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Hydraulischer Kraftheber mit einem Servomotor Die Erfindung betrifft
einen hydraulischen Kraftheber, in dem ein Servomotor vorgesehen ist, durch den
ein Schieber zum Anhalten: des Servomotors geschlossen wird, wenn ein in diesem
angeordnetes Arbeitsteil einen von der Bewegung eines zum Öffnen des Schiebers betätigten
Hebels abhängigen Weg zurückgelegt hat. Dabei ist an die Verwendung von verschiedenen
auswechselbar an den. Servomotor in Reihenschaltung anschließibaren Kraftzylindervorrichtungen
gedacht, deren Hub und Bohrung wohl unterschiedlich sein können, aber in bezug auf
Verdrängung so auf das Verdrängungsvolumen im Servomotor abgestellt sind, daß die
Kolbenstellung des Kraftzylinders auf seinem gesamten Hubweg in gleicher Weise wie
der Servomotor mit der Stellung des Schieberstellhebels innerhalb dessen Bewegungsbereiches
in Zusammenhang steht.
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Soweit bekannt ist, sind bisher in hydraulischen Krafthebeeinrichtungen,
bei dienen ein Servomotor zum Schließen de; Ventils in Reihe mit der Kraftzylindereinheit
verbunden ist, nur Kraftzylinder gleichen Rauminhalts und gleicher konstruktiver
Proportionen, wie der Servomotor, benutzt worden, wenn der Kolben im Kraftzylinder
beliebige mit der Stellung des Schieberstellhebels in eurem entsprechenden Verhältnis
stehende Stellungen einnehmen sollte. Gemäß der Erfindung ist es möglich, in einer,
wie erwähnt, angeordneten Krafthebeeinrichtung nun auch Krafbzyl:inder mit beliebigen
Bohrungen und Hüben zu benutzen und doch die kennzeichnende Arl-Peitsweise sicherzustellen,
nämlich daß die Vorwärtsbewegung dies Arbeitskolbens, mit der Bewegung des Schieberseellhebels
in. einem bestimmten Verhältnis steht.
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Diese Arbeitsweise stellt ein bedeutendes Merkmal der Erfindung dar
und wird, dadurch bewirkt, daß das Verdrängungsvolumen im Kolbenstangenende des
Kraftzylinders, gleich dem Verdrängungsvolumen in einem Ende dies Zylinderraumes
im Servomotor ist, und daß die gleich großen Verdrängungs,
räume
miteinander in leitender Verbindung stehen, wenn Servomotor und Kraftzylindereinheit
in Reihenschaltung angeschlossen sind. Bei einer derartigen Ausbildung und Anordnung
des Kraftzylinders in bezug auf den Servomotor ist die Höhe des Verdrängungsvolumens
in den, beiden übrigen Zylinderenden ohne Bedeutung.
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Dementsprechend schlägt, die Erfindung weiterhin mehrere Kraftzylinder
verschiedener Bohrungen und Hübe vor, deren Kolbenstangen jedoch mit solch einem
Durchmesser ausgebildet sind, daß das. Verdrängungsvermögen der Kraftzyli.'nder
an den Kolbenstangenendern mit dem Verdrängungsvermögen der damit leitend verbundenen
Scshieberkammer gleich isst, so daß die Kraftzylinder in Kraftheheeinrichtungen
mit einem bestimmten Verhältnis zwischen Schieberstellhebel- und Schieberstellung
auswechselbar sind.
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In Durchführung dieses Gedankens isst der vorgeschlagene Kraftheber
als ein den Schieberstellhebel enthaltendes Grundaggregat ausgebildet, an das ein
beliebiger von verschiedenen Kraftzylindern anschließbar ist, um den Arbeitshub,
die Kolbengeschwindigkeit oder die vom Arbeitskolben ausgeübte Kraft im gewünschten
Maße zu erreichen. Dieser Kraftheber ist von besonderer Brauchbarkeit in Verbindung
mit einem Schlepper, da er es ermöglicht, auf die Betätigung der verschiedensten
Schleppertrag- oder -anbaugeräte abgestimmte Kraftzylinder zu benutzen: und ordnungsgemäß
zu regeln Die vorgeschlagene Ausführungsform der Erfindung sieht einen Servomotor
vor, der in Abhängigkeit von einem Schieber in bekannter Weise durrah Druckflüssigkeit
betätigt wird, sobald der Schieber aus seiner neutralen Stellung gerückt ist, wobei
der betätigte Servomotor zur Rückführung des Schiebers in die neutrale Stellung
eingerichtet ist, indem in die vom Schieber zum Servomotor führende Flüssigkeitsleitungen
Rückschlagventile eingeschaltet sind, während zwischen einem der Rückschlagventile
und dem Servomotor ein; Steuerventil geschaltet ist, mit dessen Hilfe der Kraftzylinder
beliebig in oder außer Verbindung mit dem Servomotor schaltbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel .der Erfindung ist in der Zeichnung gezeigt,
und zwar ist Fig. i eine teilweise schaubildliche Darstellung der Krafthebeeinrichtung,
Fig. 2 ein Schnitt in der Achsebe ne eines mit dem im unteren Teil von Fig. i gewigten
Kraftzylinder auswechselbaren Zylinders mit davon verschiedenen Abmessungen des
Hubesi und der Bohrung, Fig. 3 eine Teilansicht mit einer Alternativanordnung des
die Verbindung zwischen einem Teil des Flüssigkeitsumlaufs und .den Kraftabnahmefiüsssigkeitsleitungen
regelnden Ventils.
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Die in Fig. i gezeigte Flüssigkeitsdruc'kanlage i I
hat eine
Höchdruckauslaßleitung 12 und eine Niederdruckeinlaßleitung 13. Weiter ist eins
Schieber 14 vorgesehen, ein von Hand zu betätigender Stellhebel 15 und ein Servomotor
16, der durch einenBalancierhebel 17 die Rückführung des. Schiebers' 14 in die Schließstellung
bewirkt, wodurch der Servomotor abgestellt wird, wenn der darin gleitbare Kolben
18 einen Weg zurückgelegt hat, der in einem bestimmten Verhältnis zur Bewegung des
Handhebels 15 beim Öffnen dies Schiebers 14 zur Einleitung der Motorbewegung steht.
Ein hydraulischer Kraftzylinder i9 ist in Reihe an dien Servomotor 16 angeschlossen,
wodurch der Arbeitskolben 21 entsprechend der Bewegung dies Servomotorkolbens- 18
bewegt wird. Ein an die Kolbenstange. 22 des Servomotors 16 angelenkter Hebel 22°
sitzt fest auf einer in Lagern24 ruhenden Schwenkwelle 23 zur Betätigung eines Hubarmes
25, der an hier nicht gezeigte Geräte zum Heben und Senken derselben anschließbar
ist.
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Solange der Handhebel 15 und der Kolben 18 des Servomotors 16 die
in Fig. i gezeigten, in, Wechselbeziehung stehenden Stellungen einnehmen, befindet
sich der Schieberkörper 26 in der neutsralen Stellung, in der alle im Schiehergehäuse
27 angeordneten Durchlaßöffnungen geschlossen sind. Demzufolge nimmt die aus dem
Vorratsbehälter R durch die Leitung 28 von der ständig fördernden Pumpe 29 in die
Leitung 31 abgegebene Druckflüssigkeit ihren Weg durch einte Leitung 32 in eine
Kammer 33 eines Überströmventils 34. Der Druck dieser Flüssigkeit pflanzt sich in
der LeitunLg 35 zum Schieber 14 fort, da die Öffnungen 38, 39 jedoch durch die Schieberkörperenden
36, 37 verschlosssen sind, kann die Flüssigkeit dort nicht aus der Leitung 35 entweichen,
und der volle Flüssigkeitsdruck wird somit auf den Ventilkolben 41 dies Überströmventils
34 ausgeübt, der dadurch die Ventilkugel 42 von ihrem Sitz löst, so da.ß die von
der Abgabeseite der Pumpe 29 kommende Flüssigkeit das Ventil 34 durchströmt und
durch die Leitungen 43, 28 zur Einlaßseite der Pumpe bzw. zum Vorratsbehälter zurückfließt.
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Eine von Hand bewirkte Bewegung dies Schiebersstellhebels, 15 aus
der Stellung B zum AnschlagA hin steuert den Schieber 26 zur Bewegung des Servomotorkolbenss
18 nach rechts, d. h. zum Kolbenstangenende hins, wogegen auf die Bewegung des Handhebels
in Richtung des Anschlages C hin der Schieber eine Bewegung des Servomotorkolbens
18 zum entgegengesetzten Ende des Servonnotorzylinders zur Folge hat.
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Wem z. B. der Handhebel nach links zum Anschlag A gerückt wird, gibt
das Schieberkörperende 36 die Durchlässe 38, 46 frei so daß die Druckflüseigkeit
aus der Leitung 35 durch die Leitung 13 zum Vorratsbehälter zurückfließen kann.
Infolge einer in der Leitung 32 vorgesehenen Einsschnürung 47 entweicht die Flüssigkeit
dabei schnell genug, um einen Druckabfall in der Ventilkammer 33 hervorzurufen,
wo der Druck dann, nicht mehr stark genug isst,, das Ventil offenzuhalten. Folglich
schließt die Ventilkugel 42 das Ventil 34 und der Niederdruckübserströmzustand wird
beendet. Die Druckflüssigkeit wird darauf unter hohem Druck durch die Leitung 12
und Schieberöffnungen 48, 49 in eine umkehrbare Leitung 51 geleitet, die durch ein
Rückschlagventil 52 zum linken Ende des Servomotorzylinders 45 führt. Dort eintretende
Flüssigkeit bewegt den Kolben 18 nach rechts, wobei die am Kolbensstangenende verdrängte
Flüssigkeit durch ein
Rückschlagventil53 gelangt, dessen Ventilkugel
54 infolge des oberhalb des Ventilkolbens 55 herrschendien Druckes offengehalten
wird. Die in der Ventilkammer 56 befindliche Druckflüssigkeit gelangt dorthin durch
eine Leitung 57 aus der Leitung 51. Da die Kolbenkammer 56 größer ist als die Federkammer
58, wird der Druck in der Kammer 56, obwohl er nicht größer als der in der Kammer
58 sein muß, den auf der Kugel 54 lastenden Druck überwinden und diese in die Offenstellung
zwingen. Die am Kolbenstangenende des Servomotorzylinders 45 ausgestoßene Druckflüssigkeit
fließt durch das Rückschlagventil 53 in eine Leitung 71', von wo sie durch einen
Ventilkanal 62, eine Zapf leitung 63 und weiter durch eine an die letztere durch
eine Schlauchve.rbindung65 angeschlossene Leitung 64 in dasKolbenstangenende des
Kraftzylinders 61 gedrückt wird', so claß der Kolben 21 nach links bewegt wird,
wobei die am linken Ende des Kraftzylinders verdrängte Druckflüssigkeit durch eine
mittels der Schlauchverbindung 68 an eine Leitung 67 angeschlossene Leitung 66,
durch die Zapf leitung 67, einen Ventilkanal 69 und eine zweite umkehrbare Leitung
71 fließt. Da zu diesem Zeitpunkt der Schieberkörper 26 aus der in Fig. i gezeigten
Stellung nach links bewegt worden ist und die Kolbenflächen, 72, 73 links von den
mit ihnen zusammenwirkenden Durchlässen 49, 74 stehen, strömt die Flüssigkeit aus
der Leitung 71 durch die Öffnung74 in die rechte Mündung eines in Achsrichtung durch
den Schieberkörper 26 geführten Kanals 75, den sie an seiner linken Mündung verläßt,
um durch die Öffnung 46 in die Leitung 13 und weiter in den Vorratsbehälter R zurückzugelangen.
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Die Bewegung des Kolbens 18 zum rechten. Ende des Servomotorzylinders
45 dauert so lange an, als nötig ist, den Schieberkörper 26 in seine neutrale Stellung
zurückzuführen. Während dieses Vorganges schwenkt der Balancierhebel 17 um den Zapfen
76, der durch den am Stellbogen 70 eingerasteten Handhebel 15 in dieser Stellung
festgelegt ist. Hieraus ergibt sich, daß der vom Servomotorkolben 18 zurückgelegte
Weg zur Rückführung des Schiebers in die neutrale Stellung, wodurch der Servomotor
abgeschaltet wird, mit der E.inrückbewegung des Handhebels 15 zur Einleitung dieses
Vorganges in Wechselwirkung steht.
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Durch die Rückführung des Schiebers in, die Schließstellung werden
die Durchlässe 38, 46 wieder verschlossen, so daß ein weiteres Entweichen von Flüssigkeit
aus der Leitung 35 verhindert wird, wonach folglich die durch die Einschnürung47
fließende Druckflüssigkeit wieder genug Druck in der Ventilkammer 33 aufbauen kann,
um den Kolben 41 zum Öffnen der Ventilkugel 42 zu bewegen und dadurch dien Niederdrucküberströmzustand
wiederherzustellen.
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Wenn der Handhebel 15 aus der Stellung B in die Stellung C gerückt
wird, öffnet der nach rechts mitgenommene Schieberkörper 26 die Schieberöffnungen
49, 74, 39 und 76. Das Freigeben der Öffnungen 39, 76 läßt ein Entweichen der Druckflüssigkeit
aus der Leitung 35 und einen dementsprechenden Druckabfall in der Ventilkammer 33
zu, so @draß die Ventilkugel42 seich wieder setzt und der Hochdruckzustand eintritt.
Die sich unter hohlem Druck befindliche Flüssigkeit fließt nun durch die Leitung
12 und die Schieberöffnungen 48, 74 in die umkehrbare Leitung 71, die sie während
des Vorganges., bei dem der Handhebel auf A zu stand, in entgegengesetzter Richtung
durchflossen hat. Aus der Leitung 71 setzt die Druckflüssigkeit ihren Weg durch
den Ventilkanal 69 und die Leitungen 67, 66 in das linke Ende des Kraftzylinders
61 fort. Der dadurch nach rechts bewegte Kolben 21 verdrängt die Flüssigkeit aus
dein Kolbenstangenende dies Zylinders durch die Leitungen 64, 63, 71', das Rückschlagventil
53 und die Leitung 77 in das Kolbens@tangenende des Servomotorzylinders 45. Dies
zwingt dien Kolben 18 nach links und verdrängt die links vom Kolben befindliche
Druckflüssigkeit durch die Leitung 78 und das Rückschlagventil 52 in die Leitung
51. In diesem Fall wird das Rückschlagventil 52 durch dien aus der Leitung 71 in
die Kammer 79 oberhalb dies Ventilkolbens 8i ausgeübten Druck geöffnet. Die Leitung
51 steht mit der linken Mündung des Schieberkörperkanals 75 über den Durchlaß 49
in Verbindung, so daß die am linken Ende dies Servomotorzylinders abfließende Flüssigkeit
durch die Schieberöffnung 39 in die Leitung 13 zum Rückfluß in dien Vorratsbehälter
gelangt. Der nach links gehende Kolben 18 schwenkt diesmal den Ba.lancierhehel 17
um den dabei feststehenden Zapfen 76 nach linksy um den Schieber wieder in die Nullstellung
zurückzuführen. Der Weg des Kolbens 18 ist dabei im genauen Verhältnis zur Einrückbewegung
des Handhebels 15 beim vorhergehenden Öffnen des Schiebers. Mit dem Schließen der
Schieberöffnungen 38, 39 wird die Druckflüssigkeit wieder am Entweichen aus der
Leitung 35 gehindert, und die durch die Einschnürung 47 in die Ventilkammer 33 drückende
Flüssigkeit öffnet wieder das Überströmventil 34, wodurch der Niederdrucküberströmzustand
wiederhergestellt ist.
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In dem den Schieber 14 mit dem Servomotor 16 verbindenden Leitungssystean
sind die beiden Umkehrleitungen 51 und 71 enthalten., d. h. in einer Bew@egungs,richtung
dies Schieberkörpers 18 fließt die Druckflüssigkeit durch eine der beiden Leitungen
vom Schieber zum Servomotor und durch die andere Leitung zurück zum Schieber, und
bei der Betätigung des Schiebers in dien entgegengesetzten Richrtung läuft die Druckflüssigkeit
ebenfalls in umgekehrter Richtung.
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Die Reihenschaltung dies Kraftzylinders, i9 mit dem Servomotor 16
ist leichter verständlich, wenn man sich die Leitungsabschnitte 77, 71', 63 als
eine einzige vom Kolbenstangenende des Servomotors herkommende Leitung und, die
Leitungsabschnitte 71, 67 als eine einzige vom Schieber 14 ausgehende Leitung vorstellt.
Wenn der drehbare Ventilkörper 9i die in Fig. i gezeigte Stellung einnimmt, sind
die Leitungen 77, 71', 63 und 71, 67 über die Leitungen 64, 66 mit dem dazwischenliegenden
Arbeitszylinder i9 in Reihenanordnung verbunden.
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Die Hebelanordnung der Balancierstange 17, dies
Ventilkörpers
26, der Hubwelle 23 und des Hand= hebels 15 ist so ausgebildet, daß die Bewegung
des Handhebels 15 über seinen vollen Schwenkbereich eine Bewegung des Kolbens 18
über seinen gesamten Hubweg und ebenfalls eine Bewegung des Hubarmes 25' über den
gesamten Schwenkbereich Al-Cl zur Folge hat. Wenn der Hebel beispielsweise die mittlere
Stellung B einnimmt, stellt der Kolben 18 sich auf die genau in Bier Mitte zwisclicn
seinen Hubgrenzen liegende Stellung ein., und der Hubarm 25 steht im Punkt B1. Durch
den Anschluß des Kolbenstangenendes des Kraftzylinders 61 an das Kolbenstangenende
des Servomotorzylinders 45, durch die Verbindung des entgegengesetzten Kraftzylinderendes
mit dem Schieber 14 sowie durch das gleich große Verdrängungsvolumen in den Kolbenstangen
enden des Kraftzylinders und des Servomotorzylinders ist der Servomotorkolben in
Stellungen einstellbar, die in Wechselbeziehung zu den Stellungen stehen, in die
der Handhebel 15 gerückt wird. Wenn am linken Ende des Kraftzylinders 61 Druckflüss,igkei.t
eingeführt wird, muß der Arbeitskolben 21 bis ans Kölbenstangenendie des Kraftzylinders
61 gleiten, uni den Servomotorkolben 18 bis an das äußerste linke Ende des Zylinders
45 zu drücken, da infolge des gleich großen @'erdrängungsvoiumens in -den Koll>enstangenendLn
der beiden Zylinder ein voller Hul> des Kolbens 21 erforderlich ist, den rechts
vom Kolben 18 liegenden Zylinderraum mit Druckflüssigkeit zu füllen. Wird also der
Handhebel 15 zum Öffnen des, Schiebers nach C gerückt, so daß die Druckflüssigkeit
durch die Leitung 71, 67 am linken Ende in den Kraftzylinder 67 eintritt, wird der
Schieber nicht eher wieder in die Schließstellung rücken, bis der Servomotorkolben
18 bis zum linken Ende. des Zylinders 45 geglitten ist und dabei den Hubarm 25 in
die Stellung Cl gebracht hat. Dies ist aber erst der Fall, wenn der Arbeitskolben
21 die Höhe C' erreicht hat. Die Tatsache, daß das Verdrängungsvolumen im linken
Teil des Kraftzylinders 61 größer ist als das Kolbenstangenende des Zylinders und
ebenfalls größer als ein beliebiges Ende des ServoTnötorzylinder.s, ist in diesem
Zusammenbang ohne.Einflüß, denn die Pumpe fördert so lange Druckflüssigkeit aus@
dem Vorratsbehälter in den linken "feil des Kraftzylinders, bis der Kolben bei C'
steht, -zu welchem Zeitpunkt der Servomotor 16 den Schieber schließt.
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Wenn der Handhebel 15 bis- zum Anschlag A gerückt wird, öffnet sich
der Schieber 14 und Druckflüssigkeit tritt am linken Ende in den Servomotorzylinder
45, wobei der Schieber nicht eher wieder in die neutrale Stellung gebracht wird,
als der Kolben t8 des Servomotors zum Kolbenstangenende des Zylinders geglitten
-ist und den Hubarm 25 auf .41 ges=tellt hat. Gleichzeitig- mit dieser Bewegung
des Servomotorkolbens strömt die am Kofbenstangenende des Zylinders 45 verdrängte
Flüssigkeit in das Kolbenstangenende des Kraftzylinders 6i und drückt den Arbeitskolben
21 zum linken. Ende des Kraftzyljnders bis zum Punkt #'1'.
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Trotzdem Hub und- Bohrung des Kraftzylinders größer sind alS.heim-Servomotor,
stehen sowohl die i 1 äußersten Stellungen als auch die Mittelstellung dies
Arbeitskolbens in Wechselbeziehung zu den entsprechenden Stellungen des Handhebels
15. Das trifft auch auf einen wie in Fig. 2 gezeigten Kraftzylinder zu, dessen Hub
viel kürzer ist als der des Kraft heljers in Fig. 1, aber dessen Bohrung erheblich
größer ist. Die den Kraftzylinderteilen in Fig. i entsprechenden Teile in Fig. 2
sind mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines ' versehen. Die rohrförmige
Kolbenstange 92' ist gleichfalls von größeren Durchmesser, so daß das Verdrängungs,
volumen im Kolbe;nstangenende des Kraftzylinders 61' gleich .dem im entsprechenden
Zylinderteil des Servomotors 45 ist. N'ac'hdem an Stelle der in Fig. i gezeigten
Leitungen 66, 64 die Leitungen 66', 64' mit den Leitungen 67, 63 verbunden sind
und das Leitungssystem sich mit Druckflüssigkeit gefüllt hat, verursacht ein Einrücken
des Handhebels 15 auf die Stellung Ii eine Bewegung des Arbeitskolbens 21' nach
B'1, und die Handhel>elstellungen A und C ziehen entsprechende Einstellungen des
Arbeitskolbens 21' in den äußersten Stellungen A3 6 zw. C3 nach sich. Innerhalb
ihrer Bewegungsbereiche stehen also auch der Kolben 21' und der Handhebel 15 dauernd
in Wechselbeziehung miteinander. Ein Austausch der verschiedenen Kraftzylindererfordert
demnach keine weitere Verstellung düs Krafthebers.
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Das Ventil g1 läßt sich um 9o° gegen die in Fig. i dargestellte Einstellung
verdrehen. Dabei stellt einer der Kanäle 62 oder 69 eine direkte Verbindung zwischen
den Leitungen 71 und 71' her, während der andere der beiden vorgesehenen
Ventilkanäle die beiden Zapfleitungen 63 und 67 miteinander verbindet. Die Leitungen
71, 71' sind dann praktisch eine durchgehende Leitung, und die Zapfleitungen sind
vollständig aus dem Flüssigkeitsumlauf ausgeschlossen. Die Arbeit des Servomotors
wird durch diese Maßnahme nicht beeinträchtigt.
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In der etwas abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Leitung
71 unmittelbar mit dem Rückschlagventil53 verbunden, und das Ventil gi ist zwischen
die Leitungsabschnitte 77, 77' geschaltet, die bei einer direkten Verbindung durch
einen Gier Ventilkanäle 62 oder 69 die Funktion der Leitung 77 in Fig. i haben.
Bei der Ventilstellung nach Fig. 3 sind die Leitungsabschnitte 77 und 77' mit dien
Zapfleitungen 63 bzw. 67 in Verbindung, und der mit i9 bezeichnete Kraftzylinder
arbeitet im Einklang mit dem Servomotor. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.
3 setzen die Rückschlagventile den Servomotor wie auch den Kraftzylinder automatisch
fest, wenn das Ventil gi in der dargestellten Stellung steht und der Schieber 14
geschlossen isrt. Eine noch wirksamere hydraulische Sperre als mit den vorgesehenen
Gleitkoll>enventilen kann durch die Verwendung von Schnarchventilen hergestellt
werden.