DE3118449C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung für eine axial bewegbare, lasttragende Stange, insbesondere zum Abbremsen bzw. Feststellen von durch hydraulischen An­ trieb bewegbaren Maschinenteilen, mit in Axialrichtung verschiebbaren Klemmbacken, die mit ebenen Führungsflächen auf diesen zugeordneten gehäusefesten, ebenen Führungsbah­ nen durch einen Servokolben verschiebbar und dadurch gegen die Stange festspannbar sind.

Klemmvorrichtungen der eingangs beschriebenen Art dienen zum Feststellen oder Abbremsen von Maschinenteilen oder Lasten, die durch eine Stange, insbesondere über eine Kolbenstange, bewegbar angeordnet sind. Dabei handelt es sich sowohl um Einstellvorrichtungen für Werkzeugmaschi­ nenteile, als auch um die Höhenjustierbarkeit von aus der Fahrstellung auf Standstützen übernommenen Bauteilen verschiedener Art. Eine solche Klemmvorrichtung kann außer­ dem als Sicherheitseinrichtung für hydraulisch anhebbare Kolbenstangen bei Aufzügen, Hebebühnen und dgl. verwendet werden, bei denen ein plötzlicher fehlerhafter Druckabfall des hydraulischen Antriebsmediums eine u. U. gefährliche Be­ triebsstörung hervorruft.

Durch die US-PS 33 53 455 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein an einer Kolbenstange befestigter Kolben in einem Zylinder feststellbar angeordnet ist. Der Kolben ist mit auf der Zylinderwand anliegenden Bremsbacken axial ver­ bunden, deren Innenkonusflächen bei Druckabfall des Arbeits­ mediums durch Schraubendruckfedern auf einer Außenkonusfläche des Kolbens verschoben werden. Dadurch werden die Bremsbacken an die Zylinderwand angepreßt und der Kolben durch eine Rohr­ klemmung festgeklemmt. Zum Lösen der Bremse muß der hydrau­ lische Druck im Zylinder wieder aufgebaut werden.

In einer weiteren durch die US-PS 32 03 513 vorbekannten Vor­ richtung kann bei Druckabfall eine Stange durch kreissektor­ förmig um die Stange angeordnete Bremsbacken, die auf außen­ konischen Bremsschuhen befestigt sind, arretiert werden. Beim Bremsvorgang werden die Bremsbacken infolge einer Längs­ bewegung einer innenkonischen Klemmhülse radial auf die Stange angepreßt. Die Längsbewegung der Klemmhülse wird durch eine Schraubendruckfeder erreicht. Um eine Längsbe­ wegung der Bremsbacken zu vermeiden, befinden sich zwischen den Bremsschuhen und der Klemmhülse Kugellager. Zum Losen der Stange muß ein mit der Klemmhülse fest verbundener Servokolben durch hydraulischen Druck entgegen der vor­ herigen Längsbewegung verschoben werden. Ein Ausfall der Feder führt hier, ebenso wie in der durch die US-PS 33 53 455 beschriebenen Vorrichtung, sofort zum Lösen der Klemmung.

Zum Stande der Technik gehört ferner eine Klemmvorrichtung nach der FR-PS 11 03 862, bei der ein Klemmbacken durch das Entspannen einer kräftigen Feder an der Antriebsstange an­ gelegt wird. Das Lösen der Klemmvorrichtung erfolgt dadurch, daß die Federkraft hydraulisch durch einen Druckkolben überwunden wird. Mit einer solchen Klemmvorrichtung ist ein Festspannen und Lösen der Antriebsstange ohne zusätzliche Stangenbewegung, d. h. insbesondere ohne Absinken einer Last möglich, außerdem hält die Klemmvorrichtung auch bei Energieausfall und Druckabfall durch Federkraft. Wegen der konstruktiv bedingten, relativ geringen Federenergie kann aber nur ein relativ kleiner Weg der radialen Zustellung des Klemmbackens erzielt werden. Dies erfordert harte Reibflächen und es entsteht die Gefahr des Fressens zwischen Klemmbacken und Antriebsstange. Die relativ starke Feder erhöht das Bauvolumen, ein Versagen der Feder bedeutet unmittelbar den totalen Ausfall der Klemmung.

Als Sicherheitseinrichtung für hydraulisch anhebbare Kolbenstangen bei Aufzugskabinen oder Hebebühnen ist aus der DE-PS 23 33 491 eine Fangvorrichtung bekannt, bei der an der Kolbenstange eine durch den Druck des Arbeitsmediums lösbare Bremsvorrichtung mit mehreren, unter direkter Federvorspannung stehenden Bremsbacken vorgesehen ist. Die Bremsbacken umgeben die Kolbenstange kreissektorförmig und sind auf zur Mittelachse schräg liegenden Führungsbahnen im Gehäuse verschiebbar gelagert. Die Bewegung der Bremsbacken erfolgt über zugeordnete, vom Arbeitsmedium steuerbare hydraulische Antriebe. Durch die Verwendung schräg liegender Führungsbahnen werden bei dieser Fangvorrichtung große axiale und radiale Bewegungen der Bremsbacken möglich, so daß weiche Bremsbeläge in einer toleranzunempfindlichen Anordnung ohne metallisch aufeinander reibenden Flächen verwendbar sind. Wegen der durch Absenken der Last erzeugten Klemmkräfte ergibt sich ein geringes Bauvolumen, und die Fangvorrichtung ist auch beim Ausfall des Servomediums durch die Wirkung der Last selbstsperrend.

Bei dieser vorbekannten Fangvorrichtung ist jedoch sowohl zum Erzeugen, als auch zum Lösen der Klemmung eine entsprechende Bewegung der Last notwendig, die bei verschiedenen Aufgabenstellungen nicht hingenommen werden kann. Wird beispielsweise ein Maschinen- oder Geräteteil zunächst in eine definierte Bestimmungslage angehoben und soll diese Lage durch Klemmung gesichert werden, so darf zum Erzeugen der Klemmung keine zusätzliche Lastbewegung auftreten.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Klemmvorrichtung der eingangs erläuterten Art derart auszubilden, daß eine sichere Klemmung ohne Veränderung der erreichten Einstellage möglich wird, die außerdem ohne Lastbewegung in Loslaßrichtung leicht aufgelöst werden kann. Außerdem soll die Klemmvorrichtung einen kompakten, auch unter rauhen Betriebsbedingungen wenig störanfälligen Aufbau aufweisen und gegebenenfalls unter Verbindung mehrerer gleichartiger Klemmvorrichtungen fernsteuerbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt dadurch, daß der Servokolben durch Servokraft axial in beiden Richtungen verschiebbar ist, daß die Klemmbacken mit dem Servokolben als Funktionseinheit zur gemeinsamen Verschiebebewegung verbunden sind und in eine Halterung am Servokolben ein­ greifen, die ein Radialspiel aufweist, welches eine durch die Führungsbahnen des Gehäuses bewirkte Radialverschie­ bung der Klemmbacken ermöglicht, und daß die Reibungskraft zwischen der Stange und den Auflageflächen der Klemmbacken, ferner zwischen den Führungsflächen der Klemmbacken und ihren zugeordneten Führungsbahnen sowie der Neigungswinkel der Führungsbahnen gegenüber der Mittelachse des Gehauses so festgelegt sind, daß schon allein durch den Vorschub der Klemmbacken in Klemmrichtung eine Selbstsperrung entsteht, wobei das Lösen der Klemmbacken erst bei einer Bewegung des Servokolbens in Loslaßrichtung eintritt.

Eine solche Ausbildung ermöglicht bei den verschiedensten Antriebsstangen ein Verriegeln und Lösen durch Servokraft ohne Veränderung der Einstellage, wobei die Selbsthaltung mindestens so lange andauert, wie die Last ihr Vorzeichen nicht wechselt. Ist die definierte Einstellage der last­ tragenden Stange erreicht, so kann die Klemmvorrichtung dadurch verriegelt werden, daß der Servokolben einseitig durch ein Servomedium (hydraulisch oder pneumatisch) beaufschlagt wird und die mit ihm verbundenen Klemmbacken in Klemmrichtung in die selbstsperrende Verriegelungslage vorschiebt. Wird der Servokolben anschließend in Loslaßrichtung beaufschlagt, so läßt sich die Selbstsperrung zwischen den Klemmbacken und ihren Führungsbahnen und an der lasttragenden Stange auflösen und die lasttragende Stange kann danach frei bewegt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung kann dabei vorsehen, daß der Servokolben ein Ringkolben mit einem flanschartigen Ansatz ist, welcher in entsprechend angepaßte Ausnehmungen der Klemmbacken eingreift.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der Servokolben sowohl gegenüber der ihn durchdringenden Kolbenstange als auch gegenüber seiner Führungsfläche im Gehäuse durch Dichtungselemente abgedichtet und gegebenenfalls durch nichtmetallische Führungselemente zusätzlich auf der lasttragenden Stange geführt ist.

Die lasttragende Stange kann die Kolbenstange eines durch ein Servomedium gespeisten Antriebszylinders sein. Dabei kann die Klemmvorrichtung als Zylinderkopf dieses Antriebszylinders der Kolbenstange ausgebildet sein, wobei innerhalb der Klemmvorrichtung die für den Antriebszylinder erforderlichen Dichtungs- und Führungselemente angeordnet sind. Dies ergibt eine kompakte Baueinheit mit geringer Bauhöhe.

Es können Druckräume beidseitig des Servokolbens zur Einleitung des Servomediums vorgesehen sein, die je nach der gewünschten Bewegungsrichtung der Servokolbens beaufschlagt werden.

Der Servokolben kann sowohl auf der Seite der kleinsten Querschnittsflächen der Klemmbacken als auch gegebenenfalls auf der Seite der größten Querschnittsflächen angeordnet sein. Bei einer Anordnung auf der Seite der größten Flächen ergibt sich eine größere Kolbenfläche, wodurch höhere Servokräfte mit geringerem Servodruck erzielt werden können.

Als Sicherung bei Ausfall des Servodruckes kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Klemmbacken auf Druckfedern gegen das Gehäuse abgestützt sind, welche die Klemmbacken in Klemmrichtung vorspannen. Diese Wirkung kann ebenso erreicht werden, wenn der Servokolben zwischen den Klemmbacken und den Federn angeordnet ist.

Es kann vorteilhaft sein, daß die Klemmbacken mit ihren Führungsflächen und den Führungsbahnen des Gehäuses symetrisch zur Mittelachse der Stange angeordnet sind.

Mit den Merkmalen der Erfindung wird eine Klemmvorrichtung geschaffen, welche eine Verriegelung in jeder gegebenen Einstellage ohne zusätzliche Lastbewegung ermöglicht und die durch ihren robusten und betriebssicheren Aufbau auch für einen Einsatz unter rauhen Betriebsbedingungen geeignet erscheint. Die Einstellung der gewünschten Lage kann dabei entweder unmittelbar durch eine reine Verschiebebewegung oder Drehbewegung bzw. durch einen kombinierten Bewegungsvorgang an der lasttragenden Stange erreicht werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung längs der Linie 1-1 in Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ausschnittsdarstellung einer alternativen Ausbildung mit einer von Fig. 1 abweichenden Anordnung des Servokolbens.

In Fig. 1 und 2 ist eine Stange 1 mit Kreisquerschnitt dargestellt, welche eine Last F in der gezeigten Richtung sowie gegebenenfalls ein zusätzliches Drehmoment M aufnimmt. Die Stange 1 ist mit einem Kolben 2 verbunden, der in einem hydraulischen Antriebszylinder 3 verschiebbar gelagert ist.

Auf diesen hydraulischen Antriebszylinder 3 ist als Zylinderkopf eine Klemmvorrichtung 4 aufgesetzt, die ein Gehäuse 5 aufweist.

In dem Gehäuse 5 sind drei Klemmbacken 6, 7, 8 auf gegenüber der Mittelachse der Stange 1 einen Winkel von etwa 2° bildenden, schräg liegenden Führungsbahnen 9, 10, 11 radial- und längsverschiebbar angeordnet. Diese Führungsbahnen 9, 10, 11 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Gleitflächen des Gehäuses; sie können auch gegebenenfalls zusätzliche Oberflächenbelegungen aufweisen oder als Kugel-, Nadel- bzw. Rollenlager ausgebildet sein. An den gehäuseseitigen Außenflächen der Klemmbacken 6, 7, 8 sind den Führungsbahnen 9, 10, 11 angepaßte Führungsflächen 12, 13, 14 angeordnet.

Auf der Stange 1 ist ein im Gehäuse 5 und auf der Stange 1 verschiebbar gelagerter, Ringkolben 15 vorgesehen, der mit einer elastischen Ringdichtung 16 gegenüber der ihn durchdringenden Stange 1 und mit einer gleichartigen Ringdichtung 17 gegenüber einer Führungsausnehmung 18 im Gehäuse 5 abgedichtet ist.

Beidseitig des Ringkolbens 15 sind im Gehäuse 5 Druckräume 19, 20 gebildet, denen entsprechend der gewünschten Bewegungsrichtung des Ringkolbens 15 über Anschlußleitungen 21, 22 ein hydraulischen Druckmedium zugeführt werden kann.

Der Ringkolben 15 ist mit einem flanschartigen Ansatz 23 versehen, welcher in entsprechend angepaßte Ausnehmungen 24, 25, 26 der Klemmbacken 6, 7, 8 eingreift und diese zu einer gemeinsamen Verschiebebewegung verbindet. Die Tiefe der Ausnehmungen 24, 25, 26 ist dabei im Bezug auf den Außendurchmesser des flanschartigen Ansatzes 23 so gewählt, daß das bei der radialen Zustellbewegung der Klemmbacken 6, 7, 8 auftretenden Bewegungsspiel aufgenommen werden kann.

Das Gehäuse 5 ist mit einem Deckel 27 abgeschlossen, an dessen innerer Deckelfläche gegebenenfalls in Fig. 2 nicht dargestellte Druckfedern einseitig abgestützt werden können, welche mit ihrer anderen Seite in die Klemmbacken 6, 7, 8 eingreifen.

Die Stange 1 ist gegenüber dem Innenraum des Gehäuses 5 mit Dichtungselementen 28, 29 zusätzlich abgedichtet.

Wird über die Anschlußleitung 21 ein Druckmedium zugeführt, füllt sich der durch das Dichtungselement 29 und die Ringdichtungen 16, 17 abgedichtete obere Druckraum 19 mit Druckmedium, und der Ringkolben 15 zieht über seinen flanschartigen Ansatz 23 die Klemmbacken 6, 7, 8 nach unten. Wegen der Führung an den schräg liegenden Führungsbahnen 9, 10, 11 des Gehäuses 5 entsteht durch die entsprechende Bemessung des Neigungswinkels und der Reibungskoeffizienten eine radiale Verklemmung, die eine Übertragung der Last F und eines evtl. vorhandenen Momentes M auf den abstützenden Antriebszylinder 3 ermöglicht. Diese Verklemmung bleibt auch bei Aufhebung des Servodruckes voll erhalten. Zur Lösung der Verklemmung wird Druckmedium durch die Anschlußleitung 22 in den durch das Dichtungselement 28 und die Ringdichtungen 17, 16 abgegrenzten unteren Druckraum 20 eingelassen. Der Ringkolben 15 bewegt sich aufwärts und löst die Klemmbacken 6, 7, 8 aus ihrer radialen Verklemmung

In der Ausschnittsdarstellung nach Fig. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei der der ebenfalls als Ringkolben 15 ausgebildete Servokolben oberhalb der größten Querschnittsfläche der Klemmbacken 6, 7, 8 in einer entsprechenden Gehäuseausnehmung verschiebbar angeordnet ist. In angepaßten Sacklochausnehmungen im Ringkolben 15 sind Druckfedern 30 eingesetzt, welche diesen und damit die Klemmbacken 6, 7, 8 in die Klemmstellung zu drängen suchten, wobei die Klemmvorrichtung gegebenenfalls ausschließlich durch eine einseitige Druckbeaufschlagung des Ringkolbens 15 betätigt werden kann.

Claims (4)

1. Klemmvorrichtung für eine axial bewegbare, lasttragende Stange, insbesondere zum Abbremsen bzw. Feststellen von durch hydraulischen Antrieb bewegbaren Maschinenteilen, mit in Axialrichtung verschiebbaren Klemmbacken, die mit ebenen Führungsflächen auf diesen zugeordneten gehäuse­ festen, ebenen Führungsbahnen durch einen Servokolben verschiebbar und dadurch gegen die Stange festspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokolben (15) durch Servokraft axial in beiden Richtungen verschiebbar ist, daß die Klemmbacken (6, 7, 8) mit dem Servokolben (15) als Funktionseinheit zur gemein­ samen Verschiebebewegung verbunden sind und in eine Hal­ terung am Servokolben (15) eingreifen, die ein Radialspiel aufweist, welches eine durch die Führungsbahnen (9, 10, 11) des Gehäuses bewirkte Radialverschiebung der Klemm­ backen (6, 7, 8) ermöglicht, und daß die Reibungskraft zwischen der Stange (1) und den Auflageflächen der Klemm­ backen (6, 7, 8), ferner zwischen den Führungsflächen (12, 13, 14) der Klemmbacken (6, 7, 8) und ihren zugeordneten Führungsbahnen (9, 10, 11) sowie der Neigungswinkel der Führungsbahnen (9, 10, 11) gegenüber der Mittelachse des Gehäuses (5) so festgelegt sind, daß schon allein durch den Vorschub der Klemmbacken (6, 7, 8) in Klemmrichtung eine Selbstsperrung entsteht, wobei das Lösen der Klemmbacken (6, 7, 8) erst bei einer Bewegung des Servokolbens (15) in Loslaßrichtung eintritt.

2. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokolben ein Ringkolben (15) mit einem flanschartigen Ansatz (23) ist, welcher in entsprechend angepaßte Ausnehmungen (24, 25, 26) der Klemmbacken (6, 7, 8) eingreift.

3. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (6, 7, 8) auf Druckfedern (30) gegen das Gehäuse ab­ gestützt sind, welche die Klemmbacken (6, 7, 8) in Klemmrichtung vorspannen.

4. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacken (6, 7, 8) mit ihren Führungsflächen (12, 13, 14) und den Führungsbahnen (9, 10, 11) des Gehäuses symmetrisch zur Mittelachse der Stange (1) angeordnet sind.