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Anlage zur Patent- und Gebrauchsmusterhilfaanmeldung Hdroaggregat
Die Erfindung betrifft ein Hydroaggregat mit einem Außenteil, in dessen zylindrischem
Innenraum ein unabhängig zum Außenteil drehbares, kolbenartiges Innenteil mit zu
diesem kleinem radiale Spiel angeordnet ist, und mit wenigstens einer bei Drehbewegung
einen Pumpeffekt bewirkenden Nut in wenigstens einer der einander zugewandten Mantelflächen
der Teile, wobei das Außenteil und da; Innenteil einander gegenüber axial beweglich
sind.
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Ein derartiges Hydroaggregat hat gegenüber einem Hydrozylinder den
Vorteil, daß es wesentlich einfacher im Aufbau ist. Es benötigt z.B. keine externe
Druckmittel quelle mit den erforderlichen Anschlußleitungen und weist keinen sogenannten
Ruck-Gleit-
Effekt auf. Darunter versteht man eine ruckartig einsetzende
Bewegung des den Vorschub vollziehenden Teils bei Druckbeaufschlagung. Es hat jedoch
den Nachteil, daß es nur für eine lIubrichtung geeignet ist. Soll es fiir beide
Ilubrichtungen verwendbar sein, so sind Hochdruckdichtungen notwendig. Diese bereiten
in der regel erhebliche Schwierigkeiten bei hohen Drehzahlen und hohen Drücken,
weil sie mehr oder weniger rasch verschleißen, teils nachgestellt werden müssen,
einen hohen Reibungswiderstand haben und daher viel Reibungswärme erzeugen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Hydroaggregat der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, das in beiden Hubrichtungen arbeiten kann und bei dem
keine durch Hochdruckdichtungen verursachten Reibungs- und Verschleißerscheinungen
auftreten.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Innenteil
nach Art eines doppelt wirkenden Kolbens ausgebildet ist, an dessen Außenumfang
ein sich über seine gesamte Länge erstreckendes Gewinde befindet, und daß an der
Kolbenstange ein Sperrgewinde ausgebildet ist, dessen Steigung entgegengesetzt zu
der des Gewindes am Kolben verläuft und einen geringeren Durchmesser aufweist als
dieses und das geringes radiales Spiel hat gegenüber dem Innenraum eines geschlossenen
Fortsatzes des Außenteils.
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Auf diese Weise wird die am Austritt der Kolben stange aus dem Zylinderteil
notwendige Dichtung weitestgehend entlastet.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Diese zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein doppelt wirkendes Hydroaggregat,
Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1, Fig. 3 Einzelheiten
der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2.
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Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 besteht aus einem Zylinder
1, der einen Fortsatz 2 hat; Zylinder und Fortsatz sind durch Deckel 7 und 4 verschlossen.
Im Innenraum 5 des Zylinders 1 befindet sich ein Kolben 6, dessen Länge geringer
ist als die des Zylinders. Am AuBenumfang des Kolbens 6 ist ein Gewinde 7 ausgebildet,
das sich über seine gesamte Länge erstreckt. Der Kolben 6 unterteilt den Innenraum
5 des Zylinders in einen oberen Raum 5' wld einen unteren Raum 5''.
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Der Kolben 6 besitzt eine Kolbenstange 8, welche sich in den Fortsatz
hinein erstreckt und noch aus diesem herausragt. über einen Teil der Kolbenstange
8 erstreckt sich ein Sperrgewinde 9, dessen Außendurchrmesser größer ist als der
Durchmesser der Kolbenstange und das gegenüber dem Innenraum 10 des Fortsatzes 2
geringes radiales Spiel aufweist. Die Länge des Sperrgewindes ist geringer als die
des Fort satzes. Der Außendurchmesser des Kolbens 6 besitzt gegenüber der Wand des
Innenraums 5 ebenfalls geringes radiales Spiel. Der Innenraum 5' des Zylinders 1
ist mit dem unteren Teil 40' des Innenraums KG verbanden An der Kolbenstange 8 sind
zwei Bunde 14 und 42 ausgebildet, die zwischen sich eine Laxerstelle 13 a aufnehmen.
Dadurch d die Kolbenstange rad al sowie axial unverschiebbar elingev Die
Kolbenstange
ist von einem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor 14 angetrieben. Vom unteren
Teil 5'' des Innenraums führt eine Leitung 15 zu einem Druckmittelbehälter 16. In
dieser Leitung ist eine verstellbare Drossel 17 angeordnet. Die Leitung 15 führt
durch einen Wärmetauscher 18. Vom Raum 5' des Zylinders führt eine Leitung 19 ebenfalls
zum Druckmittelbehälter 16. In dieser ist ein Rückschlagventil 20 angeordnet, das
sich in Richtung vom Druckinittelbehälter zum Zylinder hin zu öffnen vermag. Vom
oberen Teil 10'' des Innenraums 10 des Fo tsatzes 2 führt eine Leitung 21 zur Leitung
15. Sie mündet dort zwischen dem Wärmetauscher und der verstellbaren Drossel 17.
Ein Zweig 21' der Leitung 21 führt zur Leitung 19 und mündet dort zwischen dem Rückschlagventil
20 und dem Zylinder 1. Im Leitungszweig 21' ist ein Rückschlagventil 22 angeordnet,
das sich in Richtung vom Zylinder 1 zur Leitung 15 hin zu öffnen vermag. Im Leitungszweig
21' ist außerdem noch eine verstellbare Drossel 23 angeordnet.
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Im Druckittelbehälter 16 befindet sich ein Kolben 24, der über eine
Rollmembran 25 mit der Innenwand des Druckmittelbehälters verbunden ist Der Kolben
24 ist durch eine Feder 26 belastet.
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Auf diese Weisc herrscht im Druckmittelraum 16' des Druckmittelbehälters
stets ein Überdruck.
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Wird die Kolbenstange entgegen dem Uhrzeigersinn - betrachtet vom
Elektromotor 14 her - , d.h. also in Richtung des ausgezogenen Pfeils angetrieben,
so saugt das Gewinde 7 des Kolbens 6 Druckmittel über die Leitung 19 aus dem Druckmittelbehälter
16 in den Raum 5' des Zylinders und drückt es in den Raum 5". Auch das Sperrgewinde
9 saugt Druvknittel über die Leitung 19 an und fördert es in den oberen Teil 10"
des Innenraums 10 des Fortsatzes. Von hier strömt das Druckmittel über die Leitung
21 und den Wärmetauscher 18 unter geringem Druck dem Druckmittelbehälter wieder
zu. Daraus ist zu erkennen, daß der Druck im oberen Teil
10" des
Innenraums 10 sehr gering ist, so daß die Belastung der Berührungsdichtung 27 zwischen
dem Deckel 4 und der Kolbenstange 8 und damit die dort entstehende Reibung sehr
klein ist. Die Berührungsdichtung kann aus diesem Grund als reibungsarmer Radial-
oder Axialdichtring ausgebildet sein.
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Wird der Elektromotor 14 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben,
dann wird vom Gewinde 7 Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter 16 über die Leistung
15 in den Raum 5" angesaugt und vom Gewinde in den Raum 5' gefördert. Von hier gelangt
es über die Leitung 21' in die Drossel 23 sowie den Wärmetauscher 18 wieder in den
Behälter 16. Durch das gegenläufige Sperrgewinde 9 wird nun im Raum 5' ein Druck
aufgebaut, der bewirkt, daß der Zylinder sich nun nach oben zurückbewegt. Das Sperrgewinde
9 ist so ausgelegt, daß ständig ein kleiner Druckmittelstrom vom Raum 5 in den oberen
Teil 10'' des Innenraums 10 fließt, so daß die Reibungswärme, die in den engen Spalten
zwischen dem Sperrgewinde 9 und dem Fortsatz 2 entsteht, abgeführt wird.
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Im Druckmittelbehälter 16 herrscht stets ein Überdruck. Dadurch wird
vermieden, daß in den Räumen 5 und 5" infolge der Strömungswiderstände in den Zuflußleitungen
(19, 15) und in dem ückschlagventil 20 sowie in der Drossel 17 ein Unterdruck entstehen
kann, welcher Kavitation in den Gewindegängen zur Folge hätte. Mit Hilfe der einstellbaren
Drosseln 17 und 23 kann die durch die Leitungen 15, 23 fließende Druckmittelmenge
verändert werden und dadurch die Geschwindigkeit der Axialbewegung des Zylinders
1. Bei der Aufwärtsbewegung des Zylinders ist die verstellbare Drossel 17 zweckmäßig
geöffnet.
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Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 unterscheidet sich von denjenigen
nach der Fig. 1 durch eine Anordnung mit durchgehender
Kolbenstange.
Im Innenraum 30 eines Zylinders 31 ist mit geringem radialem Spiel ein Kolben 32
angeordnet, der an seinem Außenumfang wiederum ein sich über seine gesamte Länge
erstreckendes Gewinde 33 trägt. Beide Zylinderseiten haben jeweils einen Fortsatz
34, 35. Von beiden Stirnseiten des Kolbens 32 erstreckt sich jeweils eine Kolbenstange
36, 37 in den Fortsatz 34 bzw. 35 hinein und durchdringt diesen. Die Kolbenstange
36 hat wiederum zwei Bunde 38, 39, die zwischen sich ein Radial-Axial-Lager 40 aufnehmen.
Die Kolbenstange 36 ist mit dem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor 14 gekoppelt.
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An beiden Kolbenstangen 36 bzw. 37 is-t ein Sperrgewinde 41 bzw.
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42 ausgebildet, und zwar genau in derselben Art ztlie zuvor beschrieben.
Jede Kolbenstange ist nach außen hin durch eine Glei=-lingdichtung 36' bzw. 37'
abgedichtet. Beide Sperrgewinde lot1, 42 haben gegenläufige Steigung bezüglich des
Gewindes 33.
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Die Leitungsverbindungen vom Zylinder 31 und den Fortsätzen 34, 35
zum Drucknittelbehälter 16 sind sinngemäß zum Ausführungsbeispiel nach der Fig.
1 angeordnet. Vom Fortsatz 34 führt eine Leitung 43 zum Fortsatz 35. Die Leitung
43 ist mit der Leitung 45 verbunden. Vom Raum 31' des Zylinders 31 führt eine Leitung
4Zf zum -ucknittelbehälter 16. Vom unteren Teil 31" des Zylinders führt eine Leitung
45 ebenfalls zum Druckmittelbehälter. In beiden Leitungen sind verstellbare Drosseln
46 bzw. 47 angeordnet.
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Von der Leitung 44- führt eine Leitung 48 mit Rückschlagventil 49
zum Behälter 16. Weiterhin führt von der Leitung is8 eine Leitung 50 mit Rückschlagventil
51 zur Leitung 45.
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Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels ist sinngemäß dieselbe wie
beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1. Die Sperrgewinde 41, 42 sorgen dafür,
daß in den Räumen 31' und 31'' sich jeweils ein den Zylinder axial verschiebender
Druck aufbauen kann und
daß die Dichtungen 36', 7' weitgehend druckentlastet
sind. Eine solche Anordnung kann erforderlich werden, wenn an die Kolbenstange 37
eine zweite Maschine angeschlossen ist.
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Wie die Fig. 3a bis 3e zeigen, sind an den Stirnflächen der Kolben
G, 32 oder an den Stirnflächen des Innenraums des Zylinders sog. hydraulische Endanschläge
ausgebildet. Diese bestehen, wie lig. 3a zeigt, aus Spiralnuten 53, aus geraden
Nuten 54 wie Fig. 3b zeigt, oder aus Taschen 55 mit senkrecht zur Umfangsrichtungverlaufenden
Staurändern 56 nach Fig. 3c. Die Nuten nach den Fig. d und 3e sind an den kolbenstangenseitigen
Stirnflächen der Kolben ausgebildet und entsprechen in der Form den hydraulischen
Endanschlägen nach den Fig. 3a und 3b. Durch diese Ausbildung wird ein Anlaufen
des rotierenden Kolbens an die Stirnflächen des Zylinders vermieden. Durch die Ausbildungen
nach den Fig. 3a und 7e entstehen Axiallager mit hoher Tragfähigkeit, die eine metallische
Berührung von Kolben und Zylinder ausschließen, solange der Kolben umläuft Der in
diesen Lagern beim Anlaufen des Zylinders entstehende hohe Druck kann über einen
Druckwächter zum Abschalten des Elektromotors 14.benutzt werden.
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Die in den Fig. 3d und 3e dargestellten Nuten enden in genügendem
Ab stand von der Kolbenstange. Der Halbmesser ri muß entsprechend gröX ) sein ans
der Halbmesser des Fortsatz-Innenraums, damit eine genügende Tragkraft entstehen
kann; Das Sperrgewinde muß nicht notwendigerweise die in den Fig. r unc 2 dargestellte
Länge haben. Es kann insbesondere durch ein besonders enges Spiel in der umgebenden
Zylinderbohrung kurz gebaut werde, so dö die Baulänge des Zylinders kleiner wird.
Ein solches Sperrende mit engem Spiel kann gleichzeitig infolge des Selbstzentriereffektes
zur Lagerung des rotierenden Kolbens im Zylinder dienen, während das größere Gewinde
am Kolben selbst
mit etwas größerem Spiel arbeitet, so daß keine
sehr engen Bohrungsmittentoleranzen für die zwei Zylinderbohrungen notwendig sind.