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Doppeltwirkende hydraulische Hubvorrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine doppeltwirkende hydraulische
Hubvorrichtung der Bauart mit einer Ringkammer, die an die unter Druck stehende
Flüssigkeitsquelle mittels einer Zuführleitung und eines Steuerventils angeschlossen
ist, einer hinteren Kammer, die von der Ringkammer durch den Kolben des Hubzylinders
getrennt ist, dessen Stange durch die Ringkammer hindurchgeht, die entweder an die
Rückflußleitung zum Behälter mittels eines tarierten Rückflußabsperrventils, dessen
Nadel mit einem Steuerorgan mit zwei Kolben versehen ist, von denen der voh der
Nadel entfernte erste Kolben an seiner rückwärtigen Fläche mit einer im Schließsinne
der Nadel wirkenden Rückstellfeder belastet und an seiner vorderen ringförmigen
Fläche ständig dem Druck der Flüssigkeit in der Zuführleitung ausgesetzt ist, und
von denen der der Nadel benachbarte zweite Kolben eine vordere Fläche aufweist,
die wie die rückwärtige Fläche des ersten Kolbens ständig mit der Rückflußleitung
verbunden ist, oder an die Zuführleitung über ein tariertes Einlaßventil, dessen
Nadel mit einem Hohlkolbenschieber versehen ist, der mit einer Rückstellfeder belastet
ist, die im Sinne der Schließung des Durchganges zwischen der Zuführleitung und
der hinteren Kammer des Hubzylinders wirkt, wobei die rückwärtige Fläche des Kolbenschiebers
des Einlaßventils ständig mit der hinteren Kammer in Verbindung steht und mit der
Rückflußleitung mittels des Rückflußventils verbunden werden kann, angeschlossen
ist.
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Eine hydraulische Hubvorrichtung der obenerwähnten Bauart ermöglicht
die Ausführung von Hin- und Her-Hüben entweder automatisch oder halbautomatisch
und ist in der Gebrauchsmusterschrift 74 05 815 beschrieben worden.
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Bei der bekannten Ausführungsform ist dis Einlaßventil zur hinteren
Kammer des Hubzylinders koaxial mit der Hubzylinderstange im Hubzylinderkolben vorgesehen,
wobei die Nadel des Einlaßventils in einem in radiale Bohrungen der Hubzylinderstange
mündenden Durchlaß vorgesehen ist. Dadurch wird der Querschnitt der Hubzylinderstange
geschwächt, und der Hubzylinder der Bauart kann nur in dem Falle verwendet werden,
wo die Hubzylinderkolben bereits einen genügend großen Durchmesser aufweisen, der
es erlaubt, im besagten Kolben das Einlaßventil unterzubringen. Diese Anordnung
macht übrigens das Einlaßventil schwer zugänglich. Durch den bekannten Hubzylinder
ist es auch bekannt, das Rückflußventil seitlich am Hubzylinder so anzubringen,
daß die hintere Kammer dieses Hubzylinders mit der Nadel des Rückflußventils unmittelbar
in Verbindung steht. Die Druckschwankungen in der hinteren Kammer des Hubzylinders
werden daher unmittelbar auf die Nadel des Rückflußventils übertragen und bringen
die Gefahr mit sich, die betriebliche Stabilität zu stören.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile auszuschalten
und eine hydraulische Hubvorrichtung der obenerwähnten Bauart vorzuschlagen, die
eine Verbesserung der Beanspruchung am Stangenausgang und größere Kräfte bei ein
und demselben vorhandenen Druck dank der Verringerung der Druckverluste in den verschiedenen
Leitungen, Anschlußstücken und Verbindungsbohrungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das hintere
Ende des Hubzylinders eine Bodenplatte umfaßt, die mit zwei Bohrungen versehen ist,
deren eine mit der vorderen Ringkammer des Hubzylinders über eine Verbindungsleitung
und deren andere mit der hinteren Kammer des Hubzylinders in Verbindung steht, dß
die zwei tarierten Ventile in ein und demselben Montageblock vorgesehen sind, der
mit Apochlüssen für die Zuführleitung, die Rückflußleitung und die zwei Bohrungen
der Bodenplatte versehen ist, und daß die Nadel des tarierten Einlaßventils in einem
Durchlaß sitzt, der in das Anschlußstück des Montageblocks mündet, wobei das Anschlußstück
einesteils mit der Verbindungsleitung und andernteils mit der Zuführleitung in Verbindung
steht.
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Dank dieser Ausgestaltung verläuft die Einspeisung in die hintere
Kammer des Hubzylinders nicht mehr durch die vordere Ringkammer besagten Hubzylinders.
So können die verschiedenen Bohrungen und Anschlüsse größer dimensioniert sein,
wodurch die Druckabfälle beträchtlich verringert werden.
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Eine weitere wichtige Verbesserung ist in dem Umstand zu erblicken,
daß die vordere ringförmige Fläche des ersten Kolbens des Rückflußventils an die
Zuführleitung durch eine kalibrierte Bohrung angeschlossen ist.
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Dadurch wird der auf den ersten Kolben des Rückflußventils im Sinne
der Oeffnung seiner Nadel angewendete Druck stabilisiert und folgt nicht den raschen
Schwankungen, die in der Zuführleitung auftreten können. So erfährt das Steuerorgan
für das Oeffnen der Nadel des Rückflußventils nicht mehr die dem Festhalten der
Nadel auf ihrem Sitz schädlichen Vibrationen.
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Im Hinblick auf eine kompakte Anordnung ist es vorteilhaft, das Einlaßventil
und das Rückflußventil Kopf bei Fuß im Montageblock so anzuordnen, daß ihre Achsen
parallel verlaufen und die rückwärtige Fläche des Kolbenschiebers des Einlaßventils
mit der vorderen -Fläche der Nadel des Rückflußventils in Verbindung steht. Diese
Anordnung verschafft nicht nur einen kompakten Aufbau, der den Zugang zur Tarierfeder
der zwei Ventile erleichtert, sondern sie verschafft auch der Flüssigkeit eine äußerst
weite und kurze Fließstrecke.
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In zahlreichen Fällen ist es von Vorteil, wenn der Montageblock koaxial
mit dem Hubzylinder an der Bodenplatte befestigt ist, die zwischen ihren beiden
Bohrungen das Gelenklager des Hubzylinders umfaßt.
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Weitere vorteilhafte od. zweckmäßige Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus einigen weiteren vorstehend nicht behandelten Unteransprüchen.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird noch besser mit Hilfe
der nachstehenden sich auf die Zeichnung beziehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
verstanden werden, worin: - die einzige Figur einen Aufriß eines Axialschnittes
einer Ausführungsform der Hubvorrichtung nach der Erfindung darstellt.
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Die doppeltwirkende hydraulische Hubvorrichtung 1 umfaßt ein rohrförmiges
Gehäuse 2, einen Kolben 3, eine Kolben-.stange 4, eine am vorderen Ende des rohrförmigen
Gehäuses 2 befestigte und die Kolbenstange 4 dicht führende vordere Ringscheibe
5 sowie eine am hinteren Ende besagten rohrförmigen Gehäuses 2 dicht befestigte
Bodenplatte 6.
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Die Bodenplatte besitzt in ihrem mittleren Teil ein Lager 7 für eine
nicht dargestellte Schwenkachse.
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Die zwischen dem rohrförmigen Gehäuse 2 und der Kolbenstange 4 abgegrenzte
Ringkammer 8 ist nahe der vorderen Ringscheibe 5 mittels einer Verbindungsleitung
9, deren hinteres Ende in eine der zwei Bohrungen 10 und 11 der Bodenplatte 6 mündet,
an eine nicht dargestellte unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeitsquelle angeschlossen.
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Die Verbindungsleitung 9 mündet durch ein quergerichtetes Anschlußstück
112 in die Bohrung 10, während die andere Bohrung 11 der Bodenplatte 6 die hintere
Fläche mit der vorderen Fläche der Bodenplatte 6 verbindet, wobei die vordere Fläche
im Zusammenwirken mit dem Kolben 3 und dem rohrförmigen Gehäuse 2 die hintere Kammer
12 des Hubzylinders 1 begrenzt.
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Auf der hinteren Fläche der Bodenplatte 6 ist ein Montageblock 13
befestigt, der einerseits ein Einlaßabsperrventil 14, das zwischen der hinteren
Kammer 12 und der mit einem nicht dargestellten Steuerventil versehenen Zuführleitung
15 angeordnet ist und andererseits ein Rückflußabsperrventil 16, das zwischen den
Rückflußleitungen und dem Behälter und der hinteren Kammer 12 des Hubzylinders 1
vorgesehen ist, umfaßt.
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Der Montageblock 13 besitzt ein erstes Anschlußstück 17, in das die
Zuführleitung 15 mündet und das ständig mit der Bohrung 10 der Bodenplatte und der
Ringkammer 8 des Hubzylinders 1 mittels der Verbindungsleitung 9 in Verbindung steht.
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Das Einlaßventil 14 und das Pückflußventil 16 sind im Montageblock
13 Kopf bei Fuß und so angeordnet, daß ihre Achsen 18 und 19 parallel verlaufen
und in derselben durch die Achse 20 des Hubzylinders gehenden Radialebene angeordnet
sind.
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Ein im Montageblock 13 ausgespartes zweites Anschlußstück 21 verbindet
die zweite Bohrung 11 der Bodenplatte 6 mit einer im Montageblock 13 koaxial mit
der Achse 18 des Einlaßventils 14 angelegten Kammer 22. Die Kammer 22 wird nach
vorne und nach hinten durch zwei Führungskammern 23 und 24 gleichen Durchmessers,
jedoch kleineren Durchmessers als derjenige der Kammer 22 verlängert.
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Die Führungskammern 23, 24 enthalten die Endteile eines im Topfform
ausgebildeten Kolbenschiebers 25, dessen innere Kammer 26 der Unterbringung eines
Teiles einer Rückstellfeder 27 dient, deren anderes Ende sich auf die Innenfläche
eines in die mit Innengewinde versehene Wandung der hinteren Führungskammer 23 eingeschraubten
Verschlußdeckels 28 mit Außengewinde stützt.
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Der vordere Teil des Kolbenschiebers 25 trägt eine Nadel 29, die fähig
ist, einen Durchlaß 30 zu verschließen, der die vordere Kammer 31 des Einlaßventils
14 mit dem Anschlußstück 17 und damit mit der Zuführleitung 15 verbindet.
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Der vordere Teil des Kolbenschiebers 25 besitzt eine Vielzahl von
in eine ringförmige Hohlkehle 33 mündenden axialen Durchbohrungen 32, die in der
Schließstell'ung der Nadel 29 von der InnenWandung der vorderen Führungskammer 24
verschlossen werden und die in der Offnungsstellung der Nadel 29 in die Kammer 22
münden, die infolge ihrer Begrenzung durch den Mantel des Kolbenschiebers 25 ringförmig
ist.
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Gegenüber der Ringkammer 22 besitzt der Kolbenschieber 25 einen eingehalsten
Teil 34, wodurch der Querschnitt der Ringkammer 22 vergrößert wird. Die axiale Höhe
des eingehalsten Teils 34 des Kolbenschiebers 25 ist jedoch kleiner als die axiale
Höhe der Ringkammer 22. Das hintere Ende der Ringkammer 22 wird von der Mündung
des Anschlußstücks 21 ab in Richtung auf die hintere Führungskammer 23 allmählich
enger. Diese Verengung begrenzt einen kegelstumpfförmigen Durchlaß 35. Genau unterhalb
der Einmündung des Anschlußstücks 21 in die Ringkammer 22 und gegenüber dem kegelstumpfförmigen
Durchlaß 35 sind in der Wandung des Kolbenschiebers 25 radiale Durchbohrungen 36
mit großem Durchmesser ausgespart, die in der Schließstellung der Nadel 29 eine
Verbindung zwischen der Ringkammer 22 und der Innenkammer 26 des Einlaßventils 14
aufrechterhalten und die in der Uffnungsstellung der Nadel 29 allmählich von der
Innenwandung der hinteren Führungskammer 23 verschlossen werden.
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Zur ständigen Aufrechterhaltung einer Verbindung zwischen der Ringkammer
22 und somit der hinteren Kammer 12 des Hubzylinders 1 und der Innenkammer 26 des
Einlaßventils 14 besitzt der Kolbenschieber 25 in Höhe des eingehalsten Teils 34
mehrere kalibrierte radiale Durchgangsbohrungen 37.
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Da an seinem hinteren Ende der Kolbenschieber 25 wegen seiner Topfform
nicht geschlossen ist, mündet die innere Kammer 26 unmittelbar in die hintere Führungskammer
23, die seitlich mit einem im Montageblock 13 ausgesparten dritten Anschlußstück
38 in Verbindung steht. Ein im Montageblock 13 ausgespartes viertes Anschlußstück
39 ist einesteils mit der nicht dargestellten Rückleitung und andernteils mit einer
Rückflußkammer 40 verbunden, in welche die Nadel 41 des
Rückflußventils
16 eindringt, wobei diese Nadel fähig ist, einen Durchgang 42 zu verschließen, der
das Anschlußstück 38 und somit die Innenkammer 26 des Einlaßventils 14 mit der Rückflußkammer
40 des Rückflußventils 16 verbindet.
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Die Ausbildung des Rückflußventils ist bekannt, so daß es nicht notwendig
ist, sie ausfthrlich zu beschreiben.
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Die Nadel 41 ist am unteren Ende eines Steuerorgans 43 montiert, das
zwei Kolben 44 und 45 umfaßt, von denen der erste Kolben 44 von der Nadel 41 entfernt
und an seiner hinteren Fläche mit einer im Schließsinne der Nadel 41 wirkenden Rückstellfeder
46 belastet ist.
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Die zwei Kolben 44, 45 sind untereinander durch einen verdünnten Teil
50 verbunden, der mit der Verlängerung der Führungskammer 47 des oberen Kolbens
44 eine Ringkammer 48 begrenzt, die mittels einer kalibrierten Bohrung 49 mit dem
ersten Anschlußstück 17 und somit mit der Zuführleitung 15 des Montageblocks 13
verbunden ist. Der untere Kolben 45 hat einen geringeren Durchmesser als der obere
Kolben 44, so daß der in der Ringkammer 48 herrschende Druck die vordere ringförmige
Fläche des oberen ersten Kolbens 44 stärker beaufschlagt und somit im Uffnungssinne
der Nadel 41 gegen die Rückstellfeder 46 wirkt. Die Rückstellfeder 46 sitzt in einer
Kammer 51, die von einem ersten Deckel 52 verschlossen wird, der mit einer am Montageblock
13 befestigten Schutzkappe 53 bedeckt ist. Das Steuerorgan 43 ist mit einer Axialbohrung
54 versehen, die einesteils in die von der hinteren Fläche des oberen ersten Kolbens
44 begrenzte obere Kammer 51 mündet, und die an ihrem anderen Ende mittels radialer
Durchbohrungen 55 in die Rückflußkammer 40 und somit in die Rückflußleitung zum
Behälter mündet.
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Es ist nicht notwendig, daß der Montageblock 13 an der Bodenplatte
6 des Hubzylinders 1 befestigt ist. Im Hinblick auf die Verringerung der Druckverluste
und der Verbindungsleitungen ist es jedoch vorzuziehen, diesen Montageblock 13 an
der Bodenplatte.6 zu befestigen.
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In diesem Falle ist es von Vorteil, wenn der Montageblock 13 koaxial
mit dem Hubzylinder an der Bodenplatte 6 befestigt wird.
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Die Arbeitsweise der hydraulischen Hubvorrichtung gemäß der Erfindung
ist folgende: Hierbei wird angenommen, daß das nicht dargestellte, in die Zuführleitung
15 eingesetzte Steuerventil vorher geöffnet worden ist, so daß Hydraulikflüssigkeit
durch das Anschlußsrück 17, die Bohrung 10 und die Verbindungsleitung 9 in die Ringkammer
8 geleitet wird und den Kolben 3 und so die Stange 4 im Hubzylinder nach hinten
drückt. Da die hintere Kammer 12 ebenfalls mit nicht komprimierbarer Hydraulikflüssigkeit
gefüllt ist, kann der Rückhub des Kolbens 3 nicht sofort erfolgen. Zunächst muß
sich in der Ringkammer 48 ein ausreichender Druck aufbauen, der es erlaubt, die
Nadel 41 des Rückflußventils 16 gegen die Rückstellfeder 46 anzuheben. Gerade in
diesem Augenblick kann die in der hinteren Kammer 12 befindliche Flüssigkeit durch
die Bohrung 11, die Ringkammer 22, die radialen Durchbohrungen 36, die Innenkammer
26, das Anschlußstück 38 und den Durchlaß 42, die offene Nadel 41 und das Anschlußstück
39 zur nicht dargestellten Rückflußleitung fließen. Der in der Ringkammer 8 und
somit in der Zuführleitung 15 herrschende Druck erhöht sich, sobald der Kolben 3
am Ende seines Rückhubes angelangt ist. Infolge des Umstandes, daß die rückwärtige
Fläche des Kolbenschiebers 25 des
Einlaßventils 14 in jenem Augenblick
mit der Rückflußleitung in Verbindung steht, ist der auf die Nadel 29 besagten Einlaßventils
14 wirkende Druck ausreichend, um die Kraft der Rückstellfeder 27 zum offenen des
Durchganges 30 zu überwinden. Sobald Flüssigkeit in die Kammer 31 gelangt ist, wird
der Kolbenschieber 25 zurückgestoßen, so daß die radialen Durchbohrungen 36 verschlossen
werden und die Verbindung zwischen der Ringkammer 22 des Einlaßventils 14 und der
Rückflußleitung unterbrochen wird mit Ausnahme eines durch die radialen Durchgangsbohrungen
37 bestimmten kalibrierten Durchlasses. Wegen des im Anschlußstück 17 und somit
durch die kalibrierte Bohrung 49 in der Ringkammer 48 auftretenden bedeutenden Druckabfalls
schiebt die Rückholfeder 46 die Nadel 41 in ihre Schließstellung. So gelangt die
in die Kammer 31 durch die geöffnete Nadel 29 eintretende Flüssigkeit rasch durch
die axialen Durchbohrungen 32 und die Auskehlung 33 in die Ringkammer 22 des Einlaßventils
und von dort durch die Bohrung 11 in die hintere Kammer 12 des Hubzylinders 1. Der
Kolben 3 wird also zum vorderen Ende des Hubzylinders zurückgeschoben, und die Flüssigkeit,
die aus der Ringkammer 8 verdr ångt ist, wird durch die Verbindungsleitungen und
den offenen Durchlaß 30 in die Kammer 31 und von dort zur hinteren Kammer 12 des
Hubzylinders 1 geleitet.
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Beim Rücklauf des Kolbenschiebers 25 findet die fortschreitende Schließung
seiner radialen Durchbohrungen 36 in Höhe des kegelstumpfförmigen Durchlasses 35
statt, wodurch das Ul gezwungen wird, durch die kalibrierten radialen Durchgangsbohrungen
37 zu fließen und damit den Kolbenschieber 25 zu zwingen, sich am Ende des vollen
Hubes an den Verschlußdeckel 28 anzulegen und die Ringkammer 22 vollsttindig freizugeben,
wodurch unter Verringerung der Druckverluste ein freies Strömen
ermöglicht
wird, was wiederum eine stark spürbare Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades
des Hubzylinders beim Schieben zur Folge hat.
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Eine sich aus dieser Anordnung herleitende Nebenwirkung besteht darin,
daß dann, wenn der Kolbenschieber 25 sich an den Verschlußdeckel 28 anlehnt, das
Ol ebenfalls gezwungen ist, durch die radialen Durchgangsbohrungen 37 zu fließen.
Dies trägt dazu bei, in den Kammern 12 und 31 einen hohen Druck aufrechtzuerhalten
sowie den energetischen Wirkungsgrad des Hubzylinders beim Schieben zu verbessern.
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Am Ende des Vorwärtshubes des Kolbens 3 erhöht sich der in der hinteren
Kammer 12 und somit auch im Anschlußstück 17 und infolgedessen in der Kammer 48
herrschende Druck solange, bis die auf den ersten Kolben 44 wirkende Kraft dazu
ausreicht, die Rückstellfeder 46 zu überwinden und die Nadel 41 von ihrem Sitz abzuheben.
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Die Kammern 40, 38, 31, 12, die durch die Durchbohrungen 36 und die
Durchgangsbohrungen 37 als Drossel in Verbindung stehen, bleiben durch den Druck
versorgt, der durch die Zuführleitung 15 zum Hubzylinder gelangt und durch die Rückflußlcitung
39 unter Bildung einer Grenzschicht in Höhe des Nadelsitzes 41 austritt. Es ist
daher unerläßlich, die Druckzufuhr zur Zuführleitung 15 zu sperren, damit der Zyklus
zum Stillstand kommt, was es den Nadeln 29 und 41 gestattet, den Kreislauf zu schließen.
In diesem Augenblick wird die Vorrichtung dank dem in den Kammern 12 und 31 eingeschlossenen
Druck unter Arbeitsdruck gehalten, was für die Erzielung einer korrekten Arbeit
der Vorrichtung ohne zusätzliche Verriegelung von allergrößter Wichtigkeit ist.
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Um den Zyklus erneut zu beginnen, ist es erforderlich,
die
Druckzufuhr zur Zuführleitung 15, welche die Kammer 8 füllt und so den Start eines
neuen Zyklus hervorrufen soll, widerherzustellen.
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Es versteht sich von selbst, daß die vorstehend beschriebene Ausführungsform
einer gewissen Zahl von Veränderungen unterworfen werden kann, ohne daß man deshalb
den durch die beigefügten Ansprüche bestimmten Rahmen der vorliegenden Erfindung
verläßt.