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Die
Erfindung betrifft eine Druckausgleichsvorrichtung für geschlossene
Hydraulikkreise, insbesondere für
mit Schnellkupplungen versehene Arbeitsgeräte von Baumaschinen.
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Bei
hydraulisch betriebenen Baumaschinen wie z.B. Baggern lassen sich
die Arbeitsgeräte
wie z.B. Schaufel oder Greifer mittels Schnellkupplungen an die
Druckversorgung anschließen
oder von dieser trennen. Dadurch lassen sich die verschiedenen Arbeitsgeräte schnell
und einfach wechseln, ohne dass Hydrauliköl an den Trennstellen austritt
oder die Hydraulikkreise nach dem Wechseln des Arbeitsgeräts entlüftet werden
müssen.
Die Schnellkupplungen sind so ausgebildet, dass sie beim Trennen
den Hydraulikkreis des Arbeitsgeräts automatisch an den Trennstellen
druckdicht abschließen.
Soll nun dasselbe hydraulische Arbeitsgerät oder an seiner Stelle ein
anderes Arbeitsgerät
wieder mit der Druckversorgung verbunden werden, muss beim Einkuppeln
der Verschlussmechanismus der Schnellkupplungen betätigt werden.
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Solange
bei abgekuppeltem Arbeitsgerät
der Druck in dem geschlossenen Hydraulikkreis konstant bleibt, stellt
das Wiederankuppeln an die Druckversorgung kein Problem dar. Hat
sich aber der Druck in dem Hydraulikkreis erhöht, beispielsweise durch Erwärmung infolge
Sonneneinstrahlung, so lassen sich die Verschlussmechanismen der
Schnellkupplungen nur noch schwer oder gar nicht überwinden,
was das Einkuppeln erschwert oder gar unmöglich macht. In der Praxis
führt das
dann dazu, dass der Hydraulikkreis des Arbeitsgeräts gewaltsam
geöffnet
wird, beispielsweise durch Schläge
mit dem Hammer auf die Schnellkupplungen. Dadurch kommt es zur unkontrollierten
Freisetzung von Hydraulikflüssigkeit. Überdies
besteht die Gefahr von Beschädigungen.
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Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Druckausgleichsvorrichtung zur
Verfügung
zu stellen, die in den geschlossenen Hydraulikkreis integriert werden
kann, einfach zu bedienen ist und eine kompakte preisgünstige Konstruktion
aufweist.
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Insbesondere
soll diese Druckausgleichsvorrichtung es ermöglichen, ein mit Schnellkupplungen versehenes
hydraulisches Arbeitsgerät
bequem, sicher und ohne Austritt von Hydraulikflüssigkeit wieder an die Druckversorgung
anzuschließen,
auch dann, wenn sich das Hydrauliköl in dem abgekuppelten Arbeitsgerät ausgedehnt
hat.
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Das
Problem wird gelöst
durch eine Druckausgleichsvorrichtung mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs.
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Die
erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtung
besteht im Wesentlichen aus einem Ausgleichszylinder mit Kolben,
Kolbenstange und Druckraum sowie einem vor dem Ausgleichszylinder
angeordneten Absperrventil. Es ist ferner eine Einrichtung zum Zurückschieben
des Kolbens bei geöffnetem Absperrventil
vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtung
lässt sich
in den geschlossenen Hydraulikkreis integrieren, indem der Einlass
des Absperrventils mit einer Druckleitung des Hydraulikkreises verbunden
wird. Bei geöffnetem
Absperrventil kann dann Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikkreis
in den Druckraum des Ausgleichszylinders entweichen und auch wieder
in den Hydraulikkreis zurück
befördert
werden. Bei geschlossenem Absperrventil ist die Verbindung zum Ausgleichszylinder
druckfest abgesperrt.
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Dehnt
sich die Hydraulikflüssigkeit
in dem geschlossenen Hydraulikkreis aus, beispielsweise infolge
von Erwärmung,
kann Hydraulikflüssigkeit durch
das geöffnete
Absperrventil in den Druckraum des Ausgleichszylinders fließen. Der
Kolben wird nach oben gedrückt.
Wegen des damit zur Verfügung stehenden
zusätzlichen
Volumens kann sich die Hydraulikflüssigkeit ausdehnen, ohne dass
sich der Druck im Hydraulikkreis erhöht.
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Die
erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtung
kann insbesondere bei mit Schnellkupplungen versehenen Arbeitsgeräten von
Baumaschinen eingesetzt werden, um ein problemloses Wiederankuppeln
des Arbeitsgeräts
an die Druckmittelversorgung zu gewährleisten. Sollte sich nämlich die
Hydraulikflüssigkeit
innerhalb des abgekuppelten Arbeitsgeräts infolge äußerer Erwärmung ausdehnen und zu einer
Erhöhung
des Drucks in dem geschlossenen Hydraulikkreis führen, so kann die angebaute Vorrichtung
eine wirksame Druckentlastung bewirken, indem Hydraulikflüssigkeit
durch das geöffnete Absperrventil
erst in den Ausgleichszylinder einfließt und später, nachdem die Schnellkupplungen
wieder verbunden sind, das eingeflossene Hydraulikmittel wieder
in den Hydraulikkreis zurück
gedrückt
wird. Die Verbindung der Schnellkupplungen erfolgt bei geöffnetem
Absperrventil, wodurch gewährleistet
ist, dass auf die Schnellkupplungen kein Druck aus dem Hydraulikkreis
ausgeübt
wird und diese somit ohne Kraftaufwand verbunden werden können. Durch Schließen des
Absperrventils wird die Druckausgleichsvorrichtung von dem Hydraulikkreis
des Arbeitsgeräts
getrennt, so dass im normalen Arbeitsbetrieb die Druckausgleichsvorrichtung
außer
Funktion ist.
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Die
erfindungsgemäße Druckausgleichsvorrichtung
funktioniert im praktischen Betrieb äußerst zuverlässig, da
sie rein mechanisch erfolgt und die Bedienung lediglich zwei einfache
Handgriffe erfordert, nämlich Öffnen bzw.
Schließen
des Absperrventils und gegebenenfalls Zurückschieben des Kolbens nach
dem Wiederverbinden der Schnellkupplungen. Das erfolgt kontrolliert,
ohne dass Hydraulikflüssigkeit
austritt und verloren geht.
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Der
Ausgleichszylinder besteht vorteilhaft aus einem Zylinderrohr und
einem Zylinderboden, der den Druckraum nach unten abschließt. In zweckmäßiger Weiterbildung
ist das gegenüberliegende Ende
des Zylinderrohres durch einen Zylinderdeckel abgeschlossen, durch
den die Kolbenstange hindurch ragt. Durch Veränderung des Durchmessers und
der Länge
des Zylinderrohrs kann das Volumen des Ausgleichszylinders an die
Menge der in dem geschlossenen Hydraulikkreislauf enthaltenen Hydraulikflüssigkeit
so angepasst werden, dass auch größere Druck- und Volumenänderungen
ausgeglichen werden können.
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Zweckmäßig ist
am freien Ende der Kolbenstange ein Handgriff angebracht, mit dessen
Hilfe der Kolben leicht nach unten in Richtung des Zylinderbodens
vorgeschoben werden kann, um das in den Druckraum eingeflossene Öl wieder
zurück
in den angeschlossenen Hydraulikkreis zu drücken. Ein handbetätigter Kolben
hat den Vorteil der Einfachheit und Robustheit, was eine hohe Zuverlässigkeit
im Betrieb gewährleistet,
insbesondere unter den rauen Bedingungen einer Baustelle. Denkbar
wäre aber auch
ein mechanisches, hydraulisches, pneumatisches oder elektrisches
Betätigungsorgan
wie z.B. eine Rückholfeder,
die den ausgefahrenen Kolben automatisch nach vorne schiebt, um
die Hydraulikflüssigkeit
aus dem Zylinder wieder hinauszudrücken.
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Das
Absperrventil ist vorzugsweise ein Zwei-Wege-Kugelhahn, der aufgrund
seiner massiven Bauweise den Hydraulikkreis auch bei hohen Drücken von
dem Ausgleichszylinder trennen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass
ein Kugelventil sich auch unter Druck mit geringem Kraftaufwand
betätigen lässt.
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Besonders
bevorzugt wird eine Ausführung, bei
welcher der Kugelhahn in einen Verteilerblock integriert ist, wobei
der Verteilerblock einen Anschluss für den Anschluss des Hydraulikkreises
hat.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführung hat
der Verteilerblock eine Querbohrung mit zwei, einander gegenüberliegenden Öffnungen,
an welche die Druckmittelleitung angeschlossen wird, und eine zu
dieser Querbohrung senkrecht verlaufende Längsbohrung, die in die Gehäusebohrung
des integrierten Kugelhahns mündet.
Damit kann der Verteilerblock in die Druckmittelleitung eingesetzt
werden und die Hydraulikflüssigkeit
im Normalbetrieb ungehindert durch den Verteilerblock hindurchfließen. Alternativ
kann der Verteilerblock natürlich
auch über ein
T-Stück
mit der Druckmittelleitung des Hydraulikkreises verbunden werden.
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Zwischen
dem Verteilerblock und dem Zylinderboden kann ein kurzes Verbindungsstück vorgesehen
sein, in welchem eine Verbindungsbohrung so ausgebildet ist, dass
sie den Kugelhahn mit dem Druckraum des Ausgleichszylinders verbindet.
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Um
ein schlagartiges Ausfahren der Kolbenstange und dadurch mögliche Verletzungen
zu verhindern, ist es zweckmäßig, zwischen
dem Kugelhahn und dem Ausgleichszylinder eine Rückschlagdrossel einzubauen,
die nur einen geringen Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit
zum Druckraum durchlässt,
aber beim Eindrücken
des Kolbens einen größeren Volumenstrom
in umgekehrter Richtung, also vom Druckraum in den Hydraulikkreis,
zulässt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Abbildungen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1a eine
Druckausgleichsvorrichtung in einem Vertikalschnitt;
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1b die
Druckausgleichsvorrichtung in Draufsicht;
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2a die
Druckausgleichsvorrichtung mit einem hydraulischen Arbeitsgerät, in einem
Prinzipschaltbild;
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2b die
Anordnung von 2a mit abgekoppeltem Arbeitsgerät.
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Die
Druckausgleichsvorrichtung gemäß 1a und 1b besteht
im Kern aus einem Ausgleichszylinder 1, der gebildet wird
von einem Zylinderrohr 2, einem eingeschraubten Zylinderboden 3 und
einem ebenfalls eingeschraubten Zylinderdeckel 4. In dem
Zylinderrohr 2 ist ein Kolben 5 axial verschieblich.
Dessen Kolbenstange 6 ist durch eine Bohrung im Zylinderdeckel 4 hindurch
geführt
und ragt oben aus dem Ausgleichszylinder 1 heraus. Am Ende
der Kolbenstange 6 ist ein Handgriff 7 vorgesehen.
In einer umlaufenden Nut des Kolbens 5 sitzt eine Kolbendichtung,
die den Kolben 5 gegen die Innenwand des Zylinderrohres 2 abdichtet.
In 1a ist der Kolben 5 etwa zur Hälfte nach
oben (in der Zeichnung links) verschoben. Zwischen dem Zylinderboden 3,
dem Boden des Kolbens 5 und dem Zylinderrohr 2 ist
ein Druckraum 8 mit variablem Volumen ausgebildet.
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In
den Zylinderboden 3 ist außen ein kurzes massives Verbindungsstück 9 eingeschraubt,
das von einer Verbindungsbohrung 10 durchsetzt ist. Auf das
Verbindungsstück 9 ist
ein massiver Verteilerblock 11 aufgeschraubt. In den Verteilerblock 11 ist ein
Zwei-Wege-Kugelhahn 12 integriert, der die zwei Schaltstellungen "Auf" und "Zu" bietet und somit
die Funktion eines Absperrventils hat. Die Kugel 13 ist von
einer horizontalen Kugelbohrung 14 durchsetzt, die in der
Schaltstellung "Auf" mit einer Gehäusebohrung 15,
die im Verteilerblock 11 ausgebildet ist, fluchtet. Die
Gehäusebohrung 15 mündet in
die Verbindungsbohrung 10. Eine Schaltwelle 16 greift
von oben in die Kugel 13 ein. Auf das freie, als Vierkant ausgebildete
Ende der Schaltwelle 16 ist ein Betätigungshebel 17 aufgesteckt.
Durch Drehen des Betätigungshebels 17 um
90° lässt sich
der 2/2-Kugelhahn 12 öffnen
bzw. schließen.
Die Kugel 13 sitzt zwischen zwei Dichtringen 18, 19.
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Neben
dem Kugelhahn 12 ist in dem Verteilerblock 11 eine
Querbohrung 20 vorgesehen, deren zwei gegenüberliegende Öffnungen 21 und 22 (1b)
mit Innengewinden versehen sind, so dass daran eine Druckmittelleitung
so angeschlossen werden kann, dass in Stellung "Zu" des
Kugelhahns 12 die Hydraulikflüssigkeit durch die Querbohrung 20 ungehindert
hindurchfließt.
Senkrecht zu der Querbohrung 20 verläuft eine kurze Längsbohrung 23,
die in die Gehäusebohrung 15 mündet und
mit dieser und – in
Schaltstellung "Auf" – auch mit der Kugelbohrung 14 fluchtet.
Bei geöffnetem
Kugelhahn 12 kann also Hydraulikflüssigkeit aus der Querbohrung 20 durch
die Kugelbohrung 14 und die Verbindungsbohrung 10 in
den Druckraum 8 des Ausgleichszylinders 1 fließen.
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Die
Funktion der Druckausgleichsvorrichtung wird nun anhand der 2a und 2b erläutert. Die
Schaltbilder zeigen schematisch ein Arbeitsgerät 30 einer hydraulisch
angetriebenen Baumaschine und eine an den Hydraulikkreis des Arbeitsgeräts 30 angeschlossene
Ausgleichsvorrichtung 40 gemäß der Erfindung.
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Das
Arbeitsgerät 30 ist
beispielsweise ein Greifer oder eine Schaufel eines Baggers. Ein
doppelt wirkender Hydraulikzylinder 31 ist durch Druckmittelleitungen 32 und 33 über ein
Wechselventil 34 an eine Druckmittelversorgung, bestehend
aus Hydraulikpumpe 35 und Öltank 36, angeschlossen.
Die Druckmittelleitungen 32 und 33 lassen sich
durch Schnellkupplungen 37 bzw. 38 öffnen. In 2a pumpt
die Hydraulikpumpe 35 Hydrauliköl aus dem Öltank 36 durch die
linke Druckmittelleitung 32 in den Hydraulikzylinder 31,
während
der Rückfluss
in den Öltank 36 durch
die rechte Druckmittelleitung 33 erfolgt.
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Die
Druckausgleichsvorrichtung 40 ist an die rechte Druckmittelleitung 33 des
Arbeitsgeräts 30 angeschlossen.
Das Absperrventil 41 ist geschlossen, so dass während des
Betriebs des Arbeitsgeräts 30 keine
Hydraulikflüssigkeit
in den Ausgleichszylinder 42 gelangen kann.
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In 2b ist
die Hydraulikpumpe 35 abgeschaltet und sind die Schnellkupplungen 37 und 38 geöffnet. Der
Hydraulikkreis des Arbeitsgeräts 30 ist damit
unterbrochen, gleichzeitig ist ein bestimmtes Volumen von Hydraulikflüssigkeit
in dem Hydraulikzylinder 31 und den Druckmittelleitungen 32 und 33 eingeschlossen.
Erwärmt
sich nun das Arbeitsgerät 30,
so dehnt sich das eingeschlossene Hydrauliköl aus. Da das Öl durch
die dicht abschließenden Schnellkupplungen 37, 38 nicht
austreten kann, würde
sich der Druck erhöhen,
was dazu führen
würde, dass
die Schnellkupplungen 37 und 38 nur noch mit hohem
Kraftaufwand oder im ungünstigen
Falle gar nicht mehr verbunden werden könnten. Ist das Absperrventil 41 offen,
erfolgt eine Druckentlastung. Hydrauliköl kann aus der Druckmittelleitung 33 in
den Ausgleichszylinder 42 entweichen. Dabei wird der Kolben 43 nach
oben gedrückt.
Das infolge der Erwärmung überfließende Hydrauliköl wird in
dem Ausgleichszylinder 42 gespeichert.
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Soll
nun das Arbeitsgerät 30 wieder
an die Druckversorgung der Baumaschine angekoppelt werden, so lassen
sich die Schnellkupplungen 37 und 38 mühelos wieder
verbinden, da ja die Druckmittelleitungen 32 und 33 praktisch
drucklos sind. Sobald die Schnellkupplungen 37, 38 wieder
miteinander verbunden sind, kann das im Ausgleichszylinder 42 gespeicherte
Hydrauliköl
durch einfaches Zurückschieben
des Kolbens 43 von Hand zurück in die Druckmittelleitung 33 gedrückt werden.
Anschließend
wird das Absperrventil 41 geschlossen. Das Arbeitsgerät 30 ist
dann wieder betriebsbereit.
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- 1
- Ausgleichszylinder
- 2
- Zylinderrohr
- 3
- Zylinderboden
- 4
- Zylinderdeckel
- 5
- Kolben
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Handgriff
- 8
- Druckraum
- 9
- Verbindungsstück
- 10
- Verbindungsbohrung
- 11
- Verteilerblock
- 12
- Kugelhahn
- 13
- Kugel
- 14
- Kugelbohrung
- 15
- Gehäusebohrung
- 16
- Schaltwelle
- 17
- Betätigungshebel
- 18
- Dichtring
- 19
- Dichtring
- 20
- Querbohrung
- 21
- Anschlussöffnung
- 22
- Anschlussöffnung
- 23
- Längsbohrung
- 24
- Rückschlagsdrossel
- 30
- Arbeitsgerät
- 31
- Hydraulikzylinder
- 32
- Druckmittelleitung
- 33
- Druckmittelleitung
- 34
- Wechselventil
- 35
- Hydraulikpumpe
- 36
- Öltank
- 37
- Schnellkupplung
- 38
- Schnellkupplung
- 40
- Ausgleichsvorrichtung
- 41
- Absperrventil
- 42
- Ausgleichszylinder
- 43
- Kolben