-
Die
Erfindung betrifft eine druckmittelbetriebene Hubvorrichtung, insbesondere
zum Einsatz in hydraulisch betriebenen Hebezeugen, bei denen eine
mechanische Sperrung der Bewegung einer Kolbenstange erforderlich
ist.
-
Aus
dem Stand der Technik sind mechanische Sperrsysteme bekannt, die
mittels formschlüssiger Kopplung einer Kolbenstange mit
einem selbsthemmenden Gewindespindeltrieb wirken.
-
Derartige
Spindelhubelemente, die über eine zwischengeschaltete Getriebeeinheit
und ein geeignetes Antriebsaggregat die selbsthemmende Gewindespindel
in Rotation versetzen, wodurch eine geführte Laufmutter
oder die gehobene Gewindespindel die axiale Bewegung der Last bewirken,
sperren beim Abschalten oder Ausfall der Antriebsenergie.
-
Auf
einem kinematisch ähnlichen Wirkprinzip basieren sogenannte
Rollengewindetriebe, die als Planetenrolltrieb oder Rollgewindetrieb
ausgeführt sind.
-
Die
Unterschiede bestehen in der Ausführung der Rollen und
deren Lagerung in der Laufmutter.
-
Bei
Planetenrolltrieben weisen die als Sperrelemente wirkenden Rollen
Gewinde und beim Rollgewindetrieb Umfangsrillen auf.
-
Sperrvorrichtungen,
die auf dem Grundprinzip der selbsthemmenden Gewindespindel basieren, erfordern
die Installation einer hohen Leistung zur Erzeugung des erforderlichen
Arbeitsdrucks des Fluids, da der Wirkungsgrad der Hubvorrich tungen
infolge der extremen Flankenreibung in der Sperrvorrichtung gering
ist.
-
Aus
der Druckschrift
DE
20 2006 019 452 U1 ist eine druckmittelbetriebene Hubvorrichtung
mit selbsthemmender Gewindespindel bekannt, die einen wesentlich
höheren Wirkungsgrad besitzt.
-
Ein
linearer Druckstromverbraucher ist danach mit einem rotierenden
Druckstromverbraucher mit einer Abtriebswelle gekoppelt, wobei die
Abtriebswelle mit der Gewindespindel des linearen form- und kraftschlüssig
verbunden ist.
-
Mittels
eines Stromstellventils und einer geeigneten Kanalführungen
zu den beiden Druckstromverbrauchern wird eine Synchronität
zwischen der Geschwindigkeit der axialen Bewegung der Kolbenstange
des linearen Druckstromverbrauchers mit der Drehzahl der vom rotierenden
Druckstromverbraucher angetriebenen selbsthemmenden Gewindespindel
erzielt, wodurch diese nur mit geringster Reibung nachgeführt
werden muss.
-
Ist
die Kolbenstange dieser Hubvorrichtung bis zur Endlage ausgefahren,
kann es zu Problemen beim Einfahren der Kolbenstange kommen, da
durch das unbegrenzte Drehmoment des rotierenden Druckstromverbrauchers
zusätzliche axiale Kräfte am Endanschlag vorliegen.
-
Die
freie Rückdrehung der selbsthemmenden Gewindespindel wird
hierdurch gehemmt.
-
Für
die Rückdrehung ist dann ein erhöhter Druck des
Fluids erforderlich, wodurch sich der Wirkungsgrad verringert.
-
Zudem
ergeben sich beim Ablauf des Fluids aus dem jeweiligen Kolbenraum
auf den Kolben wirkende axiale Gegenkräfte, da die Menge
des abzuführenden Fluids über den Kanal mit dem
darin angeordneten Stromstellventil begrenzt wird.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine druckmittelbetriebene Hubvorrichtung
mit selbsthemmender Gewindespindel zu entwickeln, die eine freie
Drehung der Gewindespindel zur störungsfreien Rückführung
der bis zum Endanschlag ausgefahrenen Kolbenstange ermöglicht,
geringe axiale Gegenkräfte auf den Kolben bei dessen Bewegungen
aufweist und gleichzeitig einen höheren Wirkungsgrad erzielt.
-
Die
Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten
Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
-
Eine
druckmittelbetriebene Hubvorrichtung mit selbsthemmender Gewindespindel
besteht in bekannter Weise im Wesentlichen aus einem linearen Druckstromverbraucher
in Form eines Arbeitszylinders, dessen partiell hohle Kolbenstange
formschlüssig mit einem Gewindespindeltrieb mit Selbsthemmung
als Sperreinrichtung zusammenwirkt und mit einem rotierenden Druckstromverbraucher
mit einer Abtriebswelle gekoppelt ist.
-
Die
Kolbenstange des linearen Druckstromverbrauchers ist über
die selbsthemmende Gewindespindel, die mit der Abtriebswelle des
rotierenden Druckstromverbrauchers verbunden ist, mit dem rotierenden
Druckstromverbraucher gekoppelt.
-
Bei
gleichzeitiger Zuführung von Druckenergie an beide Druckstromverbraucher
erfolgt die axiale Bewegung einer Last an der Kolbenstange in der Hauptachse
der Hubvorrichtung.
-
Die
Kopplung der Abtriebswelle des rotierenden Druckstromverbrauchers
mit der selbsthemmenden Gewindespindel des linearen Druckstromverbrauchers
erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise mittels eines
Formgehemmes.
-
Die
selbsthemmende Gewindespindel ist an der dem rotierenden Druckstromverbraucher
zugewandten Seite mit einer verzahnungsartigen Profilierung als
Rastelement versehen, die mit Federn vorgespannten Hemmteilen zusammenwirken.
-
Die
Hemmteile sind mit den Federn und Mitteln zum Einstellen der Vorspannung
in einem, mit der Abtriebswelle des rotierenden Druckstromverbrauchers
kraft- und formschlüssig verbundenen, Grundkörper
angeordnet.
-
Das
Formgehemme gewährleistet, dass das auf die selbsthemmende
Gewindespindel wirkende Drehmoment des rotierenden Druckstromverbrauchers
auf die Größe begrenzt wird, die für
die Drehung der selbsthemmende Gewindespindel zum Nachführen
beim Ausfahren der Kolbenstange erforderlich ist.
-
Die
sonst in der Endlage der Kolbenstange auftretenden axialen Kräfte
bei unbegrenztem Drehmoment des rotierenden Druckstromverbrauchers auf
die Gewindeflanken werden dadurch vermieden.
-
Zur
Minimierung von auf den Kolben wirkenden axialen Gegenkräften
auf Grund von Staudrücken, die insbesondere beim Einfahren
der Kolbenstange im Kolbenraum auftreten, weist der Kolben parallel
zur Achse angeordnete Ausgleichsbohrungenauf, die oberhalb eines
Innengewindes des Kolbens angeordnet und mit dem Gewindestangenfreiraum
in Verbindung stehen.
-
Des
Weiteren erfolgt, im Gegensatz zur Zuführung des Fluids
beim Ausfahren über einen Kanal mit einem Stromstellventil,
zur Herstellung der Synchronität zwischen der Geschwindigkeit
der axialen Bewegung der Kolbenstange des linearen Druckstromverbrauchers
mit der Drehzahl des rotierenden Druckstromverbrauchers zum Nachführen
der selbsthemmenden Gewindespindel, die freie Abführung des
Fluids aus dem Kolbenraum über einen Parallelkanal mit
einem Rückschlagventil zum ersten Anschluss der Hubvorrichtung.
-
Der
Parallelkanal steht mit einem Mittelkanal und über Zulaufbohrungen,
die jeweils vor dem Stromstell- und Rückschlagventil angeordnet
sind und gleichzeitig der Zu- und Abführung des Fluids des
rotierenden Druckstromstromverbrauchers dienen, mit einem Anschluss
der Hubvorrichtung in Verbindung.
-
Der
Kolbenraum ist über Radialbohrungen in der selbsthemmenden
Spindel mit dem Mittelkanal in dieser verbunden.
-
Der
optimale Abgleich bei der Teilung des druckführenden Fluidstroms
zum rotierenden Druckstromverbraucher und dem linearen Druckstromverbraucher
zur Herstellung der Synchronität deren Bewegungen liegt
vor, wenn folgende mathematische Beziehung erfüllt wird:
-
Es
bedeuten hierin:
- QAZ
- = Fluidstrommenge
zum linearen Druckstromverbraucher
- QR
- = Fluidstrommenge
zum rotierenden Druckstromverbraucher
- AAZ
- = Kolbenfläche
des linearen Druckstromverbrauchers
- VR
- = Schluckvolumen des
rotierenden Druckstromverbrauchers
- ηv
- = volumetrischer Wirkungsgrad
- p
- = Steigung der Gewindespindel
- VHub
- = Hubgeschwindigkeit
-
Die
Synchronität der Geschwindigkeit der axialen Bewegung der
Kolbenstange des linearen Druckstromverbrauchers mit der Drehzahl
des rotierenden Druckstromverbrauchers wird auch beim Einfahren
der Kolbenstange mittels eines von Außen einstellbaren
Stromstellventils im druckführenden Kanal zum Kolbenstangenraum
erzielt.
-
Der
Rücklaufkanal vom Kolbenstangenraum ist mit einem Rückschlagventil
gesperrt.
-
Diese
beiden Kanäle sind mit einem zweiten Anschluss verbunden.
-
Neben
diesen beiden Kanälen für die Versorgung des linearen
Druckstromverbrauchers sind zwei weitere, mit dem rotierenden Druckstromverbraucher verbundene
Kanäle zum Zu- bzw. Abstrom des Fluids vorhanden, die ebenfalls
mit dem zweiten Anschluss verbunden sind.
-
Die
beiden Anschlüsse der Hubvorrichtung dienen wie üblich
in Abhängigkeit von der gewünschten Bewegungsrichtung
der Kolbenstange jeweils zur Zu- bzw. Abführung des Fluids.
-
In
der Hubvorrichtung auftretende axiale Kräfte werden wie üblich, über
die selbsthemmende Gewindespindel mit Wellensicherungsringen direkt auf
die im linearen Druckstromverbraucher angeordneten Lager übertragen.
-
Zur
Vermeidung von Kräften, die auftreten, wenn das unter Druck
stehende Fluid in den Freiraum des Formgehemmes eindringen könnte,
wird der über den Mittelkanal ansonsten freie Zustrom durch
eine abgedichtete Hülse gesperrt.
-
Der
Freiraum des Formgehemmes und des Lagers der Gewindespindel sind
gegen das Eindringen von Fluid zusätzlich mittels Dichtungen
geschützt.
-
Die
Kolbenstange ist dichtungssicher mittels einer lösbaren
Verbindung kraft- und formschlüssig mit dem Kolben und
dieser über dessen Innengewinde formschlüssig
mit der selbsthemmenden Gewindespindel verbunden.
-
Auf
Grund der Kopplung der selbsthemmenden Gewindespindel mittels des
Formgehemmes mit einer Abtriebswelle am Rotor des rotierenden Druckstromverbrauchers,
ist dessen Rotor vorteilhaft schwimmend gelagert, wodurch sich ein
weiterer positiver Effekte zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads
der Hubvorrichtung ergibt.
-
Die
Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
-
1 als
Halbschnittdarstellung der Hubvorrichtung und
-
2 als
Schnittdarstellung im Bereich der Lagerung der selbsthemmenden Gewindespindel und
des rotierenden Druckstromverbrauchers mit den zur Rückführung
des Fluids erforderlichen Kanälen näher erläutert.
-
Eine
druckmittelbetriebene Hubvorrichtung besteht nach 1 in
bekannter Weise aus einem linearen Druckstromverbraucher 1 und
einem mit diesem gekoppelten rotierenden Druckstromverbraucher 2.
-
Der
lineare Druckstromverbraucher 1 weist eine übliche,
partiell hohle Kolbenstange 3 auf, in der eine selbsthemmende
Gewindespindel 4 angeordnet ist, die mit einem Innengewinde 5 in
einem Kolben 6 zusammenwirkt.
-
Die
selbsthemmende Gewindespindel 4 ist mittels eines Formgehemmes 7,
das an einer Abtriebwelle 8 des rotierenden Druckstromverbrauchers 2 angeflanscht
ist, gekoppelt.
-
Die
Zu- und Abführung des Fluids zum Betreiben der Hubvorrichtung
erfolgt wie üblich über einen ersten Anschluss 9 und
einen in 2 dargestellten zweiten Anschluss 10.
-
Zum
Ausfahren der Kolbenstange 3 wird über den ersten
Anschluss 9 ein unter Druck stehendes Fluid zugeführt,
dieses strömt über Kanäle 11 (11.1; 11.2; 11.3; 11.4),
einen Mittelkanal 12 und radiale Bohrungen 13 in
Gewindespindel 4 in einen Kolbenraum 14.
-
Zeitgleich
wird der rotierende Druckstromverbraucher 2 über
die Kanäle 11 mit dem Druck des Fluids beaufschlagt
und in Rotation versetzt. Das mittels vorgespannter Federn 15 eingestellte
Drehmoment wird über die Abtriebswelle 8 mit dem
angeflanschten Formgehemme 7 auf die Gewindespindel 4 übertragen.
-
Das
zugeführte, unter Druck stehende Fluid bewirkt über
den Kolben 6 die axiale Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 mit
gleichzeitiger rotatorischer Nachführung der Wirkverbindung
zwischen dem Innengewinde 5 und der Gewindespindel 4 durch
den rotierenden Druckstromverbraucher 2.
-
Die
erforderliche Synchronität zwischen der Ausfahrgeschwindigkeit
der Kolbenstange 3 und der Drehzahl der Gewindespindel 4 wird
mittels eines Stromstellventils 16 erzielt, dessen Einstellung
die Menge des zum linearen Druckstromverbraucher 1 strömenden
Fluids bestimmt. Der über den Mittelkanal 12 zum
Kolbenraum 14 strömende Fluidstrom wird im Bereich
des Formgehemmes 7 durch eine Hülse 18 geführt,
um den Zustrom des Fluids in einen Freiraum 17 des Formgehemmes 7 zu
verhindern.
-
Beim
Ausfahren der Kolbenstange 3 wird gleichzeitig das sich
in einem Kolbenstagenraum 18 befindliche und das vom rotierenden
Druckstromverbraucher 2 abfließende Fluid zum
zweiten Anschluss 10 zurückgeführt und
strömt dort ab.
-
Die
Rückführung des Fluids aus dem Kolbenstagenraum 18 erfolgt über
eine Verbindungsbohrung 19 und einen Zwischenraum 20,
der zwischen einem Außenrohr 21 und einem Innenrohr 22 des
linearen Druckstromverbraucher 1 ausgebildet ist, weiter über
einen in 2 dargestellten Umlaufkanal 23,
ein Stromstellventilrohr 24 sowie ein Rückschlagventilrohr 25 mit
darin angeordnetem Rückschlagventil 26, über
das überwiegend das Fluid zum zweiten Anschluss 10 abgeführt
wird.
-
Die
auch über das Stromstellventilrohr 24 abfließende
Menge des Fluids ist gering, da dieser mit einem, in diesem angeordneten,
weiteren Stromstellventil 27 ein erheblicher Strömungswiederstand
entgegengesetzt wird.
-
Das
weitere Stromstellventil 27 dient zur Einstellung der Menge
des Zuflusses des unter Druck stehenden Fluids zum Kolbenstangenraum 18 beim Einfahren
der Kolbenstange 3.
-
Die
Rückführung des Fluids vom rotierenden Druckstromverbraucher 2 zum
zweiten Anschluss 10 erfolgt über Bohrungen 28.
-
Die
im Kolbenraum 14 und einem Gewindespindelfreiraum 29, üblicherweise
vorhandenen unterschiedlichen Drücke und durch Strömungsquerschnitte
verursachten Staudrücke des Fluids werden mittels Ausgleichsbohrungen 30,
die am Umfang des Innengewindes 5 im Kolben 6 gleichmäßig
verteilt angeordnet sind, verhindert.
-
Das
beim Einfahren der Kolbenstange 3 aus dem Gewindespindelfreiraum 29 und
dem Kolbenraum 14 verdrängte Fluid wird über
den Mittelkanal 12 und die radialen Bohrungen 13 zu
einem Parallelkanal 31 geführt und strömt
durch ein weiteres Rückschlagventil 32 und eine
Distanzhülse 33 sowie Kanal 11.1 zum
ersten Anschluss 9.
-
Zeitgleich
erfolgt die Rückführung des Fluids des rotierenden
Druckstromverbrauchers 2.
-
Die
beim Ein- und Ausfahren der Kolbenstange 3 auftretenden
axialen Kräfte werden über den Kolben 6 auf
das Innengewinde 5 und über die Gewindespindel 4 auf
ein im Gehäuse des linearen Druckstromverbrauchers 1 angeordnetes
Kegelrollenlager 34 übertragen, wobei Dichtungen 35 das Einströmen
des Fluids in das Lagergehäuse verhindern.
-
Zur
Vermeidung von Kräften, die auftreten würden,
wenn das unter Druck stehende Fluid in den Freiraum 17 des
Formgehemmes 7 eindringen könnte, wird der über
den Mittelkanal 12 ansonsten freie Zustrom zum Formgehemme 7 durch
eine abgedichtete Hülse 36 gesperrt.
-
- 1
- linearer
Druckstromverbraucher
- 2
- rotierender
Druckstromverbraucher
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Gewindespindel
- 5
- Innengewinde
- 6
- Kolben
- 7
- Formgehemme
- 8
- Abtriebswelle
- 9
- erster
Anschluss
- 10
- zweiter
Anschluss
- 11
- Kanäle
(11.1; 11.2; 11.3; 11.4)
- 12
- Mittelkanal
- 13
- radiale
Bohrungen
- 14
- Kolbenraum
- 15
- Federn
- 16
- Stromstellventil
- 17
- Freiraum
- 18
- Kolbenstangenraum
- 19
- Verbindungsbohrung
- 20
- Zwischenraum
- 21
- Außenrohr
- 22
- Innenrohr
- 23
- Umlaufkanal
- 24
- Stromstellventilrohr
- 25
- Rückschlagventilrohr
- 26
- Rückschlagventil
- 27
- weiteres
Stromstellventil
- 28
- Bohrungen
- 29
- Gewindespindelfreiraum
- 30
- Ausgleichsbohrungen
- 31
- Parallelkanal
- 32
- weiteres
Rückschlagventil
- 33
- Distanzhülse
- 34
- Kegelrollenlager
- 35
- Dichtungen
- 36
- Hülse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 202006019452
U1 [0008]
