-
-
Beschreibung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hydraulikzylinder
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere auf einen solchen, der mehr als
eine mechanische Bewegungsart erzeugen kann.
-
Es ist bekannt, daß hydraulische Stellglieder je nach Typ mechanische
Arbeit in Form einer linearen Ausgangsbewegung, einer rotierenden Ausgangsbewegung
oder einer schwingenden Bewegung erzeugen können. Keine der bisher vorgeschlagenen
Typen kann jedoch zwei oder mehr Ausgangsbewegungsarten ausführen, und deshalb wurde
die Anwendung solcher Stellglieder dann als ungenügend empfunden, wenn bei einem
Gerät mehr als eine mechanische Bewegungsart gewünscht wird. Die gilt bspw. für
das Testen mechanischer Eigenschaften eines Materials, wo verschiedene Geräte erforderlich
sind, die eine lineare, rotierende, spiralförmige u.dgl. Bewegung ausführen können,
um ein Testobjekt bspw. zu strecken, zusammenzudrücken, zu biegen, zu verdrehen,
um so die Schwachpunkte des Materials bestimmen zu können, da das hydrau-
lische
Stellglied, das zum Gerät gehört, nur eine Art der Ausgangsbewegung erzeugen kann.
Ein mechanischer Arm eines hydraulisch betriebenen Gerätes zum Tragen oder Fördern
einer Last erfordert manchmal eine lineare Bewegung, manchmal eine rotierende Bewegung
und manchmal auch eine spiralenförmige Bewegung. Bei einem solchen Gerät sind zwei
oder mehr Arten von hydraulischen Stellgliedern für deren Betrieb bzw. Antrieb notwendig,
was die Baukosten und das notwendige Bauvolumen erhöht. Dementsprechend sind Verbesserungen
an diesen konventionellen hydraulischen Stellgliedern erwünscht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Hydraulikzylinder
der genannten Art zu schaffen, der einen mechanischen Ausgang in Form einer linearen
Bewegung, einer rotierenden Bewegung oder einer kombinierten linearen und rotierenden
Bewegung wahlweise erzeugen kann.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Hydraulikzylinder der genannten Art durch
die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt ein hydraulisches Stellglied
einen geschlossenen Zylinder, in welchem ein Rotor zur Rotation um dessen Achse
befestigt ist, und zwei kreisförmige Kolbenelemente, die an den beiden Enden des
Rotors koaxial zueinander befestigt sind, wobei die Umfangsbereiche der Kolbenelemente
mit der Innenfläche des Zylinders dichtend in Wirkverbindung sind und mit der Umfangs
fläche des Rotors und der Innenfläche des Zylinders eine erste flüssigkeitsdichte
Ringkammer begrenzen. Jedes Kolbenelement begrenzt mit der Innenfläche des Zylinders
und dem betreffenden geschlossenen Ende des Zylinders eine zweite flüssigkeitsdichte
Kammer an jeder Seite der ersten Kammer. Zwischen der Umfangsfläche des Rotors und
der Innenfläche des Zylinders sind eine Trennvorr-chi UJ g l3Fd eine Schaufel- bzw.
-
Flügelvorrichtung vorgesehen, wodurch die erste Ringkammer in mindestens
zwei variable Volumenbereiche bzw. -zonen unterteilt ist. Die beiden Kolbenstangen
sind mit den beiden Enden des Rotors verbunden und in den geschlossenen Enden des
Zylinders gelagert. Erste Eingangsmittel zum Einlassen
und Rückführen
der Hydraulikflüssigkeit sind jeweils mit den zweiten Kammern verbunden, so daß
die Flüssigkeit auf die beiden Kolbenelemente zur Erzeugung einer linearen Bewegung
wirken kann. Zweite Einlaßmittel zum Einlassen und Rückführen der Hydraulikflüssigkeit
sind jeweils mit den beiden variablen Volumenbereichen verbunden, so daß bewirkt
ist, daß die Flüssigkeit auf ein Schaufel- bzw. Flügelelement zur Erzeugung einer
Drehbewegung wirken kann.
-
In vorteilhafter Weise verläuft die Trennvorrichtung durch die Kolbenelemente
und erstreckt sich zu den geschlossenen Enden des Zylinders hin, so daß das Kolbenelement
eine Rotationsbewegung, die die Bewegung des Rotors begleitet, nicht durchführt.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung beinhaltet
die Flügelvorrichtung zwei Flügel- bzw. Schaufelelemente und die Trennvorrichtung
zwei Trennelemente, wodurch die erste Ringkammer in vier variable Volumenbereiche
bzw.
-
-zonen unterteilt wird. Die zweiten Einlaßmittel können vier zweite
Einlässe enthalten, wobei jeweils zwei zweite Einlässe in einer der Trennelemente
vorgesehen
sind und mit zwei der variablen Volumenbereiche zu beiden Seiten des Trennelementes
verbunden sind.
-
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen: Figur 1 einen
Längsschnitt durch einen Hydraulikzylinder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
vorliegender Erfindung, Figur 2 einen Querschnitt längs der Linie B-B' der Fig.
1, Figur 3 einen Querschnitt längs der Linie A-A' der Fig. 1, Figur 4, 5, 6 und
7 verschiedene Betriebsbedingungen des Hydraulikzylinders und
Figur
8 einen Querschnitt durch einen Hydraulikzylinder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
vorliegender Erfindung.
-
Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen einen Zylinder 10, der an seinen zwei
Enden geschlossen ist und in welchem linear bewegliche Kolbenstangen 11 in flüssigkeitsdichter
Beziehung mit den geschlossenen Enden 12 bzw. 13 befestigt sind. An den geschlossenen
Enden 12 und 13 sind zwei Einlässe 14 bzw. 15 angeordnet. Da die Konstruktion des
Zylinders 10 und die Befestigung der Kolbenstangen 11 aus dem Stand der Technik
bekannt sind, werden diese Einzelheiten hier nicht beschrieben. Zwei Trennelemente
16 und 17 sind an der Innenfläche des Zylinders diametral gegenüberliegend integral
bzw. einstückig angeformt und erstrecken sich vom einen Ende 12 zum anderen Ende
13.
-
Es ist ferner ein Rotor 19 vorgesehen, der zwei diametral gegenüberliegende
Schaufeln bzw. Flügel 20 und zwei durchmesserkleinere zylindrische Enden 21 aufweist.
Zwei Kolbenelemente 23 sind in flüssig-
keitsdichter Weise mit
Hilfe von Dichtungsmitteln auf die durchmesserkleinere Enden 21 geschoben, die mit
den beiden Kolbenstangen 11, die in den geschlossenen Enden 12 und 13 gehalten sind,
verbunden sind. Zwei Gewindestangen 18 sind in die Kolbenstangen 11 und die Enden
21 eingeschraubt, so daß die Endstirnflächen 24 der Kolbenstangen 11 an den Kolbenelementen
23 anliegen.
-
Der Rotor 19 kann jedoch mit einer Kolbenstange 11 an deren anderem
Ende verbunden werden, wobei nur eine Energieabnahmevorrichtung besteht.
-
Jedes der Kolbenelemente 23 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt
mit zwei diametral gegenüberliegenden Einkerbungen 25 zur dichtenden Verbindung
mit den Trennelementen 16 bzw. 17. Die Umfangsflächen der Kolben 23 sind mit der
Innenfläche des Zylinders 10 durch Verwenden von Dichtmittel 26 in bekannter Weise
dichtend in Wirkverbindung.
-
Da die Kolben 23 mit den Trennelementen in Wirkverbindung sind, können
sie während der Rotation des Rotors 19 keine rotierende Bewegung ausführen.
-
Der Umfang des Rotors 19 und die Enden der Flügel 20
sind
mit den Trennelementen 16, 17 bzw. der Innenfläche des Zylinders dichtend in Wirkverbindung.
-
Die Dichtverbindung kann in bekannter Weise durch Verwenden von Dichtmittel
27, 28 erreicht werden.
-
Die Kolben 23, die Umfangsfläche des Rotors 19, die Trennelemente
16 und 17 und die Innenfläche des Zylinders begrenzen jeweils gegenseitig zwei flüssigkeitsdichte
Kammern 29 und 30 und die Flügel 20 unterteilen die Kammern 29 und 30 in vier variable
bzw. veränderliche Volumenbereiche bzw. -zonen 29a, 29b bzw. 30a und 30b. Die Volumen
der Bereiche 29a, 29b, 30a und 30b sind während der Rotation der Flügel 20 veränderlich.
In den Trennelementen 16 und 17 sind vier Öffnungen bzw.
-
Mündungen 31, 32 bzw. 33, 34 vorgesehen, die jeweils mit den Bereichen
bzw. Zonen 29a, 29b, 30a und 30b in Verbindung stehen. Diese Öffnungen 31, 32, 33
und 34 sind mit der nicht dargestellten hydraulischen Energiequelle über nicht dargestellte
Richtsteuerventile zum Einlassen und Rückführen der Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit
von der gewünschten Drehrichtung der Bewegung des Rotors 19 verbunden.
-
Gemäß Fig. 1 begrenzen die Kolben 23 mit der Innenfläche des Zylinders
10 und dem betreffenden geschlossenen Ende 12 bzw. 13 zwei Kammern 36 und 37. Diese
Kammern 36 und 37 sind entsprechend mit den Öffnungen 14 und 15 verbunden, die mit
der nicht dargestellten hydraulischen Energiequelle über ein ebenfalls nicht dargestelltes
Richtsteuerventil verbunden werden.
-
Im Betrieb wird die Hydraulikflüssigkeit über ausgewählte Öffnungen,
abhängig von der gewünschten mechanischen Ausgangsbewegung in den Zylinder 10 eingelassen
und zur Hydraulikquelle zurückgeführt.
-
Gemäß Fig. 4 wird die Flüssigkeit in die Kammer 37 durch den Einlaß
bzw. die Öffnung 15 eingelassen und die Flüssigkeit in der Kammer 36 wird durch
die Öffnung bzw. Auslaß 14 zurückgeführt. Aufgrund des Zuflusses der Flüssigkeit
in die Kammer 37 wird der Kolben 23 zum Ende 12 hin bewegt. Wenn man möchte, daß
sich der Kolben 23 zum Ende 13 hin bewegt, so wird die Flüssigkeit in die Kammer
36 durch die Öffnung 14 eingelassen und durch die Öffnung 15 gemäß Fig. 5 wieder
rückgeführt. Die
Bewegung der Kolben 23 in axialer Richtung gemäß
den Figuren 4 und 5 erzeugt einen mechanischen Ausgang linearer Bewegung. Während
dieses Betriebes werden die Öffnungen 31, 32, 33 und 34 vorzugsweise in ihren geschlossenen
Stellungen gehalten, so daß die Flügel 20 sich nicht drehend bewegen.
-
Der rotierende Betrieb des Stellgliedes ist in Fig. 6 dargestellt.
Die Flüssigkeit wird durch die Öffnungen 32 und 34 eingelassen und durch die Öffnungen
31 und 33 zurückgeführt. Die Wirkung der Flüssigkeit auf die Flügel erzeugt eine
Ausgangsdrehbewegung von etwa 1200. Während der Bewegung sind die Öffnungen 14 und
15 vorzugsweise geschlossen.
-
Wird eine kombinierte lineare und rotierende Ausgangsbewegung gefordert,
muß die Flüssigkeit durch die Öffnungen 14 und 15 für die lineare Bewegung und durch
die Öffnungen 31, 32, 33 und 34 für die rotierende Bewegung eingelassen bzw. zurückgeführt
werden, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. In diesem
Falle wirkt die
Flüssigkeit sowohl auf die Flügel 20 als auch auf die Kolben 23, die die Energieabnahmevorrichtung
betätigen, die hier die Kolbenstange 11 ist, die sowohl eine lineare als auch eine
rotierende Bewegung ausführt.
-
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung besitzt
der Hydraulikzylinder nur ein Trennelement 16 und der Rotor 19 ist nur mit einem
Flügelelement 20 versehen, wie in Fig. 8 dargestellt. In diesem Falle begrenzen
das Trennelement 16, die Innenfläche des Zylinders 10 und die Umfangs fläche des
Rotors 19 eine segmentierte Ringkammer 50, die durch das Flügelelement 20 in zwei
variable Volumenbereiche bzw. -zonen 50a und 50b unterteilt ist. Zwei Öffnungen
51 und 52 sind im Trennelement 16 zum Einlassen und Rückführen der Hydraulikflüssigkeit
in die Kammer und zur Verbindung mit den beiden Bereichen 50a bzw. 50b vorgesehen.
Die Wirkung der Flüssigkeit auf das Flügelelement 20 erzeugt einen rotierenden Ausgang
mit größerem Winkel als in dem Falle, in welchem zwei Flügel vorgesehen sind.
-
Da das hydraulische Stellglied gemäß vorliegender Erfindung mechanische
Arbeit in Form linearer Bewegung, rotierender Bewegung und einer kombinierten linearen
und rotierenden Bewegung erzeugen kann, kann es die Leistungsfähigkeit hydraulisch
betriebener bzw. betätigter Maschinen, denen es zugeordnet ist, verbessern und auch
deren Kosten reduzieren.
-
- Ende der Beschreibung -
- Leerseite -