DE2814513A1 - Mit einem stroemungsmedium beaufschlagter zylinder, insbesondere fuer personen- und lastenaufzuege - Google Patents

Description

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BESCHREIBUNG
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mit einem

Stromungsmedium beaufschlagten Zylinder, der insbesondere -fur Personen- und Lastenaufzüge geeignet ist«

Die Anwendung stromungsdynami scher Systeme fur die Bewegung von Lasten im allgemeinen wurde immer gerne wegen

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der besonderen Vorteile akzeptiert, welche sie gegenüber Winden und Zahnstangentriebe besitzen und welche vor allem in der grossen Sicherheit, Gleichförmigkeit, Abwesenheit von Vibrationen und Wirtschaftlichkeit im allgemeinen, bestehen. Die Anwendung solcher Systeme hat sich jedoch, bisher nur auf Anhebungen oder Verlagerungen in der Horizontalebene von recht bescheidenem Ausmass beschrankt. Erst in letzter Zeit wurden auf diesem Gebiet wirklich, beachtliche Ausfahrwege der Kolbenstangen, gegebenenfalls auch mit Teleskopzylindern, erreicht und mit diesen auch Aufzugsanlagen fur Gebäude mit vier bis fünf Stockwerken gebaut. Der durch solche Anlagen gebotene besondere Vorteil

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ist die Vermeidung der Montage des ausserst nachteiligen und komplizierten Windenaggregates am Kopf des Aufzugsstanges. Ein besonders schwerwiegender und mit stromungsdynami sehen Systemen vermeidbarer Nachteil ist der, dass dort, wo hinsichtlich der Gebaudehohe Beschrankungen bestehen, durch den Windenkorb praktisch ein bewohnbares Stockwerk verloren geht, oder aber dass der Aufzug nicht bis in das

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letzte Stockwerk gefuhrt werden kann, was aber offensichtlich am wichtigsten wäre.

Ein weiterer, den mit Winden betriebenen Aufzügen anhaftender Nachteil ist der, dass im Falle eines mechanischen

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Gehrechens die Aufzugskabine manuell mittels einer Kurbel hinuntergelassen werden muss, weshalb ein teueres Heduktionsgetriebe und eine mechanische Ankupplung desselben

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fur den Notfall vorgesehen werden müssen. Bei hydraulischen Systemen hingegen kann im Falle eines Gebrechens die

Kabine sicher und in ausserst einfacher Weise herabgelassen

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werden, indem man das 01 des Zylinders über eine in entsprechender Weise gesteuerte Drosselung langsam aus-

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strömen lasst· Um die Möglichkeit der Anhebung von

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hydraulisch betätigten Aufzügen noch weiter zu verbessern, wurden Seilumlenkungen eingesetzt, wobei auf dem Kopf der Kolbenstange eine Umlenkrolle angeordnet und somit der Nutzweg des Aufzuges bei gleichem Weg der Kolbenstange multipliziert wurde.

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Alle diese hydraulischen Kraftubertragungssysterne, ob mit direktem Schub oder über Umlenkungen arbeitend, zum Anheben

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von Personen- oder Lastenaufzügen kennzeichnen sich durch einen grossen Kolbenweg und somit durch einen langen Zylinder und eine ebenso lange Kolbenstange, die voll ausgefahren eine freie, vertikal vom Zylinder nach o"ben wegstehende und am freien Ende axial belastete Stange bildet.

Ss liegt also der typische Pail einer Knicklast vor. Uber-

dies versucht man aus wirtschaftlichen Gründen, um zu keinen

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zu hohen Stromungsmengen bei der Zufuhrung des 01s zu gelangen, Arbeitszylinder mit geringstmSgliehern Durch- ^[ messer zu konstruieren, wobei jedoch, die Sicherheitsumstande auf Grund der Knicklastsituation der Erzielung einer maximalen Wirtschaftlichkeit und der Wähl der Parameter bei der Projektierung im allgemeinen eine Grenze

setzen· Es kann auch, mit anderen Worten ausgedruckt, gesagt werden, dass durch die Knicklastsituation und die

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damit verbundenen weiten Sicherheitsmassnahmen praktisch

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die Konstruktion dunner und langer Zylinder und Kolbenstangen, wie sie gerade auf diesem Gebiet einsetzbar

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waren und fur die Technik ein immer grosseres Interesse

erlangen, einsehrankt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Leistungskapazität der hydraulischen Zylinder wobei diese als Produkt aus Nutzweg und aufgenommener Schublast gemeint ist·

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung umfasst auch die Schaffung eines hydraulichen Zylinders, bei dem die durch die Knicklast bedingten Einschränkungen weitgehend herabgesetzt sind und der trotzdem alle jene Vorzuge besitzt, welche seine Verwendung in den eben

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beschriebenen stromungsdynamisehen Systemen wünschenswert erscheinen lassen·

Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemässen, mit einem Stromungsmedium beaufschlagten Zylinder,insbesondere fur

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Personen- und Lastenaufzuge, in welchem ein stangenfSrmiger Kolben von einem in bezug auf diesen feststehenden Zylinder betätigt wird und wobei der Kolben aus einem am ausseren Ende geschlossenen zylindrischen Rohr besteht, erreicht, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass das den Kolben bildende zylindrische Rohr an seinem inneren Ende offen und mit dem Antriebsströmungsmedium gefüllt ist·

Die Merkmale und Vorteile sowie die Punktionsweise des erfindungsgemässen Zylinders siad deutlicher der folgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispieles desselben unter

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Hinweis auf beiliegende Zeichnung zu entnehmen, in welcher:

Pig. 1 ein Zylinder-Kolben-Aggregat gemass dem Stand der

Technik;
Pig· 2 ein ebensolches Aggregat gemass vorliegender Erfindung; und

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Pig. 3 die auf den Stangenformigen Kolben gemass der Erfindung wirkenden Kraftekomponenten zeigt.

Das Zylinderaggregat, auf welches sich die Erfindung

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bezieht, ist in der erfindungsgemassen Ausfuhrungsform (Fig. 2), mit der Bezugsziffer 1 und in der Ausfuhrungsforia gemass dem Stand der Technik (Pig. 1) mit der Bezugsziffer 1¹ "bezeichnet, wobei gleichartige Teile mit gleichen Bezugsziffern, unter Hinzufugung eines Indexes oder Apostrophs bei der Au sf Ehrung sforin gemass dem Stand der Technik, bezeichnet sind. Gemass dem Stand der Technik

"besteht das Aggregat 1¹ aus einem Zylinderkorper 2¹ mit geschlossener Basis 3* und einer axial offenen geflanschten Ausmundung 4' mit laufdichtung 5'.Es sind, angenommen,

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zwei Offnungen 6* und 7¹ fur die abwechselnde Zufuhrung des Mediums, gewöhnlich öl, bzw. fur dessen Abfuhrung vorgesehen, wie durch die Doppelpfeile angedeutet ist, obgleich der Zylinder oftmals auch als einfach wirkender Zylinder ausgebildet sein kann und in diesem Palle fur die Zufuhr und Abfuhr des Öls nur eine öffnung aufweist. Die im Zylinderkörper 2¹ und durch die Ausmundung 4^f verschiebbare Kolbenstange 8¹ ist ein zylindrisches Rohr mit einem Kolbenteil 9', der als geschlossener vorstehender Plansch ausgebildet ist, welcher als gegen den Zylinderkflrper 2¹ hin abgedichtete Kolbenlaufführung fungieren kann. Am Aussenende ist die Kolbenstange durch eine Endplatte 10· abgeschlossen.

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Das erfindungsgemasse strSmungsdynamisehe Aggregat 1 (Fig· 2) "besitzt einen unveränderten Zylinderkorper 2, die Kolbenstange 8 ist als stangenf örmiger Kolben ausgebildet und unterscheidet sich von der entsprechenden Kolbenstange 8¹· dadurch, dass ihr Kolbenteil 9 aus einem durchbohrten Plansch besteht, der in der Mitte hohl bzw.

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offen ist, so dass das unter Druck stehende 01 in das Innere der hohlen rohrförmigen Kolbenstange eintreten kann· Das obere Ende ist nach wie vor durch eine Endplatte 10 verschlossen diese kann jedoch nunmehr die Punktion er-

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fallen, direkt den Schub des Öles zu tragen oder zu absorbieren· In beiden Figuren 1 und 2 deuten die Pfeile ρ den hydraulischen Druck und Q die anzuhebende oder abzusenkende Last an. Wie man sieht, liegt auf der Kolbenstange 8», wenn sie vollkommen ausgefahren ist, eine reine, durch Q angedeutete Knicklast, wogegen auf den Kolben 8 gemass vorliegender Erfindung die Last Q wenigstens zum grossten Teil durch den der Last Q auf derselben Endplatte 10 entgegenwirkenden Druck kompensiert wird. Die Analyse der Kräfteverteilung ist in diesem neuen Pail etwas komplizierter als im vorhergehenden und ist der Pig. 3 zu entnehmen, in welcher folgende Symbole aufscheinen: D^ Innendurchmesser des Kolbens, Dg Aussendurchmesser des Kolbens, T^ innere Einheitskraft, axial in dem Kolben,r₂ vom Plansch 4 auf den Plansch 9 des Kolbens wirkende Einheit skraft, L freie Länge oder Hub des Kolbens· Wenn P₁ die Resultierende des Druckes ρ auf die Endplatte 10, Pg die Resultierende des Druckes auf den ganzen Durchmesserquerschnitt D₂des Kolbens, H. die Resultierende*der v. und R« die Resultierende der r₂ ist und man der Einfachheit annimmt, dass der Druck auf die Seiten des Flansches 9 aus-

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geglichen ist, so erhalt man:

Q e P₁ - R₁ 1) . Q.= P₂ - R₂ 2)

Die Kraft, welche fur die Auswirkungen der Knicklast interessant bleibt, ist R₁, falls sie negative Werte annimmt, also

-H₁ β P₂ - P₁ - _{2 3}j

Der absolute iiaximalwert, den -R₁ annehmen kann, ist offensichtlich

_{1 2 1} = ρ -^L ( D* - Df ) 4)

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Die Last, welche zur Knicklast beitragt, hat sich daher in

^{11 M} / 2 2 %

dieser ungunstigsten Situation im Verhältnis ( D~ - D₁ ): D reduziert, welches bei den üblichen Abmessungen der Kolben-

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stangen fur die genannten Zwecke in einer Grossenordnung um 0,2, also um 20$ liegt, jedoch bei einer Heuprojektierung noch viel bessere Werte ergeben kann, da die Bemessungs-

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und Optimalisierungsgrenzen vollkommen verändert v/erden.

Es wurde jedoch schon gezeigt, dass die Gegenwart des Ausdruckes Rp die Kraft R₁ annullieren oder umkehren, in Zug (positiv) umwandeln kann. Das wird physikalisch aus 1)

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in folgender Schreibweise verstandlich: E₁ = P₁ _ Q = ρ ^L B₁ ² _ Q .

d.h., dass, wenn ein Druck angewendet wird, der genügend gross ist, dass die Last nur durch die Wirkung der Endplatte gehalten wird, keine Knicklast auftritt, ja dass sich der Kolben sogar immer in Zug befinden kann. Dies kann bei der

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Absenkung zu einigem Problem fuhren, das aber zum Beispiel

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Il

dadurch gelost werden kann, dass man den Druck in dem

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Kolben nicht plötzlich, absenkt und durch die Öffnung 6

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einen höheren Gegendruck einfuhrt, um den Kolben abzusenken. Die folgenden praktischen Beispiele zeigen jedoch, dass die bereits durch die Gleichung 4) ausgedruckte Beduktion fur die bei der Verwendung angestrebten Effekte ausschlaggebend ist. *

Die folgenden Beispiele sollen nur einige in konkreten

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Fallen erzielten Ergebnisse erläutern und erheben keinen

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Anspruch darauf, optimale oder einschränkende Kriterien fur Projektierungen zu sein«

Beispiel 1: Es ist eine Kolbenstange herkömmlicher Bauart (Fig. -1) mit folgenden Parametern gegeben: D„ = 80 mm, D₁ = 7 mm, I = 8,2 m. Es soll der maximal als Knicklast zulassige Schub ermittelt werden. Man erhalt?

77 2 2 tf 2

2 A = A_ - A. = 11,5 cm

J s JjL ( Dg - D* ) = 83,16 cm* - Trägheitsmoment

It

i = J/F = 2,65 cm äquivalenter Radius % = -|- = -~^ = 300 Schlankheitskoeffizient

= ( -^- ) -^- = 2,20 kg/mm , kritische Last. Λ

Wenn man angenommen einen Sicherheitsgrad von gleich 10

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fur Knicklast festlegt, so erhalt man:

1 2

β-' = --π«- G-T =0,22 kg/mm , max TD kr * '

was gleichbedeutend ist mit der Zulassung einer Maximallast

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°Hi

Q = Α_· °Hiax = etwa 250 kg, dem ein Druck ρ = —-.— = m c. ä„

2
etwa 5 kg/cm entspricht.

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Um eine Tragkraft angemessenen Ausmasses von der Grossen-

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Ordnung von 1 250 kg', wie sie bei stroinungsdynamisehen Auf-

Il Il

zugsanlagen üblich ist, zu erhalten, so musste man bei

Il

gleichbleibender L im Falle herkömmlicher Kolbenstangen D und D. etwa verdoppeln.

•Beispiel 2; Mit den in Beispiel 1- angegebenen Abmessungswerten wird nun der Maximalschub Q berechnet, der mit einem er-

H ^m , ti

findungsgemass ausgebildeten Kolben geraass Pig. 2 erzielt

ι· 2

werden kann. Man erhalt nach wie vor <?T =2,2 kg/mm ,

O^ 2

max =0,22 kg/mm , was aber nur den Ausdruck -R₁ von

Gleichung 1) liefert, also -R=C .A= 250 kg, und da unter diesen Bedingungen fur R₀ = O ι· = ρ = ^

ι* ^L \ 3H3.X

identisch ist, erhalt man etwas

Q_m = -R₁ + P₁ = 250 + 22 . 38,5 = 1100 kg,

also mehr als das Vierfache der last, mit welcher eine her-

kommliche Kolbenstange belastbar ist und fast ebensoviel wie

Il Il

mit einer herkömmlichen Kolbenstange gleicher Lange und

doppelten Durchmessers. Der theoretische Arbeitsdruck ist

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ρ = 22 ata. Die Belastung in den Wanden der Kolbenstange

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auf Grand des Öldruckes ist

Beispiel 3: Es wird rein beispielsweise errechnet, welch

M Il II

höhere Schubkräfte erzielt werden können, wenn man den

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Druck weiter erhokt, die Kolbenstange jedoch immer unter

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Zug oder an der Grenze mit Nullbelastung, also r. = 0_f halt.

Angenommen der Druck ρ wird auf 100 ata gebracht, was einer

Belastung von G¹^ = 7 kg/mm entspricht, die noch tolerierbar ist, aber schon zu einer wirtschaftliehen !«aterialaus-

Il It

nutzung fuhrt.

Die Belastung, die man unter der Bedingung R₁ = O erzielen kann, ist Q = F₁ β ρ · A₁ = 100 · 38,5 = 3850 kg*

Wie vorhersehebar war,gelangt man zu Schubleistungen, die praktisch denen der hydraulischen Pressen entsprechen, bei denen keine Knicklastgrenzen existieren. Man küss jedoch,

Il

wie bereits erwähnt wurde, darauf achten, den Druck unter Belastung nicht zu senken.

Die vorstehenden Beispiele zeigen, dass die angestrebten Ziele vollinhaltlich erreicht v/erden.

Die Erfindung kann in vieler Hinsicht variiert werden, ohne

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dadurch'ihren Rahmen zu überschreiten. Obgleich ein Aggregat

bestehend aus einem Zylinder und einem stangenformigen Kolben beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass die Erfindung auch auf Aggregate bestehend aus mehreren Teleskopzylindern angewendet werden kann, wobei die vor-

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stehenden Überlegungen in identischer Weise auch auf diese '

Il

angewendet v/erden können.

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4. eerseite

Claims (1)

1. -/- 28H513

   PATENTANWÄLTE

   KIRSCHNER & GROSSE

   Kerrog-Wilhelm-Sfr. 17, D-8000 MÖNCHEN 2

   OMAR S.poA. - Via IV Novembre, 2 - ALZAFO LOMBARDO - (Provinz Bergamo) - Italien

   MIT EINEM STROMUIiGSMEDItM BEAUFSCHLAGTER ZYLINDER, INS-BESONDERE FÜR PERSONEN- UND LASTENAUFZÜGE.

   PATENTANSPRÜCHE

   (T) Mit einem Strömungsmedium beaufschlagter Zylinder, insbesondere für Personen- und Lastenaufzüge, in welchem ein stangenformiger Kolben von einem in bezug auf diese feststehenden Zylinder betätigt wird und wobei der Kolben aus einem am äusseren Ende geschlossenen zylindrischen Rohr besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das den Kolben (8) bildende zylindrische Rohr an seinem inneren Ende offen und mit dem Antriebsströmungsinedium gefüllt ist.

   2, Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Ende des Kolbens (8), welches belastet wird, durch eine Endplatte (10) verschlossen ist, auf deren Aussense'ite die Last aufliegt und deren Innenseite mit dem unter

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   Druck stehenden Strömungsmedium, in Verbindung steht.

   3. Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auf den Kolben (8) wirkende Druck derart angewendet wird, dass entlang des rohrförmigen Mantels des Kolbens maximal eine Druck- oder Schubkraft gleich dem Druck des Strömungsmediums multipliziert mit der Querschnittsflache des rohrförmigen Kolbens übertragen wird.

   4· Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) innen mit einem Kolben— teil (9) endet, der als Führung und Abdichtung auf dem Zylinder fungiert, so dass auf den Kolben (8) ein Druck und ein Gegendruck lasten, die unabhängig voneinander in

   Il

   der Weise regelbar sind, dass der stangenformige Teil des Kolbens (8) immer unter Zug oder zumindest unter Druck immer unterhalb eines vorbestimmten Wertes gehalten wird.

   5· Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) und der Zylinder (2) als zwei Komponenten eines teleskopartig' ineinanderschiebbaren Mehrfach-Zylinder-Kolbenaggregates ausgebildet sind_o

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