DE19523504A1 - Vorrichtung zur Kraftbegrenzung bei einer Antriebseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftbegrenzung, die bei einer Antriebseinrichtung zwischen Antriebsteil und Abtriebsteil eingebaut ist und einen von einem Druckmittel beauf­ schlagbaren Zylinder mit Kolbenstange aufweist, wobei eine den Druck begrenzende Einrichtung in einer Leitung angeordnet ist, die zwei unter Druck stehende Räume miteinander verbindet.

Aus der DE-OS 27 12 ist bereits eine hydraulisch arbeitende Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe der Abstand zweier Anlenkpunkte einer Kolbenstange von einander fixiert oder durch Entkuppeln veränderbar gemacht wird. Es sollen von einem ersten Hebel Kräfte und Bewegungen auf einen zweiten Hebel übertragen werden, wobei im entkuppelten Fall die Bewegung des einen Hebels ohne Wirkung auf den anderen bleibt. Eine solche Vorrichtung kann man als Querrege­ lungseinrichtung bei Omnibussen einsetzen. Die bekannte Vorrichtung verwendet zwei Kolben und einen Schalter, der das Hydrauliköl vor oder hinter die Kolben zuführt und auch für die Rückführung sorgt.

Mit Nachteil erfolgt die Kopplung in dem bekannten Fall durch beidseitig eingespannte Ölsäulen, deren Volumen exakt und ohne Leckageöl konstantgehalten werden muß. Ersichtlich ist dies sehr schwierig. Wenngleich im bekannten Fall die auf die Kupplungsstange einwirkenden Kräfte, wenn sie einen bestimmten Druck überschreiten, auch nur teilweise übertragen werden, weil die Kolbenstange bei Überschreiten des bestimmten Druckes in den Zylinder eingefahren wird, erfolgt Jede Bewegung bei der bekannten Vorrichtung mit Nachteil doch durch die Bewegung der Kolben In den Zylindern, und die Stangen werden durch fließendes Öl hin- und hergeschoben. Diese Bewegungsströme des Hydrauliköls haben verschiedene Nachteile, z. B. wird das System dadurch träge, es ergeben sich Erwärmungen usw., und man benötigt erheblichen Schaltungsaufwand, um zu einer exakten Normallänge der bekannten Vorrichtung zu kommen und diese zu halten.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 262082 ist ferner eine Einrichtung zur Schubkraftbegrenzung in den Pleuelstangen von Kurbeltrieben bekannt. Dort wird aber zur Begrenzung der Schubkraft ein Endschalter verwendet, um ein unzulässiges Ansteigen der Schubkraft dadurch zu vermeiden, daß der Antriebsmotor ausgeschaltet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftbegrenzungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu vereinfachen und so auszugestalten, daß bei Schaffung einer Art Überlastsicherung Leckageströme des Druckmittels nahezu vollständig vermieden werden, Bewegungsströme des Druckmittels verringert werden und die eingestellte Maximalkraft, auch nach dem Auslösen der Sicherungsfunktion, weiterhin von der Antriebsseite zur Abtriebsseite und/oder umgekehrt übertragen wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß

• a) der einzige Zylinder an einer ersten Druckplatte einer ersten Seite (Abtriebsseite) befestigt ist,
• b) die erste Druckplatte über mindestens einen sich parallel zur Kolbenstange erstreckenden Führungskörper mit einer zweiten Druckplatte einer zweiten, gegenüberliegenden Seite (Antriebsseite) verbunden ist,
• c) das äußere Ende der Kolbenstange an einer dritten Druckplatte angebracht ist, die
• d) von dem Führungskörper verschieblich geführt
• e) und mit mindestens einer sich parallel zum Führungskörper erstreckenden Zugstange für die Mitnahme unter Verlängerung/Verkürzung des Abstandes zwischen dem Antriebsteil und einem Übertragungselement der ersten Seite (Abtriebsseite) in Eingriff bringbar ist,
• f) die Zugstange in der ersten und der dritten Druckplatte verschieblich geführt und
• g) an dem Übertragungselement der ersten Seite befestigt ist;
• h) eine zweite Übertragungsstange als Antriebsteil der zweiten Seite in der zweiten Druckplatte verschieblich geführt und durch ein an ihrem Ende angebrachtes Mitnehmerteil mit der zweiten Druckplatte für die Mitnahme zur Verlängerung/Ver­ kürzung des Abstandes zwischen dem Antriebsteil und dem Übertragungselement der ersten Seite in Eingriff bringbar ist und
• i) das Mitnehmerteil für die Mitnahme zur Verlängerung/Verkürzung des Abstandes zwischen dem Antriebsteil und dem Übertragungselement der ersten Seite mit der dritten Druckplatte in Eingriff bringbar ist.

Durch den Einsatz nur eines einzigen Zylinders ist die Kraftbegrenzungsvorrichtung vereinfacht und arbeitet gleichwohl präzise und zuverlässig. Weiterhin arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung mit doppelter Wirkung, denn sie erfüllt ihre Funktion sowohl, wenn der Antrieb auf Zug als auch wenn er auf Druck belastet wird. Zur Lastbegrenzung ist der Zylinder so in das Druckmittelsystem geschaltet, daß im Falle des Normalbetriebes bei normaler Bewegungsüber­ tragung die Lastbegrenzung nicht überschritten wird und dann im Falle eines hydraulischen Systemes auch keine Bewegung des Druckmittels stattfindet.

Der einzige Zylinder, welcher an der ersten Druckplatte befestigt ist, kann aber auch bei weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein hydraulischer Stoßdämpfer sein. Auch eine Gasfeder kann man sich für den Zylinder denken. Bei Einsatz eines Stoßdämpfers, einer Gasfeder oder auch eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders als "Zylinder" würde die gesamte Schaltung noch weiterhin sehr vereinfacht werden. Die Kennlinie der Gasfeder ist zwar bekanntlich leicht ansteigend, der Anstieg ist aber für die gewünschten Funktionen ausreichend flach. Die Kennlinie des Stoßdämpfers ist sogar nahezu konstant. Bei einfacheren Anwendungsfällen, bei denen das Ansprechen der Überlastsicherung nicht zu häufig erfolgt, oder wenn man für das Zurückfahren des Stoßdämpfers in die Ausgangslage genügend Zeit hat, dann kann mit diesen Einheiten (Stoßdämpfer, Gasfeder, Pneumatikzylinder) einfach und billig gearbeitet werden.

Im folgenden wird aber unter dem an der ersten Druckplatte befestigten "Zylinder" ein durch ein Druckmittel betätigter Zylinder verstanden, dessen Schaltung gegenüber bekannten Vorrichtungen immer noch einfacher ist. Die "Druckplatte" kann bei anderen als den hier beschriebenen Ausführungsformen aber auch integraler Bestandteil des Zylinders selbst sein. Zum Beispiel kann die Druckplatte als Biegeträger oder Joch ausgebildet sein.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn erfindungsgemäß die den Druck des Druckmittels begrenzende Einrichtung ein Ventil ist. Beispielsweise kann man die Aufgabe durch eine Ölhydraulik sehr angenehm und zweckmäßig lösen. Durch das erwähnte Ventil kann der Druck In bekannter Weise einfach begrenzt und präzise konstantgehalten werden. Dadurch kann eine Maximalkraft, die von der ersten auf die zweite Seite übertragen werden soll (oder umgekehrt) eingestellt und sogar nach dem Auslösen wieder weiterhin übertragen werden. Dieses "Auslösen" oder auch "Ansprechen" der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dann, wenn der eingestellte maximale Druck an dem erwähnten Begrenzungsventil überschritten wird. Die hierbei überschrittene Auslösekraft ist eine exakt einstellbare, definierte Größe, ein Schwellenwert, welcher genau die gewünschte Kraftbegrenzung ergibt. Hier wirkt sich auch die günstig begrenzte Kennlinie im Falle eines Hydraulikantriebes aus. Auf diese Weise erhält man eine sehr günstige Übertragungsfunktion mit der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung. Man erhält durch die waagerechte Kennlinie eines Hydraulikantriebes bei der Übertragung von Drehmomenten bzw. Kräften von der ersten Seite, z. B. der Antriebsseite, zu einer zweiten Seite, z. B. der gegenüber­ liegenden Abtriebsseite, eine konstante Kraft oder ein konstantes Drehmoment.

Vorteilhaft ist die Erfindung weiterhin dadurch ausgestaltet, daß das Übertragungselement an einer ersten Übertragungsstange der ersten Seite befestigt ist, deren Längsmittellinie in der Längsmittellinie des Zylinders, der Kolbenstange und der zweiten Übertragungsstange liegt. Dadurch erhält man eine optimale Übertragung von Kräften oder Drehmomenten, die auch exakt bestimmt und gehalten werden können. Trotz dieses geradlinigen Aufbaues der nahezu ma­ thematisch exakten Konstruktion ergibt sich durch das Druckmittel, auch im Falle der Verwendung von Hydrauliköl, eine Federwirkung, wobei diese "Feder" mit einer waagerechten Kennlinie arbeitet. Diese Federungseigenschaften resultieren aus dem Federvermögen der Druckmittelsäule. Dann können harte Stöße und Schläge abgedämpft werden, so daß sie den Antrieb nicht belasten. Hinzu kommen die Federeigenschaften, die aus dem elastischen Deformationsvermögen der Leitungen stammen. Auch sie schützen den Antrieb, so daß insgesamt die Lagerung mit Vorteil eine höhere Lebensdauer haben kann.

Durch den Aufbau gemäß der Erfindung, der auch für oszillierend arbeitende Antriebe besonders günstig arbeitet, wirkt die gleiche Kraft in beide Richtungen längs der Längsmittellinie. Damit hat man sowohl für Zug als auch für Druck die gleiche Auslösekraft. Mit ein und demselben Druckbegrenzungsventil kann man den Maximalwert der zu übertragenden Kraft einstellen. Der erwähnte einzige Zylinder bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird jedes Mal auf Druck belastet, sei es, daß zwischen der Antriebs- und der Abtriebsseite eine Druckkraft, sei es, daß eine Zugkraft wirkt.

Zweckmäßig ist es auch, daß man mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ohne besonderen Aufwand die Rückstellung des Systems in die Nullage bekommt. Gerade bei der oszillierenden Bewegung wird durch die neue Vorrichtung erreicht, daß ohne fremde Einwirkung, nachdem die Abtriebsseite mit einem Werkzeug beispielsweise durch das Auslösen stehengeblieben ist, beim Rückhub dieses Werkzeug durch Ausfahren der Kolbenstange wieder mitgenommen wird, ohne daß eine Synchronität verlorengegangen wäre oder besondere Einrichtungen diese wiederherge­ stellt hätten. Erreicht wird diese einfache Rückstellung durch die Verwendung des Zylinders und die Bewegung seiner Kolbenstange durch das Druckmittel in Richtung auf das Einfahren der Kolbenstange in den Zylinder im Falle des Auslösens oder Ansprechens. Die Umsetzung von Zug auf Druck erfolgt auf rein mechanischem Weg. Beim Auslösen wird also der Kolben stets in den Zylinder hineingedrückt.

Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn der Führungskörper mindestens eine Führungsstange oder ein den Zylinder und die Zugstange umgreifendes Führungsrohr ist. Bei der Ausführungsform mit der Führungsstange ist das Kraftbegrenzungssystem nach außen offen. Wird anstelle der mindestens einen Führungsstange das hülsenförmige Führungsrohr eingesetzt, dann kann dieses wie eine Art Teilgehäuse die Begrenzungsvorrichtung teilweise nach außen hin abschließen. Herstellung, Einsatz und Betrieb eines hülsenförmigen Führungsrohres ist ebenso zuverlässig und mit geringem Aufwand einsetzbar wie eine Führungsstange.

Bei weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist der Hydraulikzylinder an einem unter Druck stehenden Speicherbehälter für Hydrauliköl angeschlossen. Durch diese Speicherhydraulik kann in verhältnismäßig kurzer Zeit beim Rückhub des oszillierend arbeitenden Zylinders das Öl wieder in den Zylinder hineingedrückt werden. Dieser Rücktransport reagiert weit schneller als bei normalen Hydraulikpumpen. Im Falle der Erfindung wird also nicht ein Ölstrom durch ein Wegeventil zwangsweise gesteuert, weshalb insbesondere bei oszillierendem Betrieb eine wesentlich höhere Hubzahl erreicht werden kann, also antriebsseitig im Falle eines Kurbel­ antriebes eine größere Drehzahl vorgesehen werden kann. Während man bei üblichen Hydraulikanlagen im Durchschnitt Hubzahlen von 40 Hüben pro Minute als Arbeitsspiele erreichen kann, (Vorwärts- und Rückwärtshub, komplett gerechnet) ist es durch die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich, etwa 100 Hübe pro Minute vorzusehen.

Gemäß der Erfindung ist es weiterhin zweckmäßig, wenn in der mit dem Zylinder verbundenen Leitung für das Druckmittel ein modifiziertes Druckzuschaltventil angeordnet ist, damit bei jedem Überschreiten der eingestellten Auslösekraft ein definiertes Volumen an Öl ausgetauscht wird. Wenn die Kraftbegrenzungsvorrichtung gemäß der Erfindung bei einer speziellen Anwendung sehr häufig anspricht, dann kann durch die vorstehenden Maßnahmen dafür gesorgt werden, daß bei jedem Hub - bei oszillierendem Betrieb der Vorrichtung - etwas von dem Druckmittel, ins­ besondere Hydrauliköl, ausgetauscht wird. Dadurch kann die sich erwärmende Menge Öl durch Öl bei geringerer Temperatur ausgetauscht werden, so daß die Begrenzungsvorrichtung häufig in den Überlastbereich hineinfahren kann, ohne daß eine schädliche Erwärmung des Druckmittels erfolgt. Es wird insbesondere nur ein beschränktes, definiertes Volumen an Öl ausgetauscht und nicht etwa das gesamte Öl. Für das gesamte Volumen an Öl müßte eine zu große Antriebs­ leistung verbraucht werden, die für den Gesamtbetrieb der Begrenzungsvorrichtung nach der Erfindung eine Verlustleistung wäre.

Nimmt man beispielsweise einen Arbeitszylinder mit 63 mm Durchmesser, dann hat sich ein Austauschvolumen von 20 bis 50 cm³ Öl als zweckmäßig erwiesen. Bei der erfindungsgemäßen Hydraulikschaltung wird dann bei jedem Hub dieses geringe Teilvolumen drucklos in den Ölvorratsbehälter gegeben. Ein kleines Hydraulikaggregat, zu welchem dieser Ölvorratsbehälter gehört, wird für den Austausch des kleinen Volumens an Öl verwendet, weil in diesem Ölvorratsbehälter das Öl entweder durch Konvektion mit der Umgebungsluft oder durch einen Ölkühler wieder abgekühlt wird. Es wird also in dem relativ kleinen Arbeitszylinder fortlaufend eine bestimmte geringe Menge an Öl pro Hub wieder ausgetauscht. Wenn man einen solchen Arbeitszylinder gemäß dem vorstehenden Beispiel mit einem Durchmesser von 63 mm (Kolbendurchmesser) verwendet, hat man eine Begrenzungsvorrichtung für eine Auslösekraft in der Größenordnung von 6 Tonnen bzw. 60 kN.

Das übrige Öl wird gespannt zum Speicher gefördert. Der Speicher enthält beispielsweise eine Gasblase, z. B. Stickstoff als Gas, wo das Öl fortlaufend unter einem bestimmten Mindestdruck gehalten wird. Durch diesen Druck hat man die oben erwähnte Rückstellkraft und vor allem eine sehr große Ölmenge in sehr kurzer Zeit zur Verfügung, um die Einrichtung wieder in die Normallage zu fahren. Bei der erfindungsgemäß beispielsweise verwendeten Hydraulikschaltung wird also mit Vorteil von dem Öl, welches aus dem Zylinder herausgepreßt wird, eine kleine Menge abgezweigt, die drucklos zu dem oben erwähnten Tank bzw. Ölvorratsbehälter gefördert wird, während der gesamte Rest des Druckmittels, d. h. des Öles, unter Druck im Speicher gehalten wird, also gespannt zur Verfügung steht, um die Vorrichtung wieder in die Ausgangs­ stellung zurückzufahren.

Bei einer Antriebsleistung einer mit der Kraftbegrenzungsvorrichtung gemäß der Erfindung versehenen Maschine von 120 kW kann man durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine sehr kleine Verlustleistung von z. B. nur 1 kW den Ölaustausch vornehmen. Würde man statt dessen das gesamte Ölvolumen vollständig austauschen wollen, hätte man eine Ver­ lustleistung von 15 kW. Man erkennt, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Verlustleistung durchaus als vertretbar angesehen werden kann.

Günstig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn die Zugstange(n) an dem vorzugsweise plattenförmigen Übertragungselement längeneinstellbar angebracht ist. Eine bevorzugte Ausführungsform zeigte gute Ergebnisse bei günstiger Herstellung, wenn man das Übertragungselement in Gestalt einer Platte ausgebildet hat. Wenn außerdem die Zugstange bzw. bei der anderen Ausführungsform die Zugstangen längeneinstellbar ist bzw. sind, kann man den Hub in einfacher Weise verändern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders günstig bei Werkzeugen einsetzbar, die einen großen Hub haben. Dies gilt beispielsweise bei Oszillatorbrechern mit Dreh- bzw. Schwenkbewegungen wenigstens einer Walze, wobei ca. 60° dieser Schwenkbewegungen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung abgesichert werden können. Der Schwenkwinkel ist frei wählbar. Ein Winkel von 60° bedeutet für den Kurbelbetrieb eine effektive Kraftübertragung. Hinsichtlich der Längeneinstellung der Zugstangen (spielfrei) wird die Hubveränderung durch Verstellung der Zugstangen und der Führungskörper erreicht.

Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der zweiten Seite (Antriebsseite) am Ende der mindestens einen Zugstange ein Mitnehmer befestigt, und zwischen diesem und der dritten Druckplatte ist ein Dämpfungsmittel vorgesehen, vorzugsweise eine Schicht aus elastischem Material; und/oder das Mitnehmerteil ist beidseitig mit Dämpfungsmitteln versehen; und/oder zwischen dem Übertragungselement und der ersten Druckplatte ist ein Dämpfungsmittel vorgesehen. Durch die erwähnten Dämpfungsmittel erreicht man zusätzlich zu den oben angegebenen Maßnahmen Abdämpfungen harter Stöße und Schläge und damit eine Verlängerung der Lebensdauer des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Werkzeuges.

Weiterhin ist die Erfindung besonders vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß man die Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art für die Kraftbegrenzung eines Kurbelantriebes verwendet, z. B. für einen Oszillatorbrecher. Einerseits erkennt man, daß durch die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Oszillationsbewegung, d. h. eine hin- und herschwingende Bewegung, mit großem Hub möglich ist. Bei dem Oszillatorbrecher muß z. B. eine Walze Dreh- Schwenkbewegungen ausführen, von denen etwa 60° durch die erfindungsgemäße Kraftbegren­ zungsvorrichtung abgesichert sein müssen. Das gelingt nur durch einen relativ großen Hub, der sich durch das hülsenförmige Führungsrohr oder durch die mindestens eine Führungsstange und die anderen maschinentechnischen Elemente leicht erreichen läßt. Die Vorrichtung kann damit zweckmäßig als Überlastsicherung gegen klemmend wirkende Fremdkörper, die in den Brecher hineingeraten sein können, verwendet werden. Betrachtet man das jeweilige Ende der Übertragungsstange und das dort befindliche Auge, so dient dieses für die Befestigung an der Maschine. Die antriebsseitige Übertragungsstange ist an dem drehenden Teil, z. B. einer Kurbelscheibe, und dort insbesondere am Kurbelzapfen festgemacht. Auf der gegenüberliegenden ersten oder Abtriebsseite befindet sich eine Kurbeischwinge, deren Winkelamplitude in der Praxis durchaus 60° betragen kann. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Hub von 80 bis 100% verkraftet werden. Es ist mit anderen Worten möglich, daß 100% des Kurbeiweges durch die neue Vorrichtung im Auslösefall aufgenommen werden kann. Dieser Extremfall bedeutet, daß der Antrieb mit der Kurbel weiter dreht, während die Walze als Abtriebsglied zum Stillstand kommt.

Bei dem übrigen Normaibetrieb und auch während der Kolbenstangenbewegung wird das schwingende Werkzeug, z. B. die Walze, bis zur eingestellten Maximaikraft angetrieben und bewegt. Nur die über diese Grenze hinausgehenden Kräfte werden durch Einfahren der Kolbenstange in den Zylinder nach dem Auslösen umgewandelt. Danach sorgt die neue Überlastsicherung dafür, daß die eingestellte Maximalkraft wieder annähernd konstant übertragen wird.

Der Auslösekraft entspricht der am Begrenzungsventil eingestellte Druck.

Insbesondere bei einem Oszillatorbrecher ist das Werkzeug durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geschützt und nicht brechbare Fremdkörper können die Abtriebsglieder zwar blockieren, eine Beschädigung des Antriebes und der Werkzeuge ist damit aber vorteilhaft ausgeschaltet.

Die Begrenzungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist zwar insbesondere bei Oszillatorbrechern günstig einsetzbar, sie kann aber auch für andere Varianten von Kurbeltrieben zweckmäßig verwendet werden, nämlich immer dann, wenn man die Last begrenzen muß. Die Vorrichtung kann als Überlastsicherung für viele Zwecke eingesetzt und als Zusatzgerät gebaut, vertrieben und angebaut werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch und teilweise abgebrochen eine erste Ausführungsform der Kraftbegren­ zungsvorrichtung mit Führungsstangen, in der Normallage,

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, wobei jedoch der Zustand bei Druck dargestellt ist,

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie in den Fig. 1 und 2, wobei jedoch der Zustand bei Zugkraft dargestellt ist,

Fig. 4 schematisch eine zweite Ausführungsform mit dem hülsenförmigen Führungsrohr als Führungskörper, wobei antriebsseitig die Kurbelscheibe und abtriebsseitig die Kurbelschwinge mit dem Auslenkwinkel dargestellt ist,

Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 4, wobei die Übertragungsstangen auf beiden Seiten nur bis zu ihrem jeweiligen Auge gezeichnet sind, in Normallage,

Fig. 6 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 5, wobei jedoch der Zustand bei Druck dargestellt ist,

Fig. 7 eine ebenfalls ähnliche Darstellung wie in den Fig. 5 und 6, wobei jedoch der Zustand bei Zugkraft dargestellt ist,

Fig. 8 ein Diagramm einer vereinfachten ersten Hydraulikschaltung und

Fig. 9 ein Diagramm einer verfeinerten zweiten Hydraulikschaltung.

Um einen Oszillatorbrecher mit einer Kurbelscheibe 1 anzutreiben, ist gemäß Darstellung der Fig. 4 auf der ersten oder Abtriebsseite von der oszillierend anzutreibenden Walze nur die Kurbeischwinge 2 gezeigt, die um den Schwenkpunkt 3 über einen Gesamtwinkel von z. B. 60°, siehe gebogen er Doppelpfeil 4, angetrieben werden soll. Auf der Abtriebsseite ist an der Kurbeischwinge 2 auf der dem Drehpunkt 3 gegenüberliegenden Seite daher über das Auge 5 eine erste Übertragungsstange 6 gelenkig angebracht, die mit einem als Platte ausgestalteten Übertragungselement 7 fest verbunden ist. Sowohl bei der ersten Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 als auch bei der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 7 finden sich die meisten Teile der Vorrichtung in gleicher Form und Lage wieder, weshalb sie mit denselben Bezugszahlen versehen sind.

An der Übertragungsplatte 7 (Übertragungselement) der Abtriebsseite ist bei der ersten Ausführungsform (Fig. 1 bis 3) eine Zugstange 8 und sind bei der zweiten Ausführungsform (Fig. 4 bis 7) zwei Zugstangen 8 angebracht. Diese befinden sich auf diametral gegenüber­ liegenden Seiten der Übertragungsplatte 7. Auch bei der ersten Ausführungsform befindet sich die eine Zugstange 8 im Außenbereich der Übertragungsplatte 7, denn im Mittelbereich entlang der Längsmittellinie 9 liegt der einzige Zylinder 10, welcher den Arbeitszylinder darstellt.

Dieser einzige Zylinder 10 ist an einer ersten Druckplatte 11 der ersten oder Abtriebsseite befestigt. Die Kolbenstange 12 des Zylinders 10 liegt ebenfalls in der Längsmittellinie 10, und die meisten Bauelemente dieser Vorrichtung liegen entweder parallel oder senkrecht zu dieser Linie 9. Deshalb erstreckt sich die an der ersten Druckplatte 11 durch Schraubung bei 13 befestigte Führungsstange 14 bezüglich der Längsmitteilinie 9 und des Zylinders 10 zur Zugstange 8 auf der diametral gegenüberliegenden Seite und erstreckt sich parallel zu dieser.

In diesem Punkt unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten dadurch, daß als Führungskörper das hülsenförmige Führungsrohr 14a bei 13a an der ersten Druckplatte 11 befestigt ist.

Bei beiden Ausführungsformen befindet sich auf der der ersten Druckplatte 11 gegenüber­ liegenden, der sogenannten zweiten oder Antriebsseite eine zweite Druckplatte 15, die bei 16 an der Führungsstange 14 und bei 16a an dem hülsenförmigen Führungsrohr 14a befestigt ist. Dies kann durch Verschrauben und/oder Schweißen erfolgen.

Am äußeren rechten, d. h. antriebsseitigen Ende der Kolbenstange 2 ist eine dritte Druckplatte 17 befestigt, die von der Führungsstange 14 (erste Ausführungsform) bzw. dem Führungsrohr 14a (zweite Ausführungsform) verschieblich geführt ist. Die sich parallel zu der Führungsstange 14 bzw. dem Führungsrohr 14a erstreckende Zugstange 8 ist sowohl in der ersten Druckplatte 11 als auch der dritten Druckplatte 17 verschieblich geführt, ist mit der Zugstange 8 in Eingriff bringbar und an der Kolbenstange 12 befestigt. Der Eingriff der Zugstange 8 mit der dritten Druckplatte 17 erfolgt über einen Mitnehmer 18, der bei beiden Ausführungsformen auf dem antriebsseitigen Ende der Zugstange 8 in Form einer Scheibe größeren Durchmessers als der der Zugstange 8 angebracht ist. Auf der entsprechenden Innenseite der zweiten Druckplatte 15 weist diese bei der ersten Ausführungsform (Fig. 1 bis 3) eine Ausnehmung 19 auf, um den Mitnehmer 18 so aufzunehmen, daß die zweite Druckplatte 15 bündig gegen die dritte Druckplatte 17 her­ angefahren werden kann (Position der Fig. 1).

Bei der zweiten Ausführungsform (Fig. 4 bis 7) ist eine solche Ausnehmung nicht erforderlich, weil dort auf ein bündiges Berühren der beiden Platten 15 und 17 kein Wert gelegt wird (siehe Fig. 5).

Auf der Antriebsseite verläuft die zweite oder antriebsseitige Übertragungsstange 20 durch ein nicht bezeichnetes Mittenloch der zweiten Druckplatte 15 verschieblich entsprechend dem Doppelpfeil 21 in den Fig. 1 und 5. An ihrem inneren Ende weist die zweite Übertragungs­ stange 20 ein Mitnehmerteil 22 in der Form einer Scheibe auf, die am Ende der zweiten Übertragungsstange 20 befestigt ist und als Anschlag gegen Herausziehen dieser Übertragungs­ stange 20 aus der Gesamtvorrichtung dient.

Wiederum ist eine Ausnehmung 23 (Fig. 3) bei der ersten Ausführungsform in der dem Mitnehmerteil 22 gegenüberliegenden dritten Druckplatte 17 angeordnet, um das gesamte Mitnehmerteil 22 so aufzunehmen, daß die bündige Berührung der beiden Platten 15 und 17 (siehe Fig. 1) gewährleistet ist. Bei der zweiten Ausführungsform (Fig. 4 bis 7) entfällt eine solche Ausnehmung in der dritten Druckplatte 17.

In Fig. 8 erkennt man oben die vorstehend beschriebene Kraftbegrenzungsvorrichtung mit dem Führungsrohr 14a, dem Zylinder 10 mit Kolbenstange 12 und den anderen aus der obigen Beschreibung bekannten Teilen, einschließlich der ersten Übertragungsstange 6 und der antriebsseitigen Übertragungsstange 20. Der Zylinder 10 ist bodenseitig an ein allgemein mit 28 bezeichnetes Druckzuschaltventil angeschlossen. Dieses Druckzuschaltventil 28 ist über die Leitung 29 mit dem Zylinder 10 und über die Hauptleitung 30 und über die Abzweigung 31 mit einem hydraulischen Flüssigkeitsspeicher 32 verbunden.

Das Druckzuschaltventil 28 enthält ein mit 33 bezeichnetes Element mit Feder und Stellglied sowie ein Rückschlagventil 34, weiches über eine Bypaßleitung 35 einen Ölfluß von der Hauptleitung 30 zur Leitung 29 ermöglicht.

Bei der verfeinerten Ausführungsform nach Fig. 9 mündet die Leckölleitung 36 nicht - wie bei Fig. 8 von dem Element 33 mit Feder und Stellglied - in die Hauptleitung 30 sondern in einen Ölvorratsbehälter 37, der seinerseits über eine druckgeregelte Pumpe 38 und ein Rückschlagventil 39 mit der Hauptleitung 30 einerseits und der Abzweigung 31 andererseits verbunden ist.

Der Betrieb der Vorrichtung wird anhand der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 7 in Verbindung mit dem System der Fig. 9 beschrieben, wobei der Fachmann sogleich die Bewegungszustände auf die erste Ausführungsform übertragen kann.

Der Ruhezustand der Fig. 4 entspricht dem der Fig. 5. Die Kolbenstange 12 hat hier die am weitesten aus dem Zylinder 10 herausragende Länge, wie auch bei den Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Die dritte Druckplatte 17 befindet sich also in der der zweiten Druckplatte 15 nächstliegenden Position. An dem Druckzuschaltventil 28 und insbesondere über das Element 33 mit Feder und Stellglied wird die Maximalkraft für den Hydraulikzylinder 10 eingestellt, indem ein bestimmter Druck voreingestellt wird. Bei dieser Maximalkraft handelt es sich um diejenige Kraft, welche von der zweiten oder Antriebsseite (in den Fig. 1 bis 7 rechts) auf die erste oder Abtriebsseite (links in diesen Figuren) wirkt. Wäre diese Maximalkraft so hoch eingestellt bzw. gäbe es keine blockierenden Fremdkörper im Betrieb, dann würde die gesamte von der Kurbelscheibe 1 bei der Drehung gemäß dem gebogenen Pfeil 23 aufgebrachte Kraft nach links auf die abtriebsseitige Übertragungsstange 6 und die Kurbeischwinge 2 übertragen. Diese vollführt dann entsprechend dem gebogenen Doppelpfeil 4 in Fig. 4 Schwingbewegungen zwischen den beiden strichpunktierten Linien.

Das Druckzuschaltventil 28 ist dann gesperrt, d. h. die Zuleitung 29 zum Zylinder 10 ist von der Hauptleitung 30 und damit auch dem hydraulischen Flüssigkeitsspeicher 32 getrennt. In dem Speicher herrscht dann ein bestimmter Vorspanndruck. Dieser ist kleiner als der voreingestellte, oben angegebene Ansprechdruck, auf den die Kraftbegrenzungsvorrichtung eingestellt ist.

Wenn ein harter Fremdkörper die Antriebsbewegung der Übertragungsstange 20 gerade dann blockiert, wenn sich diese in Richtung des Pfeiles 24 (Fig. 2) bewegt, dann wirkt die blockierende Gegen kraft entsprechend dem Pfeil 25 auf der linken oder Abtriebsseite (Fig. 2). Die Kraftbegrenzungsvorrichtung reagiert in solcher Weise, daß der Kolben 12 in den Zylinder 10 einfährt, so daß alle Werte über der Maximalkraft absorbiert sind (Zustand der Fig. 6 und 2), während abtriebsseitig in gewünschter Weise die Maximalkraft ansteht. Im Hinblick auf Fig. 9 wird bei Überschreiten des voreingestellten Druckes (Maximalkraft) die Zuleitung 29 mit der Hauptleitung 30 verbunden, so daß Öl von der Zuleitung 29 über die Leitungen 30 und 31 in den Speicher 32 fließen kann. Dies ist solange der Fall, bis der Druck in der Zuleitung 29 größer ist als der Einstelldruck (Maximalkraft). Dieser Ölstrom kommt in dem Augenblick zum Erliegen, wenn der Einsteildruck wieder erreicht oder unterschritten wird. Dann schließt das Druckzuschaltventil 28.

Beim Rückhub der Kraftbegrenzungsvorrichtung wird der Zylinder 10 sogleich mit Öl gefüllt, so daß die dritte Druckplatte 17 wieder in den Zustand der Fig. 1 und 5 auf die zweite Druckplatte hin nach rechts zufährt. Dies war der Betriebszustand bei Druck, und es ist danach wieder die Normallage erreicht worden.

Der Rückhub bedeutet für das in Fig. 8 gezeigte Hydrauliksystem, daß der Druck in der Zuleitung 29 auf Speicherdruck abfällt bzw. der Druck dort geringer als der im Speicher 32 anstehende Vorspanndruck ist. Dann wird über das Rückschlagventil 34 der Zylinder 10 wieder aus dem Speicher 32 gefüllt. Das Öl fließt unter Speicherdruck wieder zurück.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten System wird das Öl planmäßig über den Ölvorratsbehälter 37 ausgetauscht, weil Steueröl über die Leitung 36 dem Ölvorratsbehälter 37 zugeführt und mit Hilfe der druckgeregelten Pumpe 38 zur Hauptleitung 30 wieder zurückgeführt wird. Entsprechend der vorstehenden Beschreibung ist dabei zu beachten, daß die Hauptmenge des Öls, welches bei Ansprechen der Kraftbegrenzungsvorrichtung aus dem Zylinder 10 verdrängt wird, in den hydraulischen Flüssigkeitsspeicher 32 geführt und dort aufgenommen wird. Nur ein kleiner Anteil geht über die Leckölleitung 36 in den Vorratsbehälter 37. Wird in dem hydraulischen Flüssigkeits­ speicher 32 ein bestimmter, voreingestellter Druck unterschritten, dann füllt die Pumpe 38 diesen Speicher über das Rückschlagventil 39 wieder auf. In diesem Teilsystem mit den Leitungen 30, 31 und dem Speicher 32 herrscht dann der von der Pumpe 38 voreingestellte Druck. Diese im allgemeinen als Axialkolbenpumpe ausgestaltete druckgeregelte Pumpe 38 hält den Vorspann­ druck im System konstant aufrecht.

In der Normallage, wenn das System ganz entlastet ist, also keine äußere Last anliegt, steht das System unter dem Druck der Pumpe 38. Hierfür sorgen die in Fließrichtung nach oben freischaltenden Rückschlagventile 39 und 34. Dieser Vorspanndruck der Pumpe 38 stellt sozusagen den Minimaldruck der Gesamtanlage, z. B. im Anfangszustand dar. Im Augenblick einer Belastung, wenn Druck im Zylinder 10 erzeugt wird, der z. B. höher als der Vorspanndruck in der Pumpe 38 ist, schließt das Rückschlagventil 39, und die Flüssigkeit strömt über die Leitungen 30 und 31 in den hydraulischen Flüssigkeitsspeicher 32.

In gleicher Weise wie im Betrieb bei Druck (Fig. 2 bzw. 6) erfolgt die Absorption übermäßiger Zugkraft für den Fall, daß beispielsweise ein hereingefallener Fremdkörper in einen Oszillator­ brecher den Rücklauf der Kurbelschwinge 2 in Richtung des gebogenen Pfeiles 4 nach rechts blockiert, während die Kurbelscheibe 1 sich weiterdreht. Um hier eine Überschreitung der Maximaikraft zu verhindern, arbeitet die Vorrichtung gemäß Zustand der Fig. 3 und 7. Die antriebsseitige zweite Übertragungsstange 20 bewegt sich in Richtung des Pfeiles 26 (Fig. 3 rechts), während gemäß dem nach links zeigenden Pfeil 27 (Fig. 3 links) die Gegenkraft auf die erste Übertragungsplatte 7 wirkt. Über die Führungsstange 14 bzw. 14a wird die nach rechts in Richtung des Pfeiles 26 wirkende Zugkraft der zweiten Druckplatte 15 auf den Zylinder 10 übertragen, der auf die dritte Druckplatte 17 bewegt wird, weil der Mitnehmer 18 die dritte Druckplatte 17 in Richtung des Pfeiles 27 zur Abtriebsseite hin zieht. Die Zugstange 8 wird also mit der dritten Druckplatte in der ersten Richtung (Pfeil 27) in Richtung des Abtriebes in Eingriff gebracht. Umgekehrt wird über das Mitnehmerteil 22 die zweite Übertragungsstange 20 mit der zweiten Druckplatte 15 in einer zweiten Richtung zur Antriebsseite hin (siehe Pfeil 26, in Fig. 3 nach rechts) gezogen. Die Kolbenstange 12 wird also auch bei Beanspruchung auf Zug in den Zylinder 10 soweit hineingefahren, daß abtriebsseitig stets nur die Maximalkraft ansteht, die zuvor am Druckbeschränkungsventil (Druckzuschaltventil 28) eingestellt worden war.

Der hydraulische Flüssigkeitsspeicher 32 ist so bemessen, daß immer eine Ölreserve vorhanden ist, auch wenn der Zylinder 10 vollkommen ausgefahren ist. Bei dem Ansprechen des Druckzuschaltventils 28 fließt ein kleines Ölvolumen über die Leckölleitung 36 zum Ölvorratsbehälter 37, so daß auch nach der Entleerung des Speichers 32 über das Rückschlagventil 34 diese kleine Differenzmenge fehlt. Dadurch wird der Druck im Speicher 32 geringer, bis der Vorspanndruck der Pumpe 38 unterschritten wird. Dann öffnet das Rückschlagventil 39, und Öl wird dem Speicher 32 wieder zugeführt, bis der Speicher aufgefüllt und auf den voreingestellten Pumpendruck aufgeladen ist. Gegenüber der Schaltung der Fig. 8 weist die der Fig. 9 den Vorteil auf, daß die beschriebenen geringen Ölverluste durch das Ansprechen der Kraftbegren­ zungsvorrichtung sich im Betrieb in keiner Weise nachteilig auswirken können. Der weitere große Vorteil der Hydraulikschaltung nach Fig. 9 gegenüber der nach Fig. 8 besteht darin, daß sich durch den Ölfluß, auch wenn er nur beim Auslösen erfolgt, das Öl sich allmählich im Zylinder 10 erwärmen könnte. Bei der Schaltung nach Fig. 9 wird nun bei jedem Ansprechen des Druckzuschaltventils 28 eine kleine definierte Ölmenge zu dem Ölvorratsbehälter 37 geführt und über die Pumpe 38 in das System wieder zurückgeleitet. Dieser definierte Ölaustausch über den relativ großvolumigen Ölvorratsbehälter 37 sorgt für eine Konstanthaltung der Temperatur. Man kann das System soweit optimieren, daß es sich auf eine Beharrungstemperatur einspielt.

Bezugszeichenliste

1 Kurbelscheibe
2 Kurbelschwinge
3 Schwenk-, Drehpunkt
4 Doppelpfeil
5 Auge
6 erste Übertragungsstange
7 Übertragungselement
8 Zugstange
9 Längsmittellinie
10 Zylinder
11 erste Druckplatte
12 Kolbenstange
13 Schraubung
13a Befestigungsstelle
14 Führungsstange
14a Führungsrohr
15 zweite Druckplatte
16 Befestigungsstelle
16a Befestigungsstelle
17 dritte Druckplatte
18 Mitnehmer
19 Ausnehmung
20 Übertragungsstange
21 Doppelpfeil
22 Mitnehmerteil
23 Ausnehmung, Pfeil
24 Pfeil
25 Pfeil
26 Pfeil
27 Pfeil
28 Druckzuschaltventil
29 Zuleitung
30 Hauptleitung
31 Abzweigung
32 hydraulischer Flüssigkeitsspeicher
33 Element mit Feder und Stellglied
34 Rückschlagventil
35 Bypassleitung
36 Leckölleitung
37 Ölvorratsbehälter
38 druckgeregelte Pumpe
39 Rückschlagventil

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Kraftbegrenzung, die bei einer Antriebseinrichtung zwischen Antriebsteil (20) und Abtriebsteil (6) eingebaut ist und einen von einem Druckmittel beaufschlagbaren Zylinder (10) mit Kolbenstange (12) aufweist, wobei eine den Druck begrenzende Einrichtung (28) in einer Leitung (29, 30) angeordnet ist, die zwei unter Druck stehende Räume miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der einzige Zylinder (10) an einer ersten Druckplatte (11) einer ersten Seite (Abtriebsseite) befestigt ist,
• b) die erste Druckplatte (11) über mindestens einen sich parallel zur Kolbenstange (12) erstreckenden Führungskörper (14; 14a) mit einer zweiten Druckplatte (15) einer zweiten, gegenüberliegenden Seite (Antriebsseite) verbunden ist, das äußere Ende der Kolbenstange (12) an einer dritten Druckplatte (17) angebracht ist, die
• d) von dem Führungskörper (14, 14a) verschieblich geführt und mit mindestens einer sich parallel zum Führungskörper (14, 14a) erstreckenden Zugstange (8) für die Mitnahme unter Verlängerung/Verkürzung des Abstandes zwischen dem Antriebsteil (20) und einem Übertragungselement (7) der ersten Seite (Abtriebsseite) in Eingriff bringbar ist,
• f) die Zugstange (8) in der ersten (11) und der dritten Druckplatte (17) ver­ schieblich geführt und
• g) an dem Übertragungselement (7) der ersten Seite befestigt ist;
• h) eine zweite Übertragungsstange (20) als Antriebsteil der zweiten Seite in der zweiten Druckplatte (15) verschieblich geführt und durch ein an ihrem Ende angebrachtes Mitnehmerteil (22) mit der zweiten Druckplatte (15) für die Mitnahme zur Verlängerung/Verkürzung des Abstandes zwischen dem Antriebsteil (20) und dem Übertragungselement (7) der ersten Seite in Eingriff bringbar ist, und das Mitnehmerteil (22) für die Mitnahme zur Verlängerung/Verkürzung des Abstandes zwischen dem Antriebsteil (20) und dem Übertragungselement (7) der ersten Seite mit der dritten Druckplatte (17) in Eingriff bringbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druck des Druckmittels begrenzende Einrichtung ein Ventil (28) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (7) an einer ersten Übertragungsstange (6) der ersten Seite befestigt ist, deren Längsmittellinie (9) in der Längsmittellinie (9) des Zylinders (10), der Kolbenstange (12) und der zweiten Übertragungsstange (20) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (14; 14a) mindestens eine Führungsstange (14) oder ein den Zylinder (10) und die Zugstange (8) umgreifendes Führungsrohr (14a) (Fig. 4 bis 7) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (10) ein Hydraulikzylinder, ein hydraulischer Stoßdämpfer, ein Pneumatikzylinder oder eine Gasfeder ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (10) an einem unter Druck stehenden Speicherbehälter (32) für Hydrauliköl angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der mit dem Zylinder (10) verbundenen Leitung (29) für das Druckmittel ein modifiziertes Druckzuschaltventil (28, 33, 34, 35) angeordnet ist, damit bei jedem Überschreiten der eingestellten Auslösekraft ein definiertes Volumen an Öl ausgetauscht wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstange(n) (8) an dem vorzugsweise plattenförmigen Übertragungselement (7) längeneinstellbar angebracht ist (sind).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Seite (Antriebsseite) am Ende der mindestens einen Zugstange (8) ein Mitnehmer (18) befestigt ist und zwischen diesem und der dritten Druckplatte (17) Dämpfungsmittel, vorzugsweise eine Schicht aus elastischem Material, vorgesehen ist und/oder das Mitnehmerteil (22) beidseitig mit Dämpfungsmitteln versehen ist und/oder zwischen dem Übertragungselement (7) und der ersten Druckplatte (11) ein Dämpfungsmittel vorgesehen ist.

10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Kraftbegrenzung eines Kurbelantriebes (1 bis 3).