Kolben 13* sondern fest mit der Kolhf? ί:Ό: ■»--e ΐ crMnden ist» Die gegebenenfalls mit eire:;i Reibbelag 10 /ersehene Spreizhülse 9 und ihrem Gegenkonus II ist wie beim Beispiel nach Pig. Z bezüglich der Kolbenstange 1 beweglich. Bei Beaufschlagung der rechten Seite des Zylinders über die öffnung 16 x%ird aie Kolbenstange zusammen mit dem sich an die Spreizhülse 9 anlegenden Kolben 13 nach linl-.s lev.egt, un-1 zwar solange, wie die Federkraft der Spreizhülse 9 grüßer ist als die mit der I'Iclbenstange 1 zu bewegende Last. Zwischen .lern Kolben 13 und dem mit der Kolbenstange 1 fest verEundenen Innenronus kann wie bei den anderen Ausführungsbeispielen auch eine Feder wirken· Überwiegt die mit der Kolbenstange zu bewegende Last oder stößt die Kolbenstange an einen Anschlag an, so kann der Kolben 13 die Spreizhülse 9 auf den Konus 12 aufschieben und die Verriegelung bewirken. Die Entriegelung erfolgt durch Beaufschlagung der linken Zylinderseite über die öffnung 3# wobei der Kolben 5 die Spreizhülse 9 löst. Gegebenenfalls sind in den Kolben 5 und 13 nicht dargestellte axiale Öldurchlusse mit Rückschlagventilen vorgesehen, um eine durch die zwischen den Kolben befindliche Ölmenge unbeeinträchtigte Verschiebung zu gewährleisten« Die Ausführungsform nach Fig. 3 stellt insofern eine gegenüber Fig· I verbesserte Variante dar, als hier nach erfolgter Verriegelung jedes Kolbenstangenspiels beseitigt ist» Mit Bezug auf Fig« I konnte aufgrund von größeren Fertigungstoleranzen für die Nut 4 ein geringes axiales Spiel der Kolbenstange auftreten»

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Claims

Dipl.-ing. WILFRID RAECK

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

P 15 76 097.1 28. Oktober 1968

Siegfried Manchen - H 41 -

Patentansprüche

I₀ Mechanische Verriegelung für einen Hydrozylinder, mit einer zwischen Kolbenstange und Zylinder radial wirksamen Spreizvorrichtung, bestehend aus einem spreizbaren Innen-Konusteil sowie einem Außen-Konusteil, die in unverriegeltem Zustand auf der Kolbenstange relativ zueinander beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Konusteil (12 bzw· 11) während der Lastbewegung von einem mit dem Betriebsdruck beaufschlagten Ringkolben (13) an dem mit der Kolbenstange (1) verbundenen anderen Konusteil (11 bzw. 12) anliegend gehalten ist und durch einen aufgrund eines äußeren Anschlages an der Kolbenstange oder eines Zylindergegendruckes auftretenden Überdruck unter Überwindung einer axial wirkenden Federkraft die gegenseitige Verspannung hervorruft.
2. Mechanische Verriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Konusteil aus einer form- oder kraftschlüssig mit der Kolbenstange verbundenen Spreizbüchse mit Innenkonus besteht und zwischen ihr und einem Anschlag auf der Kolbenstange ein Ringkolben mit einem der Spreizbüchse entsprechenden Außenkonus angeordnet ist,
3· Mechanische Verriegelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axial zwischen Spreizbüchse und Ringkolben wirkende Federkraft durch ein Tellerfederpaket gebildet ist.

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4, Mechanische Verriegelung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Federkaft nach Überschreiten einer bestimmten Hübe degressiv oder negativ wird,
5, Mechanische Verriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial wirkende Federkraft die Axialko.-nponente der- dem gegenseitigen Eingriff der Konusteile entgegenwirsenden Xonusspreizkraft ist.
6« Mechanische Verriegelung nach Ansrruch 1, dadurch gekennzeichnet, uaß auf der Kolbenstange i'or"n- oder kraftschl^T-ssig ein Außenkonus und radial :-:v;isehen ihm und Zylinder eine Srreizniichse mit Innenkor\,.;s ε.ΐν■«= ordnet ist, die durch einen oder zwei auf der Kolbenstange axial :'wiacrier> ^pi-eizbüchse und einerr. Anschlag verschiebbaren RinpiuLion ''..enfalis axial verschiebbar ist.
7· Mechanische Verriegelung r.ach Ans;ruch 'L und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Ringkolter. <*in steuerbarer ';1-durchlaß vorgesehen ist«

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