DE2100055A1

DE2100055A1 - Hydraulische Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE2100055A1
Application number: DE19712100055
Authority: DE
Inventors: William Robert Ifield Richard Joseph Dural Ifield (Australien)
Original assignee: Ifield & Sons Pty Ltd R J
Current assignee: Ifield & Sons Pty Ltd R J
Priority date: 1970-01-06
Filing date: 1971-01-02
Publication date: 1971-07-15
Also published as: DE2100055C3; CA925406A; JPS5138876B1; SE378289B; US3703851A; FR2075948A1; DE2100055B2; GB1312369A; FR2075948B1

Description

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

R.J. Ii'IELi) & üONö HDY. LIMIIED, Dural/Australien, Garters iioad

Hydraulische ^intriebsvorriclitung

Die Erfindung betrifft Antriebsvorrichtungen zur Fortbewegung von großen Lasten über größere Entfernungen.

Antriebsvorrichtungen von der itrt, wie sie die Erfindung betreffen, werden z.B. zum Heben oder fördern schwerer Lasten benutzt, zum Spannen der Bewehrung in opannbetonteilen oder zur rotatorischen Bewegung von Maschinenteilen entgegen der Einwirkung stark hemmender -urexikräfte o. dgl.

Es sind schon eine Heihe einfacher Antriebsvorrichtungen der vorgenannten Art bekannt, um schwere Lasten über kurze Distanzen zu verlagern, so z.B. hydraulische iiebeböcke, während bekannte ü-ntriebsvorrichtunfoün zur Erzeugung translatorischer Bewegungen über eine größere strecke oder zur Erzeugung ununter-

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brociiener rotatorisclier Unterbrechungen kompliziert und daher sehr teuer sind.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der vorgenannten Art zu schaffen, die relativ einfach in der Konstruktion und daher preiswert in der Herstellung ist.

In Lösung eier gestellten Aufgabe ist eine Antriebsvorrichtung geschaffen worden, bei der zwei hydraulische iiubzylinder zusammenwirken und die Last in Inkrementalschritten bewegen, wobei am Ende jedes Inkrementalschrittes die Last jeweils vom anderen Hubzylinder übernommen wird, so daß auf diese Weise eine weitgehend ununterbrochene Bewegung geschaffen wird.

Die Erfindung besteht aus einer Antriebsvorrichtung, die eine Gehäusekonstruktion aufweist, in der zwei Hubzylinder und entsprechende Kanäle für den Zufluß von Druckflüssigkeit angeordnet sind und Auslässe für die Druckflüssigkeit, die von den Druckzylindern kommt, sowie zwei Kolben, die jeweils in einem der Zylinder angeordnet sind, weiterhin Umsceuer-Ventileinrichtungen, die den Zu- und Abfluß der Druckflüssigkeit zu und von den Zylindern in einer Weise kontrollieren, daß die Kolben in Wechselwirkung von Arbeits-

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■und Kückhub stellen, wobei der Ar be it snub des einen Kolbens im Wechselspiel mit dem des anderen steht, und so im wesentlichen keine Zeitunterbrechung zwischen den aufeinander folgenden Hüben entsteht und Antriebskraft-Übertragungseinrichtungen mit iuitriebsverbindungen der Kolben zur zu bewegenden Last während des ^rbeitshubes des jeweiligen Kolbens und entsprechenden Einrichtungen zum Lösen der Verbindung zwischen Kolben und Last während des Hückhubes.

Erfindungsgemäß besteht die Antriebskraft-Übertragungseinrichtung aus einem schraubenartigen Element, wie z.B. einer Mutter oder einer Schnecke, die an einem Element eingreifen, das die Last bewegt, wie z.B. an einer Gewindespindel oder einem Schneckenrad und Einrichtungen zum Drehen des schraubenartigen Elementes des mit ihm verbundenen Kolbens während des Rückhubes um eine translatorische Bewegung des schraubenartigen Elementes relativ zum lastbewegenden Element zu ermöglichen. Auf der anderen Seite wird während des Arbeitshubes des Kolbens das schraubenartige Element nicht in rotatorische Bewegung gesetzt, weil die ihm erteilte translatorische Bewegung durch den mit ihm verbundenen

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Kolben die benötigte Bewegung des lasttragenden Elementes verursacht, die somit auf die zu bewegende Last übertragen wird.

Der Erfindungsgegenstand ist verwendbar für eine rotatorische Biegung einer Last in jede dichtung in einer kontrollierbaren und selbsthemmenden Weise. Zum Beispiel lcann er in den Antrieb zum Schwenken großer Kräne eingebaut sein oder zum Drehen einer Trommelwinde o. dgl. benutzt werden. Außerdem ist er verwendbar um eine lineare Bewegung einer längen Welle oder eines Schaftes zu ermöglichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

■^ig. 1 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt

einer Antriebsvorrichtung für rotatorische Bewegung,
i'ig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im bchnitt

entlang der Linie 2-2 nach i'ig. 1, i'ig. 3 eine Vorderansicht im Schnitt einer Antriebseinrichtung für translatorische Bewegung und

Fig. 4 eine Seitenansicht entlang der Linie 4-4 nach JJ¹Xg. 3.

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den J-''ig«, 1 und 2 der Zeichnungen ist zu ersehen, daß die Antriebskraft-Übertragungseinrichtung ein lasttragendes Clement aufweist, was besagt, daß es ein ALement ist, welches die zu bewegende Last trägt oder mit ihr verbunden ist, das in ^orm eines Schneckenrades 5 ausgebildet und auf einer Welle 6 angeordnet ist, die in der Gehäusekonstruktion 7 der Antriebsvorrichtung gelagert ist. -Die Gehäusekonstruktion 7 mit dem Schneckenrad beinhaltet paarweise Hubzylinder 8,9» deren Jiinden geschlossen sind und deren Mittelachsen tangential zum Schneckenrad 5 und in derselben -^benedazu liegen, i'ür die ununterbrochene rotatorische Bewegung des ochneckenrades unter ständig entgegen wirkenden -urehkräften müssen mindestens zwei Paare von Hubzylindern vorhanden sein, jedoch kann jede größere Anzahl hubzylinderpaare verwendet werden, um die Antriebsdrehkraft bis zu einer durch die maximale Schnekjbenzahnlast begrenzten Belastung zu erhöhen, wobei die Anzahl nur durch den peripheren Kaum um das Schneckenrad begrenzt ist. Um die Beschreibung zu vereinfachen wird vorausgesetzt, daß nur zwei Paar Hubzylinder benötigt werden.

^in entsprechendes Paar Hubkolben 10, 11 ist in den Mübzylindern 8 und 9 beweglich angeordnet, -^ie Hubkolben v/eisen an jedem in den Iiubzylindern gleitenden -^nden ab-

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dichtende Kolbenköpfe auf. Der mittlere Abschnitt der Hubkolben ist schraubenförmig als Schnecke 12 ausgebildet, die in die Zähne des »Schneckenrades 5 eingreift. Die Schnecke hat vorzugsweise Einzelantrieb und ist selbsthemmend. Jedes Hubkolbenpaar hat eine gleitende Antriebsverbindung 13 mit einer dichtenden Passung 14 im Endabschnitt der Wandung des Hubzylinders 9» um eine Drehbewegung der Schnecke 12 für einen unbelasteten fiückhub zu ermöglichen.

Nur aus Gründen der Beschreibung wird, wo es aus Unterscheidungsgründen nötig ist, das Hubzylinderpaar 8 und 9 und die zugehörigen Kolben, Antriebswellen und anderen Elemente als das bzw. die "ersten" bezeichnet und das andere Hubzylinderpaar mit den zugehörigen Hubkolben usw., die im Gehäuseteil 15 untergebracht sind, als das bzw. die "zweiten" bezeichnet.

Die Gehäusekonstruktion 7 weist noch Kanäle für die Druckflüssigkeit und Auslässe für die -flüssigkeit aus den geschlossenen Enden der Zylinder auf.

Ein Ende des zweiten Hubzylinderpaares weist einen Kanal B und das benachbarte Ende des ersten Hubzylinderpaares einen Kanal C auf. Die gegenüberliegenden Enden der Hubzylinderpaare liegen einander benachbart und sind untereinander durch einen gemeinsamen Kanal A

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verbunden.

Für die eine Antriebsrichtung steht der Kanal B
ununterbrochen unter hohem, und Kanal C steht ununterbrochen unter geringem Druck· Diese Drücke werden für die entgegengesetzte Antriebsrichtung umgekehrt.

Im Kanal A ist eines der bekannten selbsttätig
arbeitenden Ventile (nicht gezeichnet) angeordnet,
das wechselnd den Druck im Kanal auf- und abbaut. Das selbsttätig arbeitende Ventil kann als Elektromagnetventil ausgebildet sein, das auf die ochaltsignale des doppelwirkenden Mikroschalters 16 anspricht, der beaufschlagt wird durch die Bewegung des otößels 17 am
•ünde jedes Hubes des Kolbens 10 oder durch jede andere Ausbildung eines brauchbaren Ventils, das an jedem .tin.de des Kolbenhubes geschaltet wird. Der Mikroschalter bzw. die an seiner Stelle verwendete schalteinrichtung wird nur an einem Hubkolbenpaar benötigt,
in diesem Fall am ersten Hubkolbenpaar. Weil das
selbsttätig arbeitende Ventil an jedem ünde des Hubea des ersten Hubkolbenpaares beaufschlagt wird, benötigt man etwas überschüssige Bewegung an diesem Hubkolbenpaar, um ein Schalten des Ventils vor dem Erreichen
des Hubkolbens 10 zu sichern.

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Es wird vorausgesetzt, daß eine rotatorische Bewegung im Uhrzeigersinn gewünscht wird, was erreicht wird, wenn Kanal B unter hohem und Kanal C unter geringem Druck steht.

Wenn die Druckflüssigkeit im Kanal A durch das selbsttätig arbeitende Ventil auf niedrigen Druck abgebaut ist, verschiebt der Druck in Kanal B den zweiten Hubkolben axial, so daß das Schneckenrad sich im Uhrzeigersinn dreht, wobei das Schneckengewinde während dieser Bewegung die -Funktion einer Zahnstange ausübt. Während dieser Bewegung ist am ersten Hubkolbenpaar kein unterschiedlicher Druck.

Ist der Kanal A durch das selbsttätig arbeitende Ventil druckbeaufschlagt, besteht kein Druckunterschied am zweiten Hubkolbenpaar und das erste Hubkolbenpaar wird axial verschoben, um das schneckenrad im Uhrzeigersinn zu drehen, wobei das Schneckengewinde während dieser Bewegung die Funktion einer Zahnstange hat.

Während der Periode, da ein Hubkolbenpaar axial verschoben wird, um dabei das schneckenrad zu drehen, kehrt das andere Hubkolbenpaar in seine Startposition zurück, um für den nächsten Arbeitshub bereit zu sein. Dieser ^ückhub wird dadurch erzielt, indem das Hubkolbenpaar mit seiner zugehörigen Schnecke gedreht wird,

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so daß das Hubkolbenpaar in seine ütartposition zurückgeschraubt wird. Da während des Rückhubes des Hubkolbenpaares dieses unbelastet ist, bedarf es nur eines relativ geringen Kraftaufwandes für den Rückhub· Die erforderliche Drehbewegung kann durch kleine -^lektro- und Hydr aul ikmo tore erfolgen, wie z.-ö. durch den Hydraulikmotor 18, jedoch muß das Hubkolbenpaar vollständig in seine Startposition zurückgekehrt sein, bevor das andere Hubkolbenpaar die Endlage des Arbeitshubes erreicht hat, damit eine ununterbrochene Bewegung gewährleistet ist. Die Drehrichtung des Motors oder der Motore, die den Hubkolben während des Rückhubes drehen, muß für das entgegen dem Uhrzeigersinn drehende ^Schneckenrad umkehrbar sein. Weil die οehalteinrichtung für das selbsttätig arbeitende Ventil nur mit dem ersten Hubkolbenpaar verbunden ist, spricht dieses Paar stets über den gesamten

rad Hubweg an. Bei einer vorgegebenen Üchneckoivgesehwindigkeit ist der Arbeitshub des zweiten Hubkolbenpaares abhängig von der Geschwindigkeit des Rückhubes des ersten Hubkolbenpaares, welches das selbsttätig arbeitende Ventil schalten muß, bevor das zweite Hubkolbenpaar das -cinde des Arbeitshubes erreicht.

-u.uabelle der Verwendung eines separaten Motors, um jedes Hubkolbenpaar während des Rückhubes zurückdre-

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hen zu können, kann ein einziger Motor (nicht gezeichnet) zum Antrieb beider Hubkolbenpaare über ein Differentialgetriebe (nicht gezeichnet), verwendet werden.

Da der ,Schneckenantrieb selbsthemmend ist, wird das Schneckenrad gegen unbeabsichtigtes Verdrehen geschützt, wenn der Druckmittelstrom abgeschaltet wird.

Wenn es erwünscht ist, das schneckenrad ohne Hubverlust bzw. Leergang zu halten, kann einer der beiden Hubkolbenmotor umgeschaltet werden, ohne den anderen Motor zu beeinflussen oder aber das selbsttätig arbeitende Ventil kann abgeschaltet werden. In jedem tfall verfahren die beiden Hubkolbenpaare in ihre naheliegenden otopstellungen, wodurch eine Drehbewegung des Schneckenrades in jeglicher -dichtung verhindert wird.

Eine zweite Ausbildung des Erfindungsgegenstandes einer ■antriebsvorrichtung für lineare -Bewegung ist in den Fig. und 4 dargestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die zwei Hubkolbenpaare als Muttern 19 und 20 ausgebildet, die auf einer Gewindespindel 21 angeordnet sind, wobei die Gewindespindel 21 das schraubenartige Teil darstellt, mit dem die zu bewegende Last verbunden ist.

Die Gehäusekonstruktion 22 umschließt die Gewindespindel, die sich koaxial durch die zwei Hubzylinder 23 und

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erstreckt. i)ie Hubzylinder können die sich gegenüberliegenden Andabschnitte eines einzigen zylindrischen Hohlraumes sein, und "beide Hubkolben weisen axial sich erstreckende zylindrische Randabschnitte 25 und 26 auf, die sich stopfbüchsenartig in die äußeren Enden des zylindrischen Hohlraumes erstrecken. Weiterhin weisen die Hubkolben an der Innenseite Randabschnitte auf, die teleskopartig gleitend in der Gehäusekonstruktion 22 angeordnet sind, wobei jeder der letztgenannten Handabschnitte ringförmige dichtungen 28 und 29 aufweist, die verhindern sollen, daß druckflüssigkeit aus den Hubzylindern zur Gewindespindel gelangt.

Jeder Hubkolben weist ein Stirnzahnrand 30 und 31 auf, das auf den äußeren zylindrischen Randabschnitten angeordnet ist, die sich in den Hubzylinderraum erstrekken, wobei die Ütirnräder im Eingriff mit Antriebsritzeln 32 stehen, die durch Motore angetrieben werden, wie sie in der ersten Ausbildung beschrieben sind.

^rtie in der ersten Ausbildung führt der Kanal A zu dem Raum zwischen den zwei Hubkolben, Kanal B führt zu einem und Kanal C zum anderen geschlossenen Ende der Hubzylinder.

Der doppelwirkende Mikroschalter 27 oder jede andere brauchbare Schalteinrichtung (nicht gezeichnet) für das

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selbsttätig arbeitende Ventil, wird am Ende der Hübe des ersten Hubkolbens geschaltet, wie es vorbeschrieben ist in der ersten Ausbildung der Erfindung.

■ühenso wie vorbeschrieben können die beiden Motore für die -Rückführung der Hubkolben als ein Motor ausgebildet sein, der die beiden Hubkolben während ihres Rückhubes mittels eines Differentialgetriebes dreht.

Der Bewegungsablauf gleicht dem im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben^ Kanal A steht unter hohem Druck, wenn die Hubkolben am dichtesten zusammenstehen und unter niedrigem Druck, wenn die Hubkolben am weitesten voneinander entfernt sind, Steht Kanal A unter hohem Druck, steht die gegenüberliegende Seite des ersten Hubkolbens unter niedrigem Druck, und der Hubkolben verschiebt die Gewindespindel in axialer dichtung; die gegenüberliegende Seite des zweiten Hubkolbens steht dabei unter hohem Druck, so daß keine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten besteht und aufgrund dieser Tatsache der Hubkolben in rotatorische Bewegung versetzt wird und auf der Gewindespindel entlang schraubt, bis der erste Hubkolben den Mikroschalter betätigt. Daraufhin fällt der Druck im Kanal A ab, so daß der zweite Hubkolben die Gewindespindel axial

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verschiebt und es dem ersten Hubkolben ermöglicht, schraubenderweise in seine stellung zurückzukehren, bis er den Mikroschalter wieder betätigt, so daß sich der Bewegungszyklus wiederholt.

Wo mehrere rotatorisch wirkende Antriebsvorrichtungen, wie in der ersten Ausführung beschrieben, oder mehrere translatorisch wirkende Antriebsvorrichtungen, wie in der zweiten Ausführung beschrieben, benötigt werden, um parallel und in Gleichtakt zueinander zu arbeiten, ist es vorzuziehen, elektromagnetisch selbsttätig arbeitende Ventile zu verwenden, mit Mikroschaltern, die durch die Bewegung beider Hubzylinder geschaltet werden. In diesem Fall werden die llikro schalt er jeder Antriebsvorrichtung paarweise in Heihe geschaltet und diese Paare aller Antriebsvorrichtungen in Heihe verbunden, um ein einziges selbsttätig arbeitendes Ventil oder eine beliebige Anzahl zu schalten. ¹¹Sa?- aus ergibt sich, daß sämtliche Hubkolben über ihren gesamten Hubweg arbeiten und daß die einzelnen Antriebsvorrichtungen im Gleichtakt miteinander, unbeschadet unterschiedlicher Lasten, innerhalb der Grenzen eines Kolbenhubes verbleiben.

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Claims

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Ansprüche:

V 1«!Antriebsvorrichtung»
gekennzeichnet durch eine Gehäusekonstruktion, in der zwei Hubzylinder und Kanäle für die Zuführung von Druckflüssigkeit angeordnet sind und durch Auslässe für die Flüssigkeit von den Hubzylindern, durch zwei Kolben, die je in einem der Hubzylinder angeordnet sind, durch Umschalt-Ventileinrichtungen, die den Zu- und Abfluß zu und von den Hubzylindern in einer Weise regeln, daß die Kolben in Wechselwirkung von Arbeits- und Äückhub stehen, wobei der ^rbeitshub des einen Hubkolbens im Wechselspiel mit dem des anderen steht, und so im wesentlichen keine Zeitunterbrechung zwischen den aufeinanderfolgenden Hüben entsteht und durch Antriebskraft-Übertragungseinrichtungen mit Antriebs verb indungen der Kolben zur zu bewegenden Last während des Arbeitshubes des jeweiligen Kolbens und entsprechende -Einrichtungen zum Lösen der Verbindung zwischen Kolben und Last während des Eückhubes.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfcriebskraf b-Übertragungsein-richtun^en ein schraubenartiges Element aufweisen, das

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für die lineare Bewegung als Gewindespindel (21) und für eine rotatorisehe Bewegung als Schneckenrad (5) ausgebildet ist.

3- antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkolben einen schraubenförmigen Abschnitt aufweisen, der für die lineare Bewegung als Schraubengewinde ausgebildet ist, das mit der Gewindespindel (21) in Kingriff steht oder für rotatorisehe Bewegung als »Schnecke (12) ausgebildet ist, die mit dem Schneckenrad (5) in Eingriff steht.

4. antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkolben eine Antriebsverbindung (15) mit einer dichtenden Passung (14) aufweisen und daß die Antriebsver— bindung während des unbelastetes Kückhubes der Hubkolben rotiert.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Hubzylinder am peripheren Raum um das Schneckenrad (5) angeordnet sind.

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6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein selbsttätig arbeitendes Ventil angeordnet ist, das in Erwiderung auf üchaltsignale von Wegbegrenzungseinrichtungen an jedem -knde
des Hubes eines Hubkolbens anspricht und den Druck
in den Kanälen der .Reihe nach wechselnd auf- und abbaut, wobei kein Druckunterschied an einem Kolbenpaar ist, während ein anderes. Hubkolbenpaar axial verschoben wird und das ochneckenrad rotatorisch bewegt oder bei der Antriebsvorrichtung für lineare Bewegung axial relativ zur Gewindespindel bewegt.

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