DE2607190A1

DE2607190A1 - Verfahren zum kuehlen eines hydraulischen schwingungserregers

Info

Publication number: DE2607190A1
Application number: DE19762607190
Authority: DE
Inventors: Udo Carle
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag Menck GmbH
Priority date: 1976-02-23
Filing date: 1976-02-23
Publication date: 1977-08-25
Also published as: US4240326A; ZA77619B; JPS52103007A; GB1543893A; DE2607190B2; DE2607190C3; CH602198A5; CA1060310A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König - Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · oooo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 7B · Telefon 432732

20. Februar 1976 30 430 K

KOEHRING GMBH - BOMAG DIVISION, 5407 Boppard/Rhein,

Hellerwald

"Verfahren zum Kühlen eines hydraulischen Schwingungs erregers"

Zusatz zu Patentanmeldung P 22 31 *106₀4

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Kühlen eines hydraulischen Schwingungserregers für Vibrationsverdichter mit einem in einem Zylinder hin- und hergehend bewegten Kolben und/oder einem auf dem Kolben hin- und hergehend bewegten Zylinder, einer den Zylinder mit einer Druckquelle verbindenden Druckleitung und einer zwischen dem Kolben und der Druckquelle hin- und hergehenden Flüssigkeitssäule oder einer stetig in eine Richtung fördernden Druckpumpe mit einem mit der gewünschten Schwingungszahl bewegten, zwischen die Druckpumpe und dem Zylinder geschalteten Steuerventil nach Patentanmeldung P 22 31 106.4«,

Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Schwingungserreger läßt sich insbesondere bei längeren Betriebszeiten das Auftreten undichter Stellen zwischen den gleitenden Teilen, selbst wenn diese sorgfältig abgedichtet sind, nicht vermeiden. Derartige Undichtigkeiten haben zur Folge, daß sich der Schwingungsbereich des Kolbens innerhalb des Zylinders verlagert, so daß ein einwandfreies Arbeiten des Schwingungserregers nicht mehr gewährleistet ist. Außerdem erwärmt sich die Druckflüssigkeit infolge der Reibung zwischen Kolben und Zylinder insbesondere bei großen Schwing-

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geschwindigkeiten und Leistungsabgaben erheblich. Das Druckmittel selbst vermag jedoch, da es sich in einem Kreislauf zwischen Kolben und Druckquelle bewegt, diese Wärme nicht in dem notwendigen Maß abzuführen. Eine ausreichende Wärmeabfuhr durch Konvektion und durch Strahlung an benachbarte Bauteile mit geringerer Temperatur ist insbesondere bei solchen Geräten nicht gegeben, die zum Verdichten bituminöser Materialien im Straßenbau dienen und dabei dem Einfluß von Materialtemperaturen von über 100 C unterworfen sind. Während die Druckquelle wegen ihrer baulichen Trennung vom Arbeitsteil unter normalen Temperaturen arbeitet, können die Betriebstemperaturen im Arbeitsteil unzulässig hohe Werte erreichen, ohne daß ein Temperaturausgleich möglich ist. Die steigende Erwärmung der Druckflüssigkeit bewirkt zudem einen stärkeren Verschleiß der Zylinderdichtungen und somit eine Zunahme der Leckmengen, die ihrerseits ein unerwünschtes Wandern des Kolbens hervorruft₀ Schließlich verschlechtern sich auch die Schmierverhältnisse zwischen den gleitenden Teilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den hydraulischen Schwingungserreger nach der Hauptanmeldung ein Kühlverfahren zu schaffen, bei dem im Betrieb auch bei ungünstigen äußeren Arbeitsbedingungen unzulässig hohe Temperaturen im Zylinder nicht auftreten und deren nachteilige Folgen in der zuvor aufgezeigten Weise vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Zylinderraum eine bestimmte Menge Druckflüssigkeit entzogen und eine gleich große Menge kühler Druckflüssigkeit zugeführt wird«, Der Schwingungserreger ist dazu erfindungsgemäß derart beschaffen, daß sich von den Stirnseiten des Kolbens bis zum Kolbenmantel mindestens je ein Kanal erstreckt, dessen Austrittsöffnung am Kolbenmantel im Ver-

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laufe der Kolbenbewegung mit einer die Zylinderwandung durchsetzenden, über eine Speiseleitung mit einem Spülsystem bzw. Druckmittelbehälter verbundenen Öffnung fluchtete Diese Ausbildung des Schwingungserregers ermöglicht es, gezielt festzulegen, wann bzw. bei welcher Stellung des Kolbens im Zylinder die druckmittelbeaufschlagten Zylinderräume mit einem Spülsystem verbunden werden, über das sich eine bestimmte Menge Druckflüssigkeit hoher Temperatur aus dem Zylinder abführen und durch eine entsprechende Menge Kühlflüssigkeit ersetzen läßt. Die abzuführende Flüssigkeitsmenge wird gemäß der Erfindung so bemessen, daß im Zylinder stets eine gleichbleibende Temperatur herrscht; im Regelfall entspricht sie der Temperatur der Druckquelle. Auf diese Weise ist ein unzulässig hohes Erwärmen des Schwingungserregers mit Sicherheit ausgeschaltet.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung mündet jeder von ein und derselben Stirnseite des Kolbens ausgehende Kanal in eine Ringnut des Kolbens. Die Anordnung von Ringnuten bietet den Vorteil, daß die Verbindung zwischen einem Kanal und der diesem zugeordneten, zur Speiseleitung führenden Durchlaßöffnung im Zylinder lediglich von der Lage des Kolbens in axialer Richtung, nicht aber auch von dessen radialer Stellung im Zylinder abhängig ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungserregers besteht darin, daß zwischen dem Kolben und dem Zylinder mindestens eine mit einer öffnung versehene Hülse axial verschiebbar gelagert ist, und daß entweder die öffnung der Hülse zur Hülsenaußenseite in eine axiale Nut oder die öffnung des Zylinders zur Zylinderinnenseite in eine axial verlaufende Nut übergeht. Durch Verschieben und/oder Verdrehen der zwischengeschalteten Hülse läßt sich die Kolbenschwingmitte relativ zum Zylinder verlagern und/oder das Fluchten zwischen den Kanälen des KoI-

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bens und den Öffnungen des Zylinders zeitlich verschieben,, Eine die Steuerungsmöglichkeiten erweiternde Variante ergibt sich erfindungsgemäß dann, wenn statt einer einzigen Hülse zwei voneinander unabhängige Hülsen benutzt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung befinden sich in der Speiseleitung Steuer- und/oder Regelgeräte wie Drossel- und/oder Absperrorgane zum zeit- und/oder mengenabhängigen Zu- oder Abführen des Druckmittels. Diese Regelgeräte werden durch vom Zylinder und/oder Kolben selbst gesteuerte und/oder fremde Impulse bei jedem Hub oder jeweils nach mehreren Hüben betätigt und lösen dadurch das Abspritzen einer gewissen -Menge erwärmter Druckflüssigkeit aus. Allen Varianten ist gemeinsam, daß die im Verhältnis zum Arbeitsvolumen geringe abgeführte Flüssigkeitsmenge entweder auf der Druckerzeugerseite oder im Arbeitskreis selbst stetig ergänzt wird, um den Austauschzyklus zu vollenden und das eingangs beschriebene Wandern zu vermeiden. Das geschieht vorzugsweise durch eine aus einer Speisepumpe und einem Ventilsystem bestehende, an sich bekannte Speisevorrichtung, die den pulsierenden Flüssigkeitsstrom an geeigneter Stelle in dem Augenblick beschickt, wenn der Druck ein gewisses Niveau unterschritten hat„

Anhand der beigefügten Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt sind, wird die Erfindung nachfolgend des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schwingungserreger mit doppelseitig beaufschlagtem, radial unverschiebbarem Kolben,

Fig. 2 einen Schwingungserreger mit doppelseitig beaufschlagtem, radial bewegtem Kolben,

Fig. 3 einen Schwingungserreger mit einer zwischen dem Zylinder und dem Kolben axial verschiebbaren Hülse,

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Fig. 4 einen Schwingungserreger mit zwei zwischen dem Zylinder und dem Kolben axial verschiebbaren Hülsen,

Fig_o 5 einen Schwingungserreger mit einseitig beaufschlagtem, radial unverschiebbarem Kolben,

Fig., 6 einen Schwingungserreger mit einseitig beaufschlagtem Kolben und einer zwischen dem Zylinder und dem Kolben axial verschiebbaren Hülse,

Fig., 7 einen Schwingungserreger mit einseitig beaufschlagtem Kolben und impulsgesteuertem Ventil und

Fig« 8 einen als Schwenkmotor ausgebildeten Schwingungserreger.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in einem Zylinder 1 ein Kolben 11 längsbeweglich, jedoch mittels nicht dargestellter Führungsteile radial fixiert angeordnet. Der linke Zylinderraum 18 ist über eine Leitung 9_t der rechte Zylinderraum 19 über eine Leitung 10 mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden, die den für die Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 erforderlichen Flüssigkeitsstrom erzeugt. Durch stufenloses Regeln des Flüssigkeitsstromes in der Druckquelle kann der Kolben 11 Hübe von Null bis zu dem dem Flüssigkeitsstrom entsprechenden Scheitelwert ausführen. Die an den Dichtungsstellen zwischen dem Zylinder 1 und den Kolbenstangen 12 und 13 auftretenden Leckagen würden, da sie in der Praxis nie die gleiche Größe besitzen, zusammen mit weiteren inneren Leckagen zwischen dem Kolben 11 und dem Zylinder 1 zu einem schrittweisen Wandern des Kolbens 11 führen. Um dies zu vermeiden und um zusätzlich einen unerwünschten Temperaturanstieg im Zylinder zu verhindern, besitzt der Kolben 11 zwei Kanäle 14, 15 und 16, 17«, Die Kanäle 15 und 17 münden an der Zylinderwandung 2, die ihrerseits vorzugsweise im mittleren Bereich über Öffnungen 3 und 4 verfügt. Die Öffnungen 3 und 4 ste-

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hen über Drossel- und/oder Absperrorgane 7 und 8 sowie über Leitungen 5 und 6 mit einem nicht dargestellten Tank der nicht dargestellten Druckquelle in Verbindung. Bewegt sich der Kolben beispielsweise von links nach rechts, dann wird im Moment des Fluchtens des Kanals 15 mit der Öffnung 3 eine dem im Zylinderraum 18 herrschenden Druck entsprechende Menge erwärmter Flüssigkeit zum Tank abgeführte Dadurch wird die Kolbenbewegung etwas verzögert und zugleich die Flüssigkeitssäule im Zylinderraum 19 bis zur Druckquelle entspannt, so daß durch die eingangs genannte Speise- bzw. Nachsäugvorrichtung das infolge des Ausspülens aus dem Zylinderraum 18 auch dem Zylinderraum 19 verlorengegangene Volumen durch frische Flüssigkeit ausgeglichen wird. Das gleiche wiederholt sich bei der Umkehr der Kolbenbewegung in umgekehrter Reihenfolge.

Tritt nun zu dem wechselseitigen Spülen noch das eingangs erwähnte Wandern des Kolbens infolge unterschiedlicher Leckagen, dann verlagert sich die Schwingungsmitte des Kolbens 11 von den Durchlaßöffnungen 3 und 4 zu der Seite der größten Leckage. Da der Kolben aufgrund der Charakteristik der Druckquelle sinusförmig bzw. annähernd sinusförmig schwingt, herrscht in diesem Fall beim Überdecken der Bohrungen in Kolben und Zylinder auf der Seite des infolge Leckwanderung vergrößerten Zylinderraums ein höherer Druck als bei entgegengesetzter Hubbewegung. Dadurch wird auf der Seite des vergrößerten Zylinderraums eine größere Spülflüssigkeitsmenge als auf der Gegenseite abgeführt und somit das Gleichgewicht selbsttätig wieder hergestellt, d.h. das Wandern des Kolbens wird gestoppt. Die Drosselorgane 7 und 8 dienen zum Regulieren bzw. Absperren der Spülflüssigkeitsmenge vorzugsweise in der Anfahrphase, um beispielsweise schnell die optimale Betriebstemperatur zu erreichen.

Die in Fig₀ 2 dargestellte Ausführung stellt eine Erweite-

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rung des erfindungsgemäßen Spülsystems nach Figo 1 dar. Um auf die radiale Festlegung zwischen dem Kolben 11 und dem Zylinder 1 verzichten zu können, münden die Kanäle 14 und 16 in je eine im Kolben 11 befindliche Ringnut 20 bzw«, 21. Diese Ringnuten 20, 21 korrespondieren bei entsprechender Kolbenstellung mit den beiden gleichseitig vom Zylinder 1 abgehenden Leitungen 5 und 6.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 befindet sich zwischen der Zylinderwandung 2 und dem Kolben 11 zusätzlich eine zylindrische Hülse 22 mit Durchlaßöffnungen 23 und 24. Diese Hülse 22 dient außer als Gleitführung für den Kolben 11 als Dreh- und/oder Längsschieber zum Verlagern der Steuerkanten zwischen dem Kanal 15 bzw. 17 und der Durchlaßöffnung 23 bzw. 24_β Durch Verschieben und/oder Verdrehen der Hülse 22 mittels nicht dargestellter, aber bekannter Betätigungsmechanismen läßt sich somit die Kolbenschwingmitte relativ zum Zylinder 1 einstellen und/oder eine zeitliche Verschiebung der Überdeckungen der kommunizierenden Öffnungen erreichen. Den in der Zylinderwandung 2 befindlichen Öffnungen 3 und 4 ist jeweils eine Kammer 29, 30 zum Sammeln der ausgespülten Flüssigkeit vorgeschaltet. Der zwischen der Hülse 22 und dem Kolben 11 befindliche Zylinderraum 27 ist mit dem zwischen der Hülse 22 und der Zylinderwandung 2 des Zylinders 1 befindlichen Zylinderraum 28 über Öffnungen 25 und 26 verbunden.

In Fig. 4 ist in Anlehnung an die Ausführung gemäß Fig. 3 ein Spülsystem dargestellt, das statt einer einzigen zwei Hülsen 31 und 32 aufweist» Diese Hülsen 31, 32 lassen sich entweder für sich allein oder gemeinsam verstellen, um die auszutauschende Flüssigkeitsmenge, die Schwingungsweite des Kolbens 11 und die Schwingungsnullage beeinflussen zu können. Durch entsprechendes Verstellen der Hülsen 31> 32 läßt sich erreichen, daß der Flüssigkeitsaustausch entweder in Nähe der Schwingungsnullage erfolgt - analog zu den

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Ausführungsbeispielen gemäß Fig_o 1, 2 und 3 - oder für beide Kolbenseiten in Nähe ihrer Totlagen, womit sich auch die effektive Schwingweite verändert. Die zwischen den Hülsen 31, 32 beim Verschieben entstehende Kammer 33 steht über eine oder mehrere Öffnungen 34 mit dem Tank in Verbindung ο Es können auch hier analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in den Leitungen 5 und 6 hinter den Öffnungen 3, 4 Drosselorgane angeordnet sein. Ebenso können sich in dem Kolben 11 statt der Kanäle 15, 17 Ringnuten befinden, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Fall ist₀ Analog zu Fig„ 3 ist den Öffnungen 3 und 4 jeweils eine Kammer 29 bzw. 30 zum Sammeln der ausgespülten Flüssigkeit vorgeschaltet.

In Fig. 5 ist ein hydraulischer Schwingungserreger mit einseitig beaufschlagtem Kolben 36 dargestellt. Dieser Kolben 36 ist in einem Zylinder 35 längsbeweglich, jedoch mittels nicht dargestellter Führungsteile radial fixiert angeordnete Der Zylinderraum 41 ist über eine Leitung 42 mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden, die den Kolben 36 und/oder den Zylinder 35 in eine hin- und hergehende Bewegung versetzt. Der Kolben 36 ist mit zwei sich radial gegenüberliegenden Kanälen 37» 38 und 39, 40 versehen. In der Wandung des Zylinders 35 befinden sich zwei Öffnungen 43 und 44_O Die öffnung 44 steht über eine mit einem Drossel- bzw. Absperrorgan 46 versehene Leitung 45 mit einem Tank in Verbindung,, Die auf der Gegenseite befindliohe Durchlaßöffnung 43 ist über eine Speiseleitung 47 mit einer nicht dargestellten und an sich bekannten Speisevorrichtung verbunden.

Bewegt sich der Kolben 36 beispielsweise von links nach rechts, dann wird im Moment des Fluchtens des Kanals 40 und mit der Öffnung 44 eine gewisse Menge Flüssigkeit infolge des über dem Kolben 36 herrschenden Arbeitsdruckes aus dem Zylinderraum 41 abgeführt. Um das fehlende Volumen

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einschließlich der normalen Leckverluste zwischen dem Kolben 36 und dem Zylinder 35 wieder auszugleichen, wird über die Speiseleitung 47 frische Flüssigkeit zugeführt, und zwar in dem Augenblick der Bewegungsphase, in dem der Arbeitsdruck ein gewisses Niveau unterschreitet, insbesondere wenn sich der Kolben 36 in der Nähe der rechten Totlage befindet und der Arbeitsdruck naturgemäß stark abfällt. Die Kanäle 38 und 40 sowie die Durchlaßöffnungen 43 und 44 sind hinsichtlich ihrer Lage und Größe so aufeinander abgestimmt, daß ein selbstregelnder Mengenausgleich zwischen ab- und zugeführter Flüssigkeitsmenge stattfindet, so daß sich für den Kolben 36 stets ein definierter Schwingbereich ergibt.

Das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Fig„ 5 dadurch, daß zwischen dem Zylinder 35 und dem Kolben 36 eine Hülse 48 angeordnet ist. Mittels der Hülse 48 lassen sich die Überdeckungen an den kommunizierenden Kanälen und Öffnungen ändern, so daß eine Größenveränderung der freien Querschnitte und/oder ein Verschieben der Steuerzeiten möglich ist. Dies erlaubt es, den Schwingungsbereich des Kolbens 36 und darüber hinaus die auszutauschende Flüssigkeitsmenge einzustellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Kolben 36 mit Ringnuten versehen sein, um die radiale Fixierung zwischen dem Kolben 36 und denjzylinder 35 zu erübrigen. Schließlich können statt der einen Hülse 48 auch zwei Hülsen vorgesehen sein, wie dies bereits im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 beschrieben worden ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist ein Kolben 50 in einem Zylinder 51 längsbeweglich geführte Der Zylinderraum 51 wird über eine Leitung 52 von einer nicht dargestellten Druckquelle mit Druckflüssigkeit beschickt. Die

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Leitung 52 ist über eine Leitung 53 mit einem Absperrventil 54 verbunden, von dem eine Leitung 55 zu einem Tank führt. Das Absperrventil 54 ist beispielsweise mit einem Magnetschalter 56 gekoppelt, der bewirkt, daß dem Zylinderraum 51 in gewissen Zeitabständen eine bestimmte Flüssigkeitsmenge entzogen wird. Das Nachladen frischer Flüssigkeit zur Erhaltung des gewählten Kolbenhubs erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise über ein bekanntes Speisesystem, wobei die Einspeisung an der Druckquelle selbst auf dem Wege zum Zylinder 49 oder direkt in den Zylinder 49 erfolgen kann. Dieses Prinzip läßt sich selbstverständlich auch bei doppelseitig beaufschlagtem Arbeitszylinder anwenden.

Während die Schwingungserreger nach Fig. 1 bis 7 jeweils als Linearhubmotoren ausgebildet sind, ist in Fig₀ 8 ein als Schwenkmotor ausgebildeter erfindungsgemäßer Schwingungserreger dargestellt. Dieser Schwenkmotor besitzt ein Gehäuse 51 und einen auf einer Welle 58 befestigten Schwenkkolben 59. Der Schwenkkolben 59 wird in der gleichen Weise wie der Kolben der Linearhubmotoren mit Druckflüssigkeit beaufschlagte Die Beaufschlagung erfolgt an zwei Seiten in Druckkammern 60 und 61, die über Leitungen 9 und 10 mit einer nicht dargestellten Druckquelle verbunden sind. Im übrigen besitzt dieser Schwenkmotor die mit denselben Bezugszeichen versehenen Zu- und Ableitungen wie die zuvor beschriebenen Linearhubmotoren,

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Leerseite

Claims

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Patentansprüche;

ο Verfahren zinn Kühlen hydraulischer Schwingungserreger für Vibrationsverdichter mit einem in einem Zylinder hin- und hergehend bewegten Kolben und/oder einem auf dem Kolben hin- und hergehend bewegten Zylinder, einer den Zylinder mit einer Druckquelle verbindenden Druckleitung und einer zwischen dem Kolben und der Druckquelle hin- und hergehenden Flüssigkeitssäule oder einer stetig in einer Richtung fördernden Druckpumpe mit einem mit der gewünschten Schwingungszahl bewegten, zwischen die Druckpumpe und den Zylinder geschalteten Steuerventil, nach Patentanmeldung P 22 31 106.4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zylinderraum eine bestimmte Menge erwärmter Druckflüssigkeit entzogen und eine gleich große Menge kühler Druckflüssigkeit zugeführt wird,,

2„ Schwingungserreger mit einer Kühlung nach dem Verfahren des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet daß sich von den Stirnseiten des Kolbens (11) bis zum Kolbenmantel mindestens je ein Kanal (14, 15» 16, 17) erstreckt, dessen Austrittsöffnung am Kolbenmantel im Verlaufe der Kolbenbewegung mit einer die Zylinderwandung (1) durchsetzenden, über eine Speiseleitung (5» 6) mit einem Druckmittelbehälter verbundenen Öffnung (3» 4) fluchtet«,

3. Schwingungserreger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle von ein und derselben Stirnseite des Kolbens (11) ausgehenden Kanäle (14, 16) in eine Ringnut (20, 21) des Kolbens (11) münden.

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4_β Schwingungserreger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Kolben (11) und dem Zylinder (1) mindestens eine mit einer Mantelwandöffnung (23, 24) versehene Hülse (22, 31, 32) axial verschiebbar gelagert ist, und daß entweder die Mantelwandöffnung (23, 24) jeder Hülse (22, 31, 32) zur Hülsenaußenseite in eine axial verlaufende Nut oder die Durchlaßöffnung (3, 4) des Zylinders (1) zur Zylinderinnenseite in eine axial verlaufende Nut (29, 30) übergeht.

5. Schwingungserreger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß in der Speiseleitung (5, 6) Steuer- .und/oder Regelvorrichtungen angeordnet sind.

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