DE1101964B - Hydraulischer Kolbenantrieb mit Teleskopkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Kolbenantrieb, der aus einem unter Druck setzbaren Zylinder und mindestens zwei ineinander verschiebbaren Teleskopkolben besteht, von denen der äußere im Zylinder verschiebbar ist, wobei der äußere KoI-hen von dem Innenraum des ihn umschließenden Zylinders eine Ringkammer abtrennt und einen mit dieser Ringkammer verbundenen Hohlraum hat, der den inneren Kolben aufnimmt, und die unter Druck setzbare Zylinderkammer und der Hohlraum über ein Ventil verbunden sind. Derartige sogenannte Gleichlaufantriebe haben den Vorteil, daß sie unter allen Betriebsbedingungen kontinuierlich arbeiten und mithin, wenn beispielsweise eine konstante Last mit konstanter Geschwindigkeit gehoben werden soll, trotz des Vorhandenseins mehrerer Kolben mit ständig gleicher Ölmenge pro Sekunde arbeiten.

Gelegentlich geschieht es, daß sich ein Antrieb der bezeichneten Art nicht wieder vollständig in die Endstellung zurückfahren läßt. Eine Ursache hierfür kann in einem Dichtungsfehler zwischen einem Kolben und dem ihn umschließenden Zylinder bestehen; denn da die Drücke in den einzelnen Kammern, wenn der Antrieb unter Last steht, verschieden sind, tritt durch die Undichtigkeit Öl aus einer Kammer in die andere mit der Folge, daß einer der Kolben seine Ausgangsstellung nicht mehr erreichen kann. Die gleiche Erscheinung wurde aber auch beobachtet, wenn die Dichtungen völlig einwandfrei waren. Es wurde schließlich gefunden, daß noch ein anderer Effekt, nämlich die Kompressibilität des Öles, eine Rolle spielt. Dies soll weiter unten an Hand der gezeichneten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Bemerkt sei jedoch, daß das Rückschlagventil, das bei der bekannten Bauart die unter Druck setzbare Zylinderkammer mit dem Hohlraum verbindet, den unerwünschten Einfluß der Kompressibilität der Flüssigkeit nicht ausschaltet, sondern sogar unterstützt.

Die Erfindung schafft durch eine einfache Maßnahme eine Abhilfe, die die beiden verschiedenartigen Einflüsse unschädlich macht, und zwar dadurch, daß das Ventil bei eingefahrenen Kolben auch dann geöffnet werden kann, wenn der Druck im Hohlraum größer ist als in der Zylinderkammer. Bei Verwendung von mindestens drei Hubkolben werden entsprechend in an sich bekannter Weise zwei benachbarte, durch Kolben voneinander getrennte Kammern durch Ventile miteinander verbunden, von denen jedoch — abweichend von der bekannten Bauart — das Ventil zwischen der unter Druck setzbaren Zylinderkammer und dem ihr benachbarten Hohlraum bei eingefahrenem Kolben auch dann geöffnet werden kann, wenn der Druck im benachbarten Hohlraum größer ist als in der Zylinderkammer, während die übrigen Ventile Hydraulischer Kolbenantrieb
mit Teleskopkolben

Anmelder:
Toussaint & Hess

hydraulische Hebezeugfabrik G. m. b. H.,
Düsseldorf, Völklinger Str. 48

Hans Becker, Düsseldorf,
ist als Erfinder genannt worden

in an sich bekannter Weise den Übertritt von Öl aus einem engeren in einen weiteren Kolben mindestens dann verhindern, wenn der Antrieb ganz oder teilweise ausgefahren ist.

Das Ventil, das die Zylinderkammer mit dem ihr benachbarten Hohlraum verbindet, ist in der einfachsten Ausführung der Erfindung von außen zugänglich und von Hand betätigbar. Ein derartiges Ventil genügt, wenn der Antrieb von außen leicht zugänglich ist und mit einigermaßen sorgfältiger Wartung gerechnet werden kann. Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, dann kann, wie es der bevorzugten Ausführung der Erfindung entspricht, das die Zylinderkammer mit dem ihr benachbarten Hohlraum verbindende Ventil in an sich bekannter Weise in der Stirnwand des äußeren Kolbens angeordnet und ein Anschlag vorgesehen sein, der den Verschlußkörper des Ventils bei Annäherung der Kolben an die eingefahrene Stellung in die Offenlage zwingt. Dann findet der Ausgleich bei jeder Betätigung des Antriebes selbsttätig statt. Außerdem ist es dann möglich, in an sich bekannter Weise auch die übrigen Ventile in den Stirn wandungen der übrigen Teleskopkolben anzuordnen und Anschläge vorzusehen, die die Verschlußkörper dieser Ventile bei Annäherung der Kolben an die eingefahrene Stellung in die Offenlage zwingen.

Die Zeichnung veranschaulicht drei Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils im Längsschnitt durch den eigentlichen Antrieb und in schematischer Darstellung des zugehörigen hydraulischen Systems. Es zeigt

Fig. 1 einen Antrieb mit nur zwei Kolben und einem handbetätigten Ventil,

Fig. 2 einen Antrieb mit drei Kolben, einem handbetätigten Ventil und einem automatischen Ventil,

Fig. 3 einen Antrieb mit drei Kolben und Ventilen, die sämtlich automatisch arbeiten und

109 529/240

Fig. 4 einen Teil des Antriebes nach Fig. 3 vergrößert.

Der Antrieb nach Fig. 1 besteht aus einem Zylinder 10 mit Stirnwand 11 und einer darin befindlichen Öffnung 12 zumAnschluß an eine Druckleitung 13. Im Zylinder 10 ist ein Hohlkolben 14 mit Stirnwand 15 verschiebbar, dessen Mantel 16 gegen den Durchmesser der Stirnwand 15 etwas zurückgesetzt ist, so daß er mit dem Zylinder 10 eine Ringkammer 17 bildet, während die Stirnwand 15 mit dem Zylinder 10 einen zylindrischen Raum 18 einschließt. Die Ringkammer 17 ist oben durch einen nach innen ragenden Flansch 19 am offenen Ende des Zylinders 10 geschlossen. Dieser Flansch dient zugleich als Anschlag für die Stirnwand 15 beim Ausfahren des Kolbens 14.

Im Innern des Hohlkolbens 14 ist ein massiver Kolben 20 verschiebbar, der mit dem Kolben 14 eine Kammer 21 einschließt. Diese Kammer ist mit der Ringkammer 17 durch Öffnungen 22 im Mantel 16 ständig verbunden. Der Kolben 20 hat unten einen so Flansch 23 und der Kolben 14 oben einen Flansch 24, die lediglich als Anschläge für die Begrenzung der Bewegung des Kolbens 20 im Kolben 14 dienen. Die nötigen Dichtungen 25 sind überall durch Kreuzschraffur angedeutet.

Durch eine außen am Zylinder entlanggeführte Leitung 26 ist eine Verbindung zwischen der Ringkammer 17 und der Zylinderkammer 18 geschaffen, die jedoch für gewöhnlich durch . ein Nadelventil 27 verschlossen gehalten wird.

Die zugehörige hydraulische Anlage besteht aus einer Pumpe 28, einem Ölbehälter 29, einem Rückschlagventil 30 und einer die Pumpe 28 mit Ventil 30 überbrückenden Nebenschlußleitung 31, in der ein von Hand betätigtes Abschlußventil 32 liegt. Sollen die Kolben ausgefahren werden, so wird lediglich die Pumpe 28 in Lauf gesetzt, um öl in die Kammer 18 zu fördern. In dem für das Beispiel gewählten Fall ist einfachheitshalber angenommen, daß das Einfahren der Kolben durch eine auf dem Kolben 20 ruhende Last geschieht. Zum Einfahren wird daher lediglich das Ventil 32 geöffnet.

Wird Öl in die Kammer 18 gedrückt, so wird der Kolben 14 ausgefahren. Dabei verringert sich das Volumen der Ringkammer 17, und das in ihr enthaltene Öl wird durch die Öffnungen 22 in die Kammer 21 gedrängt, so daß auch der Kolben 20 aus dem Kolben 14 ausgefahren wird. Man kann leicht berechnen, wie die Kolbenflächen zu bemessen sind, damit beide Kolben wenigstens annähernd gleichzeitig in ihrer Endstellung ankommen, wie dies in der Regel erwünscht sein wird.

Es ist leicht einzusehen, daß der Druck in den Kammern 17 und 21 größer ist als in der Kammer 18, während die Kolben unter Last aus- und eingefahren werden. Daher führt ein Mangel in der Dichtung an der Stelle 25 dazu, daß Öl aus den Kammern 17, 21 in die Kammer 18 wandert. Infolgedessen kann das Ölvolumen in den Kammern 17, 21 unter das vorgeschriebene Maß sinken. Aber auch der umgekehrte Effekt ist möglich. Wird nämlich der Antrieb bei relativ geringer Last bis in die Endstellung ausgefahren und sind die Kolben zum Anschlag gekommen, während die Pumpe 28 weiterläuft, so stellt sich in der Kammer 18 alsbald der höchste Pumpendruck ein, also der Druck, der bei jeder Pumpe durch die Einstellung des Sicherheitsventils bestimmt ist. Dann wird durch eine mögliche Undichtigkeit bei 25 zufolge der Kompressibilität der Flüssigkeit Öl in die Räume 17, 21 gedrückt. Dadurch steigt die in diesen Kammern enthaltene Ölmenge über das vorgeschriebene Maß. Eine Abweichung dieser Ölmenge über das vorgeschriebene Maß nach oben oder unten hat nun aber stets zur Folge, daß der Antrieb nicht vollständig in die Anfangsstellung zurückgefahren werden kann; denn dann erreicht entweder der Kolben 20 seine untere Endstellung im Kolben 14, bevor dieser in seiner unteren Endstellung im Zylinder 10 angekommen ist, oder es tritt der umgekehrte Fall ein. Dem zu begegnen ist einer der Zwecke des Ventils 27. Dieses Ventil braucht bei druckloser Kammer 18, also bei geöffnetem Ventil 32 und stillstehender Pumpe, nur kurzzeitig geöffnet zu werden, um dem Kolben 14 oder dem Kolben 20 zu gestatten, unter der Wirkung der Last oder ihres Gewichtes in die Endstellung tierabzusinken, wobei gleichzeitig die verlorene Ölmenge oder der ölüberschuß durch die Leitung 26 in die Kammer 17, 21 zurückgesaugt bzw. aus ihr herausgedrückt wird. Es ist mithin wesentlich, daß das Ventil 27 geöffnet werden kann, ohne Rücksicht darauf, auf welcher der beiden Seiten der Druck größer ist. Mithin würde ein einfaches Rückschlagventil, das in die Stirnwand 15 eingebaut ist, den Zweck nicht erfüllen.

Mittels des Ventils 27 wird der Antrieb zu Beginn mit Öl gefüllt. Dafür sind geeignete Entlüftungsöffnungen vorgesehen, von denen eine bei 41 gezeigt und mittels einer Schraube 42 verschließbar ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist im Sinne der hier verwendeten Terminologie 14 der äußere und

20 der innere Teleskopkolben. Das Beispiel stellt den einfachsten Fall dar, daß nur zwei Teleskopkolben vorhanden sind. In der Ausführung nach Fig. 2 ist zwischen den äußeren Teleskopkolben 14 und den inneren Teleskopkolben 20 ein weiterer, mittlerer Kolben 33 geschaltet. Dieser Kolben wirkt mit dem äußeren Teleskopkolben 14 ebenso zusammen wie in Fig. 1 der Kolben 14 mit dem Kolben 20, und gleiches gilt für die Zusammenwirkung des mittleren Kolbens 33 mit dem inneren Kolben 20. Demgemäß trennt der Kolben 33 vom Innenraum 28 des Kolbens 14 eine Ringkammer 34 ab, die durch Öffnungen 35 mit seinem eigenen, den Kolben 20 enthaltenden Innenraum

36 in Verbindung steht. Wiederum ist es leicht möglich, die wirksamen Kolbenflächen so zu berechnen, daß alle Kolben beim Ausfahren mindestens annähernd gleichzeitig ihre Endstellung erreichen.

Wie in Fig. 1 ist die Kammer 18 durch eine Leitung 26 über ein Ventil 27 mit den Kammern 17, 21 verbunden. Außerdem befindet sich in der Stirnwand

37 des Kolbens 33 ein Rückschlagventil, das aus einer Kugel 38 einer Feder 39 besteht und eine die Wand durchdringende Bohrung 40 normalerweise schließt, sich aber nur öffnet, wenn der Druck in der Kammer

21 den Druck im Raum 36 überschreitet.

Das Rückschlagventil 38 ermöglicht die Füllung der Kammer 36 mit Öl, ohne daß an diese Kammer eine besondere, von außen kommende Leitung angeschlossen werden muß, was schwierig und umständlich wäre. Die Füllung geschieht wie in Fig. 1 durch öffnen des Ventils 27 nach Anschluß einer Druckleitung an die Öffnung 12. Im übrigen wird das Ventil 27 während des Betriebes in der gleichen Weise und zu dem gleichen Zweck betätigt, wie dies für Fig. 1 beschrieben wurde. Dabei ist angenommen, daß die Dichtung zwischen den Kammern 17, 21 einerseits und der Kammer 36 andererseits genügend gut ist, um merklichen Übertritt von Öl zu verhindern. Unter diesen Umständen ist ein einfaches Rückschlagventil 38 in der Stirnwand 37 des Kolbens 33 zulässig.

Die Antriebe nach Fig. 1 und 2 erfordern immer

noch gelegentliche Betätigung des Ventils 27 von Hand. Beim Antrieb nach Fig. 3 entfällt diese Notwendigkeit. Von den Ventilen abgesehen stimmt der Antrieb nach Fig. 3 mit demjenigen nach Fig. 2 überein. An Stelle des Ventils 27 ist jedoch in der Stirnwand 15 des Kolbens 14 ein Ventil 43 vorgesehen, das selbsttätig geöffnet wird, wenn der Kolben 14 sich seiner unteren Endstellung nähert. Ein ebenso gestaltetes Ventil 44 ist an Stelle des Rückschlagventils 38 in der Stirnwand 37 des Kolbens 33 angeordnet.

Wie die Ventile 43 und 44 gebaut sind, ergibt sich aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 4. Sie steuern den Öldurchlaß durch Kanäle 45 und 46. Ihre Verschlußkörper sind als Kugeln gezeichnet, die unter der Wirkung von Blattfedern 47, 48 stehen. In der Stirnwand 11 ist dort, wo die Druckleitung in die Kammer 18 mündet, eine gelochte Platte 49 befestigt, die den Träger eines Stiftes 50 bildet, der in Flucht mit dem Kanal 45 liegt. Entsprechend ist in der Stirnwand 15 des Kolbens 14 eine gelochte Platte 51 als Träger eines Stiftes 52 angeordnet, die in Flucht mit dem Kanal 46 liegt.

In Fig. 4 befinden sich die Kolben kurz oberhalb ihrer unteren Endstellung. Setzen sie ihre abwärts gerichtete Bewegung fort, so stoßen die Verschlußkörper der Ventile 43, 44 auf die Stifte 50, 52 und öffnen dadurch die Kanäle 45, 46. Mithin werden sämtliche Kammern zwangläufig und ohne Rücksicht auf die in ihnen herrschenden Drücke miteinander verbunden, und es tritt für alle Kolben die Wirkung ein, die in Verbindung mit Fig. 1 beim Öffnen des Ventils 27 beschrieben wurde.

Die Federn 47, 48 sind vorgesehen, um die Kugeln am Herausfallen zu hindern. Für die Funktion sind sie sonst nicht notwendig, und auf ihre Stärke kommt es nicht an, da die Ventile nicht als Rückschlagventile zu wirken brauchen. Abweichungen in der vorgeschriebenen Ölmenge für die einzelnen Kammern werden immer dann ausgeglichen, wenn der Antrieb eingefahren und die Ventile 43 geöffnet werden, gleich ob diese Abweichungen durch die Kompressibilität des Öles, durch Dichtungsmängel oder andere Ursachen entstanden sind.

Die Zahl der Teleskopkolben kann im Rahmen der baulichen Möglichkeiten beliebig vermehrt werden. Antriebe der beschriebenen Art eignen sich insbesondere für Aufzüge oder, genauer gesagt, Elevatoren, da das Heben durch eine Druckkraft und nicht durch eine Zugkraft geschieht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Kolbenantrieb, bestehend aus einem unter Druck setzbaren Zylinder und mindestens zwei ineinander verschiebbaren Teleskopkolben, von denen der äußere im Zylinder verschiebbar ist, wobei der äußere Kolben von dem Innenraum des ihn umschließenden Zylinders eine Ringkammer abtrennt und einen mit dieser Ringkammer verbundenen Hohlraum hat, der den inneren Kolben aufnimmt, und die unter Druck setzbare Zylinderkammer und der Hohlraum über ein Ventil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (27) bei eingefahrenen Kolben (14, 20) auch dann geöffnet werden kann, wenn dsr Druck im Hohlraum (21) größer ist als in der Zylinderkammer (18).

2. Hydraulischer Kolbenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mindestens drei Hubkolben in an sich bekannter Weise je zwei benachbarte, durch Kolben voneinander getrennte Kammern durch Ventile miteinander verbunden sind, von denen das Ventil (27) zwischen der unter Druck setzbaren Zylinderkammer (18) und dem ihr benachbarten Hohlraum (21) bei eingefahrenen Kolben auch dann geöffnet werden kann, wenn der Druck im benachbarten Hohlraum (21) größer ist als in der Zylinderkammer (18), während die übrigen Ventile (38; in an sich bekannter Weise den Übertritt von Öl aus einem engeren in einen weiteren Kolben mindestens dann verhindern, wenn der Antrieb ganz oder teilweise ausgefahren ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zylinderkammer (18) mit dem ihr benachbarten Hohlraum (21) verbindende Ventil (27) von außen zugänglich und von Hand betätigbar ist.

4. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Zylinderkammer (18) mit dem ihr benachbarten Hohlraum (21) verbindende Ventil (43) in an sich bekannter Weise in der Stirnwand (15) des äußeren Kolbens (14) angeordnet und ein Anschlag (50) vorgesehen ist, der den Verschlußkörper des Ventils bei Annäherung der Kolben an die eingefahrene Stellung in die Offenlage zwingt.

5. Antrieb nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise auch die übrigen Ventile (44) in den Stirnwandungen (37) der übrigen Teleskopkolben (33) angeordnet und Anschläge (52) vorgesehen sind, die die Verschlußkörper dieser Ventile bei Annäherung der Kolben an die eingefahrene Stellung in die Offenlage zwingen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 924479.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 529/240 2.