DE3623117A1 - Druckmittelbetriebene zylinder- pumpen- baueinheit - Google Patents

Description

Diese Patentanmeldung nimmt als Zusatzanmeldung Bezug auf die Anmeldung zum Hauptpatent 36 07 419, deren Inhalt damit auch zum Inhalt dieser Patentanmeldung gehören soll.

In der Patentanmeldung 36 07 419 werden u. a. zwei Konstruktionstypen druck­ mittelbetriebener Zylinder-Pumpen-Baueinheiten und deren weitere Ausgestaltun­ gen in Anspruch genommen und unter Schutz gestellt.

Die dort in der Hauptpatentanmeldung 36 07 419 genannte Zielsetzung und Aufgabenstellung nach der eine kompakte, kräftige, zuverlässige, vielseitig einsetzbare sowie verlustarme und kostengünstige Baueinheit angestrebt wird, gilt auch für die Konstruktion der Ventilausbildung und Ventilbetätigung in solchen Baueinheiten, für die Konstruktion doppeltwirkender Ausführungen und für die Anordnung und Ausbildung des Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumens solcher Baueinheiten.

Diesbezügliche konstruktive Lösungen gehen aus der vorliegenden Erfindung und deren weiteren Ausgestaltungen hervor.

Druckmittelbetriebene Zylinder-Pumpen-Baueinheiten sind beispielsweise aus der FR 13 11 466 und weiteren, in der Hauptanmeldung 36 07 419 bereits genannten Druckschriften zum Stand der Technik bekannt. Die bekannten Baueinheiten sind dabei wenig kompakt und fast nicht integriert aufgebaut, deshalb oft wenig universell einsetzbar, teuer und oft auch nur für eine Krafthubrichtung ausgebildet. Die bekannten Baueinheiten nutzen das von ihnen eingenommene Volumen zu wenig für die Krafterzeugung aus.

Diese Nachteile werden durch die hohe Integration der Bauelemente und Baugruppen einer Baueinheit nach dieser Erfindung beseitigt, wobei für den angestrebten hohen Integrationsgrad aller Bauelemente besonderes die Ventilbetätigung und Ventilausbildung wichtig ist, ebenso wie die vom Pumpendruck doppeltwirkend beaufschlagbare Ausführung und die Lösung hinsichtlich des Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumens eine besondere Rolle spielt.

Neben den in der Patentanmeldung 36 07 419 beanspruchten Lösungen bieten die in dieser Anmeldung angegebenen Ausführungen speziell zu den vorgenannten Baugruppen und Funktionseinheiten neue erfinderische Lösungen.

So ist es durch die getrennte Anordnung des beweglichen Ventilschließgliedes und dessen Betätigungsantrieb, verbunden mittels Übertragungseinrichtung, wobei die Übertragungseinrichtung auch einstückig mit dem Ventilschließglied zusammen ausgebildet sein kann, gelungen, die Bauelemente funktionssicher und kostengün­ stig besonders vorteilhaft anzuordnen und in das Gesamtsystem zu integrieren, beispielsweise mit Hilfe eines Übertragungsgliedes in der hohlen Antriebsmotor­ welle von dem am außenliegenden, dem Zylinder abgewandten Ende der Baueinheit angeordneten Elektro-Hubmagneten zum Ventilschließglied im Zylinderboden.

Die doppeltwirkende Ausbildung der Baueinheit wird erreicht durch die besondere Anordnung der Druckmittelräume in Verbindung mit der hohlen Arbeitskolbenstange und einer besonders günstigen, geeigneten Steuerventilausbildung, Druckmittel­ kanalführung, Vorrats- und Ausgleichsvolumenanordnung usw.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine auch doppeltwirkend einsetzbare, erfindungsgemäße Zylinder-Pumpen-Baueinheit in eingefahrener Stellung in Schnittdarstellung,

Fig. 2 eine Ventilausführung, wobei die Ventilschieberlage von der Drehrichtung der Antriebsmotorwelle zwangsgesteuert ist.

Hinsichtlich des allgemeinen Aufbaues der erfindungsgemäßen Baueinheiten und deren Funktion wird auf die Beschreibung in der Patentanmeldung 36 07 419 verwiesen und Bezug genommen, die durch das Zusatzverhältnis zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung und Beschreibung werden soll, so daß nachfolgend nur mehr auf die wesentlichen, dieser Zusatzanmeldung zugrunde liegenden erfindungsgemäßen Lösungen näher eingegangen werden soll.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektro-hydraulische Verstelleinrichtung als Zylinder-Pumpen-Baueinheit, bestehend aus dem Antriebsmotor 217, einem Gehäuse 207, dem Arbeitszylinderrohr 287 mit dem beispielsweise mittels Gewinde befestigten Zylinderboden 222 und dem ebenso befestigten Zylinderdeckel 204, sowie dem Arbeitskolben 218 mit Arbeitskolbenstange 240 und der feststehenden Kolbenstange 221 mit dem Tauchkolben 225. Im Zylinderboden 222 sind die Druck­ mittelpumpe 212, 213 und die Steuerventileinrichtung 210 angeordnet mit entspre­ chenden Druckmittelkanälen und soweit notwendig mit darin eingebauten Rück­ schlagventilen 211. Der Ventilbetätigungsantrieb 264 besteht z. B. aus einem elektrischen Hubmagneten 220, der einen Anker entgegen der Kraft einer Feder 219 bewegen kann. Die Bewegung des Ankers des Hubmagneten 220 wird über eine mechanische Übertragungseinrichtung 266, die, z. B. aus einer Stange, gegebe­ nenfalls mit Übersetzung, bestehen kann, auf das bewegliche Ventilschließglied 262 der Steuerventileinrichtung 210 übertragen, wobei die Übertragungseinrich­ tung 266 vorteilhaft z. B. einstückig mit dem Ventilschließglied 262 ausgebil­ det sein kann und/oder auch einstückig mit dem Hubmagnetanker ausgebildet sein kann. Die Übertragungseinrichtung 266, z. B. als Stange, kann sich dabei wie in Fig. 1 gezeigt, vorzugsweise durch die hohle Antriebsmotorwelle 215 von außerhalb bis in den Zylinderboden 222 hinein erstrecken; die Übertragungs­ einrichtung 266 kann aber auch zumindest teilweise von der Antriebsmotorwelle 215 selbst gebildet oder durch diese mit gebildet sein.

Der Arbeitszylinder, bestehend aus dem Arbeitszylinderrohr 287, dem Zylinderboden 222 und Zylinderdeckel 204, enthält den axialbeweglichen, abgedichtet gleitend geführten Arbeitskolben 218 mit einer hohlen, ausfahrbaren Arbeitskolbenstange 240, eine am Zylinderboden 222 befestigte Kolbenstange 221 mit dem endseitigen Tauchkolben 225 innerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange 240, demgegenüber die hohle Arbeitskolbenstange 240 axial gleitend dicht ge­ führt ist, wobei der Tauchkolben 225 in der Arbeitskolbenstange 240 mit dieser zusammen die Druckmittelräume 203 a und 203 b bildet. Die Kolbenstange 221 kann dabei Druckmittelkanäle 279 enthalten.

Das Arbeitszylinderrohr 287 kann beispielsweise von einem Schutzrohr 201 umgriffen werden und/oder es kann auch, z. B. koaxial, umgeben sein von einer axialen Gehäusewand 207, so daß zwischen der Gehäusewand 207 und dem Arbeitszylinderrohr 287 ein endseitig abgeschlossenes Ringvolumen gebildet wird, das über Druckmittelkanäle versorgt wird und das das Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumen bildet, z. B. auch beinhaltend eine fliegende Ringkolbenscheibe oder elastische Membran, die das Druckmittelvorratsvolumen vorspannt und trennt von einem Federraum, der z. B. mit Druckgas gefüllt ist.

Es kann aber das Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumen auch innerhalb des Arbeitszylinderrohres 287 mit oder ohne elastische oder axialbewegliche, starre Trennwand als Trennfläche in dem Druckmittelvorratsraum 224 und dem Druckraum 232 angeordnet sein, wobei der Druckraum 232 dann als beispielsweise vorgespannter Volumenausgleichsraum wirken kann, wobei sowohl der Druckmittelvorratsraum 224 als auch der Druckraum 232 zwischen dem Zylinderboden 222 und dem Arbeitskolben 218 angeordnet sein können, wie dies bereits aus der Hauptpatentanmeldung 36 07 419 hervorgeht.

Soll der Arbeitszylinder als doppeltwirkend vom Pumpendruck beaufschlagter ausgeführt werden, so ist nach einer 1. Ausführungsart vorgesehen, den Arbeitskolben 218 auf seinen beiden Stirnseiten vom Druckmittel unter Pumpendruck beaufschlagen zu können, beispielsweise durch Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors 217 und damit auch der Druckmittelpumpe 212, 213, die dann in umgekehrter Richtung Druckmittel ansaugt und fördert, wobei die dazu notwendige Druckmittelkanalanordnung und Druckmittelsteuerung durch geeignete Ausbildung, Anordnung und Steuerung der Steuerventileinrichtung 210 und die notwendigen Rückschlagventile 211 in bestimmten Druckmittelleitungen für den fachkundigen Leser selbstverständlich sind und hier nicht weiter dargestellt zu werden brauchen.

Dabei wäre dann das Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumen entweder um das Arbeitszylinderrohr 287 oder aber vorzugsweise innerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange 240 in den Räumen 203 a bzw. 203 b vorzusehen, die mit der Steuerventileinrichtung über Druckmittelkanäle 279, beispielsweise in der Kolbenstange 221 und dem Tauchkolben 225 in Verbindung stehen.

Es ist aber ebenso möglich, die mittels Pumpendruck doppeltwirkende Funktion durch den stirnseitig wechselweise beidseitig vom Pumpendruck beaufschlagbaren Arbeitskolben 218 bei gleicher Antriebsmotor- und Pumpendrehrichtung dadurch zu ermöglichen, daß die Steuerventileinrichtung 210 als Mehrwegeventil entsprechend so ausgeführt und angesteuert wird, daß dadurch die Kolbenarbeitshubrichtung umgesteuert wird, d. h. also durch Umsteuerung des Pumpendruck- und Rücklaufpfades.

Beispielsweise könnte die Steuerventileinrichtung 210 als 8 Wegeschieberventil mit zwei Schaltstellungen ausgebildet sein, so daß in jeweils einer der beiden Schaltstellungen jeweils einer der am Arbeitskolben 218 anliegenden Druckräume mit Pumpendruck P beaufschlagt wird, während der jeweils andere am Arbeitskolben 218 anliegende Druckraum über den Rücklauf R zum Druckmittelvorratsraum hin entlastet wird.

In einer anderen 2. Ausführungsform soll die vom Pumpendruck erzeugte doppeltwirkende Funktion des Arbeitszylinders dadurch erreicht werden, daß entweder eine der beiden Stirnseiten des Arbeitskolbens 218 vom Pumpendruck beaufschlagt wird, beispielsweise im Raum 223, oder aber für die entgegengesetzte Hubrichtung des Arbeitskolbens 218 eine der beiden Stirnseiten des Tauchkolbens 225 innerhalb der hohlen Arbeitskolbenstange 240, beispielsweise im Raum 203 a, wobei das Druckmittel zu den Räumen 223 bzw. 203 a durch die beispielsweise als Rohr ausgeführte Leitung 208 außermittig inner­ halb des Arbeitszylinderrohres 287 bzw. die Leitung 279 in der Kolbenstange 221 geführt wird.

Als Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumen stehen dabei die Räume 224 und 203 b zur Verfügung, wobei wiederum die Umsteuerung der Arbeitskolbenhubrichtung über die Steuerventileinrichtung 210 und gegebenenfalls auch die Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors 217 und der Druckmittelpumpe 212, 213 erfolgen kann, wobei entsprechende Druckmittelkanäle und eine entsprechende Steuerventilausbildung als Mehrwege-Mehrstellungsventil in geeigneter üblicher Weise vorzusehen sind, worauf hier und in der Zeichnung näher einzugehen sich erübrigt, da solche Steuerventilausbildungen und die Zuordnung zu geeigneten Druckmittelkanalführungen üblich sind und sich für den fachkundigen Leser aufgrund einfacher Überlegungen ohne weiteres ergeben.

Erfindungsgemäß können dabei die notwendigen Druckmittelkanäle soweit dies angebracht ist, auch innerhalb des Arbeitszylinderrohres 287 aber im Abstand von der Zylinderachse angeordnet sein, so daß solche Druckmittelkanäle z. B. als Rohre 208 Druckmittelräume und die, diese trennende Trennflächen bzw. -wände axial und abgedichtet durchdringen, so wie z. B. die Räume 224 und 223 sowie den Arbeitskolben 218.

In der Fig. 2 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Steuerventilausbildung dargestellt, wobei das Ventil als Zweistellungs-Mehrwege-Schieberventil mit dem beweglichen Ventilschieber 262 ausgebildet ist, der die Verbindung zwischen den zu steuernden Druckmittelkanälen von der Druckmittelpumpe P zu den Druckmittelräumen und von diesen zum Rücklauf R in den Druckmittelvorratsraum steuert und wobei eine erfindungsgemäße Ventilschieberbetätigung und -ansteuerung nach Maßgabe der Drehrichtung der Antriebsmotorwelle 215 für eine pumpendruckbetätigte doppeltwirkende Arbeitszylinderausbildung mit zwangsgesteuerter Arbeitskolbenhubrichtungsänderung durch Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors 217 und der Druckmittelpumpe 212, 213 ausgebildet ist.

Diese Erfindungsgemäße drehrichtungsabhängige Ventilschieberbetätigung wird erreicht durch eine z. B. im Endbereich der Antriebsmotorwelle 215 vorgesehene Steigungsfläche 270 z. B. in Form einer Langlochführung, die zur Drehachse geneigt verläuft und z. B. an beiden Enden in eine Raststellung übergehen kann, wobei diese Steigungsfläche 270 je nach Drehrichtung der Antriebsmotorwelle 215 zwangsweise z. B. über einen formschlüssig geführten Stift 277 und eine Buchse einen Abgriff 275 bildet, so daß diese Buchse als Abgriff 275 bei Drehrichtungsänderung der Antriebswelle 215 einen Axialhub innerhalb des Antriebswellenendbereiches ausführt und damit zwangsweise auch den in dieser Buchse als Abgriff 275 axial befestigten Ventilschieber 262 zu einem entsprechenden Axialhub zwingt, der zur Umsteuerung der Steuerventileinrichtung 210 führt.

Das Ventilschieberende kann dabei gegenüber der, den Abgriff 275 bildenden Buchse frei drehbar aber axial unverschiebbar ausgeführt sein.

Für die Abdichtung in der Steuerventileinrichtung 210, u. a. zwischen den Druckmittelkanälen, dem Ventilschieber und der diesen aufnehmenden Bohrung usw., sind die bekannten,üblichen Dichtungsmaßnahmen vorgesehen, z. B. Dichtringe, Passungen, Druckentlastungskerben usw.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Baueinheit auch als doppeltwirkende Ausführung und mit den speziellen erfinderischen Merkmalen der Steuerventilausbildung und -betätigung, der Ansteuerung, Anordnung und Ausbildung der Druckmittelräume, Druckmittelleitungen usw. ergibt sich für den fachkundigen Leser zwanglos unter Einbeziehung der Fig. 1 und 2 der Zeichnung dieser Schrift und der Beschreibung und Zeichnung aus der Hauptpatentanmeldung 36 07 419, die durch das Zusatzverhältnis mit Bestandteil dieser Schrift sein soll, so daß weitere Ausführungen zur Funktion nicht notwendig erscheinen.

Claims (16)

1. Druckmittelbetriebene Zylinder-Pumpen-Baueinheit, bei der, vorzugsweise axial, ein Antriebsmotor und von der axialen Gehäusewand umgeben eine hydrostatische Druckmittelpumpe, eine Steuerventileinrichtung, ein Druck­ mittelvorrats- und Ausgleichsvolumen und ein Arbeitskolben mit Arbeitskolbenstange angeordnet sind, wobei der von der Druckmittelpumpe erzeugte Druck mindestens eine Hubrichtung des Arbeitskolbens ermöglicht, nach Patent (-anmeldung) 36 07 419, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem innerhalb des Zylinderbodens (222) angeordneten beweglichen Ventilschließglied (262) der Steuerventileinrichtung (210) und dem außerhalb des Zylinderbodens (222) angeordneten, vorzugsweise elektrischen, Ventilbetätigungsantrieb (264) eine mechanische Übertragungseinrichtung (266) zur Bewegungsübertragung vorgesehen ist.

2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilbetätigungsantrieb (264) auf der dem Zylinderboden (222) abgewandten Seite des Antriebsmotors (217) liegt und sich die Übertragungs­ einrichtung (266) durch die hohle Antriebsmotorwelle (215) erstreckt.

3. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (266) durch eine Stange, einen Stößel, ein Seil oder ähnliches gebildet ist und die Übertragungseinrichtung (266) vor­ zugsweise einstückig mit dem Ventilschließglied (262) ausgebildet ist.

4. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (266) eine Übersetzung beinhaltet.

5. Baueinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4 oder einem der Ansprüche 1 oder 8 bis 45 nach Patent (-anmeldung) 36 07 419, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilbetätigungsantrieb (264) durch einen Hubmagneten (220) gebildet ist.

6. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (266) von der Antriebsmotorwelle (215) gebildet oder zumindest teilweise von dieser mit gebildet wird.

7. Druckmittelbetriebene Zylinder-Pumpen-Baueinheit, bei der, vorzugsweise axial, ein Antriebsmotor und von der axialen Gehäusewand umgeben eine hydrostatische Druckmittelpumpe, eine Steuerventileinrichtung, ein Druck­ mittelvorrats- und Ausgleichsvolumen und ein Arbeitskolben mit Arbeitskolbenstange angeordnet sind, wobei der von der Druckmittelpumpe erzeugte Druck mindestens eine Hubrichtung des Arbeitskolbens ermöglicht, nach Patent (-anmeldung) 36 07 419, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumen koaxial um das Arbeits­ zylinderrohr (287) angeordnet ist.

8. Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 oder einem der der Ansprüche 1 bis 45 nach Patent (-anmeldung) 36 07 419, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (218) mit Arbeitskolbenstange (240) von unter Pumpendruck stehendem Druckmittel in zwei entgegengesetzten Hubrichtungen bewegbar ist, wobei entsprechende, vorzugsweise ventilgesteuerte, Druck­ mittelkanäle für die Zu- und Abfuhr von Druckmittel zu und von den Druck­ mittelräumen vorgesehen sind.

9. Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hubrichtungen des Arbeitskolbens (218) mit Arbeitskolben­ stange (240) durch die Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors (217) bzw. der Druckmittelpumpe (212, 213) ermöglicht werden.

10. Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hubrichtungen des Arbeitskolbens (218) mit Arbeitskolben­ stange (240) durch eine Mehrwegeventilausbildung der Steuerventileinrichtung (210) im Zylinderboden (222) und entsprechende zugeordnete Druckmittelkanäle zwischen der Steuerventileinrichtung (210) und der Druckmittelpumpe (212, 213) einerseits und den Druckmittelräumen andererseits ermöglicht werden.

11. Baueinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jeweils die eine und die andere der beiden Arbeitskolbenhubrich­ tungen die eine und die andere der beiden Stirnflächen des Arbeitskolbens (218) vom Druckmittel mit Pumpendruck beaufschlagt wird und daß der not­ wendige Druckmittelvolumenausgleich beiderseits des Arbeitskolbens (218) durch ein entweder in der hohlen Arbeitskolbenstange (240) oder in einem um das Arbeitszylinderrohr (287), vorzugsweise koaxial, herum angeordnetes Druckmittelvorrats- und Ausgleichsvolumen über entsprechende Druckmittel­ anschlußleitungen erfolgt.

12. Baueinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die jeweils eine der beiden Arbeitskolbenhubeinrichtungen die eine der Arbeitskolbenstirnflächen und für die jeweils andere der beiden Arbeitskol­ benhubrichtungen ein Volumen (203 a oder 203 b) innerhalb der hohlen Arbeits­ kolbenstange (240) zwischen der hohlen Arbeitskolbenstange (240) und dem Tauchkolben (225) auf einer Seite des Tauchkolbens (225) vom Pumpendruck beaufschlagbar ist, wozu in der Kolbenstange (221) ein Druckmittelkanal (279) vorgesehen ist.

13. Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 oder einem der Ansprüche 1 bis 4 nach Patent (-anmeldung) 34 07 419, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (210) mindestens eine Raststellung aufweist, in der das Ventil auch ohne Betätigungskraft verharrt, vorzugsweise formschlüssig gehalten wird.

14. Baueinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Ventilstellung der Steuerventileinrichtung (210) mecha­ nisch zwangsgesteuert durch die Pumpendrehrichtung erfolgt.

15. Baueinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die drehrichtungsabhängige Zwangssteuerung der Ventilstellung der Steuerventileinrichtung (210) dadurch erfolgt, daß durch die Drehbewegung der Antriebsmotorwelle (215) in einer deren beiden Drehrichtungen über eine begrenzte axiale Steigungsfläche (270), vorzugsweise an der Antriebsmotor­ welle (215), wie z. B. eine unter Neigung zur Achse der Antriebsmotorwelle (215) in dieser verlaufende Langlochanordnung, sowie einem an der Steigungsfläche (270), vorzugsweise formschlüssig, geführten Abgriff (275, 277), dieser Abgriff (275) eine seiner beiden axialen Hubendlagen einnimmt und wobei der Ventilschieber (262) mit dem Abgriff (275) drehbar aber in Axialrichtung des Ventilschiebers (262) weitgehend spielfrei formschlüssig verbunden ist.

16. Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (210) als 8/2-Wegeschieberventil ausgebil­ det ist.