DE3629677A1 - Vorrichung zur verriegelung des kolbens einer kolben-zylinderanordnung - Google Patents
Vorrichung zur verriegelung des kolbens einer kolben-zylinderanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verriegelung eines
Kolbens in einer Kolben-Zylinderanordnung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
Es sind eine Reihe derartiger Verriegelungen bekannt geworden. So
zeigt die DE-OS 30 18 920 eine Verriegelung für einen
Druckzylinderkolben, deren Kolbenstange eine umlaufende Rille aufweist.
Innerhalb eines Führungsgehäuses sind Kugeln geführt, die mittels einer
Kulissensteuerung in die Rille eingesteuert bzw. aus jener Rille
herausgedrückt werden. Eine ähnliche Konstruktion zeigen auch die DE-OS
29 11 071 und die DE-OS 35 40 277. Alle diese Ausführungsformen haben
den Nachteil, daß eine Verriegelung lediglich in einer Endstellung des
Kolbens erzielt wird, da die umlaufende Rille nur an einer einzigen
Stelle unveränderbar festgelegt ist.
Eine Vorrichtung, bei der die Möglichkeit besteht, daß der Kolben
an mehreren Stellen beliebig festgelegt werden kann, ist aus der DE-OS
33 07 644 bekannt geworden. Am Zylinder ist ein Fortsatz vorgesehen, der
ins Innere des Kolbens eingreift und an dessen freiem Ende keilartige
Elemente festgelegt sind, die durch einen mit diesen keilartigen
Elementen zusammenwirkenden, steuerbaren Konus nach außen gegen die
Innenfläche der Innenbohrung des Kolbens drückbar sind. Jene als
Klemmsegmente bezeichneten Elemente sind natürlich in geeigneter Form
auszubilden und - was von besonderer Bedeutung ist - die Klemmsegmente
können nicht nachgerüstet werden. Aufgrund des Vorsehens des Vorsprunges
am Zylinder ist jene Anordnung eine recht spezielle Konstruktion.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verriegelungseinrichtung zu
schaffen, mit der einerseits eine Verriegelung eines Kolbens in der
Kolbenzylinder-Anordnung in jeder beliebigen Stelle ermöglicht ist,
wobei schon vorhandene Komponenten ohne weiteres verwendet werden können
und spezielle Vorrichtungen nicht notwendig sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der
Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei der Erfindung hat man sich zu Nutze gemacht, daß zwei Gewinde,
die ineinander kämmen, unter bestimmten Voraussetzungen eine
Verriegelung bewirken, wenn auf eines der beiden Bauteile, hier
insbesondere auf die Kolbenstange mit dem Außengewinde, eine Kraft
ausgeübt wird. Dann nämlich verklemmen sich beide Gewinde - das Innen-
und das Außengewinde - ineinander, indem die Gewindeflanken sich
aneinander anlegen und sich aufgrund des Steigungswinkels und der
dadurch bewirkten Reibkraft gegeneinander verklemmen. Man hat sich
weiterhin zu Nutze gemacht, daß dann eine derartige Verklemmung
aufgehoben wird, wenn das dazu gehörige Klemm- oder Spindelrad in
entsprechender Form in Drehung versetzt wird. Wenn die Steigung des
Gewindes, die Ausgestaltung des Gewindes, der Druck, der auf den Kolben
wirkt und damit die Bewegung des Kolbens und dessen Geschwindigkeit und
die Drehgeschwindigkeit des Spindelrades aufeinander abgestimmt sind,
kann durch Anhalten oder Indrehungversetzen des Spindelrades eine
Festsetzung des Kolbens an jeder beliebigen Stelle ermöglicht werden.
Das Spindel- bzw. Klemmrad kann dabei mechanisch oder hydraulisch in
Drehung versetzt werden. Der hydraulische Antrieb des Spindelrades wird
dadurch bewirkt, daß eine oder zwei Bohrungen in den Aufnahmeraum des
Spindelrades exzentrisch zur Mittelachse und parallel zueinander
einmünden. Durch diese Bohrungen wird Druckfluid zugeführt, die dann,
wenn sie diametral gegenüberliegen und jeweils in entgegengesetzter
Richtung dem Aufnahmeraum zugeführt werden, aufgrund eines Drehmomentes
durch eine in Richtung der Bohrungsachsen auf das Spindelrad wirkende
Kraftkomponente dieses in Drehung versetzen. Unterstützt werden kann
diese Drehung, wenn das Spindelrad auf seiner Oberfläche profiliert ist,
so daß sich ein Wasserradeffekt an dem Spindelrad ergibt.
Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind, soll die Erfindung näher erläutert und beschrieben
werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittansicht durch ein erstes
Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine weitere Ausfüh
rungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Schnitt
linie III-III und
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Einmündung
der Bohrung, mit der Druck zugeführt wird, in
den Spalt zwischen dem Spindelrad und dem Ver
riegelungsgehäuse.
Es sei bezug genommen auf die Fig. 1. Dort ist eine
Kolben-Zylinderanordnung 10 dargestellt, die einen rohrförmigen Zylinder
11 aufweist, der an beiden Enden von je einem Verriegelungsgehäuse 12
bzw. 13 verschlossen ist. Die beiden Verriegelungsgehäuse 12 und 13 sind
gleich, so daß lediglich das Verriegelungsgehäuse 12 im folgenden
beschrieben wird. Das Verriegelungsgehäuse 12 besitzt einen
zylinderartigen Kragen 14, der den Zylinder 11 an seinem Ende umfasst,
wobei der Zylinder 11 an dieser Stelle einen Bereich 15 verringerten
Durchmessers hat.
Das Gehäuse 12 ist durchsetzt von einer Zentralbohrung 16, die am
anderen Ende des Verriegelungsgehäuses 12 in eine durch einen weiteren
Kragen 17 gebildeten Vertiefung 18 einmündet; jener Kragen 17 besitzt
einen kleineren Innendurchmesser als der Kragen 14, weil dort anstatt
des Zylinders 11 eine Buchse 19 anschließt, deren dem
Verriegelungsgehäuse 12 zugewandtes Ende ebenfalls einen Bereich 20
verringerten Durchmessers aufweist, mit dem die Buchse in die Vertiefung
18 eingreift bzw. der von dem Kragen 17 umfasst ist. Die beiden Kragen
14 und 17 besitzen zur Befestigung am Zylinder 11 bzw. an der Buchse 19
je ein Innengewinde 21 und 22 in die der Bereich 15 bzw. 19 mit
verringertem Querschnitt unter Zwischenfügung jeweils einer Dichtung 23
und 24 eingeschraubt sind.
Annähernd im mittleren Bereich besitzt das Verriegelungsgehäuse 12
einen Erweiterungsraum 25, der zwei kegelstumpfförmige, sich aufeinander
zu im Durchmesser erweiternde Wände 26 und 27 aufweist, die durch einen
zylinderförmigen Abschnitt 28 dazwischen getrennt sind. Dieser Bereich
28 bzw. diese zylindrische Wand 28 liegt genau beidseitig einer Teilfuge
29, die das Verriegelungsgehäuse 12 in zwei Gehäusehälften 30 und 31
unterteilt; an der Gehäusehälfte 30 befindet sich der Kragen 40 und an
der Gehäusehälfte 31 der Kragen 17.
Im Inneren des Erweiterungsraumes 25 befindet sich ein Klemmrad 32,
auch Spindelrad 32 genannt, das zwei kegelstumpfförmige, mit dem
größeren Druchmesser aufeinander zuweisende Außenflächen 33 und 34
aufweist, die in Abstand zueinander enden und durch eine zylindrische
Außenwand 35 voneinander getrennt sind. Die Außenwände 33, 34 und 35 und
die Innenwände 26, 27 und 28 des Erweiterungsraumes 25 sind aneinander
angepasst und bilden einen Spalt 36, der extrem dünn ist; seine
Bemessung soll dabei den weiter unten anhand der Fig. 2 erläuterten
Bedingung genügen.
Im Inneren des Zylinders 11 befindet sich ein Kolben 37, auf dessen
beiden Kolbenböden je eine Kolbenstange 38 und 39 angeformt ist. Die
Kolbenstange 39 besitzt einen Gewindeabschnitt 40 und das Spindelrad 32
ein Innengewinde 41, die miteinander kämmen bzw. in Eingriff sind. Die
Länge des Gewindeabschnittes 40 entspricht der Hublänge des Kolbens 37
im Zylinder 11.
Das freie Ende der Buchse 19 besitzt einen Bereich 42 verringerten
Durchmessers und dort befindet sich an der Innenfläche der Buchse bzw.
an der Innenwand der Buchse 19 auch ein Bereich 43 vergrößerten
Durchmessers. Im Inneren des Bereiches 43 mit vergrößertem Durchmesser
befinden sich zwei Dichtungen 44 und 45, die einen glatten Abschnitt 46,
der an den Gewindeabschnitt 39 anschließt, abgedichtet umfangen. Mittels
einer Überwurfmutter 47 sind die beiden Dichtungen 44 und 45 in der
Buchse 19 gehalten.
Der glatte Abschnitt 46 setzt sich fort und bildet die
Kolbenstange, die an ihrem freien Ende an einem zu betätigenden Bauteil
angreift.
In dem Verriegelungsgehäuse 13 befindet sich ein Erweiterungsraum,
der zur Andeutung der Identität oder Gleichheit die Bezugsziffer 25
erhalten hat; innerhalb dieses Erweiterungsraumes befindet sich ein
weiteres Spindelrad 32, das - zur Andeutung der Identität - ebenfalls die
Bezugsziffer 32 erhalten hat. In gleicher Weise, wie die Kolbenstange
39, besitzt auch die Kolbenstange 38 den Gewindeabschnitt 39, der durch
das Innengewinde 41 des Spindelrades 32 hindurchgreift. An das
Verriegelungsgehäuse 13 schließt auch wieder die Buchse 19 an; eine
nähere Darstellung der Abdichtung mit den beiden Dichtungen 44 und 45
ist an jener Stelle unterblieben. Insoweit ist die Anordnung symmetrisch
zu der oben beschriebenen Ausgestaltung.
In der Fig. 2 erkennt man das Verriegelungsgehäuse 12 mit dem
Spindelrad 32; wie oben angedeutet, befindet sich zwischen dem
Spindelrad 32 und dem Innenraum bzw. Erweiterungsraum 25 ein Spalt 36.
In Fig. 3 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III
der Fig. 2 dargestellt.
In dem Gehäuse 12 sind zu den kegelstumpfförmigen Innenflächen 33
und 34 hin sich öffnende Druckbohrungen 48 und 49 bzw. gegenüberliegend
50 und 51 vorgesehen.
Die Druckbohrungen 48, 49, 51 und 50 liegen nicht in der Ebene der
Mittelachse, sondern versetzt dazu, und zwar mündet die Druckbohrung 48
in den Spalt 36 so ein, wobei die Durchbohrungen 48, 49, 50 und 51
parallel zueinander verlaufen. Der Winkel, den die Verbindungslinie V
des Durchdringungspunktes der Mittelachse der Bohrung 48 durch die Wand
36 mit ihrem Schnittpunkt mit der Mittellinie der Kolbenstange 39
bildet, wobei die Verbindungslinie V senkrecht zur Mittelachse der
Kolbenstange 39 verläuft, beträgt etwa 10 Grad, kann aber auch mehr, bis
zu ca. 30° betragen. In gleicher Weise ist auch die Druckbohrung 50
gegenüber der senkrechten Mittelebene, die in der Fig. 3 die
Bezeichnung M-M aufweist, seitlich versetzt. Gleiches gilt auch für
die beiden Bohrungen 51 und 49.
Wenn nun auf die Bohrungen 48 und 50 Druckfluid gegeben wird, dann
erhält man eine Druckverteilung im Fluid wie in der Fig. 4 mit Kurve Vd
dargestellt. Die Bemessung des Spaltes 36 ist dabei so, daß der Spalt
quasi eine hydrostatische Abdichtung bildet, so daß der durch die
Bohrungen 48 bzw. 50 zugeführte Druck praktisch vollständig auf das
Spindelrad 32 übertragen wird. Ein direkter Ausfluss des Druckfluids
durch den Spalt 36 nach außen, also hin zum Kolben bzw. in die
Zentralbohrung 16, findet wegen der sehr geringen Weite des Spaltes
nicht statt.
Die Druckverteilung innerhalb des Druckfluids im Spalt 36 besitzt
eine Komponente, die parallel zur Mittelachse M-M verläuft. In gleicher
Weise erhält man aufgrund des Druckfluids durch die Bohrung 50 eine
Kraftkomponente, die ebenfalls parallel und in Abstand zu der
Mittelachse M verläuft. Die beiden Komponenten bewirken, da sie einen
Abstand voneinander haben, ein Drehmoment auf das Spindelrad 32, wodurch
jenes in Drehung versetzt wird.
Zweckmäßig ist die Außenfläche des Spindelrades 32 mit einem
Profil 60 versehen (nicht dargestellt), wodurch das Zusammenwirken
zwischen den Druckbohrungen und dem Spindelrad wasserradartig abläuft.
Damit das Druckfluid dann seitlich in axialer Richtung nicht wegfließen
kann, ist die Profilierung taschenartig ausgebildet (strichliert
gezeichnet), wobei im Bereich der radialen Endflächen und der
zylindrischen Außenwand des Spindelrades 36 Dichtflächen 61 und 62 an
den Seitenwänden 33 und 34 gebildet sind, die eine Abdichtfunktion
haben. Evtl. durch die Drehung mitgenommenes Druckfluid wird durch die
Bohrungen 49 und 51 abgenommen. Wenn nun durch eine im Gehäuse 12
befindliche Bohrung 52 in den Raum 53 links des Kolbens Druckfluid
aufgegeben wird, wird gleichzeitig auch Druckfluid auf die beiden
Bohrungen 48 und 51 gegeben. Durch den Druck durch die Bohrung 52 wird
der Kolben 37 nach rechts beaufschlagt und aufgrund der durch das auf
das Spindelrad aufgrund des durch die Öffnungen bzw. Bohrungen 48 und 50
zugeführten Druckfluids ausgeübte Drehmoment bewirkten Verdrehung des
Spindelrades wird die zwischen dem Außengewinde der Kolbenstange 39 und
dem Innengewinde des Spindelrades 32 vorhandene Reibung aufgehoben und
der Kolben kann sich aufgrund des Druckes nach rechts bewegen. Sowie der
den Bohrungen 48 und 51 zugeführte Druck wegbleibt, was meist dann der
Fall sein wird, wenn auch der Druck im Kolbenraum 53 wegbleibt,
verklemmen die Gewindeteile im Spindelrad bzw. auf der Kolbenstange, so
daß hier eine Verriegelung zwischen dem Spindelrad 32, dem
Verriegelungshäuse 12 und den Gewindeabschnitten am Spindelrad bzw. an
der Kolbenstange erzielt wird. Natürlich kann die Zufuhr des
Druckfluides durch die Bohrungen 48 und 51 auch gesteuert nach Belieben
beendet werden. Dadurch wird der Kolben an jeder gewünschten Stelle
seines Hubes festgesetzt.
Dies ist auf eine geeignete Bemessung der ineinander kämmenden
Gewinde zurückzuführen.In zweckmäßiger Weise wird ein Trapezgewinde
vorgesehen, wobei die Steigung des Trapezgewindes durch die einzelnen
Gewindegänge durchaus variabel gestaltet werden können.
Es ist selbstverständlich, daß die Drehzahl des Spindelrades 32 auf
die Bewegung des Kolbens 37 bzw. dessen Geschwindigkeit abgestimmt sein
muß. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind folgende Daten gewählt
worden:
Kolbendurchmesser: 50 mm
Kolbenstangendurchmeser: 25 mm
Druck auf den Kolben und Druck
auf die Bohrungen 48 und 50:250 bar Durchmesser des Spindelrades:14 mm Kegelstumpfwinkel:90 Grad
auf die Bohrungen 48 und 50:250 bar Durchmesser des Spindelrades:14 mm Kegelstumpfwinkel:90 Grad
bei einer Hubgeschwindigkeit des Kolbens von 0,5 m/pro sec. maximal und
einem angenommenen Reibungsbeiwert von 0,05 ist eine Gewindesteigung von
5,7 Grad als für die Wirkungsweise der Anordnung zweckmäßig erachtet
worden.
Aufgrund des Gewindeabschnittes an der Kolbenstange wird sich die
Länge der gesamten Verriegelungsvorrichtung um jenen Gewindeabschnitt,
der dem Hubweg des Kolbens entspricht, vergrößern. Dafür erreicht man
aber definitiv die Möglichkeit, den Kolben 37 in jeder beliebigen
Stellung, gesteuert durch den Druck auf die Bohrungen 48 und 50,
festzuhalten bzw. wieder weiterlaufen zu lassen. Die vergleichsweise
geringfügige Vergrößerung der Baulänge wird dem gegenüber aufgehoben
durch eine verbesserte Möglichkeit, an jeder beliebigen Stelle den
Kolben still zu setzen .
Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der zwei Spindelräder
vorgesehen sind; eine solche Lösung kann auch ersetzt werden durch eine
Ausgestaltung, bei der lediglich das obere Spindelrad mit dem oberen
Verriegelungsgehäuse 12 benutzt wird. Das untere Spindelrad und das
untere Verriegelungsgehäuse können natürlich auch wegfallen. Die
Verwendung bzw. das Vorsehen beider Spindelräder dient lediglich zur
Verstärkung der Haltekraft. Dabei ist die Kolben-Zylinderanordnung 10
doppelseitig wirkend; aus der Kolben-Zylinderanordnung ragen zwei
Kolbenstangen beidseitig heraus und beide sich gegenüberliegende Flächen
des Kolbens werden von Druck beaufschlagt.
Bei der Ausgestaltung nach der Fig. 2 ist ein lediglich einseitig
wirkender Kolben vorgesehen. Der Zylinder ist dann in üblicher Weise
abgeschlossen und nur auf einer Seite des Kolbens die Kolbenstange
angeformt.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Verriegelung eines Kolbens in einer hydrau
lisches Druckfluid enthaltenden und dadurch betätigten Kolben-
Zylinderanordnung, in wenigstens einer Stellung des Kolbens,
dadurch gekennzeichnet,
daß die am Kolben (37) anschließende Kolbenstange einen Gewindeabschnitt
(38, 39), dessen Länge dem Hub des Kolbens (37) entspricht, aufweist,
daß außerhalb des Zylinders (11) ein von dem Gewindeabschnitt (37, 38)
durchgriffenes, mit einem daran angepaßten Innengewinde versehenes
Klemmrad (32) vorgesehen ist, das in einem Gehäuseraum (25)
unverschieblich und drehbar aufgenommen ist, und daß Mittel zum
Verdrehen des Klemmrades (32) vorgesehen sind, die bei Verschieben des
Kolbens (37) im Zylinder (11) das Klemmrad (32) - an die
Verschiebebewegung und -geschwindigkeit des Kolbens angepaßt - in
Drehung versetzen, bei Bedarf aber freigeben, so daß es still steht und
so über die Gewinde den Kolben in der jeweiligen Stellung festhält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Klemmrad (32) von den Innenwänden des Gehäuseraumes (25) dicht
unter Bildung eines sehr kleinen, eine hydrostatische Dichtung
bewirkenden Spaltes umfaßt ist, daß in den Gehäuseraum exzentrisch
wenigstens eine Druckbohrung (48, 51) einmündet und daß das durch die
Druckbohrung eingeführte Druckfluid das Klemmrad in Drehung versetzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Klemmrad (32) mit einem Profil (60) auf seiner Außenfläche
versehen ist, die so ausgestaltet ist, daß das Druckfluid wasserradartig
mit dem Profil zusammenwirkt und das Klemmrad in Drehung versetzt.
4. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Klemmrad (32) ein Doppelkegelstumpfrad ist, dessen größerer
Durchmesser in der axialen Mitte des Klemmrades liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Kegelstumpföffnungswinkel 90 Grad beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem doppelt wirkenden Kolben (37) mit je einer Kolbenstange
auf jeder Kolbenfläche wenigstens an einer Kolbenstange ein Klemmrad
vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehäuseraum (25) in je einem Gehäuse (12, 13) untergebracht ist,
an dessen einem Ende der Zylinder (11) und an dessen anderem Ende eine
Buchse (19) anschließt, die den Gewindeabschnitt (39) druckdicht umfaßt
und deren Länge dem Kolbenhub entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse in der Mitte des Gehäuseraumes geteilt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zum Antrieb des Klemmrades mechanisch sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863629677 DE3629677A1 (de) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | Vorrichung zur verriegelung des kolbens einer kolben-zylinderanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863629677 DE3629677A1 (de) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | Vorrichung zur verriegelung des kolbens einer kolben-zylinderanordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3629677A1 true DE3629677A1 (de) | 1988-03-10 |
Family
ID=6308641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863629677 Withdrawn DE3629677A1 (de) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | Vorrichung zur verriegelung des kolbens einer kolben-zylinderanordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3629677A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1986
- 1986-09-01 DE DE19863629677 patent/DE3629677A1/de not_active Withdrawn
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DE9317234U1 (de) | Klemmprofil |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |