Verfahren und Vorrichtung zum Vibrieren eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder

Abstract

 @ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vibrieren eines Kolbens (3) in einem Hydraulikzylinder (2) durch in ständiger Folge wiederholtes Einpressen und anschließendes Auslassen von Drucköl in den Raum zwischen dem Kolben und der Stirnseite (5) des Hydraulikzylinders. Es ist die Aufgabe der Erfindung, in den Kanälen (14-17) und im Inneren des Hydraulikzylinders befindliche Luft bzw. Gase ständig während des Betriebes wirksam abzuziehen. Die Erfindung erreicht dieses dadurch, daß man durch einen Kanal (14 bzw. 16) das Drucköl zuführt und durch einen anderen Kanal (17 bzw. 15) das Hydrauliköl unter Durchspülung des Raumes zwischen Kolben und Stirnseite des Hydraulikzylinders wieder herausläßt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vibrieren eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder durch eine ständige Folge wiederholten Einpressens und anschließenden Auslassens von Drucköl in den Raum zwischen dem Kolben und der Stirnseite des Hydraulikzylinders mit einer Vorrichtung, die aus einem Ölvorratsbehälter, einer an diesen angeschlossenen Pumpe, einem an diesen angeschlossenen rotierenden Steuerschieber, einer von diesem zum Ölvorratsbehälter führenden Rücklaufleitung und einem den Steuerschieber mit dem Raum zwischen dem Kolben im Hydraulikzylinder und dessen Stirnseite verbindenden Kanal besteht.

[0002] Mit dieser Vorrichtung kann man den Kolben in einem Hydraulikzylinder auf verschiedensten, kontinuierlich einstellbaren Frequenzen mit hoher Wirksamkeit vibrieren und auch vibrierend in einer Richtung verschieben, indem man beständig in den Raum zwischen dem Kolben im Hydraulikzylinder und dessen Stirnseite immer etwas mehr Hydrauliköl hineinfließen läßt als man aus ihm herausfließen läßt oder umgekehrt, immer etwas mehr Hydrauliköl herausfließen läßt als man anschließend wieder hineinfließen läßt. Auf diese Weise erzeugt man Vibrationen von solcher Intensität, wie sie sich mechanisch mit Hilfe von Unwuchten oder elektromagnetisch über elektromagnetische Schwinger nicht erzeugen lassen. Je nach der gewünschten Stärke der Vibrationen benutzt man Drucköl verschiedenen Druckes.

[0003] Als nachteilig bei dieser Art des Vibrierens hat es sich herausgestellt, daß im Hydraulikzylinder und in den zum Hydraulikzylinder führenden Kanälen eingeschlossene Luft die Kraft der Vibrationen erheblich herabsetzen kann. Aus diesem Grunde ist man dazu übergegangen, vor jeder Inbetriebnahme und auch ab und zu während des Betriebes die Vibrationsvorrichtung zu entlüften. Das jedoch bedeutet Zeitverzögerungen und zieht Stillstandszeiten der Vorrichtung nach sich. Darüber hinaus ist die vorzunehmende Entlüftung nicht immer wirksam, weil ja in den zwischen Steuerschieber und Hydraulikzylinder befindlichen Kanälen das Hydrauliköl immer nur um sehr kleine Wegabschnitte hin und her fließt, im wesentlichen aber immer in demselben Abschnitt des Kanals verharrt. Daher verharren auch Lufteinschlüsse oder Gaseinschlüsse immer an derselben Stelle. Diese Luft- bzw. Gaseinschlüsse entstehen oftmals unter dem erheblichen Druckwechsel, der in diesen Kanälen auftritt, wenn der Steuerschieber einen solchen Kanal abwechselnd in stetiger Folge an die hydraulische Druckleitung und sofort anschließend wieder an die Rücklaufleitung anschließt.

[0004] Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung, in den Kanälen und im Inneren des Hydraulikzylinders befindliche Luft bzw. Gase ständig während des Betriebes wirksam abzuziehen, und daß Hydraulikmedium kontinuierlich - mit Unterbrechungen - zu- bzw. abzuführen. Damit werden Kavitationen, stehende Wellen und dgl. vermieden.

[0005] Die Erfindung erreicht dieses dadurch, daß man in den Raum zwischen dem Kolben und der Stirnseite des Hydraulikzylinders durch einen Kanal das Drucköl zuführt und durch einen anderen Kanal das Drucköl unter Durchspülung des Raumes zwischen Kolben und Stirnseite des Hydraulikzylinders wieder herausläßt.

[0006] Durch diese auf diese Weise möglich werdende Durchspülung des Raumes zwischen Kolben und . Stirnseite des Hydraulikzylinders werden sich bildende Gase aus diesem Raum herausgetragen. Sie können dann die Kraft der Vibration nicht mehr negativ beeinflussen.

[0007] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vibrieren eines Kolbens zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen dem Steuerschieber und dem Raum zwischen dem Kolben im Hydraulikzylinder und dessen Stirnseite zwei Kanäle angeordnet sind, einer für in den Raum einfließendes Drucköl und ein zweiter für herausfließendes Drucköl. Mit Hilfe dieser beiden Kanäle wird eine ständige Durchspülung des Raumes zwischen dem Kolben und der Stirnseite des Hydraulikzylinders erreicht, bei der sämtliche sich bildenden Gase sowohl in den Kanälen als auch in dem genannten Raum herausgetragen werden.

[0008] Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Mündung des Kanales für einfließendes Drucköl zwischen der Stirnseite und der Mündung des Kanales für abfließendes Öl angeordnet ist. Es gibt Anwendungen ebenfalls in umgekehrter Anordnung.

[0009] Vorteilhaft ist es, wenn die Kanäle Bohrungen in einem Gehäuse sind, das den Hydraulikzylinder und den Steuerschieber gemeinsam aufnimmt, wobei deren Achsen senkrecht, aber versetzt zueinander verlaufen. Auf diese Weise werden die Kanäle besonders kurz, so daß sich bildende Luft oder bildendes Gas auch schnell aus der Vorrichtung herausgetragen sind.

[0010] Zweckmäßig ist es, wenn der Steuerschieber zu beiden Seiten eine sich über den gesamten Umfang erstreckende Ringnut für Drucköl aufweist, von der einzelne Nuten oder Ausnehmungen axial abzweigen. Auf diese Weise wird einerseits der Steuerschieber einfach in seinem Aufbau, andererseits ergibt sich eine Bauform, bei der zwischen Pumpe und Steuerschieber vorhandene Luft bereits mit der Leckströmung in den Rücklaufkanal fließen kann und welche kürzeste Wege zwischen Rotor und Arbeitszylinder realisiert.

[0011] Darüber hinaus ergibt sich aber auch der Vorteil, daß der rotierende Steuerschieberkolben ohne Wälz- oder spezielle Gleitlager in seinem Gehäuse lagerbar ist, weil durch das Drucköl in der Ringnut und den Leckölstrom der Steuerschieber zentriert und einwandfrei gelagert wird.

[0012] Vorteilhaft ist es, wenn parallel zu den Ringnuten mit Drucköl Ringnuten für Rücklauföl mit entsprechenden abzweigenden Nuten und Ausnehmungen angeordnet sind.

[0013] Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0014] Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Vibrationsgerät,

Fig. 2 eine Abwicklung der Oberfläche des Kolbens des Steuerschiebers,

Fig. 3 eine Abwicklung der Oberfläche des den Steuerkolben aufnehmenden Zylinders,

Fig. 4 ein Diagramm der mit dem Steuerschieber erzeugten, die Vibration bildenden Impulsfolge.

[0015] In einem Gehäuse 1 befindet sich ein zylindrischer Hohlraum 2, welcher den Arbeitszylinder bildet und in welchem der Kolben 3 verschiebbar ist. Dessen Kolbenstange 4 ist durch die beiden Stirnseiten 5 hindurchgeführt und mit irgendeinem Arbeitsgerät verbunden.

[0016] Im Gehäuse 1 befindet sich ein weiterer zylindrischer Hohlraum 6, in welchem ein rotierender zylindrischer Steuerkolben 7 untergebracht ist.

[0017] Dieser zylindrische Hohlraum 6 weist eine Achse auf, die senkrecht zur Achse des zylindrischen Hohlraumes 2 angeordnet ist, aber so weit von dieser Achse versetzt ist, daß die beiden Hohlräume 2,6 sich nicht berühren, vielmehr eine ausreichende Materialstärke zwischen diesen beiden Hohlräumen 2,6 vorhanden ist, um die vom Drucköl ausgeübten Kräfte auffangen zu können. In den zylindrischen Raum 6 führt ein Druckölkanal 8, in welchem Drucköl fließt, das von einer Pumpe 9 aus einem Ölvorratsbehälter 10 gefördert wird. Von dem Hohlraum 6 abgehend ist ein weiterer Kanal 11 vorgesehen, durch den Rücklauföl in den Ölvorratsbehälter 10 zurückfließt.

[0018] Von dem Hohlraum 6 zweigen weitere Kanäle 14, 15, 16, 17 ab. Diese Kanäle führen sämtlich in den Arbeitszylinder 2. Und zwar sind die Kanäle 14, 16 zu den Stirnseite 5 des Arbeitszylinders 2 geführt. Sie dienen der Zuführung von Drucköl aus dem Steuerzylinder 6 in den Arbeitszylinder 2. Versetzt hierzu, und zwar weiter von den Stirr seiten 5 des Arbeitszylinders 2 entfernt, münden die Kanäle 15,17 in den Arbeitszylinder 2. Durch diese Kanäle fließt Rücklauföl aus dem Arbeitszylinder 2 in den Steuerzylinder 6 und von dort in den Rücklaufkanal 11.

[0019] Dieser Zu- und Abfluß von Hydrauliköl in den Arbeitszylinder 2 wird mit Hilfe von Ausnehmungen in der Oberfläche des Steuerkolbens 7 erreicht. Eine Abwicklung der Oberfläche des Steuerkolbens 7 ist in Fig. 2 gezeigt. Zu beiden Stirnseiten des Steuerkolbens 7 sind in geeignetem Abstand Ringnuten 18,19 angeordnet. Diese kommunizieren mit den Öffnungen 20,21 in der zylindrischen Wandfläche des Steuerzylinders 6. Diese Öffnungen 20,21 bilden Mündungen des Druckölkanals 8. Von den Ringnuten 18,19 aus erstrecken sich in Richtung auf die Mitte des Steuerschiebers 7 Ausnehmungen 22, welche mit den Öffnungen 23 in der zylindrischen Wand des Steuerschiebers 6 bei geeigneter Drehstellung des Steuerschiebers 7 kommunizieren. In der Mitte des Steuerschiebers 7 ist eine Ringnut 24 angeordnet, die mit der Öffnung 25 kommuniziert, die die Mündung des Rückflußkanales 11 darstellt. Zu beiden Seiten der Ringnut 24 erstrecken sich Ausnehmungen 26, die bei geeigneter Drehwinkelstellung mit den Öffnungen 27 in der zylindrischen Wand 6 des Steuerschiebers zeitweise kommunizieren. Diese Öffnungen 27 sind die Mündungen der Kanäle 15,17₀

[0020] Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Durch die Pumpe 9 wird Drucköl erzeugt, welches durch die Druckleitung 8 dem Steuerschieber 6,7 zugeführt wird, derart, daß es in die Ringnuten 18,19 eintritt. Der Steuerschieberkolben 7 rotiert. Dabei bewegen sich die Ausnehmungen 22 seitlich der Ringnut 18 an den Öffnungen 23 vorbei, die Ausnehmungen 22 der Ringnut 19 an der Ausnehmung 23. Gleichzeitig bewegen sich die von der Ringnut 24 abzweigenden Ausnehmungen 26 an den Öffnungen 27 vorbei. Jedes Mal dann, wenn eine Ausnehmung 22,26 mit einer Öffnung 23,27 kommuniziert, findet ein Durchgang von Drucköl durch die Leitungen 14,16 bzw. von Rücklauföl durch die Leitungen 15,17 statt.

[0021] Wird durch die Leitung 14 Drucköl zugeführt und gleichzeitig die Leitung 17 mit der Rücklaufleitung 11 verbunden, so wird der Kolben 3 nach oben geschoben, umgekehrt wird der Kolben nach unten geschoben, wenn Drucköl durch die Leitung 16 in den Innenraum des Zylinders 2 oberhalb des Kolbens 3 eingelassen und gleichzeitig die Leitung 15 mit der Rücklaufleitung 11 verbunden wird.

[0022] Da sich der Steuerschieberkolben 7 in ständiger Rotation befindet, werden ständig wechselnd die beiden Seiten des Kolbens 3 mit Drucköl beaufschlagt und der Kolben 3 bewegt sich mit einer der Drehzahl des Steuerkolbens 7 entsprechenden Frequenz vibrierend hin und her. Dabei sind die vom Kolben 3 zurückgelegten Wege abhängig von der Dauer des jeweiligen Druckölzuflusses, aber auch von dem Abfluß des Hydrauliköles.

[0023] Da durch die Leitungen 14,16 immer nur Drucköl zugeführt wird, während durch die Leitungen 15,17 Öl aus dem Innenraum des Zylinders 2 herausgelassen wird, findet eine ständige Spülung der Innenräume des Zylinders 2 statt. Durch Kavitation und andere Gründe sich bildendes Gas innerhalb der Räume des Arbeitszylinders 2 wird somit ständig herausgespült und kan daher keine negativen Einwirkungen auf die Arbeitsintensität des Kolbens 3 ausüben. Gleichzeitig werden hierdurch die Wände der Kanäle 14,16 nicht so stark beansprucht wie bei Vorrichtungen, bei denen diese Kanäle ständig einmal an die Druckleitung, das andere Mal an die Rücklaufleitung angeschlossen werden.

[0024] Durch die Anordnung der Druckölringnuten 18,19 zu beiden Seiten des zylindrischen Steuerkolbens 7 ist erreicht, daß der Steuerkolben 7 ohne besondere Lager innerhalb des zylindrischen Raumes 6 derart schwimmt, daß er die Wandungen des zylindrischen Raumes 6 nicht berührt.

[0025] Da die Kanäle 14,15 einerseits und 16,17 andererseits gegenüberliegende Mündungen in den zylindrischen Raum 6 haben, sind die entsprechenden Ausnehmungen auf der Oberfläche des Steuerkolbens 7 um 180° versetzt angeordnete Unter Berücksichtigung dieser Versetzung sieht man, daß immer eine Ausnehmung des Druckkanales einer Seite um 180° versetzt zu einer entsprechenden Ausnehmung seitlich der Rücklaufölnut 24 angeordnet ist. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel werden Vibrationsimpulse nur während einer halben Umdrehung des Steuerkolbens 7 ausgeübt, bei der anderen halben Umdrehung herrscht eine Vibrationspause. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weisen hier die Vibrationsimpulse unterschiedliche Höhe und Gestalt auf, was im praktischen Betrieb erhebliche Vorteile für die Bearbeitung von Materialien mit sich bringt.

[0026] Dargestellt ist die Wirkungsweise der Erfindung an einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder. Es besteht aber auch die Möglichkeit, durch Fortlassen der Kanäle 16,17 und Anordnung einer auf den Kolben 3 wirkenden Feder in demjenigen Raum, in den sonst die Kanäle 16,17 einmünden würden, den Hydraulikzylinder einseitig zu betreiben. In diesem Falle würden die Ausnehmungen 22 seitlich der Ringnut 18 entfallen, die Ringnut 18 selbst hingegen würde man zweckmäßigerweise belassen, um sie als Lager für den Steuerkolben 7 zu benutzen.

[0027] In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, das Drucköl durch mehrere Kanäle einer bzw. jeder Seite des Kolbens zuzuführen und/oder das abzuführende Öl durch mehrere Kanäle abzuführen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Vibrieren eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder durch in ständiger Folge wiederholtes Einpressen und anschließendes Auslassen von Drucköl in den Raum zwischen dem Kolben und der Stirnseite des Hydraulikzylinders,
dadurch gekennzeichnet,
daß man durch mindestens einen Kanal das Drucköl zuführt und durch mindestens einen anderen Kanal das Hydrauliköl unter Durchspülung des Raumes zwischen Kolben und Stirnseite des Hydraulikzylinders wieder herausläßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man in dem Hydraulikzylinder auf beiden Seiten des Kolbens jeweils durch mindestens einen Kanal das Drucköl zuführt und durch mindestens einen anderen Kanal das Hydrauliköl unter Durchspülung des Raumes zwischen Kolben und Stirnseite des Hydraulikzylinders wieder herausläßt_o

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man bei der Druckölzuführung zu einer Seite des Kolbens (oder zu beiden Seiten des Kolbens) das Drucköl jeweils durch mehrere Kanäle zuführt und/oder das abzuführende Öl durch mehrere Kanäle wieder herausläßt.

4. Vorrichtung zum Vibrieren eines Kolbens in einem Hydraulikzylinder, bestehend aus einem Ölvorratsbehälter, einer an diesen angeschlossenen Pumpe, einem an diesen angeschlossenen rotierenden Steuerschieber, einer von diesem zum Ölvorratsbehälter führenden Rücklaufleitung und einem den Steuerschieber mit dem Raum zwischen dem Kolben im Hydraulikzylinder und dessen Stirnseite verbindenden Kanal,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Steuerschieber (6,7) und dem Raum zwischen dem Kolben (3) im Hydraulikzylinder (2) und dessen Stirnseite (5) mindestens zwei Kanäle (14,15; 16,17) angeordnet sind, mindestens einer (14,16) für in den Raum einfließendes Drucköl und mindestens ein zweiter (15,17) für herausfließendes Öl.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündung des Kanals (14,16) für einfließendes Drucköl zwischen der Stirnseite (5) und der Mündung des Kanals (15,17) für abfließendes Öl angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle (14,15; 16,17) Bohrungen in einem Gehäuse (1) sind, das den Hydraulikzylinder (2) und den Steuerschieber (6,7) gemeinsam aufnimmt, wobei deren Achsen senkrecht, aber versetzt zueinander verlaufen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerschieberkolben (7) zu beiden Seiten eine sich über den gesamten Umfang erstreckende Ringnut (18,19) für Drucköl aufweist, von der einzelne Nuten oder Ausnehmungen (22) axial abzweigen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der rotierende Steuerschieberkolben (7) ohne Wälz- oder spezielle Gleitlager in seinem Gehäuse (1) gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zu den Ringnuten (18,19) mit Drucköl mindestens eine Ringnut (24) für Rücklauföl mit entsprechenden abzweigenden Nuten bzw. Ausnehmungen (26) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Achse des rotierenden Steuerschiebers (7) versetzt und senkrecht zur Achse der Kolbenstange (4) verläuft.

Zeichnung