DE955745C - Hydraulischer Drehmomentverstaerker und Motor - Google Patents

Description

In vielen Fällen, insbesondere bei Hebezeugen, ist es erwünscht, die Bewegungsvorgänge sehr feinfühlig zu steuern, um beispielsweise beim Zusammenbauen von Maschinen das einzubauende Teil in eine genaue Höhenlage bringen zu können.

Das feinfühlige Heben und Senken wurde bisher durch kurze Einschaltstöße, durch ein besonderes Feinhubwerk oder durch stufenweise Regelung der Antriebsmotoren u. ä. bewirkt. Diese Maßnahmen erfüllen ihre Aufgabe nicht in jedem Falle vollkommen, weil mit diesen der häufig erforderliche Grad der Feinfühligkeit nicht erreichbar ist.

Man könnte daran denken, hier dadurch Abhilfe zu schaffen, daß man für die Steuerung der Bewegungsvorgänge einen Drehmomentverstärker benutzt. Die bisher bekannten Geräte dieser Art weisen jedoch noch Mängel auf. Mechanische Drehmomentverstärker arbeiten mit Schlupf und kommen für größere Kraftübertragungen wegen ihres Verschleißes und der Wärmeentwicklung ao kaum in Frage. Elektrische Antriebe, z. B. Leonardumformer, sind wegen ihres großen Aufwandes in vielen Fällen nicht tragbar. Bekannte hydraulische· Motoren lassen sich zwar in jeder gewünschten Weise feinfühlig regeln, doch sind diese, von den Pumpen her entwickelt, Schnelläufer mit Drehzahlen ähnlich den Elektromotoren und kleinen Drehmomenten. Sie erfordern also beispielsweise für die relativ langsam laufenden Hubtrommeln von Hebezeugen oder für Drehantriebe von Kranen zusätzliche Untersetzungsgetriebe.

Die Erfindung hat eine Kraftmaschine zum Gegenstand, welche die genannten Mängel nicht aufweist und die bei niedrigen Drehzahlen ein

höheres Drehmoment erzeugt, so daß sie, z. B. bei Hebezeugen, direkt oder mit einem einfachen Untersetzungsgetriebe an die Seiltrommel angeschlossen werden kann.
Die Erfindung verwendet als Bauelemente zwei oder mehr an und für sich bekannte Hubkraftverstärker. Jeder dieser Hubkraftverstärker besteht aus einem ortsfest am Gehäuse gelagerten schwingbaren Kolben und einem gegenüber diesem verschiebbaren Zylinder, der an einem allen Zylindern gemeinsamen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle angreift. Die Steuerung der Druckflüssigkeit in die beiden Kammern oberhalb und unterhalb eines jeden Kolbens erfolgt dabei durch je einen Steuerschieber, dessen Gehäuse mit dem Zylinder eine Einheit bildet. Die Betätigung der Steuerschieber geschieht durch eine zum Lagerzapfen der Kurbelwelle koaxial angeordnete Steuerwelle mit einer damit fest verbundenen Steuerkurbel, die sich zum Lagerzapfen der Kurbelwelle um einen geringen Winkelbetrag relativ verdrehen läßt. Die Steuerkurbel ist mit jedem Steuerschieber durch einen Gelenkhebel verbunden. In. der Mittelstellung der Steuerkurbel liegen deren Gelenkachsen für die Gelenkhebel, die zu den Steuerschiebern führen, gleichachsig mit der Kurbelzapfenachse. Die Steuerschieber sind dabei abgeschlossen, lassen also kein Drucköl in eine Kammer der Zylinder. Durch eine Relatiwerdrehung der Steuerkurbel zur Kurbelwelle wird das Drucköl durch Verstellung der Schieber sinngemäß so in die Zylinderkammern geleitet, daß eine Drehung der Kurbelwelle stattfindet. Dabei folgt die Kurbelwelle der vorgegebenen Drehbewegung der Steuerwelle um den gleichen Winkelbetrag kraftverstärkt nach. Auf diese Weise ist eine kräftige Drehbewegung so feinfühlig steuerbar, daß z. B. die Last eines Hebezeuges sowohl auf einem beliebig kleinen Weg als auch bis zur größtgewünschten Geschwindigkeit gehoben und gesenkt werden kann. Um zu erreichen, daß nach Beendigung eines Arbeitsvorganges die Drehbewegung selbsttätig aufhört, also die Mittellage der Steuerkurbel und damit der Abschluß der Zylinderkammern erfolgt, werden die Steuerschieber durch je zwei Druckfedern selbsttätig in die Mittellage gebracht.

Wird die Kraftmaschine als Drehmomentverstärker benutzt, so kann die Steuerwelle z. B. durch einen Betätigungshebel, ein Handrad, ein Kettenrad mit Kettenzug oder anderen Antriebsmitteln verdreht werden. Findet sie als hydraulischer Motor Verwendung, so ist zusätzlich auf der Kurbelwelle ein Rad mit schräger Innenverzahnung fest angeordnet, in das ein ebenfalls schrägverzahntes, auf der Steuerwelle verschiebbares, jedoch nicht verdrehbares Rad eingreift. Das Verschieben dieses Rades geschieht durch einen ortsfesten, schwenkbaren Gabelhebel mit Gleitsteinen in einer Eindrehung dieses Rades, so daß der Ausschlagwinkel dieses Gabelhebels dem relativen Ausschlagwinkel der Steuerwelle und damit der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle entspricht. Da die Steuerschieber mit den Zylindern eine schwingende sowie hin- und hergehende Bewegung ausführen, erfolgt die Zu- und Ableitung der Arbeitsflüssigkeit zu den Schiebern durch nachgiebige Schläuche oder Gelenkrohre. In

Abb. I ist einer der beiden in der hydraulischen Arbeitsmaschine verwendeten Kraftverstärker schematisch in der Ruhelage dargestellt; in

Abb. II ist gezeigt, wie der Kraftverstärker durch Auslenkung des Steuerschiebers eine Bewegung vollführen kann;

Abb. Hl ist eine perspektivische Darstellung des Drehmomentverstärkers;

Abb. IV zeigt ein Einbaubeispiel des Drehmomentverstärkers in einer Hebewinde im Längsschnitt ;

Abb. V zeigt einen Querschnitt durch Abb. IV mit Ansicht auf den Drehmomentverstärker;

Abb. VI zeigt eine zusätzliche Einrichtung, die bei Verwendung der hydraulischen Arbeitsmaschine als Motor vorgesehen ist.

Der Kolben 1 mit der Kolbenstange 2 ist an dem Bock 3 ortsfest schwingbar gelagert. Der Zylinder 4 mit dem Auge S zur Kraftübertragung ist um den Kolben 1 angeordnet. Das Schiebergehäuse 6 ist mit dem Zylinder 4 verbunden. In dem Schiebergehäuse 6 ist der Schieber 7 axial beweglich. Er wird durch Druckfedern 8 selbsttätig in die in Abb. I dargestellte Mittellage gebracht. Wird der Schieber 7, wie in Abb. II dargestellt, in Pfeilrichtung an dem Auge 9 im Schiebergehäuse 6 verschoben, so tritt, wie durch Pfeile dargestellt, die Druckflüssigkeit, von 12 kommend, in die rechte Kammer 10 des Zylinders 4 ein und bewegt diesen samt Schiebergehäuse in Pfeilrichtung nach rechts, wobei die Druckflüssigkeit der linken Kammer 11 bei 13 abfließen kann. Dabei ist die Bewegung des Zylinders so groß wie die Auslenkung des Schiebers; die relative Auslenkung des Schiebers zum Schiebergehäuse gibt also ein Maß für die Hubgeschwindigkeit des Zylinders, da diese Auslenkung die Menge der ein- bzw. ausströmenden Druckflüssigkeit beeinflußt und regelt.

In dem Schiebergehäuse sind in den Leitungen 14 und 15 zwischen den Kammern 10 und 11 und der Abfluß leitung 13 federbekstete Ventile 16 und 17 angeordnet, die bei Überschreiten einer bestimmten, von außen auf den Zylinder 5 wirkenden Kraft die Druckflüssigkeit aus der Kammer 10 bzw. 11 in die Abflußleitung 13 fließen lassen, sie wirken also in an sich bekannter Weise als Sicherheitsventile.

In Abb. III greifen die Augen S_a und 5_& der in Abb. I und II dargestellten Kraftverstärker 18 und 19, unter etwa 90⁰ angeordnet, an den Kurbelzapfen 20 der Kurbelwelle 21 an. Durch den einen Lagerzapfen 22 der Kurbelwelle 21 ist koaxial die Steuerwelle 23 hindurchgeführt, mit der der Steuerhebel 25 fest verbunden ist. Dieser ist vermittels einer gegenüber dem Kurbelzapfen 20 vergrößerten Bohrung 24 zur Kurbelwelle 21 um einen geringen Winkelbetrag nach beiden Seiten von der Mittellage aus um die Steuerwelle 23 schwenkbar. An dem Steuerhebel 25 sind die beiden

Hebel 26 und 27 derart drehbar gelagert, daß ihre Drehachse in der Mittellage des Steuerhebels 25 mit der Achse des Kurbelzapfens 20 zusammenfällt. Die Hebel 26 und 27 sind bei g_a und g_b gelenkig mit den Schiebern y_a und y_b verbunden. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei der Mittellage des Steuerhebels 25, wie sie in Abb. III dargestellt ist, sich die Schieber y_a und y_b im Schiebergehäuse in der in Abb. I gezeigten Mittellage befinden. In dieser Mittellage des Steuerhebels 25 kann demnach die in den Leitungen I2_a und I2₆ zur Verfügung stehende Druckflüssigkeit in keine der Zylinderkammern eintreten. Soll eine Drehbewegung in beliebiger Richtung erfolgen, so muß die Steuerwelle 23 relativ zum Lagerzapfen 20 um einen Winkel vorauseilen. Ist einer der beiden Zylinder 18 bzw. 19 senkrecht zur Kurbelwange 28 gerichtet, so ergibt der Ausschlagwinkel des Steuerhebels 25 den größten Hub des Schiebers y_a bzw. J_b. Sind Zylinder 18 bzw. 19 und Kurbel 28 gleichgerichtet—obere oder untere Totpunktlage —, so führt der Ausschlag des Steuerhebels 25 keinen Schieberhub aus, also auch, wie beabsichtigt, keine Kraftübertragung des Zylinders 18 bzw. 19 auf den Kurbelzapfen 20. Dagegen übt in dieser Stellung" der zweite um 90⁰ versetzt liegende Zylinder 18 bzw. 19 seine volle Kraft aus. Das Drehmoment eines Zylinders ändert sich sinusförmig, das des zweiten überlagert sich zum ersten, ebenfalls sinusförmig, um 90⁰ versetzt. Die Zu- und Rückleitungen der Druckflüssigkeit I2_a bzw. I2₆.und 13^ bzw. 13& sind an den Schiebergehäusen der Zylinder 18 bzw. 19 angeschlossen.

Nach Abb. III erfolgt beispielsweise der Antrieb der Steuerwelle 23 durch ein Kettenrad 29. Die Betätigung des Drehmomentverstärkers erfolgt in diesem Beispiel durch wahlweises Ziehen an dem Kettenende 30 oder 31 in der einen oder anderen Richtung. Das verstärkte Drehmoment kann beispielsweise von dem Zahnrad 32 auf dem Lagerzapfen 33 der Kurbelwelle weiter übertragen werden. Das verstärkte Drehmoment kann selbstverständlich auch von dem Lagerzapfen 22 weitergeleitet werden. Die Kolbenstangen 2_a und 2_b sind an den Gelenkbolzen 34_a und 34^ ortsfest gelagert. Abb. IV zeigt ein Einbaubeispiel des in Abb. III perspektivisch dargestellten Drehmomentverstärkers. 35 ist der Zylinder, der mit seinem Auge 36 an der Kurbelwelle 37 angreift. Der zweite Zylinder greift mit dem Auge 38 an denselben Kurbelzapfen 3_ß der Kurbelwelle 37 an. 41 ist das durch die Kette 42 bewegte Steuerrad auf der Steuerwelle 43, mit dem die Steuerkurbel 44 fest verbunden ist. An dem ringförmigen Ansatz 45 der Steuerkurbel 44 sind die Hebel 46 und 47 drehbar gelagert. Das in Abb. IV im Schnitt dargestellte Zylindergehäuse mit Schiebergehäuse 35 enthält den Schieber 48, der mit dem Hebel 47 bei 49 gelenkig verbunden ist. Der Kolben 50 mit Kolben^ stange 51 ist um den Gelenkbolzen 52 im Gehäuse 53 gelagert.

In Abb. V ist 53 das Gehäuse, S2_a und 52^ die ortsfesten Gelenkbolzen für die Arbeitskolben 50,, und 5O₆ in den Zylindern 35_a und 35₆, die etwa unter 90⁰ angeordnet sind. 37 ist die Kurbelwelle, H2_a und ri2₆ sind die Zuleitungen der Druckflüssigkeit, H3_a und ii3₆ die Ableitungen.

In Abb. VI ist ein Ausschnitt der Abb. IV dargestellt, wobei das Steuerrad 41 mit der Verbindungskette 42 durch eine Anordnung ersetzt ist, dergestalt, daß die hydraulische Arbeitsmaschine als Motor mit Geschwindigkeitssteuerung wirkt. 53 ist das Lagergehäuse für den hydraulischen Motor, 37 die Kurbelwelle und 43_O die Steuerwelle. Auf dieser ist das glockenförmige Rad 54 mit schräger Innenverzahnung 55 gelagert. In diesem ist das gleichfalls schräg verzahnte Rad 56 axial nach beiden Richtungen von der dargestellten Mittellage aus zu dem Rad 54 verschiebbar. Infolge der Schrägverzahnung der Teile 54 und 55 ergibt sich bei axialem Verschieben des Rades 56 eine relative Verdrehung dieser beiden Teile zueinander. Da das Rad 56 auf der Steuerwel'le 43_a verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar ist, bewirkt die relative Verschiebung des Rades 56 zum glockenförmigen Rad 8g 54 eine Verdrehung der Steuerwelle 43_ff zur Kurbelwelle 37. Analog dem für Abb. I und II Gesagten ist der relative Verdrehwinkel der Steüerwelle 43_a zur Kurbelwelle 37, also auch der Verschiebeweg des Zahnrades 56 zum Zahnrad 54 ein Maß für die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 37.

Die Verschiebung des Zahnrades 56 erfolgt durch den um die. Achse 57 gelagerten Gabelhebel 58, der mit Gleitsteinen 59 in der Eind'rehung 60 am. Zahnrad 56 eingreift. Die Verdrehung der Welle 57 bzw. des Gabelhebels 58 und damit die Verschiebung des Rades 56 erfolgt beispielsweise durch den auf der Welle 57 gelagerten Doppelhebel 61 mittels der Ketten 62₃ und Ö2_Ö. Diese Verdrehung der Welle 57 kann auch durch ein Handrad, einen Handhebel oder irgendwelche andere Betätigungsmittel erfolgen.

In Abb. IV wird das Drehmoment der Kurbelwelle 37 über das Zahnrad 63 auf den Innenzahn,-kranz 64 der Seiltrommel 65 übertragen, um welche das eine Last tragende Seil 66 aufgewickelt ist. Zur Erzeugung der Druckflüssigkeit ist beispielsweise die Pumpe 6j, von dem Elektromotor 68 angetrieben, eingebaut. Die Druckflüssigkeit wird über die Leitung 69 und den nachgiebigen Schlauch 70 den Schiebergehäusen zugeführt, während die Rückleitung der Flüssigkeit durch den nachgiebigen Schlauch 71 in den Vorratsbehälter 72 geschieht. Das Gebläserad 73 auf der Welle des Elektromotors 68 erzeugt Kühlluft, die an dem Vorratsbehälter 72 vorbei durch das Gehäuse 53 für den Drehmomentverstärker bzw. Motor strömt.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Durch Druckflüssigkeit angetriebene Kraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr an sich bekannte Hubkraftverstärker, bestehend aus je einem ortsfest gelagerten schwingbaren Kolben (1) und einem gegenüber diesem verschiebbaren, mit einem Steuer-

   schiebergehäuse (6) eine Einheit bildenden Zylinder (4) an einem allen Zylindern gemeinsamen Kurbelzapfen (20) einer Kurbelwelle

   (21) angreifen, wobei zur Betätigung der Steuerschieber (y_a, J_b) eine zum Lagerzapfen

   (22) der Kurbelwelle (21) koaxial angeordnete Steuerwelle (23) mit einer Steuerkurbel (25) fest verbunden ist, die sich zum Lagerzapfen (22) um einen geringen Winkelbetrag relativ

   verdrehen läßt, und wobei die Steuerkurbel (25) mit den Schiebern (J_a, y_b) durch Gelenkhebel (26,27) verbunden ist, deren steuerkurbeilseitige Gelenkachsen in der Mittelstellung der Steuerkurbel gleichachsig mit der Kurbelzapfenachse

   (20) liegen.
2. 2. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelstellung der Steuerkurbel (25) die Steuerschieber (7₀, y_b) den Zu- und Abfluß der Arbaitsfiüssigkeit zu bzw. von den Arbeitskolben sperren.
3. 3. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschieber durch je zwei Druckfedern (8) selbsttätig in die Mittellage gebracht werden.
4. 4. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Drehmomentverstärker mit Wegisteue¹-rung an der Steuerwelle (23) ein Betätigungshebel, ein Handrad oder ein Kettenrad (29) mit Kettenzügen (30, 31) vorgesehen ist.
5. 5. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Motor mit Geschwindigkeitssteuerung die relative Verdrehung der Steuerwelle (43_a) zur Kurbelwelle (37) durch ein auf der Kurbelwelle festsitzendes Rad (54) mit schräger Innenverzahnung (55) und ein in dieses eingreifendes, ebenfalls schräg verzahntes Rad (56), das auf der Steuerwelle (43J verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar ist, geschieht, wobei das Verschieben dieses Rades (56) durch, einen schwenkbaren Gabelhebel (58) mit Gleitsteinen (59) in einer Eindrehung (60) dieses Zahnrades (56) vorgenommen werden kann und der Ausschlagwinkel der Drehwelle (57) des Gabelhebeis (58) verhältnisgleich der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle (37) ist.
6. 6. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zu- und Ableitung der Arbeitsflüssigkeit zu den Schiebern bzw. Arbeitszylindern nachgiebige Schläuche (70, 71) dienen.
7. 7. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zu- und Ableitung der Arbeitsflüssigkeit zu den Schiebern bzw. Arbeitszylindern Gelenkrohre dienen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2 349 641.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   © 609 549/286 T. 56 (609 742 1. 57)