DE4207764C2 - Hydraulik-Werkzeug mit vollständig integriertem Hydraulik-Kreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikwerkzeug mit einem vollständig integrierten Hydraulik-Kreislauf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-AS 24 24 391 ist ein Hydraulikwerkzeug mit integriertem Hydraulik-Kreislauf bekannt, bei dem das Hydraulikfluid aus einem Tank hin zum Arbeitskolben gefördert wird. Zum Ausgleich von Druckspitzen ist im Hochdruckteil des Hydraulikkreises ein Druckspeicher vorgesehen. Da der Hydraulik-Kreislauf dieses Werkzeugs nur teilweise mit Fluid gefüllt ist, ist dieses Werkzeug nur in einer vorgegebenen Betriebsstellung benutzbar. Falls das Werkzeug, wie bspw. ein Preßluftbohrer, zur Bodenbearbeitung vorgesehen ist, kann dieses nicht im Über-Kopf-Betrieb benutzt werden, da dann Luft aus dem Tank in den Hydraulik- Kreislauf gesaugt wird.

Desweiteren führen Temperaturänderungen zu einem Auf-/Absteigen des Fluidspiegels im Inneren des Tanks und damit zu Unregelmäßigkeiten in der Hydraulikfluidzufuhr. Weiterhin müssen bei einer derartigen Konstruktion getrennte Speicher für das Druckfluid und für das entspannte Fluid vorgesehen werden, so daß dieses Werkzeug einen relativ komplizierten Aufbau mit erheblichem schaltungstechnischen Aufwand aufweist. Die zur Verschaltung der beiden Speicher notwendigen Fluidleitungen verursachen darüber hinaus einen erheblichen Druckverlust, der insbesondere bei den hohen auftretenden Drücken zu einer Verminderung des Wirkungsgrades führt.

Aus der DE-AS 12 23 784 ist ein Speicher für Hochdruckfluid bekannt, wie er bei dem vorgeschriebenen Bohrhammer Verwendung finden kann. Bei diesem Speicher ist das Hydraulikfluid in einem Zylinder angeordnet, dessen Volumen durch einen federvorgespannten Kolben veränderbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydraulikwerkzeug zu schaffen, das leicht zu handhaben ist und bei dem bei hohen Drücken nur geringe Verluste auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, einen einzigen Speicher im Niederdruckteil des Hydraulikwerkzeugs anzuordnen, kann dessen Baulänge ganz erheblich reduziert werden. Da das gesamte System vollständig mit Hydraulikfluid gefüllt ist, kann keine Luft eintreten, so daß eine lageunabhängige Funktion des Hydraulikwerkzeugs sichergestellt ist. Etwaige Volumenänderungen im Hydraulik-Kreislauf (bspw. das Pendelvolumen zur Betätigung des Arbeitskolbens oder durch Temperaturschwankungen veränderte Volumenänderungen) können durch den im Niederdruckteil angeordneten Speicher aufgefangen werden. Der Druck im Speicher steht als Pumpenvordruck zur Verfügung, so daß ein optimaler Wirkungsgrad der Pumpe gewährleistet ist.

Da der einzige Speicher gemäß der Erfindung im Niederdruckteil angeordnet ist, muß dieser nur für den dort herrschenden geringen Druck ausgelegt sein, so daß sich der Aufbau des Hydraulikwerkzeugs weiter vereinfacht.

Einen besonders kompakten Aufbau des Hydraulikwerkzeugs erhält man, wenn gemäß Anspruch 3 der Speicher als Ringspeicher ausgebildet ist, der den Arbeitszylinder des Hydraulikwerkzeugs umschließt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine tragbare Baueinheit für ein Hydraulikwerkzeug gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Teilquerschnitt;

Fig. 3 einen Querschnitt der Steuereinrichtung entlang der Linie A-A in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine tragbare Baueinheit 4, ein sogenanntes integriertes Hydraulikwerkzeug dargestellt, bei der am vorderen bzw. linken Ende ein auswechselbares Werkzeug 8 angeordnet ist. Am hinteren bzw. rechten Ende der Bauein­ heit 4 befindet sich ein erster Handgriff 5 sowie der elek­ trische Anschluß 9 zur Zuführung von Strom. Die Baueinheit 4 hat im Ganzen gesehen eine längliche, zylindrische Form, auf deren Oberseite zwei Handgriffe 5 und 6 angeordnet sind. In der Nähe des hinteren Trage- bzw. Handgriffs 5 ist ein Schalter 7 vorgesehen, der zur Betätigung des Werkzeuges 8 dient. Der weiter vorne liegende zweite Handgriff 6 dient hauptsächlich zur Führung des Werkzeugs 8. Das Werkzeug 8 ist auswechselbar bzw. an verschiedene Einsatzzwecke anpaßbar und kann als Scher-, Spreiz-, Biege- oder Klemm-Werkzeug ausgeführt sein.

Innerhalb der zylindrischen Baueinheit 4 sind die wesentli­ chen Bauteile, ein Elektromotor 1, eine Hydraulik-Hoch­ druckpumpe 2 sowie der Arbeitszylinder 3 koaxial und hintereinander angeordnet.

Der Elektromotor 1 ist am hinteren (rechts in Fig. 1 und 2) Ende der Baueinheit 4 eingesetzt und kann ein Motor für Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom sein. Die Stromzuführung erfolgt über den ebenfalls am hinteren Ende der Baueinheit 4 gelegenen elektrischen Anschluß 9.

Die Abtriebswelle des Elektromotors 1 ist an die Hydraulik- Hochdruckpumpe 2 angeschlossen. Im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel wird die Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 von einer Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe gebildet, deren Taumel­ scheibe 18 direkt mit der Abtriebswelle des Elektromotors 1 in Wirkverbindung steht. In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform wäre auch eine Zahnradpumpe möglich, die durch den Elektromotor 1 angetrieben wird. In jeder Ausführungsform kann jedoch zwischen Elektromotor 1 und Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 ein Getriebe (nicht darge­ stellt) vorgesehen werden, um eine Anpassung von Drehmoment und Drehzahl zu erreichen.

Der von der Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 erzeugte Druck wird einem Sammelkanal 15 zugeleitet, der innerhalb einer Steuereinrichtung ausgebildet ist, die sich zwischen der Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 und dem Arbeitszylinder 3 be­ findet. Mittels des Schalters 7 am hinteren Handgriff 5 ist einerseits der Elektromotor 1 über Schaltelemente 22 und 23 (Fig. 3) ansteuerbar, sowie andererseits über Steuerventile 27, 28 das Hydraulikfluid, das dem Arbeitszylinder 3 zugeführt bzw. abgeführt wird. Bei einer Verschiebung eines Arbeits­ kolbens 24 im Arbeitszylinder 3 wird schließlich das über eine Kraftübertragungseinrichtung 25 angetriebene Werkzeug 8 betätigt.

In der Mitte der Fig. 2 ist die Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 in einer gegenüber Fig. 1 vergrößerten Abbildung darge­ stellt. Der Antrieb der Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 erfolgt mittels der Taumelscheibe 18 mit konstantem Anstellwinkel, die die Kolben 14 in den Zylindern 10 hin und her bewegt. Die Taumelscheibe 18 wird ihrerseits über den Elektromotor 1 angetrieben, wobei zwischen Taumelscheibe 18 und Elektro­ motor 1 zu Lagerungszwecken ein Wälzlager, vorzugsweise ein Schrägkugellager 26 angeordnet ist. Die Kolben 14 bilden zusammen mit den Zylindern 10 am der Taumelscheibe 13 abge­ wandten Ende Verdichtungskammern 11, deren Ausstoßöffnungen von Rückschlagventilen 12 verschließbar sind. Vorzugsweise sind die Zylinder 10 aus Hartmetall gefertigt; dies hat den Vorteil, daß bei den sehr hohen Drücken die Ausdehnung der Zylinderbohrungen relativ klein ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Kolben 14 bzw. Zylinder 10 vorgesehen. Je nach Anforderungen können jedoch mehrere Kolben 14 auf einem Kreisumfang angeordnet werden. So werden für Höchstdrücke von 1200 bar bevorzugt zwei Kolben 14 mit einem jeweiligen Durchmesser von etwa 3 mm angeordnet, während bei niedrigeren Drücken von etwa 210 bar acht Kolben 14 mit einem jeweiligen Durchmesser von etwa 6 mm angeordnet werden.

Die Zufuhr des Hydraulikfluids zu den Zylindern 10 erfolgt über Zuflußöffnungen 13, die bei der Hin- und Herbewegung der Kolben 14 auf- und zugesteuert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Auf- und Zusteuerung mit der Vorderkante des Kolbens 14. In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform kann die Auf- und Zusteue­ rung auch über die Kante einer radialen Bohrung im Kolben 14 erfolgen, die mit einer axialen, zentrischen Bohrung in Verbindung steht, die wiederum mit der Verdichtungskammer 11 in Verbindung steht.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Hydraulik-Hochdruck­ pumpe 2 beschrieben. In Fig. 1 und 2 befindet sich der un­ tere der beiden im Schnitt dargestellten Kolben 14 an sei­ nem vorderen Totpunkt, bei dem das zugehörige Rückschlag­ ventil 12 geöffnet ist und das Hydraulikfluid in den Sam­ melkanal 15 gepreßt wird. Bei der folgenden Rückwärtsbewe­ gung (in der Zeichnung nach rechts) des Kolbens 14 schließt sich das federbelastete Rückschlagventil 12, so daß sich in der sich volumenmäßig vergrößernden Verdichtungskammer 11 ein Unterdruck aufbaut. Nachdem die vordere Kante des Kol­ bens 14 die Zuflußöffnung 13 erreicht und aufsteuert, kann Hydraulikfluid in die Verdichtungskammer 11 einströmen. Der in Fig. 1 und 2 oben dargestellte Kolben 14 befindet sich am hinteren Totpunkt und hat die Zuflußöffnung 13 vollstän­ dig freigegeben. Bei der anschließenden Vorwärtsbewegung des Kolbens 14 wird die Zuflußöffnung 13 verschlossen und in der sich dann volumenmäßig verkleinernden Verdichtungs­ kammer 11 ein entsprechender Überdruck aufgebaut. Ab einem festgelegten Überdruck öffnet das Rückschlagventil 12, so daß der Pump-Kreislauf erneut beginnen kann.

Das von der Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 geförderte Hydrau­ likfluid wird dem Sammelkanal 15 zugeleitet. Über die bei­ den Steuerventile 27 und 28 (Doppelventile) wird das Hydraulikfluid wahlweise über eine Vorlaufbohrung 30 bzw. eine Rücklaufbohrung 29 dem Arbeitszylinder 3 zugeführt bzw. abgeführt. Die Betätigung der beiden Steuerventile 27 und 28 erfolgt über eine Steuerwippe 31, die mit dem Schalter 7 (gestrichelt in Fig. 3) in Wirkverbindung steht. Die Steu­ erwippe 31 dient gleichzeitig zur Betätigung der Schaltele­ mente 22 und 23, die beide den Elektromotor 1 an- und ausschalten.

In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform ist anstatt eines Ringspeichers ein Kolbenspeicher oder ein Membranspeicher vorgesehen.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, dient der Ringspeicher der Aufnahme des Hydraulikfluids, falls sich der Arbeitskolben 24 in seiner rechten Stellung befindet. Der federbelastete Ringkolben 20 bewegt sich nach hinten bzw. rechts in Fig. 1, falls sich der Arbeitskolben 24 nach links bewegt. Der Ringspeicher umschließt den Arbeitszylinder 3, um eine möglichst kompakte Bauweise zu erreichen.

In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 21 ein Entlüftungsven­ til bezeichnet, welches bei der Füllung des Hydraulik- Kreislaufes mit Hydraulik-Öl über ein Füllventil 17 (Fig. 3) der Entlüftung dient. Die Fluidräume des Hydraulik- Kreislaufes sind 100%ig mit Hydraulikfluid gefüllt, so daß ein Kon­ takt mit Luft und ein damit verbundenes Aufschäumen vermie­ den wird.

Die Erfindung offenbart somit ein integriertes Hydraulikwerkzeug, dessen Hydraulik-Kreislauf innerhalb einer trag­ baren Baueinheit 4 aus Antriebsmotor (Elektromotor 1), Hydraulik- Hochdruckpumpe 2 und Arbeitszylinder 3 abgeschlossen ist. Nach außen ist lediglich ein Stromanschluß vorgesehen. Die Hydraulik-Hochdruckpumpe 2 ist dabei vorzugsweise in Form ei­ ner Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe ausgebildet, die bei kompakter Bauweise und geringen Verlusten sehr hohe Drücke erzeugen kann.

Claims (6)

1. Hydraulikwerkzeug mit einem Gehäuse zur Aufnahme eines Elektromotors (1) für eine Hydraulik-Hochdruckpumpe (2), die zum Antrieb eines Werkzeugs (8) über einen Hydraulik-Kreislauf, der einen Speicher (19) für das Hydraulikfluid aufweist, in Wirkverbindung mit einem in einem Arbeitszylinder (3) geführten Arbeitskolben (24) steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulik-Kreislauf ein geschlossener, d. h. vollständig mit Hydraulikfluid gefüllter Hydraulik-Kreislauf ist und daß der Speicher (19) im Niederdruckteil des Hydraulik- Kreislaufs angeordnet ist.

2. Hydraulikwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kolbenspeicher oder Membranspeicher für das Hydraulikfluid vorgesehen ist.

3. Hydraulikwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (19) als ein den Arbeitszylinder (3) umschließender Ringspeicher ausgebildet ist, dessen Volumen gegen einen federvorgespannten Ringkolben (20) veränderbar ist.

4. Hydraulikwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (1), die Hydraulik-Hochhdruckpumpe (2) sowie der Arbeitszyliinder (3) koaxial hintereinander in einem zylinderförmigen Gehäuse angeordnet sind.

5. Hydraulikwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulik-Kreislauf eine Steuereinrichtung aufweist, die den von der Hydraulik-Hochdruckpumpe (2) erzeugten Druck in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters (7) an den Arbeitszylinder (3) weiterleitet.

6. Hydraulikwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung Rückschlagventile, ein Überdruckventil (16) und ein Füllventil (17) umfaßt.