Hydraulisch angetriebener Hochdruckreiniger

Abstract

 Der hydraulisch angetriebene Hochdruckreiniger hat wenigstens drei mit Hydrauliköl beaufschlagte Kolben (2), die gegen eine zweite und zu verdrängende Flüssigkeit wirken. Jeder Kolben (2) hat eine Synchronisierstange (6), die gegen eine Dreheinrich­tung (9-12) wirkt, deren Drehung durch die Axialbewegung der Synchronisierstangen (6) bewirkt wird. Die Dreheinrichtung (9-12) treibt eine Steuerung (22,51) an, die das Hydrauliköl zu den mit Hydrauliköl beaufschlagten Kolben (2) und von diesen weg­steuert, wodurch deren Axialbewegung erezeugt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen hydraulisch angetriebenen Hoch­druckreiniger mit wenigstens drei, auf ihrer einen Seite mit Hydrauliköl beaufschlagten Kolben, die auf ihrer anderen Seite auf eine zweite und zu verdrängende Flüssigkeit in kontinuier­licher Arbeitsweise wirken, z.B. zum Zwecke von Hochdruckreini­gung.

[0002] Hochdruckreiniger der gesammten Gattung sind bekannt. Diese beinhalten eine Mehrzahl von Hydraulikkolben, die mittig eine Steuerung antreiben und von dort aus eine Vielzahl von Wasser­kolben, die mit den Hydraulikkolben verbunden sind. Da die Verwendung von außenliegenden Gummidichtungen zur Abdichtung der Kolben erforderlich ist, wird ein großer Einbaudurchmesser benötigt. Da die Steuerung in solchen Fällen zwischen der ölhydraulisch und der wasserseitig beaufschlagten Kolbenfäche angeordnet werden muß, ist der radial erforderliche Einbauraum sehr groß, zumal er quadratisch mit dem Radius steigt; auch der longitudinale Einbauraum wird vergrößert als Vervielfacher des infolge zusätzlichen Einbauraums benötigten Hubes, was insgesamt zu einem großen Gewicht und Volumen der Maschine führt. Diese Probleme werden besonders klar, wenn die Synchronisierkräfte ermittelt werden, die z.B. aus Kolbenreibung, Dichtungsreibung sowie anderer Reibung wie z.B. von Lagern und von Hydraulikkräften herrühren, die zur Überwindung des in den Totpunkten im Zylinder eingeschlossenen Kompressions­öles erforderlich sind. Als allgemeiner Erfahrungswert hat sich herausgestellt, daß die Dreheinrichtung und ihre Lager und/oder gleitenden Teile sehr groß im Verhältnis zu den Kolben- und Dichtungsdurchmessern ausgelegt werden müssen, wobei eine weitere mechanische Verstärkung bei Wechselbean­spruchungen erforderlich ist. Insgesamt wurden noch keine gattungsmäßigen Gerate in Serie produziert, sondern nur "konventionelle Bauarten", d .h. Gerate mit Hydraulikmotor, hydraulischen Steuerungselementen, Kupplungen, Wasserpumpe, wasserseitigen Steuerungseinrichtungen, Montagerahmen, Abdeck­haube etc., denn die technischen Schwierigkeiten mit bisherigen, gattungsgemäßen Geräten waren zu groß.

[0003] Die Erfindung zielt darauf, ein gattungsgemäßes Reinigungsgerät in äußerst leichter, kompakter und trotzdem betriebssicherer Weise zu gestalten, um einen einfachen Einsatz mit Gabelstaplern, Ackerschleppern, Baumaschinen, Lkw mit Bordhydraulik, Beton­mischern usw. zu ermöglichen.

[0004] Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auf jeder Ölseite eines axial beweglichen und ölhydraulisch angetriebenen Kolbens (2) eine Synchronisierstange (6) angeord­net wird, die mit einer Dreheinrichtung (9-12) diese antreibend so verbunden ist, daß die Axialbewegung der Kolben (2) in eine Drehbewegung des Taumelringes (12) umgesetzt wird, wobei die Dreheinrichtung (9-12) eine Steuerung (22) antreibt, welche das Hydrauliköl so zu und von den Kolben (2) weg steuert, daß deren Axialbewegung erzeugt wird.

[0005] Im Ergebnis können durch diese Anordnung die Dreheinrichtung (9-12) und die Steuerung (22,51) radial erheblich vergrößert und in einem frei verfügbaren Raum untergebracht werden, der sinnvollerweise vom gemeinsamen Umfangskreis aller Kolben einschließlich derer Dichtungen gebildet wird. Als Ergebnis daraus wiederum können die Kolben-Zylinder-Dichtungs-Anordnungen nächstmöglich aneinander gelegt werden, so daß eine große Dreheinrichtung (9-12) und Steuerung (22,51) konstruktiv frei gestaltbar so untergebracht werden können, daß die hohen Synchronisierkräfte betriebssicher aufgenommen werden.

[0006] Als weiteres Ergebnis des Erfindungsgedankens treten die die Dreheinrichtung (9-12) und Steuerung (22,51) antreibenden Axialkräfte hauptsächlich nur in einer Arbeitsrichtung als Zugkräfte auf, so daß gefährliche Wechselkräfte vermieden werden und dadurch die Maschinenlebensdauer erheblich vergrößert wird.

[0007] Als nochmals weiteres Ergebnis kann die Maschine so kompakt mit allen Innenteilen so dicht beieinander liegend angeordnet werden, daß alle ölhydraulischen und wasserseitigen Steuerungselemente so dicht beieinander im Zylinderblock (1) bzw. Ventilblock (50) untergebracht werden können, daß externe Verrohrungen, Anschluß­stücke, Aufbauanordnungen usw. zugunsten einer total integrierten Bauweise vermieden werden.

[0008] Im Gesamtergebnis baut die erfindungsgemäße Maschine so kompakt, leicht und trotzdem betriebssicher, daß ein einfacher Arbeitsein­satz mit Gabelstaplern, Ackerschleppern, Baumaschinen, Lkw. mit Arbeitshydraulik, Betonmischern usw. als kleines und handliches Arbeitsgerät möglich wird.

[0009] Die beigefügten Zeichnungen erläutern die Erfindung und zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hoch­druckreiniger;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer alternativen Ausführung des Erfindungsgedankens;

Fig. 4 einen Gewichts- und Volumenvergleich einer konventionellen Maschine im Vergleich mit einem realisierten, erfindungs­gemäßen, hydraulisch angetriebenen Hochdruckreiniger

[0010] Der in Fig. 1 gezeigte, erfindungsgemäße Hochdruckreiniger besteht aus einem Zylinderblock (1), in dem ölhydraulisch angetriebene Kolben (2) axial beweglich angeordnet sind. Drucköl (23) wird in die Einlaßöffnung (24) und über einen Verbindungskanal (25) zu einer Steuerung (22) geleitet, d.h. über deren Umfangskanal (26), eine Verbindungsbohrung (27) zur Druckniere (28) und von dort zu einer Steuerbohrung (29) und von dort in den Zylinderraum zwischen dem rechten Ende des Kolbens (2) und dem linken Ende der Synchronisierstange (6).

[0011] Als Ergebnis dieser Anordnung bewegt sich bei Einleitung von Drucköl der Kolben (2) nach links, erzeugt über Synchronisier­stange (6) eine auf die Dreheinrichtung (9-12) wirkende Zugkraft, wodurch der Taumelring (12) infolge seiner einseitigen Schräg­fläche in Drehbewegung versetzt wird.

[0012] Lochscheibe (9) ist drehfähig im Taumelring (12) gelagert mittels eines inneren Lagers (11), das durch Sicherungsringe (16,17) gehalten wird. Taumelring (12) wird andererseits mittels eines äußeren Lagers (13) drehfähig zwischen Zylinderblock (1) und Deckel (14) außen gehalten, sowie innen mittels Sicherungsring (15). Sobald die Synchronisierstange (9) unter Zugkraft steht, wird der Taumelring (12) wegen seiner links gegenüber der Drehachse geneigten Schrägfläche in Drehbewegung versetzt, die auf Antriebs­welle (19) mittels Bolzen (20) und von dort auf die Steuerung (22) mittels Bolzen (21) übertragen wird.

[0013] Sobald Drucköl (23) in Einlaß (24) und über Steuerung (22) zur Ölseite von Kolben (2) geleitet wird, ziehen Kolben (2) und Synchronisierstange (6) an Lochscheibe (9), die dadurch zum Taumeln gebracht wird und dadurch wiederum Taumelring (12) dreht. Da diese Drehbewegung über Antriebswelle (19) auf die Steuerung (22) übertragen wird, gleitet Druckniere (28) über die Steuerbohrungen (29), so daß die Zylinder nacheinander mit Drucköl versorgt werden.

[0014] Da entgegenliegende Steuerbohrungen (29) entgegenliegende Zylinder jeweils zur Tankniere (40) verbinden, wird das Öl über Verbindungsbohrung (41), Taumelraum (42) und Verbindungs­kanal (43) zum Auslaß (44) geleitet, von wo es als Tanköl (45) wieder zum Tank fließt.

[0015] Wegen des Hubes einer Mehrzahl von Kolben (2) wird Saugwasser (30) in die linken Zylinderräume über Saug-Rückschlagventile (32) gesaugt, sobald sich Kolben (2) nach rechts bewegt. Das Wasser wird von dort zum Auslaß (34) über Druck-Rückschlagventile (33) verdrängt, sobald der Kolben (2) nach links in Richtung der Druck- und Saugventile (32,33) geschoben wird. Da das antreibende Hydrauliköl (23) kontinuierlich in die Maschine hineingeleitet wird, bewegen sich deren Innenteile ebenfalls kontinuierlich, wodurch das Druckwasser gleichfalls kontinuierlich vorzugsweise durch eine Anzahl von drei Kolben (2) zum Auslaß (34) verdrängt wird.

[0016] Es ist offensichtlich, daß wegen der taumelnden Schieflage von Lochscheibe (9) während einer Umdrehung die Köpfe der Synchroni­sierstangen (6) die Form von Teilkugeln (8) haben müssen, die durch Sicherungsringe (48) auf den Synchronisierstangen (6) gehalten werden. Diese Teilkugeln (8) werden wiederum gelenkig in Kugelkalotten (7) gehalten, die ein wenig auf Lochscheibe (9) gleiten, um einen gering­fügigen Radialweg auf Grund des Taumelwinkels von Lochscheibe (9) auszugleichen.

[0017] Es ist ferner offensichtlich, daß die Stirnflächen (46) der Synchronisierstangen (6) den Taumelring (12) bei hoher Geschwindig­keit nicht berühren dürfen, um ein Festbremsen zu vermeiden. Deswegen muß erfindungsgemäß eine Druckscheibe (10) vorgesehen werden, die z.B. durch Sicherungsring (18) gehalten wird und gemeinsam mit Lochscheibe (9) taumelt.

[0018] Um Durchmischungen von Wasser und Öl zu vermeiden, kann ein Entlüftungskanal (5) vorgesehen werden, der eine eventuelle Leckage in die Atmosphäre entläßt. Natürlich kann ein Druck­begrenzungs und/oder Unloaderventil vorgesehen werden.

[0019] Weiter können die Kolben (2) und Synchronisierstangen (6) durch ein radial und winklig bewegliches Gelenk verbunden werden, um Fertigungstoleranzen und Verformungen auszugleichen.

[0020] Falls die Synchronisierstangen (6) zur Aufnahme von Radialkräften ausgestaltet sind, die aus der Schrägstellung von Lochscheibe (9) resultieren, kann Kolben (2) frei von Seitenkräften verbleiben, so daß eine "schwimmende" Kolbenanordnung möglich wird, d.h. die Kolben werden nur in den Dichtungen (3,4) und/oder relativ schmalen Führungen des Zylinderblocks (1) und/oder darin befindlichen Führungsringen geführt.

[0021] Selbstverständlich kann die Steuerung (22) durch eine beliebige andere Steuerung ersetzt werden, wie z.B. beschrieben in: "2nd Fluid Power Symposium, January 1971, Paper E4, BHRA, Cranfield, Bedford, England."

[0022] Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung, wonach die Steuerung (22) durch einen Pilzkopf (51) ersetzt ist, der durch einen Ausgleichskopf (52) balanciert wird und in Lochscheibe (9) mittels Dichtungen (53,54) abgedichtet ist sowie durch Druck­feder (55) auf seine Gegenfläche gedrückt wird.

[0023] Der Direktkontakt von Stirnflächen (46) der Synchronisier­stangen (6) gegenüber der Druckscheibe (10) ist ersetzt durch flächig aufliegende Teilkugeln (56), welche eventuelle Druckschläge flächig auf Druckscheibe (10) verteilen. Kolben (2) ist in diesem Falle in einen Ölkolben (57) und einen Wasser­kolben (58) abgestuft, um den Wasserdruck gegenüber dem Öldruck entsprechend den Flächenverhältnissen zu verstärken. Das Druck­begrenzungs- oder Unloaderventil (38) ist ersetzt durch ein Druckregelventil (59).

[0024] Fig. 3 zeigt weiter einen Öl-Unloader (61-64), der durch das Wasserdruck-Steuerkolbensystem (70-74) gesteuert wird.

[0025] Bei Entlastung wirkt der Öldruck von Kammer (65) auf eine Kugel (62), die entgegen der Kraft von Feder (71) öffnet, wobei die Kraftübertragung über den Wasserkolben (72) und Ölkolben (63) erfolgt, so daß der Ölstrom weitgehend drucklos in Kanal (67) entlädt. Wenn der Wasserdruck steigt, addiert sich die re­sultierende Kraft des Wasserkolbens (72) zur Federkraft so, daß die Kugel (62) stärker auf ihren Sitz im Einsatz (61) gepreßt wird, bis die Kugel bei Höchstdruck völlig schließt. Wenn das Druckwasser (75) abgesperrt wird (z.B. durch Loslassen einer Spritzpistole), öffnet Druckregelventil (59), so daß Hochdruck im Auslaß (75) und Kammer(76) gehalten wird, während Kammer 77 entspannt wird. Dadurch verbleibt Wasserkolben (72) in seiner linken Position entgegen der Kraft von Feder (71), und volle Ölentlastung tritt ein, da sich die Kugel (62) frei nach links bewegen kann.

[0026] Es muß ausdrücklich festgestellt werden, daß Kugel (62) auch entgegengesetzt zum Arbeiten gebracht werden kann, d.h. indem der Kugelsitz auf die andere Seite der Kugel verlegt wird. Natürlich können auch andere Wegeventile mit Kolbenstößel statt Kugel zum Einsatz gebracht werden.

[0027] Fig. 4 zeigt schließlich einen Vergleich konventioneller Maschinen hinsichtlich Größe bzw. Bauvolumen und Gewicht W2 gegenüber dem erfindungsgemäßen Gerät.

[0028] Es ist offensichtlich, daß konventionelle Maschinen bekannter Bauart nicht allgemein auf vorgenannten Fahrzeugen verwendet werden können wie z.B. Gabelstapler, Baumaschinen, Lkw usw.

[0029] Ferner ist offensichtlich, daß die Kolbenachsen der erfindungs­gemäßen Maschine keinesfalls parallel liegen müssen, sondern auch auf einem konischen Teilkreis (Kegelmantel) angeordnet sein können.

[0030] Auch ist es selbstverständlich, daß der wasserseitige Kolbenteil und der ölseitige Kolbenteil vollständig getrennt ausgeführt, aber auch aus einem Stück sowie beschichtet sein können. Der wasserseitige Kolbenteil kann durch zwei Weichdichtungen abge­dichtet sein, deren Zwischenraum mit der Saugseite verbunden ist. Dieses kann auch ölseitig durchgeführt werden.

[0031] Natürlich können alle bekannten Hydraulikelemente wie Druck­begrenzungsventile, Mengenregler, Ölunloader, Rückschlagventile, Dichtungen usw. zusammen mit dem erfindungsgemäßen Hochdruck­reiniger oder in diesem selbst eingesetzt werden. Dasselbe be­trifft die wasserseitigen Steuerelemente.

[0032] Eine große Bandbreite weiterer Modifikationen und Verbesserungen der Erfindung ist gleichfalls möglich und offensichtlich in Anbetracht und unter Einbeziehung der obigen Beschreibung. Insoweit ist durch die obige Beschreibung keine Begrenzung der Erfindungsgedankens angestrebt, sondern lediglich dessen beispielhafte Erklärung mittels zwei Ausführungsbeispielen.

Ansprüche

1. Hydraulisch angetriebener Hochdruckreiniger mit wenigstens drei, auf ihrer einen Seite mit Hydrauliköl beaufschlagten Kolben, die auf ihrer anderen Seite auf eine zweite und zu verdrängende Flüssigkeit in kontinuierlicher Arbeitsweise wirken,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf jeder Ölseite eines hydraulisch angetriebenen Kolbens (2) eine Synchronisierstange (6) angeordnet ist, die mit einer Dreheinrichtung (9-12) diese antreibend so verbunden ist, daß die Axialbewegung der Kolben (2) in eine Drehbewegung des Taumelringes (12) umgesetzt wird, wobei die Dreheinrichtung (9-12) eine Steuerung (22 bzw. 51) antreibt, welche das Hydrauliköl so zu den Kolben (2) und von diesen wieder weg steuert, daß deren Axialbewegung erzeugt wird.

2. Hochdruckreiniger entsprechend Anspruch 1, d.g., daß ein Gelenk zwischen dem mit Hydrauliköl beaufschlagten Kolben (2) und seiner Synchronisierstange (6) so angeordnet ist, daß eine geringe radiale und winklige Bewegung zwischen Kolben (2) und Synchronisierstange (6) möglich wird.

3. Hochdruckreiniger entsprechend Anspruch 2, d.g., daß ein innerer Sicherungsring in einem ölseitigen Loch des Kolbens (2) so angeordnet ist, daß er die Gelenkteile und die Synchroni­sierstange (6) formschlüssig hält.

4. Hochdruckreiniger entsprechend Ansprüchen 2 oder 3, d.g., daß zwischen Kolben (2) und Synchronisierstange (6) ein elastisches Teil so angeordnet ist, daß das Gelenk und die Synchronisier­stange (6) gegen den Sicherungsring innerhalb der Kolbenbohrung gepreßt wird.

5. Hochdruckreiniger entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 4, d.g., daß der Kolben (2) unterschiedliche Durchmesser je an seinem wasserseitigen und seinem ölseitigen Ende hat.

6. Hochdruckreiniger entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 5 d.g., daß der Kolben (2) durch seine Dichtungen (3, 4) und/­oder deren Stützringe geführt wird.

7. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d.g. daß wenigstens eine erste Flüssigkeitsseite eines Kolbens (2) durch mindestens zwei Dichtungen abgedichtet ist, deren mindestens einer Zwischenraum mit dem Niederdruckbereich der ersten Flüssigkeit verbunden ist.

8. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d.g., daß eine Steuerung (22, 51) durch einen Taumelring (12) bewegt wird.

9. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d.g., daß eine Steuerung (51) durch eine Lochscheibe (9) taumelnd mitbewegt wird.

10. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d.g.,daß die Mittenlinien der Kolben (2) auf einem Kegelmantel liegen.

11. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis l0, d.g., daß im wasserseitigen Ventilblock ein wassergesteuerter Wassersteuerkolben (72) so angeordnet ist, daß er ein im Zylinderblock (1) angeordnetes Hydraulikventil (61 - 64) betätigt.

12. Hochdruckreiniger nach Anspruch 11, d.g., daß das Hydraulik­ventil (61-64) das Hydrauliköl zumindest weitgehend druck­los läßt, solange Wasser-Hochdruck nur am Auslaß 75 ansteht.

13. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d.g., daß alle hydraulischen und/oder alle wasserseitigen Ventil­elemente innerhalb des Gehäuses des Hochdruckreinigers angeordnet sind.

14. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d.g., daß die freien Enden der Synchronisierstangen (6) je eine Teilkugel (56) enthalten.

15. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d.g., daß der Taumelring (12) eine Drehachse parallel zum Außen­durchmesser und eine dazu geneigte Drehachse enthält.

16. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d.g., daß der Taumelring (12) wenigstens ein äußeres und wenig­stens ein inneres Lager berührt.

17. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d.g., daß zwischen dem freien Ende der Synchronisierstangen (6) und dem inneren Lager (11) des Taumelringes (12) eine Anlaufscheibe (10) angeordnet ist.

18. Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d.g., daß das Hydraulikventil (61 - 64) bei nur im Wasser - Auslaß (75) wirkendem Hochdruck schließt.

Zeichnung