DE102013102167A1 - Hydraulic cylinder with redundant safety valve system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder (1) mit einem Zylindergehäuse (2), in dem ein mit einer Kolbenstange (4) verbundener Kolben (3) axial verschiebbar geführt ist, der in dem Zylindergehäuse (2) einen in seiner Größe veränderlichen ersten Druckraum (10) begrenzt, wobei ein mit dem Druckraum (10) verbundenes steuerbares Absperrorgan (9) in das Zylindergehäuse (2) integriert ist, durch das der Druckraum (10) absperrbar ist und das in eine Freigabeposition verstellbar ist, in der eine Verbindung zwischen dem Druckraum (10) und einem Druckmittelanschluss (7) des Hydraulikzylinders (1) besteht, wobei in dem Hydraulikzylinder (1) ein zweiter Druckraum (13) ausgebildet ist, der durch Verschieben des Kolbens (2) und der Kolbenstange (4) gleichsinnig mit dem ersten Druckraum (10) in seiner Größe veränderlich ist, und wobei ein mit dem zweiten Druckraum (13) verbundenes zweites steuerbares Absperrorgan (14) in das Zylindergehäuse (2) integriert ist, durch das der zweite Druckraum (13) absperrbar ist und das in eine Freigabeposition verstellbar ist, in der eine Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum (13) und einem Druckmittelanschluss (19) des Hydraulikzylinders (1) besteht. The invention relates to a hydraulic cylinder (1) having a cylinder housing (2) in which a piston (3) connected to a piston rod (4) is guided in an axially displaceable manner, which in the cylinder housing (2) has a first pressure chamber (10) which is variable in size ), wherein a with the pressure chamber (10) connected controllable obturator (9) in the cylinder housing (2) is integrated, through which the pressure chamber (10) can be shut off and which is adjustable in a release position in which a connection between the pressure chamber (10) and a pressure medium connection (7) of the hydraulic cylinder (1), wherein in the hydraulic cylinder (1) a second pressure chamber (13) is formed by moving the piston (2) and the piston rod (4) in the same direction with the first Pressure chamber (10) is variable in size, and wherein a second controllable with the second pressure chamber (13) connected second controllable obturator (14) in the cylinder housing (2) through which the second Dru Back space (13) can be shut off and is adjustable in a release position in which a connection between the second pressure chamber (13) and a pressure medium connection (19) of the hydraulic cylinder (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Er umfasst in an sich bekannter Weise ein Zylindergehäuse, in dem ein mit einer Kolbenstange verbundener Kolben in axialer Richtung ein- und ausfahrbar geführt ist. Innerhalb des Zylindergehäuses begrenzt der Kolben einen in seiner Größe veränderlichen ersten Druckraum, der über eine Leitung mit einem ersten Druckmittelanschluss des Hydraulikzylinders verbunden ist. Durch Zuführen von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit wird der Kolben bewegt und damit die an der Kopfseite aus dem Zylindergehäuse herausgeführte Kolbenstange zum Verrichten mechanischer Arbeit axial weiter ausgefahren. Das Volumen des Druckraums vergrößert sich dabei entsprechend. The present invention relates to a hydraulic cylinder according to the preamble of claim 1. It comprises, in a manner known per se, a cylinder housing in which a piston connected to a piston rod is guided in and out in the axial direction. Within the cylinder housing, the piston defines a variable in size first pressure chamber which is connected via a line to a first pressure medium connection of the hydraulic cylinder. By supplying pressurized hydraulic fluid, the piston is moved, thereby axially extending the piston rod led out of the cylinder housing on the head side to perform mechanical work. The volume of the pressure chamber increases accordingly.
Um ein unbeabsichtigtes Einfahren des unter der Einwirkung einer äußeren Last stehenden Kolbens und der Kolbenstange im Falle eines Bruchs oder Lecks in einer an den Druckmittelanschluss angeschlossenen Hydraulikleitung oder Schlauchs zu verhindern, ist es bekannt, ein steuerbares Absperrorgan so in das Zylindergehäuse zu integrieren, dass es in der Leitung zwischen dem Druckmittelanschluss und dem Druckraum liegt. Wenn dieses interne Absperrorgan sich in einer Sperrposition befindet, ist der Druckraum abgesperrt und der Kolben und die Kolbenstange können nicht weiter in den Zylinder einfahren. Erst wenn das als Sicherheitsventil dienende Absperrorgan so angesteuert wird, dass es in eine Freigabeposition verstellt wird, ist wieder eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Druckmittelanschluss des Hydraulikzylinders hergestellt, so dass die Hydraulikflüssigkeit gewollt aus dem Druckraum herausströmen kann. Die Ansteuerung des Absperrorgans kann insbesondere über eine elektrische oder hydraulische Steuerleitung erfolgen. Auch ist es denkbar, das Absperrorgan manuell zu steuern. In order to prevent inadvertent retraction of the standing under the action of an external load piston and the piston rod in the event of a break or leak in a connected to the pressure medium connection hydraulic line or hose, it is known to integrate a controllable obturator in the cylinder housing, that it in the line between the pressure medium connection and the pressure chamber is located. If this internal obturator is in a blocking position, the pressure chamber is shut off and the piston and the piston rod can not retract further into the cylinder. Only when the obturator serving as a safety valve is actuated such that it is adjusted to a release position, is a connection established again between the pressure chamber and the pressure medium connection of the hydraulic cylinder, so that the hydraulic fluid can intentionally flow out of the pressure chamber. The control of the obturator can be done in particular via an electrical or hydraulic control line. It is also conceivable to control the obturator manually.
Konstruktiv anders ausgeführte Sicherheitsvorrichtungen für Hydraulikzylinder sind beispielsweise aus der
Ferner ist aus der
Grundsätzlich ist auch ein Versagen der vorgenannten Sicherheitssysteme, etwa durch Verschleiß oder Verschmutzung der Absperrorgane möglich, so dass die beabsichtige Sicherungsfunktion dann nicht mehr ausgeführt werden kann, was je nach Einsatzgebiet zu größeren Schäden oder Gefahren für Leib und Leben führen kann. Deshalb werden oftmals zusätzlich noch mechanisch wirkende Sicherungselemente angebracht, was jedoch mit einem erhöhten Aufwand verbunden ist. In principle, a failure of the aforementioned safety systems, such as wear or contamination of the shut-off devices is possible, so that the intended backup function can then no longer be performed, which can lead to major damage or danger to life and limb depending on the application. Therefore, often mechanically acting security elements are also attached, but this is associated with increased effort.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen konstruktiv einfachen Hydraulikzylinder der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine größere Sicherheit bietet und seine Verriegelungsfunktion auch bei dem Versagen des Absperrorgans noch zuverlässig ausführen kann. Object of the present invention is therefore to provide a structurally simple hydraulic cylinder of the type mentioned, which provides greater security and can perform its locking function even at the failure of the obturator still reliable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a hydraulic cylinder according to claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass in dem Hydraulikzylinder ein zweiter Druckraum vorgesehen ist, der durch Verschieben des Kolbens und der Kolbenstange gleichsinnig mit dem ersten Druckraum in seiner Größe veränderlich ist, und dass ein mit dem zweiten Druckraum verbundenes zweites steuerbares Absperrorgan in das Zylindergehäuse integriert ist, durch das der zweite Druckraum bei einer Sperrposition des zweiten Absperrorgans abgesperrt ist, wobei auch das zweite Absperrorgan in eine Freigabeposition gestellt werden kann, in der eine leitungsmäßige Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum und einem Druckmittelanschluss des Hydraulikzylinders besteht und Hydraulikflüssigkeit somit aus dem zweiten Druckraum heraus strömen kann. It is essential in the inventive solution that in the hydraulic cylinder, a second pressure chamber is provided, which is variable in size in the same direction with the first pressure chamber by moving the piston and the piston rod, and that connected to the second pressure chamber second controllable shut-off in the Is integrated cylinder housing, through which the second pressure chamber is shut off at a locking position of the second obturator, wherein the second obturator can be placed in a release position in which a line connection between the second pressure chamber and a pressure medium connection of the hydraulic cylinder and hydraulic fluid thus from the second pressure chamber can flow out.
Auch das zweite steuerbare Absperrorgan liegt also in der Leitung zwischen dem zugehörigen Druckmittelanschluss und dem zugehörigen zweiten Druckraum. Es kann ebenso wie das erste Absperrorgan insbesondere über eine elektrische oder hydraulische Steuerleitung angesteuert werden. Eine gleichsinnige Größenveränderung der beiden Druckräume bedeutet dabei, dass der zweite Druckraum größer wird, wenn auch der erste Druckraum größer wird, und dass er kleiner wird, wenn auch der erste Druckraum kleiner wird, wobei allerdings die Volumenänderungen der beiden Druckräume auch unterschiedlich groß ausfallen können. Also, the second controllable obturator is thus in the line between the associated pressure medium connection and the associated second pressure chamber. It can be controlled as well as the first obturator in particular via an electrical or hydraulic control line. A Coincidental change in size of the two pressure chambers means that the second pressure chamber is larger, although the first pressure chamber is larger, and that it is smaller, even if the first pressure chamber is smaller, although the volume changes of the two pressure chambers can also vary in size.
Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Ausführung liegt darin, dass zwei redundante Sicherheitssysteme in den Hydraulikzylinder integriert sind. Auch wenn ein Absperrorgan ausfallen sollte, kann der Zylinder über das andere Absperrorgan immer noch seine Verriegelungs- bzw. Blockierfunktion erfüllen. Auf diese Weise kann eine deutlich erhöhte Sicherheit auch ohne zusätzlich anzubringende mechanische Sicherungsmittel erreicht werden, so dass sich der Aufwand bei der Bedienung des Hydraulikzylinders oder einer damit ausgestatteten Vorrichtung nicht erhöht. The main advantage of the embodiment according to the invention is that two redundant safety systems are integrated in the hydraulic cylinder. Even if a shut-off should fail, the cylinder via the other obturator can still fulfill its locking or blocking function. In this way, a significantly increased security can be achieved without additional mechanical securing means to be attached, so that the effort in the operation of the hydraulic cylinder or a device equipped therewith does not increase.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, dass der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder aufgrund der integrierten Sicherungssysteme besonders kompakt ausgeführt ist und aufgrund dieser kompakten Bauweise keinen zusätzlichen Platz für externe Sicherungssysteme benötigt. Gleichzeitig ist er bei einfacher Konstruktion relativ kostengünstig herstellbar. Another significant advantage is that the hydraulic cylinder according to the invention is designed to be particularly compact due to the integrated security systems and because of this compact design requires no additional space for external security systems. At the same time it is relatively inexpensive to produce with a simple design.
Vorteilhafterweise können die beiden Absperrorgane der beiden Druckräume des erfindungsgemäßen Zylinders dabei so angesteuert werden, dass beide Absperrorgane zusammen bzw. gleichzeitig in ihre jeweilige Freigabeposition verstellt werden. Advantageously, the two shut-off valves of the two pressure chambers of the cylinder according to the invention can be controlled so that both shut-off valves are adjusted together or simultaneously in their respective release position.
Der zweite Druckraum wirkt bei der Befüllung mit einer Hydraulikflüssigkeit vorteilhafterweise parallel zu dem mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllten ersten Druckraum auf den Kolben und die Kolbenstange ein. So kann der Kolben und die Kolbenstange bei paralleler Druckbeaufschlagung beider Druckräume mit entsprechend hohen Druckkräften ausgefahren werden. The second pressure chamber acts during the filling with a hydraulic fluid advantageously parallel to the filled with a hydraulic fluid first pressure chamber on the piston and the piston rod. Thus, the piston and the piston rod can be extended with parallel pressurization of both pressure chambers with correspondingly high pressure forces.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolben und die Kolbenstange mit einer zentralen axialen Bohrung versehen sind, in die ein am Zylinderboden befestigtes und axial vorstehendes Rohr unter Zwischenfügung einer Dichtung eingreift, wobei der in dem Rohr zur Leitung von Hydraulikflüssigkeit ausgebildete Kanal leitungsmäßig mit dem zweiten Absperrorgan verbunden ist. According to a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the piston and the piston rod are provided with a central axial bore into which a cylinder base fixed and axially projecting tube engages with the interposition of a seal, wherein the trained in the pipe for conducting hydraulic fluid Channel is conductively connected to the second obturator.
Die Kolbenstange ist dabei an ihrem aus dem Zylindergehäuse herausgeführten freien Ende verschlossen, so dass sie in ihrem Inneren einen endseitig abgeschlossenen Hohlraum ausbildet, der zumindest einen Teil des zweiten Druckraums des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders bildet. The piston rod is closed at its outgoing from the cylinder housing free end so that it forms in its interior a closed-end cavity, which forms at least part of the second pressure chamber of the hydraulic cylinder according to the invention.
Die Kolbenstange ist also zumindest über einen dem Zylinderboden zugewandten Abschnitt hinweg rohrförmig bzw. hohl ausgeführt, wobei der zweite Druckraum sich zumindest teilweise in dem Hohlraum der Kolbenstange erstreckt und in axialer Richtung durch das verschlossene Ende der Kolbenstange begrenzt wird. Das Rohr bildet hierbei ein Trennelement zwischen den beiden Druckräumen. Thus, the piston rod is tubular or hollow at least over a portion facing the cylinder bottom, wherein the second pressure chamber extends at least partially in the cavity of the piston rod and is limited in the axial direction by the closed end of the piston rod. The tube forms a separating element between the two pressure chambers.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der in dem Rohr ausgebildete Kanal so breit ausgebildet ist, dass er nicht nur eine Leitung zu dem zweiten Druckraum, sondern selber einen Teil des zweiten Druckraums des Hydraulikzylinders bildet. It is particularly advantageous if the channel formed in the channel is so wide that it forms not only a line to the second pressure chamber, but itself a part of the second pressure chamber of the hydraulic cylinder.
Der erste Druckraum ist dabei in vorteilhafter Weise ringförmig um das Rohr herum ausgebildet, so dass er sich der Form des ringförmigen Kolbens anpasst. The first pressure chamber is advantageously formed annularly around the tube, so that it adapts to the shape of the annular piston.
Ein besonders kompakte und stabile Bauform kann erzielt werden, wenn die beiden steuerbaren Absperrorgane in den der Kopfseite gegenüberliegenden Boden des Hydraulikzylinders integriert sind. A particularly compact and stable design can be achieved if the two controllable shut-off valves are integrated in the opposite side of the head of the hydraulic cylinder.
Besonders günstig ist es, wenn die beiden steuerbaren Absperrorgane jeweils durch ein entsperrbares Rückschlagventil, insbesondere mit jeweils einem federbelasteten Sperrkörper, etwa einer Kugel ausgebildet und hydraulisch entsperrbar sind. It is particularly favorable if the two controllable shut-off valves are each formed by a pilot-operated check valve, in particular with a respective spring-loaded blocking body, such as a ball, and can be hydraulically unlocked.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die beiden insbesondere hydraulisch steuerbaren Absperrorgane mit einer gemeinsamen Steuerleitung verbunden sind, so dass sie durch Zuführen eines entsprechenden Steuersignals, etwa eines hydraulischen Steuerdrucks gemeinsam und gleichzeitig entsperrt werden können. It is also particularly advantageous if the two, in particular hydraulically controllable shut-off valves are connected to a common control line, so that they can be unlocked by supplying a corresponding control signal, such as a hydraulic control pressure together and simultaneously.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hydraulikzylinder doppelt wirkend ausgeführt ist, wobei die Kolbenstange durch Zuführen von Hydraulikflüssigkeit durch einen zweiten Druckmittelanschluss in einen die Kolbenstange ringförmig umgebenden dritten Druckraum, der sich auf der vom ersten Druckraum abgewandten Seite des Kolbens befindet, eingefahren werden kann. Auf die erfindungsgemäße Anordnung des ersten und hiervon getrennten zweiten Druckraums hat der dritte Druckraum keinen Einfluss. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the hydraulic cylinder is designed to be double-acting, wherein the piston rod by supplying hydraulic fluid through a second pressure medium connection in a third pressure chamber annularly surrounding the piston rod, which is located on the side facing away from the first pressure chamber side of the piston , can be retracted. On the inventive arrangement of the first and second separate pressure chamber of the third pressure chamber has no influence.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Steuerleitung der beiden Absperrorgane mit dem dritten Druckraum oder mit dem Druckmittelanschluss für den dritten Druckraum verbunden ist, so dass durch Zuführen einer Hydraulikflüssigkeit durch den Druckmittelanschluss für den dritten Druckraum nicht nur die Kolbenstange eingefahren wird, sondern auch die beiden Rückschlagventile angesteuert werden. Die zugeführte Hydraulikflüssigkeit bedeutet dabei gleichzeitig auch das Anlegen eines hydraulischen Steuerdrucks zum Entsperren der beiden Absperrorgane, was eine Voraussetzung für das Einfahren des Kolbens darstellt. It is particularly advantageous if the control line of the two shut-off valves is connected to the third pressure chamber or to the pressure medium connection for the third pressure chamber, so that by supplying a hydraulic fluid through the Pressure medium connection for the third pressure chamber not only the piston rod is retracted, but also the two check valves are controlled. The supplied hydraulic fluid means at the same time also the application of a hydraulic control pressure to unlock the two shut-off valves, which is a prerequisite for the retraction of the piston.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass in dem ersten und in dem zweiten Druckraum jeweils ein Drucksensor angeordnet ist, durch den der in dem jeweiligen Druckraum herrschende Druck der Hydraulikflüssigkeit überwacht werden kann. Auf diese Weise ist ein möglicher Teilausfall eines der beiden redundanten Sicherungssysteme frühzeitig feststellbar, so dass er rechtzeitig und gefahrlos behoben werden kann, bevor es auch noch zu einem Ausfall des anderen Sicherungssystems kommt. Die Sicherheit des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems wird hierdurch nochmals deutlich gesteigert. According to a particularly preferred embodiment of the invention it is further provided that in each case a pressure sensor is arranged in the first and in the second pressure chamber, through which the pressure prevailing in the respective pressure chamber of the hydraulic fluid can be monitored. In this way, a possible partial failure of one of the two redundant security systems can be detected at an early stage so that it can be remedied in a timely and safe manner before it even comes to a failure of the other security system. The safety of the hydraulic system according to the invention is thereby significantly increased again.
Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Hydraulikzylinders können jegliche Art von festen oder mobilen Installationen sein, bei denen größere Haltekräfte ausgeübt bzw. größere Belastungen abgestützt werden müssen. So kann der erfindungsgemäße Hydraulikzylinder beispielsweise bei Hubbühnen, Wagenhebern oder Kränen zum Einsatz kommen. Areas of application of the hydraulic cylinder according to the invention can be any type of fixed or mobile installations in which larger holding forces must be exerted or larger loads must be supported. Thus, the hydraulic cylinder according to the invention can be used for example in lifting platforms, jacks or cranes.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of the embodiment shown in the drawing.
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder, der mit einem redundanten Sicherungsventilsystem ausgeführt ist. The drawing shows a cross section through a hydraulic cylinder according to the invention, which is designed with a redundant safety valve system.
Der hier doppelt wirkend ausgeführte Hydraulikzylinder
Im Bereich des Bodens
Innerhalb der Kolbenstange
Der Kolben
Über eine hydraulische Steuerleitung
Durch diese hydraulische Ansteuerung der beiden Rückschlagventile
Falls durch eine Undichtigkeit oder durch einen anderen Defekt der Druck in einem der beiden Druckräume
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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