DE9210367U1 - Hydraulisches Arbeitsaggregat - Google Patents

Description

G 2497-25/SÜ

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Arbeitsaggregat der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei hydraulischen Arbeitsaggregaten ist, z.B. in einer Straßenbaumaschine oder einer stationären Arbeitsoder Produktionsmaschine, der Arbeitszylinder in einiger Entfernung vom Versorgungsaggregat montiert. In einem Straßendeckenfertiger ist das zentrale Versorgungsaggregat ein Diesel- oder Elektromotor, der eine zentrale Hydraulikpumpe treibt, an die über lange Hydraulikleitungen und Verschraubungen an ein oder mehrere hydraulische Arbeitszylinder angeschlossen sind. Die Betätigungseinrichtung für die Zylinder befindet sich im Führerstand. Dort können auch die Steuerglieder (Ventile) für den Arbeitszylinder eingebaut sein. Daraus resultiert der Nachteil, daß in den Rohrleitungen, den Steuergliedern, den Verschraubungen und dgl. erhebliche Leistungsverluste auftreten. Ferner sind hydraulische Versorgungsleitungen bei beengten Platzverhältnissen schwierig zu verlegen. Undichtigkeiten führen zu Verschmutzungen. Beschädigungen des Leitungssystems lassen das umweltkritische Hydraulikmedium austreten und führen zum Ausfall aller Arbeitszylinder. Um die Leistungsverluste zumindest begrenzt kompensieren zu können, werden größere Querschnitt für die Hydraulikleitungen benutzt, was zu höheren Kosten und Materiaufwand und zu Problemen wegen des Platzbedarfes führt. Bei der Montage ist ferner erheblicher Aufwand wegen der notwendigen Halterungen nötig. Auch sind

starke Knickungen zu vermeiden und sind die Übergangsbereiche von stationären Maschinenkomponenten zu beweglichen Komponenten schwierig zu beherrschen (flexible Leitungsschlaufen). Dies ist ein im Großmaschinenbau erhebliches Problem, weil dort häufig Arbeitszylinder an exponierten Stellen eingebaut sind, während das Versorgungsaggregat mit der Betätigungseinrichtung und die Steuerzentrale im Hinblick auf die Handhabung der Maschine an anderer Stelle vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Arbeitsaggregat der eingangs genannten Art montagetechnisch günstig und verlustarm betreibbar auszubilden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung ist der Versorgungs- und Steuerkreis in unmittelbarer Nähe beim Arbeitszylinder oder sogar in den Arbeitszylinder baulich integriert. Dadurch werden die Betriebsverluste niedrig gehalten und der Montageaufwand erheblich reduziert, da praktisch nur mehr eine elektrische Verbindung mit der Betätigungseinrichtung gebraucht wird, die sich auch unter beengten Platzverhältnissen und mehrfach geknickt problemlos verlegen läßt. Der Arbeitszylinder ist selbständig betreibbar. Bei einem Störungsfall in seinem Versorgungskreis können andere, ebenfalls selbständige Arbeitszylinder problemlos weiterbetrieben werden, was bisher bei einer zentralen Versorgung aller Arbeitszylinder nicht möglich war. Zum Unterbringen des Versorgungs- und Steuerkreises wird wenig Platz

beansprucht. Im Versorgungs- und Steuerkreis sind nur die Komponenten und die Druckmittelmenge vorhanden, die der Arbeitszylinder zum Betrieb benötigt.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 kann die Betätigungseinrichtung an jeder beliebigen Stelle, auch in weiter Entfernung vom Arbeitszylinder, angebracht sein. Es ist nur erforderlich, sie auf elektrischem Wege mit dem Versorgungs- und Steuerkreis zu verbinden. Elektrische Leitungen lassen sich speziell in Großmaschinen problemlos auf Umwegen oder stark geknickt verlegen. Es wäre auch denkbar, eine drahtlose elektrische Übertragungsstrecke vorzusehen.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 ist auch eine Steuerelektronik in den Versorgungs- und Steuerkreis eingegliedert, die die Aufgabe hat, den Bewegungsablauf des Arbeitszylinders bei einer Betätigung zu steuern. Dies hat den Vorteil, daß bei einem Schaden an dem Arbeitszylinder die komplette Einheit rasch ausgetauscht und wieder an die elektrische Verbindung zur Betätigungseinrichtung angeschlossen wird. Der Arbeitszylinder ist dann sofort wieder betriebsbereit.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform geht ferner aus Anspruch 4 hervor. Über die Endlagenschalter und die Steuerelektronik ist das Arbeitsaggregat in der Lage, selbsttätig jeweils bis in eine Endlage zu verfahren, wenn die Betätigungseinrichtung in der Versorgungsleitung betätigt worden ist. Der Versorgungsund Steuerkreis ist einfach und funktionssicher. Die Steuerelektronik kann ohne weiteres so ausgelegt werden, daß der Arbeitszylinder jeweils bis in eine Endlage fährt, wenn ein Betätigungsimpuls ergangen ist. Es ist aber auch möglich, den

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Arbeitszylinder hydraulisch dann zu blockieren, wenn die Betätigungseinrichtung wieder umgeschaltet wird. Bei betätigter Betätigungseinrichtung bleibt der Kolben des Arbeitszylinders in der Endlage stehen, sobald er den Endlagenschalter erreicht hat. Verläßt der Kolben aufgrund Leckage seine Endlage, dann spricht der Endlagenschalter an, so daß die Steuerelektronik erneut die Verstellung des Kolbens bis in die Endlage veranlaßt. Von Seiten der Betätigungseinrichtung braucht darauf nicht Rücksicht genommen zu werden.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform geht aus Anspruch 5 hervor. Der Arbeitszylinder wird in beiden Richtungen verstellt. Der Versorgungs- und Steuerkreis benötigt nur die einfache elektrische Verbindung mit der Betätigungseinrichtung. Das Arbeitsaggregat ist kompakt und sehr leistungsfähig.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 6 ist der Versorgungs- und Steuerkreis in den Kopfteil des Zylindergehäuses eingebaut, so daß gegebenenfalls die Größe des Arbeitszylinders der Größe eines herkömmlichen Arbeitszylinders gleicht.

Zweckmäßig ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 7, bei der die Druckmittelleitungen im Zylindergehäuse als Bohrungen ausgebildet oder auf andere Weise baulich eingegliedert sind.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 8 zeichnet sich durch hohe Funktionssicherheit aus. Die Schaltventile überwachen die Bewegung des Kolbens in beiden Richtungen. Der Druckspeicher ist in der Lage, das sich aufgrund der Verdrängung der Kolbenstange verändernde Druckmittelvolumen über die Rückschlagventile zu

kompensieren. Die Sicherheitsventile sprechen bei Überlastung des Kolbens an.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 9 arbeitet der Druckspeicher zuverlässig und wartungsfrei.

Eine alternative Ausführungsform geht aus Anspruch 10 hervor. Die beiden Schaltventile der vorher erwähnten Ausführungsform sind in einem Wegesteuerventil zusammengefaßt, das nach modernen Bauprinzipien kompakt ist und beispielsweise in den Zylinderboden eingesetzt oder an diesen angesetzt werden kann.

Auch die Hydraulikpumpe gemäß Anspruch 11 trägt dem Streben nach kompakter, wartungsfreier und zuverlässiger Bauweise Rechnung. Dies gilt auch für den Antriebsmotor der Hydraulikpumpe.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 12 werden mehrere lokal benachbarte Arbeitszylinder zu einer Baugruppe zusammengefaßt, die selbständig betrieben werden kann und nur eine einzige elektrische Verbindung zur Betätigungseinrichtung benötigen.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein hydraulisches Arbeitsaggregat,

Fig. 2 ein vergrößertes Detail des

Arbeitsaggregates, wobei dieses Detail in Fig. 1 mit einem strichlierten Kreis bei II hervorgehoben ist,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, und

Fig. 4 eine DetailVariante.

Ein hydraulisches Arbeitsaggregat A gemäß Fig. 1 besteht aus einem hydraulischen Arbeitszylinder Z, in den baulich ein Versorgungs- und Steuerkreis V eingegliedert ist. Das Arbeitsaggregat A ist über eine elektrische Leitung 7 mit einer Betätigungseinrichtung B und einer Stromquelle 8 verbunden. Der Arbeitszylinder Z weist ein Zylindergehäuse 1 auf, in dem ein Kolben 2 mit seiner Kolbenstange 3 zwischen zwei Endlagen hin- und herverstellbar ist. Der Kolben 2 begrenzt im Zylindergehäuse 1 einen stangenseitigen Arbeitsraum 4 und einen kolbenseitigen Arbeitsraum 5. In einem Kopfteil 6 des Zylindergehäuses 1 ist der Versorgungsund Steuerkreis eingebaut. Die Betätigungseinrichtung B ist beispielsweise ein Ein- und Ausschalter.

Der Versorgungs- und Steuerkreis V könnte auch seitlich am Zylindergehäuse 1 oder nur teilweise in den Kopfteil 6 eingebaut sein. Ferner ist es denkbar, den Versorgungs- und Steuerkreis unmittelbar benachbart zum Zylindergehäuse 1 anzuordnen.

Der Arbeitszylinder Z ist beispielsweise in einer Straßenbaumaschine zum Bewegen einer Maschinenkomponente zwischen dieser Maschinenkomponente und einer festen Abstützung eingesetzt. Die Steuerzentrale zum Betätigen des Arbeitszylinders befindet sich in einem Führerstand oder an einer entfernt liegenden Stelle dieser Maschine. Bei einem Straßen-Deckenfertiger (nicht gezeigt) könnte

der Arbeitszylinder Z beispielsweise zum Bewegen eines Bohlenteils oder eines Bunkerteils oder einer Gutfördereinrichtungs-Steuervorrichtung oder als Lenkzylinder dienen, der vom Führerstand aus betätigt wird.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 mit II angedeutete Versorgungs- und Steuerkreis V im Kopfteil 6 im Detail dargestellt. Zum stangenseitigen Arbeitsraum 4 führt eine Druckmittelleitung 10, die eine Bohrung in der Wand des Zylindergehäuses 1 ist. Zum kolbenseitigen Arbeitsraum 5 führt eine zweite Druckmittelleitung 11. Die Druckmittelleitungen 10, 11 sind in einer Schleife 12 zusammengefaßt, in der eine bei dieser Ausführunsgform umsteuerbare Hydraulikpumpe 13 angeordnet ist. Die Hydraulikpumpe 13 wird mit einem elektrischen Antriebsmotor 14 getrieben. Als Druckmittelreservoir dient ein Druckspeicher 15. In der Schleife 12 zweigen von den Druckmittelleitungen 10, Stichleitungen 20a, 20b ab, die über eine Nebenleitung 24 mit dem Druckspeicher 15 verbunden sind. In jeder Stichleitung 20a, 20b ist ein

Druckbegrenzungs-Sicherheitsventil 21 angeordnet, das bei einer Überlast am Kolben 2 anspricht und zum Druckspeicher 15 öffnet. In der Druckmittelleitung 10 ist ein 2/2-Wege-Schaltventil 17 mit einem Betätigungsmagneten 19 angeordnet. In der Druckmittelleitung 11 ist hingegen ein 2/2-Wege-Schaltventil 16 mit einem Betätigungsmagneten 18 angeordnet. Bei nicht erregten Magneten 19, 18 nehmen die Schaltventile 16, 17 die in Fig. 2 gezeigten Absperrstellungen ein, so daß der Kolben 2 hydraulisch blockiert ist. Zur Nebenleitung 24 führen Stichleitungen 22a, 22b, die von den Druckmittelleitungen 10, 11 in der Schleife 12 jeweils zwischen einem Schaltventil 16, 17

und der Hydraulikpumpe 13 abzweigen. In diesen Stichleitungen 22a, 22b sind Rückschlagventile 22 angeordnet, die in Richtung zu einer Nebenleitung 24 sperren. Ferner ist eine Steuerelektronik 25 vorgesehen, die gegebenenfalls im Kopfteil 6 oder - wie gezeigt seitlich am Kopfteil 6 angesetzt ist. Die elektrische Versorgungsleitung 7 führt von der Steuerelektronik 25 zur Betätigungseinrichtung B und zur Stromquelle.

An die Steuerelektronik 25 ist über Leitungen 26 der Magnet 18, über Leitungen 27 der Magnet 19, über Leitungen 28 der Antriebsmotor 14, über Leitungen 29 ein erster, im kolbenseitigen Arbeitsraum 5 angeordneter Endlagenschalter El und über Leitungen 30 ein zweiter, im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 4 angeordneter Endlagenschalter E2 angeschlossen.

Bei Schließen des Schalters 9 schaltet die Steuerelektronik 25 den Antriebsmotor 14 in einer vorbestimmten Drehrichtung ein. Gleichzeitig werden die beiden Schaltventile 16, 17 auf Durchgang geschaltet. Der Kolben 2 wird bis in eine Endlage verstellt, in der er entweder den Endlagenschalter El oder den Endlagenschalter E2 betätigt. Daraufhin schaltet die Steuerelektronik (25) den Antriebsmotor 14 ab. Sollte der Kolben 2 aufgrund Leckage unter der Last sich wieder vom Entlagenschalter wegbewegen, dann schaltet die Steuerelektronik 25 den Antriebsmotor 14 wieder in der gleichen Drehrichtung ein, bis der Kolben wieder in der Endlage angelangt ist.

Wird dann der Schalter 9 geöffnet und erneut geschlossen, dann wird der Antriebsmotor 14 in der Gegenrichtung angetrieben und der Kolben in die Gegenrichtung bis zur Betätigung des anderen

Endlagenschalters El oder E2 verfahren, ehe die Steuerelektronik 25 den Antriebsmotor 14 abstellt. Beim Abstellen des Antriebsmotors 14 werden jeweils auch die beiden Magneten 18, 19 entregt, so daß die Schaltventile 16, 17 in die gezeigte Absperrstellung gehen und den Kolben 2 hydraulisch blockieren.

Denkbar wäre es ferner, anstelle eines einfachen Aus- und Einschalters eine Schalteinrichtung vorzusehen, die der Steuerelektronik 25 ein Signal für die jeweilige Antriebsrichtung des Antriebsmotors 14 übermittelt, so daß der Kolben nur so lange verstellt und dann hydraulische blockiert wird, wie dieses Signal anliegt.

Denkbar wäre es ferner, den Kolben 2 nur in einer Bewegungsrichtung hydraulisch zu beaufschlagen und in der Gegenrichtung unter Last bewegen zu lassen (Hubsteuerung gegen eine permanent wirkende Last).

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 besteht das hydraulische Arbeitsaggregat Al aus drei in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander angeordneten Arbeitszylindern Z, Zl und Z2. In den Arbeitszylinder Zl ist der Versorgungs-Steuerkreis V eingegliedert, der über die Leitung 7 elektrisch mit der Betätigungseinrichtung B verbunden ist. Die beiden anderen Arbeitszylinder Zl, Z2 werden über hydraulische, kurze Druckmittelleitungen 31, 32 versorgt und sind über elektrische Leitungen 33 und 34 mit der Steuerelektronik des Versorgungs- und Steuerkreises verbunden. Alle drei Arbeitszylinder können synchron verstellt werden.

Bei einer aus Fig. 4 entnehmbaren DetailVariante sind anstelle der beiden Schaltventile 16, 17 von Fig. 2 die Druckmittelleitungen 10, 11 über ein

4/3-Wege-Steuerventil oder einen Steuerschieber 35 geführt, der mittels der Magneten 18', 19' steuerbar ist. Die Druckbegrenzungs-Sicherheitsventile 21 sind in Stichleitungen 20a', 20b' angeordnet, die von den Druckmittelleitungen 19, 11 stromauf des Ventils 35 abzweigen und über getrennte Durchgänge des Ventils ständig mit der Nebenleitung 24' zum Druckspeicher 15 verbunden sind. Die Rückschlagventile 23 sind an der der Hydraulikpumpe 13 zugewandten Seite des Ventils 35 in der Schleife 12' angeordnet, wobei die Hydraulikpumpe 13' nur in einer Richtung arbeitet und deshalb mit einem vereinfachten Antriebsmotor 14' verbunden ist. Diese Vereinfachung ist dadurch möglich, daß das Ventil 35 in seinen beiden Steuerstellungen (gezeigt ist die neutrale Absperrstellung) die Druckmittelleitungen 10, 11 wechselweise mit der Druckseite der Hydraulikpumpe 13 verbindet.

Claims (12)

Schutzansprüche

1. Hydraulisches Arbeitsaggregat mit wenigstens einem Arbeitszylinder, der mit einer externen Betätigungsvorrichtung betätigbar und in einen Versorgungs- und Steuerkreis eingegliedert ist, wobei der Versorgungskreis eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe, wenigstens ein elektrisch betätigbares Steuerglied und ein Druckmittelreservoir enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Versorgungs- und Steuerkreis (V) geschlossen ausgebildet und am Arbeitszylinder (Z) an- oder/und zumindest teilweise in den Arbeitszylinder (Z) eingebaut ist.

2. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (Z) ausschließlich elektrisch mit der Betätigungsvorrichtung (B) verbunden ist.

3. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Betätigungseinrichtung (B) elektrisch verbundene Steuerelektronik (25) in den Versorgungs- und Steuerkreis (V) eingegliedert ist.

4. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitszylinder (Z) elektrische Endlagenschalter (E, E2) vorgesehen und an die Steuerelektronik (25) angeschlossen sind, daß der Versorgungs- und Steuerkreis (V) zwei magnetbetätigte, an die Steuerelektronik (25) angeschlossene Richtungssteuerventile (16, 17) enthält, daß der Antriebsmotor (14) der Hydraulikpumpe (13) an die Steuerelektronik (25) angeschlossen ist, und daß die Steuerelektronik (25) an eine elektrische

Versorgungsleitung (7) angeschlossen ist, die als Betätigungsvorrichtung (B) einen Ein-/Ausschalter (9) für den Antriebsmotor (14) der Hydraulikpumpe (13) enthält.

5. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (Z) einen in beiden Richtungen beaufschlagbaren Kolben (2) und stangen- und kolbenseitige Arbeitsräume (4, 5) in einem Zylindergehäuse (1) aufweist, und daß der Versorgungs- und Steuerkreis (V) an das Zylindergehäuse (1) an- oder in das Zylindergehäuse (1) eingebaut ist.

6. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindergehäuse (1) beim kolbenseitigen Arbeitsraum (5) einen Kopfteil (6) aufweist, in den der Versorgungs- und Steuerkreis (V) eingebaut ist.

7. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Versorgungs- und Steuerkreis (V) zu den Arbeitsräumen (4, 5) führenden Druckmittelleitungen (10, 11) als Bohrungen im Zylindergehäuse (1) ausgebildet sind.

8. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach den Ansprüchen bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Versorgungs- und Steuerkreis (V) die an beide Arbeitsräume (4, 5) angeschlossenen Druckmittelleitungen (10, 11) in Form einer die Hydraulikpumpe (13) enthaltenden Schleife (12) ausgebildet sind, daß in jeder Druckmittelleitung (10, 11) ein 2/2-Wege-Schaltventil als Richtungssteuerventil (16, 17) angeordnet ist, daß zwischen den 2/2-Wege-Schaltventilen und den Arbeitsräumen (4, 5) von den Druckmittelleitungen (10, 11) an das als

Druckspeicher (15) ausgebildete Druckmittelreservoir angeschlossene Stichleitungen (20a, 20b) mit je einem Druckbegrenzungs-Sicherheitsventil (21) abzweigen, und daß zwischen den 2/2-Wege-Schaltventilen und der umsteuerbar ausgebildeten Hydraulikpumpe (13) je eine Ausgleichsleitung (22a, 22b) über ein in Richtung zum Druckspeicher (15) sperrendes Rückschlagventil (23) zum Druckspeicher (15) geführt ist.

9. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (15) ein Kolben-, Blasen oder Membranspeicher mit einem gasförmigen Druckspeichermedium ist.

10. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelleitungen (10, 11) über ein gemeinsames 4/3-Wegesteuerventil (35) mit Elektromagnetbetätigung geführt sind.

11. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikpumpe (13) eine Zahnrad-, Kolben-, Membran- oder Flügelzellenpumpe und der Antriebsmotor (14) ein Gleichstrom-, Wechselstrom- oder Drehstrommotor, vorzugsweise mit Polumschaltung, ist.

12. Hydraulisches Arbeitsaggregat nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Gruppe gleichartiger und lokal eng benachbarter Arbeitszylinder (Z, Zl, Z2) ein gemeinsamer Versorgungs- und Steuerkreis (V) an oder in einen der Arbeitszylinder (Z) an- bzw. eingebaut ist, und daß die anderen Arbeitszylinder (Zl, Z2) über hydraulische Anschlußleitungen (31, 32) an den Versorgungs- und Steuerkreis (V) angeschlossen sind.