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Hydraulische Antriebsvorrichtung mit geschlossenem Kreislauf Die Erfindung
bezieht sich auf eine hydraulische Antriebsvorrichtung mit geschlossenem Kreislauf
unter Verwendung mehrerer Zylinder, insbesondere für die Verstellung des Auslegers
von Wippkranen.
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Bei einer bekannten Antriebsvorrichtung dieser Art sind ein Hauptzylinder
und ein Hilfszylinder parallel zueinander angeordnet und in diesen Kolben mit einseitig
durch die Stirnwand herausgeführten Kolbenstangen beweglich, wobei die um die Q.uerschnittsfläche
der zugehörigen Kolbenstange verminderte Stirnfläche des Kolbens in dem Hilfszylinder
gleich der Querschnittsfläche der dem Hauptzylinder zugeordneten Kolbenstange ist.
Die beiden Kolbenstangen sind dabei über eine Traverse verbunden, an der die Antriebsvorrichtung
Kraft abgibt. Während die beiden kolbenstangenseitigen Zylinderräume in dem Hauptzylinder
und dem Hilfszylinder miteinander und mit dem einen Anschluß der Pumpe verbunden
sind, ist der entgegengesetzte Zylinderraum des Hauptzylinders mit dem anderen Anschluß
der Pumpe und der entgegengesetzte Zylinderraum des Hilfszylinders mit der Außenluft
verbunden. Bei dieser Antriebsvorrichtung ergeben sich zwar in beiden Bewegungsrichtungen
der Kolben gleiche Gesamtkräfte und gleiche Geschwindigkeiten sowie eine gleichbleibende
umlaufende Druckmittelmenge, jedoch greift die Gesamtkraft bei Bewegung der Kolben
in Richtung zum kolbenstangenseitigen Ende der Zylinder in der Achse des Hauptzylinders
an, während bei Bewegung in entgegengesetzter Richtung die resultierende Gesamtkraft
zwischen den Achsen der beiden Zylinder angreift. Da aber der Kraftangriffspunkt
an der Traverse festliegt, besteht die Gefahr, daß sich die Kolben und Kolbenstangen
schräg zu ihren Führungen stellen und einem großen Verschleiß unterworfen sind.
Außerdem werden die in der Traverse auftretenden Biegebeanspruchungen unterschiedlicher
Richtung auf die Kolbenstangen übertragen und rufen in diesen ebenfalls Biegebeanspruchungen
hervor.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Antriebsvorrichtung
zu beheben; ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung mit in beiden
Bewegungsrichtungen zentrischem Kraftangriff zu schaffen. Eine Lösung dieser Aufgabe
besteht bei einer Antriebsvorrichtung Adereingangs genannten Art darin, daß die
Kolbenstange eines in einem äußeren Zylinder angebrachten ringförmigen Kolbens in
an sich bekannter Weise als innerer Zylinder für einen konzentrisch zu diesem geführten
inneren Kolben, dessen Kolbenstange mit dem äußeren Zylinder verbunden ist, ausgebildet
ist und daß der vom äußeren Zylinder und dem ringförmigen Kolben sowie dessen Kolbenstange
gebildete, Zylinderringraum mit dem der Kolbenstange des inneren Kolbens gegenüberliegenden
Zylinderraum .des inneren Zylinders, dem das Druckmittel durch eine Bohrung der
Kolbenstange hindurch zugeführt wird, über eine doppeltwirkende Pumpe oder ein Umkehrventil
verbunden ist, wobei beide Zylinderräume gleich große Stirnflächen haben und die
restlichen Zylinderräume durch Öffnungen mit der Außenluft in Verbindung stehen.
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Auf diese Weise erhält man auch eine übersichtliche Gesamtanordnung
der Antriebsvorrichtung, deren Durchmesser im Vergleich zum Durchmesser eines einfachen
Arbeitszylinders lediglich um etwa 30 bis 40% größer ist. Schließhoh ist die Zahl
der möglichen Leckstellen bei der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung auf drei
begrenzt, nämlich die beiden Kolben und die äußere .Stopfbüchse der Kolbenstange
des ringförmigen Kolbens. Die Kolbenstange des inneren Kolbens kann mit dem äußeren
Zylinder fest verbunden sein oder mit diesem aus einem Stück bestehen.
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Bekannt ist auch bereits eine hydraulische Antriebsvorrichtung der
eingangs genannten Art, die in dem geschlossenen Kreislauf eine doppeltwirkende
Pumpe oder ein Umkehrventil enthält und zwei mechanisch voneinander unabhängige
Arbeitszylinder mit Differentialkolben aufweist, deren den beiden großen Kolbenflächen
. zugeordnete Zylinderräume durch eine Verbindungsleitung verbunden sind. Diese
bekannte Antriebsvorrichtung weist aber nur einfachwirkende Kolben und keine Verbindungsleitung
zwischen den Zylinderräumen vor den kleinen Zylinderflächen auf, so daß bei jeder
Bewegungsrichtung jeweils nur ein Kolben durch den Druck des Druckmittels
bewegt
werden kann, während der andere Kolben durch Sog bewegt werden-muß. Dies führt im
allgemeinen zu unerwünschten Ungleichmäßigkeiten beim Betrieb einer derartigen hydraulischen
Antriebsvorrichtung.
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Von dieser bekannten hydraulischen Antriebsvorrichtung ausgehend besteht
eine weitere Lösung für die Aufgabe :der Erfindung :darin, daß auch die Zylinderräume
vor den beiden kleinen Kolbenflächen :der doppeltwirkenden Differentialkolben, von
denen nur einer Kraft nach außen überträgt, durch eine Verbindungsleitung verbunden
sind, und die Pumpe oder :das Umkehrventil in eine -der beiden Verbindungsleitungen
eingeschaltet ist.
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Dadurch ergibt sich ein vollständig geschlossener hydraulischer Kreis
mit Hintereinanderschaltung aller vier Zylinderflächen, in :dem :die Kraftübertragung
im wesentlichen .durch Druck erfolgt. Außerdem ergibt sich dadurch die Möglichkeit,
.die Pumpe oder das Umkehrventil an irgendeiner beliebigen Stelle innerhalb des
hydraulischen Kreises anzuordnen, wobei :die Lage -der Pumpe oder des Umkehrventils
je nach :dem Verweri:dungszweck der hydraulischen Antriebsvorrichtung beliebig frei
gewählt werden kann.
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Bei dieser Antriebsvorrichtung entspricht jeder Stellung des .einen
Kolbens eine bestimmte Stellung des anderen Kolbens. Um hierbei zu vermeiden, daß
sich diese Verhältnisse durch Leckverluste ändern, wird weiter vorgeschlagen, eine
oder mehrere, beispielsweise als Ventil ausgebildete Justiervorrichtungen vorzusehen,
über die Leckverluste der Kolben ausgeglichen und die vor und hinter :dem Kolben
angeordneten Zylinderräume miteinander in Verbindung gebracht werden können.
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Insbesondere ist .es vorteilhaft, wenn wenigstens-in einem Kolben
ein doppeltwirkendes oder zwei einfachwirkende Ventile vorgesehen sind, welche beim
Anfahren :des Kolbens an die 'ylinderwand ansprechen und eine Verbindung zwischen
den beiden Zylinderräumen durch .den Kolben hindurch herstellen. Wenn beispielsweise
in jedem Kolben derartige Ventile für beide Bewegungsrichtungen angebracht sind,
so genügt es, die Kolben in :einer der beiden Bewegungsrichtungen in die Endstellung
zu fahren. In dem zuerst an der zugehörigen Zylinderwand .ankommenden Kolben wird
.dann das betreffende Ventil geöffnet, so daß die Pumpe .durch das geöffnete Ventil
in dem Kolben hindurch weiter Druckmittel saugen kann, bis auch der zweite Kolben
in seine. Endstellung gebracht ist. Da :erfahrungsgemäß die Leckverluste sehr gering
sind und bei den meisten Antriebsvorrichtungen die Kalben häufig in ihre Endstellungen
gebracht werden, können sich wesentliche Abweichungen der beiden Kolben aus ihren
Sollstellungen somit nicht ergeben.
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Inder Zeichnung sind ,als Ausführungsbeispiele für die Erfindung zwei
hydraulische Antriebsvorrichtunb n schematisch im Schnitt dargestellt, und zwar
zeigt Fi g. 1 eine Antriebsvorrichtung mit einem ringförmigen Kolben, der -einen
inneren Kalben umschließt, Fi g. 2 eine Antriebsvorrichtung mit zwei in einem hydraulischen
Kreis angeordneten doppeltwirkenden Differentialkolben, F i. g. 3 eine Ventilanordnung
in einem Kolben der Antriebsvorrichtung gemäß F i g. 2.
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Bei der in_ Fi g. 1 dargestellten Antriebsvorrichtung ist in einem
ußeren Zylinder-2 ein ringförmiger Kolben 4 geführt, der an einer rohrförmigen Kolbenstange
5 befestigt- ist, .die als Zylinder ausgebildet ist; in dem ein innerer Kolben
7 gleitet, der über eine Kolbenstange 8 bei 9 am äußeren Zylinder 2 befestigt
ist. Die Zylinderdurchmesser und der Außendurchmesser der Kolbenstange 5 sind so
bemessen,, daß sich in beiden Bewegungsrichtungen der 'Kolbenstange 5 .gleiche Stirnflächen
des Zylinderringraumes 3 und des Zylinderraumes 6 ergeben.
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Auf diese Weise bleibt die zwischen den beiden Zylinderräumen 3 und
6 umlaufende Druckmittelmenge in jedem Fall konstant. Die abgegebenen Kräfte sind
in beiden Bewegungsrichtungen gleich groß, und die resultierenden Kräfte greifen
in der gemeinsamen Mittelachse der beiden Kolben 4 -und 7 an. Die von den Zylinderräumen
3 .und 6 abgewandten Zylinderräume sind durch eine öffnung 10 entlüftet. Dem Zylinderraum
6 wird :das Druckmittel durch eine Bohrung 11 in der Kolbenstange 8 zugeführt. Der
Umlauf des Druckmittels zwischen :dem Zylinderringraum 3 und :dem Zylinderraum 6
wird durch eine Pumpe 1 bewirkt.
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Bei der in F i g. 2 und 3 dargestellten Antriebsvorrichtung sind zwei
Arbeitszylinder 12 und 15 vorgesehen, in denen je ein doppeltwirkender Differentialkolben
13 und 16 mit je einer Kolbenstange 14 und 17 angeordnet .ist. Hierbei sind die
kolbenstangenfreien Zylinderräume 18 und 19 über eine Verbindungsleitung 20 und
die von den Kolbenstangen 14 und 17 durchsetzten Zylinderräume 21 und 22 über eine
Verbindungsleitung 23 miteinander verbunden. In die Verbindungsleitung 20 ist eine
Pumpe 1 eingeschaltet, die aber ebensogut auch in die Verbindung sleitung 23 eingeschaltet
sein könnte.
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Auch hierbei sind .die Geschwindigkeiten der Differentialkolben 13
und 16 in beiden Bewegungsriehtungen gleich groß. Die umlaufende Druckmittelmenge
bleibt konstant, und die Kräfte greifen stets in den Achsen der Arbeitszylinder
12 und 15 an. Einer jeden Stellung :des Differentialkolbens 13 entspricht eine bestimmte
Stellung des Differentialkolbens 16. Daher kann man auch den Differentialkolben
16 zur Anzeige irgendwelcher von der Bewegung des Differentialkolbens 13 abhängiger
Bewegungen verwenden, beispielsweise zur Anzeige der Ausladungsgröße des Kranauslegers
an :einer Skala 24
oder zur Verstellung eines Gegengewichtes 25.
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Um zu vermeiden, daß bei Leckverlusten eine Verschiebung eines der
beiden Kolben 13,16 aus der Sollstellung .eintritt, können etwaige Abweichungen
durch besondere Ausgleichsventile vermindert werden, wie sie beispielsweise in F
i g. 3 dargestellt sind. In jedem der Kolben 13,16 sind vorzugsweise zwei dieser
Ausgleichsventile angebracht, und zwar ragt je ein Ventilstößel 26 nach je einer
Seite aus den Stirnflächen heraus. In geschlossenem Zustand sitzt der Ventilteller
27 unter dem Druck einer Feder 29 auf der zugehörigen Sitzfläche 28 auf. Die Feder
29 stützt sich hierbei andererseits an einem mit Bohrungen 30 versehenen Gewindestopfen
31 ab. Fährt der Kolben 13 an einer Stirnwand des Arbeitszylinders 12 an, so wird
der entsprechende Ventilstößel 26 eingedrückt und dadurch er Ventilteller 27 von
seiner Sitzfläche 28 abgehoben. Durch Bohrungen 32 kann Druckmittel von dem einen
Zylinderraum 18 bzw. 21 an der Sitzfläche 28 vorbei hinter .den Ventilteller 27
und durch Bohrungen 30 auf die andere Seite des Kolbens 13 gelangen. Die Pumpe 1
fördert
dann so lange Druckmittel durch das Ausgleichsventil, bis
der Kolben 16 in dem anderen Arbeitszylinder 15 in die Endstellung gebracht
ist. An Stelle zweier einfachwirkender Ventile kann auch ein doppeltwirkendes Ventil
vorgesehen werden.