EP1877669B1

EP1877669B1 - Hydraulischer katapultantrieb

Info

Publication number: EP1877669B1
Application number: EP06722537A
Authority: EP
Inventors: Sander Leonard Boeijen; Marten Fluks; Maarten Rik Leo Kuijpers
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: CN101166905B; US8028521B2; ATE554292T1; CN101166905A; EP1877669A1; DE102006002921A1; WO2006114070A1; US20090100829A1

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Katapultantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.
Derartige hydraulische Katapultantriebe werden zum Beschleunigen eines Objektes, beispielsweise eines Fluggerätes entlang einer Abschussrampe oder eines Personenzugs einer Achterbahn oder dergleichen verwendet. In der WO 01/66210 A1 ist ein Katapultantrieb gezeigt, über den ein Fahrzeug eines Fahrgeschäftes entlang einer Beschleunigungsstrecke beschleunigt werden kann. Der Katapultantrieb hat eine von einem Hydromotor und einem Zugmittelgetriebe angetriebenen Mitnehmerwagen, an dem das zu beschleunigende Fahrzeug abgestützt ist. Der Hydromotor treibt eine Winsch an, die gegenläufig von zwei Zugseilen umschlungen ist, die beide an dem Fahrzeug angreifen. Beim Beschleunigen wird eines der Zugmittel auf die Winsch aufgewickelt, während sich das andere Zugmittel entsprechend abwickelt. Beim Rückstellen des Fahrzeugs in seine Grundposition wird die Drehrichtung des Hydromotors umgekehrt, so dass das erstgenannte Zugseil aufgewickelt und das letztgenannte Zugseil abgewickelt wird. Das Zugmittelgetriebe wird während der Beschleunigung und der Rückstellung über ein Spannseil eines weiteren Zugmittelgetriebes gespannt.
Die US 6,837,166 B1 offenbart einen Katapultantrieb für ein Fahrgeschäft, bei dem der Mitnehmer über ein Zugmittelgetriebe und einen Hydrozylinder beschleunigt wird, über den ein beweglicher Scheibensatz des Zugmittelgetriebes axial verschiebbar ist. Bei diesem Katapultantrieb ist am Mitnehmer zusätzlich ein Zugseil eines weiteren Zugmittelgetriebes befestigt, dessen Endabschnitte - ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - auf einer Winsch aufwickelbar oder von dieser abwickelbar sind, so dass die Rückstellung des Mitnehmers in die Grundposition durch entsprechende Ansteuerung der Winsch erfolgt, wobei dann auch der Hydrozylinder mit dem beweglichen Scheibensatz in seine Grundposition zurückverfahren wird.
In der WO 2004/024562 A1 ist ein Katapultantrieb offenbart, bei dem die Beschleunigung des Mitnehmers über ein Zugmittelgetriebe und einen als Differentialzylinder ausgeführten Hydrozylinder erfolgt, dessen bodenseitiger Zylinderraum beim Ausfahren der Kolbenstange mit dem Druck in einem Hochdruckspeicher beaufschlagbar ist. Die Kolbenstange des Differentialzylinders trägt zwei bewegliche Scheibensätze, die von einem gemeinsamen Zugseil umschlungen werden, an dem der Mitnehmer befestigt ist. Die Rückstellung des Hydrozylinders in seine Grundposition erfolgt über einen eigenen Rückstellzylinder, der ebenfalls als Differentialzylinder ausgeführt ist und dessen Kolbenstange diejenige des zur Beschleunigung verwendeten Differentialzylinders gegen die vom Hydrospeicher aufgebrachte Kraft in ihre Grundposition zurückverfährt. Weitere Katapultantriebe sind in US-A-1, 777, 167 und US-A-1, 960, 264 offenbart.
Die vorbeschriebenen Katapultantriebe erfordern einen vergleichsweise hohen vorrichtungstechnischen Aufwand, da für die Beschleunigung und Rückstellung des Mitnehmers unterschiedliche Stellelemente eingesetzt werden, die jeweils in geeigneter Weise angesteuert werden müssen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten Katapultantrieb zu schaffen, über den ein an einem zu beschleunigenden Objekt angreifender Mitnehmer beschleunigt und in seine Grundposition zurückfahrbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Katapultantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß hat der hydraulische Katapultantrieb einen Mitnehmer, der über ein Zugmittelgetriebe und einen dieses antreibenden Hydrozylinder in Beschleunigungsrichtung und in Rückstellrichtung bewegbar ist. Das Zugmittelgetriebe hat zwei vom Hydraulikzylinder bewegbare, von zumindest einem Zugmittel abschnittsweise umschlungene Scheibensätze, so dass je nach Ansteuerung des Hydrozylinders über einen Scheibensatz und das Zugmittel eine Zugkraft zum Beschleunigen bzw. über den anderen Scheibensatz eine Zugkraft zum Rückstellen übertragbar ist. Der Mitnehmer kann in beiden Bewegungsrichtungen verzögert oder beschleunigt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt die Beschleunigung und die Rückstellbewegung mit Hilfe eines einzigen Hydrozylinders, an dem zwei bewegliche Scheibensätze des Zugmittelgetriebes angeordnet sind. Bei einer derartigen Lösung ist - im Unterschied zum vorbeschriebenen Stand der Technik - kein eigener Antrieb zur Rückstellung des Mitnehmers erforderlich, so dass der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber diesen Lösungen wesentlich verringert ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann jedem Scheibensatz ein Zugmittel zugeordnet sein, das dann jeweils am Mitnehmer umgelenkt ist. Demzufolge greifen bei diesem Ausführungsbeispiel am Mitnehmer zumindest zwei Zugmittel bzw. Zugseile an.
Bei einer alternativen Lösung werden beide Scheibensätze des Zugmittelgetriebes von einem gemeinsamen Zugmittel umschlungen, an dessen mittleren Bereich der Mitnehmer befestigt ist.
Bei beiden Lösungen sind die freien Ende der oder des Zugmittels starr oder verschiebbar verankert. Dabei kann zwischen dem Ende des Zugmittels und der Verankerung ein Federelement oder ein Spannzylinder angeordnet werden, um ein Losekommen des Zugmittels zu vermeiden und Längenänderungen auszugleichen.
Bei Verwendung von Spannzylindern können diese mit dem Druck im jeweils zugeordneten Druckraum des Hydrozylinders beaufschlagt sein, oder von einem gesonderten System angesteuert werden.
Je nach vorhandenem Bauraum können die beweglichen Seilscheiben und die diesen zugeordneten feststehenden Umlenkscheiben des Zugmittelgetriebes etwa in Verlängerung des Hydrozylinders oder seitlich von diesem angeordnet sein.
Der Hydrozylinder ist als Gleichgangzylinder oder mit zwei Kolbenstangen unterschiedlichen Durchmessers ausgeführt, wobei an jeder Kolbenstange einer der Scheibensätze angeordnet ist. Der Vorteil einer derartigen Lösung ist, dass die Kolbenstangen eines derartigen Zylinders nur auf Zug belastet werden, so dass einem Ausknicken der Kolbenstange vorgebeugt ist.
Anstelle eines Zylinder mit zwei Kolbenstangen kann bei nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen auch ein Differentialzylinder verwendet werden, an dessen einziger Kolbenstange beide Scheibensätze angeordnet sind. Diese Koblenstange ist dann in einer Bewegungsrichtung (Beschleunigen oder Rückstellen) auf Druck beaufschlagt.
Zur Vermeidung übermäßiger Belastungen des hydraulischen Antriebes kann der Hydrozylinder mit einer Endlagendämpfung ausgeführt sein, die in den Hydrozylinder integriert oder getrennt davon ausgebildet ist.
Die Ansteuerung des Hydrozylinders erfolgt über eine Steueranordnung, wobei bei einem Ausführungsbeispiel ein sich bei der Beschleunigung vergrößernder Druckraum des Hydrozylinders über die Steueranordnung mit einem Hochdruckspeicher und/oder einer Hochdruckpumpe und der sich beim Rückstellen vergrößernde Druckraum des Hydrozylinders mit einem Niederdruckspeicher und/oder einer Niederdruckpumpe verbindbar ist.
Dabei ist es bevorzugt, wenn die Hochdruckpumpe eine Verstellpumpe ist.
Bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung zur Ansteuerung des Hydrozylinders wird im Zulauf zu dem sich beim Beschleunigen vergrößernden Druckraum des Hydrozylinders und im Ablauf von dem sich beim Beschleunigen verkleinernden Druckraum jeweils ein proportional verstellbares Regelventil angeordnet, über das der Zu- und Ablauf absperrbar und/oder in Abhängigkeit von dem zu beschleunigenden Gewicht ein Öffnungsquerschnitt zur Druckmittelverbindung des jeweiligen Druckraums mit einer Druckmittelquelle oder einer Druckmittelsenke aufsteuerbar ist.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Steueranordnung zusätzlich noch ein stetig verstellbares Rückstellregelventil, über das beim Rückstellen des Mitnehmers der sich vergrößernde Druckraum des Hydrozylinders mit der Niederdruckpumpe und der sich verkleinernde Druckraum mit der Druckmittelsenke verbindbar sind. Da diese Rückstellbewegung vergleichsweise langsam erfolgt, kann das stetig verstellbare Rückstellventil mit einer geringeren Nenngröße als die vorgenannten proportional verstellbaren Regelventile ausgelegt werden.
Bei einer vorteilhaften Lösung ist die Steueranordnung mit einem Rückschlagventil ausgeführt, über das bei einem Abbremsen des Mitnehmers nach der Beschleunigungsphase ein Druckmittelströmungspfad vom Ablauf zu dem sich beim Beschleunigen vergrößernden Druckraum aufsteuerbar ist, wobei das zugeordnete proportional verstellbare Regelventil umgangen wird. Dadurch ist es möglich, dieses Regelventil zum Abbremsen in eine Schließstellung zu bringen und Druckmittel aus dem Ablauf in den zugeordneten Druckraum nachströmen zu lassen.
Bei einer weiteren bevorzugten Lösung ist im Druckmittelströmungspfad zwischen jedem Regelventil und dem zugeordneten Druckraum jeweils ein vorgesteuertes Logikventil angeordnet, das eine leckagefreie Abdichtung der Druckräume ermöglicht.
Der Hydrozylinder ist vorzugsweise in einem offenen hydraulischen Kreislauf angeordnet.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines Katapultantriebes für eine Achterbahn;
Figur 2 eine Teildarstellung eines Zugmittelgetriebes des Katapultantriebs aus Figur 1;
Figur 3 eine Teildarstellung einer hydraulischen Steueranordnung des Katapultantriebes aus Figur 1;
Figur 4 eine Variante des Zugmittelgetriebes aus Figur 1;
Figur 5 eine weitere Variante des Zugmittelgetriebes aus Figur 1;
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiels eines Zugmittelgetriebes, das über eine Steueranordnung gemäß Figur 1 (3) ansteuerbar ist und
Figur 7 eine Steueranordnung in einer Minimalkonfiguration.

Figur 1 zeigt einen Schaltplan eines hydraulischen Katapultantriebs 1 für einen Wagen oder einen Personenzug einer Achterbahn oder dergleichen. Dieser Wagen wird über einen vom Katapultantrieb 1 angetriebenen Mitnehmer 2 beschleunigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel greift an beiden Seiten des Mitnehmers 2 ein Zugmittelgetriebe 4 an, das von einem Hydrozylinder 6 angetrieben wird. Dieser ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Gleichgangzylinder ausgeführt. Die Druckmittelversorgung des Hydrozylinders 6 erfolgt über eine Steueranordnung 8, über die zwei Druckräume 10, 12 des Hydrozylinders 6 mit einer Druckmittelquelle 14 oder einer Druckmittelsenke verbindbar sind, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Tank T gebildet ist. Die Steueranordnung 8 als offener Kreislauf ausgeführt. Weitere Details des Katapultantriebs werden im Folgenden anhand der vergrößerten Darstellungen in den Figuren 2 und 3 erläutert.
Figur 2 zeigt das Zugmittelgetriebe 4 mit dem Hydrozylinder 6 zum Verfahren des Mitnehmers 2, wobei dieser zum Beschleunigen in Pfleilrichtung bewegt wird und das Rückstellen in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Wie oben erwähnt, ist der Hydrozylinder 6 bei diesem Ausführungsbeispiel als Gleichgangzylinder ausgeführt, durch dessen Kolben mit den beiden Kolbenstangen 16, 18 der Zylinder in die beiden Druckräume 10, 12 unterteilt wird, die jeweils als Ringraum ausgeführt sind. Zur Beschleunigung des Mitnehmers 2 wird der Kolben in der Darstellung gemäß Figur 1 nach rechts bewegt, so dass sich der Druckraum 10 vergrößert, während der rechts gelegene (Figur 2) Druckraum 12 entsprechend verkleinert wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser der Kolbenstangen 16, 18 gleich ausgeführt. Prinzipiell können diese auch mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt sein.
An den aus dem Hydrozylinder 6 herausragenden Endabschnitten der Kolbenstangen 16, 18 ist jeweils ein beweglicher Scheibensatz 20 bzw. 22 des Zugmittelgetriebes 4 befestigt, der durch die Ein- und Ausfahrbewegung der Kolbenstangen 16, 18 entsprechend verfahrbar ist. Jedem Scheibensatz 20, 22 ist ein Umlenkscheibensatz 24 bzw. 26 zugeordnet. Jeder dieser Umlenkscheibensätze 24, 26 ist ortsfest am Rahmen der Achterbahn oder an einem Fundament gelagert.
Die einander zugeordneten Scheibensätze 22, 26 und 20, 24 werden jeweils von einem Zugmittel, beispielsweise einem Zugseil 28, 30 umschlungen, die jeweils mit einem Endabschnitt am Mitnehmer 2 angreifen, so dass über das Zugseil 28 der Mitnehmer 2 in Beschleunigungsrichtung bewegt ist, während die Rückstellung mittels des Zugseils 30 erfolgt. Es kann auch ein einziges durchgehendes Zugseil 28 verwendet werden, wobei dann der Mitnehmer 2 an diesem lösbar befestigt wird. Das Zugseil 28 kann dann durch den Mitnehmer 2 hindurch gezogen werden, so dass der Seilwechsel vereinfacht ist.
Die jeweils anderen Endabschnitte der beiden Zugseile 28, 30 sind wiederum am Rahmen/Fundament verankert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Verankerung über jeweils einen Spannzylinder 32, 34, der als Differentialzylinder ausgeführt ist. Über diese Spannzylinder 32, 34 können Längenänderungen der Zugseile 28, 30 ausgeglichen und eine gleichbleibende Spannung eingestellt werden. Der Spannzylinder 32, 34 hat einen Ringraum 38 bzw. 36, der über eine Spannleitung 40 bzw. 42 mit dem jeweils benachbarten Druckraum 10 (Spannleitung 40) bzw. 12 (Spannleitung 42) verbunden sind. Dadurch ist gewährleistet, dass das beim Beschleunigen oder Rückstellen das eine Zugkraft auf den Mitnehmer 2 ausübende Zugseil 28, 30 jeweils durch den Druck in dem sich dabei vergrößernden Druckraum 10, 12 gespannt ist.
Selbstverständlich können auch andere Spannelemente, beispielsweise pneumatische Spannzylinder, Spannfedern etc. verwendet werden. Prinzipiell ist auch eine "starre", jedoch einstellbare, Verankerung des jeweiligen Zugseils möglich.
Durch die Zugseile 28, 30 und die beiden jeweils von diesem umschlungenen Scheibensätze 22, 26; 20, 24 wird jeweils ein Flaschenzug ausgebildet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel haben die beiden beweglichen Scheibensätze 20, 22 jeweils vier Seilrollen 44, und die festen Scheibensätze 24, 26 jeweils 4 Seilrollen 46, so dass entsprechend eine 8-fache Übersetzung vorliegt. Demzufolge wird der Hub der Kolbenstangen 16, 18 über das Zugmittelgetriebe 4 so übersetzt, dass der Mitnehmer 2 die 8-fache Strecke entlang der Bewegungsbahn zurücklegt. Entsprechend beträgt die vom Mitnehmer 2 auf den zu beschleunigenden Wagen übertragene Zugkraft lediglich 1/8 der vom Hydrozylinder 6 aufgebrachten Kraft.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem Mitnehmer 2 und dem Umlenkscheibensatz 26 zwei weitere ortsfeste Führungsscheiben 48, 50 vorgesehen, über die das Zugseil 30 mit Bezug zur Bewegungsbahn des Mitnehmers 2 ausgerichtet ist. Bei dem in Beschleunigungsrichtung wirksamen Zugseil 28 ist lediglich eine feststehende Führungsscheibe 52 vorgesehen. Die beweglichen Scheibensätze 20,22 können in geeigneter Weise geführt oder abgestützt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beweglichen Scheibensätze 22, 20 auf einer gemeinsamen, strichpunktiert angedeuteten Traverse 54 bzw. 56 gelagert, die ihrerseits an der jeweils zugeordneten Kolbenstange 16 bzw. 18 befestigt sind. Selbstverständlich können die Scheiben 44 der beweglichen Scheibensätze 20, 22 auch koaxial nebeneinanderliegend angeordnet werden, wobei dann die Umlenkscheiben 46 entsprechend ausgerichtet werden.
Zum Beschleunigen des Mitnehmers 2 wird der Kolben des Hydrozylinder 6 nach rechts verfahren, so dass entsprechend der bewegliche Scheibensatz 20 ebenfalls nach rechts verschoben wird und sich der Abstand zwischen dem beweglichen Scheibensatz 20 und dem Umlenkscheibensatz 24 vergrößert und entsprechend der Mitnehmer 2 in Pfeilrichtung beschleunigt wird. Dabei wird auch der bewegliche Scheibensatz 44 nach rechts zum Umlenkscheibensatz 26 hin verschoben, wobei das Zugseil 30 über den sich bewegenden Mitnehmer 2 mitbewegt, und vom Zylinder 32 auf Spannung gehalten wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kolbenstangen 16, 18 über eine hydrostatische Lagerung 58, 60 im Zylinderboden des Zylinders 6 gelagert. Da derartige hydrostatische Lagerungen dem Fachmann bekannt sind, kann auf diesbezügliche Erläuterungen verzichtet werden. Der Hydrozylinder 6 wird vorzugsweise auch mit Endlagendämpfungseinrichtungen ausgeführt, die entweder in den Hydrozylinder 6 integriert oder extern angeordnet sind.
Bei der in Figur 2 dargestellten Lösung werden alle notwendigen Bewegungen des Mitnehmers 2 über den Hydrozylinder 6 gesteuert - der Katapultantrieb 1 ist demgemäß wesentlich einfacher als der eingangs beschriebenen Stand der Technik aufgebaut.
Die Ansteuerung des Hydrozylinders 6 wird anhand Figur 3 erläutert, die einen Schaltplan der Steueranordnung 8 des Hydrozylinders 6 zeigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist wie näher aus Figur 4 ersichtlich, die Druckmittelquelle 14 durch eine Pumpenanordnung mit einer Verstellpumpe 62, einer Konstantpumpe 64 sowie einem Hochdruckspeicher 66 ausgebildet. Die Konstantpumpe 64 und die Verstellpumpe 62 sind vorzugsweise von einem gemeinsamen Motor M angetrieben. Dem Druckanschluss der Konstantpumpe 64 ist ein Rückschlagventil 67 nachgeordnet. Außerdem ist an jedem Druckanschluss ein vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 68 bzw. 69 mit Wegeventilentlastung angeschlossen. Die Druckanschlüsse der Verstellpumpe 62 und des Hochdruckspeichers 66 sind über eine HD-Pumpenleitung 70 mit einem Druckanschluss P1 eines die Steueranordnung 8 aufnehmenden Steuerblocks 72 (strichpunktiert angedeutet) verbunden. Der Druckanschluss der Konstantpumpe 64 ist über eine ND-Pumpenleitung 74 an einen weiteren Druckanschluss P2 des Steuerblocks 72 angeschlossen. Dieser hat des Weiteren noch einen Tankanschluss T, der über eine Tankleitung 76 und ein Stauventil 78 mit dem Tank T verbunden ist. Gemäß Figur 3 kann in der Tankleitung 76 noch ein Kühler 71 vorgesehen sein. Im Bereich zwischen dem Tankanschluss T und dem Stauventil 78 ist ein Niederdruck-Hydrospeicher 80 angeschlossen, über den Druckschwankungen in der Tankleitung 76 ausgeglichen werden können. Das Stauventil 78 sorgt dafür, dass die Tankleitung 76 etwas vorgespannt ist.
Am Steuerblock 72 sind des Weiteren noch ein Steueranschluss X und ein Leckölanschluss Y vorgesehen, wobei letzterer mit dem Tank T verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steueranschluss X mit der HD-Pumpenleitung 70 verbunden, so dass der darin herrschende Druck als Steuerdruck wirkt. Prinzipiell kann auch ein externer Steuerdruck aufgegeben werden.
Innerhalb des Steuerblocks 72 ist der Druckanschluss P1 über eine Zulaufleitung 82 mit dem Eingangsanschluss A eines proportional verstellbaren Regelventils 84 verbunden, das im Folgenden als Beschleunigungsregelventil 84 bezeichnet wird. Dieses ist elektrohydraulisch vorgesteuert, wobei der Steuerdruck über eine Steuerleitung 86 vom Steueranschluss X abgegriffen wird. Das Lecköl kann über eine Leckölleitung 87 zum Leckölanschluss Y abfließen. Dieses Beschleunigungsregelventil 84 kann beispielsweise als vorgesteuertes, proportional verstellbares Logikventil ausgeführt sein. Ein Anschluss B des Beschleunigungsregelventils 84 ist über eine Vorlaufleitung 88 und ein Logikventil 90 mit dem Druckraum 10 des Hydrozylinders 6 verbunden. In seiner federvorgespannten Grundposition schließt das Beschleunigungsregelventil 84 die Druckmittelverbindung zur Vorlaufleitung 88 leckagedicht ab. Durch entsprechende Ansteuerung des Beschleunigungsregelventils 84 wird eine den Druckmittelvolumenstrom bestimmende Zulaufmessblende aufgesteuert.
Das in der Vorlaufleitung 88 angeordnete Logikventil 90 ist ebenfalls vorgesteuert ausgeführt, wobei in einem Deckel 92 des Logikventils 90 ein Wechselventil 94 angeordnet ist, dessen beiden Eingänge mit den Drücken am Anschluss A bzw. am Anschluss B des Logikventils 90 beaufschlagt sind, so dass der jeweils größere Druck weitergeleitet wird. Der Ausgang des Wechselventils 94 ist mit dem Eingang eines Vorsteuerventils 96 verbunden. Dieses ist als 4/2-Wegeschaltventil ausgeführt und verbindet in seiner federvorgespannten Grundposition den Ausgang des Wechselventils 94 mit einem Federraum 98 des Logikventils 90, so dass dieses in Schließstellung vorgespannt ist und den Druckmittelströmungspfad zum Ringraum 10 absperrt. Bei Umschalten des Vorsteuerventils 96 wird der Federraum 98 mit der Steueröltankleitung 87 verbunden, so dass der Federraum 98 druckentlastet ist und das Logikventil 90 öffnen kann. Die Öffnungsbewegung des Kolbens des Logikventils 90 kann über einen Endlagenschalter 100 erfasst werden. In dieser Schaltposition des Vorsteuerventils 96 wird des Weiteren die Verbindung vom Ausgang des Wechselventils 94 zum Federraum 98 des Logikventils 90 abgesperrt. Der Druck in der Vorlaufleitung 88 wird über einen Druckaufnehmer 102 erfasst.
An den Druckraum 12 des Hydrozylinders 6 ist eine Ablaufleitung 104 angeschlossen, deren Druck über einen weiteren Druckaufnehmer 106 erfassbar ist und in der ein weiteres Logikventil 108 vorgesehen ist, das praktisch den gleichen Aufbau wie das Logikventil 90 hat. D. h., der größere Druck an den Anschlüssen A, B des Logikventils 108 wird über ein Wechselventil 110 abgegriffen und in einer Grundposition eines Vorsteuerventils 112 in einen Federraum 114 des Logikventils 108 gemeldet. Durch Umschalten des Vorsteuerventils 112 wird der Federraum 114 mit der Steueröltankleitung 87 verbunden und somit druckentlastet, so dass das Logikventil 108 durch den am Druckanschluss B oder A anliegenden Druck geöffnet werden kann. Der Anschluss A des Logikventils 108 ist mit einem Ausgangsanschluss B eines weiteren stetig verstellbaren Regelventils, im Folgenden Ablaufregelventil 116 genannt, verbunden, dessen Aufbau demjenigen des Beschleunigungsregelventils 84 gleicht, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. An den Anschluss A des Ablaufregelventils 116 ist eine zum Tankanschluss T führende Ablaufleitung 118 angeschlossen.
Zur Vermeidung von Drucküberhöhungen in der Vorlaufleitung 88 bzw. der Rücklaufleitung 104 sind diese über zwei vorgesteuerte Druckbegrenzungsventile 120, 122 miteinander verbindbar, wobei der Maximaldruck durch entsprechende Einstellung eines Vorsteuerventils 124, 126 erfolgt.
Bei der in Figur 3 dargestellten Steueranordnung erfolgt die Rückstellbewegung des Mitnehmers, d. h., die Axialverschiebung des Kolbens des Hydrozylinders 6 nach links mit Hilfe eines stetig verstellbaren Rückstellregelventils 128. Dieses hat vier Anschlüsse, wobei ein Druckanschluss P über eine Rückstellleitung 130 mit dem zweiten Druckanschluss P2 des Steuerblocks 72 und ein Tankanschluss T über eine Rückstelltankleitung 132 mit der Ablaufleitung 118 verbunden ist. Zwei Arbeitsanschlüsse A, B sind über eine Rückstellvorlaufleitung 134 mit der Rücklaufleitung 104 und über eine Rückstellrücklaufleitung 136 mit der Vorlaufleitung 88 verbunden, wobei die Ventile 84, 116; 90, 108 umgangen werden. In jeder der Leitungen 134, 136 ist jeweils ein entsperrbares Rückschlagventil 138, 140 vorgesehen. In seiner federvorgespannten Grundposition verbindet das Rückstellregelventil 128 seine beiden Arbeitsanschlüsse A, B mit der Rückstelltankleitung 182, wobei die Rückschlagventile 138, 140 eine Druckmittelströmung von der Rücklaufleitung 104 oder von der Vorlaufleitung 88 zu den Arbeitsanschlüssen A, B des Rückstellregelventils 128 sperren. Durch entsprechende Ansteuerung der Vorsteuerung des Rückstellregelventils 128 wird dies in eine seiner mit (a) gekennzeichneten Positionen verschoben, in der der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss B und der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden ist, so dass Druckmittel von der Konstantpumpe 64 über die ND-Pumpenleitung 74, die Rückstellleitung 130, die Rückstellvorlaufleitung 134, die Rücklaufleitung 104 in den Druckraum 12 gefördert wird und entsprechend das aus dem Druckraum 10 verdrängte Druckmittel über die Vorlaufleitung 88, die Rückstellrücklaufleitung 136, das geöffnete Sperrventil 140, den Arbeitsanschluss A, den Tankanschluss T, die Rückstelltankleitung 132, die Ablaufleitung 118, die Tankleitung 76 und das Stauventil 78 zum Tank T abströmt, wobei über das Stauventil 78 die Tankleitung 76 vorgespannt ist.
Durch Verschieben des Rückstellregelventils 128 in eine seiner mit (b) gekennzeichneten Positionen kann der Hydrozylinder 6 über die Konstantpumpe 64 auch in Beschleunigungsrichtung verstellt werden.
Die dargestellte Steueranordnung 8 hat des Weiteren noch ein Rückschlagventil 142, das in einer die Rückstelltankleitung 132 mit der Vorlaufleitung 88 verbindenden Füllleitung 144 angeordnet ist. Dieses Rückschlagventil 142 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als Logikventil ausgeführt, wobei in seinen Federraum 146 der Druck in der Vorlaufleitung 88 gemeldet wird.
Zum besseren Verständnis sei die Funktion der in Figur 3 dargestellten Steueranordnung anhand der verschiedenen Bewegungsphasen des Mitnehmers 2 erläutert.
Zum Beschleunigen des Mitnehmers 2 werden das Beschleunigungsregelventil 84 und das Ablaufregelventil 116 geregelt aufgesteuert, wobei der aufgesteuerte Querschnitt in Abhängigkeit von dem Gewicht des Personenwagens, das aufgrund der Anzahl der Mitfahrer variieren kann, um ein vorbestimmtes Beschleunigungsprofil einzustellen. Die Verstellpumpe 62 wird über den Motor M angetrieben und Druckmittel in die HD-Pumpenleitung 70 gefördert. Die beiden Vorsteuerventile 96 und 112 der Logikventile 90, 108 werden umgeschaltet, so dass das Druckmittel über das sich öffnende Logikventil 90 und die Vorlaufleitung 88 in den Druckraum 10 gefördert wird, so dass der Kolben des Hydrozylinders 6 nach rechts bewegt wird und - wie eingangs erläutert - durch die Vergrößerung des Abstands zwischen dem beweglichen Scheibensatz 20 und dem zugeordneten Umlenkscheibensatz 24 der Mitnehmer 2 durch das Zugseil 28 in Pfeilrichtung (Figur 1) beschleunigt wird, um den Wagen auf seine Anfangsgeschwindigkeit zu bringen. Das Druckmittel aus dem sich verkleinernden Ringraum 12 strömt über die Rücklaufleitung 104 zum Logikventil 108, wobei der Druck in der Rücklaufleitung 104 auf die Ringfläche des Kolbens des Logikventils 108 wirkt und diese in seine Öffnungsstellung bringt, so dass das Druckmittel über das aufgesteuerte Ablaufregelventil 116, die Ablaufleitung 118, die Tankleitung 76 und das Stauventil 78 zum Tank T hin abströmt. Die Ansteuerung der Regelventile 84, 116 erfolgt so, dass sich das gewünschte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsprofil einstellt.
Zum Ende der Beschleunigungsphase wird der Mitnehmer 2 abgebremst. Dazu wird das Beschleunigungsregelventil 84 geschlossen und das Ablaufregelventil 116 geregelt zugesteuert, dass ein vorbestimmtes Abbremsgeschwindigkeitsprofil eingehalten wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens des Hydrozylinders 6 wird entsprechend verringert, wobei sich das Volumen des Druckraums 10 (Beschleunigungsdruckkammer) weiter vergrößert - die zum Füllen dieses Druckraums 10 erforderliche Druckmittelmenge kann dann über das sich öffnende Rückschlagventil 142 aus der Ablaufleitung 118 nachströmen, so dass das Befüllen in der Abbremsphase trotz geschlossenem oder nahezu geschlossenem Beschleunigungsregelventil 84 erfolgt. Durch diese Maßnahme ist der Energieverbrauch aus dem Hochdruckspeicher 66 minimal.
Beim Stillstand des Hydrozylinders 6 sind dann beide Ventile 84, 116 geschlossen, das Rückschlagventil 142 befindet sich dann auch wieder in seiner Schließposition. Der Hochdruckspeicher 66 ist somit vom Hydrozylinder 6 getrennt. Die Rückstellung des Mitnehmers 6 erfolgt dann in der vorbeschriebenen Weise durch Verstellen des Rückstellregelventils 128 in eine seiner mit (a) gekennzeichneten Positionen, wobei das für die Rückstellung erforderliche Druckmittel von der Konstantpumpe 64 geliefert wird, die nunmehr vom gemeinsamen Motor angetrieben ist. Während dieser Rückbewegung treten vergleichsweise niedrige Drücke im System auf, die Bewegung erfolgt zudem relativ langsam, so dass das Rückstellregelventil 128 mit vergleichsweise geringer Nenngröße ausgeführt werden kann. Während der Abbremsphase, der Rückstellbewegung und des Stillstandes des Hydrozylinders 6 kann der Hydrospeicher 66 über die Verstellpumpe 62 relativ langsam aufgeladen werden, da genügend Zeit zur Verfügung steht. Während der Wartezeit bis zur nächsten Beschleunigung des Mitnehmers 2 ist die Antriebsseite der Steueranordnung praktisch unbelastet, so dass keine eigene Verriegelungseinrichtung erforderlich ist.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zugmittelgetriebe 4 mit zwei Zugseilen 28, 30 ausgeführt, wobei am Mitnehmer 2 zwei zusätzliche Umlenkscheiben 148, 150 vorgesehen sind, die zur Umlenkung jeweils eines der Zugseile 28, 30 dienen. Dies erleichtert das Auswechseln der Zugseile 28 oder 30, da diese nicht mehr vom Mitnehmer 2 gelöst werden müssen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden beweglichen Scheibensätze 20, 22 mit jeweils 6 Scheiben 44 ausgeführt, so dass sich entsprechend eine 6-fache Übersetzung ergibt. Der jeweils zugeordnete Umlenkscheibensatz 24, 26 ist entsprechend ausgeführt, wobei die Zugseilführung so ausgelegt ist, dass die Kolbenstange 18 symmetrisch belastet ist und dass die beiden Endabschnitte der Zugeile 28, 30 jeweils im Axialbereich der Kolbenstange 16, 18 enden. Die beiden Endabschnitte jedes Zugseils 28, 30 sind dann bei diesem Ausführungsbeispiel über eine Spannfeder 152, 154 verankert, über die die Zugseile 28, 30 unter Spannung gehalten werden. Die Spannfedern 152, 154 sind so ausgelegt, dass sie die erforderlichen Zugkräfte zur Beschleunigung des Mitnehmers 2 übertragen können. Die Seilführung erfolgt durch zusätzliche ortsfeste Führungsscheiben 48, 50, 52 und 156.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Zugmittelgetriebe 4 so ausgelegt, dass der bewegliche Scheibensatz 20, 22 und der feststehende Umlenkscheibensatz 24, 26 in Verlängerung des Hydrozylinders 6 angeordnet sind, so dass in Axialrichtung vergleichsweise viel Bauraum benötigt wird. Wie in Figur 5 dargestellt ist, kann die Seilführung des Zugmittelgetriebes 4 auch so erfolgen, dass die Seilführung seitlich des Hydrozylinders 6 liegt. Dabei wird der bewegliche Scheibensatz 20, 22 - ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel - jeweils an einem Ende der zugeordneten Kolbenstange 16 bzw. 18 befestigt, wobei die einzelnen Zugscheiben 44 koaxial zueinander angeordnet sind und in der Draufsicht dargestellt sind. Die beiden zugeordneten Umlenkscheibensätze 24, 26 sind dann nach innen, aufeinander zuversetzt, so dass sie beidseitig des Zylindermantels liegen. Dabei können die feststehenden Umlenkscheiben 24, 26 am Zylinder oder am Rahmen der Achterbahn abgestützt sein. Die beiden Endabschnitte des - in diesem Fall - gemeinsamen Zugseils 28 sind wiederum ortsfest verankert. Über weitere Führungsscheiben 48 wird das Zugseil 28 dann zum Mitnehmer 2 (nicht dargestellt) geführt und dieser am Zugseil 28 befestigt. Selbstverständlich kann eine derartige Zugseilführung auch mit zwei Zugseilen erfolgen.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Hydrozylinder 6 mit zwei Kolbenstangen 16, 18 verwendet, die vorzugsweise gleichen Durchmesser aufweisen. Prinzipiell kann anstelle eines derartigen Gleichgangzylinders auch ein Differentialzylinder mit einer einzigen Kolbenstange 16 verwendet werden, an der dann die beweglichen Scheibensätze 20, 22 befestigt sind. Die beiden Umlenkscheibensätze 24, 26 sind wiederum ortsfest gelagert. Die Scheibenanordnung wird von einem gemeinsamen Zugseil 28 umschlungen, an dem der Mitnehmer 2 befestigt ist. Die beiden Endabschnitte des Zugseils 28 sind verankert. Selbstverständlich kann anstelle des einzigen, das gesamte Zugmittelgetriebe 4 umschlingenden Zugseils 28 auch eine Variante mit zwei getrennten Zugseilen 28, 30 gemäß Figur 4 verwendet werden.
Die insbesondere anhand Figur 3 erläuterte Steueranordnung ermöglicht einen Betrieb einer Achterbahn mit minimalen Energieverlusten, wobei die Steueranordnung jedoch nicht notwendigerweise so komplex wie dargestellt ausgeführt sein muss. Die Minimalanforderungen an diese Steueranordnung sind in Figur 7 dargestellt. Demgemäß erfolgt die Betätigung des nicht dargestellten Zugmittelgetriebes 4 über einen Hydrozylinder 6 (Gleichgangzylinder, Zylinder mit zwei Kolbenstangen, Differentialzylinder), über den alle Bewegungen des Mitnehmers 2 gesteuert werden. Die beiden Druckräume 10, 12 des Hydrozylinders 6 können im einfachsten Fall über eine Regelventilanordnung 158 mit einer Hochdruckseite HDS und/oder einer Niederdruckseite NDS verbunden werden. Unter dem Begriff Hochdruckseite HDS wird dabei beispielsweise ein Hochdruckspeicher 66 und eine Hochdruckpumpe (Verstellpumpe 62) verstanden. Der Begriff Niederdruckseite NDS steht im Prinzip für die Rücklaufseite zum Tank T. In diesem Bereich kann ein Niederdruckspeicher zum Ausgleich von Druckschwankungen vorgesehen sein. Die Regelventilanordnung 158 kann durch ein oder mehrere Regelventile ausgeführt sein.

Bezugszeichenliste:

1: Katapultantrieb
2: Mitnehmer
4: Zugmittelgetriebe
6: Hydrozylinder
8: Steueranordnung
10: Druckraum
12: Druckraum
14: Druckmittelquelle
16: Kolbenstangen
18: Kolbenstangen
20: beweglicher Scheibensatz
22: beweglicher Scheibensatz
24: Umlenkscheibensatz
26: Umlenkscheibensatz
28: Zugseil
30: Zugseil
32: Spannzylinder
34: Spannzylinder
36: Ringraum
38: Ringraum
40: Spannleitung
42: Spannleitung
44: Zugscheibe
46: Umlenkscheibe
48: Führungsscheibe
50: Führungsscheibe
52: Führungsscheibe
54: Traverse
56: Traverse
58: hydrostatisches Lager
60: hydrostatisches Lager
62: Verstellpumpe
64: Konstantpumpe
66: Hochdruckspeicher
67: Rückschlagventil
68: Druckbegrenzungsventil
69: Druckbegrenzungsventil
71: Kühler
70: HD-Pumpenleitung
72: Steuerblock
74: ND-Pumpenleitung
76: Tankleitung
78: Stauventil
80: Hydrospeicher
82: Zulaufleitung
84: Beschleunigungsregelventil
86: Steuerleitung
87: Lecköltankleitung
88: Vorlaufleitung
90: Logikventil
92: Deckel
94: Wechselventil
96: Vorsteuerventil
98: Federraum
100: Endlagenschalter
102: Druckaufnehmer
104: Rücklaufleitung
106: Druckaufnehmer
108: Logikventil
110: Wechselventil
112: Vorsteuerventil
114: Federraum
116: Ablaufregelventil
118: Ablaufleitung
120: vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil
122: vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil
124: Vorsteuerventil
126: Vorsteuerventil
128: Rückstellregelventil
130: Rückstellleitung
132: Rückstelltankleitung
134: Rückstellvorlaufleitung
136: Rückstellrücklaufleitung
138: Rückschlagventil
140: Rückschlagventil
142: Rückschlagventil
144: Füllleitung
146: Federraum
148: zusätzliche Umlenkscheibe
150: zusätzliche Umlenkscheibe
152: Spannfeder
154: Spannfeder
156: Führungsscheibe
158: Regelventilanordnung

Claims

Hydraulischer Katapultantrieb zum Beschleunigen eines Objektes, insbesondere eines Wagens einer Achterbahn, mit einem am Objekt zum Beschleunigen angreifenden, entlang einer Bewegungsbahn bewegbaren Mitnehmer (2), der über ein Zugmittelgetriebe (4) und einen dieses antreibenden Hydrozylinder (6) in Beschleunigungsrichtung oder in Rückstellrichtung bewegbar ist, wobei zumindest ein Druckraum des Hydrozylinders (6) über eine Steueranordnung (8) mit einer Druckmittelquelle (14) oder einer Druckmittelsenke (T) verbindbar ist, wobei das Zugmittelgetriebe (4) zwei vom Hydrozylinder (6) bewegbare, von zumindest einem Zugmittel (28, 30) des Katapultantriebs abschnittsweise umschlungene bewegliche Scheibensätze (20, 22) hat, wobei je nach Ansteuerung des Hydrozylinders (6) über einen Scheibensatz (20, 22) und das Zugmittel (28, 30) zum Beschleunigen und über den anderen Scheibensatz (22, 20) und das Zugmittel (28, 30) zum Rückstellen eine Zugkraft auf den Mitnehmer (2) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydrozylinder (6) als Gleichgangzylinder oder mit zwei Kolbenstangen unterschiedlichen Durchmessers ausgeführt ist, wobei an jeder Kolbenstange (16, 18) einer der Scheibensätze (20, 22) derart angeordnet ist, dass die Kolbenstangen nur auf Zug belastet werden.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 1, wobei jedem Scheibensatz (20, 22) ein Zugmittel (28, 30) des Katapultantriebes zugeordnet ist, das jeweils am Mitnehmer (2) umgelenkt ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 1, wobei beide bewegliche Scheibensätze (20, 22) von einem gemeinsamen Zugmittel (28) des Katapultantriebes umschlungen werden, an dessen mittleren Bereich der Mitnehmer (2) befestigt ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei freie Endabschnitte des Zugmittels (28, 30) starr oder verschiebbar verankert sind.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 4, wobei zwischen dem Ende des Zugmittels (28, 30) und der Verankerung ein Federelement (152, 154) angeordnet ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 4, wobei zwischen dem Ende des Zugmittels (28, 30) und der Verankerung ein Spannzylinder (32, 43) angeordnet ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 6, wobei die Spannzylinder (32, 34) jeweils mit einem Druck im zugeordneten Druckraum (10, 12) des Hydrozylinders (6) beaufschlagt sind.
Katapultantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei
die den beweglichen Scheibensätzen (20, 22) zugeordneten Umlenkscheibensätze (24, 26) des Katapultantriebs etwa in der Verlängerung des Hydrozylinders (6) oder seitlich zu diesem angeordnet sind.
Katapultantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Endlagendämpfung des Hydrozylinders (6).
Katapultantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein sich bei der Beschleunigung vergrößernder Druckraum (10) des Hydrozylinders (6)
über die Steueranordnung (8) mit einem Hochdruckspeicher (66) und/oder mit einer Hochdruckpumpe (62) des Katapultantriebs und der sich beim Rückstellen vergrößernde Druckraum (12) des Hydrozylinders (6) mit einer Niederdruckquelle und/oder einer Niederdruckpumpe (64)
des Katapultantriebs verbindbar ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 10, wobei die Hochdruckpumpe eine Verstellpumpe (62) und Niederdruckpumpe eine Konstantpumpe (64) ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 10 oder 11, wobei im Zulauf zu dem sich beim Beschleunigen vergrößernden Druckraum (10) und im Ablauf von dem sich verkleinernden Druckraum (12) jeweils ein proportional verstellbares Regelventil (84, 116) angeordnet ist, über das der Zu- und Ablauf absperrbar oder ein Öffnungsquerschnitt zur Druckmittelverbindung des jeweiligen Druckraums (10, 12) mit der Druckmittelquelle (14) bzw. der Druckmittelsenke (10) aufsteuerbar ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 12, wobei die Steueranordnung (8) ein stetig verstellbares Rückstellregelventil (128) hat, über das beim Rückstellen des Mitnehmers (2) der sich vergrößernde Druckraum (12) des Hydrozylinders (2) mit einer Niederdruckpumpe (64) und der sich verkleinernde Druckraum (10) mit der Druckmittelsenke (T) verbindbar ist.
Katapultantrieb nach Patentanspruch 12 oder 13, mit einem Rückschlagventil (142), über das bei einem Abbremsen des Mitnehmers (2) ein Druckmittelströmungspfad (144) vom Ablauf zum sich beim Beschleunigen vergrößernden Druckraum (10) bei Umgehung des im Zulauf angeordneten stetig verstellbaren Regelventils (84) aufsteuerbar ist.
Katapultantrieb nach einem der Patentansprüche 12 bis 14, wobei zwischen jedem Druckraum (10, 12) und dem zugeordneten stetig verstellbaren Regelventil (84, 116) ein vorgesteuertes Logikventil (90, 108) angeordnet ist.
Katapultantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Hydrozylinder (6) in einem offenen Kreislauf angeordnet ist.