DE3029757A1

DE3029757A1 - Teleskopischer hydraulikzylinder

Info

Publication number: DE3029757A1
Application number: DE19803029757
Authority: DE
Inventors: John Marsh
Original assignee: Dobson Park Industries Ltd
Current assignee: Joy Global Industries Ltd
Priority date: 1979-08-07
Filing date: 1980-08-06
Publication date: 1981-02-26
Also published as: FR2463306B1; AU6096080A; IN154411B; AU534250B2; MX151616A; ZA804072B; FR2463306A1

Description

PATENTANWALT BODE ■ POSTFACH 11 30 · D - 4030 RATINGEN 1 · TEtEFON 0 21 02 - 2 20 08 · TELEX 8 S85166

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Ar.jiu : Dobs on Park Industries Ltd.

Teleskopischer Hydraulikzylinder

Die Erfindung betrifft einen teleskopischen Hydraulikzylinder mit wenigstens zwei in axialer Richtung relativ zu einem dritten verschieblichen Bauteilen. - Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf doppelt-teleskopische Hydraulikzylinder, wie sie zur Abstützung des Hangenden im unrertägigen Bergbau eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen teleskopischen Hydraulikzylinder der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß die damit ausübbare Druckkraft unter Last zuverlässig von den radialen (transversen) Abmessungen eines zwischengeschalteten Zylinders oder der Kolbenstange abhängt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die vom Hydraulikzylinder ausgeübte Kraft direkt und zuverlässig vom Fluiddruck auf ein vorgegebenes Bauteil bestimmr ist.

3ei einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Mehrzahl teleskopisch und koaxial angeordneter Bauteile zur Bildung eines mehrstufigen Hydraulikzylinders, wobei miteinander teleskopisch zusammenwirkende Bauteile jeweils eine Stufe definieren und unter der Wirkung eines unter Druck stehenden Fluids in axialer Richtung gegeneinander beweglich, sind, ist eine Steuereinrichtung zum gesonderten Zuführen des unter Druck stehenden Fluids zu einer der beiden miteinander zusammenwirkenden Stufen vorgesehen, wobei eine der Stufen das Fluid von der anderen über ein zwischengeschaltetes automa-

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tisches Ventil erhält , um eine relative Bewegung zwischen den miteinander zusammenwirkenden teleskopischen Bauteilen der betreffenden Stufe über den gesamten zugelassenen Bewegungsbereich zu erhalten, bevor das unter Druck stehende Fluid der anderen "Stufe zugeführt -wird und eine Relativbewegung zwischen den Bauteilen der betreffenden Stufe beginnt. "

Der Hydraulikzylinder kann eine erste Stufe, die von koaxialen inneren und äußeren Zylindern gebildet wird, sowie eine zweite Stufe aufweisen, die durch den inneren Zylinder und eine koaxial darin angeordnete Kolbenstange definiert wird. Das unter Druck stehende Fluid Ist in den Raum zwischen den beiden Zylindern einführbar und erzeugt dadurch eine teleskopische Bewegung zwischen den beiden Zylindern. Das Fluid Ist aber auch in den Raum zwischen innerem Zylinder und Kolbenstange einführbar, und zwar aus dem erstgenannten Raum über eine zwischengeschaltete Kugelventilanordnung. Ferner Ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine Relativbewegung zwischen den beiden Zylindern unterbindet, bis die zugelassene Relativbewegung zwischen innerem Zylinder und Kolbenstange unter der Wirkung des zugeführten Fluids abgeschlossen Ist. Diese Einrichtung erfaßt den Druck im erstgenannten Raum und Ist so angeordnet, daß sie bei Erreichen eines vorbestimmten Druckes eine Sperre öffnet und dadurch eine Riatlvbewegung zwischen den Zylindern unter der Wirkung des zwischen diesen wirkenden Fluids ermöglicht.

Die Einrichtung, welche die Relativbewegung zwischen den Zylindern unterbindet, kann ein Einweg-Ventil sein, das einen Durchgang für das Fluid in einem Raum zwischen dem inneren und äußeren Zylinder sowie auf der Rückseite des inneren Zy-

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linders kontrolliert. Das Ventil ist so eingerichtet, daß es beim Erreichen eines vorbestimmten Druckes int Raum vor dem inneren Zylinder den Durchgang des Fluids zuläßt.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispial der^ Erfindung erläutert; es zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Doppel-

teleskopischen Hydraulikzylinder bekannten Aufbaus, wie er zur Unterstützung des Hangenden des untertägigen Bergbaus eingesetzt ist,

Figur 2 in schematischer Darstellung die Schaltung des Hydraulikzylinders nach Figur 1.

Der in Figur 1 dargestellte teleskopische Hydraulikzylinder besitzt einen an sich bekannten Aufbau und wird i Zusammenhang mit der Hangendabstützung im untertägigen Bergbau eingesetzt. Er besitzt einen äußeren Zylinder 11, einen darin axial beweglichen inneren Zylinder 12 sowie eine Kolbenstange 13, die axial im inneren Zylinder 12 verschieblich angeordnet ist. Der äußere Zylinder 11 und der innere Zylinder 12 besitzen im Längsschnitt jeweils becherförmige Gestalt und tragen Dichtungen 14, 15 an ihren Innenseiten im Bereich der äußeren Enden, wobei diese Dichtungen I¹+, 15 mit den gegenüberliegenden Außenseiten des inneren Zylinders 12 bzw. der Kolbenstange 13 abdichten. Weitere Dichtungen 16, 17 sind an den Außenseiten des inneren Zylinders 12 und der Kolbenstange 13 im Bereich der inneren Enden dieser Bauteile derart angeordnet, daß sie mit den gegenüberliegenden Seiten des äußeren Zylinders 12 bzw. des inneren Zylinders 11 zusammenwirken.

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An Boden des inneren Zylinders 12 ist ein Einlaß 18 mit einem federbelasteten Kugelventil 19 angeordnet, das den Durchgang des unter Druck stehenden Fluids durch den Einlaß 18 steuert. In der Wandung des äußeren Zylinders 11 befindet sich ein Einlaß 2o für die Zuführung des unter Druck stehenden Fluids zur Unterseite des inneren Zylinders 12.

Zwischen dem äußeren Zylinder 11 und dem inneren Zylinder 12 ist ein Ringraum 21 gebildet, der über einen Einlaß 22 in der Wandung des äußeren Zylinders 11 zugänglich ist. Zwischen dem inneren Zylinder 12 und der Kolbenstange 13 ist ein Ringraum 2 3 gebildet, der durch radiale und axiale Bohrungen 21 in der Kolbenstange 13 zugänglich ist.

Während des Betriebes fließt das unter Druck stehende Fluid durch den Einlaß 2o über eine Leitung 25 zur Unterseite des inneren Zylinders 12 und verschiebt diesen in axialer Richtung relativ zum äußeren Zylinder 11 innerhalb vorgegebener Begrenzungen, die von radial nach außen vorstehenden Rippen oder Anschlägen 26 neben dem unteren Ende des inneren Zylinders 12 und von einer damit zusammenwirkenden Büchse 2 7 gebildet sind, wobei die Büchse 27 in einer inneren Stufe am oberen Ende des äußeren Zylinders 11 sowie in der Bewegungsbahn des Anschlags 26 angeordnet ist. Wenn der Anschlag 26 auf die Büchse 27 trifft, erhöht sich der Druck des Fluids auf der Unterseite des inneren Zylinders 11 soweit, bis er den Widerstand des Kugelventils 19 überwindet, die Kugel 2 gegen die Wirkung ihrer Feder vom zugeordneten Sitz abhebt und damit den Durchgang des Fluids'zur Unterseite der Kolbenstange 13 ermöglicht.

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Bei weiterer Zuführung von Fluid verschiebt sich die Kolbenstange 13 in axialer Richtung innerhalb des inneren Zylinders 12 und bringt die nicht dargestellte Hangendkappe, die vom Hydraulikzylinder abgestützt werden soll, in Kontakt mit dem Hangenden des Strebs oder der Strecke und belastet die Kappe entsprechend.

Zum Einfahren des Hydraulikzylinders wird die Zufuhr des unter Druck stehenden Fluids über den Einlaß 2o unterbrochen und Druckflüssigkeit in die Ringräume 21 und 2 3 über den Einlaß 2 2 und die Bohrung 2 4- sowie zugeordnete Leitungen 29 , 3o zugeführt, damit der innere Zylinder 12 und die Kolbenstange relativ zum äußeren Zylinder 11 einfahren. Das Kugelventil 19 im Boden des inneren Zylinders 12 ermöglicht das Einfahren des inneren Zylinders 12 in den äußeren Zylinder 11 vor einer Relativbewegung zwischen der Kolbenstange 13 und dem inneren Zylinder 12, weil das im inneren Zylinder 12 vorhandene Fluid durch das Kugelventil 19 solange nicht austreten kann, bis die Kugel 28 durch das Ende eines Stiftes 31 von ihrem Sitz abgehoben wird. Der Stift 31 wirkt mit dem Boden des äußeren Zylinders 11 zusammen.

Die mit dem Einlaß 22 bzw. den Bohrungen 24- verbundenen Leitungen 29, 3o sind an eine gemeinsame Druckmittelquelle angeschlossen und da_s Fluid kann sich in diesen Leitungen in jeder Richtung frei bewegen.

Wie man der Darstellung in Figur 1 und der vorangehenden Beschreibung entnimmt, hängt die Stützkraft des Hydraulikzylinders ausschließlich von den Abmessungen der Kolbenstange 13 ab.

Es ist jedoch möglich, daß das Kugelventil 19 das unter Druck stehende Fluid passieren läßt, bevor der innere Zylinder 12

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seinen vollen Weg zurückgelegt hat. Das kann bei unerwartet hohem Bewegungswiderstand zwischen dem inneren Zylinder 12 und dem äußeren Zylinder 11, z.B. im Bereich der Dichtung 14, auftreten. In diesem Fall wird die Stützkraft des Hydraulikzylinders durch die Abmessungen des äußeren Zylinders 11 bestimmt.

Solche unterschiedlichen Stützkräfte sollen vermieden werden. Eine konstante und gleichförmige Stützkraft bei verschiedenen Hydraulikzylindern ist wünschenswert.

Dazu wird eine Anordnung vorgeschlagen, die sich' von der in Figur 1 dargestellten hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß eine Einrichtung angeordnet ist, die dafür sorgt, daß die Kolbenstange 13 relativ zum inneren Zylinder 12 vollständig ausgefahren wird, bevor der innere Zylinder 12 relativ zum äußeren Zylinder 11 eine Axialbewegung ausführt. Eine solche Anordnung ist in Figur 2 dargestellt.

In Figur 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. In die zum Einlaß 22 des Ring-raums 21 zwischen dem inneren Zylinder 12 und dem äußeren Zylinder 11 führende Leitung 2 9 ist ein Kugelventil 32 geschaltet, das normalerweise den Ausfluß von Fluid aus dem Ringraum 21 verhindern soll, das jedoch in Abhängigkeit vom Fluiddruck auf die Unterseite des inneren Zylinders 12 bei Erreichen eines bestimmten Druckes betätigt werden kann.

Beim Betrieb wird unter Druck stehendes Fluid über die Leitung 25 und den Einlaß 2ο zur Unterseite des inneren Zylinders 12 geleitet. Eine Relativbewegung zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder 11 wird durch das im Ringraum 21

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zwischen den beiden Zylindern vorhandene Fluid verhindert, weil eine Verdrängung des Fluids aus dem Ringraum 21 wegen des Kugelventils 3 2 in der Leitung 2 9 nicht möglich ist. Infolgedessen überwindet der Fluiddruck an der Unterseite des inneren Zylinders 12 den Federwiderstand des Kugelventils 19 und öffnet dieses Ventil, so daß das Fluid an die Unterseite der Kolbenstange 13 gelangt. Da im Ring-raum 2 3 zwischen der Kolbenstange 13 und dem inneren Zylinder 12 vorhandenes Fluid frei über die Leitung 3o verdrängt werden kann, existiert kein Bewegungswiderstand für die Kolbenstange 13 im inneren Zylinder 12 und die Kolbenstange 13 wird zunehmend nach außen aus dem inneren Zylinder 11 verschoben, bis sie relariv dazu vollständig ausgefahren ist.

Wenn die Kolbenstange 13 vollständig ausgefahren ist, steigt der Fluiddruck an der Unterseite des inneren Zylinders 12 und demenxsprechend auch in der Leitung 25. Eine Bewegung des inneren Zylinders nach Maßgabe des auf seine Unterseite einwirkenden Druckes ist aber wegen des Druckes im Ringraum 21 zwischen den beiden Zylindern noch nicht möglich.

Wenn man jedoch die Leitung 2 5 über eine Zweigleitung 34 an einen Verdränger 33 anschließt, der das Kugelventil 32 in der Leitung 29 bei Erreichen eines vorbestimmten Druckes öffnet, kann das Fluid im Ringraum 21 bei Erreichen dieses Druckes sich frei bewegen bzw. abfließen, womit gleichzeitig der Bewegungswiderstand für den inneren Zylinder 12 aufgehoben ist.

Damit fährt der innere Zylinder 12 aus und bringt die Hangendkappe in Druckkontakt mit dem Hangenden des Strebs oder der Strecke. Der Druck auf das Hangende hängt ausschließlich von den Abmessungen des inneren Zylinders 12 ab.

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Mit einer solchen Anordnung lassen sich an unterschiedlichen Kydraulizylindern gleiche Brücke wesentlich einfacher erreichen und die Möglichkeit, daß der Druck bei irgendeiner Gelegenheit sich nach den Abmessungen der Kolbenstange richtet, wird vermieden.

Beim Setzen des Hydraulikzylinders zwischen Liegendem und Hangendem in bergbaulichen Räumen unterscheiden sich, wie beschrieben, die Drücke in den beiden Abschnitten, wobei der Druck im inneren Abschnitt zunimmt, wenn die radialen bzw. transversalen Abmessungen dieses Abschnittes reduziert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt sondern umfaßt auch den Fachmann erkennbare Alternativen. So können anstelle der dargestellten Kugelventile auch Einweg-Ventile verwendet werden.

In der Beschreibung ist eine bevorzugte Ausführungsform erläutert, bei der der Stützdruck des Hydraulikzylinders von den transversalen Abmessungen des inneren Zylinders abhängt, wobei das Fluid in einem Ringraum zwischen dem äußeren und dem inneren Zylinder eingeschlossen bleibt, bis die Kolbenstange vollständig ausgefahren ist. Es sind aber auch Fälle denkbar, bei denen ein Stützdruck gewünscht ist, der von den Abmessungen der Kolbenstange abhängt, wobei das Fluid dann in einem Ringraum zwischen der Kolbenstange und dem inneren Zylinder eingeschlossen bleibt, während der innere Zylinder ausfährt.

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L e e r s e i t e

Claims

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Anra. : Dcbson Park Industries Limited, a British Company ■of Dobson Park House, Colwick Industrial Estate, 3clwick, Hortingham, UGU- 2BX-, England, United Kingdom

Teleskopischer Hydraulikzylinder Patentansprüche

1.-Teleskopischer Hydraulikzylinder mit wenigstens zwei in axialer Richtung relativ zu einem dritten verschieblichen Bauteilen, dadurch gekennzeic hn e t , daß die vom Hydraulikzylinder ausgeübte Kraft direkt und zuverlässig vom Fluiddruck auf ein vorgegebenes Bauteil (12 bzw. 13) bestimmt ist..

2- Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 mit einer Mehrzahl von koaxial und teleskopisch angeordneten Bauteilen (11, 12; 12-, 13) zur Bildung eines mehrstufigen Hydraulikzylinders, wobei teleskopisch miteinander zusammenwirkende Bauteile (11, 12; 12, 13) Stufen definieren und relativ zueinander ir. axialer Richtung unter der Wirkung eines unter Druck stehenden Fluids verschieblich sind, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (32, 33) zum selektiven Zuführen des unter Druck stehenden Fluids zu einer Stufe (11, 12; 12, 13), um eine Relativbewegung zwischen teleskopisch miteinander zusammenwirkenden Bauteilen der betreffenden Stufe über den vollen Bewegungsbereich auszulösen, bevor das unter Druck stehende Fluid der anderen Stufe (12, 13; 11, 12) zugeführt wird j um eine Relativbevjegung zwischen den Elementen dieser Stufe (12, 13; 11, 12) auszulösen.

3. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, mit einer Mehrzahl koaxial und teleskopisch angeordneter Bauteile zur Bildung eines mehrstufigen Hydraulikzylinders, wobei teles-

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kopiscn zusammenwirkende Bauteile jeweils eine Stufe definieren und unter der wirkung eines unter Druck stehenden Fluids relativ zueinander in axialer Richtung verschieb! ich sind, g e Ic e η η ζ & i c h η et d u r e h elae gesondert betätigbare Einrichtung (3 2^₃ 33), die einen Widerstand für eine Relativbewegung der Bauteile einer Stufe (11, 12) bildet, wenn diese Stufe vom Fluid beaufschlagt ist, und zur-Aufhebung des Jiiderstandes betätigbar Ist, so daß eine Relativbewegung .zwischen den Bauteilen dieser Stufe bei Erreichen eines vorbestimmten Druckes In der Stufe möglich ist, sobald eine relative Bewegung von Bauteilen einer anderen Stufe <i~2j 13) über den zugelassenen Bewegungsbereich abgeschlossen ist.

4·. Hydraulikzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die -gesondert betätigbare Einrichtung einen Gegendruck zur Verhinderung der Relativbewegung zwischen den Bauteilen der betreffenden Stufe {11, 12) steuert.

5. Hydraulikzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesondert betätigbare Einrichtung ein Kugelventil (32) zum Steuern des Fluidflusses aus einem geschlossenen Ringraum (21) aufweist;, wobei der Ringraum (21) entfernt von der druckbeaufschlagten Seite der betreffenden Stufe (11, 12) angeordnet ist und einen Teil des hin- und herflies senden Volumens derjenigen Stufe (11, 12) definiert, bei der die Relativbewegung ihrer Bauteile unterbunden werden soll, und wobei die Einrichtung (32, 33) auf den Fluiddruck an der Arbeitsseite anspricht.

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Hydraulikzylinder nach Anspruch 5,. dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil C32) ein Einweg-Ventil aufweist,.welches sich automatisch bei Erreichen des vorbestimmten Druckes öffnet. :

Hydraulikzylinder nach einem der vorangehe nd.en" Ansprüche ^- di a ei ix r c h g_ekenn.z;e.Ichne. t,-daß eine Stufe C12_r. 13} das unter Druck stehende Fluid von. der anderen Stufe (11,. 12} über ein zwischengeschaltetea federbelastetes Ventil 013> erhalte

- Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 oder 2 mit. einer ersten Stufe, die durch koaxiale innere und äußere Zylinder definiert wird"» einer zweiten Stufe, die durch den inneren Zylinder und eine koaxial darin angeordnete Kolbenstange definiert wird,, wobei unter Brück srehendea Fluid in die Räume zwischen den beiden Zylindern einfuhr— bar ist,. um eine teleskopische Ausfahrbewegung' zu. erzeugen, und das unter Druck stehende Fluid auch in den Raum zwischen dem inneren Zylinder und der Kolbenstange aus dem erstgenannten Raum über ein zwischengeschaltetes Kugelvenril einführbar ist* gekennzeichnet durch eine Einrichtung C32, 33) zum Unterbinden einer Relativbewegung zwischen den Zylindern CiI, 12) bis die Relativbewegung zwischen dem inneren Zylinder (12) und der Kolbenstange (13) unter der Wirkung des zugeführten Fluids vollständig abgeschlossen ist, wobei die Einrichtung (32 _r 33) auf den Druck im erstgenannten Raum anspricht und so ausgelegt ist, daß sie bei Erreichen eines vorbestimmten Druckes in diesem Raum den Widerstand aufhebt und eine Relativbewegung zwischen den Zylindern (11, 1Z> unter der Wirkung des zwischen ihnen befindlichen Fluids zuläßt»

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9. Hydraulikzylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (32, 33-) zum Unterhinden einer Relativbewegung zwischen den Zylindern (Ii, 12) ein Einweg-Ventil f323 aufweist, welches den Durchfluß des unter Druck stehenden Fluids zwischen einem Ringraum- (21) zwischen dem inneren und äußeren Zylinder (11 bzw. 12> und der Arbeitsfläche des inneren Zylinders (11) steuert, wobei das Ventil (32} so ausgelegt ist, daß es den Durchfluß des Fluids aus dem Raum 21 bei Erreichen eines vorbestimmten Druckes in den der Stirnseite des inneren Zylinders (12> zugeordneten Raum zuläßt.

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