Allgemein bekannt sind mehrstufige, doppelt wirkende
Hydraulikzylinder. Diese weisen ein äußeres Zylindergehäuse
auf, das an einer Seite durch einen Gehäuseboden
abgeschlossen wird und aus dem andererseits wenigstens zwei
ineinander angeordneten Kolbenstangen herausgeführt sind.
Die Kolbenstangen sind axial verschiebbar, an ihrem
gehäusebodenseitigen Ende weisen sie jeweils einen Kolben
auf, wobei zwischen dem äußeren Zylindergehäuse und der
ersten Kolbenstange ein Ringraum ausgebildet ist, der axial
einerseits durch den Kolben und andererseits durch einen
Abschlußring abgeschlossen ist und wobei die wenigstens
eine nächstinnere Kolbenstange in der vorherigen Kolbenstange
axial verschiebbar ist und wobei zwischen den
Kolbenstangen ein Ringraum ausgebildet ist, der axial durch
den Kolben der inneren Kolbenstange einerseits und
Abschlußring der äußeren Kolbenstange abgeschlossen ist.
Des weiteren ist eine Hydraulikanordnung vorgesehen, die
eine Schaltanordnung aufweist, durch die wahlweise wenigstens
einem Ringraum oder wenigstens einem der zwischen den
Kolben der Kolbenstangen bzw. zwischen dem Kolben der
ersten Kolbenstange und dem Gehäuseboden ausgebildeten
Kammern Hydraulikfluid zuführbar ist, wobei die entsprechende
andere Seite des Kolbens mit einem Vorratstank
verbunden ist. Dadurch wird der Hydraulikzylinder ein- bzw.
ausgefahren.
Derartige mehrstufige Hydraulikzylinder weisen den Nachteil
auf, daß es lastabhängig ist, in welcher Reihenfolge die
Zylinderstufen angesprochen werden. Insbesondere dann, wenn
der Hydraulikzylinder bei Hubarbeitsbühnen verwendet wird,
soll im Sinne einer verbesserten Betriebssicherheit die
Reihenfolge der Betätigung der Zylinderstufen beim Aus- und
Einfahren stets in gleicher, festgelegter Reihenfolge
erfolgen. Dabei sind entsprechende Hubarbeitsbühnen mit
mehrstufigen Hydraulikzylindern in der nachveröffentlichten
DE 29806602.5 beschrieben, worauf insoweit ausdrücklich
bezug genommen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei mehrstufigen Hydraulikzylindern
in möglichst einfacher Weise eine lastunabhängige
Aus- bzw. Einfahrreihenfolge der Zylinderstufen zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen
Schutzanspruches gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Beim erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder und seiner Hydraulikanordnung
wird eine festgelegte Reihenfolge in der Betätigung
der Zylinderstufen des Hydraulikzylinders sowohl
beim Einfahren als auch beim Ausfahren des Hydraulikzylinders
erreicht. Es wird stets zuerst äußere Zylinderstufe
und erst anschließend die nächstinnere Zylinderstufe
betätigt. Dies geschieht dadurch, daß bei falscher
Reihenfolge der Zylinderstufen beim Ausfahren, wobei die
Reihenfolge des Ausfahrens zunächst von den auf die
einzelnen Zylinderstufen einwirkenden Kräften abhängig ist,
das Sperrventil in der Verbindung des Hydraulikzylinders
zum Vorratstank geschlossen wird, sobald der Kolben der
inneren Kolbenstange die Schaltbohrungen in der äußeren
Kolbenstange überfahren hat. Dadurch wird die richtige
Reihenfolge beim Ausfahren der Zylinderstufen erzwungen.
Erst wenn die entsprechende Zylinderstufe vollständig
ausgefahren ist, wird das Sperrventil wieder geöffnet,
damit die nächste Zylinderstufe angesprochen wird. Die
Reihenfolge beim Einfahren der Hydraulikzylinder ist bauartbedingt
festgelegt und unabhängig von den einwirkenden
Kräften. Dabei werden zuerst die inneren und erst dann die
nächstäußere Hydraulikstufe eingefahren.
Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen des
Anspruchs 1 dar. Die Ausführung gemäß dem Schutzanspruch 2
ist dabei eine Ausführung, deren Verschiebewege entgegen
der erwünschten Reihenfolge der Zylinderstufe minimal ist,
während die Ausführung gemäß dem Anspruch 3 Mittel darlegt,
nach deren Zustand, das Sperrventil geschaltet wird.
Im folgenden Ausführungsbeispiel wird eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen, zweistelligen und doppelt wirkenden
Hydraulikzylinders mit entsprechender Hydraulikanordnung
dargestellt, dabei zeigt:
- Fig. 1
- einen Querschnitt des Hydraulikzylinders in
unbetätigter Grundstellung und eine schematische
Darstellung der Hydraulikanordnung,
- Fig. 2
- einen Querschnitt des Hydraulikzylinders in
teilausgefahrenem Zustand der ersten Hydraulikstufe
und eine schematische Darstellung der
Hydraulikanordnung und
- Fig. 3
- einen Querschnitt des Hydraulikzylinders in
teilausgefahrenem Zustand beider Hydraulikstufen
und eine schematische Darstellung der Hydraulikanordnung.
Obgleich die Erfindung in dem Ausführungsbeispiels nunmehr
für einen zweistufigen, doppelt wirkenden Hydraulikzylinder
erläutert wird, ist die Erfindung von der Anzahl an Hydraulikstufen
unabhängig und kann daher in gleicher Form auch
für Hydraulikzylinder mit einer größeren Anzahl der Zylinderstufen
angewendet werden. Daher ist auch die Beschreibung
zu der Fig. 1 so abgefaßt, daß sie von der
Anzahl der vorhandenen Zylinderstufen unabhängig gehalten
ist.
Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den zweistufigen
Hydraulikzylinder 10 mit einer schematischen Darstellung
der zugehörigen Hydraulikanordnung.
Der Querschnitt durch den Hydraulikzylinder 10 mit seinem
äußeren Zylindergehäuse 12 und dem Gehäuseboden 30 zeigt
die darin axial verschiebbar angeordneten Kolbenstangen 16
mit ihren Kolben 14, die die Kammern 32 jeweils fluiddicht
abschließen und hierzu mit einer Kolbendichtung 20 versehen
sind. Zwischen äußerem Zylindergehäuse 12 und äußeren
Kolbenstange 16 ist ein Ringraum 18 ausgebildet, der durch
den ersten Kolben 14 einerseits und andererseits durch den
Abschlußring 26 begrenzt wird. Die äußere Kolbenstange
ragt dabei axial aus dem Zylindergehäuse 12 heraus. Der
Abschlußring ist über eine Stangendichtung gegenüber der
axial verschiebbaren äußeren Kolbenstange 16 abgedichtet.
In der äußeren Kolbenstange 16 ist eine innere Kolbenstange
16 axial verschiebbar angeordnet, die ebenfalls einen
Kolben 14 aufweist. Zwischen den Kolben der beiden Kolbenstangen
ist eine Kammer 32 ausgebildet, die radial durch
die äußere Kolbenstange 16 begrenzt ist. Zwischen den
beiden Kolbenstangen ist ein weiterer Ringraum 18
ausgebildet, der axial einerseits durch den Kolben 14 der
inneren Kolbenstange 16 und andererseits durch einen an der
äußeren Kolbenstange ausgebildeten Abschlußring 26
abgeschlossen ist, wobei eine Stangendichtung 28 und eine
Kolbendichtung 20 die Fluiddichtheit des Ringraums bewirken.
Die Ringräume 18 sind in der Grundstellung
untereinander fluidisch über Schaltbohrungen 24 verbunden.
Dabei sind die Schaltbohrungen 24 in der Kolbenstange axial
unmittelbar hinter dem Kolben 14 der nächstinneren Kolbenstange
16 angeordnet und durch ihn überfahrbar, wodurch
dann eine fluidische Verbindung zwischen Kammer 32 der
äußeren Kolbenstange und dem Ringraum 18 der nächstinneren
Kolbenstange hergestellt wird. Damit wird gleichzeitig die
fluidische Verbindung zwischen dem äußeren Ringraum und der
Rückflußleitung 74 unterbrochen.
Die innere Kolbenstange weist eine Zentralbohrung 38 auf,
die auch die Kolben 14 durchsetzt und somit mit den Kammern
32 fluidisch verbunden ist. Die Zentralbohrung 38 ist an
der dem Kolben 14 abgewandten Seite mit einem Deckel 34
verbunden. Durch den Deckel hindurch ist die Zentralbohrung
38 mit der Speißleitung 72 verbunden, die beim Ausfahren
des Hydraulikzylinders über das Schaltventil 64 mit der
Förderseite der Pumpe 62 verbunden ist. Zum Vorratstank 68,
aus dem die Pumpe 62 gespeist wird, führt über das
Schaltventil 64 und das Sperrventil 66 die Rückflußleitung
74, die durch den Deckel 34 hindurch mit einer Ringleitung
36 in der Kolbenstange 16 in Verbindung ist. Die Ringleitung
ist über Schaltbohrungen 24 mit dem innersten
Ringraum 18 fluidisch verbunden. Bei Nichtbetätigen des
Hydraulikzylinders sind die Speißleitung 72 und die Rückflußleitung
74 mit dem Vorratstank verbunden, während die
Pumpe lastfrei in den Vorratstank fördert. Beim Einfahren
des Hydraulikzylinders wird die Rückflußleitung 74 durch
das Schaltventil 64 mit der Förderseite der Pumpe 62
fluidisch verbunden, während die Speißleitung 72 mit dem
Vorratstank 68 verbunden ist.
Das Sperrventil 66 und das Schaltventil 64 werden über eine
Steuerschaltung 78 betätigt, der auch das Signal der
lediglich an den äußeren Abschlußringen 26 der Kolbenstangen
16 angeordneten Endlagenschaltern 76 zugeführt, die
überwachen ob der Kolben 14 der nächstinneren Kolbenstange
16 beim Ausfahren seine Endlage erreicht hat.
Dabei bilden die Pumpe 62, der Vorratstank 68, das Schaltventil
64 und das Sperrventil 66 die dem Hydraulikzylinder
10 zugeordnete Hydraulikanordnung 60.
Die Fig. 2 zeigt den Zustand beim Ausfahren des Hydraulikzylinders,
wenn die äußeren Lastbedingungen so sind,
daß beim Ausfahren zunächst die äußere Kolbenstange 16a und
erst anschließend die innere Kolbenstange 16b ausgefahren
wird. In diesem Fall ist das Schaltventil 64 in der
Stellung, in der die Speißleitung 72 mit der Förderseite
der Pumpe 62 fluidisch verbunden ist. Über die Zentralbohrung
wird zunächst die Kammer 32a zwischen dem äußeren
Kolben 14a und dem Gehäusedeckel 30 befüllt. Der Kolben 14a
wird in Richtung auf den Abschlußring 26a axial verschoben.
Aus dem Ringraum 18a verdrängtes Hydraulikfluid gelangt
durch die Schaltbohrungen 24 und die Speißbohrungen 22 in
die Ringleitung 36 und fließt über die Rückflußleitung 74
und das Schaltventil 64 in den Vorratstank 68. Das
Sperrventil 66 bleibt dabei in seiner unbetätigten, die
Rückflußleitung 74 mit dem Schaltventil 64 fluidisch
verbindenden Stellung. Erst wenn der äußere Kolben 14a den
Anschlag am Abschlußring 26a des äußeren Zylindergehäuses
10 erreicht, wird die Kammer 32b des inneren Kolbens mit
Hydraulikfluid befüllt. Dann wird der innere Kolben
beaufschlagt und die innere Kolbenstange 16b verschoben.
Auch hierbei fließt das verdrängte Hydraulikfluid aus dem
Ringraum 18b durch die Speißbohrungen 22 und die Ringleitung
über das Sperrventil 66 und das Schaltventil 64 in
den Vorratstank 68.
Beim Einfahren des Hydraulikzylinders führt die spezifische
Bauart dazu, daß zunächst die innere Kolbenstange 16b
einfährt, wobei bei unbetätigtem Sperrventil 66 das
Schaltventil hierzu in die Schaltstellung gebracht wird, in
der die Ringleitung 36 fluidisch mit der Förderseite der
Pumpe 62 verbunden ist und das aus der Kammer 32b verdrängte
Hydraulikfluid über die Zentralbohrung in den
Vorratstank 68 entweicht. Erst bei eingefahrener innerer
Kolbenstange 16 wird die Schaltbohrung 24 freigegeben und
dadurch auch die äußere Kolbenstange eingefahren.
Die Fig. 3 zeigt den Zustand, wenn aufgrund der äußeren
Lastbedingungen zunächst der innere Kolben 14b der inneren
Kolbenstange 16b verschoben wird. Ist dies der Fall so
bewegt sich der innere Kolben 14b zunächst soweit, daß die
Schaltbohrungen 24 überfahren werden. Dadurch ist der
Ringraum 18 nicht mehr über die Schaltbohrungen 24 und die
Speißbohrungen 22 mit der Ringleitung 36 fluidisch
verbunden sondern über die Schaltbohrungen 24 mit der
Kammer 32b. Bis zu diesem Zeitpunkt bleibt der Kolben 14a
in seiner unbetätigten Stellung nahe dem Gehäuseboden 30,
die Kammer 32a hat nur ein geringes Volumen. Nun wird das
Sperrventil 66 durch die Steuerschaltung 78 betätigt und
damit die fluidische Verbindung zwischen Rückflußleitung 74
und Vorratstank 68 unterbrochen. Aus der Ringleitung 36 und
dem inneren Ringraum 18b kann kein Hydraulikfluid
entweichen. Daher kann die innere Kolbenstange nicht weiter
verfahren werden und somit wird zunächst die Kammer 32 a
befüllt und die äußere Kolbenstange 16a verfahren. Erst
wenn von dem Kolben 14a der Endlagenschalter 76 an dem
Abschlußring 26 des Zylindergehäuses 12 betätigt wird und
dadurch über die Steuerschaltung das Sperrventil 66 wieder
geöffnet wird, kann die innere Kolbenstange 16b weiter
verfahren werden.
Beim Einfahren der Kolbenstangen tritt folgender Effekt
ein:
Das Schaltventil 64 wird durch die Steuerschaltung 78 so
betätigt, daß die Speißleitung 72 fluidisch mit dem
Vorratstank verbunden ist, wodurch Hydraulikfluid aus der
Zentralbohrung 38 in den Vorratstank entweichen kann; die
Zentralbohrung steht zwar über die Kammern 32a, 32b und die
Schaltbohrungen 24 fluidisch mit dem äußeren Ringraum 18a
in Verbindung, nicht jedoch mit dem inneren Ringraum 18b,
der Ringraum 18b ist wiederum über die Ringleitung 36 und
das Schaltventil 64 mit der Förderseite der Pumpe 62
verbunden.
Somit wird zunächst der Ringraum 18b befüllt, bis der
innere Kolben 14b die fluidische Verbindung zwischen den
Ringraum 18a und dem Ringraum 18b durch die Schaltbohrungen
24 freigibt. Dies ist erst dann der Fall, wenn der innere
Hydraulikzylinder seine eingefahrene Endlage erreicht hat.
Somit werden gemäß der Erfindung beim Einfahren der
Hydraulikzylinder zuerst die inneren Zylinderstufen eingefahren
bevor die nächstäußere Zylinderstufe eingefahren
werden kann.