DE19912906B4

DE19912906B4 - Hydraulic actuator

Info

Publication number: DE19912906B4
Application number: DE1999112906
Authority: DE
Inventors: Günter W. Dr. Klemm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: DE19912906A1

Abstract

Hydraulischer Stellantrieb (12) für einen Bohrantrieb, mit einem ersten Stellkolben (24), der in einer Kolbenführung gegen zwei Anschläge (26, 27) verschiebbar geführt ist, wobei die Kolbenführung und die Anschläge (26, 27) innerhalb eines zweiten Stellkolbens (25) angeordnet sind, der seinerseits in einer zweiten Kolbenführung gegen zwei Anschläge (16, 17) verschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (12) an einem Ende des Gehäuses eines Hydraulikmotors (1) angeflanscht ist, an dessen gegenüberliegendem Ende ein Planetengetriebe angeflanscht ist, wobei der Hydraulikmotor (1) eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle (2) aufweist, welche von einer Schaltwelle (5) durchragt wird, an deren erstem Ende ein Zahnrad (6) des Planetengetriebes angeordnet ist, wobei das zweite Ende der Schaltwelle (5) mit dem ersten Stellkolben (24) des Stellantriebs (12) verbunden ist.hydraulic Actuator (12) for a drill drive, with a first actuating piston (24) in one piston guide against two attacks (26, 27) guided displaceably is, the piston guide and the attacks (26, 27) are arranged within a second actuating piston (25), which in turn in a second piston guide against two stops (16, 17) slidably guided is characterized in that the Actuator (12) at one end of the housing of a hydraulic motor (1) is flanged, at the opposite end of a planetary gear is flanged, wherein the hydraulic motor (1) as a hollow shaft formed drive shaft (2), which of a switching shaft (5) is penetrated, at the first end of a gear (6) of the planetary gear is arranged, wherein the second end of the switching shaft (5) with the first actuating piston (24) of the actuator (12) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stellantrieb für einen Bohrantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a hydraulic actuator for a Drilling drive according to the preamble of claim 1

Hydraulische Stellantriebe sind als Hydrozylinder seit Jahrzehnten zum Umwandeln hydrostatischer Energie in mechanische Stellbewegungen bekannt. Üblicherweise ist bei Hydrozylindern in einem länglichen Zylinderrohr ein Kolben axial verschiebbar geführt und gegen die Wand des Zylinderrohrs abgedichtet. An dem Kolben ist entweder eine zu einer Seite aus dem Hydrozylinder heraustretende Kolbenstange (Differentialzylinder) oder zu beiden Seiten aus dem Zylinderrohr herausführende Kolbenstangen (Gleichgangzylinder) befestigt. Den Anschlag für die Kolbenbewegung bildet üblicherweise eine radiale Abschlußwand des Zylinderrohrs.hydraulic Actuators have been used as hydraulic cylinders for decades to convert hydrostatic energy in mechanical adjusting movements known. Usually is a piston in hydraulic cylinders in an elongated cylinder tube guided axially displaceable and sealed against the wall of the cylinder tube. On the piston is either one to one side emerging from the hydraulic cylinder Piston rod (differential cylinder) or on both sides of the Leading out cylinder tube Piston rods (synchronous cylinder) attached. The stop for the piston movement usually forms a radial end wall of the cylinder tube.

Aus der Druckschrift DE 34 16 463 A1 ist ein Mehrhub-Stellzylinder bekannt, bei dem in einem Außenzylinder ein als Kolben wirkender Innenzylinder mit einem Kolben angeordnet ist. Dieses System ermöglicht, daß die Kolbenstange in unterschiedlichen Positionen angesteuert werden kann, wobei durch die teleskopartige Konstruktion ein Stellsystem mit geringen Abmessungen geschaffen wird. In der Druckschrift 42 17 405 A1 ist ein Stellzylinder mit drei Stellkolben offenbart, welche ebenfalls ineinander verschiebbar geführt sind.From the publication DE 34 16 463 A1 a multi-stroke actuating cylinder is known in which an inner cylinder acting as a piston is arranged with a piston in an outer cylinder. This system allows the piston rod to be driven in different positions, the telescopic construction providing a small footprint system. In the document 42 17 405 A1 discloses a control cylinder with three actuating pistons is disclosed, which are also guided one inside the other.

Der hydraulische Stellantrieb gemäß der Erfindung soll insbesondere zur Betätigung einer Schaltwelle eines dreistufigen Planetengetriebes geeignet sein. Derartige dreistufige Planetengetriebe werden zur Verwirklichung sehr großer Übersetzungssprünge (z.B. 1:1 in der ersten Stufe, 1:3 in der zweiten Stufe und 1:10 in der dritten Stufe) mit der Antriebswelle von Hydraulikmotoren (insbesondere hydraulischen Axialkolbenmotoren) gekoppelt und als Antrieb einer Bohrstange oder eines Bohrkopfes verwendet. Hierzu ist die Antriebswelle des Hydraulikmotors als Hohlwelle mit Innenverzahnung ausgebildet, in der eine Schaltwelle axial verschiebbar geführt ist. Das stirnseitige Ende der Schaltwelle weist ein Zahnrad auf, das je nach Übersetzungsstufe mit dem Planetenradträger, mit dem Sonnenrad oder mit den Planetenrädern des Planetengetriebes kämmt. Die Verstellung der Schaltwelle und des Planetengetriebes erfolgt manuell. Sie kann nur bei stillstehendem Hydraulikmotor und stillstehendem Getriebe erfolgen. Derartige Antriebe befinden sich oft am oberen Ende einer langen Bohrstange in großer Höhe (bis zu 5 m), so daß die manuelle Getriebeumstellung einen recht hohen Aufwand darstellt. Ein Arbeiter muß mit einer Leiter oder an einem Gerüst in die Höhe klettern und dort die Umstellung durchführen. Abgesehen von dem Verletzungsrisiko resultieren aus dieser manuellen Umstellung erhebliche Zeitverluste bei der Durchführung der Bohrarbeiten.Of the hydraulic actuator according to the invention intended especially for use a shift shaft of a three-stage planetary gear suitable be. Such three-stage planetary gear become the realization very large translation steps (e.g. 1: 1 in the first stage, 1: 3 in the second stage and 1:10 in the third stage) with the drive shaft of hydraulic motors (in particular hydraulic Axial piston motors) coupled and as a drive a boring bar or a drill head used. For this purpose, the drive shaft of the hydraulic motor formed as a hollow shaft with internal teeth, in which a switching shaft guided axially displaceable is. The front end of the switching shaft has a gear, depending on the translation level with the planet carrier, with the sun gear or with the planetary gears of the planetary gear combs. The Adjustment of the switching shaft and the planetary gear is done manually. It can only be done with the hydraulic motor stationary and stationary Transmission done. Such drives are often located at the top End of a long drill rod at high altitude (up to 5 m), so that the manual Transmission conversion represents a fairly high cost. A worker has to go with one Ladder or on a scaffold in the air climb and carry out the conversion there. Apart from the risk of injury result from this manual change considerable time losses during execution the drilling work.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen hydraulischen Stellantrieb für einen Bohrantrieb zu schaffen, der zuverlässig ist und die oben beschriebenen Nachteile beseitigt.task The invention is therefore a hydraulic actuator for a To create a drill drive that is reliable and the above described Disadvantages eliminated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.These The object is achieved by the Features of the characterizing part of claim 1 in conjunction solved with the features of the preamble.

Dementsprechend ist der Stellantrieb an einem Ende des Gehäuses eines Hydraulikmotors angeflanscht, an dessen gegenüberliegendem Ende ein Planetengetriebe angeflanscht ist, wobei der Hydraulikmotor eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle aufweist, welche von einer Schaltwelle durchragt wird, an deren erstem Ende ein Zahnrad des Planetengetriebes angeordnet ist, wobei das zweite Ende der Schaltwelle mit dem ersten Stellkolben des Stellantriebs verbunden ist.Accordingly is the actuator at one end of the housing of a hydraulic motor Flanged, on the opposite End of a planetary gear is flanged, the hydraulic motor a trained as a hollow shaft drive shaft, which of a switching shaft is penetrated, at the first end of a gear of the Planet gear is arranged, wherein the second end of the switching shaft is connected to the first actuator piston of the actuator.

Aufgrund des zweiten Stellkolbens lassen sich ohne weiteres drei Schaltstellungen realisieren. In der ersten Schaltstellung sind sowohl der erste als auch der zweite Stellkolben gegen ihren hinteren Anschlag gedrückt. In der zweiten Schaltstellung wird der erste Stellkolben gegen den vorderen Anschlag gedrückt und der zweite Stellkolben verbleibt gegen den hinteren Anschlag gedrückt. In der dritten Schaltstellung wird zusätzlich zum ersten Stellkolben der zweite Stellkolben gegen den vorderen Anschlag gedrückt. Es ist sogar ohne weiteres möglich, eine vierte Schaltstellung zu realisieren. Durch Verschieben des ersten Stellkolbens in der hinteren Position des zweiten Stellkolbens können die ersten beiden Schaltstellungen realisiert werden. Durch Verschieben des ersten Stellkolbens in der vorderen Position des zweiten Stellkolbens kann zwischen dem zweiten Schaltstellungspaar umgeschaltet werden. Das Zahnrad des Planetengetriebes am ersten Ende der Schaltwelle folgt der Bewegung des ersten Stellkolbens und ermöglicht so die Verstellung zwischen den verschiedenen Schaltzuständen.by virtue of the second actuating piston can be easily three switch positions realize. In the first switching position are both the first as well as the second actuating piston pressed against its rear stop. In the second switching position, the first actuating piston against the pressed front stop and the second actuator piston remains against the rear stop pressed. In the third switching position is in addition to the first actuator piston the second actuating piston is pressed against the front stop. It is even readily possible, to realize a fourth switching position. By moving the first actuating piston in the rear position of the second actuating piston can the first two switching positions are realized. By moving of the first actuating piston in the front position of the second actuating piston can be switched between the second switching position pair. The gear of the planetary gear at the first end of the shift shaft follows the movement of the first actuator piston and thus allows the adjustment between the different switching states.

Der erfinderische Stellantrieb stellt vorzugsweise eine Weiterbildung eines bekannten Hydrozylinders dar. Der zweite Stellkolben sollte die Form einer Hülse aufweisen, deren Außenfläche in der inneren Zylinderfläche des Hydraulikzylinders geführt ist und deren Innenfläche die Führung für die zylindrische Umfangsfläche des ersten Stellkolbens bildet. Der erste Stellkolben weist in bekannter Weise mindestens einen Dichtring in seiner Umfangsfläche auf und ist vorzugsweise mittels einer Befestigungsschraube an einer Kolbenstange befestigt. Die axialen Anschläge für den zweiten, hülsenförmigen Stellkolben bilden – wie bei bekannten Hydrozylindern – die radialen Abschlußwände des Zylinders.The inventive actuator is preferably a development of a known hydraulic cylinder. The second actuating piston should have the shape of a sleeve whose outer surface is guided in the inner cylindrical surface of the hydraulic cylinder and whose inner surface forms the guide for the cylindrical peripheral surface of the first actuating piston. The first actuating piston has in a known manner at least one sealing ring in its peripheral surface and is preferably by means of a fastening screw attached to a piston rod. The axial stops for the second, sleeve-shaped actuating piston form - as in known hydraulic cylinders - the radial end walls of the cylinder.

Der hülsenförmige, zweite Stellkolben hat seinerseits zwei radiale Wandungen an seinen axialen Enden, welche die Anschläge für den ersten Stellkolben bilden.Of the sleeve-shaped, second Actuator piston in turn has two radial walls at its axial Ends the stops for the form the first actuating piston.

Vorzugsweise und insbesondere zur Verwendung als Stellantrieb für die Schaltwelle eines Planetengetriebes ist mit dem ersten Stellkolben nur eine Kolbenstange verbunden, welche durch jeweils eine der radialen Wandungen des zweiten Stellkolbens und des Hydraulikzylinders hindurchragt. Die dem Durchtritt der Kolbenstange gegenüberliegende radiale Wandung des zweiten Stellkolbens ist vorzugsweise geschlossen. Diese Ausbildung des Stellantriebes als Differentialzylinder hat den Vorteil, daß die Unterseite der beiden Kolben, d.h. die Seite, auf der sich die Kolbenstange befindet, mit einem permanenten Rückstelldruck beaufschlagt werden kann. Bei Beaufschlagung der Oberseite der Kolben mit einem gleichwertigen Arbeitsdruck wird der Kolben aufgrund der Flächendifferenz zwischen der dem vollständigen Zylinderquerschnitt entsprechenden, mit Druck in axialer Richtung beaufschlagten Kolbenfläche und der um die Fläche der Kolbenstange reduzierten, mit axialem Gegendruck beaufschlagten Fläche der Unterseite in Richtung der Kolbenstange gegen den zweiten Anschlag bewegt und die Kolbenstange dabei aus dem Zylinder herausgetrieben.Preferably and in particular for use as an actuator for the switching shaft a planetary gear is only one with the first actuator piston Piston rod connected by each one of the radial walls the second actuating piston and the hydraulic cylinder protrudes. The passage of the piston rod opposite radial wall the second actuating piston is preferably closed. This training the actuator as a differential cylinder has the advantage that the bottom of the two pistons, i. the side on which the piston rod is to be acted upon with a permanent reset pressure can. When loading the top of the piston with an equivalent Working pressure is the piston due to the area difference between the the complete Cylinder cross section corresponding, with pressure in the axial direction acted upon piston surface and the around the area reduced the piston rod, acted upon with axial back pressure area the bottom in the direction of the piston rod against the second stop moved and the piston rod driven out of the cylinder.

Zur Verwirklichung dieser Funktionsweise benötigt der Stellantrieb drei Steuerdruckanschlüsse. Der erste Steuerdruckanschluß liefert den auf die Kolbenunterseite wirkenden permanenten Druck, welcher die Rückstellung des Stellantriebs in die Ausgangsposition bewirkt. Hierzu ist er über Hydraulikkanäle mit dem Raum zwischen der radialen Wand des zweiten Steuerkolbens und der radialen Abschlußwand des Zylinders an der Seite, an der die Kolbenstange hindurchtritt, verbunden. Der zweite Steuerdruckanschluß ist über Hydraulikkanäle mit dem Raum verbunden, der von der kolbenstangenfreien Seite des ersten, inneren Steuerkolbens begrenzt wird. Der dritte Steuerdruckanschluß führt zur kolbenstangenfreien Stirnfläche des zweiten Steuerkolbens.to Realization of this operation requires the actuator three Control pressure connections. Of the first control pressure connection supplies acting on the piston bottom permanent pressure, which the provision causes the actuator to the starting position. For this he is using hydraulic channels with the Space between the radial wall of the second control piston and the radial end wall of the cylinder on the side where the piston rod passes, connected. The second control pressure connection is via hydraulic channels with the room connected by the rodless side of the first, inner Control piston is limited. The third control pressure connection leads to rodless end face of the second control piston.

Bei dieser Ausführungsform, bei der die Steuerdruckanschlüsse zum Umschalten in die zweite oder dritte Schaltstellung gegen den permanenten Steuerdruck, der die Rückstellung in die erste Schaltstellung bewirkt, mit Arbeitsdruck beaufschlagt werden, ist die Kolbenunterseite des ersten Stellkolbens permanent mit der Kolbenunterseite des zweiten Stellkolbens verbunden. Dies kann durch Durchbrüche in der unteren radialen Wand des zweiten Stellkolbens, welche von der Kolbenstange durchragt wird, erfolgen.at this embodiment, at the the control pressure connections to switch to the second or third switch position against the permanent control pressure, the provision in the first switching position causes, be subjected to working pressure, the piston underside of the first actuating piston permanently with the piston underside of the second actuating piston connected. This can be through breakthroughs in the lower radial Wall of the second actuating piston, which is penetrated by the piston rod, respectively.

Falls der erste, inneren Stellkolben in beiden Positionen des zweiten hülsenförmigen Stellkolbens umschaltbar, d.h. von seiner hinteren Anschlagposition in seine vordere Anschlagposition verfahrbar sein soll, müssen die Unterseiten der beiden Stellkolben getrennt mit Druck beaufschlagbar sein.If the first, inner actuating piston in both positions of the second sleeve-shaped actuating piston switchable, i.e. from its rear stop position to its front stop position should be movable the undersides of the two adjusting pistons can be pressurized separately be.

Alternativ kann der Stellantrieb mit Rückstellfedern für einen oder beide Stellkolben versehen sein, die z.B. an den Kolbenunterseiten um die Kolbenstange herum angeordnet sind und die Kolben in die obere Endlage drücken. In diesem Fall reichen zwei Druckanschlüsse, welche einerseits auf die Oberfläche des ersten Kolbens und andererseits auf die Oberfläche des zweiten Kolbens führen, wobei eine Druckzufuhr über einen der Druckanschlüsse den entsprechenden Kolben entgegen der Federkraft der jeweiligen Rückstellfeder gegen seinen unteren Anschlag drückt. Bei dieser Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die Kolbenstange nach unten aus dem Zylinderrohr heraustritt.alternative can the actuator with return springs for one or both adjusting pistons are provided, e.g. at the piston bottoms are arranged around the piston rod and the pistons in the Press upper end position. In this case, two pressure connections, which on the one hand on the surface of the first piston and on the other hand to the surface of the second piston, being a pressure over one of the pressure ports the corresponding piston against the spring force of the respective return spring presses against its lower stop. In this description it is assumed that the piston rod comes down from the cylinder tube.

Insbesondere bei der Verwendung des Stellantriebes zur Betätigung der Schaltwelle eines Planetengetriebes an der Antriebswelle eines Hydraulikmotors sollten die Steuerdruckanschlüsse aus der Druckleitung des Hydraulikmotors mit Hydraulikflüssigkeit gespeist werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß beim Vorhandensein eines Arbeitsdruckes an den Druckanschlüssen des Hydraulikmotors auch der Steuerdruck für den Stellantrieb vorhanden ist. Außerdem werden zusätzliche Druckquellen für den Stellantrieb eingespart.Especially when using the actuator for actuating the shift shaft of a Planetary gear on the drive shaft of a hydraulic motor should the control pressure connections from the pressure line of the hydraulic motor with hydraulic fluid be fed. In this way it is ensured that in the presence a working pressure at the pressure ports of the hydraulic motor also the control pressure for the actuator is present. In addition, additional Sources of pressure for the Saved actuator.

Vorzugsweise ist zusätzlich ein Sensor zur Erfassung des Betriebs des Hydraulikmotors vorgesehen, der während des Motorbetriebes ein Verstellen des Stellantriebs sperrt. Dieser Sensor kann entweder durch einen Drucksensor gebildet werden, der den Arbeitsdruck im Hydraulikmotor erfaßt. Alternativ kann ein Drehzahlsensor verwendet werden, der die Drehbewegung der Antriebswelle des Hydraulikmotors erfaßt. Das Sperren des Stellantriebs kann mechanisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen. Bei einer mechanischen Sperre wird beispielsweise die Schaltwelle in ihrer Position durch eine Raste oder einen Anschlag arretiert. Diese Lösung ist aber ungünstig, da im Störfall die mechnische Sperre erheblicher hydraulische Stellkräfte auffangen müßte. Bei einer hydraulischen Sperre werden die Wegeventile, welche den Stellantrieb mit hydraulischem Druck beaufschlagen, arretiert. Bei einer elektrischen Sperre wird der elektromechanische Antriebsmechanismus für die Wegeventile in seiner jeweiligen Schaltstellung arretiert.Preferably is additional a sensor is provided for detecting the operation of the hydraulic motor, while the motor operation locks an adjustment of the actuator. This Sensor can be formed either by a pressure sensor, the Working pressure detected in the hydraulic motor. Alternatively, a speed sensor used, the rotational movement of the drive shaft of the hydraulic motor detected. The locking of the actuator can be mechanical, hydraulic or done electrically. For example, in the case of a mechanical lock the shift shaft in position by a catch or a stop locked. This solution but is unfavorable there in case of accident to absorb the mechanical barrier of considerable hydraulic restoring forces would. At a Hydraulic lock will be the directional valves, which the actuator pressurize with hydraulic pressure, locked. In an electrical Lock is the electromechanical drive mechanism for the directional control valves locked in its respective switching position.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen inAn embodiment of the invention will explained with reference to the accompanying drawings. The drawings show in

1 eine Querschnittsdarstellung eines Axialkolbenmotors mit angeflanschtem Planetengetriebe und dem erfindungsgemäßen Stellantrieb zur Betätigung der Schaltwelle für das Planetengetriebe, 1 a cross-sectional view of an axial piston motor with flanged planetary gear and the actuator according to the invention for actuating the switching shaft for the planetary gear,

2 – 4 eine vergrößerte Darstellung des Stellantriebs aus 1 in den drei unterschiedlichen Schaltstellungen, 2 - 4 an enlarged view of the actuator from 1 in the three different switch positions,

5 – 7 eine vollständige Darstellung des Hydraulikmotors mit Planetengetriebe und Stellantrieb in den drei unterschiedlichen Schaltstellungen, 5 - 7 a complete representation of the hydraulic motor with planetary gear and actuator in the three different switching positions,

8 einen Hydraulik-Schaltplan für den Hydraulikmotor und den Stellantrieb. 8th a hydraulic circuit diagram for the hydraulic motor and the actuator.

In 1 ist im Querschnitt ein hydraulischer Axialkolbenmotor 1 dargestellt, dessen Antriebswelle 2 als Hohlwelle ausgebildet ist und mit einer Innenverzahnung 3 versehen ist, welche mit einer Außenverzahnung 4 einer Schaltwelle 5 zusammenwirkt, die axial verschiebbar in der Antriebswelle 2 aufgenommen ist. Am unteren, stirnseitigen Ende der Schaltwelle 5 ist ein Zahnrad 6 angeordnet, welches der Umschaltung zwischen verschiedenen Übersetzungsstufen eines Planetengetriebes 7 dient, das am untere Ende des Hydraulikmotors 1 angeflanscht ist. In der dargestellten ersten Schaltstellung ist das Zahnrad 6 drehfest mit einer Innenverzahnung des Planetenradträgers 8 des Planetengetriebes 7 verbunden. Das Sonnenrad 9 weist eine entsprechende Innenverzahnung 10 auf, die mit dem Zahnrad 6 in einer zweiten Schaltstellung zusammenwirkt. In der dritten Schaltstellung kämmt das Zahnrad 6 mit den Planetenrädern 11.In 1 is a hydraulic axial piston motor in cross section 1 shown, the drive shaft 2 is designed as a hollow shaft and with an internal toothing 3 is provided, which with an external toothing 4 a shift shaft 5 cooperates, which are axially displaceable in the drive shaft 2 is included. At the lower end of the selector shaft 5 is a gear 6 arranged, which is the switching between different gear ratios of a planetary gear 7 serves, at the lower end of the hydraulic motor 1 is flanged. In the illustrated first switching position is the gear 6 rotatably with an internal toothing of the planet carrier 8th of the planetary gear 7 connected. The sun wheel 9 has a corresponding internal toothing 10 on that with the gear 6 cooperates in a second switching position. In the third shift position the gear meshes 6 with the planet wheels 11 ,

Ein derartiger hydraulischer Axialkolbenmotor mit umschaltbarem Planetengetriebe wird beispielsweise von der schweizerischen Firma Rollstar AG vertrieben. Die Verschiebung der Schaltwelle 5 erfolgt durch manuelle Verstellung eines in einer Schaltkulisse geführten Schalthebels.Such a hydraulic axial piston motor with switchable planetary gear is sold for example by the Swiss company Rollstar AG. The shift of the switching shaft 5 takes place by manual adjustment of a guided in a shift gate shift lever.

Die Verschiebung der Schaltwelle 5 bei dem Ausführungsbeispiel in 1 erfolgt mittels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs 12, der am oberen Ende des Gehäuses des Hydraulikmotors 1 nahe der beiden Druckanschlüsse 13 und 14 des Axialkolbenmotors 1 angeflanscht ist. Die einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen Stellantriebs 12 sind insbesondere in den 2 bis 4 zu erkennen. Der Stellantrieb 12 umfaßt ein Zylinderrohr 15, welches beidseitig durch eine radiale Abschlußwand 16, 17 begrenzt ist. Die obere Abschlußwand 16 weist Druckanschlüsse 18, 19, 20 auf, wobei der Druckanschluß 19 außerhalb der Schnittebene der Figuren liegt und zum besseren Verständnis nur in 2 in diese Schnittebene hineinverlagert dargestellt ist.The shift of the switching shaft 5 in the embodiment in 1 takes place by means of an actuator according to the invention 12 at the top of the housing of the hydraulic motor 1 near the two pressure connections 13 and 14 of the axial piston motor 1 is flanged. The individual components of the actuator according to the invention 12 especially in the 2 to 4 to recognize. The actuator 12 includes a cylinder tube 15 , which on both sides by a radial end wall 16 . 17 is limited. The upper end wall 16 has pressure connections 18 . 19 . 20 on, with the pressure connection 19 lies outside the cutting plane of the figures and for better understanding only in 2 is shown displaced into this section plane.

Die untere Abschlußwandung 17 umfaßt einen Flansch, der mit Befestigungsschrauben 21 an dem Axialkolbenmotor 1 befestigt ist. In der Mitte weist die untere Abschlußwandung 17 den Durchtritt für die Kolbenstange 22 auf. Das obere Ende der Kolbenstange 22 ist mit einer Befestigungsschraube 23 an einem ersten Kolben 24 befestigt. Der Kolben 24 ist gegen eine zylindrische Kolbenführungsfläche abgedichtet, welche von der Innenfläche eines zweiten Kolbens 25 gebildet wird. Der zweite Kolben 25 ist axial verschiebbar gegen die Innenfläche des Zylinderrohrs 15 abgedichtet. Die Anschläge für die Bewegung dieses zweiten Kolbens 25 bilden die radialen Abschlußwandungen 16, 17 des Zylinderrohrs 15. Der hülsenförmige zweite Kolben 25 weist seinerseits radiale Wandungen 26 und 27 an seinen Endabschnitten auf, welche die Anschläge für die Bewegung des inneren Kolbens 24 bilden. Die obere radiale Wandung 26 ist geschlossen, und die untere radiale Wandung 27 weist eine Durchtrittsöffnung für die Kolbenstange 22 auf.The lower end wall 17 includes a flange with fixing screws 21 on the axial piston motor 1 is attached. In the middle, the lower end wall 17 the passage for the piston rod 22 on. The upper end of the piston rod 22 is with a fixing screw 23 on a first piston 24 attached. The piston 24 is sealed against a cylindrical piston guide surface, which from the inner surface of a second piston 25 is formed. The second piston 25 is axially displaceable against the inner surface of the cylinder tube 15 sealed. The stops for the movement of this second piston 25 form the radial end walls 16 . 17 of the cylinder tube 15 , The sleeve-shaped second piston 25 in turn has radial walls 26 and 27 at its end portions on which the stops for the movement of the inner piston 24 form. The upper radial wall 26 is closed, and the lower radial wall 27 has a passage opening for the piston rod 22 on.

In den 1, 2 und 5 ist der Stellantrieb in seiner Ausgangs-Schaltstellung gezeigt. In dieser Schaltstellung wird nur über den Druckanschluß 18 Hydraulikflüssigkeit zugeführt. Diese wird durch einen Hydraulikkanal 28 in der Wand des Zylinderrohrs 15 zu dessen gegenüberliegender Stirnseite geleitet, wo sie durch einen Verbindungskanal 29 in den Raum unterhalb des zweiten Kolbens 25 geleitet wird, der in den 2 und 3 mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist. Der Raum (2, Bezugszeichen 31) unterhalb des inneren Kolbens 24 ist permanent hydraulisch mit dem Raum 30 unterhalb des zweiten Kolbens 25 gekoppelt. Hierzu ist ein weiterer Verbindungskanal 32 von dem Hydraulikkanal 28 zur Innenfläche des Zylinderrohrs 15 geführt, welcher in einen länglichen, ringförmigen Spalt 33 führt, der durch eine Durchmesserreduzierung auf der Außenseite des zweiten Kolbens 25 erzeugt ist. Aus diesem Ringspalt 33 führt ein Verbindungskanal 34 in der Wandung des zweiten Kolbens 25 in den genannten Raum 31 unterhalb des ersten Kolbens 24. Der über den Druckanschluß 18 zugeführte erste Steuerdruck P1 wirkt somit gegen die Unterseite des ersten Kolbens 24 und gegen die Unterseite des zweiten Kolbens 25 und drückt beide Kolben 24, 25 nach oben, so lange gegen deren Oberseite kein Steuerdruck anliegt.In the 1 . 2 and 5 the actuator is shown in its output switching position. In this switching position is only on the pressure port 18 Hydraulic fluid supplied. This is done by a hydraulic channel 28 in the wall of the cylinder tube 15 directed to the opposite end face, where they pass through a connecting channel 29 in the space below the second piston 25 which is directed into the 2 and 3 with the reference number 30 is provided. The space ( 2 , Reference number 31 ) below the inner piston 24 is permanently hydraulic with the room 30 below the second piston 25 coupled. For this purpose, another connection channel 32 from the hydraulic channel 28 to the inner surface of the cylinder tube 15 guided, which in an elongated, annular gap 33 leads, by a diameter reduction on the outside of the second piston 25 is generated. From this annular gap 33 leads a connection channel 34 in the wall of the second piston 25 in the mentioned room 31 below the first piston 24 , The over the pressure connection 18 supplied first control pressure P1 thus acts against the underside of the first piston 24 and against the underside of the second piston 25 and push both pistons 24 . 25 upwards, as long as there is no control pressure against their upper side.

Zur Umschaltung des Stellantriebs 12 in die zweite Schaltstellung (3 und 6) wird an den zweiten Druckanschluß 19 ein Steuerdruck P2 angelegt, der den gleichen Betrag haben kann wie der Steuerdruck P1. Der Steuerdruck P2 wird von dem Druckanschluß 19 über den Hydraulikkanal 35 in dem Zylinderrohr 15 und einen Verbindungskanal 36 in einen weiteren Ringspalt 37 überführt, der durch eine Reduzierung des Außendurchmessers in der oberen Hälfte des zweiten Kolbens 25 ausgebildet ist. Der zweite Kolben 25 weist auf der in 1 bis 4 dargestellten linken Seite einen weiteren Verbindungskanal 38 auf, der den Steuerdruck P2 auf die Oberseite des ersten Kolbens 24 und damit in den Raum 40 (3) leitet. Bei der in 2 dargestellten Zufuhr des Steuerdrucks P2 bewegt sich der erste Kolben 24 gegen seinen unteren Anschlag, nämlich die radiale Wandung 27 des zweiten Kolbens 25. Dabei kann der gleichwertige Steuerdruck P1, der gegen die Unterfläche des Kolbens 24 wirkt, aufrechterhalten bleiben, da aufgrund der Kolbenstange von unten eine geringere wirksame Fläche entsteht und die resultierende Hydraulikkraft den Kolben nach unten bewegt.For switching the actuator 12 in the second switching position ( 3 and 6 ) is connected to the second pressure port 19 a control pressure P2 applied, which may have the same amount as the control pressure P1. The control pressure P2 is from the pressure connection 19 over the hydraulic channel 35 in the cylinder tube 15 and a connection channel 36 in another annular gap 37 convicted by a reduction in the outer diameter in the upper half of the second piston 25 is trained. The second piston 25 points to the in 1 to 4 shown left side another connection channel 38 on, the control pressure P2 on top of the first piston 24 and with it in the room 40 ( 3 ). At the in 2 shown supply of the control pressure P2, the first piston moves 24 against its lower stop, namely the radial wall 27 of the second piston 25 , In this case, the equivalent control pressure P1, which is against the lower surface of the piston 24 acts, be maintained, because due to the piston rod from below a smaller effective area is created and the resulting hydraulic force moves the piston down.

Durch den dritten Druckanschluß 20 in der oberen Abschlußwandung 16 des Stellantriebs 12 wird ein Steuerdruck P3 auf die obere Wandung 26 des zweiten Kolbens 25, d.h. in den Raum 41 oberhalb des zweiten Kolbens 25 geleitet. Dieser Steuerdruck P3 bewirkt – wie in 4 erkennbar – eine Bewegung des zweiten Kolbens 25 gegen den unteren Anschlag, der durch die Abschlußwandung 17 des Zylinderrohrs 15 gebildet wird. Dabei ist gleichzeitig der Steuerdruck P2 aufrecht zu erhalten, damit der erste Kolben 24 in Anlage gegen den unteren Anschlag für seine Bewegung verbleibt.Through the third pressure connection 20 in the upper end wall 16 of the actuator 12 is a control pressure P3 on the upper wall 26 of the second piston 25 ie in the room 41 above the second piston 25 directed. This control pressure P3 causes - as in 4 recognizable - a movement of the second piston 25 against the lower stop, passing through the end wall 17 of the cylinder tube 15 is formed. At the same time, the control pressure P2 must be maintained, so that the first piston 24 in abutment against the lower stop for its movement remains.

Die 5 bis 7 zeigen die drei Schaltstellungen, die durch den Stellantrieb 12 eingenommen werden können. In der ersten Schaltstellung, welche der Grundstellung des Stellantriebs 12 (2) entspricht, ist die Schaltwelle 5 über die Kolbenstange 22 vollständig zurückgezogen, und das Zahnrad 6 am Ende der Schaltwelle 5 ist drehfest mit einer Innenverzahnung des Planetenradträgers 8 verbunden.The 5 to 7 show the three switch positions by the actuator 12 can be taken. In the first switching position, which is the basic position of the actuator 12 ( 2 ) corresponds, is the shift shaft 5 over the piston rod 22 completely withdrawn, and the gear 6 at the end of the shift shaft 5 is rotatably with an internal toothing of the planet carrier 8th connected.

In der 6 ist die zweite Schaltstellung des Stellantriebs 12 dargestellt, welche der 3 entspricht. Über die Kolbenstange 22 wird die Schaltwelle 5 nach unten verschoben, und das Zahnrad 6 wird über eine Innenverzahnung 10 drehfest mit dem Sonnenrad 9 des Planetengetriebes 7 verbunden.In the 6 is the second switching position of the actuator 12 shown which of the 3 equivalent. About the piston rod 22 becomes the shift shaft 5 moved down, and the gear 6 is via an internal toothing 10 rotatably with the sun gear 9 of the planetary gear 7 connected.

In der in 7 gezeigten dritten Schaltstellung des Stellantriebs 12 (entsprechend 4) ist die Kolbenstange 22 vollständig nach unten ausgefahren, und die Schaltwelle 5 bringt das Zahnrad 6 in Eingriff mit den Planetenrädern 11.In the in 7 shown third switching position of the actuator 12 (corresponding 4 ) is the piston rod 22 fully extended down, and the shift shaft 5 bring the gear 6 in engagement with the planetary gears 11 ,

Die 8 zeigt einen einfachen und betriebssicheren Schaltplan für eine Verschaltung des Stellantriebs 12 und des hydraulischen Axialkolbenmotors 1. Je nach gewünschter Drehrichtung des Hydraulikmotors 1 kann entweder der Druckanschluß 13 oder der Druckanschluß 14 mit Arbeitsdruck beaufschlagt werden. Über die gleiche Hydraulikpumpe wird ein Dreiwegeventil 39 an einem Anschluß mit dem Arbeitsdruck P und einem anderen Anschluß mit einem Rücklauf T für die Hydraulikflüssigkeit verbunden. Der Arbeitsdruck P ist permanent auf die Steuerdruckleitung P1 geschaltet, welche die Rückbewegung des Stellantriebes in die erste Schaltstellung (1, 2 und 5) bewirkt. Das Dreiwegeventil 39 ist in der mittleren, neutralen Schaltstellung, in der die beiden anderen Druckleitungen P2, P3 mit der Rückflußleitung T verbunden sind. Bei der zweiten, linken Schaltstellung des Dreiwegeventils 39 wird auch die Steuerdruckleitung P2 mit Arbeitsdruck gespeist, so daß nur noch die Steuerdruckleitung P3 drucklos ist. Dies führt zur Verstellung des Stellantriebs 12 in die in den 3 und 6 dargestellte Position. In der dritten Schaltstellung des Dreiwegeventils 39 (linker Abschnitt) wird die Steuerdruckleitung P3 und über ein Wechselventil 42 auch die Steuerdruckleitung P2 mit Druck beaufschlagt, so daß der Stellantrieb 12 die dritte Schaltstellung (4 und 7) einnimmt.The 8th shows a simple and reliable circuit diagram for an interconnection of the actuator 12 and the hydraulic axial piston motor 1 , Depending on the desired direction of rotation of the hydraulic motor 1 can either the pressure connection 13 or the pressure connection 14 be subjected to working pressure. About the same hydraulic pump is a three-way valve 39 connected at one port to the working pressure P and another port to a return line T for the hydraulic fluid. The working pressure P is permanently connected to the control pressure line P1, which controls the return movement of the actuator into the first switching position (FIG. 1 . 2 and 5 ) causes. The three-way valve 39 is in the middle, neutral switching position, in which the two other pressure lines P2, P3 are connected to the return line T. In the second, left switching position of the three-way valve 39 is also the control pressure line P2 fed with working pressure, so that only the control pressure line P3 is depressurized. This leads to the adjustment of the actuator 12 in the in the 3 and 6 shown position. In the third switching position of the three-way valve 39 (left section) is the control pressure line P3 and a shuttle valve 42 also the control pressure line P2 pressurized, so that the actuator 12 the third switching position ( 4 and 7 ) occupies.

Wie oben erwähnt, wird vorzugsweise durch eine Sperrung des elektromechanischen Antriebs des Dreiwegeventils 39 ein Umschalten des Stellantriebs 12 während des Betriebs des hydraulischen Axialkolbenmotors 1 unterbunden.As mentioned above, is preferably by blocking the electromechanical drive of the three-way valve 39 a switching of the actuator 12 during operation of the hydraulic axial piston motor 1 prevented.

Obwohl das Ausführungsbeispiel nur in bezug auf einen Stellantrieb mit drei Schaltstellungen beschrieben wurde, ist offensichtlich, daß auch weitere Schaltstellungen realisiert werden können. Ein Stellantrieb mit vier Schaltstellungen wurde eingangs erläutert. Zusätzliche Schaltstellungen können durch die Verwendung weiterer hülsenförmiger Kolben, deren innere Zylinderfläche eine Führung für den innenliegenden Kolben bildet und Anschläge für dessen Bewegung aufweist, realisiert werden.Even though the embodiment only described with respect to an actuator with three switching positions it is obvious that too Further switching positions can be realized. An actuator with Four switch positions were explained at the beginning. Additional switch positions can be achieved through the Use of further sleeve-shaped pistons, its inner cylindrical surface a guide for the forms internal piston and has stops for its movement, will be realized.

11: Axialkolbenmotoraxial piston motor
22: Antriebswelledrive shaft
33: Innenverzahnunginternal gearing
44: Außenverzahnungexternal teeth
55: Schaltwelleshift shaft
66: Zahnradgear
77: Planetengetriebeplanetary gear
88th: Planetenradträgerplanet
99: Sonnenradsun
1010: Innenverzahnunginternal gearing
1111: Planetenradplanet
1212: Stellantriebactuator
1313: Druckanschlußpressure connection
1414: Druckanschlußpressure connection
1515: Zylinderrohrcylinder tube
1616: radiale Abschlußwandradial end wall
1717: radiale Abschlußwandradial end wall
1818: Druckanschlußpressure connection
1919: Druckanschlußpressure connection
2020: Druckanschlußpressure connection
2121: Befestigungsschraubefixing screw
2222: Kolbenstangepiston rod
2323: Befestigungsschraubefixing screw
2424: erster Kolbenfirst piston
2525: zweiter Kolbensecond piston
2626: radiale Wandungradial wall
2727: radiale Wandungradial wall
2828: Hydraulikkanalhydraulic channel
2929: Verbindungskanalconnecting channel
3030: Raumroom
3131: Raumroom
3232: Verbindungskanalconnecting channel
3333: Ringspaltannular gap
3434: Verbindungskanalconnecting channel
3535: Hydraulikkanalhydraulic channel
3636: Verbindungskanalconnecting channel
3737: Ringspaltannular gap
3838: Verbindungskanalconnecting channel
3939: DreiwegeventilThree-way valve
4040: Raumroom
4141: Raumroom
4242: Wechselventilshuttle valve

Claims

Hydraulic actuator ( 12 ) for a drill drive, with a first actuating piston ( 24 ), which in a piston guide against two stops ( 26 . 27 ) is slidably guided, wherein the piston guide and the stops ( 26 . 27 ) within a second actuating piston ( 25 ) are arranged, which in turn in a second piston guide against two stops ( 16 . 17 ) is guided displaceably, characterized in that the actuator ( 12 ) at one end of the housing of a hydraulic motor ( 1 ) is flanged, at its opposite end a planetary gear is flanged, wherein the hydraulic motor ( 1 ) designed as a hollow shaft drive shaft ( 2 ), which of a switching shaft ( 5 ) is penetrated at the first end of a gear ( 6 ) of the planetary gear is arranged, wherein the second end of the switching shaft ( 5 ) with the first actuating piston ( 24 ) of the actuator ( 12 ) connected is.

Actuator ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the first actuating piston ( 24 ) via a piston rod ( 22 ) with the switching shaft ( 5 ) connected is.

Actuator ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the drive shaft ( 2 ) of the hydraulic motor ( 1 ) has an internal toothing, which with an external toothing of the switching shaft ( 5 ) cooperates.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at the front end of the switching shaft ( 5 ) a gear ( 6 ) is arranged, which is used for switching between different gear ratios with different gears of the planetary gear ( 7 ) combs.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second actuating piston ( 25 ) has the form of a sleeve whose outer surface is guided in the inner cylindrical surface of a hydraulic cylinder and whose inner surface is the guide for the first actuating piston ( 24 ).

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the two stops for the second actuating piston ( 25 ) from the radial end walls ( 16 . 17 ) of the hydraulic cylinder are formed.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the two stops for the first actuating piston ( 24 ) of two radial walls ( 26 . 27 ) of the second actuating piston ( 25 ) are formed.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that one with the first actuating piston ( 24 ) connected piston rod ( 22 ) by a ( 27 ) of the radial walls ( 26 . 27 ) of the second actuating piston ( 25 ) and a ( 17 ) of the radial end walls ( 16 . 17 ) of the hydraulic cylinder passes.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the passage of the piston rod ( 22 ) opposite radial wall ( 26 ) of the second actuating piston ( 25 ) is substantially closed.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it has three control pressure connections ( 18 . 19 . 20 ) having.

Actuator ( 12 ) according to claim 10, characterized in that the first control pressure connection ( 18 ) via hydraulic channels ( 28 . 29 ) with the room ( 30 ) connected by the radial wall ( 27 ) of the second actuating piston ( 25 ) and the radial end wall ( 17 ) of the hydraulic cylinder with the passages for the piston rod ( 22 ) is limited.

Actuator ( 12 ) according to claim 10 or 11, characterized in that the second control pressure connection ( 19 ) via hydraulic channels ( 35 . 36 . 37 . 38 ) with the room ( 40 ) connected by the radial wall ( 26 ) of the second actuating piston ( 25 ) without passage for the piston rod ( 22 ) and by the first control piston ( 24 ) is limited.

Actuator ( 12 ) according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the third control pressure connection ( 20 ) via hydraulic channels with the room ( 41 ) connected by the radial wall ( 26 ) of the second actuating piston ( 25 ) and the radial end wall ( 16 ) of the cylinder in each case without passage for the piston rod ( 22 ) is limited.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it has a permanent passage ( 32 . 33 . 34 ) for hydraulic fluid, which from one side of the radial wall ( 27 ) of the second actuating piston ( 25 ) with the passage for the piston rod ( 22 ) to the other side of this wall ( 27 ) leads.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that its control pressure connections ( 18 . 19 . 20 ) from the pressure line of the hydraulic motor ( 1 ) are supplied with hydraulic fluid.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a sensor for detecting the operation of the hydraulic motor ( 1 ) is provided, which during engine operation, an adjustment of the actuator ( 12 ) locks.

Actuator ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston guide and the stops ( 16 . 17 ) for the second actuating piston ( 25 ) are arranged within a third actuating piston, which in turn is displaceably guided in a third piston guide against two stops, which in turn are optionally arranged within a piston displaceably guided against stops.