DE3601341A1 - Arbeitszylinderanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Arbeits­ zylinderanordnung mit großem Hub.

Derartige Arbeitszylinderanordnungen werden z. B. zum Verstel­ len von Arbeitsbühnen, zum Anheben und Absenken sowie zum Vorschieben von Bohrköpfen, für Lastenaufzüge usw. verwen­ det. Hierzu können zunächst einzelne Arbeitszylinder die­ nen, welche die entsprechende Länge haben. Zuweilen wird auch gewünscht, daß die Arbeitszylinderanordnung in der voll eingefahrenen Stellung kurzbaut, und es werden dann Arbeitszylinderanordnungen eingesetzt, welche mehrfach tele­ skopisch ausfahrbare Elemente aufweisen. Diese Anordnungen können solange zufriedenstellen, wie sie keine hohen Knick­ beanspruchungen aufnehmen müssen. Für manche Anwendungs­ fälle, insbesondere das Vorschieben eines Bohrkopfes oder Bohrschlittens über eine große Strecke muß die Arbeitszylin­ deranordnung jedoch auch sehr hohen Knickbelastungen stand­ halten können. In diesem Falle scheiden dann teleskopierbare Systeme in der Regel aus, und bei nur einen einzigen Kolben und einen einzigen Zylinder aufweisenden Systemen muß die Kolbenstange so dick gewählt werden, daß die gesamte Anord­ nung radial groß baut, hohes Gewicht hat und sehr teuer ist.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine druckmittel­ betätigte Arbeitszylinderanordnung mit großem Hub geschaffen werden, welche bei hoher Knickfestigkeit geringe radiale Ab­ messung hat.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Arbeits­ zylinderanordnung gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitszylinderanordnung verteilt sich der gewünschte Gesamthub auf eine Mehrzahl verschiedener Kolben/Zylindereinheiten. Von diesen muß zwar jede ebenfalls der gewünschten Knicklast standhalten können, da jede der einzelnen Einheiten aber entsprechend kleinere axiale Gesamt­ abmessung hat und die Knickfestigkeit mit abnehmender axialer Gesamtabmessung sehr stark zunimmt, kann man die gewünschte Knickfestigkeit bei geringer radialer Abmessung der einzelnen Kolben/Zylindereinheiten und damit der gesamten Arbeitszylin­ deranordnung realisieren.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Hintereinanderanordnung mehrerer Kolben/Zylindereinheiten ist auch im Hinblick auf die Herstellung von Vorteil, da nur Bearbeitungsmaschinen für die Länge einer einzelnen Kolben/Zylindereinheit benötigt wer­ den.

Der geringere Durchmesser der erfindungsgemäßen Arbeitszylin­ deranordnung ist auch im Hinblick auf den Einsatz unter be­ engten räumlichen Verhältnissen vorteilhaft und auch im Hin­ blick auf den Transport auf öffentlichen Verkehrswegen. So sollte z. B. die Gesamthöhe einer selbstfahrenden Bohranlage in der Transportgeometrie eine Höhe von 3,4 m nicht über­ schreiten, damit das Fahrzeug keine Umwege bei Brückenunter­ führungen machen muß. Da auch die anderen Teile einer der­ artigen fahrbaren Bohranlage im Hinblick auf ihre mechanische Festigkeit in ihrer Größe schon minimisiert sind, der den Vorschub-Arbeitszylinder tragende Bohrmast in der Transport­ geometrie der Bohranlage obenliegt, kommt dem Durchmesser des dann obenliegenden Vorschub-Arbeitszylinders besondere Be­ deutung zu. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Arbeits­ zylinderanordnung läßt sich deren Durchmesser auch bei Hub­ größen von mehr als 6 m erheblich kleiner halten als bei her­ kömmlichen Arbeitszylinderanordnungen, welche nur einen ein­ zigen Kolben aufweisen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Doppel-Kolben/Zylindereinheiten, wie sie im Anspruch 2 ange­ geben sind, zeichnen sich durch besonders einfachen mechani­ schen Aufbau aus; sie können weitgehend unter Verwendung von Komponenten hergestellt werden, wie sie zur Herstellung von Arbeitszylindern kleineren Hubes an sich gängig sind.

Gemäß Anspruch 3 kann man zwei herkömmliche Arbeitszylinder auf sehr einfache Weise zu einer Arbeitszylinderanordnung großen Hubes zusammensetzen, indem man einfach die die einen Zylinderenden verschließenden Deckel durch den Verbindungs­ ring ersetzt.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird er­ reicht, daß die Druckmittelversorgung des gemeinsamen mittle­ ren Arbeitsraumes der Doppel-Kolben/Zylindereinheit ohne flexib­ le Schlauchverbindung erfolgen kann.

Den gleichen Vorteil erhält man bezüglich der Druckmittel­ beaufschlagung der beiden außenliegenden Arbeitsräume der Doppel-Kolben/Zylindereinheit mit der Weiterbildung der Er­ findung gemäß Anspruch 7.

Bei einer Arbeitszylinderanordnung gemäß Anspruch 7 wird die Knickfestigkeit durch eine externe Führungsstange gewährlei­ stet, auf welcher mit den Zylindern verbundene Führungsarme laufen. Derartige Führungsstangen mit hoher Knickfestigkeit sind als Profilmaterial hoher Knickfestigkeit preisgünstig erhältlich. Bei fahrbaren Bohranlagen sind derartige Füh­ rungsstangen sowieso zur Führung des Bohrschlittens oder Bohrkopfes notwendig, so daß man dort die zusätzliche Funk­ tion der Versteifung der Arbeitszylinderanordnung gegen Knick­ belastungen ohne nennenswerten Mehrpreis erhält.

Enthält die durch die Arbeitszylinderanordnung verstellte Last selbst einen druckmittelbetätigten Antriebsmotor, so muß dieser bei der herkömmlichen Verstellung der Last durch einen einzigen Arbeitszylinder über eine flexible Leitungs­ schleife großer Abmessung beaufschlagt werden, was oft stö­ rend ist. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 wird erreicht, daß anstelle dieser einen großen Leitungs­ schlaufe zwei Leitungsschlaufen kleinerer Größe, vorzugsweise halber Größe verwendet werden können.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Ansicht einer von einem Fahrzeug ge­ tragenen Bohranlage;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch einen Teil der zum Ver­ stellen des Bohrschlittens dienenden Arbeitszylinder­ anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen axialen Schnitt durch eine abgewandelte Ar­ beitszylinderanordnung zur Verwendung in der Bohr­ anlage nach Fig. 1; und

Fig. 4 eine seitliche Ansicht einer abgewandelten von einem Fahrzeug getragenen Bohranlage.

In Fig. 1 ist mit 10 der nur teilweise gezeigte Rahmen eines Fahrzeuges, z. B. eines Baggers gezeigt, der über ausfahrbare Füße 12 am Erdboden 14 abgestützt ist. An am Rahmen 10 ange­ brachten Laschen 16 ist mittels eines Schwenkbolzens 18 ein Schwenkarm 20 gelagert, der am unteren Ende eines Bohrmastes 22 befestigt ist. Letzterer hat ein Doppel-T-Profil.

Zur Neigungsverstellung des Bohrmastes 22 dient ein hydrau­ lischer Arbeitszylinder 24, der gelenkig am Bohrmast 22 bzw. am Rahmen 10 befestigt ist und über einen flexiblen Mehr­ fachschlauch 26 von der Hydraulikanlage des die Bohranlage tragenden Fahrzeuges her mit Druckmittel beaufschlagt wird.

Auf dem Bohrmast 22 läuft ein insgesamt mit 28 bezeichneter Bohrschlitten, der auf den Flanschen des Doppel-T-Profiles geführte Führungsarme 30 bei seinem oberen und unteren Ende aufweist. Der Bohrschlitten 28 trägt einen umlaufenden Hydrau­ likmotor 32, der über einen flexiblen Mehrfachschlauch 34 ebenfalls von der Hydraulikanlage des die Bohranlage tra­ genden Fahrzeuges her versorgt wird.

Der Hydraulikmotor 32 arbeitet auf eine schematisch angedeu­ tete Bohrstange 36, deren unteres, in der Zeichnung nicht wie­ dergegebenes Ende ein Bohrwerkzeug zum Erzeugen eines Bohr­ loches 38 trägt.

Zum Anheben und Absenken des Bohrschlittens 28 dient eine insgesamt mit 40 bezeichnete Arbeitszylinderanordnung, die über einen Mehrfachschlauch 42 betätigt wird. Letzterer ist an feste Rohrleitungen 44 angeschlossen, die auf dem Bohr­ mast 22 verlegt sind und über einen weiteren flexiblen Mehr­ fachschlauch 46 an die Hydraulikanlage des den Bohrmast tra­ genden Fahrzeuges angeschlossen sind.

Die Arbeitszylinderanordnung 40 weist zwei Zylinder 48, 50 auf, welche axial fluchtend hintereinander angeordnet sind und in der Mitte von einem Verbindungsring 52 zusammengehal­ ten sind. An den axial außenliegenden Enden sind die Zylinder 48, 50 durch Zylinderdeckel 54, 56 verschlossen, durch welche eine untere Kolbenstange 58 bzw. eine obere Kolbenstange 60 hindurchgeführt sind.

Die untere Kolbenstange 58 ist mittels eines Bolzens 62 an einer Antriebslasche 64 des Bohrschlittens 28 angelenkt, während die obere Kolbenstange 60 über einen Bolzen 66 ge­ lenkig mit Auslegerlaschen 68 verbunden ist, die am oberen Ende des Bohrmastes 22 festgeschweißt sind.

Bei den axial außenliegenden Enden der Arbeitszylinderanord­ nung 40 sind auf den Zylindern 48, 50 Führungsarme 70 vorge­ sehen, welche ähnlich wie die Führungsarme 30 des Bohrschlit­ tens 28 auf den einen Flanschen des Doppel-T-Profiles des Bohrmastes 22 laufen.

Ein mit dem Mehrfachschlauch 42 verbundener Anschlußblock 72 der Arbeitszylinderanordnung 40 ist über eine axiale Leitung 74 mit einem Druckmittelkanal 76 (vergl. Fig. 2) verbunden, der radial in dem Verbindungsring 52 ausgebildet ist und zu einem mittigen Arbeitsraum 78 der Arbeitszylinderanordnung 40 führt. Über eine weitere axiale Leitung 80, die zu in den Zylinderdeckeln 54, 56 vorgesehenen Druckmittelkanälen 82 füh­ ren, steht der Anschlußblock 72 mit axial außenliegenden Ar­ beitsräumen 84, 86 der Arbeitszylinderanordnung 40 in Ver­ bindung, welche durch von den Kolbenstangen 58, 60 getra­ gene Kolben 58, 90 in den Zylindern 48, 50 abgeteilt sind.

Wird bei der in Fig. 1 gezeigten Bohranlage die Arbeitszylin­ deranordnung 40 derart mit Druckmittel beaufschlagt, daß die Kolbenstangen 58, 60 ausgefahren werden, um so den Bohr­ schlitten 28 mit großer Kraft weiter gegen den Untergrund vorzuschieben, so können die Kolbenstangen 58, 60 auch bei kleinem Durchmesser ohne Ausknicken eine hohe Vorschubkraft übertragen, da sie verglichen mit einem Arbeitszylinder, wel­ cher nur einen einzigen Kolben aufweist, nur die halbe Länge der dortigen einzigen Kolbenstange haben und da die Knick­ festigkeit mit abnehmender axialer Länge stark zunimmt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Verbindungsring 52 ein­ fach anstelle zweier Zylinderdeckel auf die einen Enden der beiden Zylinder 48, 50 aufgeschraubt, und ein radial über die Zylinderlauffläche nach innen überstehender Flanschab­ schnitt 92 des Verbindungsringes 52 dient zur Begrenzung des Kolbenhubes in Einfahrrichtung.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Arbeitszylinderanordnung 40, wel­ che anstelle derjenigen nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden kann, sind Bauteile, die funktionell obenstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 schon erläuterten Bau­ elementen entsprechen, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Diese Bauelemente werden nachstehend auch nicht mehr detailliert beschrieben.

Anstelle der Zylinder 48, 50 und des Verbindungsringes 52 beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist ein durch­ gehender großer Zylinder 100 doppelter Länge vorgesehen, in welchem die beiden Kolben 88, 90 laufen. Da die Wand des Zylinders 100 großen Abstand von der Zylinderachse hat, ist das Flächenträgheitsmoment des Zylinders 100 geometriebe­ dingt sowieso groß, so daß hier die Verlängerung der axialen Baulänge bei den üblichen Wandstärken des Zylinders 100 immer noch die gewünschte Knickfestigkeit ergibt, während dies bei den Kolbenstangen nicht mehr der Fall ist.

Die Druckmittelzuführung zum mittleren Arbeitsraum 78 erfolgt nunmehr durch einen zentralen Druckmittelkanal 102, der in der oberen Kolbenstange 60 vorgesehen ist. Die Druckmittel­ versorgung der Arbeitsräume 84, 86 erfolgt durch einen zwei­ ten in der Kolbenstange 60 ausgebildeten Druckmittelkanal 104, welcher in unmittelbarer Nachbarschaft der Oberseite des Kolbens 90 in die Umfangsfläche der Kolbenstange 60 ausmündet. Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Druckmittel­ kanal 104 ein den Druckmittelkanal 102 umgebender Ringraum; man kann stattdessen jedoch auch eine zweite axiale Bohrung verwenden, die neben dem Druckmittelkanal 102 liegt.

Der Anschluß der Druckmittelkanäle 102 und 104 an die Hydrau­ likanlage des die Bohranlage tragenden Fahrzeuges erfolgt entweder über einen nunmehr vom Ende der Kolbenstange 60 ge­ tragenen Anschlußblock 72 ähnlich wie in Fig. 1 oder über im Ende der Kolbenstange 60 ausgebildete Anschlußöffnungen, die dicht mit auf den Auslegerlaschen 68 vorgesehenen An­ schlußöffnungen in Verbindung stehen, die ihrerseits wiederum an die Rohrleitungen 44 angeschlossen sind.

Zum Ausfahren der in Fig. 3 gezeigten Arbeitszylinderanord­ nung wird der Druckmittelkanal 102 mit Druck beaufschlagt, so daß der Arbeitsraum 78 unter Druck steht. Gleichzeitig wird der Arbeitsraum 86 über den mit ihm über die Kanalmün­ dung 106 mit ihm in Verbindung stehenden Druckmittelkanal 104 entlastet. Da der Arbeitsraum 84 über die Leitung 80 und die Druckmittelkanäle 82 mit dem Arbeitsraum 86 in Verbin­ dung steht, wird auch dieser Arbeitsraum entlastet, so daß beide Kolbenstangen 58, 60 gleichermaßen ausgefahren werden.

Zum Einfahren der Kolbenstangen 58, 60 wird dagegen der Druckmittelkanal 102 und damit der Arbeitsraum 78 entlastet, während über den Druckmittelkanal 102 und die Kanalmündung 106 der Arbeitsraum 86 und über die Druckmittelkanäle 82 und die Leitung 80 der Arbeitsraum 84 mit Druck beaufschlagt wird. Nunmehr werden die beiden Kolbenstangen 58, 60 gleich­ mäßig eingefahren.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte fahrzeuggetragene Bohranlage, bei welcher der Bohranlage nach Fig. 1 entsprechende Teile wieder mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Die Arbeitszylinderanordnung 40 umfaßt nunmehr drei axial hintereinander angeordnete Arbeitsyzlinder 108a, 108b, 108c, die jeweils einen Zylinder 110, einen Kolben 112 und eine Kolbenstange 114 aufweisen.

Der Zylinder 110 des untersten Arbeitszylinders 108a ist über den Bolzen 62 mit dem Bohrschlitten 28 verbunden, während die Kolbenstange 114 des obersten Arbeitszylinders 108c über den Bolzen 66 mit den Auslegerlaschen 68 verbunden ist. Im übri­ gen ist jeweils die Kolbenstange 114 eines der Arbeitszylin­ der 108 mit dem Zylinder 110 des darüberliegenden Arbeits­ zylinders mittels eines Bolzens 116 gelenkig verbunden.

Jeder der Arbeitszylinder 108 hat bei seinem oberen und unte­ ren Ende Führungsarme 70, die auf dem Doppel-T-Profil des Bohrmastes 22 laufen.

Der Mehrfachschlauch 42 ist an die Arbeitsöffnungen des ober­ sten Arbeitszylinders 108c angeschlossen, und über flexible Schlauchleitungen 118, 120 sind jeweils die äquivalenten Ar­ beitsöffnungen aufeinanderfolgender Arbeitszylinder mitein­ ander verbunden, wie aus Fig. 4 ersichtlich.

Auch bei der Arbeitszylinderanordnung 40 nach Fig. 4 können die Kolbenstangen 114 insgesamt für eine hohe Vorschubkraft des Bohrschlittens 28 geradestehen, da ihre maximale Knick­ länge klein ist. Ein Verkippen der einzelnen Arbeitszylinder 108 gegeneinander um einen zur Zeichenebene von Fig. 4 senk­ rechte Achse verhindert der Bohrmast 22. Letzterer ist nicht auf hohe Genauigkeit bearbeitet und stellt ein preiswertes Profilteil dar.

Um sowohl bei der Bohranlage nach Fig. 1 als auch bei der Bohranlage nach Fig. 4 große Durchhänge in dem den Hydrau­ likmotor 32 versorgenden Mehrfachschlauch 34 zu verhindern, ist letzterer in etwa bei seiner Mitte an einer Stelle der Arbeitszylinderanordnung 40 aufgehängt, welche in etwa den halben Verstellweg des Bohrschlittens 28 aufweist. Bei der Bohranlage nach Fig. 1 ist dies der untere Zylinderdeckel 54, wo der Mehrfachschlauch 34 durch eine Schelle 122 fest­ gelegt ist. Bei der Bohranlage nach Fig. 4 ist die Schelle 122 auf dem unteren Führungsarm 70 des mittleren Arbeits­ zylinders 108b vorgesehen.

Claims (11)

1. Druckmittelbetätigte Arbeitszylinderanordnung mit großem Hub, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Kolben (88, 90; 112) und zugeordneten Zylindern (48, 50; 110) aufweist, die koaxial derart hintereinander angeord­ net sind, daß sich die Abtriebsbewegungen der einzelnen Kolben/Zylindereinheiten addieren; und daß Ausfluchtmittel (52; 22, 70) zum zwangsweisen Halten der verschiedenen Kolben/Zylindereinheiten auf der gemeinsamen Achse vorge­ sehen sind.

2. Arbeitszylinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß innerhalb einer Doppel-Kolben/Zylinderein­ heit (40) die Ausfluchtmittel einen Wandabschnitt eines zwei Kolben (88, 90) aufnehmenden Doppelzylinders (48-52; 100) umfassen.

3. Arbeitszylinderanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Ausfluchtmittel bildende Wandab­ schnitt durch einen Verbindungsring (52) vorgegeben ist, welcher zwei koaxiale Einzelzylinder (48, 50) zusammen­ hält.

4. Arbeitszylinderanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbindungsring (52) einen radialen Druckmittelkanal (76) aufweist.

5. Arbeitszylinderanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine (60) der Kolbenstangen der Doppel- Kolben/Zylindereinheit (40) einen in die Stirnfläche des zugeordneten Kolbens (90) ausmündenden Druckmittelkanal (102) aufweist.

6. Arbeitszylinderanordnung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (60) der Kolbenstangen der Doppel-Kolben/Zylindereinheit (40) einen in der Nachbarschaft des zugeordneten Kolbens (90) in die Kolbenstangen-Umfangsfläche ausmündenden (106) Druckmittelkanal (104) aufweist.

7. Arbeitszylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfluchtmittel zwischen axial hintereinander angeordneten Kolben/Zylindereinheiten (108) eine Führungsstange (22) umfassen, auf welcher mit den Kolben/Zylindereinheiten (108) verbundene Führungs­ arme (70) laufen.

8. Arbeitszylinderanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Zylinder (110) in der Nachbarschaft seiner beiden Enden mit Führungsarmen (70) versehen ist.

9. Arbeitszylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionell äquivalen­ ten Arbeitsräume der verschiedenen Kolben/Zylindereinhei­ ten strömungsmäßig zusammengeschaltet sind.

10. Arbeitszylinderanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter den Verbindungsleitungen zwischen den äquivalenten Arbeitsräumen der Kolben/Zylindereinheiten flexible Leitungen (118, 120) sind.

11. Arbeitszylinderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch sie bewegte Last (28) einen druckmittelbetätigten Antriebsmotor (32) umfaßt und eine flexible Druckmittelleitung (34) zu diesem Antriebs­ motor (32) an einem Punkt der Arbeitszylinderanordnung (40) aufgehängt ist, dessen Bewegung einen Bruchteil, vorzugs­ weise die Hälfte der Gesamtbewegung der Arbeitszylinder­ anordnung (40) beträgt.