DD276125A5

DD276125A5 - Pulshydraulik-antriebssystem

Info

Publication number: DD276125A5
Application number: DD88322961A
Authority: DD
Inventors: Frank Sieke; Harald Sieke; Martin Sieke
Original assignee: Sieke,Helmut,De
Priority date: 1987-12-12
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1990-02-14
Also published as: ZA889273B; DE3742198A1; AU2808089A; WO1989005408A1; ES2013378A6; JPH02502475A; BR8807358A; EP0359785A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes, kostenguenstiges Pulshydraulik-Antriebssystem, insbesondere fuer hydromechanische Antriebe. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der Pulsgenerator eines Pulshydraulik-Antriebssystems mit seinem Antrieb 13 und dem Hydromotor 2-5 sowie den Verbindungsleitungen 15-18 zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Als Pulsgenerator wird zweckmaessig ein an sich bekannter, rotierender Generator benutzt, und der Hydromotor kann ein Hydraulikzylinder 2-5 oder auch ein rotierender Motor sein. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Pulshydraulik-Antriebssystem mit einem Pulsgenerator, einem Antrieb für den Pulsgenerator und einem Hydromotor.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik In bekannten Systemen der obengenannten Art werden als Pulsgenerator rotierende Ausführungen mit einem axial ~~

verschiebbaren Drehkolben verwendet, die in der DE-PS 1957469 beschrieben sind. Mit solchen Pulsgeneratoren kann beispielsweise ein Hydraulikzylinder als Hydromotor so angetrieben werden, daß seiner linearen Verschiebungsbewegung eine pulsierende Bewegung überlagert ist, deren Frequenz und Amplitude sich einstellen läßt. Die überlagerte impulsförmige Bewegung ist in vielen Fälle·ι sehr vorteilhaft, weil die zusätzliche Vibration beispielsweise das Eindringen eines Meißels in Gestein oder einer Schaufei in das Erdreich erleichtert. Auch die pulsierende Bewegung allein läßt sich auf vielen Gebieten mit Vorteil anwenden, beispielsweise bei Rütteltischen, beim Rütteln von Formen und dergleichen.

Wenn in bekannter Weise Pulshydraulik-Antriebssysteme der vorgenannten Art zusammengestellt werden, treten insbesondere dann Schwierigkeiten auf, wenn die Frequenz der durch den Pulsgenerator erzeugten Vibrationen höher wird, und zwar vor allem dann, wenn das Hydrauliksystem nachgiebige Bauteile, insbesondere Verbindungsleitungen oder -schläuche, aufweist. Die erzeugte hydraulischen Kraftimpulse bewirken dann nämlich mit zunehmender Frequenz und Elastizität des Systems keinen impulsfö rmigen Antrieb des Hydromotors mehr, sondern nur ein Vor· und Zurückfedern dir elastischen Wände. Darüber hinaus ist auch die Hydraulikflüssigkeit selbst kompressibel, co daß auch hierdurch eine Grenze für die Frequenz der erzeugten Hydraulikimpulse gegeben ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die aufgezeigten Mängel zu beseitigen und bei hohem Wirkungsgrad Vibrationen auch mit verhältnismäßig hohen Frequenzen auszuführen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Pulshydraulik-Antriebssystem zu schaffen, mit dem auf einfache Weise ein Hydraulikmotor angetrieben werden kann.

Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator, sein Antrieb, der Hydromotor und die Verbindungsleitungen zu einer Baueinheit derart zusammengefaßt sind, daß die Länge der Verbindungsleitungen ein Minimum wird. Man erhält auf diese Welse ein Antriebssystem sehr kleiner innerer Elastizität, so daß Impulse auch hoher Frequenz einen pulsierenden Antrieb des Hydromotors bewirken. Darüber hinaus läßt sich eine solche Baueinheit auf vielen Gebieten einsetzen, ohne daß jeweils eine Installation der einzelnon Bauteile unter jeweiliger Anpassung an dip Gegebenheiten erforderlich ist. Beispielsweise kann die Baueinheit einen Rütteltisch antreiben, eine Baggerschaufel durch überlagerte Vibrationen dynamisieren oder auch andere Werkzeuge antreiben.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann der Hydromotor ein Linearmotor, insbesondere ein Hydraulikzylinder, sein. Eine lineare Bewegung kann aber auch mittels einer Membran erzeugt werden. In allen Fällen erzeugt der Hydromotor eine rotierende Bewegung. Solche Hydromotoren sind an sich bekannt. Dabei wird dem Hydromotor dann die pulsierende Bewegung überlagert, wobei wiederum die Frequenz und Amplitude der Vibration einstellbar ist. Für besondere Anwendungen kann die erzeugte Bewegung auch eine rein pulsierende Bewegung sein.

Wenn in an sich bekannter Welse entsprechend der o.g. DE-PS 1957469 ein umlaufender Pulsgenerator verwendet wird, sieht die Erfindung in ihrer weiteren Ausbildung vor, daß die Bewegungsrichtung des Hydromotors keine Komponente in Richtung der prehachse des Pulsgenerators hat, daß also bei Verwendung eines Hydraulikzylinders als Hydromotor die Achse des Hydraulikzylinders senkrecht zur Achse des Pulsgenerators steht. Dann sind die Bewegungen des Hydromotors einerseits ur d des rotierenden Pulsgenerators andererseits voneinander entkoppelt, so daß sie keine Störungen verursachen können. Zur Verwirklichung dei Baueinheit bestehen zahlreiche Möglichkeiten. Mit Vorteil kann jedoch vorgesehen sein, daß der Hydraulikzylinder und der Pulsgenerator je eine Bohrung in einem gemeinsamen Block, beispielsweise einem Gußblock, aufweisen. Dann erhält man eine starre Baueinheit mit kleiner in.ierer Elastizität, und zwar insbesondere dann, wenn die Verbindungsleitung oder -leitungen zwischen den Bauteilen, und zwar insbesondere die den pulsierenden Hydraulikstrom führende Leitung zwischen dem Pulsgenerator und dem Hydromotor, durch Verbindungskanäle in dem gemeinsamen Block verwirklicht sind.

Der Antrieb für den Pulsgenerator kann wiederum ein bekannter, vorzugsweise umlaufender Hydromotor, aber auch ein anderer Motor sein, beispielsweise ein Elektromotor. Die Antriebsverbindung zwischen dem Pulsgenerator und dem Hydromotor kann über Zahnräder oder auch andere Getriebe erfolgen, beispielsweise eine Kette oder einen Riemen. Wenn die Impulsfrequenz und Amplitude größer werden, spielen die Durchflußwiderstände der Kanäle und Rohre eine zunehmerm größere Rolle. Es können dann unerwünschte Druckspitzen auftreten, die sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch verringern lassen, daß ein Hydraulikspeicher an die Zufluß- und/oder Abflußleitung angeschlossen ist. Der Pulsgenerator kann so ausgelegt und angeschlossen sein, daß der Hydromotor in beiden Bewegungsrichtungen impulsförmig angetrieben wird, also beispielsweise der Kolben eines Hydraulikzylinders eine impulsförmig hin- und hergehende Bewegung ausführt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß der Pulsgenerator den Hydromotor nur in einer . Bewegungsrichtung antreibt. Die Rückstellung erfolgt dann beispielsweise über ein Federsystem oder auch hydraulisch mit einer geringeren Kraft als vie der Impulsgenerator erzeugt. Der Impulsgenerator selbst kann unterschiedliche Steuerzeiten für

das Ein· und Ausschalten des Druckmittelstroms aufweisen. Dann erfolgt die impulsförmige Bewegung des Hydromotors nach der einen Richtung schneller als in der Gegenrichtung. Unterschiedliche Kennlinien für den Bewegungsablauf des Hydromotors lassen sich durch unsymmetrische Zu- und/oder Ablauföffnungen des Impulsgenerators verwirklichen. Für jeden Bewegungsrichtung des Hydromotors weist der Pulsgenerator zweckmäßig eine Zufluß- und eine Abflußleitung auf. Wenn diese Leitungen an getrennten Stellen im gleichen Arbeitsraum des Hydromotors münden, also beispielsweise sich gegenüberliegend auf der gleichen Kolbenseite eines Hydraulikzylinders, so erfolgt ein Spülen des Hydromotors durch den Pulsgenerator. Dadurch wird zum einen eine Wärmeabfuhr ermöglicht und zum anderen eine automatische Entlüftung erzielt. Als vorteilhafte Einsatzmöglichkeit sieht die Weiterbildung det Erfindung vot. daß. das PulshydtauUk-knUiebs^stewv icv\ Hebelsystem einer Baggerschaufel verwendet wird, die an einemTrag-undFühiung3arm schwenkbar befestigt \s\ und übet das zwischen dem Trag- und Führungsarm und einem vom Schwenklager entfernten Anlegpunkt angeordnetes Hebelsystem verschwenkbar ist, derart, daß die Baggerschaufel vibrierende Bewegungen in der Schwenkrichtung ausführen. Dabei kann das Hebelsystem einen Kniehebel aufweisen, dessen schaufelseitiges Glied durch das pulshydraulische Antriebssystem ersetzt ist. Das Antriebssystem kann aber auch einen Hydraulikzylinder ersetzen, der in üblicher Weise die Baggerschaufel bewegt. Wenn der maximal mögliche Hub des Kolbens im Antriebssystem auf weniger als 1 cm, beispielsweise 5mm, begrenzt wird, wirkt das Antriebssystem bei ausgeschaltetem Pulsgenerator als normales Verbindungsglied, das lediglich ein kleines, im allgemeinen nicht störendes Spiel besitzt.

Wie erwähnt, läßt sich ein Antriebssystem nach der Erfindung mit Vorteil in einem Prüftisch verwenden und ist dabei zwischen einer Bodenplatte und der Tischplatte angeordnet. Daneben ist ein Einsatz in der Separationstechnik vorteilhaft, beispielsweise beim Sieben und Entwässern, aber auch beim Fördern von Gütern.

Ausfuhrungsbeispiel Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1: schematisch und teilweise geschnitten eine Baueinheit mit einem Hydraulikzylinder, einem rotierenden Pulsgenerator

und seinem Antrieb;

Fig. 2: einen Schnitt durch die Baueinheit gemäß Fig. 1 entlang eier Schnittlinie 2-2; Fig. 3: schematisch die Verwendung einer Baueinheit nach der Erfindung in einer Baggerschaufel; Fig.4: schematisch das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Baueinheit schem&tisch mit ihren wichtigsten Bestandteilen

dargestellt. Ein Gußblock 1 weist eine Längsbohrung 2 auf, in die eine Laufbuchse 3 eingeschrumpft ist. In der Laufbuchse 3gleitet ein Kolben 4 mit Kolbenstange 5, die in einem Abschlußdeckel 6 der Bohrung 2 gelagert ist. Die vorstehend beschriebenen

Bauteile bilden einen Hydraulikzylinder üblicher Art. Die Kraftangriffspunkte sind in Form von zwei Bohrungen 7 und 8 im Bleck

1 bzw. der Kolbenstange 5 angedeutet.

In zwei Querbohrungen 10 und 11 des Blocks 1 sind ein rotierender Pulsgenerator 12 bzw. ein rotierender Hydromotor 13

angeordnet, die nicht im einzelnen dargestellt sind. Der Pulsgenerator 12 kann eine Ausführung entsprechend der vorgenannten

DE-PS 1957469 sein. Er ist so ausgelegt, daß er über Kanäle 15 bzw. 16 einen Druckmittelstrom dem Hydraulikzylinder zuführt,

derart, daß der Kolben 4 vibf'erend vor- oder zurückgeschoben wird. Anstelle der translatorischen Bewegung kann auch eine reinvibrierende Bewegung erzeugt werden. Die Amplitude und Frequenz der Vibration lassen sich getrennt einstellen. Neben denbeiden Kanälen 15 und 16, den pulsierenden Druckmittelstrom führen und daher möglichst kurz und möglichst starr sein müssen,weist der Block 1 zusätzliche Verbindungskanäle 17 bzw. 18 auf, die der Rückführung dienen.

f>/r Hydromotor 13 treibt den Pulsgenerator 12 mit der jeweils gewünschten Drehzahl an. Zur Verbindung kann beispielsweiser m Zahnräderpaar (nicht gezeigt) vorgesehen sein.

Die Achse 19 des Hydraulikzylinders und die Achse 20 des Pulsgenerators 12 sowie auch die Achse de.« Hydromotors 13 stehen

senkrecht aufeinander, so daß die Bewegungen der Bauteile voneinander entkoppelt sind.

In 7ig.4 ist in Form eines Schaltbildes dargestellt, wie die einzelnen Bestandteile des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und 2

miteinander verbunden sind. Gleiche Teile weisen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 und 2 auf.

Das gesamte Antriebssystem wird von einer Pumpe 30 üblicher Bauart erzeugt, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 31

ansaugt und in eine Druckleitung 32 pumpt. An die Druckleitung 32 ist ein Regelventil 33 ein Hydraulikmotor 13 angeschlossan,

dessen Ablaufleitung 34 im Tank 31 endet. Das Regelventil 33 weist Zwischenstellungen zwischen voller Öffnung und voller

Sperrung auf, so daß die Drehzahl des Motors 13 einstellbar ist. Der Hydromotor 13 treibt über eine mechanische Verbindung 35,

beispielsweise ein Zahnradpaar den Pulsgenerator 12. Dieser weist ein nur schematisch in Form von zwei Kanälen 36 und 37dargestellten Rotor auf, der durch den Motor 13 im Sinne des Pfeils 38 angetrieben wird. An den Stator des Pulsgenerators 12sind insgesamt sechs Leitungen angeschlossen, die durch die Kanäle 36 und 37 periodisch in der folgenden Weise miteinanderverbunden werden.

In der dargestellten Position verbindet der Kanal 36 die von der Druckleitung 32 kommende Eingangsleitung 39 mit der Zuflußleitung 15 für den Zylinderraum links vom Kolben 4 des Hydraulikzylinders. Gleichzeitig ist die Abflußleitung 17 dos

rechten Zylinderraums über den Kanal 37 mit dem Tank 31 verbunden. Die Zuflußleitung 16 für den rechten Zylinderraum sindverschlossen. Der Kolben wird dann impulsförmig nach rechts bewegt. Wenn sich der Rotor des Pulsgenerators 12 um 60° im

Sinno des Pfeils 38 weitergedreht hat, ist nunmehr die Zuflußleitung 16 des rechten Zylinderraums über den Kanal 36 und die Eingangsleitung 39 mit der Druckleitung 32 verbunden. Gleichzeitig steht der linke Zylinderraum über die Abflußleitung 18 mit

dem Tank 31 in Verbindung. Der Kolben 4 bewegt sich dann nach links. Bei einer weiteren Drehung um 60° werden jeweils die

Zufluß- und Abflußleitungen der beiden Zylinderräume miteinander verbunden. Eine Wirkung tritt dann nicht auf. Anschließend

wiederholen sich die erläuterten Verbindungen.

Vorstehend ist der Pulsgenerator 12 nur ganz schematisch beschrieben worden. Üblicherweisee wird ein Generator so

ausgeführt, daß die Impulse abwechselnd und In gleichem Abstand erzeugt werden, die funktionslose Stellung mit einer

Verbindung der Kanäle 16 und 17 einerseits und 15 und 18 andererseits also entfällt.

An die Eingangsleitung 39 und die zum Tank31 führende Ausgangsleitung 40 ist jeweils ein Hydraulikspeicher41 angeschlossen, um Druckspitzen insbesondere bei höheren Drehzahlen des Pulsgenerators 12 und damit höherer Impulsfrequenz aufzufangen. Da die Zufluß- und Abflußleitungen 15 bis 17 für die beiden Zylinderräume jeweils an getrennte Stellen angeschlossen sind, erfolgt ein Spülen der beiden Zylinderräume und damit eine Wärmeabfuhr sowie eine automatische Entlüftung. Wenn neben der impulsförmigen Bewegung des Kolbens 4 auch eine translatorische Bewegung mit größerem Hub erfolgen soll, kann gegebenenfalls mit üblichen Ventilen eine Verbindung jeweils eines Zylinderraumes mit der Druckleitung 32 und gleichzeitig des anderen Raumes mit dem Tank erfolgen. Die zum Pulsgenerator 12 führenden Leitungen, müssen dann verschlossen sein.

Fig. 3 zeigt als ein Ausführungsbeispiel die Verwendung eines Pulshydraulik-Antriebssystems in einer Baggerschaufel. Die eigentliche Baggerschaufel 21 hängt mittels eines Gelenks 22 schwenkbar an einem Trag- und Führungsarm 23, de^r an der jeweiligen Arbeitsmaschine in üblicher Weise befestigt ist. Eine Schwenkbewegung der Baggerschaufel 21 um das Gelenk 22 läßt sich mit Hilfe eines Kniehebels 24 und einer Baueinheit 25 erzeugen, die zwischen dem Kniehebel 24 und der Baggerschaufel 21 angeordnet ist, wobei jeweils die Gelenke 26 bzw. 27 vorgesehen sind. Die Baueinheit 25 als Ausführungsbeispiel der Erfindung ersetzt eine sonst an dieser Stelle vorgosehene starre Verbindungsstrebe. Mit Hilfe der Baueinheit 25 kann der Baggerschaufel 21 eine vibrierende Bewegung vermittelt werden, wie rechts unten an der Spitze 28 der Baggerschaufel 21 angedeutet. Die Schaufel kann mittels der vibrierenden Bewegung dann wesentlich leichter in den Boden oder das jeweils zu bewegende Gut eindringen oder auch zurückgezogen werden.

Claims

1. Pulshydraulik-Antriebssystem mit einem Pulsgenerator, einem Antrieb für den Pulsgenerator und einem Hydromotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (12), sein Antrieb (13), der Hydromotor (2-5) und die Verbindungsleitungen 15-18 zu einer Baueinheit (1) derart zusammengefaßt sind, daß die Länge der Verbindungsleitungen ein Minimum wird.

2. Pulshydraulik-Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor ein Linearmotor, insbesondere ein Hydraulikzylinder (2-5) ist.

3. Pulshydraulik-Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor eine rotierende Bewegung erzeugt, der abschaltbar eine pulsierende Bewegung überlagert ist.

4. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem umlaufenden Pulsgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung des Hydromotors (2-5) keine Komponente in Richtung der Drehachse (20) des Pulsgenerators (13) hat.

5. Pulshydraulik-Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor ein Hydraulikzylinder (2-5) ist und daß die Achse (19) des Hydraulikzylinders senkrecht zur Achse (20) des Pulsgenerators (12) steht.

6. Pulshydraulik-Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder und der Pulsgenerator (12) je eine Bohrung (2,10) in einem gemeinsamen Block (1) aufweisen.

7. Pulshydraulik-Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung oder-leitungen durch Verbindungskanäle (15-18) in dem gemeinsamen Block (1) verwirklicht sind.

8. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zufluß- und/oder Abflußleitung (39,40) des Systems ein Hydraulikspeicher (41) angeschlossen ist.

9. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch geke inzeichnet, daß der Antrieb für den Pulsgenerator (12) ein Elektromotor ist.

10. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für den Pulsgenerator (12) ein Hydraulikmotor (13) ist.

11. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (12) den Hydromotor (2-5) in beiden Bewegungsrichtungen impulsförmig antreibt.

12. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (12) den Hydromotor (2-5) nur in einer Bewegungsrichtung impulsförmig antreibt.

13. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (12) unterschiedliche Steuerzeiten für das Ein- und Ausschalten des Di uckmittelstroms aufweist.

14. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (12) unsymmetrische Zu- und/oder Ablauföffnungen für den Druckmittelstrom

• aufweist.

15. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (12) für jede Bewegungsrichtung des Hydromotors (2-5) eine Zufluß- und eine Abflußleitung (16,17; 15,18) besitzt.

16. Pulshydraulik-Antriebssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 15, gekennzeichnet durch seine Verwendung im Hebelsystem einer Baggerschaufel (21), die an einem Trag- und Führungsarm (23) schwenkbar befestigt ist und über das zwischen dem Trag- und Führungsarm (23) und einem vom Schwenklager (22) entfernten Anlenkpunkt (27) angeordnetes Hebelsystem (24) verschwenkbar ist, derart, daß die Baggerschaufel (21) vibrierende Bewegungen in der Schwenkrichtung ausführt.

17. Pulshydraulik-Antriebssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelsystem einen Kniehebel (24,25) aufweist, dessen schaufelseitiges Glied durch das pulshydraulische Antriebssystem (25) ersetzt ist.

18. Pulshydraulik-Antriebssysterr. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet ♦ durch seine Verwendung in einem Prüftisch zwischen Bodenplatte und Tischplatte.

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