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Vorrichtung zum Führen und Leiten von Fluiden für zwei sich translatorisch voneinander weg und aufeinander zu bewegenden Punkten, wobei die Vorrichtung aus einem Zylinderrohr besteht, indem ein Kolben mit einer Hohlkolbenstange läuft, welche das Fluid über ausschließlich den Differenzraum (4) führt beziehungsweise leitet.
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Der Stand der Technik ist das Überbrücken von translatorischen Bewegungen mit Energieführungen, in Form einer Scharnierkette, die Energieleitungen führt, stützt, (teilweise) umfasst und in gleichmäßiger Führung bei Bewegung hält. Diese Energieführungen werden im Allgemeinen mit dem Markennamen Kabelschlepp bezeichnet. Diese sind kostenintensiv und in ihrer Haltbarkeit aufgrund von Verschleiß begrenzt. Besonders bei großen translatorischen Bewegungen im Verhältnis zur Größe der Energieführung ist ein wirtschaftlicher Einsatz nicht immer möglich. Des Weiteren sind Einsätze außerhalb von Gebäuden, unter Wettereinfluß und/oder unter Staubeinfluß für Energieführungen in der beschriebenen Form, egal aus welchem Werkstoff, immer mit erhöhtem Verschleiß verbunden. Je nach Einsatz sind Ersatzbeschaffungen bereits nach 1.000 bis 2.000 Betriebsstunden teilweise notwendig. Geschätzte Kosten pro Austausch sind 45 bis 55% des Anschaffungswertes, da die Energieführung ähnlich kostenintensiv, wie die Energieleitungen sind.
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Ein weiterer Stand der Technik ist die Führung von Energieleitungen mit trommelförmigen Vorrichtungen, welche die Energieleitungen auf die Trommel aufwickeln. Der gängige Begriff für diese Art von Energieführung ist Schlauch- oder Kabelaufroller. Diese Vorrichtungen können wahlweise mit Federkraft oder mit einem separaten Antrieb aufgewickelt werden. Dabei ist es nicht entscheidend, ob der Antrieb permanent Kraft ausübt oder nur wenn eine translatorische Bewegung stattfindet. Beide Steuerungsarten gehören zum Stand der Technik. Diese Lösung ist kostenintensiv sowohl was die Anschaffung des Aufrollers angeht, als auch durch hohen Energieleitungsverschleiß durch das Aufrollen. Der mit dem Auf- und Abrollen verbundene Abrieb ist noch höher, als bei der so genannten Kabelschlepplösung. Der Aufroller an sich kann durchaus wartungsfrei 8.000 bis 10.000 Betriebsstunden erreichen: Hingegen ist das kostenintensivste die Energieleitung, egal ob Elektrokabel oder Fluidschlauch, welche je nach Einsatz teilweise nach 800 bis 1.500 Betriebsstunden bereits verschlissen sind. Geschätze Kosten sind pro Austausch ca. 70% des Anschaffungspreises des Systems, da die Energieleitungen meist teurer als der eigentliche Aufroller sind.
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Stand der Technik, um eine starre, sich nicht bewegende Verbindung zwischen zwei Punkten herzustellen, kann ein Rohr oder ein Schlauch sein. Dies ist hier nicht relevant, da eine translatorische Bewegung zwischen den zwei Punkten stattfinden muss.
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Die Zielsetzung muss nun sein, ein System zu entwickelt welches wartungsfrei 10.000 Betriebsstunden oder mehr erreicht und dabei nicht mehr als 10% des Anschaffungswerts während der Einsatzdauer an Ersatz- und Verschleißteilen verbraucht. Zusätzlich muss die erfindungsgemäße Vorrichtung dem gängigen Stand der Hydrauliktechnik entsprechend was Dichtungssysteme und Haltbarkeit angeht.
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Zusätzlich muss die erfindungsgemäße Vorrichtung in einen Teleskopausleger einer mobilen Arbeitsmaschine oder eines Fahrzeugs verbaubar sein.
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Um dies zu erreichen, wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung entwickelt, die vom Wirkprinzip, wie ein Differenzialzylinder fungiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Zylinderrohr (2a), in der ein Zylinderkolben (3a) läuft. Am Zylinderkolben (3a) ist eine Hohlkolbenstange (3c) angebracht, welche nahe am Zylinderkolben (3a) einen Querzugang Kolbenstange (3d) hat. Die Nähe des Querzugangs Kolbenstange (3d) ist definiert über den notwendigen Abstand, dass mit einem Werkzeug beziehungsweise mit einer Werkzeugmaschine dieser Querzugangs Kolbenstange (3d) ausgeführt werden kann. Wenn keine spanende Bearbeitung erfolgt, sondern ein anderes Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Urformen oder Umformen, gewählt wird, kann der Abstand geringer sein. Grundsätzlich ist der Abstand zum Zylinderkolben (3a) irrelevant für die Erfindung, dennoch muss der Differenzraum (4) eine entsprechende Restgröße haben, damit der Querzugang Kolbenstange (3d) nicht in das Stangenlagerdichtpaket (2b) fahren kann, da sonst eine Undichtigkeit auftritt. Somit ist ein geringer Abstand zwischen Querzugang Kolbenstange (3d) und Zylinderkolben (3a) vorteilhaft für die Erfindung, aber nicht relevant. Der Querzugang Kolbenstange (3d) ist mit dem Innenraum der Hohlkolbenstange (3c) verbunden. Diese Hohlkolbenstange (3c) ist an der gegenüberliegenden Seite zum Zylinderkolben (3a) offen und kann an dieser Stelle angeschlossen werden, um das Fluid abzunehmen. Hingegen ist auf der Zylinderkolbenseite (3a) die Hohlkolbenstange (3c) nicht durchgängig, damit es sich weiterhin um einen Differenzialzylinder handelt. Der Differenzraum (4) wird von dem Zuleitungsrohr (1), sinngemäß ”Bypass”, gespeist. Sprich das Fluid wird vom Beginn der Arbeitsdruckleitung (6a), sinngemäß am Druckerzeuger, beispielsweise Pumpe, in die Vorrichtung eingeleitet. Dann dringt das Fluid durch den Differenzraum (4) und speist sich über den Querzugang Kolbenstange (3d) die Hohlkolbenstange (3c). Das Fluid wird dann am Stirnzugang Kolbenstange (3e) entsprechend abgenommen und als Arbeitsleitung (6b) weitergeführt. Die Vorrichtung ist an der Bodenbefestigung (2d) als ersten Befestigungspunkt angebracht und der zweite Punkt ist am Stirnzugang Kolbenstange (3e). Dabei bewegen sich beide Punkte translatorisch aufeinander zu beziehungsweise voneinander weg. Die Vorrichtung muss entsprechend ihres Hubes der gewünschten translatorischen Bewegung angepasst sein. Eine Variante kann die starre Befestigung einer Seite beziehungsweise eines Punktes der Vorrichtung sein und die translatorische Bewegung der zweiten Seiten beziehungsweise Punktes. Dabei ist es egal, ob die Bodenbefestigung (2d) oder der Stirnzugang Kolbenstange (3e) starr beziehungsweise beweglich gestaltet ist. Eine weitere Variante wäre keine Fixierung der Endpunkte und eine freie Bewegung beider Seiten beziehungsweise beider Punkte.
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Der Zylinderkolben (3a) verfügt über ein Kolbendichtpaket (3b), welches den Differenzraum (4) und den Bodenraum (5) von einander abtrennt und kein Fluidfluß zwischen beiden Räumen zulässt. An der Stirnseite des Zylinderohrs (2a) ist das Stangenlager mit dem Stangenlagerdichtpaket (2b) ausgestattet, um die Umgebung vom Differenzraum (4) abzutrennen und keinen Fluidfluß zwischen den beiden Räumen zuzulassen. Der Bodenraum (5) verfügt über einen Bodenzugang (2c), welche im Idealfall mit dem Fluidtank über die Tankrücklaufleitung (7) verbunden ist. Dies dient als Absicherung, falls das Kolbendichtpaket (3b) versagt. Notwendig ist dieser Zugang nicht und hat keine Relevanz für die Funktionsweise der Erfindung.
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Durch die strömungsmechanische Grundlage, dass bei einem Fluid unter Druck, welches auf eine Fläche wirkt, immer die größere Fläche mehr resultierende Kraft erzeugt als die kleinere Fläche, würde ohne Abtrennung des Differenzraums (4) vom Bodenraum (5) die erfindungsgemäße Vorrichtung immer Druckkraft erzeugen, bei gleichem Arbeitsdruck in beiden Räumen. Die Kolbenbodenfläche des Zylinderkolbens (3a) hat immer eine größere Fläche bei einem Differenzialzylinder, als die Fläche auf der Differenzraumseite (4), da die wirkende Fläche auf dieser Seite immer kleiner ist, da die Fläche, welche die Hohlkolbenstange (3c) belegt nicht wirken kann. Bei einem Gleichgangzylinder, sprich wenn die Kolbenbodenseite in ihrer Fläche an die gegenüberliegende Seite angepasst ist, resultiert dies in gleichem Druck. Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt das Differenzprinzip aus, um große Vorrichtungslängen zu realisieren. Dabei wird der Bodenraum (5) nicht mit Druck beaufschlagt, so das ausschließlich der Differenzraum (4) unter dem Arbeitsdruck steht. Dies führt zu einer permanenten Zugkraft am Kolben, was dazu führt, dass keine Zwischenabstützung der Vorrichtung erforderlich ist. Bei keiner Zugkraft oder Druckkraft auf der Vorrichtung ist ein Ausknicken des Systems höchst wahrscheinlich und nicht zu vermeiden. Dies wäre für Vorrichtungen, welche in ihrem Hub beziehungsweise der zu überbrückenden translatorischen Verfahrweg den Kolbendurchmesser beziehungsweise Leitungsdurchmesser im Verhältnis nur 5 bis 10-mal überschreitet, nicht relevant. Diese Entfernungen kann ohne Energieführungen oder Aufroller mit einem simplen flexiblen Kabel oder Schlauch überbrückt werden. Relevant sind Entfernungen von jenseits des 10-fachen Hubs im Verhältnis zum Kolbendurchmesser. Bei Systemen des Stands der Technik können ohne Weiteres Verhältnisse des 20- bis 300-fachen des Kolbens beziehungsweise Leitungsdurchmessers zur überbrückenden Hub beziehungsweise translatorischen Bewegung betragen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt es keine Verhältnisgrenze, wobei Werte des 150- bis 250-fachen eines Hubs beziehungsweise des zu überbrückenden translatorischen Weges zu dem deutlich kleineren Kolbendurchmesser beziehungsweise Leitungsdurchmesser durchaus gängigen Anwendungen entspricht.
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Eine Anwendung ist ein Teleskopausleger eines Krans oder einer mobilen Arbeitsmaschine, welche Fluid über den sich translatorisch bewegenden Abschnitts des Auslegers hinweg leiten muss. Bei den meisten Maschinen dieser Art ist nach dem Abschnitt des teleskopierbaren Auslegers noch ein Werkzeug angebracht, wie ein Kranhaken oder ein Anbaugerät, welches bei Bedarf einen Fluidanschluß benötigt. Diese Überbrückung des teleskopierbaren Bereichs erfolgt in der Weise, wie mit dem Stand der Technik bereits mit Energieführung und Aufroller beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung überbrückt diesen teleskopierbaren, sprich translatorisch verschiebenden, Bereich und sorgt für konstanten Fluidfluß und permanente Verschiebbarkeit, auch unter vollem Arbeitsdruck. Übliche Hublängen pro Teleskopsegment sind 8 bis 12 Meter bei Leitungsdurchmessern von 20 bis 60 Millimeter. Dies kann je nach Anwendung, Maschine oder Hersteller variieren.
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Zum bessere Verständnis wird die Erfindung nachfolgend anhand 1 Figuren mit einer sinnbildlichen Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen die:
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1 (Primär-/Zusammenfassungsfigur): Schnittdarstellung der Vorrichtung mit angedeutetem Fluidfluß
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuleitungsrohr
- 2a
- Zylinderrohr
- 2b
- Stangenlagerdichtpaket
- 2c
- Bodenzugang
- 2d
- Bodenbefestigung
- 3a
- Zylinderkolben
- 3b
- Kolbendichtpaket
- 3c
- Hohlkolbenstange
- 3d
- Querzugang Kolbenstange
- 3e
- Stirnzugang Kolbenstange
- 4
- Differenzraum
- 5
- Bodenraum
- 6a
- Arbeitsdruckleitung, vor Durchführung
- 6b
- Arbeitsdruckleitung, nach Durchführung
- 7
- Tankrücklaufleitung
