DE1262656B - Hydraulischer Vibrator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 06b

Deutsche Kl.: 42 s -1/18

Nummer: 1262 656

Aktenzeichen: A 44907 VI a/42 s

Anmeldetag: 31. Dezember 1963

Auslegetag: 7. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Vibrator mit in einem Zylinder verschiebbaren Kolben sowie mindestens einer durch die Stirnseite des Zylinders nach außen ragenden koaxialen Kolbenstange und mit zwei benachbart den Enden des Zylinderraumes mündenden, je abwechselnd als Druckmittelzu- und -abfuhrleitung wirkenden Leitungen.

Ein solcher hydraulischer Vibrator ist bekannt. Er wird von einer Pumpanordnung angetrieben, die zwei Drehkolben aufweist, die einen gemeinsamen Antrieb besitzen. Während die eine Drehkolbenpumpe fördert, saugt die andere an. Der Zylinder mit hin- und hergehendem Kolben ist über die beiden Druckmittelzu- und -abfuhrleitungen mit beiden Pumpen verbunden. Da jede Pumpe zwei Anschlüsse aufweist, sind die beiden restlichen Anschlüsse der Pumpen mittels einer über eine Kühleinrichtung geführten Verbindungsleitung verbunden. Das ganze System ist damit geschlossen. Die Verdrängung pro Umlauf ist bei beiden Pumpen gleich und stimmt mit der Verdrängung des in dem hydraulischen Zylinder hin- und herbeweglichen Kolbens pro Hub genau überein. Nachteilig ist daß bei nachlassendem Liefergrad infolge Abnutzung der Pumpen sich auch der Kolbenhub und damit die Bewegungsstrecke des an der Kolbenstange befestigten Werkzeuges verringert. Nachteilig ist weiterhin, daß die hydraulische Flüssigkeit in dem Rohrleitungssystem nicht umgewälzt wird, sondern nur — je nach' der lichten Weite der Rohrleitung — um eine mehr oder weniger lange Strecke hin- und herbewegt wird. Wegen der nicht zu vermeidenden Erwärmung des hydraulischen Mediums ist ein recht großer Kühler erforderlich, durch den das hydraulische Medium aber nicht zirkuliert, der vielmehr seine Kühlwirkung nur durch Vermischung der kälteren Flüssigkeitsteilchen mit den wärmeren Teilchen überträgt. Schließlich besteht noch ein Nachteil darin, daß die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens am Hubende abgedämpft ist, was für viele Anwendungsfälle, wie beispielsweise einem Schlaghammer, unerwünscht ist. Wenn aber die Dämpfung verringert wird, schlägt eine Ringschulter der Kolbenstange gegen das Gehäuse, wodurch erhebliche Beanspruchungen auftreten, die der bekannten Vorrichtung eine nur geringe Lebensdauer geben.

Aufgabe der Erfindung ist es, die der bekannten hydraulischen Einrichtung anhaftenden Nachteile zu vermeiden und sie insbesondere so auszubilden, daß unabhängig von dem Nachlassen der Pumpleistung über die gesamte Lebensdauer des Vibrators gleich Hydraulischer Vibrator

Anmelder:

Applied Power Industries, Inc.,

Milwaukee, Wis. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:
Hugh T McGee,
Milwaukee, Wis. (V. St. A.)

große Arbeitshübe beibehalten werden. Außerdem sollen mechanische Beanspruchungen des den hin- und hergehenden Kolben enthaltenden Gehäuses vermieden werden, und die Einrichtung soll im ganzen vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus den Bohrungen des Zylinders zwischen den Mündungen der beiden Druckmittelleitungen eine Ableitung herausführt, die vom Kolben an den Hubenden freigegeben wird und damit die Totpunkte durch Abführen des den Kolben treibenden Druckmittels durch die Ableitung festlegt, und daß der ölkreislauf aus den zwei unabhängigen Drucksystemen über einen Niederdruckspeicher durch einen gemeinsamen Rücklauf geschlossen ist.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Der erfindungsgemäße hydraulische Vibrator arbeitet etwa folgendermaßen: Wenn durch die eine Druckmittelleitung C1 oder C 2 hydraulisches Medium zugeführt wird, wird der Kolben 30 mit Kolbenstange 34 und 35 axial bewegt. Der Kolben 30 besitzt eine ausreichende, axiale Erstreckung, so daß er während dieser Bewegung eine ringförmige Nut 51 verdeckt, die zur erfindungsgemäß vorgesehenen Ableitung gehört. Die Mittel zum Ableiten der die Lager schmierenden Flüssigkeit und diejenigen zum Vorbeileiten einer bestimmten Menge der zu dem Vibrator gepumpten Flüssigkeit sind wie folgt aus-

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gebildet: In dem Gehäuse sind axial verlaufende Leckölkanäle 43 und 44 vorgesehen, deren Enden sich mit Leckölableitungen 46 und 47 kreuzen. Kleinere Querbohrungen 48 und 49 verlaufen durch die Lager 23 und sind mit den Leckölableitungen 46 und 47 ausgerichtet. Eine ringförmige Nut 45 verläuft um den Umfang des Lagers 23 an der Verbindungsstelle der Leckölableitung 46 und Bohrung 48 sowie der Leckölableitung 47 und Bohrung 49. Eine mittlere Querbohrung 50 verbindet den mittleren Abschnitt des axialen Leckölkanals 44 mit der um den mittleren Abschnitt des Zylinders 20 herumlaufenden ringförmigen Nut 51. Ein Auslaß 52 verbindet den Leckölkanal 43 über die Leitung 53 hydraulisch mit dem Niederdruckspeicher 54. Durch diese Anordnung gelangt unter Druck stehende Flüssigkeit in die Bohrung 50, wenn der Kolben 30 sich genügend weit in eine der beiden Richtungen bewegt. Diese Flüssigkeit gelangt durch den Leckölkanal 44 in die Leckölableitungen 46 und 47 und von dort in die ringförmigen Ausnehmungen 45 in den Lagern 23. Außerdem gelangt die aus den Kammern 32 und 33 durch Lecken an den inneren Enden der Lager 23 vorbei zu deren Schmierung ausgetretene Flüssigkeit durch die Querbohrungen 48 und 49 ebenfalls in die ringförmige Nut 45. Der Strom aus vorbeigeleiteter und Schmierflüssigkeit gelangt sodann in den axialen Leckölkanal 43 und wird über die Leitung 53 in einen Niederdruckbehälter 54 zurückgeführt.

Kurz vor Hubende kommt diese Nut 51 frei, so daß das den Kolben 30 treibende Druckmittel aus der Ableitung ausströmen kann. Der Kolben gelangt unmittelbar darauf zum Stillstand, so daß die erfindungsgemäße Ableitung als Hubbegrenzung wirkt. Durch Verlängerung des Kolbens und durch entsprechende Versetzung der Mündung der Ableitung läßt sich somit in einfachster Weise eine vorgegebene, maximale Bewegungsstrecke des Kolbens einstellen. Diese Bewegungsstrecke ist von der Fördermenge der Axialkolbenpumpe P unabhängig, die in an sich bekannter Weise auf zwei Leitungen C1, C 2 und deren entsprechenden Kanälen 41 und 42 im Zylinder 20 in bestimmten Zeitabständen periodisch einen in der Phase verschobenen Druck ausübt. Hierin besteht ein sehr großer Vorteil gegenüber der bekannten Einrichtung. Die Axialkolbenpumpe hat nämlich eine größere Verdrängung der Kolben 30 mit den zugehörigen Kolbenstangen 34 bzw. 35 und den von den Kolbenstangen und der Bohrung 21 des Zylinders 20 gebildeten Kammern 32 und 33. Die Differenzmenge strömt durch die Ableitung. Wenn somit der Liefergrad der Axialkolbenpumpe nachläßt, bleibt die Fördermenge immer noch größer als die Verdrängung des Kolbens während eines Hubes. Die Größe des Hubes ist daher auch nach langer Betriebszeit noch konstant.

Vorzugsweise ist die Ableitung mit einem Niederdruckbehälter 54 verbunden. Durch diesen fließt jeweils die Differenzmenge zwischen Pumpenverdrängung und Kolbenverdrängung.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kolbenstangen 34 und 35 in einem Lager 23 geführt sind, das in zwei axial voneinander, durch in den Lagerspalt führende Radialbohrungen 48 und 49 getrennte Abschnitte, nämlich einen inneren, vom Druckmittel geschmierten Lagerabschnitt und einen außenliegenden mit O-Ringen 38 versehenen Dichtungsabschnitt unterteilt ist. Die Lager sind am Ende des Zylinders mit Halterungen 24 und Schrauben 25 befestigt. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Radialbohrungen 48 und 49 mit der Druckmittelableitung an der Ringnut 45 in Verbindung stehen. Bei der bekannten Vorrichtung ist ein Lecken der Druckflüssigkeit wegen des hohen Betriebsdruckes an der Stopfbuchse der Kolbenstange nicht zu vermeiden. Durch die Ausgestaltung der Erfindung tritt demgegenüber überhaupt keine Undichtigkeit auf. Darüber hinaus wird die Kolbenstange 34 bzw. 35 in ihrem Lager 23 sogar noch geschmiert, so daß die Abnutzung äußerst gering ist. Als Schmiermittel wird das Druckmedium verwendet. Dieses kann jedoch nicht aus der Stopfbuchse austreten, da es vor Erreichen des Dichtungsabschnittes durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Radialbohrungen 4S und 49 in die Ableitung 43, 44, 45, 52 und 53 abgesaugt wird.

Zweckmäßig ist es, wenn die zusätzlichen Leckölkanäle an einer von beiden Zylinderenden gleich weit entfernten Stelle münden. Der Zylinder 20 ist dann symmetrisch ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn an beiden Seiten des Kolbens 30 Kolbenstangen 34 und 35 angebracht sind, so daß auch der bewegliche Teil im Zylinder 20 symmetrisch ist und in seiner mittleren Lage die Mündung der Ableitung des Zylinders mittig verdeckt.

Die hydraulische Einrichtung gemäß der Erfindung weist eine zwei abwechselnd pumpende und saugende Verdrängereinheiten aufweisende hydraulische, an sich bekannte Axialkolbenpumpe auf, an deren jede eine der Druckmittelzufuhr- und -abfuhrleitungen Cl bzw. C 2 angeschlossen sind. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird bei dieser Anordnung darin gesehen, daß die zusätzliche Ableitung mit der Saugseite 13 der Axialkolbenpumpe verbunden ist und daß die Verdrängung jeder der beiden an sich bekannten Axialkolbenpumpeneinheiten größer als die Verdrängung des Kolbens bei einem Kolbenhub ist. Während die eine Pumpeneinheit Druckmittel in die Kolbenkammer 32 bzw. 33 einführt, wird der Kolben 30 axial verlagert. Wird die Mündung der Ableitung 51 vom Kolben 30 freigelegt, wird die Kolbenbewegung augenblicklich gestoppt. Wesentlich ist, daß hierzu kein Dämpfer verwendet wird, so daß der letzte Bewegungsabschnitt des Kolbens im wesentlichen unverzögert durchlaufen wird. Auch bei höchster Frequenz gelangt die Kolbenanordnung nicht mit ortsfesten Teilen des Zylindergehäuses 20 in Anlage, so daß ein Verschleiß weitgehend vermieden wird. Die von der Axialkolbenpumpe über die Verdrängung des Kolbens hinausgehende Druckmittelmenge wird durch die Ableitung hindurch der Saugseite der Axialkolbenpumpe wieder zugeführt. Das System ist somit geschlossen.

Schließlich besteht noch eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung darin, daß mindestens eine der Druckmittelzu- und -abfuhrleitungen an ein Regelventil 60 angeschlossen ist, mit dem zur Hubverstellung des Kolbens eine Kurzschlußverbindung 61, 60 unter Umgehung des Zylinders 20 zur Niederdruckseite mit einstellbarem Durchsatz herstellbar ist. Wenn das Regelventil 6© geschlossen ist, arbeitet der Kolben mit Maximalhub. Wird jedoch das Regelventil 60 betätigt, so kann der Zylinderkammer weniger Druckmittel zugeführt werden, als zur Verdrängung des Kolbens um den Maximalhub notwendig wäre. Die Mündung der erfindungsgemäßen

Ableitung 51 wird somit durch den Kolben 30 nicht freigelegt, und der Kolben bewegt sich nur über einen Teil seiner möglichen Bewegungsstrecke. Mittels dieser einfachen Bypass-Regelung ist in sehr zweckmäßiger Weise eine Hubverstellung, und zwar über den gesamten Bewegungsbereich des Kolbens stufenlos möglich. Wenn der Kolben nur in einer Richtung arbeiten soll, ist auch nur ein Regelventil erforderlich. Die den Rückhub des Kolbens 30 bewirkende Druckmittelleitung C 2 bzw. C1 führt der Kolbenkammer die unverminderte Fördermenge der Axialkolbenpumpe zu, so daß beim Rückhub ein Teil der Pumpfördermenge durch die erfindungsgemäße Ableitung am hinteren Totpunkt des Kolbens entweichen muß.

Das Überströmen eines Teils der Fördermenge der Pumpe in die Ableitung bringt den weiteren Vorteil, daß auch bei einem Hochleistungsbetrieb keine Kühlung des Druckmittels erforderlich ist, da dieses im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung nicht nur hin- und herbewegt wird, sondern zirkuliert, somit an den kühleren Stellen des Systems Wärme abgeben kann.

Die ringförmige Nut 51 und die ihr zugeordneten, zum Niederdruckbehälter führenden Kanäle bewirken ebenfalls, daß der Kolben in dem Zylinder automatisch zentriert bzw. in zentrierter Lage gehalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß, wenn der Kolben sich so weit bewegt, daß die Nut 51 in Verbindung mit der Druckkammer gelangt, der in dieser Kammer herrschende Druck augenblicklich in den Niederdruckbehälter geleitet wird, wodurch der Kolben in seiner Stellung angehalten wird. Auf diese Weise wird vermieden, daß der Kolben sich zu weit nach irgendeiner Richtung in den Zylinder bewegt.

Die Kolbenstangen 34 und 35 können voneinander verschiedene Durchmesser haben und/oder die Pumpenkolben können verschieden groß sein, um die Geschwindigkeit des Vibrators in der einen oder anderen Richtung zu verändern, d. h., die Geschwindigkeiten des Vibrators in den beiden Richtungen können verschieden sein.

Der erfindungsgemäße Vibrator läßt sich leicht fernsteuern. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Leitungen Cl und C 2 mit beträchtlicher Länge herstellbar sind und die langen Flüssigkeitssäulen in diesen Leitungen bei schneller Bewegung in entgegengesetzten Richtungen keine Störungen infolge Trägheitserscheinungen hervorrufen, weil das Gewicht dieser Flüssigkeit, gemessen an der vom Vibrator erzeugten Schlagkraft, gering ist.

Der erfindungsgemäße Vibrator kann selbstverständlich bei niedrigen Frequenzen verwendet werden, jedoch ist er besonders für den Betrieb bei hohen Frequenzen gedacht, wo bisher besondere Schwierigkeiten auftraten. Er arbeitet über die starren Flüssigkeitssäulen des erfindungsgemäßen, geschlossenen Kreislaufes mit der Geschwindigkeit der Axialkolbenpumpe und in Phase mit ihr. Er liefert besonders hohe Schlagkraft bei hohen Frequenzen, und durch Lecken von Flüssigkeit und Überhitzen auftretende Störungen sind bei ihm vermieden. Er ist hinsichtlich seiner Einbaulage unempfindlich und in seinen Ausgangsweiten leicht und genau einstellbar.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Vibrator mit in einem Zylinder verschiebbaren Kolben sowie mindestens einer durch eine Stirnseite des Zylinders nach außen ragenden koaxialen Kolbenstange und mit zwei benachbart den Enden des Zylinderraumes mündenden, je abwechselnd als Druckmittelzu- und -ableitung wirkenden Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bohrung (21) des Zylinders (20) zwischen den Mündungen der beiden Druckmittelleitungen (40, 41) eine Ableitung (50, 44, 43, 53) herausführt, die vom Kolben (30) an den Hubenden freigegeben v/ird und damit die Totpunkte durch Abführen des den Kolben treibenden Druckmittels durch die Ableitung (50, 44, 43, 53) festlegt und daß der Ölkreislauf aus den zwei unabhängigen Drucksystemen (Cl, C2) über einen Niederdruckspeicher (54) durch einen gemeinsamen Rücklauf geschlossen ist.

2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (34, 35) in einem Lager (23) geführt ist, das in zwei axial voneinander durch in den Lagerspalt führende Radialbohrungen (48, 49) getrennte Abschnitte, nämlich einen inneren, vom Druckmittel geschmierten Lagerabschnitt und einen axial außenliegenden mit O-Ringen (38) versehenen Dichtungsabschnitt unterteilt ist und daß die Radialbohrungen (48, 49) mit der Druckmittelableitung (50, 44, 43, 53) in Verbindung stehen.

3. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten des Kolbens (30) Kolbenstangen (34, 35) vorgesehen sind und aus dem Zylinder herausgeführt sind.

4. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (50, 44, 43, 53) in einer Ringnut (51) mündet.

5. Vibrator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (51) von beiden Zylinderenden gleich weit entfernt ist.

6. Vibrator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, mit einer zwei abwechselnd pumpenden und saugenden Verdrängerpumpeinheiten aufweisenden hydraulischen Pumpe, an deren jede eine der Druckmittelzufuhr- und -abfuhrleitungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ableitung (50, 44,43,53) mit der Saugseite der Pumpe verbunden ist und daß die Verdrängung jeder der beiden Pumpeinheiten gf ößer als die Verdrängung des Kolbens bei einem vollen Hub ist.

7. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Druckmittelzu- und -abfuhrleitungen (Cl, C2) an ein Regelventil (60) angeschlossen ist, mit dem zur Hubverstellung des Kolbens (30) eine Kurzschlußverbindung unter Umgehung des Zylinders zur Niederdruckseite mit einstellbarem Durchsatz herstellbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 941 475, 2 676 462.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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