CH634899A5 - Hydraulischer teleskop-hubzylinder. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder mit einem Vollkolben und wenigstens einem Hohlkolben, in dessen Boden ein Rückschlagventil vorgesehen ist, welches einen vom Druckraum des Hubzylinders zum Innenraum des Hohlkolbens führenden Über-strömkanal abschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden

(14) des Hohlkolbens (2) ein pilzförmig ausgebildeter, von einem Drosselkanal (26) durchsetzter Differenzkolben (18) vorgesehen ist, welcher in einem pilzförmigen Zylinderraum (15) gleitet, dessen druckraumseitiges Ende (16) in den Überströmkanal (17) mündet, wobei der Kolbenfuss (19) als Ventilkörper des Rückschlagventils im einen Totpunkt des Differenzkolbens (18) den Überströmkanal (17) verschliesst.

2. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im druckraumseitigen Ende (16) des Zylinderraums (15) als Ventilkörper des Rückschlagventils eine Ventilkugel (28) sitzt und dass die Mündungen des Überströmkanals (17) und des Drosselkanals (26) als Ventilsitze (29) ausgebildet sind.

3. Hydraulische Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Bodens (14) des Hohlkolbens (2) ein den Hub des Differenzkolbens (18) begrenzendes Sicherungselement (25) angeordnet ist.

4. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Differenzkolben (18) ein den Drosselkanal (26) mit dem Zylinderraum

(15) verbindender Nebenschlusskanal (27) vorgesehen ist.

5. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzkolben (18) unter der Einwirkung eines zwischen Kolbenfuss (19) und Boden (14) des Hohlkolbens (2) angreifenden Federelementes in den Zylinderraum (15) gedrückt wird.

6. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzkolben (18) sowohl an seinem Kolbenfuss (19) wie an seinem Kolbenkopf (20) Ringdichtungen (23) trägt.

7. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (15) mit einer nach erfolgtem Einsetzen des Differenzkolbens (18) luftdicht verschlossenen Entlüftungsbohrung (24) versehen ist.

8. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kolbenkopfes (20) diejenige des Kolbenfusses (19) um wenigstens eine Grössenordnung überschreitet.

9. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Differenzkolben (18) ein selbsttätiges Einwegventil vorgesehen ist, das den Drosselkanal (26) zum Innenraum (9) des Hohlkolbens (2)

öffnet.

10. Hydraulischer Teleskop-Hubzylinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einwegventil eine durch eine Druckfeder (30) belastete Kugel (31) als Ventilkörper aufweist.

Die Neuerung bezieht sich auf einen hydraulischen Teleskop-Hubzylinder mit einem Vollkolben und wenigstens einem Hohlkolben, in dessen Boden ein Rückschlagventil vorgesehen ist, welches einen vom Druckraum des Hubzylinders zum Innenraum des Hohlkolbens führenden Überströmkanal abschliesst.

Die Neuerung findet Anwendung bei Teleskop-Hubzylindern mit einer beliebigen Anzahl von Teleskop-Stufen und sie eignet sich besonders für Teleskop-Gleichlauf-Hubzylinder zur Betäti-gung hydraulischer Aufzüge.

Bei Teleskop-Hubzylindern sind Drucköl-Verluste unvermeidbar. Solche Verluste treten an den Dichtungen zwischen dem Hubzylinder und den Kolben der Aggregate auf; dabei tritt Drucköl entweder ins Freie oder es fliesst Drucköl von einem Ringraum zwischen zwei Kolben in den Druckraum im Hubzylinder. Ein Drucköl-Verlust äussert sich darin, dass die betreffende Teleskopstufe nicht mehr voll ausgefahren wird, und dient z. B. der Teleskop-Hubzylinder zum Antrieb eines Aufzuges, dann erreicht deshalb der Fahrkorb die oberste Haltestelle nicht mehr, die Fahrgäste können nicht mehr aussteigen und die Aufzugsanlage ist gestört.

Es ist bekannt, zum Ausgleich der Druckverluste in den einzelnen Teleskop-Stufen im Bereich der untersten Stellungen der Kolben in den Zylinderwänden Ringnuten anzubringen, mit deren Hilfe die Druckräume miteinander verbunden werden können, wenn die Kolben unter ihre eingefahrene Stellung hinweg noch weiter nach unten verschoben werden. In dieser Stellung kann dann Drucköl durch die Ringnuten z.B. aus dem Druckraum des Hubzylinders in den Ringraum zwischen den Kolben überströmen, wodurch die Drucköl-Verluste ausgeglichen werden. Um aber die Kolben in diese besondere Stellung zu verschieben, sind besondere Massnahmen erforderlich, beispielsweise müssen hydraulische Aufzüge in kurzen zeitlichen Abständen regelmässig von Hand in eine Drucköl-Ausgleich-Stellung gebracht werden, die unter der untersten eingefahrenen Stellung liegt. Dies bedeutet, dass der Aufzug jeweils über eine gewisse Zeit ausser Betrieb gesetzt werden muss.

Des weiteren ist es bekannt, im Boden des bzw. der Hohlzylinder von Teleskop-Hubzylindern Rückschlagventile anzuordnen, deren Tätigkeit durch einen Stössel freigegeben wird. Die Freigabe erfolgt, wenn die Kolben wiederum in eine untere, besondere Stellung gefahren werden, in welcher der Stössel auf dem Boden des Hubzylinders bzw. des nächstgrösseren Hohlzylinders aufsteht. Auch hier erfolgt der unumgängliche Ausgleich von Drucköl-Verlusten nicht etwa laufend von selbst, sondern die mit Rückschlagventilen ausgestatteten Geräte bedürfen ebenfalls regelmässiger, zeitaufwendiger Wartung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Neuerung, Massnahmen vorzuschlagen, damit der Ausgleich von Drucköl-Verlusten während des Betriebes eines Teleskop-Hubzylinders fortwährend selbsttätig erfolgt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird von einem hydraulischen Teleskop-Hubzylinder der eingangs erwähnten Bauart ausgegangen und gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass im Boden des Hohlkolbens ein pilzförmig ausgebildeter, von einem Drosselkanal durchsetzter Differenzkolben vorgesehen ist, welcher in einem pilzförmigen Zylinderraum gleitet, dessen druckraumseitiges Ende in den Überstromkanal mündet, wobei der Kolbenfuss als Ventilkörper des Rückschlagventils im einen Totpunkt des Differenzkolbens den Überströmkanal verschliesst. Dieser als Rückschlagventil wirksame Differenzkolben wird in der Weise vom Druck des im Ringraum zwischen dem Hubzylinder und dem Hohlkolben befindlichen Drucköls selbsttätig gesteuert, dass immer dann Drucköl aus dem Druckraum Hubzylinders mittels des Überströmkanals die Drucköl-Verluste ersetzt, wenn beim Einfahren der Vollkolben wegen Drucköl-Mangel seine unterste Stellung schon eingenommen hat, bevor der Einfahrvorgang des ganzen Aggregates beendet ist. Der Vollkolben sitzt dann auf dem Hohlkolben auf, was zur Folge hat, dass der Druck im Ringraum nahezu gegen Null geht. Da im Druckraum des Hubzylinders aber noch Druck herrscht, kann jetzt der Differenzkolben öffnen, sodass Drucköl überströmt. Hydraulische Teleskop-Hubzylinder, welche mit der Neuerung ausgestattet sind, bedürfen bezüglich ihrer Drucköl-Verluste keinerlei Wartung.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sitzt über dem Differenzkolben im druckraumseitigen Ende der Zylinderraumes eine Ventilkugel, und die Mündungen von Überströmkanal und Drosselkanal sind als Ventilsitze ausgebildet. Hierdurch gelingt es, die Dichtprobleme des Rückschlagventiles leicht zu

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beherrschen und den Differenzkolben unabhängig davon optimal zu dimensionieren.

Im Bereich des Bodens des Hohlkolbens kann ein den Hub des Differenzialkolbens begrenzendes Sicherungselement angeordnet sein, dadurch werden Betriebsstörungen mit Sicherheit verhindert.

Vorteilhaft ist im Differenzkolben ein den Drosselkanal mit dem Zylinderkopfraum verbindender Nebenschlusskanal vorgesehen. Diese Massnahme gewährleistet das Abheben der einen Körper des Rückschlagventils bildenden Ventilkugel von ihrem Ventilsitz, der Mündung des Drosselkanals.

Um ein unerwünschtes Öffnen des Überströmkanals unter der Einwirkung dynamischer Belastungen des Teleskop-Hubzylinders zu vermeiden, wird der Differenzkolben mit Hilfe eines Federelementes in den Zylinderraum gedrückt. Als Federelement dient vorteilhaft ein luftleerer Raum unterhalb des Kolbenkopfes des Differenzkolbens, wozu der Differenzkolben sowohl an seinem Kolbenfuss wie an seinem Kolbenkopf zweckmässig Ringdichtungen trägt.

Um das Einsetzen des Differenzkolbens in den Zylinderraum zu ermöglichen, ist dieser zweckmässig mit einer Entlüftungsbohrung versehen, welche nach erfolgtem Einsetzen dicht verschlossen wird.

Es hat sich gezeigt, dass - wenn ein unerwünschtes Öffnen bzw. Schliessen des Rückschlagventiles mit Sicherheit vermieden sein soll - die Querschnittsfläche des Kolbenkopfes zweckmässig diejenige des Kolbenfusses um wenigstens eine Grössenordnung überschreiten muss.

In weiterer Ausgestaltung der Neuerung ist im Differenzkolben ein selbsttätiges Einwegventil vorgesehen, das den Drosselkanal zum Innenraum des Hohlkolbens öffnet. Mit diesem Einwegventil lässt sich der Schliessvorgang des Rückschlagventiles vorteilhaft beeinflussen.

Es ist konstruktiv sehr einfach, wenn als Ventilkörper des Einwegventils vorzugsweise eine durch eine Druckfeder belastete Kugel dient, ebensogut kann aber auch ein handelsübliches, geeignetes Rückschlagventil Verwendung finden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Neuerung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, die im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt einen hydraulischen Teleskop-Gleichlauf-Hubzylinder in einem Längsschnitt.

In einem Hubzylinder 1 ist ein Hohlkolben 2 und in diesem wiederum ein Vollkolben 3 verschiebbar angeordnet. Der Hubzylinder 1 besitzt einen Druckraum 4, in welchen eine Druckleitung 5 führt. Wird der Druckraum 4 durch eine Pumpe (nicht dargestellt) über die Druckleitung 5 mit Drucköl beaufschlagt, dann verschiebt sich der Hohlkolben 2 in axialer Richtung. Im Ringraum 6 zwischen dem Hubzylinder 1 und dem Hohlkolben 2 befindet sich ebenfalls Drucköl, welches durch die Dichtung 7 von dem im Druckraum 4 befindlichen Drucköl getrennt ist. Verschiebt sich nun der Hohlkolben 2 axial, dann wird das Drucköl des Ringraumes 6 durch die Öffnungen 8 in den Innenraum 9 des Hohlkolbens 2 gedrückt, wo es den Vollkolben 3 ebenfalls in axialer Richtung verschiebt. Der Teleskop-Hubzylinder ist so dimensioniert, dass bei konstantem Förderstrom und gleichbleibendem Druck der Pumpe die Aus- und Einfahrge-schwindigkeit des Vollkolbens 3 gleichförmig ist, wobei der Hohlkolben 2 und der Vollkolben 3 gleichzeitig aus- bzw. einfahren; dasselbe gilt, wenn das Aggregat mehrere Hohlkolben aufweist.

Eine Dichtung 10 zwischen Hubzylinder 1 und Hohlkolben 2 sowie eine weitere Dichtung 11 zwischen Hohlkolben 2 und Vollkolben 3 sollen das Ausdringen des Drucköles verhindern. Der Vollkolben 3 besitzt an seinem oberen Ende eine Anschlagplatte 12, welche das Einfahren begrenzt, und Anschlagnasen 13, die das Ausfahren begrenzen.

Der Hohlkolben 2 weist einen hohen Boden 14 auf, der einen pilzförmigen Zylinderraum 15 enthält, welcher zentrisch ange15

ordnet ist und dessen Ende 16 in einen Überströmkanal 17 mündet, der zum Druckraum 4 führt. In dem Zylinderraum 15 gleitet ein pilzförmig ausgebildeter Differenzkolben 18.

Der Differenzkolben 18 besitzt einen zylindrischen Kolbenfuss 5 19 und einen ebenfalls zylindrischen Kolbenkopf 20, wobei der Durchmesser des Kolbenkopfes 20 etwas über dreimal grösser ist als derjenige des Kolbenfusses 19, sodass die Querschnittfläche des Kolbenkopfes 20 bzw. dessen Oberfläche 21 die Querschnittfläche bzw. die Oberfläche 22 des Kolbenfusses 19 um rund eine 10 ganze Grössenordnung überschreitet. Der Kolbenfuss 19 trägt ebenso wie der Kolbenkopf 20 Dichtungen 23, die in Gestalt von Dichtungsringen in hierfür im Mantel von Kolbenfuss 19 und Kolbenkopf 20 eingelassenen Nuten eingelegt sind.

Damit beim Einsetzen die durch den Differenzkolben 18 verdrängte Luft aus dem Zylinderraum 15 entweichen kann, ist eine Entlüftungsbohrung 24 vorgesehen, die nach erfolgtem Einsetzen und im druckraumseitigen Totpunkt des Differenzkolbens 18 (d. h. wenn der Differenzkolben 18 in der Zeichnung seine unterste Stellung eingenommen hat) luftdicht verschlossen 20 wird. Dies bewirkt, dass - sobald Kräfte auf den Differenzkolben 18 einwirken, die j enen aus dieser Extremlage hochheben - unter dem Kolbenkopf 20 sich ein zunehmend luftverdünnter Raum ergibt, was zur Folge hat, dass eine wachsende Gegenkraft 25 auftritt, die den Differenzkolben 18 im Zylinderraum 15 im Totpunkt festhält. Die Wirkung ist die gleiche wie bei einem Federelement, beispielsweise einer Druckfeder, durch welches der Differenzkolben 18 in den Zylinderraum 15 hineingedrückt wird. Der Hub des Differenzkolbens 18 ist durch ein Sicherungs-30 element 25 in Form eines in eine Innennut eingelegten Federringes begrenzt.

Der Differenzkolben 18 ist von einem Drosselkanal 26 durchsetzt. Vom Drosselkanal 26 zweigt ein Nebenschlusskanal 27 ab, welcher den Drosselkanal 26 mit dem Zylinderraum 15, und zwar 35 mit dessen Ende 16, verbindet.

Über dem Differenzkolben 18, nämlich zwischen der Oberfläche 22 des Kolbenfusses 19 und der Decke des Zylinderraumes 15, sitzt eine Ventilkugel 28. Die Mündungen des Überströmkanals 26 sind als konische Ventilsitze 29 ausgebildet. 40 Ein selbständiges Einwegventil in Gestalt einer durch eine Druckfeder 30 belastete Kugel 31 öffnet den Drosselkanal 26 des Differenzkolbens 18 zum Innenraum 9 des Hohlkolbens 2.

Die Funktion des oben beschriebenen Teleskop-Hubzylinders ist folgende:

45 Infolge unvermeidlicher Undichtigkeiten wird die im Ringraum 6 und im Innenraum 9 des Hohlkolbens 2 eingeschlossene Druckölmenge beim Betrieb geringer, und der Vollkolben 3 kann deshalb nicht mehr ganz ausfahren. Dies hat zur Folge, dass beim Einfahren die Anschlagplatte 12 des Vollkolbens 3 am Kopf 50 des Hohlkolbens 2 (im Bereich der Dichtung 11) anschlägt, bevor der Hohlkolben 2 ganz eingefahren ist. In dieser Stellung fällt der Druck der eingeschlossenen Druckölmenge auf nahezu Null ab und der Differenzkolben 18 wird - gegen die Einwirkung der durch den luftverdünnten Raum unter dem Kolbenkopf 20 sich 55 ergebenden Gegenkraft - angehoben, weil das Rückschlagventil (mit der Ventilkugel 28) unter dem Druck des im Druckraum 4 befindlichen Drucköls sich geöffnet hat. Unter diesem Druck öffnet sich auch das selbsttätige Einwegventil (die durch die Druckfeder 30 belastete Kugel 31) im Differenzkolben 18. Nun 60 strömt Drucköl vom Druckraum 4 in die (durch die Undichtigkeiten verminderte) Druckölmenge im Ringraum 6 und im Innenraum 9 und es wird solange nachgefüllt, bis deren Druck soweit angewachsen ist, dass der Differenzkolben 18 das Rückschlagventil (27) wieder schliesst und dadurch die beiden Druckräume 65 wieder voneinander getrennt sind.

Das Öffnen des Rückschlagventils (19,28,29) geschieht dadurch, dass das Drucköl des Druckraumes 4 auf die den Überströmkanal 17 verschliessende Kugelkalotte der Ventilku

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io gel 28 drückt und die Ventilkugel 28 sowie den auf ihr lastenden Differenzkolben 18 abhebt, sobald die Gegenkraft und der Druck der Druckölmenge im Ringraum 6 und im Innenraum 9 dies zulassen. Nun strömt das Drucköl aus dem Druckraum 4 durch den Überströmkanal 17 und an der Ventilkugel 28 vorbei 5 in das Ende 16 des Zylinderraumes 15. Dort findet das eingeströmte Drucköl gegenüber der Kugelkalotte eine erheblich grössere Fläche, nämlich die Oberfläche 22 des Kolbenfusses 19 des Differenzkolbens 18, vor, und es vermag den Differenzkolben 18 weiter gegen die zunehmende Gegenkraft anzuheben,

weil (bei gleichem Druck des Drucköles) die beaufschlagte Fläche grosser geworden ist. Solange noch die Ventilkugel 28 die Mündung des Drosselkanales 26 verschlossen hält, strömt das in das Ende 16 des Zylinderraumes 15 eingedrungene Drucköl durch den Nebenschlusskanal 27 in den Drosselkanal 26 ; dadurch 15 wird der Druck zu beiden Seiten der Ventilkugel 28 gleich und sie hebt von dem Ventilsitz 29 am Kolbenfuss 19 ab und gibt die Mündung frei. Das durch den Drosselkanal 26 - dessen Querschnitt entsprechend den Abmessungen des Differenzkolbens 18 so gewählt ist, dass das strömende Drucköl genügend Widerstand 20 findet, damit sich über der Oberfläche 22 der Druck aufbauen kann-fliessende Drucköl öffnet jetzt das Einwegventil, indem es die Kugel 31 gegen die Druckfeder 30 hebt, und es gelangt so in den Innenraum 9 des Hohlkolbens 2.

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Ist gegen Ende des Nachfüllvorganges der Druck an der Oberseite des Differenzkolbens 18 nahezu so gross wie derjenige an der Unterseite, dann schliesst zunächst das selbsttätige Einwegventil , indem die Kugel 31 durch die Druckfeder 30 auf ihren Sitz gepresst wird, sodass der Drosselkanal 26 geschlossen ist. Nun wird die Kraft, die auf die Oberfläche 21 des Differenzkolbens 18 drückt, grösser, weil nach dem Schliessen des Einwegventils dem Druck an der Oberseite des Differenzkolbens 18 eine vergrösserte Fläche zur Verfügung steht. Diese Kraft bewegt j etzt den Differenzkolben 18 - zusätzlich unterstützt durch die Gegenkraft des luftverdünnten Raumes unter dem Kolbenkopf 20 - in den Zylinderraum 15 hinein, sodass der Kolbenfuss 19 die Ventilkugel 28 auf ihren Sitz 29 drückt und das Rückschlagventil geschlossen ist. Werden nun Hohlkolben 2 und Vollkolben 3 wieder ausgefahren, steigt dadurch der Druck des im Ringraum 9 und im Innenraum 9 stehenden Drucköls kräftig an, was bewirkt, dass der Differenzkolben 18 verstärkt auf die Ventilkugel 28 gepresst wird.

In besonderen Fällen, z. B. bei Teleskop-Hubzylindern mit geringem Druck im Druckraum 4 oder bei sehr schnell bewegten Kolben kann es zweckmässig sein, dass die Kraftrichtung des auf den Differenzkolben 18 einwirkenden Federelementes so gerichtet ist, dass dieser die Tendenz hat, sich aus dem Zylinderraum 15 heraus zu bewegen.

1 Seite Zeichnungen