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Die Erfindung betrifft einen Hydrozylinder, insbes. Drehzylinder
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für Arbeitsgeräte wie Drehpflüge o. dgl., mit einem über eine integrierte
Steuereinheit betätigbaren doppelwirkenden Hydrozylinder, dessen Kolbenstange zwischen
Zug- und Druckphase selbständig umschaltbar und in Endstellung verriegelbar ist.
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Ein Drehzylinder, insbes. zum Drehen von Arbeitsgeräten wie z. B.
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Drehpflügen ist aus dem deutschen Patent 2 461 712 bekannt. Hier wird
ein doppelwirkender Hydrozylinder mit aufgeflanschter Steuereinheit und Gas speicher
zum Drehen von Drehpflügen über einen Winkel von 1800 verwandt. In der Phase I (Zugphase
0 bis 90°) wird der Kolben stangenseitig mit Druckmedium vom Ackerschlepper beaufschlagt
und das kolbenseitige Druckmedium in einen Gasspeicher geleitet. Bei Erreichen des
oberen Todpunkts des Drehpfluges baut sich im System der Sicherheitsventildruck
der Schlepperhydraulik auf. Hierdurch wird ein Umschaltventil geöffnet und der Ölstrom
auf die Kolbenseite des Zylinders freigegeben (Phase II, Druckphase 90 bis 1800).
Die Verriegelung des Systems geschieht durch Betätigung des Steuergerätes auf "Senken",
wodurch durch Entlastung eines Steuerkolbens eine mechanische Verriegelung durch
eine Sperrkugel eintritt. Gleichzeitig kann das im Speicher gesammelte Öl der Phase
I in den Ölbehälter zurückgeführt werden. Dieses System hat den Nachteil, daß es
anfällig gegen Verschmutzung ist und daß die Einstellung des oberen Todpunkts über
Druckspitzen im System nur unzureichend
bewerkstelligt werden kann.
Das Gerät ist den in der Praxis auftretenden überaus rauhen Bedingungen nicht in
jeder Situation gewachsen.
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Aus der DE-OS 27 57 467 ist weiterhin eine Steuervorrichtung für das
Verschwenken eines Drehpfluges um seine Drehachse bekannt, mit einem doppeltwirkenden
Hydraulikzylinder, der um eine gerätefeste Achse schwenkbar gelagert ist und dessen
mit dem Kolben verbundene Kolbenstange am Pf lugscharträger angelenkt ist, mit einem
die Richtungsänderung der Kolbenstange am Todpunkt bewirkenden Ventil. Auch bei
dieser Vorrichtung treten Betriebszustände auf, bei denen ein einwandfreies und
zuverlässiges Wenden des Drehpfluges nicht immer gewährleistet ist. So kann beim
Pflugwenden in Hanglage oder aber wenn noch schwere Erdschollen am Pflugscharträger
vorhanden sind, nicht immer eine sichere Drehung erreicht werden, weil die Zylinderräume
kurz vor bis kurz nach dem Todpunkt drucklos sind und das Wenden nur aufgrund der
Massenkräfte des Pflugscharträgers selbst über den Todpunkt hinaus erfolgt.
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Eine Verbesserung dieser Vorrichtung wurde gemäß der DE-OS 31 23 727
vorgeschlagen. Die Lösung des Problems wird hierbei durch eine spezielle Hydraulikschaltung
erzielt, die ebenfalls Störeinflüssen unterliegt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hydrozylinder vorzuschlagen,
der insbesondere für das Verschwenken eines Drehpfluges um seine Drehachse geeignet
ist und die bekannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere
dadurch gelöst, daß eine Steuereinheit mit Umschaltventil in Längsschieberbauart
mit mechanisch-hydraulischer Umsteuerung derart betätigbar ist, daß der Kolben des
Hydrozylinders in seiner Endstellung auf den Längsschieber einwirkt und diesen derart
verschiebt, daß ein über den Längsschieber abfließender, über eine Pilotbohrung
im Schieber vom Hauptstrom abgezweigter Steuerstrom zur Druckbeaufschlagung des
Längsschiebers verwendbar ist, der die Steuerkanten des Längsschiebers derart verschiebt,
daß eine Strömungsumkehr des Druckmediums im Hydraulikzylinder erfolgt.
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Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs arbeitet die
mit dem Hydrozyliner integrierte Steuereinheit erfindungsgemäß mit einer mechanisch-hydraulischen
Umsteuerung. Der Längsschieber wird zunächst mechanisch derart verschoben, daß ein
Steuerstrom auf den Schieber einwirkt und eine weitere axiale Verschiebung des Längsschiebers
bewirkt, wodurch eine Umkehr der Strömungsrichtung auf den Kolben des Hydraulikzylinders
geschieht. Dieser Steuerstrom wird vom Hauptstrom über eine Pilotbohrung abgezapft
und baut erst dann einen Druck auf den
Längsschieber auf, wenn dieser
durch die mechanische Ansteuerung axial verschoben wird.
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Der Vorteil des Grundgedankens der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt
gegenüber den bekannten Einrichtungen vornehmlich darin, daß eine äußerst einfache
Konstruktion zur Umschaltung des Hydrozylinders geschaffen wurde. Insbesondere bei
der Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung als Drehzylinder für Drehpflüge,
erweist sich diese als äußerst robust und insbesondere schmutzunempfindlich, so
daß keine weiteren Filter für das Hydraulikmedium erforderlich sind. Die einfache
Konstruktion mit nur einem Steuerelement hat neben dem kostengünstigen Aspekt auch
den Vorteil, daß Ersatzteile leicht austauschbar sind, was zur Wartungsfreundlichkeit
der Konstruktion beiträgt. Die Konstruktion ist weiterhin völlig temperaturunabhängig
und auch viskositätsunabhängig, da hier mit einer mechanischen Ansteuerung der Steuereinheit
gearbeitet wird, und nicht mit Druckspitzen im System.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte
Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Gemäß der vorteilhaften Ausbildung nach Unteranspruch 2 geschieht
die Verriegelung des Hydraulikzylinders durch ein an sich bekanntes hydraulisch
vorgesteuertes, mechanisches Rückschlagventil. In dieser Verriegelungsphase ist
deshalb der Kolben des
Hydrozylinders lediglich z. B. kolbenseitig
mit Hydraulikmedium beaufschlagt, das durch das Rückschlagventil nicht zurückweichen
kann. Der übrige Teil der Vorrichtung steht nicht unter Druck.
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Bei Verwendung der Einrichtung zur Drehung eines Drehpflugs kann diese
deshalb in den Endstellungen der Pflugscharträger gehalten werden, ohne daß der
Hydrozylinder mit Druckmedium beaufschlagt werden muß.
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Gemäß der vorteilhaften Ausbildung nach Unteranspruch 3 ist der Aufbau
der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Zugphase, Druckphase und Verriegelungsphase
des Hydrozylinders beschrieben.
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Gemäß den vorteilhaften Ausgestaltungen der Unteransprüche 4 und 5
sind Maßnahmen vorgesehen, die eine genaue mechanische Einstellung des oberen Todpunkts
des Hydrozylinders ermöglichen, um - bei Verwendung bei Drehpflügen - ein exaktes
Umschwenken des Drehpfluges zu ermöglichen. Dies kann zum einen durch eine verstellbare
Längsschraube in der Kolbenstange oder durch eine Verstellung des Längsschiebers
erfolgen.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Unteranspruch 6 geschieht die Rückstellung
sowohl des Längsschiebers als auch des Stößels der auf den Längsschieber einwirkt
mittels mechanischen Druckfedern. Die Stärke der Federn sind entsprechend den Hydraulikbelastungen
ausgelegt (s. Beschreibung der Erfindung).
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In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß an Stelle
einer Rückleitung für das Druckmedium ein an sich bekannter Gasdruckspeicher vorgesehen
ist.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung bei bekannten
Drehpflügen, auch "Taube" oder "Feldtaube" genannt. Derartige Pflüge werden z. B.
von der Firma Rabe-Werk, 4509 Linne über Bohmte vertrieben. Selbstverständlich läßt
sich die erfindungsgemäße Einrichtung auch zur Bewegung anderer Arbeitsgeräte verwenden,
wobei eine automatische Umsteuerung am Ende des Kolbenhubs benötigt wird.
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Ein vorteilhaftes und zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Einrichtung im Schnitt in der Phase I, d.
h. in der Zugphase der Kolbenstange, Fig. 2 schematische Darstellung der Umschaltung
in die Druckphase II der Kolbenstange und Fig. 3 die Verriegelungsphase III der
Kolbenstange.
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In Fig. 1 ist der Hydrozylinder 10 mit Kolben 11 und Kolbenstange
12 sowie mit integrierter Steuereinheit 13 dargestellt. Die Steuereinheit 13 besteht
vornehmlich aus einem Längsschieber 14 und eineR Stößel 15 mit entsprechenden Rückstellfadern
16, 17, sowie einer Zylinderraumverriegelung 18. Weiterhin sind entsprechende
Bohrungen
und Zuleitungen bzw. Ableitungen für das Druckmedium vorgesehen.
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Zur Einstellung des oberen Todpunkts des Drehpfluges ist in der Kolbenstange
eine verstellbare Längsschraube 19 vorgesehen.
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Die Darstellungen in Fig. 2 und 3 unterscheiden sich von derjenigen
in Fig. 1 lediglich durch die veränderten Betriebsstellungen insbesondere des Längsschiebers
14, der Flußrichtung des Druckmediums und des Rückschlagventils 18 und der damit
verbundenen Stellung des Kolbens 11.
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Der weitere Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich am
besten durch die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten unterschiedlichen Arbeitsstellungen
beschreiben. Dies geschieht anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an
einem Drehpflug.
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In der in Fig. 1 beginnenden Zugphase soll der Drehpflug zunächst
um 900 geschwenkt werden, um den am Boden liegenden Pflugscharträger um 900 zu drehen.
Hierzu wird am nicht näher dargestellten Ackerschlepper die Hydraulikpumpe betätigt,
wodurch Hydrauliköl über den Anschluß 20 und die Zufuhrleitung 21 zum Schieber 14
gelangt. Der Schieber ist in seiner in Fig. 1 .dargestellten rechten Endstellung,
wobei die Steuerkante 22 des Längsschiebers die Zuleitung 23 zur stangenseitigen
Beaufschlagung
des Kolbens 11 mit Druckmedium freigibt (Druckpfeile
24). Hierdurch bewegt sich der Kolben 11 entsprechend der Pfeilrichtung 25 und drückt
das kolbenseitig 26 drucklose Druckmedium im Zylinderraum 37 über die Leitung 27,
dem geöffneten Rückschlagventil 18, der Leitung 28 zum Längsschieber 14. Hier ist
eine weitere Steuerkante 29 des zylindrischen Längsschiebers derart positioniert,
daß das drucklose Öl über die Leitung 30 in den Tank 31 zurückströmen kann.
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Die Öffnung des Rückschlagventils 18 geschieht über einen Kolben 32
der über eine Leitung 33 mit Druck aus der Druckleitung 23 beaufschlagt ist. Der
druckbeaufschlagte Kolben 32 drückt dann einen Zylinderstift 34 gegen eine Rückschlagkugel
35, gegen den Druck einer Druckfeder 36. Der Rücklauf des kolbenseitigen Druckmediums
wird deshalb über das hydraulisch, über die Zuleitung 23 vorgesteuerte Rückschlagventil
bewerkstelligt. Der Durchfluß vom Zylinderraum 37 zur Rückleitung 28 über das Rückschlagventil
18 geschieht so lange, wie die Zufuhrleitung 23 unter Druck steht und damit der
Kolben 32 über den Zylinderstift 34 die Kugel 35 nach unten drückt und die Durchflußöffnung
38 freigibt.
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Der Längsschieber 14 weist eine Zentralbohrung 39 auf. Im Bereich
der Steuerkante 22 weist der Längsschieber 14 eine weitere Pilotbohrung 40 auf,
die den Druckraum 41 des Längsschiebers 14 mit der Zentralbohrung 39 verbindet.
Während der Kolben 11 stangenseitig mit Druckmedium beaufschlagt wird, fließt daher
über diese Pilotbohrung 40 ein schwacher Steuerstrom in die
Zentralbohrung
39 und wird über eine Steuerkante 42 am Längsschieber 14 und eine Leitung 43 zur
Rückleitung 30 tefühtt. In dieser Phase wird der Längsschieber 14 durch die Rückstellfeder
16 in seiner rechten Endlage gehalten. Ebenso wird der Stößel 15 durch die Druckfeder
17 in seiner rechten Endlage gehalten.
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Der Drehpflug hat nun eine Drehung von 900 gemacht und es soll der
bisherige obere Pf lugscharträger durch die Hydraulikeinrichtung nach unten gedrückt
werden (Druckphase II). Der Drehpflug befindet sich demnach in seinem oberen Todpunkt,
wobei der Hydrozylinder von einer Zug- in eine Druckbewegung umgeschaltet werden
muß. Die genaue Einstellung des oberen Todpunkts geschieht mittels der Längsschraube
19.
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Die Umsteuerung des Hydrozylinders von der Zugphase I in die Druckphase
II, d. h Durchführung der Schwenkbewegung 90 bis 1800, geschieht dann wie folgt:
Bei Erreichen seiner Endstellung drückt der Kolben 11 mechanisch auf den Stößel
15, der in den Zylinderraum 37 hineinragt. Dieser Stößel 15 drückt dann seinerseits
auf den Längsschieber 14, wodurch die Steuerkante 42 um ca.
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1 mm verschoben und damit die Bohrung 43 zum Abfluß des Steuerstroms
aus der Pilotbohrung 40 verschlossen wird. Dadurch baut sich in der Zentralbohrung
39 ein Druck auf (s. Fig. 2), der auf die der Druckfeder 16 gegenüberliegende Stirnseite
44 des Längsschiebers 14 einwirkt und diesen weiter axial in Richtung Druckfeder
16 um ca. 5 mm verschiebt. Hierdurch wird die Steuerkante 22 derart verschoben,
daß
die bisherige Druckleitung 23 über eine Leitung 45 mit dem Rücklauf 30 des Druckmediums
verbunden ist. Andererseits wird die Steuerkante 29 derart axial verschoben, daß
das Druckmedium aus der Druckleitung 21 in die bisherige Rückleitung 28 strömen
kann. Es findet demnach eine Umkehr der Strömungsrichtung des Druckmediums statt.
Über die Leitung 28 strömt das Drucköl über das Rückschlagventil 18 in den Zylinderraum
37 des Hydraulikzylinders und übt auf den Kolben 11 einen Druck in Pfeilrichtung
46 aus. Das am Kolben 11 stangenseitige drucklose Druckmedium strömt über die Rückleitung
23 zum Längsschieber 14 und längs der Steuerkante 22 über die Leitung 45 zur Rückleitung
30 in den Tank 31.
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Durch den durch die Pilotbohrung 40 strömenden Steuerstrom in der
Zentralbohrung 39 wird der Längsschieber 14 durch Druckbeaufschlagung auf der Stirnseite
44 so lange in dieser Stellung hydraülisch festgehalten, bis der Druck in der Zufuhrleitung
21 insgesamt abgeschaltet wird. Erst dann kann die Druckfeder 16 den Längsschieber
wieder in seine Endposition drücken. Dies geschieht im speziellen Ausführungsbeispiel
dann, wenn der Kolben 11 seine Endstellung (ausgefahrene Kolbenstange 12) erreicht
hat und kein weiteres Druckmedium in den Hydrozylinder strömen kann.
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Der Pflug ist dann in seiner anderen Endposition. In diesem Fall schaltet
der Bediener den Druck am Ackerschlepper ab.
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In Fig. 3 ist die Verriegelungsstellung (Phase III) dargestellt,
bei
welcher die Steuereinheit 13 nicht unter Druck steht. Lediglich das im Zylinderraum
37 enthaltene Druckmedium soll mutter Druck bleiben, damit die Kolbenstange 12 in
dieser Endlage verharrt. Hierzu drückt das Druckmedium über die Leitung 27 auf die
Kugel 35 des Rückschlagventils 18 und versperrt die Durchflußöffnung 38, so daß
das Druckmedium im Zylinderraum 37 eingeschlossen bleibt. Da auch in der Zuleitung
23 und der Zuleitung 33 zum Druckkolben 32 kein Druck herrscht, übt der Zylinderstift
34 keinen Druck auf die Kugel 35 aus. Durch die Rückstellfeder 36 und den Druck
im Zylinderraum 37 bleibt das Rückschlagventil 18 deshalb geschlossen. Die Stellschraube
47 dient zur Wegbegrenzung des Kolbens 32.
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Die Druckfeder 17 des Stößels 15 ist derart ausgelegt, daß der Stößel
15 auch bei vollem Hydraulikdruck im Zylinderraum 37 nicht bewegt wird, sondern
nur durch die axiale Kraft des Kolbens 11.
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Die Verstellung des oberen Todpunkts des Drehpfluges kann auch an
Stelle der Längsschraube 19 durch eine nicht näher dargestellte axiale Verstellung
des Längsschiebers 14 geschehen. Je nach dem in welcher axialen Ausgangsposition
der Längsschieber 14 angeordnet ist, kann eine weitere axiale Verschiebung des Längsschiebers
14 über den Stößel 15 eine Umschaltung der Druckströme bewirken.
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An Stelle des Tanks 31 kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch
einen an sich bekannten integrierten geschlossenen Gasspeicher 48 aufweisen, in
welchen der Rückstrom des Druckmediums erfolgt. In diesem'Fall wäre nur eine Anschlußleitung,
d. h. nur ein Anschluß 20 zum Ackerschlepper notwendig. Die Entleerung des Gasdruckspeichers
48 in der Verriegelungsphase III kann dann über die Leitungen 30, 43, 39, über eine
weitere Leitung 49 mit Rückschlagventil 50 zum Ackerschlepperanschluß 20 erfolgen.
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In einer speziellen Ausführung hat der Kolben 11 einen Durchmesser
von 80 mm, die Kolbenstange 12 einen Durchmesser von 45 mm. Der Hub beträgt 180
mm, die Einbaulänge im eingefahrenen Zustand 450 mm.
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Der Drehzylinder ist in verriegelter Stellung leckölfrei und arbeitet
weitgehend mengenunabhängig zwischen z. B. 4-100 Ltr/min. Die Vorrichtung ist weiterhin
voll funktionsfähig bei einem Betriebsdruck zwischen 10 bar und 220 bar. Hierdurch
kann sie für die verschiedensten Ackerschlepper verwendet werden.