DE3710028A1 - Druckmittelbetriebene antriebseinrichtung - Google Patents
Druckmittelbetriebene antriebseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetriebene Antriebs
einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Antriebseinrichtungen finden z. B. in Hydraulik
bären Verwendung, die zum Einrammen von Betonpfählen, Spund
wänden und dergleichen in den Erdboden dienen. Die zum
Anheben eines Fallgewichtes dienenden hydraulischen Arbeits
zylinder sind in der Praxis unter großem Abstand von der
Hydraulikzentrale angeordnet; die Länge der Verbindungs
leitungen zwischen Hydraulikzentrale und Arbeitszylinder
kann 20 bis 70 oder 100 m betragen. Bei derartig langen
Verbindungsleitungen ist das Leitungsvolumen größer als
dasjenige der Zylinderarbeitsräume. Dies bedeutet, daß bei
alternierender Druckbeaufschlagung der beiden Zylinder
arbeitsräume das hydraulische Arbeitsfluid pendelnd zwi
schen den zwischen dem Umsteuerventil und dem Arbeitszylin
der verlaufenden Arbeitsleitungen und den Arbeitsräumen
verschoben wird, jedoch nie in den Sumpf gelangt. Es wer
den somit immer dieselben Teilvolumina des Arbeitsfluids
im Arbeitszylinder erwärmt, was im Langzeitbetrieb den Wir
kungsgrad des Arbeitszylinders und die Standzeit des Ar
beitsfluids nachteilig beeinflußt.
Der oben geschilderte Nachteil tritt dann nicht auf, wenn
das Volumen der Arbeitsleitungen kleiner ist als dasjenige
der Arbeitsräume des Arbeitszylinders; in diesem Falle kann
man der Druckleitung und/oder der Rücklaufleitung und/oder
dem Druckmittelsumpf eine Kühleinrichtung zuordnen, wie
im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben.
Durch die vorliegende Erfindung soll eine druckmittelbe
triebene Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des An
spruches 1 so weitergebildet werden, daß auch bei langen
Verbindungsleitungen zwischen dem Umsteuerventil und dem
Arbeitszylinder, deren Volumen dem Volumen eines Zylinder
arbeitsraumes vergleichbar ist oder größer als dieses ist,
eine Kühlung des Arbeitsfluids erhalten wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine An
triebseinrichtung gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 6.
Bei einer Antriebseinrichtung gemäß Anspruch 1 hat man eine
die zylinderseitigen Enden der Arbeitsleitungen verbindende
steuerbare Bypassleitung, und durch Öffnen dieser Arbeits
leitung kann man das gesamte in den Arbeitsleitungen ste
hende Volumen an Arbeitsfluid durch die Kühleinrichtung
drücken und durch neu aus dem Druckmittelsumpf angesaugtes
Arbeitsfluid ersetzen. Da ein solches Austauschen erhitz
ten Arbeitsfluids gegen gekühltes Arbeitsfluid nur in grö
ßeren zeitlichen Abständen durchgeführt zu werden braucht
und da das Durchschieben des Arbeitsfluids ohne nennens
werten Widerstand und damit rasch erfolgt, wird durch die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Art der Spülung der Arbeits
leitungen keine nennenswerte Verringerung der Arbeitslei
stung des mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung
ausgestatteten Gerätes erhalten. Der erfindungsgemäße Vor
schlag erfordert auch nur geringen zusätzlichen baulichen
Aufwand. Ein Nachrüstung an schon im Einsatz befindlichen
Antriebseinrichtungen ist einfach möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter
ansprüchen angegeben.
Im Prinzip kann das Aufsteuern der Bypassleitung in zeit
lichen Abständen manuell erfolgen. Mit den Weiterbildungen
der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 bis 5 wird erreicht,
daß das Bedienungspersonal der Kühlung des Arbeitsfluids
keine Aufmerksamkeit zu widmen braucht.
Die im Anspruch 6 angegebene Lösung kann alternativ zu der
durch den Anspruch 1 vermittelten Lösung verwendet werden.
Auch bei ihr ist gewährleistet, daß die Kühleinrichtung,
welche mechanisch empfindliche Teile wie Kühlrippen oder
Kühlschlangen enthält, am Ort der Hydraulikzentrale, also
weit entfernt vom Arbeitszylinder angeordnet werden kann,
wo sie nicht den am Zylinderarbeitsort erzeugten starken
Stößen und Erschütterungen ausgesetzt ist.
Dadurch, daß bei der Antriebseinrichtung nach Anspruch 6
das Umsteuerventil nahe beim Arbeitszylinder angeordnet
ist, ist gewährleistet, daß das Arbeitsfluid in ständigem
Umlauf gehalten wird, somit auch ständig die Kühleinrich
tung durchströmt.
Wird das Umsteuerventil gemäß Anspruch 7 auf einem erschüt
terungsmäßig entkoppelten, unabhängigen Rahmenteil in der
Nachbarschaft des Arbeitszylinders angeordnet, so kann das
Umsteuerventil selbst ein verhältnismäßig komplizierter
Steuerblock sein, welcher Druckbegrenzungsventile, Vor
steuerventile und andere empfindliche Hilfsventile enthält.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer hydraulischen Antriebs
einrichtung, welche einen von einer Hydraulik
zentrale weit entfernten Arbeitszylinder auf
weist, mit einer Kühleinrichtung für das Hydrau
liköl; und
Fig. 2 und 3 jeweils eine schematische Darstellung ei
ner abgewandelten hydraulischen Antriebseinrich
tung mit Kühlung des Hydrauliköls.
In Fig. 1 ist ein doppeltwirkender hydraulischer Arbeits
zylinder insgesamt mit 10 bezeichnet. In ihm ist ein Kolben
12 verschiebbar, welcher zusammen mit einem Zylindergehäuse
14 zwei Arbeitsräume 16 und 18 begrenzt. Letztere sind über
Arbeitsleitungen 20, 22 mit einem insgesamt mit 24 bezeich
neten Umsteuerventil verbunden. Die Arbeitsleitungen 20,
22 haben große Länge (in der Praxis z. B. 70 m bis hin zu
100 m), wie durch die gestrichelten Unterbrechungen dieser
Leitungen angedeutet.
Das Umsteuerventil 24 ist ein 4/3-Ventil, welches durch
Federn in die mittlere Ruhelage vorgespannt ist und durch
Erregen von Stellmagneten in die eine oder die andere sei
ner Arbeitsstellungen bewegt wird.
Eingangsseitig ist das Umsteuerventil 24 mit der Förder
öffnung einer Hydraulikpumpe 26 verbunden, die aus einem
Sumpf 28 ansaugt. Die zwischen Hydraulikpumpe 26 und Um
steuerventil 24 verlaufende Druckleitung ist in Fig. 1
mit 30 bezeichnet.
Eine ebenfalls mit dem Umsteuerventil 24 verbundene Rück
laufleitung 32 enthält einen Kühler 34 für das Hydraulik
öl.
An die dem Arbeitszylinder benachbarten Enden der langen
Arbeitsleitungen 20, 22 ist eine Bypassleitung 36 ange
schlossen, die ein normalerweise geschlossenes Bypassventil
38 enthält. Letzteres ist ein Magnetventil und wird ebenso
wie das Umsteuerventil 24 von einer Steuereinheit 40 her
erregt.
Die Steuereinheit 40 erhält als Eingangssignale das Aus
gangssignal eines Endlagenfühlers 42, der mit von der Kol
benstange 44 des Arbeitszyinders 10 getragenen Endlagen
marken 46, 48 zusammenarbeitet. Weitere Eingangssignale
erhält die Steuereinheit 40 von einem mit ihr verbundenen
Tastenfeld 50 sowie vom Ausgang D 0 eines digitalen Kompa
rators 52.
Der Komparator 52 erhält von einem Festwertspeicher 54 ein
Referenzsignal, welches laufend mit dem Ausgangssignal
eines Analog/Digitalwandlers 56 verbunden ist. Dessen Ein
gang ist über einen schematisch angedeuteten Umschalter
58, der synchron zum Umsteuerventil 24 betätigt wird, mit
den Ausgängen zweier Temperaturfühler 60, 62 verbunden,
die in der unmittelbaren Nachbarschaft des Arbeitszylinders
10 in die Arbeitsleitungen 20, 22 eingefügt ist. Die Syn
chronisierung des Umschalters 58 ist so gewählt, daß jeweils
derjenige der Temperaturfühler 60, 62 an den Digital/Analog-
Wandler angeschlossen ist, der mit dem aus dem Arbeits
zylinder 10 abströmenden Hydrauliköl beaufschlagt ist.
In Abwandlung des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles
kann man den Umschalter 58 auch mit verglichen mit der Um
schaltfrequenz des Umsteuerventiles 24 hoher Frequenz frei
laufend umschalten, so daß der Digital/Analog-Wandler rasch
aufeinanderfolgend mit analogen Temperatursignalen für das
abströmende bzw. das zuströmende Hydrauliköl beaufschlagt
ist.
Überschreitet die gemessene Temperatur des Hydrauliköles
den durch den Festwertspeicher 54 vorgegebenen maximal zu
lässigen Temperaturwert, so wird am Ausgang des Komparators
52 ein Signal erhalten, durch welches die Steuereinheit
40 veranlaßt wird, die periodische Umsteuerung des Arbeits
zylinders 10 zu unterbrechen und das Bypassventil 38 in
die Offenstellung zu steuern. Gleichzeitig wird das Um
steuerventil 24 in eine seiner Arbeitsstellungen gebracht.
Die Hydraulikpumpe 26 drückt nun bei geringem Widerstand
und deshalb rasch frisch aus dem Sumpf 28 angesaugtes küh
les Hydrauliköl in die Arbeitsleitungen 16 und 18. Das hier
bei aus den Arbeitsleitungen 20, 22 verdrängte heiße Hydrau
liköl gelangt über den Kühler 34 zurück in den Sumpf 28.
Nach Durchführung eines solchen Spülvorganges schließt die
Steuereinheit 40 wieder das Bypassventil 38, und die alter
nierende Erregung der Stellmagnete des Umsteuerventiles
24 wird wieder aufgenommen.
Die Länge eines oben im einzelnen beschriebenen Spülzyklus
wird durch ein Zeitglied vorgegeben, welches einen Teil
der Steuereinheit 40 darstellt. Die durch dieses Zeitglied
vorgegebene Spüldauer kann z. B. an einem Einstellknopf 64
der Steuereinheit 40 gemäß der jeweiligen Länge der Arbeits
leitungen 20, 22 eingestellt werden.
Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind
Teile der Antriebseinrichtung, die obenstehend unter Be
zugnahme auf Fig. 1 schon erläutert wurden, wieder mit
denselben Bezugszeichen versehen; diese Teile brauchen nach
stehend nicht noch einmal detailliert beschrieben zu werden.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Antriebseinrichtung ist das
Umsteuerventil 24 auf einem Rahmenteil 66 angeordnet, wel
ches einem den Arbeitszylinder 10 tragenden Rahmenteil 68
nahe benachbart ist, jedoch von diesem schwingungsmäßig
zumindest weitgehend entkoppelt ist. Das Rahmenteil 66 ist
auch von anderen Teilen des den Arbeitszylinder 10 umfas
senden Arbeitsgerätes schwingungsmäßig entkoppelt. Die Ver
bindung des Umsteuerventiles 24 mit dem Arbeitszylinder
10 erfolgt nunmehr über kurze Arbeitsleitungen 20′, 22′,
welche flexible Abschnitte 70, 72 aufweisen.
Die Arbeitsleitungen 20′ und 22′ haben nunmehr ein Volumen,
welches verglichen mit den Volumina der Arbeitsräume 16
und 18 klein ist. Der größte Teil des in den Arbeitsräumen
16 und 18 befindlichen Hydrauliköles wird somit nicht
pendelnd mit den Arbeitsleitungen 20′ und 22′ ausgetauscht,
gelangt vielmehr in den Einrichtungs-Kreislauf von der
Druckleitung 30 zur Rücklaufleitung 32. Damit wird das
Hydrauliköl auch laufend durch den Kühler 34 umgewälzt und
ausreichend gekühlt.
In Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispie
les kann man gemäß Fig. 3 anstelle der unter Bezugnahme
auf Fig. 1 beschriebenen Temperaturmessung in den Arbeits
leitungen 20, 22 auch die Arbeitsspiele des Arbeitszylin
ders 10 zählen und die Spülung der Arbeitsleitungen 20, 22
nach einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsspielen einlei
ten.
Hierzu kann man gemäß Fig. 3 das eine der zur Erregung
des Umsteuerventiles 24 dienenden Ausgangssignale der
Steuereinheit 40 auch auf die Zählklemme C eines Zählers
56′ geben, dessen Datenausgang D 0 mit dem einen Datenein
gang DI 1 eines Komparators 52′ verbunden ist, der sein
Referenzsignal wieder von einem Festwertspeicher 54′ er
hält. Das Rückstellen des Zählers 56′ erfolgt ebenso wie
das Auslösen eines Spülzyklus durch das Ausgangssignal des
Komparators 52′.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 arbeitet im übrigen
ähnlich wie dasjenige nach Fig. 1.
In weiterer Vereinfachung kann man die zur Einleitung eines
Spülvorganges vorgesehene Steuerklemme der Steuereinheit
40 einfach mit dem Ausgang eines sehr niederfrequenten frei
laufenden Taktgebers 74 verbinden, der dann die Schaltkreise
52′-54′ von Fig. 3 ersetzt, wie dort gestrichelt angedeutet.
Claims (7)
1. Druckmittelbetriebene Antriebseinrichtung, mit einer
unter Druck stehendes Arbeitsfluid bereitstellenden
Pumpe, mit einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder, der über
Arbeitsleitungen mit einem Umsteuerventil verbunden ist,
welches seinerseits über eine Druckleitung mit dem Auslaß
der Pumpe und über eine Rücklaufleitung mit einem Sumpf
verbunden ist, und mit einer Kühleinrichtung, welche der
Druckleitung und/oder der Rücklaufleitung und/oder dem
Sumpf zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die
dem Arbeitszylinder (10) benachbarten Enden der langen Ar
beitsleitungen (20, 22) eine Bypassleitung (36) angeschlos
sen ist, welche ein normalerweise geschlossenes Bypass
ventil (38) enthält.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine Spülsteuerung (40), welche in vorgegebenen
zeitlichen Abständen das als Servoventil ausgebildete By
passventil (38) in die Offenstellung bringt und gleichzei
tig das Umsteuerventil (24) in eine seiner Arbeitsstellun
gen steuert.
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn
zeichnet durch eine Spülsteuerung (40), welche mit einer
Hub-Zähleinrichtung (52′ bis 56′) zusammenarbeitet und nach
einer vorgegebenen Anzahl von Arbeitsspielen des Arbeits
zylinders (10) das als Servoventil ausgebildete Bypass
ventil (38) in die Offenstellung bringt und gleichzeitig
das Umsteuerventil (24) in eine seiner Arbeitsstellungen
steuert.
4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch eine Spülsteuerung (40), welche
mit mindestens einem in eine Arbeitsleitung (20, 22) vor
zugsweise bei deren dem Arbeitszylinder (10) benachbarten
Ende eingefügten Temperaturfühler (60, 62) zusammenarbeitet
und das als Servoventil ausgebildete Bypassventil (38) in
die Offenstellung bringt und gleichzeitig das Umsteuerven
til (24) in eine seiner Arbeitsstellungen steuert, wenn
die vom Temperaturfühler (60, 62) gemessene Temperatur des
Arbeitsfluids einen vorgegebenen Wert überschreitet.
5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spülsteuerung (40) die
Offenstellung des Bypassventils (38) und die genannte eine
Arbeitsstellung des Umsteuerventiles (24) für eine vorge
gebene Zeitspanne aufrecht erhält.
6. Druckmittelbetriebene Antriebseinrichtung, mit einer
unter Druck stehendes Arbeitsfluid bereitstellenden
Pumpe, mit einem doppeltwirkenden Arbeitszylinder, der über
Arbeitsleitungen mit einem Umsteuerventil verbunden ist,
das seinerseits über eine Druckleitung mit dem Auslaß der
Pumpe bzw. über eine Rücklaufleitung mit einem Sumpf ver
bunden ist, und mit einer Kühleinrichtung, welche der Druck
leitung und/oder der Rücklaufleitung und/oder dem Sumpf
zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuer
ventil (24) an einem dem Arbeitszylinder (10) benachbarten
Rahmenteil (68) angeordnet ist und über Arbeitsleitungen
(20′, 22′) mit verglichen mit den Arbeitsräumen des Arbeits
zylinders (10) kleinem Volumen mit dem Arbeitszylinder (10)
verbunden ist, während Druckleitung (30) und Rücklauflei
tung (32) den großen Abstand zur Pumpe (26) und zum Sumpf
(28) überbrücken.
7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das das Umsteuerventil (24) tragende Rah
menteil (68) von einem den Arbeitszylinder (10) tragenden
Rahmenteil (66) schwingungsmäßig entkoppelt ist.
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