DE3712635A1 - Hydraulischer arbeitszylinder, insbesondere in im bergbau ueblichen stempeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Arbeitszylinder, insbesondere einen im Bergbau verwendeten Stempel, und ist insbesondere bei große Lasten tragenden hydraulischen Arbeitszylindern anwendbar.

Bei den bekannten hydraulischen Arbeitszylindern nimmt der in dem Druckraum des Zylinders herrschende Druck zu, wenn die Inanspruchnahme die Nominalbelastung übertrifft. Wenn nun der höhere Druck einen vorbestimmten Druck erreicht, wird die mit dem erwähnten Druckraum kommunizierende Ventilkonstruktion aktiviert, wodurch der Abfluß aus der Hydraulikflüssigkeit und als Folge ein Druckabfall in dem Druckraum ermöglicht werden. Auf diese Weise kann der Druck sich infolge der Belastung keinesfalls auf einen Wert erhöhen, der in dem hydraulischen Zylinder oder in den damit verbundenen Konstruktionen Schäden hervorrufen oder zu unerwünschten Deformationen führen könnte.

Solche zu Sicherheitszwecken dienenden Ventilkonstruktionen sind z.B. aus den ungarischen Patentschriften HU-PS 1 72 157 bzw. HU-PS 1 78 957 zu erkennen.

Im allgemeinen sind die mit Ventilen ausgestalteten, die Überlastung verhindernden Sicherheitslösungen befriedigend, wenn in dem Druckraum des hydraulischen Zylinders der Druck allmählich zunimmt.

In der Praxis hingegen kommen dynamische Einwirkungen vor, als deren Folge die Belastung des hydraulischen Arbeitszylinders plötzlich zunimmt, wodurch der Druckwert in dem Druckraum des hydraulischen Zylinders in einigen Sekunden zunimmt.

Im Laufe derartiger schneller Prozesse kann man damit rechnen, daß, bis das Sicherheitsventil öffnet, der Druck in dem Druckraum einen so hohen Wert erreicht, daß eine Betriebsstörung infolge eines Bruches oder einer schadhaften Deformation verursacht wird.

Bei gewissen Konstruktionen mit Kolben wird mit einem plötzlichen Druckanstieg unerwarteter Größe gerechnet, und es werden entsprechende Maßnahmen zur Vorbeugung der daraus stammenden Schäden in der Konstruktion vorgesehen. Auf dem Gebiet der Kolbenverdichter kann man insbesondere bei Kühlerkompressoren mit einem plötzlichen und hohen Druckanstieg rechnen, und zwar bei einem sogenannten Wasserschlag.

Um die schadhaften Folgen des Wasserschlags vermeiden zu können, hat man Lösungen entwickelt, bei denen der Zylinder des Kompressors mit einem federbelasteten Deckel verschlossen wird. Aufgrund des beim Wasserschlag auftretenden hohen Drucks erhebt sich gewissermaßen der erwähnte Deckel gegen die belastende Federkaft; der Überdruck kann durch die dabei entstandene Spalte abgeleitet werden. Eine derartige Lösung ist z.B. aus dem Lehrbuch "Kühlmaschinen" von Komondy, Zoltan dr; Technischer Buchverlag, Ausgabe 1952, Seite 183, Fig. 136/b und der bezügliche Textteil zu erkennen.

Es sind auch Lösungen zur Vorbeugung der sich aus der Flüssigkeitskühlung ergebenden Schäden bekannt, bei denen der zu dem Druckventil des Kompressors gehörende Sitz oder der rahmenartige Körper als ein Pseudodeckel ausgestaltet ist, der im wesentlichen ein federbelasteter Körper ist, der sich beim Wasserschlag aufgrund des plötzlichen Druckanstiegs verschiebt und den Zylinderraum freigibt. Eine derartige Lösung ist z.B. im Buche von Villanyi, Jozsef betitelt "Handbuch der Kühlmaschinen für die Praxis", Technischer Buchverlag, 1970, Seite 113, beschrieben.

Die bei den Kompressoren üblichen bekannten Lösungen können bei hydraulischen Arbeitszylindern, insbesondere bei den im Bergbau verwendeten Versionen nicht eingesetzt werden. Die bei den Kompressoren üblichen strukturellen Ausführungen sind zu kompliziert. Daher stellen sie zahlreiche Fehlerquellen dar und tendieren zum Schadhaftwerden. Die bei den Kompressoren üblicherweise verwendeten Lösungen passen nicht in die strukturelle Umgebung der hydraulischen Arbeitszylinder. Die Tatsache, daß bei den Kompressoren zwangsweise Ventile in bzw. an dem Zylinderkopf vorhanden sind, beansprucht eine eigenartige Anordnung der sturkturellen Teile bei der Gestaltung des Zylinderkopfes.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen hydraulischen Arbeitszylinders können die erwähnten Mangelhaftigkeiten eliminiert werden.

Der Erfindung wurde das Ziel gesetzt, mit Hilfe einer möglichst einfachen Konstruktion den in dem Druckraum plötzlich entstandenen Druckanstieg ableiten zu können.

Im Sinne der Erfindung wird das gesetzte Ziel bei einem hydraulischen Zylinder mit Kolben und einem seinen Druckraum abschließenden Kopfteil dadurch erreicht, daß der Vorsprung des Kopfteils den Endabschnitt des Zylinders umschließt und gleichzeitig führt und daß Hebekolben von mit dem Druckraum kommunizierenden hydraulischen Hebezylindern gegen Federbelastung auf den Zylinder einwirken, wobei beim Erreichen eines vorbestimmten Werts des sprunghaften Druckanstiegs in dem Druckraum sich der Zylinder von dem Kopfteil entfernt, wodurch ein geringer Teil der Hydraulikflüssigkeit abfließt, was zu einem Druckabfall führt.

Die Hebezylinder sind zweckmäßig über in dem Kopfteil ausgestaltete Kanäle mit dem Druckraum verbunden. Es ist vorteilhaft, wenn in dem Kopfraum ein die Fortsetzung des Druckraums bildender Raum ausgestaltet ist, aus dem die erwähnten Kanäle ausgehen. Im allgemeinen genügt es, wenn drei Hebezylinder entlang eines Kreises in gleichem gegenseitigen Abstand angeordnet sind.

Die Verbindung zwischen Hebekolben und Zylinder kann durch an dem Zylinder befestigte, zweckmäßig angeschweißte Stempel gewährleistet sein. Zwischen dem Zylinderende und dem Kopfteil kann eine Dichtung eingesetzt sein, die aus einem an sich bekannten Material gefertigt sein kann.

In seiner Grundstellung wird der Zylinder mit Federn gehalten, d.h. an den Kopfteil angepreßt. Zweckmäßig werden diese Federn so angeordnet, daß sie je eine Schraube umschließen, wobei die Schrauben in sich in dem Kopfteil befindende Gewindebohrungen eingetrieben sind. Jede Feder kann sich einerseits an einem Schraubenkopf oder einer daran anschlagenden Unterlagscheibe und andererseits an einem am Zylinder befestigten Vorsprung abstützen.

Demnach besteht die wesentliche Charakteristik des erfindungsgemäßen hydraulischen Arbeitszylinders darin, daß der Kopfteil einen den Endabschnitt des Zylinders umschließenden und führenden Vorsprung aufweist, daß ferner mit dem Druckraum des Zylinders kommunizierende Hebezylinder, sich darin befindende Hebekolben, an dem Zylinder befestigte und sich den Hebekolben anpassende Abstützungen und den Zylinder an den Kopfteil anpressende Federn vorgesehen sind und daß in dem Kopfteil eine Flüssigkeit ableitende Bohrung ausgestaltet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Zylinderende und dem Kopfteil eine Flachdichtung eingesetzt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind an dem hydraulischen Zylinder Nester befestigt, die als je eine Abstützung für die Federn dienen.

Der erfindungsgemäße hydraulische Arbeitszylinder wird anhand einer vorteilhaften, als Beispiel dienenden Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Längsschnitt eines Teils des Zylinders und des dazugehörenden Kopfteils.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Kolben 1 in dem Zylinder 5. Der Kopfteil 2 ist mit dem Vorsprung 12 versehen, in den der Zylinder 5 so eingepaßt ist, daß die erwähnten zwei Elemente gegeneinander verschiebbar sind. Nach Bedarf kann entlang des Mantels des Zylinders 5 eine separate Dichtung eingesetzt werden.

In dem Kopfteil 2 sind drei Hebezylinder 14 ausgebildet. In je einem Hebezylinder befindet sich je ein Hebekolben 3. Die Abstützungen 9, die an dem Zylinder 5 angeschweißt sind, passen sich dem Hebekolben 3 an. Die Hebezylinder sind über die Kanäle 8 mit dem sich an den Druckraum 13 des Zylinders anschließenden, aber in dem Kopfteil 2 ausgestalteten Raum 7 verbunden.

Auf die Fläche des Kopfteils 2, worauf sich das Ende des Zylinders 5 abstützt, ist eine kreisringförmige Dichtungsplatte 11 gelegt. In dem Kopfteil 2 sind noch Bohrungen 6 vorgesehen. Die Bohrungen 6 münden unmittelbar über der Dichtungsplatte 11 in den den Zylinder 5 aufnehmenden Raum.

Die Federn 4 pressen den Zylinder 5 auf die Dichtungsplatte 11. Je eine Feder 4 ist einerseits in dem im Zylinder 5 befestigten Nest 10, andererseits durch den von der Feder 4 umschlossenen Schraubenkopf abgestützt. Die erwähnten Schrauben sind in Gewindebohrungen des Kopfteils 2 eingetrieben. Mit Hilfe der erwähnten Schrauben kann durch Änderung der Vorspannung der Federn 4 der in dem Druckraum 13 zulässige Maximaldruck eingestellt werden.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen hydraulischen Arbeitszylinders ist wie folgt:

Wenn in dem Druckraum 13 ein langsamer Druckanstieg vor sich geht, öffnet das zu dem hydraulischen Arbeitszylinder gehörende Sicherheitsventil - das vom Standpunkt der Erfindung uninteressant und daher nicht veranschaulicht ist - , wodurch die den unerwünschten Überdruck verursachende Flüssigkeit aus dem Druckraum 13 abgelassen wird.

Wenn nun in dem Druckraum sich der Druck sprunghaft erhöht, heben die Hebekolben 3 gegen die Federn 4 den Zylinder von der Dichtungsplatte 11 einen Augenblick ab. Damit werden die dem Druckraum 13 zugewandten Mündungen der Bohrungen 6 freigegeben und eine geringe Flüssigkeitsmenge fließt durch die Bohrungen ab. Dadurch fällt der Druck ab, so daß die Federn 4 den Zylinder 5 in die Ausgangsstellung zurückbringen können.

Auf den durch die Erfindung tangierten Gebieten schließen sich die hydraulischen Arbeitszylinder den umgebenden strukturellen Elementen entlang der Kugelflächen an. So verläuft die Grenzlinie der den Arbeitszylinder unmittelbar belastenden Kräfte immer in axialer Richtung.

Der Verschiebungsweg des Zylinders ist ziemlich kurz, wobei der Vorsprung 12 eine sichere Führung gewährleistet. Unter diesen Umständen ist eine bedeutende, in der Querrichtung wirkende Kraft nicht zu befürchten, die für den Arbeitszylinder unvorteilhaft wäre.

Aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders geht hervor, daß die erfindungsgemäße Lösung imstande ist, so schnell zu funktionieren, wie der Druck in dem Druckraum ansteigt. Neben diesem äußerst wichtigen Vorteil weist die Erfindung noch den weiteren Vorteil auf, daß der Aufbau einfach ist. Die Konstruktion tendiert nicht zum Schadhaftwerden und die Betriebssicherheit ist auch unter den ungünstigsten Betriebsverhältnissen gewährleistet.

Claims (3)

1. Hydraulischer Arbeitszylinder, insbesondere im Bergbau verwendeter hydraulischer Stempel, zu dem ein Zylinder, ein sich in dem Zylinder bewegender Kolben und ein den Druckraum des Zylinders abschließender Kopfteil gehören, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil (2) einen den Endabschnitt des Zylinders (5) umschließenden und führenden Vorsprung (12) aufweist, daß ferner mit dem Druckraum (13) des Zylinders (5) kommunizierende Hebezylinder (14), sich darin befindende Hebekolben (3) und an dem Zylinder befestigte und sich den Hebekolben (3) anpassende Abstützungen (9) vorgesehen sind, daß der Zylinder (5) mit den Federn (4) an den Kopfteil (2) angepreßt wird und daß in dem Kopfteil (2) Flüssigkeit ableitende Bohrungen (6) vorgesehen sind.

2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ende des Zylinders (5) und dem Kopfteil (2) eine Dichtungsplatte (11) eingefügt ist.

3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zylinder (5) vorzugsweise schalen- oder nestförmige Vorsprünge (10) befestigt sind, die als Abstützung je einer Feder (4) dienen.