DE2409523B2 - Einfachwirkender Druckzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen einfach wirkenden Druckzylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Druckzylinder ist beispielsweise aus der DE-OS 20 19 573 bekannt. Der gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 das entsprechende Leckagesicherheitsventil betätigende, von der Arbeitszylinderseite bzw. Steuerzylinderseite auf das Ventilglied wirkende Differenzdruck wird bei der bekannten Ausführungsform durch den Staudruck des fließenden Arbeitsmediums bewirkt. Eine Ventilbetätigung kann deshalb nur bei hinreichend schnellem Ausströmen des Arbeitsmediums, also großen Leckagen, erfolgen. Zur Absicherung gegen kleinere Lecks sind umständliche Zusatzeinrichtungen, wie ein magnetisches Dreiwegeventil und elektrische Endschalter erforderlich. Aufgrund seiner Anordnung wirkt das Leckagesicherheitsventil zudem nur bei Bruch der Druckzuleitung, nicht aber bei einer Beschädigung des Druckzylinders selbst. Ein prinzipieller Nachteil eines strömungsgeregelten Sicherheitsventils liegt bei der bevorzugten Anwendung im Fahrzeugbau darin, daß der Schaltvorgang des Ventils nicht unabhängig von Bewegungen des Fahrzeugs abläuft.

Zylinder mit einem unter Druck stehenden Arbeitsmedium werden zur hydraulischen Bewegung, gepufferten Lagerung und Schwingungsdämpfung von Massen verwendet, wobei zur Sicherung des Systems gegen Dekompression des Arbeitsmediums, hervorgerufen etwa durch Leckverlust oder Bruch der Druckzuleitung oder des Druckzylinders selbst Leckagesicherheitsventile zum Einsatz kommen.

ίο Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Druckzylinder mit einem Leckagesicherheitsventil so auszubilden, daß eine sichere Funktion auch bei kleinsten Leckströmen ohne zusätzliche Einrichtungen gegeben ist wobei auch ein Ansprechen auf Leckagen

l) des Druckzylinders selbst möglich ist und im Hinblick auf Anwendungen im Fahrzeugbau die Ventilsteuerung nicht strömungsabhängig erfolgt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1.

Zweckmäßige Aüsführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 genannt.

Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen einfachwirkenden Druckzylinders besteht darin, daß im Kreislauf des Druckmediums ein Arbeitskreis und ein

2^r> davon getrennter Steuerkreis angeschlossen wird, wobei beide Kreise in ihrem Grundaufbau im wesentlichen gleich sind.

Der Arbeitskreis besteht aus einem Arbeitszylinder mit Arbeitskolben und der Steuerkreis aus einem

jo Steuerzylinder mit Steuerkolben. Der Druckzylinder kann in Verbundschaltung eingesetzt werden, wie es bei hydraulischen Anlagen, beispielsweise im Fahrzeugbau erforderlich ist. Er funktioniert, anders als die bekannte Anordnung, sowohl im Stillstand als auch bei höchster

Fahrgeschwindigkeit. Die eingesperrte ölmenge bleibt bei intaktem hydraulischem System immer gleich und die Kolben bleiben immer stehen, ausgenommen, wenn an irgendeiner Stelle Ölverlust und dabei eine Mengendifferenz in den Kreisen auftritt. Dabei ist es gleichgültig, ob im System das Druckmedium schnell oder langsam entweicht. In jedem Fall sorgt das Leckagesicherheitsventil, daß die erforderliche Sperrung erfoigt und ein Signal die Panne anzeigt.
Beide Kreise sind über getrennte Leitungen aber über ein gemeinsames Steuerventil bzw. Leckagesicherheitsventil mit Zuleitungen verbunden. Dieses kann sowohl dem Arbeitskreis als auch dem Steuerkreiü zugeordnet sein, wenn sowohl der Arbeitskolben als auch der Steuerkolben von einer Zentralpumpe aus mit Druckmedium gespeist werden. Bei einem System mit Druckspeicher ist das Leckagesicherheitsventil im Steuerkreis angeordnet.

Das Leckagesicherheitsventil kann ein durch das Druckmedium gesteuertes Wegeventil, beispielsweise ein doppeltwirkender Steuerschieber, sein, von dem ein Ventilkopf dem Arbeitskreis und der andere Ventilkopf dem Steuerkreis zugeordnet ist. Zu dem Arbeitskreis dieses Systems gehört eine zum Arbeitskolben führende Zuleitung für das Druckmedium. Die beiden Kreise sind über den Steuerschieber miteinander verbunden. Sie arbeiten unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit und da sie parallel fahren, treten keine Druckdifferenzen auf. Die Speisung erfolgt durch eine zentrale Pumpe. Andererseits kann das Leckagesicherheitsventil nur an der Steuerleitung angeschlossen sein, wobei dann das Zweikreissystem mit Druckspeicher arbeitet.

Das aus Arbeits- und Steuerkreis bestehende Zweikreissystem zur Sicherung einfachwirkender

Druckzylinder, wie sie bei schweren Lasttransporten in Form von Achsausgleichszylindern verwendet werden, arbeitet einwandfrei und spricht auf alle Druckänderungen im System an, um den erforderlichen Druckausgleich herzustellen und ein Neigen und/ode*· Kippen der die Ladung tragenden Plattform and damit ein Abrutschen dieser Ladung zu verhindern. Das Auswechseln des oder der schadhaften Zylinder bietet keinerlei Schwierigkeiten und eine besondere Wartung des Systems ist nicht erforderlich.

Das System der Sicherung kann auch in der hydraulischen Verdrängerlenkung angewandt werden.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Druckzylinders, und

F i g. 2 ein Schaltsystem für im Verbund geschaltete Druckzylinder.

Der Druckzylinder 1 (F i g. 1) ist ein Achsausgleichzylinder, wie er bei Lastkraftwagen als Lastaufnahmemittel zwischen den Gelenkaugen 2 und la angeordnet ist. Am Boden oder Deckel 3 des Druckzylinders 1 ist ein Leckagesicherheitsventil 4 in Form eines Steuerschiebers befestigt, dessen Ventilgehäuse 4a eine Axialbohrung 5 aufweist. In dieser Axialbohrung 5 arbeitet ein doppeltwirkendes Ventilglied 6. Gegen jeden Ventilkopf 7 und 8 ist eine Feder 9 bzw. 10 gespann.. deren Funktion noch erläutert wird. Das Ventilgehäuse 4a ist mit mehrerer. Bohrungen versehen, die in die Axialbohrung 5 bzw. aus dieser weg führen. Die Bohrung r.'er Zuführungsleitung Z für das Arbeitsmedium mündet in den Mittelabschnitt der Axialbohrung 5 zwischen den Ventilköpfen 7 und 8 des Ventilglieds 6. Aus dem Mittelabschnitt der Axialbohrung 5 führt die Leitung Z 1 als Fortsetzung der Zuführungsleitung Z in den Arbeitszylinder A, dessen Arbeitszylinderraum A 1 von einem Mantelrohr 11 umschlossen ist. Eine zweite Bohrung im Ventilgehäuse 4a führt aus dem (in Fig. 1 unten dargestellten) Abschnitt zwischen dem Ventilkopf 7 und dem Verschluß der Axialbohrung 5 in die Leitung Zl und bildet die Druckausgleichleitung Z 2 des Arbeitskreises, durch die Überdruck aus dem Arbeitszylinder A in das Leckagesicherheitsventil 4 gelangt und das Ventilglied 6 belastet. Damit ist der Arbeitskreis geschlossen.

Für den zweiten, den Steuerkreis, ist eine Zuführungsleitung S vorgesehen, die in die Axialbohrung 5 des Ventilgehäuses 4a über dem Ventilkopf 8 des Ventilgliedes 6 mündet. Aus dem Abschnitt der Axialbohrung, der über diesem Ventilkopf liegt (in F i g. 1 oben dargestellt), führt eine weitere Bohrung durch das Ventilgehäuse 4a nach außen, die die Zuführungsleitung S mit der Steuerleitung 51 im Deckel 3 des Druckzylindergehäuses verbindet. Diese Steuerleitung 51 führt in den Steuerzylinderraum S 2 und beaufschlagt den Steuerkolben 15 des Steuerkreises, wie noch näher erläutert wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind Arbeitszylinder und Steuerzylinder ineinander gebaut. Eine solche Anordnung ist nicht zwingend, hat aber wesentliche Vorteile, insbesondere wegen der gedrängten Baumaße.

Der dem Arbeitskreis zugeordnete Arbeitszylinder A besteht aus dem Mantelrohr 11, in dem der Arbeitskolben 12 arbeitet. Dieser läuft in an sich bekannter Weise in einer zwischen Dichtungen 13a und 13i> gelagerten Führungsbüchse 13. Die gesamte Dichtungs- und Führungsanordnung wird nach außen hin von einem in das Mantelrohr 11 eingeschraubten Ring 14 begrenzt.

Der dem Steuerkreis zugeordnete Steuerzylinder besteht aus einer Bohrung im Arbeitszylinder A, in der der Steuerkolben 15, abgedichtet durch eine mit Dichtung 16a versehene Führungsbüchse 16 läuft.

Diese Anordnung ist folglich so ausgelegt, daß ein kleiner Steuerzylinder und großer Arbeitszylinder vorgesehen ist, bzw. ein kleiner Steuerkolben 15 in

in einem großen Arbeitskolben 12 läuft.

Wie bereits oben ausgeführt ist, mündet die Zuleitung Z1 in den Arbeitszylinderraum A 1 des Arbeitszylinders und die Zuleitung S1 in den Steuerzylinderraum S2 des Steuerzylinders. Durch diese Anordnung sind zwei voneinander getrennte Kreise geschaffen, die zum Druckausgleich über das Leckagesicherheitsventil miteinander verbunden sind. Die Speisung erfolgt über eine Zentralpumpe 17 (F i g. 2).

Wenn das Fahrzeug angehoben wird, fördert die Pumpe 17 durch die Zuleitung Zund durch die Zuleitung 5 ein Druckmedium, wie ÖL in den Zylinder, wobei die Lastaufnahmemittel bis auf die gewünschte Arbeitshöhe auseinandergedrückt werden. Da die beiden Kreise im Verbund sind, nehmen sie so viel Öl auf wie sie brauchen. Nach Abschalten der Pumpe herrscht in beiden Kreisen Gleichgewicht und sie sind unabhängig voneinander im System eingeschlossen. Alle Zylinder können ausfahren und federn wie es erforderlich ist, denn wenn in einem Zylinder öl verdrängt wird, wird es

jo vom anderen Radpaar wieder aufgenommen. Die Summe der ölmenge und damit der Drücke bleibt immer konstant. Durch das Leckagesicherheitsventil 4 sind die beiden Kreise, d. h. Arbeitskreis und Steuerkreis getrennt und an der einen Seite des Ventilgliedes 6 liegt der Druck des großen Arbeitszylinderraumes A 1 an, während auf der anderen Seite des Ventilgliedes 6 der Gegendruck des kleinen Steuerzylinderraumes 52 des Steuerkreises herrscht. Damit ist erreicht, daß auf beiden Seiten des Ventilgliedes 6 der gleiche Steuerdruck lastet und das Gleichgewicht hergestellt ist. Dieser Zustand stellt sich beim intakten System automatisch immer ein.

Wenn nun beispielsweise das Mantelrohr 11 des Arbeitszylinders A zerstört wird, bricht der Druck im Arbeitszylinderraum A 1 zusammen und damit auch der am Ventilkopf 7 angreifende Druck. Gleichzeitig steigt der Druck im kleinen Steuerzylinderraum 52 gegenüber dem abfallenden Druck im Arbeitszylinderraum A 1 an und der Steuerkolben 15 drückt öl durch die

so Leitung 51 in das Leckagesicherheitsventil 4, so daß der Druck über dem Ventilkopf 8 ansteigt und das Ventilglied 6 nach unten drückt und der Ventilkopf 8 die Leitungsverbindung Z-Zl sperrt und damit den Arbeitzylinder A ausschaltet. Da nun der Druck im Arbeitskreislauf Z zusammenbricht, schließen auch alle weiteren Leckagesicherheitsventile von in diesem Verbund vorgesehenen Zylindern. In diesem Augenblick schaltet sich ein Signalgeber, beispielsweise eine Warnlampe (nicht dargestellt), ein, die dem Fahrer die Panne anzeigt, nämlich daß die Radsätze überladen sind bzw. der Achsausgleich blockiert ist. Das Fahrzeug wird angehalten und der Zylinder ausgewechselt, um es wieder fahrtüchtig zu machen.

Die beiden Kreise sind also getrennte Systeme, wobei das eine System zunächst außer Funktion ist. Wenn das erste System aus irgendeinem Grund ausfällt, wird das zweite System eingeschaltet, ohne die Funktion des ersten Systems zu übernehmen. Es löst eine Steuerung

aus, die ein Warnsignal abgibt und die Zylinder des defekten Kreises sperrt.

Auf diese Weise wird nach Ausfall des Arbeitskreises der Steuerkreis eingeschaltet, oder umgekehrt, und dieser Ausfall wird dem Fahrer angezeigt. Die Gefahr, daß sich das Fahrzeug neigt oder umkippt und die Ladung rutscht wird dadurch ausgeschaltet.

Der erfindungsgemäße einfachwirkende Druckzylinder funktioniert aber nicht nur bei Bruch eines Schlauches oder Zylinders, also bei plötzlichem Druckabfall, sondern auch bei Leckverlusten, also geringen Beschädigungen eines Leitungssystems und langsamem Absinken des Druckes.

Wenn beispielsweise ein Schlauch, der an der Zuführungsleitung Z angeschlossen ist, undicht wird, nimmt das ölvolumen der zusammengeschlossenen Zylinder im Arbeitskreislauf ab. Dadurch fährt der Arbeitszylinder A gegenüber dem Steuerzylinder allmählich ein, d. h. der Druck im Arbeitszylinder nimmt allmählich ab. Infolgedessen muß im Steuerkreis der Druck entsprechend ansteigen, was zur Folge hat, daß das Ventilglied 6 entsprechend dem Druckanstieg verschoben wird und schließlich die Zufuhr des Arbeitsmediums zum Arbeitszylinderraum A 1 unterbricht. Es erfolgt also die gleiche Steuerung und Sperrung und damit Sicherung wie bei Bruch oder Abschlag. Diese gleiche Wirkung tritt: auch ein, wenn ein Leckschaden im zweiten, also dem Steuerkreis auftritt. Wie bei Bruch tritt auch in diesem Fall das Ventilglied 6 in Funktion.

Aufweitungen, die ventuell an den Mantelrohren der Zylinder auftreten, werden durch die Federvorspannung des Ventilgliedes 6 aufgefangen. Aus diesem Grund sind die oben erwählen Federn 9 und 10 im Leckagesicherheitsventil 4 vorgesehen.

F i g. 2 zeigt ein Schaltschema mit mehreren im Verbund geschalteten Zylindern ASi, AS2, ... Zum Anheben der Arbeitszylinder wird aus einem Öltank 18 durch eine Zentralpumpe 17 in die Zuleitungen Zund 5 (eines einzelnen oder eines im Verbund arbeitenden Zylinders öl gepumpt. Ein der Zentralpumpe 17 zugeordnetes Ablaßventil V1 bleibt dabei geschlossen. Ein in der Zuleitung Z eingebautes, den Steuerkreis abschließendes Sperrventil V2 wird während des Anhebevorganges geöffnet wobei beide Seiten des Ventilgliedes 6 den gleiche Öldruck erhalten und sich entsprechend der gewünschten Arbeiishöhe speisen. Bei Erreichen des Endhubes wird die ölpumpe abgestellt und das Sperrventil V2 geschlossen. Damit ist das Fahrzeug fahrbereit und gegen Lecköl und/oder Bruch des Zylinders, der Leitungen oder Schläuche gesichert Die beiden Kreise, also Arbeits- und Steuerkreise, sine im Gleichgewicht.

Von der Hauptleitung Z führen die Leitungen zu der

^r, Leckagesicherheitsventilen 4, 4' bis 4n und zu der Arbeits- und Steuerzylindern AS 1, AS2, bis ASn, wöbe vor dem Sperrventil V2 eine Zweigleitung vorgeseher ist.

Aus diesem Schaltschema wird der Ablaßvorganj

ίο deutlich. Hierfür wird das Ablaßventil Vl geöffnet um öl strömt von den Z-Anschlüssen der Zylinder über dai Ablaßventil in den Öltank 18 zurück. Dadurch wird di< Steuerkolbenseite mit einem höheren Öldruck beauf schlagt und der Steuerdruck bringt das Ventilglied 6 in Leckagesicherheitsventil 4 in Sperrstellung, das Sperr ventil V 2 wird, entweder mechanisch oder automatisch geöffnet und nun können beide Kreise absenken.

Beim Heben des Fahrzeugs ist also das Ablaßventi Vl geschlossen und das Sperrventil V2 geöffnet Während der Fahrt sind beide Ventile, also Ablaßventi Vl und Sperrventil V 2 geschlossen und beim Senker sind Sperrventil V2 und Ablaßventil Vl geöffnet.

Zwischen den beiden Zuleitungen, die von dei Hauptleitung Zausgehen, ist hinter dem Sperrventil Vi noch ein auf einen bestimmten Druck ausgelegte; Ausgleichsventil V 3 angeordnet. Dieses ist eingeschal tet, um zu vermeiden, daß der Druck gegen unendlich anläuft. Wenn in einem Zylindersystem ein Bruch auftritt, beispielsweise beim Reißen des Mantelrohre:

11 des Arbeitskolbens, fällt dieser Zylinder zusammen Das Leckagesicherheitsventil schließt zwar, aber dei entsprechende Radsatz drückt sich zusammen, wodurch automatisch der Druck im kleinen System ansteigt. Die; würde gegen unendlich gehen, denn mit der kleiner Steuerfläche, also mit der kleinen Arbeitsfläche de: Steuerkolbens 15 müßte im Druckübersetzungsverhält nis die Kraft aufgenommen werden. Dies wird durch da: zwischengeschaltete Ausgleichsventil V3 verhindert. E: dient als Sicherheitsventil, das bei der Druckeinspeisunf automatisch im Pumpenkreislauf vorhanden ist. E; bleibt immer geschlossen und öffnet nur, wenn eir bestimmter Druck überschritten wird.

Die dargestellte Ausführungsform weist insbesonden herstellungstechnische und wirtschaftliche Vorteile auf da sie nur glatte Bohrungen ohne besondere Innenbear beitung erfordert. Es ist aber nicht zwingend, ineinandei angeordnete Kolben vorzusehen. Auch nebeneinandei geschaltete Arbeits- und Steuerkolben können den Zweikreissystem angeschlossen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einfachwirlcender Druckzylinder, insbesondere Achsausgleichszylinder für Lastkraftwagen bzw. Tieflader oder Lenkzylinder für Schwerstlastfahrzeuge, mit einem in der Druckleitung zum Arbeitszylinderraum angeordneten Leckagesicherheitsventil, dessen Ventilglied in einer Schaltrichtung vom Druck im Arbeitszylinderraum des Druckzylinders und in der anderen Schaltrichtung von einem Steuerdruck beaufschlagt ist und das bei Überschreitung eines vorgegebenen Differenzdrukkes von der Offenstellung in eine Schließstellung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckzylinder (1) einen beaufschlagbaren Steuerzylinderraum (S 2) aufweist, dessen Größe proportional zum Arbeitszylinderraum (AX) veränderbar ist, daß der Druck im Steuerzylinderraum (S 2) als Steuerdruck für das Leckagesicherheitsventil (4) dient und daß das Leckagesicherheitsventil (4) drei Schaltstellungen aufweist, wovon die mittlere Stellung die Offenstellung ist und die beiden anderen Stellungen Schließstellungen sind.

2. Druckzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (12) eine axiale Sackbohrung aufweist, in die ein an der Kolbenseite des Druckzylindergehäuses (3) befestigter Steuerkolben (15) unter Bildung des Steuerzylinderraumes (S 2) abgedichtet eintaucht.

3. Druckzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federn (9, 10) das Ventilglied (6) des Leckagesicherheitsventils (4) normal in der Offenstellung halten.

4. Druckzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeitszylinderraum (A 1) und Steuerzylinderraum (S2) mit gleichem Druck beaufschlagbar sind.

5. Parallelschaltung mehrerer Druckzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Steuerzylinderräume (S 2) miteinander verbunden sind.