DE2754016A1

DE2754016A1 - Hydraulischer teleskop-hubzylinder

Info

Publication number: DE2754016A1
Application number: DE19772754016
Authority: DE
Inventors: Walter Mayer
Original assignee: MAYER FOERDERTECH WALTER
Current assignee: MAYER FOERDERTECH WALTER
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1977-12-05
Publication date: 1979-06-07
Also published as: FR2410755A1; CH634899A5; GB2009322A; AT358772B; ATA864178A; DE2754016C3; DE2754016B2; GB2009322B; FR2410755B1

Description

PATENTANWALT DR.-ING. KLAUS DURM KARLSRUHE FELIX-MOTTL-STRASSE 1 a TELEFON 590455 275 4 016

M 1713/77

24. November 1977

Walter Mayer Fördertechnik GmbH, Kraichtal

7527 Kraichtal - Oberacker
Brettener Strasse 20

Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder

Die Neuerung bezieht sich auf einen hydraulischen Teleskop-Hubzylinder mit einem Vollkolben und wenigstens einem Hohlkolben, in dessen Boden ein Rückschlagventil vorgesehen ist, welches einen vom Druckraum des Hubzylinders zum Innenraum des Hohlkolbens führenden Überströmkanal abschließt.

Die Neuerung findet Anwendung bei Teleskop-Hubzylindern mit einer beliebigen Anzahl von Teleskop-Stufen und sie eignet sich besonders für Teleskop-Gleichlauf-Hubzylinder zur Betätigung hydraulischer Aufzüge.

Bei Telskop-Hubzylindern sind Drucköl-Verluste unvermeidbar. Solche Verluste treten an den Dichtungen zwischen dem Hubzylinder und den Kolben der Aggregate auf; dabei tritt Drucköl entweder ins Freie oder es fließt Drucköl von einem Ringraum zwischen zwei Kolben in den Druckraum im Hubzylinder. Ein Drucköl-Verlust äußert sich darin, daß die betreffende Teleskopstufe nicht mehr voll ausgefahren wird, und

909823/0364

dient z.B. der Teleskop-Hubzylinder zum Antrieb eines Aufzuges, dann erreicht deshalb der Fahrkorb die oberste Haltestelle nicht mehr, die Fahrgäste können nicht mehr aussteigen und die Aufzugsanlage ist gestört.

Es ist bekannt, zum Ausgleich der Druckverluste in den einzelnen Teleskop-Stufen im Bereich der untersten Stellungen der Kolben in den Zylinderwänden Ringnuten anzubringen, mit deren Hilfe die Druckräume miteinander verbunden werden können, wenn die Kolben unter ihre eingefahrene Stellung hinweg noch weiter nach unten verschoben werden. In dieser Stellung kann dann Drucköl durch die Ringnuten z.B. aus dem Druckraum des Hubzylinders in den Ringraum zwischen den Kolben überströmen, wodurch die Drucköl-Verluste ausgeglichen werden. Um aber die Kolben in diese besondere Stellung zu verschieben, sind besondere Maßnahmen erforderlich, beispielsweise müssen hydraulische Aufzüge in kurzen zeitlichen Abständen regelmäßig von Hand in eine Drucköl-Ausgleich-Stellung gebracht werden, die unter der untersten eingefahrenen Stellung liegt. Dies bedeutet, daß der Aufzug jeweils über eine gewisse Zeit außer Betrieb gesetzt werden muß.

Des weiteren ist es bekannt, im Boden des bzw. der Hohlzylinder von Teleskop-Hubzylindern Rückschlagventile anzuordnen, deren Tätigkeit durch einen Stössel freigegeben wird. Die Freigabe erfolgt, wenn die Kolben wiederum in eine untere, besondere Stellung gefahren werden, in welcher der Stössel auf dem Boden des Hubzylinders bzw. des nächstgrößeren Hohlzylinders aufsteht. Auch hier erfolgt der unumgängliche Ausgleich von Drucköl-Verlusten nicht etwa laufend von selbst, sondern die mit Rückschlagventilen ausgestalteten Geräte bedürfen ebenfalls regelmäßiger, zeitaufwendiger Wartung.

909823/0364

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Neuerung, Maßnahmen vorzuschlagen, damit der Ausgleich von Drucköl-Verlusten während des Betriebes eines Teleskop-Hubzylinders fortwährend selbsttätig erfolgt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einem hydraulischen Teleskop-Hubzylinder der eingangs erwähnten Bauart ausgegangen und gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß im Boden des Hohlkolbens ein pilzförmig ausgebildeter, von einem Drosselkanal durchsetzter Differenzkolben vorgesehen ist, welcher in einem pilzförmigen Zylinderraum gleitet, dessen Ende in den Überströmkanal mündet, wobei der Kolbenfuß als Rückschlagventil im oberen Totpunkt des Differenzkolbens den Überströmkanal verschließt. Dieser als Rückschlagventil wirksame Differenzkolben wird in der Weise vom Druck des im Ringraum zwischen dem Hubzylinder und dem Hohlkolben befindlichen Drucköls selbsttätig gesteuert, daß immer dann Drucköl aus dem Druckraum des Hubzylinders mittels des Überströmkanals die Drucköl-Verluste ersetzt, wenn beim Einfahren der Vollkolben wegen Drucköl-Mangel seine unterste Stellung schon eingenommen hat, bevor der Einfahrvorgang des ganzen Aggregates beendet ist. Der Vollkolben sitzt dann auf dem Hohlkolben auf, was zur Folge hat, daß der Druck im Ringraum nahezu gegen Null geht. Da im Druckraum des Hubzylinders aber noch Druck herrscht, kann jetzt der Differenzkolben öffnen, sodaß Drucköl überströmt. Hydraulische Teleskop-Hubzylinder, welche mit der Neuerung ausgestattet sind, bedürfen bezüglich ihrer Drucköl-Verluste keinerlei Wartung.

In bevorzugter Ausgestaltung der Neuerung sind Rückschlagventil und Differenzkolben konstruktiv voneinander getrennt; hierzu sitzt über dem Differenzkolben im Ende des Zylinderraumes als Rückschlagventil eine Ventilkugel,und die Mündungen von Überströmkanal und Drosselkanal sind als Ventilsitze

909323/0364

M 1713/77 - 7 -

ausgebildet. Hierdurch gelingt es, die Dichtprobleme des Rückschlagventiles leicht zu beherrschen und den Differenzkolben unabhängig vom Rückschlagventil optimal zu dimensionieren.

Im Bereich des Bodens des Hohlkolbens kann ein den Hub des Differentialkolbens begrenzendes Sicherungselement angeordnet sein, dadurch werden Betriebsstörungen mit Sicherheit verhindert.

Vorteilhaft ist im Differenzkolben ein den Drosselkanal mit dem Zylinderkopfraum verbindender Nebenschlußkanal vorgesehen. Diese Maßnahme gewährleistet das Abheben der das Rückschlagventil bildenden Ventilkugel von ihrem Ventilsitz, der Mündung des Drosselkanals·

Um ein unerwünschtes Öffnen des Überströmkanals unter der Einwirkung dynamischer Belastungen des Teleskop-Hubzylinders zu vermeiden, wird der Differenzkolben mit Hilfe eines Federelementes in den Zylinderraum gedrückt. Als Federelement dient vorteilhaft ein luftleerer Raum unterhalb des Kolbenkopfes des Differenzkolbens, wozu der Differenzkolben sowohl an seinem Kolbenfuß wie an seinem Kolbenkopf zweckmäßig Ringdichtungen trägt.

Um das Einsetzen des Differenzkolbens in den Zylinderraum zu ermöglichen, ist dieser mit einer Entlüftungsbohrung versehen, welche nach erfolgtem Einsetzen dicht verschlossen

wird.

Es hat sich gezeigt, daß - wenn ein unerwünschtes Öffnen bzw. Schließen des Rückschlagventiles mit Sicherheit vermieden sein soll - die Querschnittsfläche des Kolbenkopfes diejenige des Kolbenfußes um wenigstens eine Größenordnung

909823/0364

überschreiten muß.

In weiterer Ausgestaltung der Neuerung ist im Differenzkolben ein selbsttätiges Einwegventil vorgesehen, das den Drosselkanal zum Innenraum des Hohlkolbens öffnet. Mit diesem Einwegventil läßt sich der Schließvorgang des Rückschlagventiles vorteilhaft beeinflussen.

Es ist konstruktiv sehr einfach, wenn als Einwegventil eine durch eine Druckfeder belastete Kugel dient, ebensogut kann aber auch ein handelsübliches, geeignetes Rückschlagventil Verwendung finden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Neuerung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, die im Folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt einen hydraulischen Teleskop-Gleichlauf-Hubzylinder in einem Längsschnitt·

In einem Hubzylinder 1 ist ein Hohlkolben 2 und in diesem wiederum ein Vollkolben 3 verschiebbar angeordnet. Der Hubzylinder 1 besitzt einen Druckraum 4, in welchen eine Druckleitung 5 führt. Wird der Druckraum 4 durch eine Pumpe (nicht dargestellt) über die Druckleitung 5 mit Drucköl beaufschlagt, dann verschiebt sich der Hohlkolben 2 in axialer Richtung. Im Ringraum 6 zwischen dem Hubzylinder 1 und dem Hohlkolben befindet sich ebenfalls Drucköl, welches durch die Dichtung von dem im Druckraum 4 befindlichen Drucköl getrennt ist. Verschiebt sich nun der Hohlkolben 2 axial, dann wird das Drucköl des Ringraumes 6 durch die Öffnungen 8 in den Innenraum 9 des Hohlkolbens 2 gedrückt, wo es den Vollkolben 3 ebenfalls in axialer Richtung verschiebt. Der Teleskop-Hubzylinder ist so dimensioniert, daß bei konstantem Förderstrom und gleichbleibendem Druck der Pumpe die Aus- und Einfahrgeschwindigkeit des Vollkolbens 3 gleichförmig ist, wobei

909823/0364

M 1713/77 - 9 -

der Hohlkolben 2 und der Vollkolben 3 gleichzeitig aus- bzw. einfahren; dasselbe gilt, wenn das Aggregat mehrere Hohlkolben aufweist.

Eine Dichtung 10 zwischen Hubzylinder 1 und Hohlkolben 2 sowie eine weitere Dichtung 11 zwischen Hohlkolben 2 und Vollkolben 3 sollen das Ausdringen des Drucköles verhindern. Der Vollkolben 3 besitzt an seinem oberen Ende eine Anschlagplatte 12, welche das Einfahren begrenzt, und Anschlagnasen 13, die das Ausfahren begrenzen.

Der Hohlkolben 2 weist einen hohen Boden 14 auf, der einen pilzförmigen Zylinderraum 15 .enthält , welcher zentrisch angeordnet ist und dessen Ende 16 in einen Überströmkanal 17 mündet, der zum Druckraum 4 führt. In dem Zylinderraum 15 gleitet ein pilzförmig ausgebildeter Differenzkolben

Der Differenzkolben 18 besitzt einen zylindrischen Kolbenfun 19 und einen ebenfalls zylindrischen Kolbenkopf 20, wobei der Durchmesser des Kolbenkopfes 2O etwas über dreimal größer ist als derjenige des Kolbenfußes 19, sodaß die Querschnittsfläche des Kolbenkopfes 20 bzw. dessen Oberfläche 21 die Querschnittfläche bzw. die Oberfläche 22 des Kolbenfußes 19 um rund eine ganze Größenordnung überschreitet. Der Kolbenfuß 19 trägt ebenso wie der Kolbenkopf 20 Dichtungen 23, die in Gestalt von Dichtungsringen in hierfür im Mantel von Kolbenfuß 19 und Kolbenkopf 20 eingelassenen Nuten eingelegt sind.

Damit beim Einsetzen die durch den Differenzkolben 18 verdrängte Luft aus dem Zylinderraum 15 entweichen kann, ist eine EntlUftungsbohrung 24 vorgesehen, die nach erfolgtem Einsetzen und im oberen Totpunkt des Differenzkolbens 18 (d.h. wenn der Differenzkolben 18 in der Zeichnung seine

909823/0364

M 1713/77 - 10 -

unterste Stellung eingenommen hat) luftdicht verschlossen wird. Dies bewirkt, daß - sobald Kräfte auf den Differenzkolben 18 einwirken, die jenen aus dieser Extremlage hochheben - unter dem Kolbenkopf 20 sich ein zunehmend luftverdünnter Raum ergibt, was zur Folge hat, daß eine wachsende Gegenkraft auftritt, die den Differenzkolben 18 im Zylinderraum 15 im oberen Totpunkt festhält. Die Wirkung ist die gleiche wie bei einem Federelement, beispielsweise einer Druckfeder, durch welches der Differenzkolben 18 in den Zylinderraum 15 hineingedrückt wird. Der Hub des Differenzkolbens 18 ist durch ein Sicherungselement 25 in Form eines in eine Innennut eingelegten Federringes begrenzt.

Der Differenzkolben 18 ist von einem Drosselkanal 26 durchsetzt. Vom Drosselkanal 26 zweigt ein Nebenschlußkanal 27 ab, welcher den Drosselkanal 26 mit dem Zylinderraum 15, und zwar mit dessen Ende 16, verbindet.

Über dem Differenzkolben 18, nämlich zwischen der Oberfläche 22 des Kolbenfußes 19 und der Decke des Zylinderraumes 15, sitzt eine Ventilkugel 28. Die Mündungen des Überströmkanales 26 sind als konische Ventilsitze 29 ausgebildet.

Ein selbsttätiges Einwegventil in Gestalt einer durch eine Druckfeder 30 belastete Kugel 31 öffnet den Drosselkanal des Differenzkolbens 18 zum Innenraum 9 des Hohlkolbens 2.

Die Funktion des oben beschriebenen Teleskop-Hubzylinders ist folgende.

Infolge unvermeidlicher Undichtigkeiten wird die im Ringraum 6 und im Innenraum 9 des Hohlkolbens 2 eingeschlossene Druckölmenge beim Betrieb geringer, und der Vollkolben 3 kann deshalb nicht mehr ganz ausfahren. Dies hat zur Folge,

909823/0364

M 1713/77 - 11 -

daß beim Einfahren die Anschlagplatte 12 des Vollkolbens am Kopf des Hohlkolbens 2 (im Bereich der Dichtung 11) anschlägt, bevor der Hohlkolben 2 ganz eingefahren ist. In dieser Stellung fällt der Druck der eingeschlossenen Druckölmenge auf nahezu Null ab und der Differenzkolben 18 wird - gegen die Einwirkung der durch den luftverdünnten Raum unter dem Kolbenkopf 20 sich ergebenden Gegenkraft - angehoben, weil das Rückschlagventil (die Ventilkugel 28) unter dem Druck des im Druckraum 4 befindlichen Drucköls sich geöffnet hat. Unter diesem Druck öffnet sich auch das selbsttätige Einwegventil (die durch die Druckfeder 30 belastete Kugel 31) im Differenzkolben 18. Nun strömt Drucköl vom Druckraum 4 in die (durch die Undichtigkeiten verminderte) Druckölmenge im Ringraum 6 und im Innenraum 9 und es wird solange nachgefüllt, bis deren Druck soweit angewachsen ist, daß der Differenzkolben 18 das Rückschlagventil (27) wieder schließt und dadurch die beiden Druckräume wieder voneinander getrennt sind.

Das Öffnen des Rückschlagventils (28, 29) geschieht dadurch, daß das Drucköl des Druckraumes 4 auf die den Überströmkanal 17 verschließende Kugelkalotte der Ventilkugel 28 drückt und die Ventilkugel 28 sowie den auf ihr lastenden Differenzkolben 18 hochhebt, sobald die Gegenkraft und der Druck der Druckölmenge im Ringraum 6 und im Innenraum 9 dies zulassen· Nun strömt das Drucköl aus dem Druckraum 4 durch den Überströmkanal 17 und an der Ventilkugel 28 vorbei in das Ende 16 des Zylinderraumes 15. Dort findet das eingeströmte Drucköl gegenüber der Kugelkalotte eine erheblich größere Fläche, nämlich die Oberfläche 22 des Kolbenfußes 19 des Differenzkolbens 18, vor, und es vermag den Differenzkolben 18 weiter gegen die zunehmende Gegenkraft anzuheben, weil (bei gleichem Druck des Drucköles) die beaufschlagte Fläche größer geworden ist· Solange noch die Ventilkugel

909823/0364

M 1713/77 - 12 -

die Mündung des Drosselkanales 26 verschlossen hält, strömt das in das Ende 16 des Zylinderraumes 15 eingedrungene Drucköl durch den Nebenschlußkanal 27 in den Drosselkanal 26; dadurch wird der Druck zu beiden Seiten der Ventilkugel 28 gleich und sie hebt von dem Ventilsitz 29 am Kolbenfuß 19 ab und gibt die Mündung frei. Das durch den Drosselkanal 26 - dessen Querschnitt entsprechend den Abmessungen des Differenzkolbens 18 so gewählt ist, daß das strömende Drucköl genügend Widerstand findet, damit sich über der Oberfläche 22 der Druck aufbauen kann - fließende Drucköl öffnet jetzt das Einwegventil, indem es die Kugel 31 gegen die Druckfeder 30 hebt, und es gelangt so in den Innenraum 9 des Hohlkolbens 2.

Ist gegen Ende des Nachfüllvorganges der Druck an der Oberseite des Differenzkolbens 18 nahezu so groß wie derjenige an der Unterseite, dann schließt zunächst das selbsttätige Einwegventil, indem die Kugel 31 durch die Druckfeder 30 auf ihren Sitz gepreßt wird, sodaß der Drosselkanal 26 geschlossen ist. Nun wird die Kraft, die auf die Oberfläche 21 des Differenzkolbens 18 drückt, größer, weil nach dem Schließen des Einwegventils dem Druck an der Oberseite des Differenzkolbens 18 einer vergrößerte Fläche zur Verfügung steht. Diese Kraft bewegt jetzt den Differenzkoben 18 - zusätzlich unterstützt durch die Gegenkraft des luftverdünnten Raumes unter dem Kolbenkopf 20 - in den Zylinderraum 15 hinein., sodaß der Kolbenfuß 19 die Ventilkugel 28 auf ihren Sitz 29 drückt und das Rückschlagventil geschlossen ist. Werden nun Hohlkolben 2 und Vollkolben 3 wieder ausgefahren, steigt dadurch der Druck des im Ringraum 9 und im Innenraum 9 stehenden Drucköls kräftig an, was bewirkt, daß der Differenzkolben 18 verstärkt auf die Ventilkugel 28 gepresst wird.

In besonderen Fällen, z.B. bei Teleskop-Hubzylindern mit geringem Druck im Druckraum 4 oder bei sehr schnell bewegten Kolben kann es zweckmäßig sein, daß die Kraftrichtung des auf den Differenzkolben 18 einwirkenden Federelementes so gerichtet ist, daß dieser die Tendenz hat, sich aus dem Zylinderraum 15 heraus zu bewegen.

909823/0364

Claims

PATENTANWALT DR.-ING. KLAUS DURM

KARLSRUHE FELIX-MOTTL-STRASSE 1 a TELEFON 590455O 754016

M 1713/77

24. November 1977

Ansprüche

1. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder mit einem Vollkolben und wenigstens einem Hohlkolben, in dessen Boden ein Rückschlagventil vorgesehen ist, welches einen vom Druckraum des Hubzylinders zum Innenraum des Hohlkolbens führenden Überströmkanal abschließt, dadurch gekennzeichnet , daß im Boden (14) des Hohlkolbens (2) ein pilzförmig ausgebildeter, von einem Drosselkanal (26) durchsetzter Differenzkolben (18) vorgesehen ist, welcher in einem pilzförmigen Zylinderraum (15) gleitet, dessen Ende (16) in den Überströmkanal (17) mündet, wobei der Kolbenfutt (19) als Rückschlagventil im oberen Totpunkt des Differenzkolbens (18) den Überströmkanal (17) verschließt.

2. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über

dem Differenzkolben (18) im Ende (16) des Zylinderraums (15)

als Rückschlagventil eine Ventilkugel (28) sitzt und die

Mündungen vom Überströmkanal (17) und Drosselkanal (26) als Ventilsitze (29) ausgebildet sind.

3. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Bodens (14) des Hohlkolbens (2) ein den Hub des Differenzialkolbens (18) begrenzendes Sicherungselement (25) angeordnet ist.

ORIGINAL INSPECTED 909823/0364

M 1713/77 - 2 -

2 7 ί? 'ι Ο 1 6

4. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Differenzkolben (18) ein den Drosselkanal (26) mit dem Zylinderraum (15) verbindender Nebenschlußkanal (27) vorgesehen ist.

5. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzkolben (18) unter der Einwirkung eines Federelementes in den Zylinderraum (15) gedrückt

wi rd.

6. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzkolben (18) sowohl an seinem Kolbenfuß (19) wie an seinem Kolbenkopf (20) Ringdichtungen (2\) trägt.

7. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (15) mit einer Entlüftungsbohrung (24) versehen ist.

8. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Kolbenkopfes (20) diejenige des Kolbenfußes (19) um wenigstens eine Größenordnung überschreitet.

'). Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Anr.prüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Differenzkolben (18) ein selbsttätiges Einwegventil vorgesehen ist, das den Drosselkanal (26) zum Innenrauin (9) des Hohlkolbens (2) öffnet.

909823/0364

10. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Einwegventil eine durch eine Druckfeder (30) belastete Kugel (31) dient.

9 C ^q 8 2 3 / 0 3 B L