DE3831459C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststellvorrichtung für doppeltwirkende Fluidzylinder, insbesondere Hydrozylinder, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer aus der US-PS 33 53 455 (Fig. 1 bis 2) bekannten Feststellvorrichtung dieser Art ist die Ventilanordnung samt zugehörigem Leitungssystem außerhalb des als Differentialzylinder ausgebildeten Zylinders angeordnet. Die Druckmittelzu- und -abfuhr zu bzw. von der Klemmvorrichtung erfolgt durch die Kolbenstange hindurch, die zu diesem Zweck mit einer sich in Achsrichtung erstreckenden Bohrung versehen ist, die über einen Teil ihrer Länge von einem Leckageringkanal umschlossen ist. Mittel für die Rückführung des Klemmteils aus der Klemmlage in die Ruhelage sind nicht vorgesehen.

Aus der DD-PS 2 55 763 ist ein als Differentialzylinder ausgebildeter druckmittelbetriebener Spannzylinder bekannt, der einen Kolben mit zwei in Achsrichtung gegeneinander verschiebbaren Teilen und eine Ventilanordnung in der Kolbenstange aufweist. Ein Druckraum zwischen den beiden Kolbenteilen kann durch die Ventilanordnung mit einer der beiden kolbenstirnseitigen Druckkammern verbunden werden. Bei deren Druckbeaufschlagung kann nach Erreichen eines vorgegebenen äußeren Widerstandes Druckmittel in den Druckraum zwischen den beiden Kolbenteilen gelangen und diese zur Erzielung einer Konusklemmung auseinander drücken. Bei Druckbeaufschlagung der anderen der beiden kolbenstirnseitigen Druckkammern kann das Druckmittel aus dem Druckraum zwischen den beiden Kolbenteilen durch die Ventilanordnung in die eine der beiden, nunmehr druckentlastete Druckkammer zurückströmen, so daß die Konusklemmung aufgehoben und das die druckbeaufschlagte Druckkammer begrenzende Kolbenteil unter Verkürzung der Kolbenlänge auf das andere Kolbenteil zu verschoben werden kann.

Bei einer aus der DE-OS 27 55 456 bekannten anderen Feststellvorrichtung ist die Klemmvorrichtung außerhalb des als Differentialzylinder ausgebildeten Hydrozylinders in einem gesonderten Klemmgehäuse angeordnet, das sich in axialer Richtung an das Zylindergehäuse anschließt. Das Klemmgehäuse weist eine Querbohrung auf, die als Ein- bzw. Auslaßöffnung für ein Druckmittel dient, durch welches der Klemmkolben beaufschlagt und gegen die Kraft einer als Wendelfeder ausgebildeten Rückstell-Druckfeder in axialer Richtung gegenüber dem Klemmgehäuse auf das Zylindergehäuse zu verschoben werden kann. Der Klemmkolben weist an seinem von dem Zylindergehäuse abgewandten Ende einen buchsenartigen Vorsprung mit einem an seinem freien Ende ausgebildeten Innenkonus auf. Dieser kann mit einem entsprechenden Außenkonus zusammenwirken, der an dem Klemmteil vorgesehen ist, das als geschlitzter Ring ausgebildet ist und einen Fortsatz der Kolbenstange umschließt. Das Klemmteil ist an seiner Innenseite mit Gewindegängen eines Steilgewindes versehen und greift mit diesen in entsprechende Gewindegänge des Kolbenstangenfortsatzes. Diese bekannte Feststellvorrichtung beansprucht einen erheblichen Bauraum und benötigt eine gesonderte Druckmittelzu- und -abfuhr sowie -steuerung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feststellvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist, wenig Bauraum bean­ sprucht, einen sicheren Halt gewährleistet und keine gesonderte Steuerung benötigt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Durch sie wird mit einfachen Mitteln erreicht, daß eine gesonderte Einrichtung außerhalb des für die Arbeitsfunktion des Fluidzylinders erforderlichen Zylindergehäuses nicht erforderlich ist. Dieses kann daher bei geringer Baulänge einfach gestaltet sein. Die innerhalb des Arbeitskolbens geschützt angeordnete Klemmvorrichtung kann in axialer Richtung kurz ausgebildet sein, so daß der Arbeitskolben nur eine geringfügig größere Länge als die für die Arbeitsfunktion ohnehin erforderliche Länge aufweist. Dadurch, daß die Klemmung an der Zylinderwand und nicht an der Kolbenstange erfolgt, wird wegen des großen Durchmessers und der dadurch ermöglichten großen Haftfläche ein sicherer Halt erreicht. Zur Steuerung der Feststellvorrichtung dient in einfacher Weise das den Arbeitskolben beaufschlagende Druckmittel. Wegen der auf das Klemmteil wirkenden Rückstellfederkraft ergibt sich bei Druckbeaufschlagung stets ein sicheres Lösen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung schematisch dargestellt, und zwar zeigt die einzige Figur einen Hydrozylinder in einem Axialschnitt.

Der Hydrozylinder 1, der als Stellmotor für den Lenkein­ schlag lenkbarer Hinterräder eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, dienen kann, weist ein Zylindergehäuse 2 auf, das im wesentlichen aus einem Zylindermantel 3, der beispielsweise als Zylinder­ rohr ausgebildet sein kann, und zwei Zylinderdeckeln 4, 5 besteht. An den beiden Enden des Zylindergehäuses 2 sind an dieses zwei Leitungen 6, 7 angeschlossen, die in den von dem Zylindermantel 3 und den Zylinderdeckeln 4, 5 umschlossenen Raum münden. Die beiden Leitungen 6, 7 dienen der Zu- und Ableitung von Hydraulikflüssigkeit und können wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Zylindermantel 3 hindurch oder in Abweichung von diesem Ausführungsbeispiel durch die Zylinderdeckel 4, 5 hindurch in den Zylinderinnenraum führen.

Die beiden Zylinderdeckel 4, 5 sind jeweils mit einer zentralen, sich in Achsrichtung erstreckenden Bohrung versehen. Durch diese beiden Bohrungen ragt eine als glatte Stange ausgebildete durchgehende Kolbenstange 8 hindurch. Diese ist bei Verwendung des Hydrozylinders 1 als Stellmotor für lenkbare Fahrzeughinterräder mit einem linken Lenkgestänge und mit einem rechten Lenkge­ stänge verbunden. Das Zylindergehäuse 2 ist in diesem Anwendungsfall zur Abstützung mit einem Teil der Fahr­ zeugachse verbunden.

Mit der Kolbenstange 8 ist ferner ein in dem Zylinder­ innenraum angeordneter Arbeitskolben 9 in Achrichtung fest und flüssigkeitsdicht verbunden. Der Arbeitskolben 9 liegt mit seiner Außenseite an der Innenseite des Zylindermantels 3 an und kann in diesem zwischen zwei Endstellungen in axialer Richtung gleiten. Beiderseits des Arbeitskolbens 9 sind Druckkammern 10, 11 gebildet, die jeweils von dem Arbeitskolben 9, dem Zylindermantel 3 und einem der beiden Zylinderdeckel 4, 5 umschlossen sind und deren Volumen in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens 9 innerhalb des Zylindergehäuses 2 veränderbar ist.

Der Arbeitskolben 9 weist an seinen beiden Enden zwei mit Abstand voneinander angeordnete Stirnwände 12, 13 auf, die mit Umfangsnuten versehen sind, in denen Dichtringe 14, 15 angeordnet sind, die dem Abdichten des Spaltes zwischen dem Arbeitskolben 9 und dem Zylinder­ mantel 3 dienen. Die beiden Stirnwände 12, 13 sind in ihren zentralen Bereichen durch ein Ringteil 16 fest miteinander verbunden, das die Kolbenstange 8 um­ schließt.

Die Stirnwand 12 weist in ihrem radial äußeren Bereich einen sich in Richtung auf die Stirnwand 13 zu er­ streckenden Ringansatz auf, der einen Spreizring 17 bildet. Dieser weist einen der Stirnwand 12 benachbarten Haltering 18 und an dessen der Stirnwand 13 zugewandten Ende an den Haltering 18 anschließende und mit diesem einstückig ausgebildete Klemmzungen 19 auf, die im wesentlichen axial ausgerichtet und mit Abstand vonein­ ander gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind und sich auf die Stirnwand 13 zu verjüngen. Zwi­ schen den freien Enden der Klemmzungen 19 und der Stirnwand 13 ist ein axialer Abstand vorhanden. Die Außenseiten der Klemmzungen 19 sind der Innenseite des Zylindermantels 3 entsprechend zylindrisch ausgebildet, während die Innenseiten der Klemmzungen 19 einen Innen­ konus bilden. In dem Übergangsbereich zwischen dem Haltering 18 und den Klemmzungen 19 ist der Spreizring 17 an seiner Außenseite mit einer Ringnut 20 versehen, welche die Federbewegung der Klemmzungen 19 erleichtert.

In dem Arbeitskolben 9 ist ein kreisringförmiger Ring­ zylinder koaxial zu dem Zylindermantel 3 und der Kolben­ stange 8 ausgebildet. Die Zylinderwände dieses Ring­ zylinders sind von dem Haltering 18 und dem Ringteil 16 gebildet. Die Stirnwand 12 schließt den Ringzylinder an einem seiner Enden ab. In das der Stirnwand 13 zuge­ wandte andere Ende des Ringzylinders ragt ein ebenfalls kreisringförmig ausgebildeter Klemmkolben 21, so daß ein kreisringzylindrischer Druckraum 22 gebildet ist, der an der Außenseite von dem Haltering 18, an der Innenseite von dem Ringteil 16, an der einen Stirnseite von der Stirnwand 12 und an der anderen Stirnseite von dem Klemmkolben 21 begrenzt ist. Der Klemmkolben 21 weist an dem der Stirnwand 13 zugewandten Ende einen kegelstumpf­ förmigen Klemmansatz 23 auf, dessen kleinster Durchmes­ ser größer als der Außendurchmesser des Druckraumes 22 ist. Die Neigung des Klemmansatzes 23 entspricht der der Klemmzungen 19, gegen deren Innenseiten sich der von dem Klemmansatz 23 gebildete Außenkonus des Klemmkolbens 21 legen kann.

Zwischen dem Klemmkolben 21 und der Stirnwand 13 ist eine Klemmfeder 24 angeordnet, die von einem Tellerfe­ derpaket gebildet ist. Die als Druckfeder wirkende Klemmfeder 24 ist bestrebt, den Klemmkolben 21 stets von der Stirnwand 13 weg und unter Verkleinerung des Druck­ raumes 22 auf die Stirnwand 12 zu zu bewegen.

In dem Ringteil 16 ist ein als Wechselventil ausgebil­ detes Ventil 25 angeordnet, das jeweils an die Druck­ kammern 10, 11 und an den Druckraum 22 angeschlossen ist. Das Ventil 25 weist ein Dichtelement 26 auf, das in Achsrichtung bewegbar ist und eine Verbindung einer der beiden Druckkammern 10, 11 mit dem Druckraum 22 unter Sperrung der Verbindung der jeweils anderen Druckkammer 10, 11 mit dem Druckraum 22 ermöglicht.

Im Ruhezustand, in dem die beiden Druckkammern 10, 11 druckentlastet sind, drückt die Klemmfeder 24 den Klemmkolben 21 auf die Stirnwand 12 zu. Die Schrägflä­ chen an dem Klemmansatz 23 und an den Klemmzungen 19 bewirken dabei, daß die Klemmzungen 19 in radialer Richtung auswärts gegen den Zylindermantel 3 gedrückt werden. Durch die durch diese Aufweitung des Spreiz­ ringes 17 bewirkte Klemmung werden das Zylindergehäuse 2 und der Arbeitskolben 9 und damit die Kolbenstange 8 miteinander gekuppelt und durch Reibschluß gegeneinander festgelegt. Der Arbeitskolben 9 kann in dem Zylinderge­ häuse 2 in seinen beiden Endstellungen oder in jeder beliebigen Stellung zwischen seinen beiden Endstellungen festgelegt werden. Die Haltekraft wird bei gegebenen konstruktiven Parametern, beispielsweise der Neigung der Schrägflächen, durch die Kraft der Klemmfeder 24 be­ stimmt. Diese kann derart ausgelegt werden, daß die Haltekraft in einem gewünschten Maße höher als die größten äußeren Kräfte liegt.

Bei Beaufschlagung der Druckkammer 10 mit Hydraulikflüs­ sigkeit verschiebt sich das dabei ebenfalls beaufschlag­ te Dichtelement 26 des Ventils 25 von der Stirnwand 12 weg und legt sich gegen seinen Sitz in der Stirnwand 13. Dadurch wird die Verbindung des Druckraumes 22 mit der Druckkammer 10 hergestellt und die Verbindung des Druckraumes 22 mit der Druckkammer 11 unterbunden. In dem Druckraum 22 stellt sich demzufolge der gleiche Druck wie in der Druckkammer 10 ein. Bei ausreichend hohem Druck in der Druckkammer 10 und dem Druckraum 22 verschiebt sich der Klemmkolben 21 mit dem Klemmansatz 23 gegen die Kraft der Klemmfeder 24 auf die Stirnwand 13 zu. Dabei lösen sich die Schrägflächen des Klemman­ satzes 23 und der Klemmzungen 19 voneinander, so daß diese sich unter der Rückstellwirkung ihrer Eigen­ elastizität radial einwärts bewegen und damit die Halterung des Arbeitskolbens 9 gegenüber dem Zylinder­ gehäuse 2 lösen. Der Arbeitskolben 9 verschiebt sich infolge der Druckbeaufschlagung auf den Zylinderdeckel 5 zu in die, beispielsweise mittels einer Wegeregelung bestimmbare, gewünschte neue Position. In dieser erfolgt selbsttätig eine erneute Verriegelung, nachdem der Druck in der Druckkammer 10 unter den Schaltdruck der Konus­ kupplung abgesunken ist. Die Hydraulikflüssigkeit, die der Klemmkolben 21 bei seinem Bewegen in die Klemmstel­ lung aus dem Druckraum 22 verdrängt, kann durch das Ventil 25 in die Druckkammer 10 abfließen.

Für ein Bewegen des Arbeitskolbens 9 auf den Zylinder­ deckel 4 zu wird Hydraulikflüssigkeit in die Druckkammer 11 geleitet. Die Druckbeaufschlagung wirkt auch auf das Dichtelement 26 des Ventils 25 und verschiebt dieses auf seinen Sitz in der Stirnwand 12. Dadurch wird die Verbindung des Druckraumes 22 mit der Druckkammer 11 hergestellt und die mit der Druckkammer 10 unterbunden. Bei ausreichend hohem Druck in der Druckkammer 11 löst sich der Klemmkolben 21 mit seinem Klemmansatz 23 wiederum von den Klemmzungen 19, so daß der Arbeitskol­ ben 9 die gewünschte neue Position anfahren und nach einer entsprechenden Absenkung des Druckes in der Druckkammer 11 in dieser neuen Position erneut festge­ klemmt werden kann.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Feststellein­ richtung zum zeitweiligen Fixieren der Stellung eines zwischen zwei Endstellungen beliebig einstellbaren Arbeitskolbens in einem Zylinder geschaffen, bei der das Druckmedium für die Verstellung des Arbeitskolbens 9 das Lösen der Klemmkupplung bewirkt. Äußere Steuerleitungen sind nicht erforderlich. Ein Ausfall der Verstellhydrau­ lik führt wegen des dadurch bedingten Druckabfalles selbsttätig zu einem Feststellen des Arbeitskolbens 9 in dem Zylindergehäuse 2, so daß ein hoher Sicherheitsfak­ tor gegeben ist.

In Abweichung von dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zahlreiche Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise kann die Feststellvorrichtung nicht nur bei einem Zylinder mit durchgehender Kolben­ stange, einem sogenannten Gleichgangzylinder mit beider­ seits gleich großen Druckbeaufschlagungsflächen des Arbeitskolbens, sondern auch bei einem Differential­ zylinder eingesetzt werden. Statt einer oder mehrerer Tellerfedern als Klemmfeder kann eine Wendelfeder eingesetzt werden. Statt der Klemmzungen, die sich aufgrund ihrer Elastizität aus der Klemmlage in die Ruhelage zurückstellen, können Klemmsegmente eingesetzt werden, die durch eine gesonderte Rückstellfeder radial nach innen gezogen werden. Als Dichtelement für das Ventil in dem Arbeitskolben kann statt des bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten zylindri­ schen Körpers mit stirnseitigen Steuerkanten eine Kugel eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

 1 Hydrozylinder
 2 Zylindergehäuse
 3 Zylindermantel
 4 Zylinderdeckel
 5 Zylinderdeckel
 6 Leitung
 7 Leitung
 8 Kolbenstange
 9 Arbeitskolben
10 Druckkammer
11 Druckkammer
12 Stirnwand
13 Stirnwand
14 Dichtring
15 Dichtring
16 Ringteil
17 Spreizring
18 Haltering
19 Klemmzunge
20 Ringnut
21 Klemmkolben
22 Druckraum
23 Klemmansatz
24 Klemmfeder
25 Ventil
26 Dichtelement

Claims (11)

1. Feststellvorrichtung für doppeltwirkende Fluid­ zylinder, insbesondere Hydrozylinder, mit einem Arbeitskolben, der in dem Zylindergehäuse zwischen zwei Endstellungen verschiebbar angeordnet und mit einer Kolbenstange in Achsrichtung fest verbunden ist und zwei Stirnwände, die mit axialem Abstand voneinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind und mit ihren Umfangsbereichen an der Zylinderlauffläche des Zylindermantels des Zylindergehäuses abdichtend anliegen, und zwischen den Stirnwänden des Arbeitskolbens, eine Klemmvorrichtung mit wenigstens einem Klemmkolben und wenigstens einem mit dem Klemmkolben zusammenwirkenden Klemmteil aufweist, wobei der Klemmkolben gegenüber den Stirnwänden des Arbeitskolbens in Richtung der Zylinderachse verschiebbar und mit einer Schrägfläche versehen ist und durch eine zwischen einer der Stirnwände des Arbeitskolbens und dem Klemmkolben angeordnete Klemmfeder ständig in Klemmrichtung axial belastet und mittels einer Ventilanordnung durch das den Arbeitskolben beaufschlagende Druckmittel in Löserichtung beaufschlagbar ist und wobei das Klemmteil den Klemmkolben umgreift, mit einer der Stirnwände des Arbeitskolbens in Achsrichtung fest verbunden, mit einer der Schrägfläche des Klemmkolbens entsprechenden Schrägfläche versehen und unter der Wirkung der von der Klemmfeder ausgeübten Klemmkraft aus einer Ruhelage in eine Klemmlage verlagerbar ist, in der es an der Zylinderlauffläche für den Arbeitskolben anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmteil (17, 18, 19) unter der Wirkung einer Rückstellfederkraft aus der Klemmlage in die Ruhelage verlagerbar ist und daß die Ventilanordnung in dem Arbeitskolben (9) integriert ist und wenigstens ein Ventil (25) aufweist, welches die Druckbeaufschlagung des Klemmkolbens (21) durch das den Arbeitskolben (9) beaufschlagende Druckmittel von der jeweiligen Druckseite des Arbeitskolbens (9) aus ermöglicht.

2. Feststellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Arbeitskolben (9) ein koaxial zu dem Zylindermantel (3) des Zylindergehäuses (2) und der Kolbenstange (8) angeordneter kreisringförmiger Ringzylinder (16, 18) ausgebildet ist, der an einer seiner Stirnseiten von einer der beiden Stirnwände des Arbeitskolbens (9) abgeschlossen ist, und daß der Klemmkolben (21) ebenfalls kreisringförmig ausgebildet ist und in das Ende des Ringzylinders (16, 18) abdichtend ragt, das von der den Ringzylinder stirnseitig abschließenden Stirnwand (12) des Arbeitskolbens (9) abgewandt ist.

3. Feststellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkolben (21) an dem Ende, das von der den Ringzylinder (16, 18) stirnseitig abschließenden Stirnwand (12) abgewandt ist, einen kegelstumpfförmigen Klemmansatz (23) aufweist, dessen kleinster Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Ringzylinders ist.

4. Feststellvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmfeder (24) von einem Tellerfederpaket gebildet ist.

5. Feststellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Klemmteil über den Umfang des Arbeitskolbens (9) gleichmäßig verteilt und mit Abstand voneinander angeordnete Klemmsegmente vorgesehen sind, die sich im wesentlichen in Achsrichtung erstrecken.

6. Feststellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Klemmsegmente Klemmzungen (19) vorgesehen sind, die sich im wesentlichen in Achsrichtung erstrecken und jeweils an einem ihrer axialen Enden gemeinsam an einem Haltering (18) befestigt sind.

7. Feststellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmzungen (19) und der Haltering (18) einstückig ausgebildet sind.

8. Feststellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Klemmzungen (19) und dem Haltering (18) gebildete Spreizring (17) in dem Übergangsbereich zwischen den Klemmzungen (19) und dem Haltering (18) eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut (20) aufweist.

9. Feststellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (20) an der Außenseite des Spreizrings (17) vorgesehen ist.

10. Feststellvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (18) den Zylindermantel des Zylindergehäuses für den Klemmkolben (21) bildet.

11. Feststellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (25) als Wechselventil ausgebildet ist, das jeweils an die beiderseits des Arbeitskolbens (9) vorhandenen Druckkammern (10, 11) und an den Druckraum (22) für den Klemmkolben (21) angeschlossen ist und ein Dichtelement (26) aufweist, das bei Druckbeauf­ schlagung einer der beiden Druckkammern (10, 11) für den Arbeitskolben (9) die Verbindung dieser Druckkammer (10, 11) mit dem Druckraum (22) für den Klemmkolben (21) freigibt und den Anschluß zu der anderen der beiden Druckkammern (10, 11) für den Arbeitskolben (9) sperrt.