DE3710028A1 - Druckmittelbetriebene antriebseinrichtung - Google Patents

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.