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HYDROSTATISCHER ANTRIEB, INSBESONDERE FÜR AUFZÜGE
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Beschreibung: Gegenstand der Erfindung ist ein hydrostatischer Antrieb,
insbesondere für Kolbenantriebe der Auf züge grosser Hublinge.
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Ein derartiger Kolbenantrieb ist als ein Arbeitszylinder ausgeführt,
welcher einen das Arbeitsmedium aufnehmenden Zylinder sowie einen, im Zylinder in
axialer Richtung bewegbaren Kolben besitzt. Zwischen dem Zylinder und dem Kolben
ist ein den Durchgang des letzteren zulassendes Kopfglied eingefügt, und der Kolben
überträgt die durch das Arbeitsmedium ausgeübte Kraft auf einen ausserhalb des Zylinders
befindlichen GeDenstand, z. B. auf die zu hebende Konstruktion.
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Bei den bekannten hydrostatischen ntrieben ergeben sich aber Probleme,
wenn diese grössere ablängen als üblich aufweisen. In diesem Falle darf nämlich
bei der Bemessung das Ausknicken nicht ausser Acat gelassen werden.
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Im Interesse der Erhöhung der Sicherheit müssen deshalb in diesen
Fällen grosse Durchmesser aufweisende Kolben verwendet werden, zu deren Versorgung
mit dem Arbeitsmedium zur Förderung grosser Flüssigkeiçsmengen geeignete Pumpen
erforderlich sind. Mit der Erhöhung der Abmessungen vermindert sich der Betriebsdruck
und demzufolge auch der Wirkungsgrad des hydrostatischen Antrieb es.
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Bei Anwendung von Kolbenantrieben grosser Hublänge sind im allgemeinen
zwei Lösungen zu wählen. Die eine ist der sogenannte "Hubvervielfacher-Ant%ieo",
bei dem mittels eines Kolbens mit kurzem Hub ein den Hub vervielfachender
Flaschenzug
betätigt wird. Eine derartige 3inrichtung ist aber wegen der Verwendung des Flaschenzuaes
mit einer komplizierten Seilführung verbunden und ie zum Einsatz gelangende einen
niedrigen Betriebsdruck und eine hohe Flüssigkeitsförderung aufweisende Pumpe bedingt
ausserordentlich grosse Abmessungen beim hydraulischen Aggregat, was ungünstige
Betriebsverhältnisse zur folge hat. Besonders nachteilhaft ist ein derartiger Antrieb,
bei Aufzügen mit Hubhöhen um oder über 20 m. Neben den genannten Nachteilen wird
nämlich auch der Einbau eines zusätzlichen Fangapparates und einer Geschwindigkeitsbegrenzungsvorrichtung
erforderlich.
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Die andere Gruppe der bekannten Lösungen bilden die Teleskoparbeitszylinder,
die eine Erhöhung der Hublänge auf die Weise ermöglichen, in dem anstelle eines
einzigen Kolbens eine Reihe von ineinandergeschobenen Kolben zum Einsatz gelangt.
Diese Kolben treten in -er Reihenfolge der Verminderung ihres Durchmessers stufenweise
nacheinander in Tätigkeit. Auf diesem Grunde ist zu einer gleichmässigen Gestaltung
der Hubbewegung des ganzen Te'essopsystems auch eine komplizierte Steuerung erforderlich.
Sine Sorge verursacht auch der Umstand, dass bei de: Eerausfahren der einzelnen
Kolben auseinander diese in ihrer Randstellung aufeinander aufschlagen, und dass
es so auch für die Dämpfung der so entstehenden dynamischen Stösse zusätzlich gesorgt
werden muss. Auch hier gilt der grundsatz, dass zu einer mit niedrigem Betriebsdruck
und hoher Flüssigkeitsförderung arbeitenden Pumpe ein verhältnismässig grosses hydraulisches
Aggregat vorgesehen werden zus 5.
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Eine weitere Ausführung des mit -eleskoparbeits-
zylinder
ausgerüsteten Antrieb es ist in der HC-PS 109 779 vorzufinden. Dabei wird eine zum
Heben von zarten oder zum Erreichen der zu den in grosser Hohe zu verrichtenden
Arbeiten erforderlichen Hubhöhe geeignete Hilfseinrichtung verwendet. Das Teleskop
besteht bei dieser Ausführung aus zwei Gleidern, von denen auf den Kolben des den
kleineren Durchmesser aufweisenden inneren Teleskopg'weqes das Arbeitsmedium unmittelbar
einwirkt, wogegen das den grösseren Durchmesser aufweisende äussere Teleskapglied
zur Aufnahme der von der Ausknickung herrühende Beanspruchung dient.
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Die Konstruktion eignet sich nur zur Bewegung von geringen Massen
und zum Erreichen geringer Betriebsdrücke, ihr Aufbau ist kompliziert und deshalb
auch kostenauSw3sdig, weiterhin kann die unterschiedliche Geschwindigkeit er Teleskopgleider
nicht beseitigt werden.
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Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines hydrostatischen Antriebes,
welcher die Mangel der bekannten Lösungen beseitigt, und insbesondere zum Heben
von geringen Lasten in grosse Höhen geeignet ist. Ziel der Erfindung ist weiterhin,
dass dieser Antrieb mit einem Petriebsdruck über 40 bar mit grösstmöglicher Knicksicherheit
an1 zwecks Vermeidung eines turbolenten Strömung des Arbeitsmediums mit einer kleinstmöglichen
Strömungsgeschwinc~ sent arbeitet.
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Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, dass die vorstehend aufgeführten
mehrseitigen Fordet -gen mit einem Arbeitszylinder, welcher mit einem "Führungskolben"
versehen ist, gleichzeitig erfüllt werden könnten. Der hohe Betriebsdruck kann mit
der Kreisringfläche des als tauchkolben arbeitenden Führungskolbens, die hohe Knic>sicherheit
durch die Verwendung von entsprechenden Durchmesser und kleine
Wandstärke
aufweisenden Rohren erreicht werden. Der Führungskolben kann dem Grundkolben eine
entsprechende Abstützung und hierbei auch die Möglichkeit zu einer Kombination mit
einem die Sicherheit weiter erhöhenden Führungsrahmen bieten. Auf diese Weise wird
also die für die hydraulische Hubarbeit erforderliche Fläche von der hinsichtlich
der Ausknickung wirksamen Fläche getrennt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe gingen wir von einem hydrostatischen
Antrieb aus, dessen Xvdraulischer Arbeitszylinder aus dem Zylinder und dem darin
abgedichtet verschiebbaren Kolben besteht, wobei der Arbeitszylinder mit einer vorzugsweise
mit regelbarem Druck arbeitenden hydraulischen Aggregat verbunden ist. Dies wurde
erfindungsgemäss dadurch weiterentwickelt, dass der Arbeitszylinder einen im Innenraum
des Kolbens relativ verschiebbaren koaxialen Führungskolben besitzt, zu dessen abgedichteter
Führung der Kolben an seinem sich anschliessenden Ende mit einer Dichtung und einem
Führungsteil versehen ist.
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Die vorteilhaften Weiterentwicklungen des erfindungsgemässen hydrostatischen
Antriebes sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung wird eingehender aufrund der Zeichnung beschrieben,
auf der zwei Führungsbeispiele der erfindungsgemässen Lösung dargestellt sind. Es
zeit~: Fig. 1 das prinzipielle Wirkschema der ersten Ausführungsform des erfindLngsgemhssen
hydrostatischen Antriebes, Fig. 2 den Längsschnitt des Arbeiwszslinders der
Ausführung
nach Fig. 1 in einem verhältnismässig grösseren Mapstab, Fig. 3 den detaillierteren
Schnitt des Arbeitszylinders gemäss Fig. 2, Fig. 4 das prinzipielle Wirksschema
der anderen beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen hydrostatischen
Antriebes, Fig. 5 den Schnitt des hydraulischen Arbeitszylinders des Antriebes ach
Fig. 4 einem verhältnismässig grösseren Mapstab.
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Wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, bewirkt ein als Arbeitsmaschine
eingesetzter hydraulischer Arbeitszylinder 1 in vorliegendem Falle das Heben bzw.
Senken eines Fahretuhles 2 eines Aufzuges. Der Arbeitszylinder 1 besitzt hier einen
einzigen hydraulischen Anschluss 3, der gleichzeitig als Ein- und Auslass dient.
über den Anschluss 3 ist der hydraulische Arbeitszylinder 1 mit einer an sich bekannten
hydraulischen Hilfsenergiequelle /Aggregat/ in Verbindung, die im dargestellten
Falle aus einem Bei teer 4, einer mittels Elektromotor angetriebenen Pumpe , einem
in eine Druckleitung 6 eingebauten Rückschlagven.il 7, einem Zweiwegeventil 8, weiterhin
einem ein Drossel7entil und ein dazu parallel geschaltetes Rückschlagventil en.haltenden
kombinierten Ventil 9 sowie einem in eine Rücklaufleitung 10 eingebauten Druckbegrenzerventil
11 besteht.
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Der Aufbau des erfindungsgemässen hydraulischen Arbeitszylinders
1 ist aus den Fig. 2 und 3 besser ersichtlich. Der Arbeitszylinder 1 besitzt einen
Zylinder 12, in dem abgedichtet und axial verschiebbar ein Kolben 13 angeordnet
ist. Die Leitung wurde in Fig. 2 mit 14, die
Dichtung mit 15 bezeichnet
und skizziert fiargestellt. Der Anschluss 3 am Zylinder 12 ist in diesem ?alle unten
vorgesehen, kann jedoch beliebig angeordnet sein.
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Der Zylinder 12 verfügt erfindungsemäss über einen inneren Hohlraum,
in den ein koaxial angeordneter Führungskolben 17 hineinreicht. An seinem unteren
sunde ist der Führungskolben 17 an eine Grundplatte 18 es Zylinders 12 z. B. durch
Schweinen befestigt. Um die axiale abgedichtete Verschiebbarkeit des Kolbens 13
am Führutskolben 17 zu sichern, wurde ein Führungsteil 19, und ene Dichtung 20 vorgesehen.
Die Stirnfläche des Kolbens 13 wurde mit 21 bezeichnet, deren kreisringförmige Arbeitsfläche
aus der Differenz des Durchmessers D des Kolbens 3 und Durchmessers d des Führungskolbens
17 berechnet werden kann. Die L&ngsmittellinie des Arbeitszylinders wurde mi
22, und der Arbeitsraum des Zylinders mit "A" bezeichnet.
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In Fig. 3 ist die Ausführung des Arbeitszylinders 1 nach Fig. 2 detaillierter
zu sehen. Der Zylinder 12 besteht hier aus einem mittels Flansche verschrauben oberen,
mittleren und unteren Zylinderteil 23, 2, 25 sowie einem Deckel 26. Im oberen Zylinderteil
23 sind iíe durch eine Schulter 27 abgestützten Ringe 28, 29 3C übereinander angeordnet,
von dessen diesem Falle der mittlere Ring 29 der /in Fig. 2 mibezeichneten/Führungseil
bildet. Die in Fig. 2 mit 15 bezeichnete Dichtung wird hingegen durch in den Radialnuten
der Ringe 28, 29, 30 angeordnete 0-Ringe 31 und Lippenringe 32 dargestellt. An dem
oberen Teil des Ringes 30 wurde hier zur Verhinderung des Eintretens von Verunreinigungen,
z. 3. von Staub ein Abszreifring 33 vorgesehen.
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Der Führungsteil und die Abdichtung des Kolbenkopf 34 ist ausgeführt,
dass in dem sich an den Schaft des Kolbens 13 mit einem Gewinde anschliessenden
Kolbenkopf 34 übereinander Ringe 35, 36, 37 eingespannt sind. In Radialnuten der
Ringe 36 und 37 sind 0-Ringe 38 und ippenringe 39 angeordnet und bilden gemeinsam
die /in lg. 2 mit 20 bezeichneten/ Abdichtung. Den in Fig. 2 -it 29 bezeichneten
Führungsteil bildet hier der mittlere Ring 36.
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Der Führungskolben 17 kann auch aus mehreren Teilen bestehen, die
miteinander z. B. mittels einer mit Gewinde versehenen Muffe 14 vereinigt werden
können, Das in den Arbeitsraum A des Arbeitszylinders 1 durch den Anschluss 3 /mit
einem Druck von z. 3. 100 bar/ eintretende Arbeitsmedium übt auf der ringfcrmigen
Arbeitsfläche 21 des Kolbens 13 eine aufwärts wirkende Druckkraft aus, der zufolge
der Kolben 13 den Fahrstuhl 2 hochhebt.
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Die Senkgeschwindigkeit kann durch Einstellung des Drosselventils
des kombinierten Ventils 9 geregelt werden, wobei das Wegeventil 8 gleichzeitig
in seine mit dem Pfeil bezeichnete andere Stellung gesteuert wird /Fig. 1/.
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In Fig. 4 wird ein alternierende hcrizontale Bewegung vollführendes
Ausführungsbeispiel des erfndungsgemässen hydrostatischen Antriebes dargestellt,
-elc:nes z. 3. bei einer Hobelmaschine verwendet werden kann. /Die ähnlichen Einzelheiten
wurden mit den gleichen Bez;æsnmmern bezeichnet./ Hier zeigt ein als Arbeitsraschine
eingesetzter hydraulischer Arbeitszylinder 41 eine andere Ausführung, deren Einzelheiten
jedoch S -nnd von Fig. 5 näher behandelt werden. An einen Einlass 42 des Arbeits-
zylinders
41 ist eine Druckleitung 6 einer Pumpe 4, an seinen Auslass 43 hingegen eine Rücklaufleitung
10 und ein in diese eingebautes regulierbares Druckbegrenzerventil 11 angeschlossen.
Der Behälter wird auch hier mit 4 bezeichnet.
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Aus Fig. 5 ist die Arbeitsweise des hydraulischen Arbeitszylinders
41 ersichtlich. Dieser besitzt einen Zylinder 12, einen darin abgedichtet und axial
verschiebbaren Kolben 13, weiterhin in dem hohlen Kolben 13 einen relativ /gegenseitig/
verschiebbaren Führungskolben 17. Der Leitungsteil bzw. die Dichtung des Zylinders
12 und des Kolbens 13 wurden auch hier mit 4; 19 bzw. 15; 20 bezeichnet. Der Unterschied
im Vergleich zur Ausführung nach Fig. 2 besteht darin, dass hier der Führungskolben
17 nicht an den Zylinder 12 starr befestigt, sondern von dem Zylinder unabhängig
im Kolben 13 axial verschiebbar ist.
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Das äussere abgeschlossene Ende des Fühwlngskolbens 17 und die Grundplatte
18 des Zylinders 12 sind an voneinander unabhängige Maschineneinheiten befestigt.
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Der Kolben 13 ist in vorliegendem halle an seiner Stirnplatte 21
mit einem Steuerventil 44 versehen, das z. B. als Kugelventil ausgeführt ist, bei
dem ein Ventilsitz 45 der Kugel als zentrale Durchgangs öffnung der Stirnplatte
12 ausgebildet ist. In offener Stellung des Ventils 44 /Kugel angehoben/ gelangt
das Arbeitsmedium aus dem Innenraum des Kolbens 13 in den Innenraum des Zylinders
12. In den Innenraum des Kolbens 13 gelangt das Arbeitsmedium durch den im Führungskolben
17 vorgesehenen Einlass 42 und hiernach durch das innere offene wunde des Führungskolbens
17. Das Ventil 44 gelangt dann in die offene
Stellung, wenn der
Kolben 13 nach links /Fig. 5/ in seine eine Endstellung verschoben wird, wobei der
an die Innenseite der Grundplatte 18 des Zylinders 12 befestigte Stift 46 die Kugel
des Ventils 44 von seinem Ventilsitz 45 abhebt.
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Das Schliessen des Ventils 44 erfolgt auf die Weise, indem der Führungskolben
17 in seine linksseitibe /Fig. 5/ Endstellung gebracht wird. Hierbei drückt der
an dem inneren Stirnteil des Führungskolbens 17 befestigte weitere Stift 47 die
Kugel des Ventils 44 auf den Ventilsitz 45 und dadurch wird das Ventil 44 geschlossen.
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In der geschlossenen Stellung des ventils 44 wirkt das durch den
Einlass 42 eintretende Arbeitsmedium auf die Innenfläche D1 der Stirnplatte 21 des
Kolbens 13, sowie auf die den Durchmesser d1 aufweisende Stirnfläche des Führungskolbens
17, wobei es diese auseinander schiebt. Sobald der Kolben 13 seine linksseitige
Endstellung erreicht, öffnet der Stift 46 das Ventil 44. Hierbei gelangt das Arbeitsmedium
durch das Ventil 44 auch in den Innenraum des Zylinders 12 und übt auch auf die
/mit unterbrochenen kleinen Pfeilen bezeichneten/ Flächen einen Druck aus. Da die
Sunme der hierbei /zu dieser Zeit/ in Aktion tretenden Flächen grösser, als die
Summe der mit ausgezogenen Pfeilen bezeichneten belasteten arbeitenden Flächen ist,
bewegt sich der Kolben 13 in Richtung seiner rechtsseitigen Endstellung, in der
dann der Stift 47 das Ventil 44 schließt und sich die vorstehend beschriebenen Vorgänge
zy<:isch und völlig automatisch wiederholen.
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Mit Hilfe dieser Ausführung kann demgemäss die alternierende Bewegung
auf einfache Weise verwirklicht werden. Natürlich ist die Bewegungsgeschwindigkeit
des
Kolbens 13 in beiden Richtungen jeweils unterschiedlich, da
diese durch das gegenseitige Verhältnis der wirkenden Flächen sowie durch die jeweilige
Drossel mg des Auslasses 43 bestimmt wird.
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Die erfindungsgemässen Kolbenantriebe können insbesondere bei grossen
Hublängen /z. B. auch bei Hübe von 24 m erfordernden Auf zügen/ im Falle von 5runstigen
Betriebsdrücken /60 - 100 bar/ vorteilhaft eingesetzt werden, da sie eine grosse
Knicksicherheit gewährlesten. Im Laufe von unseren Versuchen wurden ausserordentlich
günstige Erfahrungen bei Auf zügen, Hubstaplern sowie alternierende Bewegung fordernden
Werkzeugmaschinen gesammelt, bei denen z. B. mit Kolben grossen Durchmessers - bei
hohem Öldruck -geringe Kräfte ausgeübt werden mussten.
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Liste der.angewendeten Bezugszeichen 1 Arbeitszylinder 2 Fahrstuhl
3 Anschluss 4 Behälter 5 Pumpe 6 Druckleitung 7 Rückschlagventil 8 Zweiwegeventil
9 kombiniertes Ventil 10 Rücklaufleitung 11 Druckbegrenzerventil 12 Zylinder 13
Kolben 14 Führungsteil 15 Dichtung 16 innerer Hohlraum 17 Führungskolben 18 Grundplatte
19 Führungsteil 20 Dichtung 21 Stirnplatte 22 Längsmittellinie 23 oberer Zylinderteil
24 mittlerer Zylinderteil 25 unterer Zylinderteil 26 Deckel 27 Schulter 28 Ring
29 Ring 30 Ring 31 0-Ring 32 Lippenring 33 Abstreifring 34 Kolbenkopf
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Ring 36 Ring 37 Ring 38 0-Ring 39 Lippenring 40 Muffe 41 hydraulischer Arbeitszylinder
42 Einlass 43 Auslass 44 Steuerventil mit zwei Stellungen 45 Ventilsitz 46 Stift
47 Stift