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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gleichlaufsteuerung eines Hydraulikzylindersystems. Außerdem betrifft die Erfindung ein Hydraulikzylindersystem. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Mehrsäulen-Fahrzeughebebühne mit einem Hydrauliksystem.
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Hydraulikzylindersysteme, die nach dem Master-Slave-Prinzip arbeiten, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei sind die Zylinder in Serie geschaltet und das jeweils verdrängte, abströmende Hydrauliköl des Kommandozylinders wird über Druckleitung in den Folgezylinder gedrückt. Anders ausgedrückt wird durch Druckbeaufschlagung des Kommandozylinders zwangsweise auch der Folgezylinder mit Druck beaufschlagt. Kommandozylinder und Folgezylinder sind dabei über die Druckleitung unmittelbar miteinander strömungsverbunden. Hierbei bildet der Folgezylinder mit dem Zylinderrückhubraum des Kommandozylinders einen geschlossenen Kreislauf.
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Durch Undichtheiten an den verschiedenen Dichtungsstellen des Hydrauliksystems ist es möglich, daß sich in diesem geschlossenen Kreislauf zuviel oder zuwenig Hydrauliköl befindet. Dies bewirkt ein nicht synchrones Ausfahren, einen Ungleichlauf der Zylinder.
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Handelsüblich hat der geschlossene Kreislauf über ein Absperrventil eine Verbindung zu Pumpe und Tank des Hydrauliksystems. Mit diesem Ventil kann zuviel Flüssigkeit in den Tank abgelassen werden. Befindet sich zuwenig Flüssigkeit im Kreislauf, kann mit dem Ventil Flüssigkeit nachgefüllt werden. Es sind verschiedene Möglichkeiten zur Bedienung dieses Ventils bekannt. Üblich sind hier z. B. manuelle oder elektrische Ventile sowie auch Überströmeinrichtungen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf besonders einfache Weise einen Ungleichlauf der Hydraulikzylinder eines Hydraulikzylindersystems und damit einen Versatz beim Heben zu beseitigen bzw. zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch ein System nach Anspruch 8 gelöst.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf besonders einfache Weise niveaugleiche Hubbewegungen auf beiden Seiten einer Mehrsäulen-Fahrzeughebebühne sicherzustellen, bei der auf jeder der beiden Seiten ein Hydraulikzylinder angeordnet ist. Diese Aufgabe wird durch eine Mehrsäulen-Fahrzeughebebühne nach Anspruch 10 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile und Ausgestaltungen gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße System und umgekehrt.
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Eine Kernidee der Erfindung ist es, bei einem Master-Slave-Zylinderpaar ein druckgesteuertes Ventil einzusetzen, durch welches automatisch ein Hydraulikölvolumenausgleich vorgenommen wird, um einen synchronen Lauf (Gleichlauf) der Zylinder zu gewährleisten. Dieses Volumenausgleichsventil gleicht einen möglichen Versatz der Zylinder aus, indem es einen Gleichstand der Zylinder herstellt. Das Ausgleichen durch das Ventil erfolgt automatisch und druckbestimmt, nämlich anhand einer etwaigen bestehenden Druckdifferenz zwischen der Druckseite und der Verbindungsseite des Kommandozylinders. Befindet sich in dem geschlossenen Kreislauf des Folgezylinders zuviel oder zuwenig Hydraulikölvolumen, dann wird dies durch eine druckgesteuerte Betätigung des Volumenausgleichsventils ausgeglichen.
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Mit der Erfindung wird der Versatz beim Heben automatisch erkannt und automatisch behoben, vorzugsweise jedesmal, wenn die Zylinder gegen Anschlag gefahren werden, also ihre vollständig ausgefahrenen Stellungen (Endstellungen) erreichen. Außer dem druckgesteuerten Volumenausgleichsventil sind keine oder nur unwesentliche Modifikationen an dem Hydrauliksystem erforderlich, um die Erfindung zu implementieren. Insbesondere ist keine Wegmessung mit anschließender elektronischer Gleichlaufregelung notwendig. Auch eine aufwendige mechanische Koppelung der Zylinder wird nicht benötigt.
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Das automatische Erkennen des Versatzes beim Heben erfolgt dabei indirekt, indem ein nicht 100%ig zutreffendes Hydraulikölvolumen in dem geschlossenen Kreislauf des Folgezylinders automatisch festgestellt und ausgeglichen wird, wodurch zugleich der Gleichlauf der Zylinder wiederhergestellt wird.
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Mit der Erfindung wird ein besonders gleichmäßiges Heben der Zylinder ermöglicht. Dies ist besonders bei der Verwendung des Hydrauliksystems bei Fahrzeughebebühnen von Vorteil. Zugleich wird auf einfache Weise eine größere Betriebssicherheit und Genauigkeit des Hubvorgangs erreicht.
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Besonders vorteilhaft einsetzbar ist die Erfindung bei Mehrsäulen-Fahrzeughebebühnen, bei denen auf jeder der beiden Seiten ein Hydraulikzylinder angeordnet ist, insbesondere bei Zweisäulen-Fahrzeughebebühnen. Mit der Erfindung können besonders vorteilhaft niveaugleiche Hubbewegungen auf beiden Seiten einer Hebebühne sichergestellt werden, bei der auf jeder der beiden Seiten ein Hydraulikzylinder angeordnet ist und diese Zylinderpaarung nach dem Master-Slave-Prinzip angesteuert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur einen vereinfachten schematischen Hydraulikplan eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems.
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Ein Hydraulikzylindersystem 1 für eine Kraftfahrzeughebebühne umfaßt ein Hydraulikzylinderpaar, mit einem auf der einen Seite der Hebebühne angeordneten, ein erstes Hebebühnenelement (nicht abgebildet) anhebenden Kommandozylinder 2 und einem auf der anderen Seite der Hebebühne angeordneten, ein zweites Hebebühnenelement (nicht abgebildet) anhebenden Folgezylinder 3, die gemäß dem Master-Slave-Prinzip miteinander gekoppelt sind. Diese Hydraulikzylinder 2, 3 sind als Master-Slave-Hydraulikzylinderpaar hydraulisch miteinander verbunden.
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Zum Ausfahren der Kolbenstangen der Zylinder 2, 3 erfolgt eine Druckansteuerung des Zylinderpaars über eine Anschlußleitung 4, die an der Druckseite (Kolbenseite) 5 des Kommandozylinders 2 angeschlossen ist. Die Anschlußleitung 4 ist über eine Pumpe 6 mit einem Tank 7 hydraulisch verbunden. Als Hydraulikflüssigkeit dient Hydrauliköl. Gleichwohl kann auch eine andere Hydraulikflüssigkeit verwendet werden. Zudem ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung, daß unter Hydrauliköl ein beliebiges Fluid (flüssig oder gasförmig) verstanden wird, welches sich zum Betrieb des Hydrauliksystems eignet, wobei bei Verwendung eines Gases auch ein Pneumatiksystem als Hydrauliksystem im Sinne der Erfindung anzusehen ist.
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Der Kommandozylinder 2 steuert mit dem abfließenden Hydrauliköl der Verbindungsseite (Ringkolbenseite) 8 den Folgezylinder 3 druckseitig (kolbenseitig), also auf dessen Druckseite 9 derart an, daß aufgrund der berechneten Flächenverhältnisse beide Hydraulikzylinder 2, 3 synchron, d.h. mit hydraulischem Gleichlauf ausfahren. Hierzu ist die Verbindungsseite 8 des Kommandozylinders 2 auf an sich bekannte Weise mit dem Folgezylinder 3 unmittelbar über eine Verbindungsleitung 11 hydraulisch verbunden. Aufgrund des Master-Slave-Systems gibt es einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf 12, der den Zylinderrückhubraum 13 des Kommandozylinders 2 sowie den Folgezylinder 3 umfaßt.
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Zwischen der Druckseite 5 und der Verbindungsseite 8 des Kommandozylinders 2 ist ein druckgesteuertes Volumenausgleichsventil 14 vorgesehen. Genauer gesagt ist das Volumenausgleichsventil 14 mit dem Anschluß der Verbindungsleitung 11 an dem Zylinderrückhubraum (Ringkolbenraum) 13 des Kommandozylinders 2 einerseits und mit dem Anschluß der Anschlußleitung 4 an den Arbeitszylinderraum 15 (Kolbenraum) des Kommandozylinders andererseits hydraulisch verbunden. Das Volumenausgleichsventil 14 dient zur Durchführung eines automatischen Hydraulikölvolumenausgleichs zur Gewährleistung eines synchronen Laufes der Zylinder 2, 3.
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Bei dem Ventil 14 handelt es sich im weitesten Sinne um ein Stromventil, das in beiden Richtungen durchströmt werden kann (Durchflußventil). Im engeren Sinne arbeitet das Ventil 14 nach Art eines Differenzdruck-Volumenstromreglers. Sowohl druckseitig (kolbenseitig) als auch verbindungsseitig (ringkolbenseitig), also innerhalb des geschlossenen Kreislaufs 12 wird am Kommandozylinder 2 der Druck ermittelt. Beide Werte werden miteinander verglichen. Die daraus ermittelte Differenz dient dazu, ein Stellglied des Volumenausgleichsventils 14 über geeignete Stellmittel 16, 17 zu steuern. Die Art und Weise der Betätigung des Volumenausgleichsventils 14 ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Vorzugsweise handelt es sich um ein elektromotorisches Ventil, welches automatisch angesteuert wird.
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Das Volumenausgleichsventil 14 ist ein ausschließlich druckabhängig arbeitendes Steuerventil. Die Fließrichtung des Hydraulikölvolumens durch das Ventil 14 ist anders ausgedrückt druckgesteuert, d. h. abhängig von den Druckverhältnissen auf den beiden Seiten des Ventils 14. Das Ventil 14 kann sich sowohl nach der einen, als auch nach der anderen Seite öffnen. Ein Öffnen des Ventils 14 führt dabei stets und automatisch zu einem Ausgleich der Hydraulikölvolumen in dem Zylinderrückhubraum 13 des Kommandozylinders 2 einerseits und in dem Arbeitszylinderraum 18 des Folgezylinders 3 andererseits und in der Folge dazu, daß der jeweils nacheilende Zylinder ebenfalls gegen Anschlag fährt.
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Wenn der Druck auf der Verbindungsseite 8 kleiner ist als der Druck auf der Druckseite 5 des Kommandozylinders 2, fließt bei einem Öffnen des Volumenausgleichsventils 14 Hydraulikölvolumen von der Druckseite 8 auf die Verbindungsseite 5, solange bis die Hydraulikölvolumen in dem Zylinderrückhubraum 15 des Kommandozylinders 2 und in dem Arbeitszylinderraum 18 des Folgezylinders 3 ausgeglichen sind. Fehlt also mit anderen Worten in dem geschlossenen Kreislauf 12 des Folgezylinders 3 Hydraulikölvolumen (ist also dort zu wenig Hydrauliköl vorhanden), dann fährt beim Heben der Kommandozylinder 2 gegen den Anschlag, während der Folgezylinder 3 seinen Anschlag nicht erreicht. Das von dem Folgezylinder 3 angehobene Hebebühnenelement (nicht abgebildet) steht daher tiefer als das von dem Kommandozylinder 2 angehobene Hebebühnenelement (nicht abgebildet). Der Druck auf der Verbindungsseite 8 des Kommandozylinders 2 ist kleiner als der Druck auf der Druckseite 5 des Kommandozylinders 2. Bei Erreichen des maximalen Druckbereiches öffnet das Ausgleichsventil 14 mit Hilfe des Stellmittels 16 in Richtung des Pfeils 21 und Hydraulikölvolumen fließt von der Druckseite 5 auf die Verbindungsseite 8 des Kommandozylinders 2, d.h. in den geschlossenen Kreislauf 14 des Folgezylinders 3 hinein (druckgesteuerte Fließrichtung), solange bis die Volumen in dem Folgezylinderkreislauf 12 ausgeglichen sind und auch der Folgezylinder 3 gegen den Anschlag fährt.
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Wenn hingegen der Druck auf der Verbindungsseite 8 größer ist als der Druck auf der Druckseite 5 des Kommandozylinders 2, fließt bei einem Öffnen des Volumenausgleichsventils 14 Hydraulikölvolumen von der Verbindungsseite 8 auf die Druckseite 5, solange bis die Hydraulikölvolumen in dem Zylinderrückhubraum 15 des Kommandozylinders 2 und in dem Arbeitszylinderraum 18 des Folgezylinders 3 ausgeglichen sind. Ist also mit anderen Worten in dem geschlossenen Kreislauf 12 des Folgezylinders 3 zu viel Hydraulikölvolumen vorhanden, dann eilt der Folgezylinder 3 beim Heben vor und fährt gegen den Anschlag, während der Kommandozylinder 2 seinen Anschlag nicht erreicht. Dies kann beispielsweise darauf zurückzuführen sein, daß Hydraulikölvolumen an der Druckseite 5 des Kommandozylinders 2 aufgrund einer interne Leckage fehlt. Das von dem Kommandozylinder 2 angehobene Hebebühnenelement (nicht abgebildet) steht daher tiefer als das von dem Folgezylinder 3 angehobene Hebebühnenelement (nicht abgebildet). Der Druck auf der Verbindungsseite 8 des Kommandozylinders 2 ist größer als der Druck auf der Druckseite 5 des Kommandozylinders 2. Bei Erreichen des maximalen Druckbereiches öffnet das Ausgleichsventil 14 mit Hilfe des Stellmittels 17 in Richtung des Pfeils 22 und Hydraulikölvolumen fließt von der Verbindungsseite 8 auf die Druckseite 5 des Kommandozylinders 2, d.h. aus dem geschlossenen Kreislauf 12 des Folgezylinders 3 hinaus (druckgesteuerte Fließrichtung), solange bis die Volumen in dem Folgezylinderkreislauf 12 ausgeglichen sind und auch der Kommandozylinder 2 gegen den Anschlag fährt.
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Der Hydraulikölvolumenausgleich erfolgt, sofern erforderlich, automatisch jedes Mal, wenn sich die Zylinder 2, 3 gegen ihre Endlagen bewegen oder sich in ihren Endlagen befinden, insbesondere also dann, wenn die Kolben gegen Anschlag fahren.
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Es ist vorgesehen, daß das Volumenausgleichsventil 14 nur nahe des erlaubten Maximaldrucks des Hydraulikzylindersystems 1 arbeitet, d.h. schaltet bzw. regelt. Das Volumenausgleichsventil 14 arbeitet demnach nicht immer, sondern nur nahe (unterhalb) des Maximaldrucks des Systems 1. Bei diesem Maximaldruck handelt es sich um den höchsten zulässigen Arbeitsdruck der Pumpe 6 des Hydrauliksystems 1. Das ist der (zum Schutz der Pumpe) an dem Druckbegrenzungsventil 23 des Hydrauliksystems 1 eingestellte Druck. Nur dann ist das Ventil 14 im Regelmodus, öffnet also in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen in der einen oder anderen Fließrichtung. Würde das Volumenausgleichsventil 14 bei beliebigen Drücken arbeiten, würde dauerhaft, also während der gesamten Hubbewegung der Hydraulikzylinder 2, 3, eine Regelung des Hydraulikölvolumens erfolgen. So erfolgt dies jedoch nur, wenn sich der Druck an der Druckseite 5 des Kommandozylinders 2 dem Maximaldruck nähert, was in der Regel nur dann der Fall ist, wenn die Hydraulikzylinder 2, 3 gegen Anschlag fahren. Der Druckwert, ab dem das Volumenausgleichsventil 14 im Regelmodus arbeitet, ist entweder konstruktionsseitig am Ventil 14 fest eingestellt oder aber variabel am Ventil 14 einstellbar.
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Es ist darüber hinaus vorgesehen, daß das Volumenausgleichsventil 14 erst ab einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen der Druckseite 5 und der Verbindungsseite 8 des Kommandozylinders 2, genauer gesagt zwischen dem Anschluß der Verbindungsleitung 11 an dem Zylinderrückhubraum 13 des Kommandozylinders 2 einerseits und dem Anschluß der Anschlußleitung 4 an den Arbeitszylinderraum 15 des Kommandozylinders 2 andererseits, arbeitet, d.h. schaltet bzw. regelt. Mit anderen Worten befindet sich das Volumenausgleichsventil 14 bei lediglich kleineren Druckdifferenzen nicht im Regelmodus. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, daß ein Volumenausgleich nicht bereits bei kleinsten Druckdifferenzen erfolgt. Die Größe dieser Mindest-Druckdifferenz ergibt sich aus dem Kolbenflächenverhältnis und wird auf die Hubkraft der Hebebühne ausgelegt. Dieser Grenzwert kann daher von Hebebühnentyp zu Hebebühnentyp und somit von Ventil zu Ventil unterschiedlich sein.
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Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung ein Hydrauliksystem 1 bereitgestellt, welches einen automatischen Volumenausgleich in den Endstellungen der Hydraulikzylinder 2, 3 ermöglicht. Dieser Volumenausgleich erfolgt dabei derart, daß jeweils beide Zylinder 2, 3 immer ihre Endstellungen erreichen. Mit Hilfe des druckgesteuerten Volumenausgleichsventils 14 kann, falls erforderlich, zusätzliches Hydrauliköl in den Zylinderrückhubraum 13 des Kommandozylinders 2 und damit in den geschlossenen Kreislauf 12 des Folgezylinders 3 eingebracht werden. So wird gewährleistet, daß auch der Folgezylinder 3 auf Anschlag fährt. Ebenso kann, falls erforderlich, Hydrauliköl aus dem geschlossenen Kreislauf 12 des Folgezylinders 3 in den Arbeitszylinderraum 15 des Kommandozylinders 2 eingebracht werden, um zu gewährleisten, daß auch der Kommandozylinder 2 auf Anschlag fährt.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln. als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulikzylindersystem
- 2
- Kommandozylinder
- 3
- Folgezylinder
- 4
- Anschlußleitung
- 5
- Druckseite Kommandozylinder
- 6
- Pumpe
- 7
- Tank
- 8
- Verbindungsseite Kommandozylinder
- 9
- Druckseite Folgezylinder
- 10
- (frei)
- 11
- Verbindungsleitung
- 12
- Geschlossener Kreislauf
- 13
- Zylinderrückhubraum
- 14
- Volumenausgleichsventil
- 15
- Arbeitszylinderraum
- 16
- erstes Stellmittel
- 17
- zweites Stellmittel
- 18
- Arbeitszylinderraum Folgezylinder
- 19
- (frei)
- 20
- (frei)
- 21
- erste Fließrichtung
- 22
- zweite Fließrichtung
- 23
- Druckbegrenzungsventil
