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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz von beweglichen Arbeitsgerätschaften, die bei Arbeitsvorgängen mechanischer Belastung ausgesetzt sind, gegen Überlastung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf den Schutz von Arbeitsgerätschaften, wie Brechwerkzeuge bei Zerkleinerungsanlagen oder Bearbeitungswerkzeuge für landwirtschaftliche Bodenbearbeitungsgeräte, wie Pflüge oder dergleichen.
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Beim Betrieb von Zerkleinerungsanlagen, wie Walzen-, Backen- und Prallbrecher oder Mühlen, besteht die Gefahr, dass sich bei dem zu zerkleinernden Gut harte Fremdmaterialien befinden, wie Metallteile, durch die es durch auf das betreffende Werkzeug einwirkende Kraftimpulse, wie Schläge, zu Beschädigung oder Zerstörung durch Überbelastung kommen kann. Entsprechendes gilt auch bei landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsgeräten, wie Pflügen, bei denen es zu Überbelastung beim Anlaufen an Hindernissen, wie Gestein, kommen kann.
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Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Sicherheitseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die für betreffende Arbeitsgerätschaften einen wirksamen Schutz gegen Überlastung bietet.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Sicherheitseinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist. Demgemäß sieht die Erfindung eine hydropneumatische Kolbenzylindereinheit vor, deren mit der Arbeitsgerätschaft verbundener Kolben eine Ölseite von einer Gasseite trennt, deren Gasvolumen die Arbeitsgerätschaft gegen Belastung abstützt, und sieht des Weiteren einen hydropneumatischen Druckspeicher vor, dessen Ölseite mit der Ölseite der Kolbenzylindereinheit in Fluidverbindung ist. Dadurch, dass die jeweilige Arbeitsgerätschaft über den Kolben der Kolbenzylindereinheit an einem Gasvolumen abgestützt ist, steht für die Aufnahme von an der Arbeitsgerätschaft wirkenden Überlastkräften eine Gasfeder zur Verfügung, die in Überlastfällen ein Nachgeben der Arbeitsgerätschaft ermöglicht, wobei durch Verfahren des Kolbens die Energie der Überlast im Gasvolumen aufgenommen und bei späterer Rückstellung wieder abgegeben wird. Gleichzeitig ist durch das Ölvolumen der Ölseite der Kolbenzylindereinheit die lastfreie Arbeitsposition der Arbeitsgerätschaft vorgegeben. Da die Ölseite der Kolbenzylindereinheit zudem mit der Ölseite eines hydropneumatischen Druckspeichers verbunden ist, ist bei durch Überlast erfolgendem schnellen Einfahren des Kolbens die Bildung einer Kavität auf der an der Stangenseite des Kolbens befindlichen Ölseite vermieden, weil der Druckspeicher das jeweils entsprechende Ölvolumen nachspeist.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist als hydropneumatischer Druckspeicher ein Kolbenspeicher vorgesehen. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Druck auf der Gasseite des Kolbenspeichers auf einen Wert einzustellen, bei dem sich der Speicherkolben bei kleinstmöglichem Gasvolumen in einer Endstellung am Anschlag, also sozusagen „auf Block“ befindet, wenn der Kolben der Kolbenzylindereinheit unbelastet ist. Da Ölseite der Kolbenzylindereinheit und Ölseite des Kolbenspeichers somit ein starres System bilden, lässt sich die unbelastete Ausgangsposition des Kolbens der Kolbenzylindereinheit und damit die normale Arbeitsposition der Arbeitsgerätschaft durch Einstellen des Drucks der Ölseite des Kolbenspeichers eindeutig vorgeben und bleibt auch nach einem Überlastfall bestehen. Demgemäß ist sichergestellt, dass nach einer Überlast die vorherige Arbeitsposition eindeutig wieder erreicht wird.
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Die Anordnung kann mit besonderem Vorteil so getroffen sein, dass die Fluidverbindung zwischen dem Kolbenspeicher und der Ölseite der Kolbenzylindereinheit eine einstellbare Blende enthält. Dadurch ist für die Rückstellbewegung, d.h. für das Rückfedern nach Überlastfällen, eine gewünschte Dämpfung vorgebbar.
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Um ein ungedrosseltes Einfahren des Kolbens bei Überlastfällen zu ermöglichen, ist die einstellbare Blende vorteilhafterweise durch ein für den Durchstrom vom Kolbenspeicher zur Kolbenzylindereinheit hin öffnendes Rückschlagventil überbrückt.
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Für die Einstellung des Drucks der Ölseiten von Kolbenzylindereinheit und Kolbenspeicher und damit der Einstellung der unbelasteten Ausgangsposition der Arbeitsgerätschaft, ist die Ölseite des Kolbenspeichers mit einer Druckversorgungseinrichtung verbindbar, wobei die Verbindung mit Vorteil über ein entsperrbares Rückschlagventil erfolgen kann. Dadurch ist normalerweise ein geschlossenes System der Ölseiten gebildet, wobei jedoch eine Druckabsenkung oder eine Entleerung durch Entsperren des Rückschlagventils erfolgen kann.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Gasseite der Kolbenzylindereinheit mit der Gasseite eines zweiten hydropneumatischen Druckspeichers verbunden, dessen Ölseite mit einer Druckversorgungseinrichtung verbindbar ist. Dadurch steht für die Kolbenzylindereinheit nicht nur ein zusätzliches, externes Gasvolumen zur Verfügung, sondern durch Einstellen des Speicherdrucks des zweiten Druckspeichers ist auch die Federungshärte der Abstützung der Arbeitsgerätschaft vorgebbar.
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In der Verbindung des zweiten Druckspeichers mit der Druckversorgungseinrichtung sind mit Vorteil ein Absperrventil und ein Druckbegrenzungsventil angeordnet. Wie der erste Druckspeicher kann auch der zweite Druckspeicher vorteilhafterweise durch einen Kolbenspeicher gebildet sein.
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Während der Kolben der Kolbenzylindereinheit in besonders vorteilhafter Weise mit einer Arbeitsgerätschaft, wie einem Werkzeug einer Blockbrechanlage oder einem Werkzeug zur Bodenbearbeitung, wie einem Pflug, verbunden ist, versteht sich, dass die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung mit Vorteil auch zum Schutz andersartiger Arbeitsgerätschaften einsetzbar ist, die der Gefahr von mechanischer Überlastung ausgesetzt sind.
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Insgesamt ist mit der erfindungsgemäßen Lösung eine stufenlose Einstellung des Brechspaltes ermöglicht. Nach jeder Überlast fährt der Kolben die vorher definierte Position wieder an. Ferner wird auch bei Überlast der eingestellte Brechspalt konstant gehalten.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 in stark vereinfachter, skizzenhafter Darstellung eine Walzenbrechanlage, versehen mit einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 2 Längsschnitte der Kolbenzylindereinheit und des Kolbenspeichers des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, wobei die hydraulische Schaltung in Symboldarstellung gezeigt und der Betriebszustand der vorgespannten Ruheposition dargestellt sind;
- 3 eine der 2 entsprechende Darstellung, wobei der Betriebszustand bei Überlast-Kraftimpulsen dargestellt ist; und
- 4 in der Darstellungsart von 2 und 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, wobei die vorgespannte Ruheposition dargestellt ist.
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Die 1 verdeutlicht den Einsatz eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung bei einer Walzenbrechanlage. Diese weist zwei drehbare Brechwalzen 2 und 4 auf, von denen die Brechwalze 2 in ortsfester Lagerung 6 gehalten ist. Die andere Brechwalze 4 ist in der mit Doppelpfeil 8 angegebenen Verfahrrichtung verfahrbar, ist jedoch normalerweise in einer in 1 gezeigten Arbeitsposition gehalten, in der sie an die Brechwalze 2 bis auf einen verbleibenden Brechspalt B angenähert ist. Für das Positionieren und Halten in dieser Arbeitsposition ist die Brechwalze 4 mit der Kolbenstange 10 des Kolbens 12 einer hydropneumatischen Kolbenzylindereinheit 14 verbunden. In dieser trennt der Kolben 12 eine an dessen Stangenseite angrenzende Ölseite 16 von einer an der andern Kolbenseite befindlichen Gasseite 18, die mit einem Gasvolumen eines Arbeitsgases, wie N2, mit einem Fülldruck gefüllt ist, dessen Druck die Höhe der Kolbenkraft bestimmt, mit der der Kolben 12 über die Kolbenstange 10 die Brechwalze 4 in die Arbeitsposition (s. 1) vorspannt.
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Die Ölseite 16 der Kolbenzylindereinheit 14 ist über eine Leitung 20 mit der Ölseite 22 eines hydropneumatischen Kolbenspeichers 24 verbunden, dessen Gasseite 26 mit einem Arbeitsgas, wie N2, gefüllt ist. Bei dem Betriebszustand, wie er in 1 und ebenfalls in der 2 gezeigt ist, befindet sich der frei verfahrbare Speicherkolben 28 an einem Anschlag des Speichergehäuses 30 des Kolbenspeichers 24 in einer Endposition, in der das Volumen der Gasseite 26 den Kleinstwert besitzt, nämlich des Volumens des Innenraums in dem schalenförmigen Speicherkolben 28. Der Speicherkolben 28 befindet sich in dieser Endposition, weil das Druckniveau der Kolbenzylindereinheit 14 und damit auch der Ölseite 22 des Kolbenspeichers 24 weit höher ist als der Gasfülldruck in dessen Gasseite 26. Für eine ausreichende im Brechspalt B der Brechwalzen 2, 4 wirksame Brechkraft kann die Brechwalze 4 in der Ruheposition beispielsweise mittels eines auf der Gasseite 18 der Kolbenzylindereinheit 14 herrschenden Gasdrucks von 60 bar vorgespannt sein. Dieser Gasdruck entspricht bei der unterschiedlich großen wirksamen Kolbenfläche des Kolbens 12 auf dessen Vorderseite und dessen Stangenseite einem Druck von 120 bar auf der Ölseite 16 der Kolbenzlindereinheit 14 und damit über die Leitung 20 auch in der Ölseite 22 des Kolbenspeichers 24. Bei diesem Druckniveau kann der Gasdruck im verbliebenen Restvolumen der Gasseite 26 des Kolbenspeichers 24 beispielsweise 30 bar betragen, so dass der Speicherkolben 28 in der Endlage auf Block ist. Wenn am Brechspalt B auf die Brechwalze 4 ein Überlast-Kraftimpuls auftritt, der die Abstützkraft übersteigt, die der Gasdruck auf der Ölseite 16 der Kolbenzylindereinheit am Kolben 12 erzeugt, kommt es zu einem Einfahren des Kolbens 12 und damit zu einem Nachgeben der Brechwalze 4 aus der Arbeitsposition gegen die Federhärte des Gaspolsters auf der Gasseite 18 der Kolbenzylindereinheit 14, die als Gasfeder wirkt. Dabei verhindert der Kolbenspeicher 24, dass es bei dem schnellen Einfahren des Kolbens 12 zu einer Kavität auf der Ölseite 16 kommt, weil bei dem Druckabfall, der bei dem inkompressiblen Medium in der Ölseite 16 stattfindet, der Gasdruck auf der Gasseite 26 des Kolbenspeichers 24 ausreicht, den Speicherkolben 28 aus der Endlage zu bewegen und die auf der Ölseite 16 der Kolbenzylindereinheit 14 erforderliche entsprechende Ölmenge über die Leitung 20 nachzuspeisen. In der 3 ist dieser Betriebszustand dargestellt, bei dem der Kolben 12 der Kolbenzylindereinheit 14 durch Überbelastung eingefahren ist und sich der Speicherkolben 28 des Kolbenspeichers 24 aus der Endlage bewegt und die benötigte Ölmenge ausgeschoben hat.
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Wenn nach erfolgtem Einfahren des Kolbens 12 am Brechspalt B kein Überlast-Kraftimpuls mehr wirksam ist, stellt die auf der Gasseite 18 beim Einfahren des Kolbens 12 gespeicherte Energie diesen und damit die Brechwalze 4 wieder in die Arbeitsposition zurück. Damit das Rückstellen gedämpft erfolgt, ist in der von der Ölseite 16 zur Ölseite 22 des Kolbenspeichers 24 führenden Leitung 20 eine einstellbare Blende 32 angeordnet, deren Drosselwirkung die Dämpfung vorgibt. Um bei Auftreten von Überlast-Kraftimpulsen ein schnelles Einfahren des Kolbens 12 zu ermöglichen, ist die Blende 32 durch ein Rückschlagventil 34 überbrückt, das für den Durchstrom vom Kolbenspeicher 24 zur Ölseite 16 der Kolbenzylindereinheit 14 hin öffnet. Ein schnelles Einfahren ist aber auch ohne das Rückschlagventil 34 möglich. Die Leitung 20 ist auch mit einer Druckversorgungseinrichtung, die nicht dargestellt ist, über ein entsperrbares Rückschlagventil 36 verbunden. Bei über seinen Steueranschluss 38 entsperrtem Rückschlagventil 36 sind die Ölseiten 22 und 16 von Kolbenspeicher 24 bzw. Kolbenzylindereinheit 14 mit einem Öldruck befüllbar, der bei gegebenem Fülldruck der Gasseite 18 die Position des Kolbens 12 für die Arbeitsposition mit gewünschter Weite des Brechspalts B vorgibt. Anstelle des Rückschlagventiles 36 kann auch ein Absperrhahn treten, die beide in ihrer Funktion für ein geschlossenes System sorgen. Durch Wahl des Ölvolumens in den Ölseiten 16, 20 und 22 sowie in der Leitung 20 ist somit die Weite des Brechspalts B einstellbar. Der Öldruck wird durch die Gasseite 18 (Stickstoff) der Kolbenzylindereinheit definiert. Bei nicht entsperrtem Rückschlagventil 36 mit am Endanschlag anliegendem Speicherkolben 28 bilden die Ölseiten 16 und 22 ein geschlossenes, starres System, so dass die Arbeitsposition des Kolbens 12 und damit die Position der Brechwalze 4 in Ausfahrrichtung des Kolbens 12 festliegend ist. Ein am entsperrbaren Rückschlagventil 36 befindlicher Tankanschluss 40 ermöglicht eine gewünschte Druckabsenkung oder Entleerung des Systems. Wie die 2 und 3 zeigen, ist das entsperrbare Rückschlagventil 36 über ein Absperrorgan 42 mit der nicht gezeigten Druckversorgungseinrichtung verbindbar.
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Die 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, das sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich insofern unterscheidet, als die Gasseite 18 der Kolbenzylindereinheit 14 mit der Gasseite 44 eines zweiten hydropneumatischen Kolbenspeichers 46 verbunden ist. Dessen vom frei beweglichen Speicherkolben 48 von der Gasseite 44 getrennte Ölseite 50 ist mit einer Druckversorgungseinrichtung, wie sie auch für die Versorgung der Leitung 20 über das entsperrbare Rückschlagventil 36 vorgesehen und in der Zeichnung nicht dargestellt ist, verbunden. In der Verbindung zum Kolbenspeicher 46 befindet sich ein Kugelhahn 52 sowie ein Druckbegrenzungsventil 54. Durch Versorgung der Ölseite 50 des Kolbenspeichers 46 über das Druckbegrenzungsventil 54 und den Kugelhahn 52 sind der Gasdruck der Gasseiten 44 und 18 von Kolbenspeicher 46 und Kolbenzylindereinheit 14 und damit die Federhärte der von der Kolbenzylindereinheit 14 gebildeten Gasfeder einstellbar. Zudem stellt das Gasvolumen der Gasseite 44 im Kolbenspeicher 46 für die Kolbenzylindereinheit 14 ein zusätzliches Volumen an Arbeitsgas zur Verfügung. Im Übrigen entspricht die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels von 4 dem erstbeschriebenen Beispiel.
