DE4137103C2 - Elektrohydraulisches Gerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges elektrohydraulisches Gerät ist aus dem DE-GM 16 90 019 bekannt. Dieses Gerät weist ein waagerecht angeordnetes, von einem Elektromotor angetriebenes Flügelrad mit Leitschaufeln auf. In einem Zylinder wird hydraulisch ein Kolben verschoben, welcher über eine Kolbenstange das zu betätigende Glied bewegt. Zusätzlich ist ein Ventilkörper oberhalb des Flügelrades angeordnet, der je nach Drehrichtung des Elektromotors durch die Tangentialkräfte der Betriebsflüssigkeit in eine von zwei festen Positionen verschwenkt; dadurch werden Strömungsrichtungen für die Betriebsflüssigkeit vorgegeben, und zwar wird in der einen Position die Betriebsflüssigkeit von einem Bereich oberhalb des Kolbens in einen Bereich unterhalb des Kolbens gepumpt, und in der anderen Position, bei umgekehrter Drehrichtung des Motors, strömt die Betriebsflüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung. Je nach der Strömungsrichtung wird der Kolben entweder nach oben oder nach unten bewegt. Nachteilig ist, daß die Herstellung des Ventilkörpers ein recht aufwendiges und präzises Arbeiten erfordert, damit es zuverlässig die Strömungsrichtung vorgibt.

Aus der DE-PS 8 42 440 ist ebenfalls eine elektrohydraulische Verstellvorrichtung mit einem Motor und einer Pumpe bekannt. Zur Anhebung eines mit einer Kolbenstange versehenen Kolbens wird aus einem zu dem Raum oberhalb des Kolbens offenen Zylinder Betriebsflüssigkeit in einen Druckraum unterhalb des Kolbens gepumpt. Dazu dienen zwei auf der Motorwelle befestigte Laufräder einer zweistufigen Kreiselpumpe. Dadurch wird der Kolben hydraulisch nach oben bewegt. Es ist nur eine einzige Drehrichtung für den Motor und die Laufräder vorgesehen. Zur Abwärtsbewegung des Kolbens muß der Motor abgeschaltet werden; dann drücken gespannte Gegenfedern oder gehobene Gegengewichte den Kolben in seine untere Ausgangslage zurück.

Ein Nachteil dieses bekannten Geräts besteht darin, daß es nur einseitig eine nach oben gerichtete Druckkraft erzeugt. Bei abgeschaltetem Motor und dem Übergang von der oberen Endlage in die untere Endlage erzeugt das Gerät selbst keine Kraft, sondern die nach unten gerichtete Kolbenbewegung wird durch eine von außen auf die Kolbenstange einwirkende Kraft hervorgerufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfach herstellbares elektrohydraulisches Gerät zu schaffen, das an der Kolbenstange nicht nur eine nach oben gerichtete Druckkraft, sondern auch eine nach unten gerichtete Zugkraft erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrohydraulisches Gerät nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2 gelöst.

Bei diesem elektrohydraulischen Gerät wird in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Motors eine Hub- und eine Zugkraft erzeugt. Bei einer vorgegebenen Drehrichtung des Motors wird eine der beiden Zentrifugalpumpen angetrieben, während die andere Zentrifugalpumpe frei läuft. Somit wird je nach Drehrichtung des Motors die Betriebsflüssigkeit unter oder über den Kolben gefördert und damit ein nach oben oder unten gerichteter Druck erzeugt.

Eine Hub- und eine Zugkraft oder allgemein zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte lassen sich bekanntlich mittels eines Differentialkolbens erzeugen. Der Vorteil des elektrohydraulischen Geräts gegenüber dem Differentialkolben besteht darin, daß keine aktiven Steuerungselemente erforderlich sind, sondern die Steuerung von dem passiven System selbst übernommen wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Wesen der Erfindung soll anhand von zwei, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 das elektrohydraulische Gerät in halbschematischer Dar­ stellung in der Ausführung als geschlossenes System und

Fig. 2 das elektrohydraulische Gerät in halbschematischer Dar­ stellung in der Ausführung als offenes System.

In Fig. 1 ist unterhalb des Gehäuses 1 ein Elektromotor 2 angeordnet. In dem Zylinder 3 ist ein Kolben 4 vorgesehen, der mit einer Kolbenstange 5 in Verbindung steht. Durch den Kolben 4 wird der Zylinderraum in einen oberen Zylinderraum 6 und einen unteren Zylinderraum 7 unterteilt. Die Größe des oberen und unteren Zylinderraums hängen von der Stellung des Kolbens ab. Der Zylinder 3 ist oberhalb des Kolbens 4 gegenüber dem Vorratsraum 14 geschlossen, wodurch ein geschlossenes System gebildet wird. Die Kolbenstange 5 ist mittels einer Dichtung 8 durch die Zylinderwandung geführt. Ferner weist das Gehäuse 7 eine Durchführung 9 für die Kolbenstange 5 auf, wobei in dem oberen Teil der Durchführung 9 ein Schmutzabstreifer 11 vorgesehen sind. Bei dem geschlossenen System wirkt der Pumpendruck nur auf die innere Dichtung 8, während der Erwärmungsdruck der Betriebsflüssigkeit nur auf die äußere Dichtung 10 einwirkt.

Unterhalb des Zylinders 3 befindet sich in direkter Verbindung mit diesem ein Pumpengehäuse 12 für die beiden Zentrifugalpumpen. Zwischen der Wandung 13 des Gehäuses 1 einerseits und dem Zylinder 3 sowie dem Pumpengehäuse 12 wird ein Vorratsraum 14 für die Betriebsflüssigkeit gebildet.

Die Höhe der Betriebsflüssigkeit in dem Vorratsraum ist so bemessen, daß sich ein geschlossener Kreislauf bei kommunizierender Wirkung in dem Arbeitsraum des geschlossenen Systems einstellt.

Von dem Elektromotor 2 wird eine Welle 15 angetrieben, die über eine dichtende Durchführung 16 des Gehäuses 1 in das Pumpengehäuse 12 ragt. Innerhalb des Pumpengehäuses ist die Welle 15 mit den beiden Zentrifugalpumpen verbunden. Im Ausführungsbeispiel werden die beiden Zentrifugalpumpen durch die Flügelräder 17 und 18 und den Strömungskörper 19 in einer Einheit gebildet. Die beiden Flügelräder 17 und 18 sind über einen Freilauf 20 mit der Welle 15 verbunden. Dadurch wird erreicht, daß in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors eines der beiden Flügelräder mitgenommen und die entsprechende Zentrifugalpumpe angetrieben wird, während das andere Flügelrad und die ihm zugeordnete Zentrifugalpumpe frei läuft. Die Flügelräder 17 und 18 sind zueinander gewandt auf der Welle 15 montiert. Der Strömungskörper 19 ist hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei der Strömungskörper 19 mit Abstand zu den Flügelrädern 17 und 18 liegt und seine Zylinderflächen etwa dem Verlauf der Flügelräder angepaßt sind. Der Strömungskörper 19 weist eine Durchführung 21 und daran anschließend das Pumpengehäuse 12 eine Durchführung 22 auf. Diese beiden Durchführungen 21, 22 sind für die Arbeitsweise in dem geschlossenen System erforderlich. Über diese beiden Durchführungen steht der Vorratsraum 14 für die Betriebsflüssigkeit mit dem Innenraum des Strömungskörpers 19 in Verbindung, um den Volumenausgleich für die ein- und ausfahrende Kolbenstange zu ermöglichen.

Beim Antrieb des oberen Flügelrades 17 der ersten Zentrifugalpumpe wird über die Durchführung 27, durch die zweite (untere) Zentrifugalpumpe, sowie über ein Druckrohr 24, Betriebsflüssigkeit aus dem Zylinderraum 6 oberhalb des Kolbens 4 angesaugt und in den Zylinderraum 7 unterhalb des Kolbens gefördert. Dabei wird unter dem Kolben 4 ein Druck erzeugt, der den Kolben 4 nach oben bewegt und an der Kolbenstange 5 eine nach oben gerichtete Druckkraft erzeugt. Der obere Zylinderraum 6 weist in seinem oberen Teil eine Öffnung 23 auf, wodurch eine Verbindung zu einem Druckrohr 24 hergestellt wird. Das Druckrohr 24 liegt außerhalb des Zylinders 3 und führt durch die Wandung des Pumpengehäuses 12 in den Bereich des unteren Flügelrades 18 der zweiten Zentrifugalpumpe.

Bei umgekehrter Drehrichtung des Motors wird das Flügelrad 18 und damit die zweite Zentrifugalpumpe angetrieben, wodurch über die Saugöffnung 27 und über die erste Zentrifugalpumpe aus dem Zylinderraum 7 die Betriebsflüssigkeit über das Druckrohr 24 und die Öffnung 23 in den oberen Zylinderraum 6 gefördert wird. Dabei entsteht an dem Kolben 4 ein nach unten gerichteter Flüssigkeitsdruck, der den Kolben nach unten bewegt und an der Kolbenstange 5 eine nach unten gerichtete Zugkraft erzeugt. Bei der Bewegung des Kolbens 4 in dem Zylinder 3 nach unten wird die unterhalb des Kolbens 4 anstehende Betriebsflüssigkeit über die erste Zentrifugalpumpe 17 und die Saugöffnung 27 durch die Zentrifugalpumpe 18 über das Druckrohr 24 und die Öffnung 23 in den oberen Zylinderraum 6 gedrückt. Bei der umgekehrten Kolbenbewegung nach oben wird die oberhalb des Kolbens anstehende Betriebsflüssigkeit über die Öffnung 23 und das Druckrohr 24 durch die zweite Zentrifugalpumpe 18 und die Saugöffnung 27 in den unteren Zylinderraum 7 gedrückt. Das System arbeitet somit in einem geschlossenen Kreislauf, wobei der Vorratsraum, die beiden Zylinderräume und das Druckrohr in kommunizierender Verbindung zueinander stehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das elektrohydraulische Gerät als offenes System ausgebildet, d. h. der Zylinder 3 ist nach oben offen und die Oberfläche 26 der Betriebsflüssigkeit steht oberhalb des Zylinders 3. In Fig. 2 sind die gleichen Teile wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Für die Kolbenstange 5 ist nur noch die äußere Dichtung 10 erforderlich, auf die im Unterschied zu Fig. 1 sowohl der Pumpendruck als auch der Erwärmungsdruck der Betriebsflüssigkeit einwirkt. Das Pumpengehäuse 12 ist an seiner unteren Seite offen, so daß das Flügelrad 18 der zweiten Zentrifugalpumpe bei Rotation in der vorgesehenen Arbeitsdrehrichtung die Betriebsflüssigkeit direkt ansaugen kann. Der Strömungskörper 25 zwischen den Flügelrädern 17 und 18 ist der Form der Flügelräder angepaßt. Da es sich um ein offenes System handelt, sind die in Fig. 1 vorgesehenen Öffnungen 21 und 22 bei diesem Ausführungsbeispiel nicht erforderlich. Auch das in Fig. 1 erforderliche Druckrohr 24 kann entfallen, da der Zylinder 3 in dem Ausführungsbeispiel bei Fig. 2 innerhalb der Betriebsflüssigkeit in dem Vorraum 14 liegt.

Im übrigen erfolgt die Arbeitsweise bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in der gleichen Weise, wie es bei der Funktionsdarstellung der Fig. 1 beschrieben ist.

Die Bildung der ersten und zweiten Zentrifugalpumpe mittels der Flügelräder 17 und 18 sowie des Strömungskörpers 19 bzw. 25 stellt eine einfache und kostengünstige Realisierung der beiden Zentrifugalpumpen dar. Durch Verwendung der Freilaufhülsen 20 ist es ferner möglich, durch einfache Drehrichtungsumkehr des Elektromotors eines der beiden Flügelräder und damit eine der beiden Zentrifugalpumpen in Betrieb zu setzen, während die andere Zentrifugalpumpe frei läuft. Durch unterschiedliche Durchmesser der beiden Flügelräder 17 und 18 lassen sich unterschiedliche Zug- und Druckkräfte realisieren. Das elektrohydraulische Gerät kann gegebenenfalls auch in einer Position betrieben werden, bei der die Kolbenstange nicht in vertikaler Richtung angeordnet ist.

Claims (7)

1. Elektrohydraulisches Gerät zur Erzeugung einer an einer vertikal beweglichen, mit dem Kolben (4) eines Zylinders (3) verbundenen Kolbenstange (5) anstehenden Kraft, mit einer in dem der Kolbenstange (5) abgewandten Teil des Zylinders (3) angeordneten ersten Zentrifugalpumpe (17, 19), die über eine Welle (15) mit einem Elektromotor (2) verbunden ist, mit einem Gehäuse (1) für den Zylinder (3) und die Zentrifugalpumpe (17, 19), das einen für Betriebsflüssigkeit bestimmten Vorratsraum (14) begrenzt und Durchführungen für die Welle (15) und die Kolbenstange (5) aufweist, wobei über eine Druckleitung (24) in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors (2) die Betriebsflüssigkeit von einem Zylinderraum (6) oberhalb des Kolbens (4) in einen Teil des Zylinderraums (6) unterhalb des Kolbens (4) oder in umgekehrter Richtung gepumpt wird, wodurch der Kolben (4) infolge des einwirkenden Drucks bewegt wird und Kräfte an der Kolbenstange (5) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der ersten Zentrifugalpumpe (17, 19) eine zweite Zentrifugalpumpe (18, 19) vorgesehen ist, daß beide Zentrifugalpumpen (17, 19; 18, 19) über eine Durchführung (21, 22) mit dem Vorratsraum (14) in Verbindung stehen, daß der Zylinderraum (6) oberhalb des Kolbens (4) gegenüber dem Vorratsraum (14) geschlossen ist, daß bei einer vorbestimmten Drehrichtung des Elektromotors (2) die erste Zentrifugalpumpe (17, 18) und bei der entgegengesetzten Drehrichtung die zweite Zentrifugalpumpe (18, 19) über die Welle (15) angetrieben wird, während die jeweils andere Zentrifugalpumpe frei läuft, und daß beim Betrieb der zweiten Zentrifugalpumpe (18, 19) die Betriebsflüssigkeit über die Druckleitung (24) in den Zylinderraum (6) oberhalb des Kolbens (4) gefördert und der Kolben (4) infolge des einwirkenden Drucks nach unten bewegt wird, wodurch die Kolbenstange (5) eine nach unten wirkende Zugkraft erfährt.

2. Elektrohydraulisches Gerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der ersten Zentrifugalpumpe (17, 25) auf der Welle (15) eine zweite Zentrifugalpumpe (18, 25) vorgesehen ist, die einerseits mit der ersten Zentrifugalpumpe (17, 25) und andererseits mit dem Vorratsraum (14) in Verbindung steht, daß der Zylinder (3) oberhalb des Kolbens (4) offen ist und die Oberfläche (26) der Betriebsflüssigkeit oberhalb des Zylinders (3) liegt, daß bei einer vorbestimmten Drehrichtung des Elektromotors (2) die erste Zentrifugalpumpe (17, 25) und bei der entgegengesetzten Drehrichtung die zweite Zentrifugalpumpe (18, 25) über die Welle (15) angetrieben wird, während die jeweils andere Zentrifugalpumpe frei läuft, und daß beim Betrieb der zweiten Zentrifugalpumpe (18, 25) die Betriebsflüssigkeit in den Zylinderraum (6) oberhalb des Kolbens (4) gefördert und der Kolben (4) infolge des einwirkenden Drucks nach unten bewegt wird, wodurch die Kolbenstange (5) eine nach unten wirkende Zugkraft erfährt.

3. Elektrohydraulisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zentrifugalpumpen (17, 19; 18, 19) durch zwei mit Abstand zueinander gewandt, auf der Welle (15) gegensinnig drehend angeordnete Flügelräder (17, 18) und einen zwischen den Flügelrädern (17, 18) befindlichen, hohlzylinderförmigen Strömungskörper (19) gebildet werden, und daß der Zylinderraum des Strömungskörpers (19) über Durchführungen (21, 22) in der Zylinderwandung und der Wandung des Pumpengehäuses mit dem Vorratsraum (14) verbunden ist.

4. Elektrohydraulisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zentrifugalpumpen (17, 25; 18, 25) durch zwei mit Abstand zueinander gewandt, auf der Welle (15) gegenseitig drehend angeordnete Flügelräder (17, 18) und einen zwischen den Flügelrädern (17, 18) befindlichen Strömungskörper (25) gebildet werden.

5. Elektrohydraulisches Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (19, 25) mit Abstand etwa dem Verlauf der Flügelräder (17, 18) angepaßt ist.

6. Elektrohydraulisches Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelräder (17, 18) mittels gegensinnig drehender Freilaufhülsen (20) auf der Welle (15) gelagert sind.

7. Elektrohydraulisches Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelräder (17, 18) der beiden Zentrifugalpumpen mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet sind.