用于轴的锁紧装置的制作方法

用于轴的锁紧装置对于各种应用来说具有重要的意义，使用其在一个方向上轴的旋转能够被阻止，使得轴最多还能在相反的方向上旋转。在下文中，将通过例子来论及其确保游乐设施上乘客安全的使用，所述游乐设施尤其是游乐园、展览中心和嘉年华中的游乐设施，其中，例如，向下折叠安全杆紧贴乘客的身体以防止乘客掉出。

这种应用特别具有挑战性因为，尽管对于防止由人掉出游乐设施造成的人身伤害其是必须的，但是太紧并且在人身上施加太多压力的安全约束可能极其不舒服，并且甚至可能是有害的，因为在游乐过程中定期施加强力，所述强力能够多次强化已经施加在静止乘客身上的压力。然而，该具体应用和其独特的挑战性要求，不应解释成限制如下文所述根据本发明锁紧装置的适用性，其也可有利地用在其他情况下。

或许用于轴的这种类型中最简单的锁紧装置为大齿轮，所述大齿轮具有非对称的齿，所述齿具有一个平缓上升和一个急剧下降的齿侧，掣爪啮合到其中。这允许联接到大齿轮的轴朝着其中旋转使得掣爪沿平缓上升的齿侧向上移动，同时朝着相反方向的移动被阻挡的方向旋转。因此在锁定安全杆的具体应用中，乘客朝着自己拉动安全杆(所述安全杆直接或间接地连接到大齿轮)，直到到达所需的位置。当朝着乘客拉动安全杆时，掣爪滑过平缓上升的齿侧并且啮合在所需的位置，其停留在那里直到其被通常在游乐设施端部的释放机构释放。

然而，这种机械设计的锁紧装置具有两个严重的问题：第一，因为它们具有预定义的锁定位置，它们不是无级可调的。锁紧装置的各调节位置因此表现为由锁紧装置锁定的轴的理想位置和可用锁定位置之间的折中。第二，在安全性方面它们是有问题的，因为掣爪的惯性可以允许朝着始自齿顶位置的移动方向的突然变化，至少在一定程度上松开锁紧装置。

从EP 0 911 224 A可知，为了在游乐园游乐设施上锁定安全杆根据该基本原理操作锁紧装置的一个例子。

作为这种机械锁紧装置的替代，可以使用其中设置有用于安全杆的驱动器的锁紧装置，所述安全杆被锁定在安全位置。尤其可知的是气动或者液压驱动器，使用其轴被移动到预订位置，在该位置驱动器接着被暂时阻挡。然而这些类型的系统，例如，从DE 203 14 975 U1可知的，还具有两个问题：第一，对于安全相关的应用，尤其那些涉及人身安全的，例如在游乐设施上的安全杆的情况下，关键是要保证即使驱动器故障，例如由于电源故障或者在气动或液压回路中泄漏，锁紧动作将被保持。

第二，指定安全位置必须是预先确定的这个事实是有问题的。这会产生问题因为在某些情况下，对于肥胖乘客足够的锁定安全位置可能会让苗条的青少年掉出，而相反，为苗条的青少年提供足够安全的指定位置可能在肥胖乘客的身上施加太大的压力。

技术实现要素：

因此本发明的目的是提供一种用于轴的改进的锁紧装置，其将允许单独确定锁定位置，而同时提供高度的安全性。

该目的可以使用具有权利要求1特征的锁紧装置来实现。本发明具有优势的展开是从属权利要求的客体。

根据本发明的用于轴的锁紧装置配备用于轴的支架或者轴。换句话说，其移动在至少一个运动方向上被锁紧装置锁定的轴，如果轴未实际一体地连接到锁紧装置，可以通过该支架尤其以旋转固定的方式被连接到锁紧装置，使得轴的每次旋转伴随支架的旋转。

根据本发明的锁紧装置进一步包括用于流体的气缸，所述气缸具有气缸壁，以及活塞，所述活塞位于所述气缸内，并且至少部分或者在某些点紧贴所述气缸壁密封，使得所述气缸的内部被再分成第一容积和第二容积，所述第二容积通过所述活塞与所述第一容积分离。在锁紧装置的操作过程中，这些容积(组成气缸不被活塞堵塞的内部)充满流体。具体地，如果，作为优选，流体是液体，特别优选，例如，液压流体，则气缸可以是液压气缸，而如果流体是气体，尤其优选在几个bar压力下的空气，则气缸是气动气缸。

进一步根据本发明，机械连接被设置在一侧上的所述活塞与另一侧上的所述用于轴的支架或者所述轴本身之间，使得所述气缸内所述活塞的位置确定所述用于轴的支架的取向或者所述轴本身的取向，反之亦然。作为这种机械连接的结果，轴或者支架的任何旋转(因此轴或者支架的取向被改变)从而必然引起气缸内活塞的移位，并且气缸内活塞的任何位移必然引起轴的旋转或者支架的旋转，从而改变轴或者支架的取向。

具有这种根据本发明构造的锁紧装置，采用其中所述第一容积通过管线系统连接到所述第二容积，所述管线系统具有其中布置有阀的管线段，接着实现所期望的锁定效果。

当阀开启时，这是控制信号应用时阀的优选状态，接着用于轴的支架或者轴自由旋转，因为流体能够从第一容积经过管线系统进入到第二容积，反之亦然。然而，当阀闭合时，支架的旋转被阻挡，因为止回阀阻止了流体的传输，为了实现这种用于轴的轴承取向上的变化或者轴本身取向上的变化，需要所述流体传输使得活塞产生自机械连接的移位成为可能。

过山车上的乘客，例如，因此能够在还在车站的时候，无级调节安全杆到达适合他人体结构的位置。阀接着通过控制信号的局部或者全局取消闭合，而安全杆将确保乘客安全。

阀优选为止回阀，在所述止回阀的情况下，该装置的功能如下：例如，当流体朝着止回阀的正向通过管线系统从第一容积传输进入到第二容积时，用于轴的支架或者轴本身朝着导致活塞移位的方向自由旋转，这减少了第一容积并且增加了第二容积，因为来自于第一容积的流体能够经过管线系统进入到第二容积。然而，相反方向上的旋转被阻挡，因为止回阀阻止了流体的传输，为了实现这种用于轴的轴承取向上的变化或者轴本身取向上的变化，为了使得活塞产生自机械连接的移位成为可能，所述流体传输是必须的。

从而，因此配置的锁紧装置使得轴或者用于轴的支架与锁紧方向相反的基本上连续的调节成为可能，同时，锁紧效果通过除非管线系统中有泄漏才会失灵的手段实现。

当在游乐园游乐设施的安全杆中使用时，该锁紧装置因此允许乘客连续变化安全杆的闭合，适合乘客的个体人体结构，乘客能自己执行该闭合。同时，安全杆的开启被阻挡，具体为其不被电源故障或者乘客主动操作撤销。

在本发明尤其优选的实施例中，在管线系统中，设置有管线段，所述管线段平行于止回阀位于其中的管线段延伸，和阀一起用来在这些管线段之间切换。这使得锁通过切换阀以简单的方式解锁成为可能，其可以被优选为电触发。例如，当被应用到游乐园游乐设施时，这可以被用来解锁在游乐设施端部的安全杆。在这种情况下，出于安全的原因，最好流体流过止回阀，当阀(例如，可以配置成双向阀或者三通阀)处在不关闭状态时。

另外，原则上在流动的相反方向上阻挡的止回阀，也可以被设置在平行管线段。这使得锁紧方向通过切换阀反转，从而在管线段之间切换。

在本发明进一步的有利开发中，如果使用止回阀，优选当朝着止回阀的正向观察时止回阀的上游设置用于流体的蓄压器。该措施用来确保，避免压力上的变化，例如作为温度波动的结果，以及容积补偿成为可能。

进一步有利的是在管线系统中设置填充耦合件(fill coupling)和/或通流阀(venting valve)用于流体。可以分别应用这些措施作为单独的措施，但是优选累积应用以简单的方式确保，被用来操作气缸或者锁紧装置的流体将具有理想的操作特性。

本发明进一步的有利开发为设置有复原装置，所述复原装置被设计成它们支持所述活塞朝着一个方向移动，优选，如果使用止回阀，朝着阻挡流体输送通过止回阀的方向。这种装置能够通过例如压缩弹簧机械地实施。这种措施使得锁紧装置自动开启当其被释放时。在锁定游乐园游乐设施安全杆的应用例子中，这意味着在游乐设施的端部，例如，安全杆被释放并且自动开启。该措施闭合过程中产生的增加的阻力，也可以帮助防止安全杆意外过紧闭合。

具体地，锁紧装置的机械连接可以配置成所述机械连接被实施成设置在所述活塞中(也就是说，例如铣削被引入到活塞)或者所述活塞上的排齿(例如，附接到活塞的齿轨或齿条)，所述排齿直接或间接与大齿轮啮合，用于所述轴的所述支架被布置在所述大齿轮上，或者所述大齿轮由轴段形成。这种情况下间接啮合具体意味着，另外的大齿轮可以选择布置在大齿轮和排齿之间，具有或不具有升或降。用于轴的支架可以被安装在大齿轮上，例如通过螺纹连接、焊接或者粘结将支架连接到大齿轮，其中大齿轮由轴的段形成，如果所述段具有径向包围其的排齿。

锁紧装置所提出配置的特别优点为其使得第二、独立、冗余的固定效果能够以最简单的方式。对于安全相关的应用这是特别重要的，正如游乐园游乐设施的情况，因为即使泄漏在气缸或者管线系统中发展，锁紧装置将继续可靠地工作。

该冗余的实现是通过在所述用于轴的支架或者所述轴本身和第二活塞之间设置机械连接，所述第二活塞位于用于流体的第二气缸内，所述第二气缸具有第二气缸壁，这样用于所述轴的所述支架的所述取向或者所述轴本身的所述取向确定所述第二气缸内所述第二活塞的位置。这里，位于所述第二气缸内的所述第二活塞至少部分或者在某些点紧贴所述第二气缸壁密封，使得所述第二气缸的内被再分成第三容积(属于作为整体的该系统，对应第二气缸的第一容积)和第四容积(属于作为整体的该系统，对应第二气缸的第二容积)，所述第四容积通过所述第二活塞与所述第三容积分离，其中所述第三容积通过第二管线系统连接到所述第四容积，所述第二管线系统具有其中布置有第二阀，优选第二止回阀的管线段。该机械连接尤其可以通过大齿轮形成，该大齿轮既啮合在布置在第一活塞上或第一活塞中的排齿中，又啮合在布置在第二活塞上或第二活塞中的排齿中，所述第二活塞平行于第一活塞布置，使得轴围绕其轴线作用在大齿轮上的旋转运动朝着一个方向移位第一活塞，并且朝着另一个方向移位第二活塞，当大齿轮的轴线被固定布置在空间中。

在生产工程方面尤其有利的是，两个气缸和它们各自的管线段能够基于相同的模块化组件，仅仅是以不同的方式放置，尤其是相对于轴点对称取向。

尤其优选，优选另外设置管线段在第二管线系统中，所述管线段平行于所述第二止回阀布置其中的所述管线段延伸；以及设置用来在这些管线段之间切换的第二阀。在这种情况下，可以一起致动第一和第二阀，尽管出于安全的原因可能优选避免联合致动，因为在这种情况下如果阀控制机构中的一个发生故障(将无意地释放气缸中一个的锁定)，第二气缸将继续保持锁定动作。

出于同样的理由，正如参照第一气缸和其管线系统所描述的，有利的是在当朝着第二止回阀的正向观察时第二止回阀的上游，在第二管线系统中(还)设置作为用于所述流体的容积补偿器的蓄压器，并且/或者有利的是在第二管线系统中设置填充耦合件和/或通流阀。

如果在至少一个气缸上，优选在第一和第二气缸上设置用于流体的蓄压器，则锁紧机构的精度能够提高，并且能够实现轴的无间隙锁紧。

附图说明

接下来，将参照说明示例性实施例的附图来更加详细地说明本发明。附图示出为：

图1：锁紧装置第一实施例的液压或者气动简图，

图2a：以横截面图的方式示出开启状态下图1锁紧装置的机械配置，

图2b：以横截面图的方式示出闭合状态下图1锁紧装置的机械配置，

图3：锁紧装置第二实施例的液压或者气动简图，

图4a：以横截面图的方式示出开启状态下图3锁紧装置的机械配置，

图4b：以横截面图的方式示出闭合状态下图3锁紧装置的机械配置，

图5：图3锁紧装置外部的视图，

图6：锁紧装置第三实施例的液压或者气动简图，

图7：以横截面图的方式示出图6锁紧装置的机械配置，

类似实施例的相同部件通过相同的附图标记表示在所有的附图中，除非另有说明。

具体实施方式

图1示出了其上布置有安全杆150的锁紧装置100的第一实施例的液压或者气动原理图(这些原理图在设计方面的区别仅关于所使用流体的类型和状态)，所述安全杆150围绕其轴151的运动在开启方向(即朝向图1简图中的右侧)上受到锁紧装置100的阻挡，但在闭合方向s(即朝向图1简图中的左侧)上锁紧装置100允许该运动。

示出的气缸110，其内部由第一容积111、第二容积112和由气缸内活塞120占据的空间形成。第一容积111和第二容积112，每一个都充满了流体(为了清楚的目的未示出)，并且通过管线系统130连接彼此。

管线系统130具有管线段131，其中阀，被实施成例如止回阀132，被布置成止回阀132允许流体从第一容积111流过管线段131进入到第二容积112以通过，并且止回阀132阻挡流体从第二容积112朝着第一容积111的方向流过管线段131。蓄压器136被设置在管线段131中，止回阀132的上游，如沿止回阀132的正向所观察的。

平行于管线段131设置另外的管线段133，所述管线段133包括具有相反正向的止回阀134，也就是说，所述阀阻挡流体从第一容积111流入到第二容积112，并且允许流体从第二容积112流入到第一容积111。

配置成双向阀的阀135能够被用来确定第一容积111是通过管线段131还是通过平行于其布置的管线段133连接到第二容积112。阀135被配置成只要机械或者电切换脉冲存在，允许流体通过平行管线段133输送，否则阻挡该输送。

在管线系统130中，还设置了流体的填充耦合件137，以及，尤其在液压系统的情况下，通流阀138，以能够提供流体的最佳操作条件。

活塞120通过机械连接140(图1中仅示意性地示出)连接到安全杆150垂直延伸到图1绘图中并且表现安全杆150(旋转)轴151的部分，其中正如后面示出锁紧装置100机械构造的图2a、b的描述中所清楚表明的，机械连接被实施成，气缸100中活塞120的位置限定了轴151支架的取向，或者轴151本身的取向，反之亦然。

当安全杆150朝着闭合方向s移动时，机械连接140使得活塞120同样朝着闭合方向s移动，因此在增加第二容积112的同时减少第一容积111。因此这导致了第一容积111中正压和第二容积112中负压的产生，它们必须通过流体的流动来均衡。

流体因此被挤出第一容积111进入到管线系统130。在阀135，流体进入管线段131，朝着正向到达止回阀132，并且能够流入到第二容积112并且均衡压力。

然而，当安全杆150朝着开启方向移动时，机械连接140使得活塞120同样朝着开启方向移动，因此在减少第二容积112的同时增加第一容积111。因此这导致了第一容积111中负压和第二容积112中正压的产生，它们必须通过流体的流动来均衡。

然而这种流体流动是不允许的，因为一旦被挤出第二容积112进入到管线系统130的管线段131的流体，朝着被阻断方向到达止回阀132，其继续流动被阻止。流体也被阻止流过平行管线段133，因为即使流体朝着正向通过止回阀134，阀135会阻挡流出平行管线段133。结果，压力均衡是不可能的，安全杆150被阻止朝着开启方向移动。由于流体的不可压缩性，当气缸110为液压气缸时，这尤其是真的；然而，在气动气缸中存在高工作压力，该效果也能够在气动系统中实现。

锁紧装置100也能够被解锁以允许安全杆150朝着开启方向移动。为了实现该目的，阀135接收切换阀的切换脉冲，以便允许流体通过阀流入到平行管线段133或者流出平行管线段133，同时流体通过管线段131的流动被阻断。结果，当切换阀135切换到该位置时，当流体朝着阻断方向到达止回阀134时，允许流体通过管线段130从第二容积112流入到第一容积111，而不是从第一容积111流入到第二容积112。因此，当切换阀135切换到该位置时，安全杆150能够朝着开启方向而不是朝着闭合方向s移动。

在图1示出的实施例中，开启运动得到蓄压器160的支持，所述蓄压器160通过柱塞161连接到活塞120中孔162的内部，当活塞120朝着闭合方向移动时，所述柱塞插入到活塞120的孔162中。根据该实施例，随着活塞120的闭合移动，流体在压力下被存储在蓄压器160中，并且在朝着开启方向的移动被允许时扩张，因此支持安全杆150的开启。然而，如上所述，存在支持开启移动的其他选项，例如泵送流体进入或迫使流体进入的泵或者其他一些能量源，或者影响活塞的机械装置，例如起重丝杠。

锁紧装置100构造的额外细节可以在图2a和2b的剖面图中发现，所述图示出了除安全杆150以外的机械部件-省略了管线系统130和其所有部件，换句话说示出了液压或者气动部件，包括其与第一容积111和第二容积112的连接关系。这些图特别清楚地说明了气缸110的构造和其中活塞120的布置，以及机械连接件140的性质和功能。

气缸110由具有两个端盖116、117的气缸筒115组成。活塞120通过靠近其端面布置的活塞密封件118紧贴气缸筒115流体密封，并且活塞120在其一侧具有沿其中部延伸的排齿121(即轴向沿活塞，以直线连续方式布置的一系列齿)。

因为活塞密封件118防止任何流体渗入到该部分，机械连接件140能够用大齿轮141来实现，其轴142与安全杆150的轴151重合，使得安全杆150朝着一个方向的(旋转或者折叠)运动使得大齿轮141朝着相同的方向旋转，从而移位活塞120成为了大齿轮141的齿143与活塞120的齿121相互作用的结果。轴142、151的重合能够通过旋转固定连接实现，例如通过布置在大齿轮140旋转轴上的轴151的支架，其中轴151以旋转固定连接，尤其紧固的方式布置。图2a和2b分别示出了，气缸110中活塞120与大齿轮141的位置处在分别对应安全杆150完全开启和完全闭合位置的位置。

然而，如果设置联动机件来代替单个大齿轮141，则轴141、151的重合不是强制性条件，该措施能导致安全杆150和大齿轮140相对于彼此旋转方向上的变化。

图3以及4a和b示出了第二实施例的锁紧装置200，其仅仅在冗余设计方面与锁紧装置100不同。除了上文参照图1和2a、b描述的结构以外，该结构以相同的形式设置在锁紧装置200中，通过对图1、2a、2b的附图标记增加数字一百可以得到图3和4a、b中用以表示对应元件的附图标记，在这种情况下对于轴251的机械连接240被设计成其还包括第二活塞280，所述第二活塞280在第二气缸270中对于流体封闭，所述第二气缸270具有作为第二气缸壁的气缸筒275，并且在其两端由盖276、277封闭，并且对于轴251的机械连接240被构造成轴251的取向还确定了第二活塞280在第二气缸270中的位置。其实现方式为第二活塞280同样具有排齿281，大齿轮241啮合到其中。

布置在第二气缸270中的第二活塞280也被至少部分地密封，或者在某些点通过活塞密封件288紧贴气缸筒275，使得第二气缸270的内部被再分成第三容积271(对应第二气缸270的第一容积；应该指出的是大齿轮241的旋转运动使得第二活塞280朝着与活塞220的移动方向相反的方向移位)和第四容积272(对应第二气缸的第二容积)，所述第四容积通过第二活塞280与第三容积271分离。

第三容积271通过第二管线系统290被连接到第四容积272，所述管线系统290具有其中布置了止回阀292的管线段291。平行于管线段291设置了另外的管线段293，所述管线段293包括具有相反的正向的止回阀294，也就是说，所述阀阻挡流体从第三容积271流入到第四容积272，并且允许流体从第四容积272流入到第三容积271。

配置成双向阀的阀295能够被用来确定第三容积271是通过管线段291还是通过平行于其布置的管线段293连接到第四容积272。阀295被配置成只要机械或者电切换脉冲存在，允许流体通过平行管线段133输送，否则阻挡该输送。

在管线系统290中，还设置了流体的填充耦合件297，以及，尤其在液压系统的情况下，通流阀298，以能够提供流体的最佳操作条件。

由相似构造清楚地知道，管线系统290关于第二气缸270中第二活塞280移位的液压或者气动运行，与管线系统230关于活塞220移位的液压或者气动运行完全相同，考虑到活塞220、280通过大齿轮241相同的运动朝着不同方向移位，和第三容积271对应第一容积211并且第四容积272对应第二容积212的因素。然而，同时，这意味着两个系统中每一个的锁紧效果能够被单独提供，使得即使一个系统失灵，例如由于管线系统230、290中的一个泄漏，安全杆250仍然会被牢固地锁定。

此外，蓄压器278被设置在第二气缸270上，在第二气缸的面向第三容积271一侧，从而防止反冲。

参照图5，其示出了锁紧装置200外部的视图，通过轴251的支架245对于轴251的可能连接将是详细的，特别是通过例子的方式。使用这种支架245来固定轴251，对于轴至锁紧装置200的整体连接是优选的，因为其使得模块化结构成为可能。

支架245被实施成通过螺钉244安装在大齿轮241本体上的盘245a，其中具有中心布置的井245b，优选适合于轴251的直径，并且具有布置在盘245a中的螺纹孔245c。通过将轴251的一个端部插入到井245b并且将轴251固定其中产生连接。例如，可以通过直接焊接固定轴，然而也可以，例如，将盘旋转固定附接到轴251，接着使用插过布置在盘中开口的螺钉螺纹连接到螺纹孔245c。

图6和7中示出了锁紧装置300的第三实施例，其与锁紧装置200具有高度相似性，因此通过对图3、4a、4b的附图标记增加数字一百可以得到图6和7中用以表示对应元件的附图标记，并且可以大部分参考上文的附图描述。与锁紧装置200的差异在于开启辅助机构的配置。代替通过柱塞261连接到活塞220中孔262的内部的蓄压器260，压缩弹簧360被设置在第一容积311中，紧靠活塞320和端盖316被支持，并且在孔362中由引导杆361对其引导。

附图标记清单

100、200、300 锁紧装置

110、210、310 气缸

111、211、311 第一容积

112、212、312 第二容积

115、215、315 气缸筒

116、216、316 盖

117、217、317 盖

118、218、318 活塞密封件

120、220、320 活塞

121、221、321 排齿

130、230、330 管线系统

131、231、331 管线段

132、232、332 止回阀

133、233、333 另外的管线段

134、234、334 止回阀

135、235、335 阀

136、236、336 蓄压器

137、237、337 填充耦合件

138、238、338 通流阀

140、240、340 机械连接

141、241、341 大齿轮

142、242、342 轴(大齿轮的)

143、243、343 齿(大齿轮的)

150、250、350 安全杆

151、251、351 轴

160、260 蓄压器

161、261 柱塞

162、262、362 孔

244 螺钉

245 支架

245a 盘

245b 井

245c 螺纹孔

270、370 第二气缸

271、371 第三容积

272、372 第四容积

275、375 气缸筒

276、277、376、377 盖

278、378 蓄压器

280、380 第二活塞

281、381 排齿

288、388 活塞密封件

290、390 第二管线系统

291、391 管线段

292、392 止回阀

293、393 平行管线段

294、394 止回阀

295、395 阀

296、396 蓄压器

297、397 填充耦合件

298、398 通流阀

360 压缩弹簧

361 引导杆

开启方向

s 锁紧方向