DE2657831B2 - Hydraulischer Teleskopkolbenantrieb für Hubvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Teleskopkolbenantricb für Hubvorrichtungen, bestehend aus einem Zylinder und drei ineinanderverschiebbaren Teleskopkolben, von denen der äußere den Innenraum des Zylinders — ebenso wie der mittlere den Innenraum des Siilteren Ί elcskopkolbens — mittels eines vorspringenden ribgedichtctcn Bodenbundes in eine Zylinder- und in einen Ringraum unterteilt, wobei der des Zylinders mit der Zylinderkammer des pillieren Tuluskopkolbens und der Ringraum des äußeren Teleskopkolbens mit dem Innenraum des mittleren Teleskopkolbens verbunden ist und wobei im Kolbenboden des mittleren Teleskopkolbens ein in Richtung zur Zylinderkammer des äußeren Teleskops kolbens sperrendes Rückschlagventil vorgesehen ist Ein vergleichbarer hydraulischer Teleskopkolbenantrieb ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 1101964 beschrieben. Derartige hydraulische Teleskopkolbenantriebe sind als sogenannte Gleicblaufan- ο triebe bekannt und haben den Vorteil, daß sie unter allen Betriebsbedingungen kontinuierlich arbeiten und somit, wenn beispielsweise eine konstante Last mit konstanter Geschwindigkeit gehoben werden soll, trotz des Vorhandenseins mehrerer unterschiedlich großer KoI-

ben mit ständig gleicher ölmenge pro Sekunde arbeiten, so daß die einzelnen Stufen etwa gleichzeitig ihre Endstellung erreichen. Die Drücke in den einzelnen Kammern, die nicht in unmittelbarer Verbindung stehen, sind allerdings unterschiedlich und stufen sich, vom kleinsten zum größten Kolben hin betrachtet, etwa in den Verhältnissen 1,5 :1,5 :1. Bei dem hier in Rede stehenden dreistufigen Teleskopkolbenantrieb ergibt sich somit ein Gesamtdruckverhältnis von 1,5 mal 1,5 zu 1 gleich 2,25 zu 1. Auf dieses maximal auftretende Druckverhältnis hin muß die Wandstärke des kleinsten Kolbens berechnet sein. Wenn ein solcher dreistufiger hydraulischer Teleskopkolbenantrieb unter Last ausgefahren wird, was in der überwiegenden Zahl der Fälle zutrifft, dann tritt im kleinsten Kolben kein größerer als

μ der genannte 2,25-fache Überdruck auf.

Wird jedoch eirr derartiger dreistufiger hydraulischer Teleskopkolbenantrieb beim Neueinbau oder im Reparaturfall ohne Last ausgefahren, dann ist nicht ohne weiteres gewährleistet, daß die einzelnen Kolbenstufen vom größten zum kleinsten Kolben hin nacheinander bis zu ihrem eigenen Anschlag ausfahren. Es wurde in einigen Fällen beobachtet, daß — offensichtlich durch selbsttätig eingetretene Überlagerungen zwischen den Kolbenstufen bedingt — beim Ausfahren ohne Last zuerst der kleinste Kolben bis zu seinem oberen Anschlag ausfuhr. In einem solchen Fall baut sich jedoch ein weit größeres Gesamtdruckverhältnis auf als das oben angegebene von 2,25 zu 1, das bei unter Last ausfahrendem Teleskopkolbenantrieb im Normalfall

•»5 auftritt. Der Druckanstieg von Stufe zu Stufe ist bei dem erwähnten Sonderfall nicht mehr 1,5 zu 1, sondern 23 zu 1. Bei einem dreistufigen Teleskopkolbenantrieb ergibt sich somit ein Gesamtdruckverhältnis von 2,5 mal 2,5 zu I gleich 6,25 zu '. Die Wandstärken der kleinsten

so Kolbenstufe sind jedoch nicht unter Zugrundelegung eines derartig starken Druckanstiegs berechnet, so daß in den oben erwähnten wenigen Beobachtungsfällen eine bleibende Verformung der kleinsten Kolbenstufe eintrat, so daß diese nicht mehr in die nächstgrößere Kolbenstufe einschiebbar war. Die Teleskopkolbenantriebe hatten somit in den genannten Fällen ihre Funktionsfähigkeit vollkommen verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei hydraulischen Teleskopkolbenantrieben der eingangs erwähnten Art die Entstehung eines derart hohen schädlichen Gesamtdruekverhältnisses von 6,25 zu I zu verhindern. Den kleinsten Hohlkolben starkwandiger zu bemessen ist keine Lösung, da hierdurch die wirksame Fläche im kleinsten Hohlkolben noch weiter verringert und der in diesem auftretende Druck noch vergrößert wird, so daß sich noch ein ungünstigeres Gesamtdruckverhältnis als 6,25 zu 1 ergibt. Gelöst wird die Aufgabe nach der Erfindung dadurch.

daß zwischen der unter Druck setzbaren Zylinderkammer des Zylinders und der Ringkammer des Zylinders eine hydraulische Verbindung mittels eines Druckverhältnisventils hergestellt ist, das nur beim Oberschreiten eines eingestellten Druckverhältnisses öffnet und Hydraulikflüssigkeit von der Ringkammer in die Zylinderkammer fließen läßt, und/oder daß der Ventilverschlußkörper des Rückschlagventils im mittleren Teleskopkolben von einem durch den inneren Teleskopkolben kurz vor Erreichung seiner größten Ausfahrlänge verschiebbaren Anschlag abhebbar ist und Hydraulikflüssigkeit vom Innenraum des mittleren Teleskopkolbens in die Zylinderkammer des äußeren Teleskopkolbens fließen läßt.

Nach dem ersten Alternatiworschlag der erfindungsgemäßen Lösung ist somit ein Druckverhältnisventil vorgesehen, welches das normale Druckverhältnis von 1,5 zu 1 zwischen der ersten und der zweiten Stufe überwacht. Die konstruktive Ausbildung und Art der Anbringung des Druckverhältnisventils kann unterschiedlich sein, da es möglich ist, dieses Druckverhältnisventil unter gewissen Voraussetzungen auch ^:nnen fcn Zylinder einzubauen oder auch außerhalb desselben anzubringen, wenn die Voraussetzung einer absolut leckölfreien Abdichtung des Steuerkolbens des Druckverhältnisventils nicht erreibar ist.

Wenn bei unbelastetem Ausfahren des hydraulischen Teleskopkolbenantriebs die kleinste Kolbenstufe vorzeitig gegen ihren oberen Anschlag anstößt, so verändert sich das Druckverhältnis je nach Belastung stufenlos zu dem oben erwähnten ungünstigeren Druckverhältnis hin, wobei das Druckverhältnisventil beim Oberschreiten eines gewählten Verhältnisses, welches aus Sicherheitsgründen leicht über dem normalen Betriebsdruckverhältnis liegt, anspricht und Hydraulikflüssigkeit aus der Ringkammer in den Kolbenraum des Zylinders fließen läßt. Die Folge hiervon ist, daß sich nicht die kleinste, sondern die größte Stufe nach oben bewegt, ohne daß die mittleren Stufen ihr Hi'bniveau verändern. Ist die größte Stufe soweit ausgefahren, daß sie gegen ihren oberen Anschlag anliegt, so wird das Druckverhältnis von dieser Stufe zu der nächstkleineren 1 zu 1 und es besteht in den meisten Fällen dann keine Gefahr mehr, daß die kleineren Stufen durch einen zu hohen inneren Druck ausbeulen. Die besagte Maßnahme bewirkt also, daß zwischen der ersten und zweiten Stufe die schädliche Verhältniszahl von 2,5 zu 1 verhindert und die übliche Verhältniszahl von 1,5 zu 1 beibehalten wird. Selbst wenn dann von der zwei'en zur dritten Stufe sich die schädliche Verhältniszahl von 2,5 zu 1 einstellen sollte, baut sich kein Gesamtdruck"erhältnis mehr von 6,25 zu 1 auf. Der gewünschte erfindungsgemäße Zweck ist damit annähernd erreicht.

Mit der zweite·.! Alternativmaßnahme nach der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Rückschlagventil zwischen der kleinsten und der nächstgrößeren Stufe vorgesehen, das sich kurz vor Erreichung der größten Ausfahrlänge des inneren Teleskopkolben — also der kleinsten Stufe — infolge Auftreffens des VentilverschluBkörpers gegen einen entsprechend bemessenen Anschlag öffnet und Hydraulikflüssigkeit von dem Innenraum des mittleren Teleskopkolbens in die Zylinderkammer des äußeren Teleskopkolbens fließen läßt. Hierdurch wird also zwischen der kleinsten und der h^r> nächstgrößeren Kolbcnstufc die schädliche Verhältniswahl von 2,5 zu I vermieden und die übliche Verhältniszahl von 1.5 zu i beibehalten, womit ebenfalls der schädliche Aufbau eines Gesamtdruckverhältnisses von 6,25 zu 1 vermieden wird. Für die Praxis reicht also die Alternative Verwendung eines der beiden Alterna tivvorschläge aus. Das theoretisch beste Ergebnis wird allerdings erzielt, wenn beide Maßnahmen zugleich angewendet werden, da dann zweimal die ungünstige Verhältniszahl von 2,5 zu 1 vermieden und zweimal die günstige Verhältniszahl von 1,5 zu 1 beibehalten wird.

Der zweite Alternatiworschlag kann konstruktiv unterschiedlich verwirklicht werden. Eine erste Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, daß der Verschlußkörper des Rückschlagventils mit fiiner in einer zentralen Innenbohrung des inneren Teleskopkolbens verschiebbar geführten Stange verbunden ist, deren anderes verbreitertes Ende am inneren Teleskopkolben anschlägt und mitgezogen wird.

Die zweite vorteilhafte vorgeschlagene Ausführungsform des zweiten Alternatiworschlags der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß der Ventilverschlußkörper des Rückschlagventils mit einem Fortsatz verbunden ist, der mit seinem verbreiterten Ende eine Durchrechnung einer im Innenraum des mittleren Teleskopkolbens geringfügig verschiebbar geführten Hülse hintergreift, welche kurz vor Erreichung der größten Ausfahrlänge des inneren Teleskopkolbens an diesem anschlägt und von diesem zusammen mit dem Fortsatz mitgezogen wird.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung fünf unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen ersten Alternatiworschlag, bei welcher zwischen der größten und der nächstkleineren Kolbenstufe durch Einbau eines Druckverhältnisventils die Entstehung der schädlichen Druckverhältniszahl von 2,5 zu 1 vermieden wird,

F i g. 2 eine erste Variante des zweiten Alternativvorschlags bei welcher zwischen der kleinsten und der nächstgrößeren Kolbenstufe infolge eines aufgezogenen Rückschlagventils die Entstehung des schädlichen Überdruckverhältnisses von 2,5 zu 1 verhindert wird,

F i g. 3 die zweite Variante der zweiten Alternative des Lösungsvorschlags,

Fig.4 eine konstruktive Verknüpfung der Gegenstände der F i g. 1 und 2,

F i g. 5 eine konstruktive Verknüpfung der Gegenstände der F i g. 1 und 3 und

F i g. 6 das Druckverhältnisventil in einer vergrößerten Längsschnittdarstellung.

Der in F i g. 1 dargestellte hydraulische Teleskopkolbenantrieb umfaßt den Zylinder 1 mit dem Boden 2 und einer darin befindlichen Öffnung 3 zum Anschluß an eine Öldruckleitung. Im Zylinder 1 ist der äußer; Teleskopkolben 4 mit dem Boden 5 verschiebbar angeo.ünet, dessen Mantel gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinderrohres 1 um ein bestimmtes Maß kleiner ist, so daß durch den in Höhe des Bodens 5 vorspringenden abgedichteten Bodenbundes eine Ringkammer 6 entsteht, während der Boden 5 mit dem Zylinder 1 die Zylinderkammer 7 einschließt. Im Innenraum des Teleskopkolbens 4 ist ein weiterer Teleskopkolben 8 mit Boden II verschiebbar angeordnet. Die im Teleskopkolben 4 unter dem Teleskopkolben 8 befindliche Zylinderkammer 9 steht mit der Ringkammer 6 durch die Verbindungskanäle 10 in unmittelbarer Verbindung.

Im hohlen mittleren Teleskopkolben 8 ist ein weiterer innerer Teleskopkolben 12 mit Bodenbund 16 angeordnet, wobei wiederum die unter dem Kolben 12

befindliche Kammer 13 bzw. der gesamte Innenraum des mittleren Teleskopkolbens 8 durch die Verbindungskanäle 15 in unmittelbarer Verbindung mit der Ringkammer 14 des äußeren Teleskopkolbens 4 steht.

Der bund 16 an dem Kolben 12 dienit lediglich als Anschlag zur Begrenzung des Hubes diese:; Kolbens.

Wird Drucköl in die Zylinderkammer 7 gepreßt, so wird der Kolben 4 ausfahren. Dabei verringert sich das Volumen der Ringkammer 6 und das in ihr enthaltene öl wird durch die Kanäle 10 in die Kammer 9 gedrängt, so daß auch der Teleskopkolben 8 aus dem Teleskopkolben 4 ausgefahren wird. Hierdurch wird wiederum das Volumen von der Ringkammer 14 verringert und das in ihr befindliche öl wird somit durch die Kanäle 15 in die Kammer 13 gedrängt, so daß auch der Kolben 12 aus dem Teleskopkolben 8 ausfährt.

Die Berechnung der Ring- und Kolbenfläche ist einfach und wird in der Regel so durchgeführt, daß sämtliche Kolben wenigstens annähernd gleichzeitig in ihrer Endstellung anlangen. Bedingt durch die unterschiedlichen Flächen von Kolben 4 zu Kolben 8 zu Kolben 12 ist der Druck in den Kammern 6 und 9 größer als in dem Druckraum 7 und in den Kammern 13 und 14 größer als in den Kammern 6 und 9, wenn die Kolben mit einer Last beaufschlagt werden. Das Druckverhältnis zwischen den Kammern 6 und 9 zum Druckraum 7 verhält sich in den meisten Fällen etwa wie 1,5 zu 1. Das gleiche Verhältnis stellt sich auch zwischen den Kammern 13 und 14 zu den Kammern 6 und 9 ein, was ein gesamtes Druckverhältnis von 1,5 mal 1,5 zu 1 gleich 2,25 zu 1 ergibt.

Wenn nun unvorhergesehen und unbeabsichtigt öl aus der Kammer 7 in die Kammer 9 und von dort in den Innenraum 13 wandert, was dadurch geschehen kann, daß der Pumpenförderstrom zu schnell abgebrochen wird und die Kolben 8 und 12 infolge ihrer in Bewegung befindlichen Masse noch ein Stück nachlaufen und dabei über die Rückschlagventile mit Ventilverschlußkörpern 17 und 18 etwas öl nachsaugen, kommt es zum vorzeitigen und ungewollten Anschlagen des Kolbens 12 wodurch das System blockiert wird und die Kolben 8 und 4 ihren restlichen Hub nicht ausfahren können.

Solche Erscheinungen sind nicht nur unerwünscht, sondern bringen auch die Kolben 8 und 4 insofern in Gefahr, als sich dann die Druckverhältnisse zu ungünstigeren Werten als oben geschildert steigern. Die Druckverhältnisse betragen dann von Kammer 6 und 9 zu Druckraum 7 und von Kammer 13 und 14 zu den Kammern 6 jnd 9 etwa 23 zu 1, so daß das Gesamtdruckverhältnis 2,5 mal 2,5 zu 1 gleich 6,25 zu 1 beträgt.

Das Druckverhältnisventil 34, das in F i g, 6 vergrößert dargestellt ist, verhindert ein Ansteigen des Druckverhältnisses beim vorzeitigen Anschlagen des Kolbens 12 insofern, als es dann öl aus der Kammer 6 in den Druckraum 7 ablaufen läßt, wodurch der Teleskopkolben 4 weiter ausfahren kann, ohne daß der Teleskopkolben 8 und der Kolben 12 ihr Hubniveau verändern. Hierdurch wird eine Überlastung der Teleskopkolben 4 und 8 vermieden.

Bei den in den Fig.2 und 3 dargestellten Ausführungsformen, die nach dem zweiten Alternatiworschlag arbeiten, ist der Mechanismus etwas anders.

Bei der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem inneren und dem mittleren Teleskopkolben 12, 8 ein Rückschlagventil angeordnet, dessen Verschlußkörper 18 mit einer in einer zentralen Innenbohrung 35 des inneren Teleskopkolbens 12 verschiebbar geführten Stange 20 verbunden ist, deren anderes verbreitertes Ende 36 kurz vor Erreichung der größten Ausfahrlänge des inneren Teleskopkolbens 12 an diesem an dem Ring 21 anschlägt und mitgezogen wird. Dadurch kann Öl aus der Kammer 13 in die

to Kammer 9 fließen. Durch diese Maßnahme kann der Teleskopkolben 8 seinen vollen Hub ausfahren, wobei er den Kolben 12 mitnimmt, so daß der Kolben 12 sein Hubniveau verändert.

Bei der in Fig. 3 dargestellten von der Fig. 2

]■> geringfügig abgewandelten Ausführungsform besteht der Unterschied hinsichtlich des Verschlußkörpers 18' des Rückschlagventils lediglich darin, daß der Verschlußkörper 18' hier mit dem Fortsatz 20' verbunden ist, der mit seinem inderen verbreiterten Ende 36' eine Durchbrechung 37 einer im Innenraum 13 des mittleren Teleskopkolbens 8 geringfügig verschiebbar geführten Hülse 23 hintergreift, welche kurz vor Erreichung der größten Ausfahrlänge des inneren Teleskopkolbens 12 an diesem anschlägt und von diesem zusammen mit dem

2-) gleichfalls kurz danach mitgenommenen Fortsatz 20' mitgezogen wird.

Die in den Fig.4 und 5 gezeigten kombinierten Ausführungsformen stellen Zusammenfassungen aus den in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtungen dar und

jo sind, da gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind, aus sich heraus verständlich. Die in den F i g. 4 und 5 gezeigten kombinierten Ausführungsformen haben den Vorteil, daß hier der schädliche Verhältnisfaktor von 2,5, der zwischen den Stufen

J5 zweimal auftreten könnte, zweimal vermieden wird, so daß also das theoretisch beste Ergebnis erzielt wird, das aber in der Praxis wegen des erhöhten baulichen Aufwandes nicht unbedingt immer angewandt werden dürfte.

Das in Fig. 6 vergrößert dargestellte Druckverhältnisventil 34 umfaßt die Kolbenstange 25 und den Kolben 27, dessen Querschnittsfläche so abgestimmt sind, daß sie etwas über dem Verhältnis zueinander stehen als das Druckverhältnis während des normalen Betriebs. Dies gilt für den Zustand, wo kein Kolben gegen seinen oberen Anschlag angefahren ist. Schlägt jedoch der Kolben 12 vorzeitig mit seinem Bund 16 gegen die Anschlagfläche 19 an, so verändert sich das Druckverhältnis und der Druck in der Ringkammer 6 steigt gegenüber dem Druck in der Zylinderkammer 7 sticker an, wodurch die Kraft, die auf die Fläche 28 der Kolbenstange 25 wirkt, größer wird als die Kraft, die auf die Fläche 29 einschließlich der Federkraft Kraft ausübt und der Druckverhältnissteuerkolben 27 verschiebt sich in axialer Richtung zur Feder 30 hin, wobei diese zusammengedrückt wird. Die Dichtkante 31 hebt von ihrem Sitz 26 ab und läßt öl vom Durchgang 32 in den Durchgang 33 abfließen. Bei normalem Betrieb liegt das Druckverhältnis etwas niedriger als das Flächenverhältnis des Druckverhältnissteuerkolbens 27 und die Kraft die auf die Fläche 29 drückt ist größer als die Kraft die auf die Fläche 28 wirkt wodurch die Dichtkante 31 gegen ihren Sitz 26 gedrückt wird und kein öl vom Durchgang 32 in den Durchgang 33 abfließen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Hydraulischer Teleskopkolbenantrieb für Hubvorrichtungen, bestehend aus einem Zylinder und drei ineinanderverschiebbaren Teleskopkolben, von denen der äußere den Innenraum des Zylinders — ebenso wie der mittlere den Innenraum des äußeren Teleskopkolbens — mittels eines vorspringenden abgedichteten Bodenbundes in eine Zylinderkammer und in einen Ringraum unterteilt, wobei der Ringraum des Zylinders mit der Zylinderkammer des äußeren Teleskopkolbens und der Ringraum des äußeren Teleskopkolbens mit dem Innenraum des mittleren Teleskopkolbens verbunden ist und wobei im Kolbenboden des mittleren Teleskopkolbens ein in Richtung zur Zylinderkammer des äußeren Teleskopkolbens sperrendes Rückschlagventil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der unter Druck setzbaren Zylinderkammer (7) des Zylinders (1) und der Ringkammer (6) des Zylinders V!> eine hydraulische Verbindung mittels eines Druckverhältnisventils (34) hergestellt ist, das nur beim Überschreiten eines eingestellten Druckverhältnisses öffnet und Hydraulikflüssigkeit von der Ringkammer (6) in die Zylinderkammer (7) fließen läßt, und/oder daß der Ventilverschlußkörper (18, 18') des Rückschlagventils im mittleren Teleskopkolben (8) von einem durch den inneren Teleskopkolben (12) kurz vor Erreichung seiner größten Ausfahrlänge verschiebbaren Anschlag (21, 23) abhebbar ist und Hydraulikflüssigkeit vom Innenraum (13) des mittleren Teleskopkolbens (8) in die Zylinderkammer (9) d;s äußt.en Teleskopkolbens (4) fließen läßt.

2. Hydraulischer Teleskops Ibenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilverschlußkörper (18) des Rückschlagventils mit einer in einer zentralen Innenbohrung (35) des inneren Teleskopkolbens (12) verschiebbar geführten Stange (20) verbunden ist, deren anderes verbreitertes Ende (36) am inneren Teleskopkolben (12) anschlägt und mitgezogen wird.

3. Hydraulischer Teleskopkolbenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilverschlußkörper (18') des Rückschlagventils mit einem Fortsatz (20') verbunden ist, der mit seinem verbreiterten Ende (36') eine Durchbrechung (37) einer im Innenraum (13) des mittleren Teleskopkolbens (8) geringfügig verschiebbar geführten Hülse (23) hintergreift, welche kurz vor Erreichung der größten Ausfahrlänge des inneren Teleskopkolbens (12) an diesem anschlägt und von diesem zusammen mit dem Fortsatz (20') mitgezogen wird.