DE19716081C1 - Antrieb für einen hydraulischen Differentialzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für einen Differentialzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Antrieb für einen dahingehenden hydraulischen Zylinder ist aus der DE 40 08 792 A1 bekannt. Dieser Antrieb zeigt zwei Verstellpumpen, die von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben werden. Die erste Pumpe dient zum Fördern von Arbeitsmittel aus einem Tank in den sich vergrößernden Zylinder­ raum des Zylinders. Dabei wird in dem aus dem anderen Zylinderraum ver­ drängten Arbeitsmittel ein Gegendruck in diesem Zylinderraum aufgebaut und der Kolben hydraulisch eingespannt. Beide Zylinderräume sind über die zweite Verstellpumpe miteinander verbunden.

Zwar ist mit dem bekannten Antrieb ein Gleichgangantrieb für einen hydraulischen Zylinder realisiert; Nachteil eines derartigen Antriebes ist jedoch, daß durch die Verwendung von Verstellpumpen sowie der zugehörigen Regeleinrichtung der Antrieb kompliziert aufbaut und teuer in der Herstellung ist.

Durch den Patent Abstracts of Japan, Publ. No. 08014208 A ist ein gattungsgemäßer Antrieb für einen hydraulischen Zylinder bekannt mit zwei einen gemeinsamen Antrieb aufweisenden Konstantpumpen. Die bekannte Anordnung nebst Ventilsteu­ ereinrichtung dient dazu, am Arbeitszylinder angreifende, hängende Lasten derart abzusichern, daß in einer neutralen Stellung eine Gegenhaltekraft erzeugt ist, die ein ungewolltes Absenken der Last bei nichtbetätigter Einrichtung vermeiden hilft. Ansonsten dienen die beiden Konstantpumpen dem Ansteuern und mithin dem Ein- und Ausfahren der Kolbenstange des hydraulischen Differentialzylinders. Ein spe­ zieller Gleichgangantrieb ist hierbei nicht vorgesehen.

Durch die US 3 154 921 ist ein Antrieb für einen hydraulischen Differentialzylinder bekannt mit zwei gemeinsam antreibbaren Konstantpumpen, wobei die volume­ trische Förderleistung der einen Konstantpumpe wesentlich höher ist als die der anderen, um eine konstante Fluidmenge für das Ansteuern des Differentialzylinders zur Verfügung stellen zu können, wenn dieser beispielsweise zum Ansteuern einer mechanischen Steuereinrichtung bei Arbeitsmaschinen oder dergleichen kurzfristig große Auslenkungen vorzunehmen hat. Ein Gleichgangantrieb für den Differential­ zylinder ist hierbei gleichfalls nicht vorgesehen und auch diese bekannte Lösung baut kompliziert auf und ist mithin teuer in der Herstellung.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, einen Antrieb für einen hydraulischen Differentialzylinder zu schaffen, mit dem ein sehr genauer Gleichgangantrieb für den Differentialzylinder erreichbar ist und der sich kostengünstig herstellen läßt. Eine dahingehende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil die Hubvolumina der Konstant­ pumpen pro Umdrehung (V₆ : V₅) das gleiche Verhältnis aufweisen wie das Flä­ chenverhältnis zwischen Kolbenstangenquerschnitt und Kolbenringfläche des Differentialzylinders, ist ein sehr genau arbeitender Gleichgangantrieb für den Differentialzylinder geschaffen, der darüber hinaus kostengünstig sich realisieren läßt, da keine aufwendige Regel- oder Ventilsteuereinrichtung notwendig ist, son­ dern vielmehr die Ansteuerung des Differentialzylinders ausschließlich über die Konstantpumpen erfolgt.

Die Konstantpumpen sind parallel angeordnet und vorzugsweise auf ihrer einen Seite über eine gemeinsame Leitung mit dem Kolbenraum des Zylinders verbun­ den. Mit ihrer anderen Seite sind die beiden Konstantpumpen über eine gemein­ same zweite Leitung mit dem Ringraum des Zylinders verbunden. Auf der Seite des Ringraumes ist zwischen den beiden Konstantpumpen ein federbelastetes Rück­ schlagventil vorgesehen, das verhindert, daß beim Einfahren des Kolbens Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Kreislauf zur zweiten Konstantpumpe gelangt, die aus einem Tank über eine weitere Leitung zusätzliche Hydraulikflüssigkeit ansaugt, um die Volumendifferenz zwischen Kolbenraum und Ringraum auszugleichen. Im Falle des Einfahrens des Hydraulikzylinders wird über die zweite Konstantpumpe die auf­ grund der Volumendifferenz zwischen Kolbenraum und Ringraum überflüssige Hydraulikflüssigkeit an den Tank abgegeben. Im Bedarfsfall kann jedoch über eine weitere Leitung mit einem federbelasteten Rückschlagventil zusätzliche Hydraulik­ flüssigkeit aus dem Tank in den Kreislauf gefördert werden. Hierfür ist auf der Kolbenraumseite diese Leitung vorgesehen, die mit dem Tank verbunden ist.

Insbesondere bei Stellzylindern mit einem Verhältnis zwischen Kolbenstangenfläche und Kolbenringfläche von 1 : 1 ergibt sich die preiswerte Lösung der Verwendung einer Doppelpumpe mit gleichem Hubvolumen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind an den Leitungen, die die Konstantpumpen mit dem Zylinder verbunden, Druckventile vorgesehen, die das System vor einer Überlastung schützen. Im Falle eines zu hohen Drucks kann über das entsprechende Druckventil Hydraulikflüssigkeit über eine Lei­ tung vom System abgegeben werden. Vorzugsweise fördert diese Leitung die abgegebene Hydraulikflüssigkeit zurück in den Tank.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zum Halten der Position des Kolbens im Zylinder zwischen den Leitungen, die den Zylinder mit den Kon­ stantpumpen verbinden, über Kreuz geschaltete Rückschlagventile vorgesehen.

Zum Halten der Position des Kolbens kann alternativ am Zylinder eine hydrau­ lisch entsperrbare Klemmvorrichtung vorgesehen werden. Diese Vorrichtung stellt sicher, daß der Kolben nur im Bedarsfall aus- oder eingefahren werden kann.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung eines zusätzlichen Speichers im Sy­ stem, der über Wegeventile mit den Leitungen, die den Zylinder mit den Konstantpumpen verbinden, verbunden ist. Im Falle eines Stromausfalles ist eine, wenn auch beschränkte Bewegung des Kolbens möglich. Dieser Speicher kann entweder gleichermaßen von beiden Konstantpumpen gespeist werden, oder aber nur durch eine bestimmte Konstantpumpe. Vorzugsweise ist der Speicher im Anschluß an die Druckventile angeordnet. Diese Ventile über­ nehmen die Funktionen der Einspeisung und Ableitung von Flüssigkeit im Notfall, wie auch den Überlastungsschutz.

Die Verwendung eines geschlossenen Systems macht den Stellantrieb unabhän­ gig von der Einbaulage und damit universell einsetzbar. Außerdem erhöht sie die Lebensdauer der Hydraulikflüssigkeit, da diese keinen Kontakt mit der Atmosphäre hat. So wird der natürliche Alterungsvorgang verlangsamt. Ferner erfolgt nur bedingt ein Entgasen flüchtiger Zusätze der Hydraulikflüssigkeit.

Die Regelung des die Kontantpumpen antreibenden Motors über einen Regler, der in Abhängigkeit von den gemessenen Istwerten in bezug auf einen vorgege­ benen Sollwert über ein Stellsignal geregelt wird, ermöglicht einen optimalen Wirkungsgrad des Systems, da steuerungsbedingte Drosselventile entfallen, wodurch Kosten eingespart werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des Grundprinzips eines Antriebs für einen Differentialzylinder,

Fig. 2 eine Darstellung einer ersten Variante mit Druckventilen zum Schutz vor Überlastung und Rückschlagventilen zum Halten der Position des Kolbens im Differentialzylinder,

Fig. 3 eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform von Fig. 2 mit einer hydraulisch entsperrbaren Klemmvor­ richtung zum Halten des Differentialzylinders,

Fig. 4 eine Weiterentwicklung des Antriebs für einen Differenti­ alzylinder von Fig. 2 mit einem zusätzlichen Speicher und Wegeventilen für Notbewegungen bei Stromausfall,

Fig. 5 eine Variante von Fig. 4,

Fig. 6 eine Darstellung eines Antriebs für einen Differentialzylin­ der mit einem geschlossenen System und

Fig. 7 eine Darstellung eines Antriebs für einen Differentialzylin­ der mit einem geregelten Antrieb.

Fig. 1 zeigt einen Differentialzylinder 1 mit einem Kolben 2. Der Differential­ zylinder 1 weist einen Kolbenraum 3 und einen Ringraum 4 auf. Der Differen­ tialzylinder 1 weist im Kolbenraum 3 die wirksame Kolbenfläche A₃ und im Ringraum die wirksame Kolbenringfläche A₄ auf. Die Differenz der beiden Flächen (A₃-A₄) entspricht der Querschnittsfläche A_St der Kolbenstange. Als Antrieb für den Differentialzylinder 1 sind zwei Konstantpumpen 5 und 6 vorgesehen, die mit Hilfe eines Motors 7 angetrieben werden. Die beiden Konstantpumpen 5 und 6 sind parallel geschaltet und über Leitungen 8 und 9 mit dem Kolbenraum 3 bzw. dem Ringraum 4 verbunden. In gleicher Weise ist auf der Seite der Leitung 8, die mit dem Kolbenraum 3 verbunden ist, zwischen der Konstantpumpe 6 und dem Leitungsabschnitt 11 ein federbelastetes Rück­ schlagventil 13 vorgesehen. Das System ist über Leitungen 11 und 12 mit einem Tank (nicht dargestellt) verbunden, in dem Hydraulikflüssigkeit gespei­ chert ist. Zur Ermöglichung des Nachsaugens von Hydraulikflüssigkeit ist auf der Seite der Leitung 9, die mit dem Ringraum 4 verbunden ist, zwischen den Kontantpumpen 5 und 6 ein federbelastetes Rückschlagventil 10 vorgesehen. In gleicher Weise ist auf der Seite der Leitung 8, die mit dem Kolbenraum 3 verbunden ist, zwischen der Konstantpumpe 6 und dem Leitungsabschnitt 11 ein federbelastetes Rückschlagventil 13 vorgesehen.

Um den Kolben 2 auszufahren, was in der Fig. 1 einer Bewegung nach oben entspricht, fördern die beiden Konstantpumpen 5 und 6 Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 8 in den Kolbenraum 3. Dadurch erhöht sich im Kolbenraum 3 dessen Volumen, der Kolben 2 fährt aus. Gleichzeitig mit der Volumen­ vergrößerung des Kolbenraums 3 verringert sich das Volumen des Ringraums 4.

Die aus dem Ringraum 4 verdrängte Hydraulikflüssigkeit wird durch die Kon­ stantpumpe 5 in den Kolbenraum 3 gefördert.

Soll der Kolben 2 eingezogen werden, wird die Drehrichtung des Motors 7 umgedreht, wodurch die Konstantpumpen 5 und 6 die Hydraulikflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung fördern. Die Konstantpumpe 5 fördert Flüssigkeit in den Ringraum 4. Durch die Kolbenbewegung wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem Kolbenraum 3 verdrängt und von den Konstantpumpen 5 und 6 aufgenom­ men, wobei die Konstantpumpe 6 die Hydraulikflüssigkeit über Leitung 12 zurück zum Tank gibt.

Gemäß einer ersten Variante, die in Fig. 2 dargestellt ist, ist ein Druckventil 21 mit der Leitung 8 und ein Druckventil 22 mit der Leitung 9 verbunden, um den Antrieb vor Überlastung zu schützen. Die über die Druckventile 21 und 22 im Überlastungsfall abgegebene Hydraulikflüssigkeit wird über eine Leitung 23 dem Tank zugeführt.

Zusätzlich ist in Fig. 2 eine erste Ausführungsform dargestellt, bei der sicher­ gestellt wird, daß der Kolben 2 im Differentialzylinder 1 bei Bedarf seine Position hält. Gemäß dieser Ausführungsform sind zwei entsperrbare Rück­ schlagventile 25 und 26 vorgesehen, die über Kreuz mittels Leitungen 27 und 28 entsperrt und damit geöffnet werden können.

Eine alternative Ausführungsform, die ebenfalls sicherstellt, daß die Position des Kolbens in Differentialzylinder 1 gehalten wird, ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist am Differentialzylinder 1 eine hydraulisch entsperr­ bare Klemmvorrichtung 31 vorgesehen.

Fig. 4 entspricht im wesentlichen der Fig. 2, zusätzlich ist jedoch ein Spei­ cher 41 vorgesehen, der bei Stromausfall Notbewegungen des Kolbens 2 im Differentialzylinder 1 ermöglicht. Der Speicher 41 ist über Rückschlagventile mit den Konstantpumpen 5 und 6 verbunden und wird darüber von den Kon­ stantpumpen 5, 6 aufgeladen. Die Ventile 42 und 43 übernehmen sowohl den Überlastungsschutz des Antriebes, sowie bei Notbetrieb die Einspeisung von Hydraulikflüssigkeit in den Ringraum 4 oder den Kolbenraum 3 und die Rück­ leitung verdrängter Hydraulikflüssigkeit aus dem jeweils anderen Raum in den Tank.

Fig. 5 zeigt eine Variante von Fig. 4, gemäß der der Speicher 41 durch eine bestimmte Konstantpumpe, gemäß der Darstellung von Fig. 5 durch die Konstantpumpe 5 gespeist wird.

Die Fig. 6 entspricht im wesentlichen der Fig. 4, jedoch handelt es sich bei diesem Antrieb um ein geschlossenes System, in dem die Hydraulikflüssigkeit keinen Kontakt mit der Atmosphäre hat. Anstelle des nicht dargestellten offenen Tanks gemäß der vorherigen Ausführungsbeispiele ist ein Speicher 61 vorgese­ hen, der die Hydraulikflüssigkeit speichert.

Fig. 7 zeigt eine Weiterentwicklung von Fig. 6 gemäß der der Antrieb mittels eines Reglers 71 gemäß einem vorgegebenen Sollwert, symbolisch durch den Pfeil 72 angedeutet, geregelt wird. Dabei wird der Sollwert mit einem am Differentialzylinder 1 gemessenen Istwert, symbolisch durch den Pfeil 73 angedeutet, verglichen. Je nach Differenz des Soll- und Istwertes gibt der Regler 71 ein Stellsignal ab, gemäß dem der Betrieb des Motors 7 geändert wird.

Claims (8)

1. Antrieb für einen hydraulischen Differentialzylinder (1) mit zwei Pumpen, die einen gemeinsamen Antrieb aufweisen, wobei die Pumpen Kon­ stantpumpen (5, 6) sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubvolumina der Konstantpumpen (6, 5) pro Umdrehung (V₆ : V₅) das gleiche Verhält­ nis aufweisen, wie das Flächenverhältnis zwischen Kolbenstangenquer­ schnitt (A_St) und Kolbenringfläche (A₄) des Differentialzylinders (1).

2. Antrieb für einen hydraulischen Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Druckventile (21, 22) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Druckventil (21) mit der mit dem Kolbenraum (3) des Zylinders verbundenen Leitung (8) und ein Druckventil (22) mit der mit dem Ringraum (4) verbundenen Leitung (9) verbunden ist.

3. Antrieb für einen hydraulischen Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei über Kreuz geschaltete entsperrbare Rück­ schlagventile (25, 26) zwischen den Leitungen (8, 9) die den Zylinder mit den Kontaktpumpen (5, 6) verbinden, vorgesehen sind.

4. Antrieb für einen hydraulischen Zylinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine hydraulisch entsperrbare Klemmvorrich­ tung (31) am Zylinder vorgesehen ist.

5. Antrieb für einen hydraulischen Zylinder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (41), der mit den Leitungen (8, 9), die den Zylinder mit den Konstantpumpen (5, 6) verbinden, ver­ bunden ist.

6. Antrieb für einen hydraulischen Zylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (41) über Ventile (42) bzw. (43) mit den Leitungen (8 bzw. 9) verbunden ist.

7. Antrieb für einen hydraulischen Zylinder nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (41) stets über nur eine der beiden Konstantpumpen (5, 6) aufgeladen wird.

8. Antrieb für einen hydraulischen Zylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Konstantpumpen (5, 6) antreibende Motor (7) über einen Regler (71) in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert und einem gemessenen Istwert regelbar ist.