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Die
Erfindung betrifft ein tragbares hydraulisches Werkzeug mit einem
Motor, einem Ventil und einem Versorgungsanschluß.
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Ein
derartiges Werkzeug ist aus
DE
44 13 560 C2 bekannt. Dort ist ein tragbares hydraulisches Werkzeug
in Form eines Rettungsgeräts,
beispielsweise eines hydraulischen Spreizgeräts, gezeigt mit einem Motor,
einem Ventil und einem Versorgungsanschluß. Das Ventil wird über einen
Drehhandgriff betätigt.
Es ist als Dreiwegeventil ausgebildet. Ferner sind noch einige weitere
Ventile, beispielsweise ein Überdruckventil
und mehrere Rückschlagventile,
vorgesehen.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere ein transportables hydraulisches
Rettungswerkzeug. Ein derartiges Rettungswerkzeug kann als hydraulisches Schneidegerät, als hydraulischer
Spreizer, als Kombigerät,
als Pedalschneider, als Hebevorrichtung oder ähnliches ausgebildet sein.
Beispielsweise benötigt
man ein als hydraulische Schere ausgebildetes Schneidegerät, um bei
einem Kraftfahrzeug-Unfall die Insassen aus einem stark deformierten
Kraftfahrzeug befreien zu können.
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Üblicherweise
werden derartige Werkzeuge von einer Druckquelle versorgt, die auf
einem Fahrzeug transportiert wird. Eine derartige Druckquelle hat
einen be grenzten Ausgabedruck. Um dennoch die gewünschten
Leistungen erbringen zu können, müssen die
Werkzeuge relativ groß und
schwer sein, was ihre Handhabung erschwert.
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Man
hat daher bereits vorgeschlagen, an einem derartigen Werkzeug einen
Druckverstärker
vorzusehen. In diesem Fall müssen
die Leitungen, die von der Druckquelle zum Werkzeug geführt werden, nur
eine begrenzte Druckfestigkeit aufbringen. Der höhere Arbeitsdruck wird durch
den Druckverstärker unmittelbar
im Werkzeug erzeugt.
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Auch
hier ist aber eine gewisse Baugröße und Stabilität erforderlich,
weil das Ventil den höheren
Druck schalten muß.
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US 3 889 340 zeigt einen
hydraulischen Crimper, der über
einen hydraulischen Druckverstärker
mit Hydraulikflüssigkeit
versorgt wird. Der Druckverstärker
ist hierbei so an den Crimper angepaßt, daß ein Arbeitshub des Verstärkerkolbens
für einen Bewegungshub
des Crimpers ausreicht.
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EP 0 631 533 B1 zeigt
ein hydropneumatisches Rettungswerkzeug, das tragbar ist. Das Werkzeug
ist durch einen Motor angetrieben, der von einer Pumpe versorgt
wird. Die Pumpe weist eine Ölkammer
und eine Luftkammer auf. Die Luftkammer wird bei Betätigung eines
Ventils mit Luft unter Druck versorgt. Zwischen der Luftkammer und
der Ölkammer gibt
es ein Übersetzungsverhältnis, so
daß das Öl mit einem
höheren
Druck ausgegeben werden kann, als die Luft zugeführt wird. Das von der Pumpe
ausgege bene Öl
wird über
Ventile gesteuert dem Motor zugeführt, wobei diese Ventile ebenfalls
durch Luft gesteuert werden, die durch das Ventil gesteuert wird.
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EP 0 156 939 A1 zeigt
ein Handwerkzeug, das über
eine Leitungsanordnung mit einer Versorgungseinrichtung verbunden
ist. Am Handwerkzeug möchte
man jegliche Ventile vermeiden. Dementsprechend ist an dem Werkzeug
lediglich eine Schalteranordnung mit zwei Tastschaltern vorgesehen,
deren Signale über
eine Leitung zur Versorgungseinrichtung übertragen werden. In der Versorgungseinrichtung
ist ein Drucksteigerungsventil angeordnet, das Druck unter einem
höheren
Druck zur Verfügung stellt.
Dieser höhere
Druck muß über die
Versorgungsleitungen dem Werkzeug zugeführt werden.
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DE 77 11 083 U1 zeigt
ein tragbares, über eine
druckmittelbeaufschlagte Kolben-Zylinder-Einheit betätigbares
Werkzeug mit verschwenkbaren Spreizarmen oder Schneidmessern, insbesondere einen
Spreizer oder eine Schere für
Unfallrettungszwecke. Dieses Werkzeug weist eine Ventileinrichtung
in einem Handgriff auf. Diese Ventileinrichtung weist Ventile auf,
die über
eine Kurvenscheibe angesteuert werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein transportables hydraulisches
Werkzeug gut handhabbar zu machen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem hydraulischen Werkzeug der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
daß ein
Druckverstärker,
das Ventil und der Motor in einer kompakten Einheit aufgenommen
sind, wobei der Druckverstärker
mindestens ein Steuerventil aufweist und der Druckverstärker zwischen dem
Ventil und dem Motor angeordnet ist, wobei das Ventil und der Motor
in einer Längsrichtung
hintereinander angeordnet sind und der Druckverstärker mindestens
einen Verstärkungskolben
aufweist, dessen Bewegungsrichtung einen Winkel im Bereich von 70° bis 110° mit der
Längsrichtung
einschließt
und ein Einlaßventil
und ein Auslaßventil
in Längsrichtung beidseits
des Verstärkungskolbens
angeordnet sind.
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Mit
dieser Ausgestaltung erhält
man den Vorteil, den Motor des Werkzeugs mit einem relativ hohen
hydraulischen Druck betreiben zu können. Dieser Druck wird vom
Druckverstärker
bereitgestellt. Man muß aber
nicht den Nachteil in Kauf nehmen, das Ventil auf den höheren hydraulischen
Druck auszulegen. Das Ventil muß vielmehr
nur den Druck beherrschen können,
der von der Druckquelle bereitgestellt und über den Versorgungsan schluß an das Werkzeug übertragen
wird. Das Ventil muß in
diesem Fall zwar einen größeren Durchsatz
von Hydraulikflüssigkeit
erlauben. Dies ist aber in den meisten Fällen problemlos möglich. Das
Ventil muß aber,
wie gesagt, nur geringe Drücke
aushalten, so daß es
klein bauen kann und nur ein geringes Gewicht aufweist. Darüber hinaus
wird das Ventil wesentlich kostengünstiger. Da das Ventil kleiner
bauen kann, ist das Werkzeug insgesamt leichter und damit besser
zu handhaben. Für
die Ausbildung des Motors des Werkzeugs gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Es ist beispielsweise möglich,
den Motor als einfach- oder doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Anordnung auszubilden.
Es ist ebenfalls möglich,
den Motor als Rotationsmotor auszubilden, beispielsweise als Zahnrad-
oder Gerotor-Motor. Man benötigt
keine Schlauchleitungen mit Fittings für größere Drücke. Alle erwähnten Einheiten
Ventil, Druckverstärker, Motor
und Werkzeug sind zu einer kompakten Einheit zusammengebaut.
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In
diesem Fall ergibt sich eine erhebliche Verkürzung der Baulänge des
Druckverstärkers
in Längsrichtung.
Der Benutzer kann das Werkzeug damit wesentlich dichter am eigentlichen
Arbeitsbereich halten. Dies ergibt eine bequemere Arbeitshaltung, so
daß ein
Arbeiten mit geringeren Ermüdungserscheinungen
möglich
ist.
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Die
Bewegungsrichtung des Kolbens schließt also mit der Längsrichtung
einen Winkel von etwa 90° ein.
Damit spielt die Hubhöhe
des Verstärkungskolbens
des Druckverstärkers
praktisch keine Rolle mehr für
die Baulänge
des Druckverstärkers. Lediglich
der Durchmesser des Verstärkungskolbens hat
einen gewissen Einfluß auf
die Baulänge
des Druckverstärkers
in Längsrichtung.
Man kann also den Druckverstärker
ausschließlich
im Hinblick auf den zu erreichenden Druck hin dimensionieren, ohne daß man auf
sonstige bauliche Gegebenheiten größere Rücksichten nehmen muß. Das Einlaßventil und
das Auslaßventil
benötigen
zwar einen gewissen Bauraum. Dieser Bauraum ist aber ohnehin vorhanden,
weil in der Umgebung des Verstärkungskolbens eine
gewisse Wandstärke
vorhanden sein muß,
um die entstehenden hohen Drücke
aufnehmen zu können.
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Bevorzugterweise
weist das Steuerventil einen Ventilschieber auf, dessen Bewegungsrichtung mit
der Längsrichtung
einen vorbestimmten Winkel einschließt. Auch hier ist also vorgesehen,
daß sich der
Ventilschieber des Steuerventils nicht in Längsrichtung bewegt, so daß der Bewegungshub
des Ventilschiebers und seine axiale Länge auf die Baugröße des Druckverstärkers in
axialer Richtung praktisch keinen Einfluß mehr hat.
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Vorzugsweise
sind der Winkel des Verstärkungskolbens
und der Winkel des Ventilschiebers gleich. Der Kolben und der Ventilschieber
sind also parallel angeordnet und bewegen sich parallel. Dies erleichtert
die Fertigung. Es sind Bohrungen für den Kolben und den Ventilschieber
nur in einer Richtung erforderlich.
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Bevorzugterweise
sind der Verstärkungskolben
und der Ventilschieber in einer Richtung nebeneinander angeordnet,
die senkrecht zur Längsrichtung
und senkrecht zur Bewegungsrichtung verläuft. Der Begriff ”senkrecht” ist hier
nicht im mathematisch exakten Sinn zu verstehen. Abweichungen vom
rechten Winkel sind hier durchaus zulässig, solange dadurch die Baulänge des
Druckverstärkers
in Längsrichtung
nicht nennenswert vergrößert wird.
Man ordnet also den Ventilschieber und den Kolben nebeneinander
an, nutzt also die Breite des Druckverstärkers aus, um diese beiden
Elemente unterzubringen. Dadurch wird die Länge des Druckverstärkers in
Längsrichtung
nicht vergrößert. Die
Bewegungsrichtung von Kolben und Ventilschieber läuft wiederum
senkrecht zur Längsrichtung
und senkrecht zur Breitenrichtung, so daß auch hierdurch die Baulänge des Druckverstärkers nicht
vergrößert wird.
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Bevorzugterweise
weist der Druckverstärker ein
senkrecht zur Bewegungsrichtung des Verstärkungskolbens in mindestens
zwei Gehäuseteile
unterteiltes Gehäuse
auf, wobei die Gehäuseteile
durch Spannelemente miteinander verbunden sind und der Verstärkungskolben
einem Spannelement dichter benachbart ist als sein zugehöriger Ventilschieber.
Damit werden Kräfte,
die bei der Bewegung des Verstärkungskolbens
durch die erzeugten hohen Drücke entstehen,
direkt in das Spannelement abgelei tet. Das Spannelement kann beispielsweise
ein Schraubbolzen sein. Damit gewährleistet man, daß die Dichtigkeit
des Gehäuses
auch entlang der Trennfuge gewährleistet
bleibt.
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Bevorzugterweise
weist ein Gehäuseteil
eine Durchgangsbohrung auf, die einen Zylinder bildet, in dem sich
ein Niederdruckteil des Verstärkungskolbens
bewegt. Diese Ausbildung erleichtert die Fertigung.
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Vorzugsweise
weist der Druckverstärker
für jede
Arbeitsrichtung des Motors einen Verstärkungspfad mit einem eigenen
Verstärkungskolben
auf. Dies hat den Vorteil, daß auch
eine Richtungsumschaltung durch ein Ventil nicht mehr im Hochdruckbereich
erforderlich ist, sondern sich die Richtungsumschaltung ausschließlich auf
den Niederdruckbereich beschränken
kann.
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Vorzugsweise
sind die beiden Verstärkungskolben
senkrecht zur Längsrichtung
nebeneinander angeordnet. Damit nehmen die beiden Verstärkungskolben
in Längsrichtung
nicht mehr Bauraum ein als ein einzelner Verstärkungskolben.
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Vorzugsweise
ist parallel zu jedem Verstärkungspfad
ein Sperrventil angeordnet, das durch einen Druck im jeweils anderen
Verstärkungspfad
aufsteuerbar ist. Dies erleichtert die Steuerung der Hydraulikflüssigkeit
bei Erzeugung des Hochdrucks in die eine oder andere Arbeitsrichtung.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines tragbaren hydraulischen Rettungswerkzeugs,
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2 eine
schematische Darstellung eines hydraulischen Schaltplans,
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3 eine
Draufsicht auf einen Druckverstärker,
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4 einen
Schnitt IV-IV durch einen Druckverstärker nach 5 und
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5 einen
Schnitt V-V nach 4.
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Ein
tragbares hydraulisches Rettungswerkzeug 1 ist in der in 1 dargestellten
Ausführungsform
als Schere ausgebildet. Die Schere weist zwei aufeinander zu bewegbare
Backen 2, 3 auf, die von einem Motor 4 angetrieben
werden. Wie aus 2 zu erkennen ist, ist der Motor 4 als
doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Einrichtung ausgebildet.
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An
dem den Backen 2, 3 der Schere abgewandten Ende
des Motors 4 ist ein hydraulischer Druckverstärker 5 angeordnet,
der an dem Motor 4 auf nicht näher dargestellte Weise befestigt
ist. Auf der dem Motor 4 abgewandten Seite des Druckverstärkers 5 ist
ein Ventil 6 angeordnet, das über einen Drehgriff 7 die
Richtung der Bewegung der Backen 2, 3 steuert.
Das Ventil 6 wiederum weist eine Versorgungsanschlußanordnung
mit einem Pum penanschluß P
und einem Tankanschluß T
auf. Der Pumpenanschluß P
wird, wie dies aus 2 zu erkennen ist, mit einer
Pumpe 8 verbunden. Der Tankanschluß T wird mit einem Tank 9 verbunden.
Pumpe 8 und Tank 9 können sich auf einem selbstfahrenden
Geräteträger befinden,
beispielsweise einem Feuerwehrfahrzeug. Von dort geht die Verbindung
zum Ventil 6 über
eine schematisch dargestellte Leitung 10, deren Länge durchaus
mehrere 10 Meter betragen kann.
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Die
Pumpe liefert einen relativ niedrigen Ausgangsdruck von beispielsweise
20 bar. Mit diesem Ausgangsdruck ist zwar theoretisch die Betätigung des
Werkzeugs 1 denkbar. Um hier eine ausreichende Kraft zu
erzeugen, müßte das
Werkzeug 1 jedoch relativ groß dimensioniert werden. Dies
würde die Handhabung
erschweren.
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Man
stellt nun den im Werkzeug 1 benötigten hohen Druck durch den
Druckverstärker 5 zur
Verfügung.
Die Hydraulikflüssigkeit
wird allerdings auf der Niederdruckseite durch das Ventil 6 gesteuert.
Der Druckverstärker 5 ist
zwischen dem Ventil 6 und dem Motor 4 angeordnet.
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Der
Druckverstärker 5 weist
einen ersten Niederdruckanschluß NA
und einen zweiten Niederdruckanschluß NB auf. Ferner weist der
Druckverstärker 5 einen
ersten Hochdruckausgang HA und einen zweiten Hochdruckausgang HB
auf. Die beiden Hochdruckausgänge
HA, HB sind mit dem Motor 4 verbunden und führen dem
Motor 4 Hydraulikflüssigkeit
unter einem Druck von beispielsweise mehreren 100 bar zu.
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Um
diese Druckverstärkung
zu erreichen, weist der Druckverstärker 5 für jede Bewegungsrichtung
des Motors 4, also für
jede Arbeitskammer 11, 12 auf beiden Seiten eines
Kolbens 13, einen eigenen Verstärkungspfad 14A, 14B auf.
In jedem Verstärkungspfad 14A, 14B ist
ein Verstärker 15A, 15B angeordnet.
Jeder Verstärker 15A, 15B ist
in Reihe mit einem Rückschlagventil 16A, 16B geschaltet.
Der Ausgang des Verstärkers 15A,
der mit dem Rückschlagventil 16A verbunden
ist, ist über
ein zweites Rückschlagventil 17A mit
dem Niederdruckanschluß NA
verbunden. Ein Verstärkungseingang 18A des Verstärkers 15A ist
ebenfalls mit dem ersten Niederdruckanschluß NA verbunden. Ein Niederdruckanschluß 19A des
ersten Verstärkers 15A ist
mit dem zweiten Niederdruckanschluß NB verbunden.
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In
gleicher Weise ist der Ausgang des Verstärkers 15B über ein
Rückschlagventil 17B mit
dem zweiten Niederdruckanschluß NB
verbunden. Auch ein Verstärkungseingang 18B des
Verstärkers 15B ist
mit diesem zweiten Niederdruckanschluß NB verbunden. Der Niederdruckanschluß 19B des
Verstärkers 15B ist
mit dem ersten Niederdruckanschluß NA verbunden.
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Parallel
zu den Verstärkungspfaden 14A, 14B ist
jeweils ein Sperrventil 20A, 20B, das jeweils mit
dem Niederdruckanschluß NA,
NB verbunden ist, der auch mit dem Verstärkungseingang 18A, 18B des
jeweiligen Verstärkers 15A, 15B verbunden
ist, über
den jeweils anderen Niederdruckanschluß NB, NA aber aufsteuerbar
ist.
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Über das
Ventil 6 wird nun gesteuert, ob ein, und wenn ja welcher,
Niederdruckanschluß NA,
NB von der Pumpe 8 über
den Pumpenanschluß P
mit Druck versorgt wird. Wenn beispielsweise das Ventil 6 in
die oben gezeichnete Stellung betätigt wird, dann strömt Hydraulikflüssigkeit
unter Niederdruck über den
Niederdruckanschluß NA
in den Verstärker 15A, wird
dort verstärkt
und über
das Rückschlagventil 16A zum
Hochdruckanschluß HA
ausgegeben. Der Verstärker 15A saugt
dabei über
das Rückschlagventil 17A Flüssigkeit
aus dem Niederdruckanschluß NA
nach. Gleichzeitig wird das Sperrventil 20B, das parallel
zum anderen Verstärkungspfad 14B angeordnet
ist, aufgesteuert, so daß sich
der Arbeitsraum 11 unter der Wirkung der zufließenden Hydraulikflüssigkeit
vergrößern und
der Arbeitsraum 12 verkleinern kann, indem er Flüssigkeit über das
Sperrventil 20B abgibt. Der Kolben 13 bewegt sich
in diesem Fall von oben nach unten (bezogen auf die Darstellung der 2).
Wenn das Ventil 6 in die unten dargestellte Stellung gebracht
wird, dann wird der andere Versorgungspfad 14B beaufschlagt
und der Kolben 13 bewegt sich von unten nach oben.
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Die 3 bis 5 zeigen
nun den Druckverstärker 5 von
außen
und in zwei Schnittansichten. Der Druckverstärker 5 weist ein Gehäuse auf,
das im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus drei Teilen zusammengesetzt ist, nämlich einem Unterteil 21,
einem Mittelteil 22 und einem Oberteil 23. Die
drei Teile werden über
Schraubbolzen 24 zusammengehalten. In 3 ist
zu erkennen, daß die
beiden Niederdruckanschlüsse
NA, NB in einer Stirnseite (in 4: rechts)
angeordnet sind.
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Das
Werkzeug 1 hat, wie aus 1 zu erkennen
ist, eine ausgeprägte
Längsrichtung 25,
die durch eine Linie dargestellt ist. Jeder Verstärker 15A, 15B weist
einen Verstärkungskolben 26A, 26B auf, dessen
Bewegungsrichtung senkrecht zu der Längsrichtung 25 gerichtet
ist. Dadurch ist es möglich,
den Druckverstärker 5 in
Längsrichtung 25 relativ
kurz zu halten. Verglichen mit einer Ausbildung, bei der sich die
Verstärkungskolben 26A, 26B parallel
zu dieser Längsrichtung 25 bewegen,
läßt sich
die Erstreckung auf weniger als die Hälfte reduzieren.
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Die
Verstärkungskolben 26A, 26B sind
in Zylindern 27A, 27B angeordnet, die jeweils
als Durchgangsbohrungen im Mittelteil 22 ausgebildet sind. Dies
vereinfacht die Fertigung. Die Bohrungen 27A, 27B bilden
Niederdruckzylinder, die über
Ventile, die weiter unten erläutert
werden, mit den Niederdruckanschlüssen NA, NB verbunden werden
können.
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Jeder
Verstärkungskolben 26A, 26B weist einen
Niederdruckkolben 28 und einen Hochdruckkolben 29 auf,
die über
eine Verbindung 30 miteinander verbunden sind. Da beide
Verstärkungskolben 26A, 26B gleich
aufgebaut sind, wird hier nur ein Verstärkungskolben 26B erläutert.
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Der
Hochdruckzylinder 31 steht über das Rückschlagventil 16B mit
dem zweiten Hochdruckanschluß HB
und über
das Rückschlagventil 17B mit dem
Niederdruckanschluß NB
in Verbindung. Das Rückschlagventil 17B bildet
hierbei ein Einlaßventil und
das Rückschlagventil 16B ein
Auslaßventil.
Einlaßventil
und Auslaßventil
sind in Längsrichtung 25 auf
beiden Seiten des Hochdruckkolbens 29 angeordnet. Hier
weist das Oberteil 23 des Gehäuses ei ne relativ große Wandstärke auf,
so daß man
die beiden Ventile 16B, 17B unterbringen kann,
ohne den notwendigen Bauraum vergrößern zu müssen.
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Die
zur Ansteuerung der Verstärkungskolben 26A, 26B notwendigen
Ventile weisen Ventilschieber 32A, 32B auf, die
parallel zu den Verstärkungskolben 26A, 26B bewegbar
sind. Sie sind bezogen auf ihre Bewegungsrichtung und bezogen auf
die Längsrichtung 25 nebeneinander
angeordnet, d. h. bezogen auf die 4 senkrecht
zur Zeichenebene hintereinander.
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Dadurch
läßt sich
gewährleisten,
daß man das
Gehäuse 21–23 des
Druckverstärkers 5 praktisch
als relativ flache Scheibe ausbilden kann. Diese Scheibe hat eine
Erstreckung in Längsrichtung 25 von
etwa 50 mm, sie trägt
also nicht nennenswert zur Verlängerung
der Baulänge
des Werkzeugs 1 bei.
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Wie
insbesondere aus 5 zu erkennen ist, sind die
Verstärkungskolben 26A, 26B den
Bolzen 24 dichter benachbart, als die zugehörigen Ventilschieber 32A, 32B.
Dies trägt
dazu bei, daß die
in den Hochdruckzylindern 31 entstehenden hohen Drücke gut
aufgefangen werden können.
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Die
Funktion eines einzelnen Verstärkungskolbens
ist an sich bekannt. Die Ventilschieber
32A,
32B können beispielsweise
so aufgebaut sein, und die Verstärker
15A,
15B können so
arbeiten, wie dies in
DE
196 33 258 C1 dargestellt ist.
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Es
ist zu erkennen, daß die
Steuerschieber 32A, 32B einen geringeren Durchmesser
aufweisen als die Niederdruckkolben 28 der Verstärkungskolben 26A, 26B.
Wenn daher angegeben ist, daß die Verstärkungskolben 26A, 26B und
die Ventilschieber 32A, 32B nebeneinander angeordnet
sind, dann bedeutet das nicht, daß ihre Mittelachsen in einer
Ebene angeordnet sein müssen.
Verschiebungen sind ohne weiteres zulässig, solange sichergestellt
ist, daß durch
derartige Verschiebungen die axiale Baulänge des Druckverstärkers 5 nicht
wesentlich vergrößert wird.
Insbesondere ist hierbei anzustreben, daß die Ventilschieber 32A, 32B innerhalb
des lichten Raumes angeordnet sind, der durch Tangentialebenen an
die Niederdruckkolben 28 der Verstärkungskolben 26A, 26B begrenzt
wird.