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Dokumentenidentifikation DE69413526T2 06.05.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0692071
Titel HYDRAULISCHES ANTRIEBSSYSTEM
Anmelder Henricson, Ulf, Örnsköldsvik, SE
Erfinder Henricson, Ulf, Örnsköldsvik, SE
Vertreter Lemcke Brommer & Partner, 76133 Karlsruhe
DE-Aktenzeichen 69413526
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, IT, LI, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 29.03.1994
EP-Aktenzeichen 949121255
WO-Anmeldetag 29.03.1994
PCT-Aktenzeichen SE9400284
WO-Veröffentlichungsnummer 9423198
WO-Veröffentlichungsdatum 13.10.1994
EP-Offenlegungsdatum 17.01.1996
EP date of grant 23.09.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.05.1999
IPC-Hauptklasse F03C 1/04

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem zum Betreiben von insbesondere Schwerindustrieeinheiten großer Abmessungen wie z.B. für rotierende Mühlen, Öfen, Trommeln, Winden und dergleichen oder für sich lineare beweglichen Förderbänder, Kräne, Hebezeuge und dergleichen, umfassend eine Vielzahl von hydraulisch angetriebenen Kolbeneinheiten mit Kurvenrollen, die vorgesehen sind, um mit einem wellenförmigen Kurven- bzw. Nockenprofil eines Nockenkurvenelements zusammenzuwirken, so daß lineare Bewegungen der Kurvenrollen gegenüber dem Kurvenprofil eine relative Antriebsbewegung zwischen dem Nockenkurvenelement und den Kolbeneinheiten hervorruft.

Hydraulische Rotationsmotoren der Nockenringart sind im Stand der Technik bekannt und umfassen ein festes nabenähnliches Zylindergehäuse mit einer Vielzahl peripherisch beabstandeter in Radialrichtung orientierter Zylinder, in denen Kurvenrollen tragende Kolben, die gewöhnlich einander gegenüber in Paaren arbeiten, vorgesehen sind, um mit den radialgeführten Kurvenrollen eines das Zylindergehäuse umgebenden Ringelementes zusammenzuarbeiten. Wenn sich der Kolben nach außen bewegt, werden die Rollen gegen die Nockenkurve gedrückt und zwingen diese aufgrund der erzeugten Tangentialkraft zur Rotation. Charakteristisch für solche hydraulischen Motoren ist es, daß sie ein sehr hohes konstantes Drehmoment über dem gesamten Drehzahlbereich erzeugen vom Stillstand bis zur maximalen Drehzahl. Bekannte hydraulische Motoren, die in Übereinstimmung mit diesem Funktionsprinzip oder analog hierzu arbeiten, sind z.B. in SE-B-417 858 und in US-A-3 511 131 offenbart. Diese Art eines hydraulischen Motors besitzt ein sehr gutes Verhalten beim Starten und bei nied riger Drehzahl ohne irgendwelche Gänge zu benötigen, gleichzeitig ist deren Design relativ kompakt, einfach und leicht zu bedienen mit der Möglichkeit stufenloser Umfangsgeschwindigkeitssteuerung.

Aufgrund dieser vorteilhaften Merkmale haben hydraulische Motoren der Nockenringart eine weite Verbreitung beim Betreiben von Schwerindustrieeinheiten gefunden, nämlich als Motoren für Winden, Gliederbandförderer, Mühlen, Nockentrommeln und dergleichen.

Zum Betreiben von Einheiten mit sehr großen Abmessungen wie etwa Erzmühlen, Trockenöfen, Rindenschältrommeln und dergleichen sind heutige hydraulische Motoren der Nockenringart jedoch gewissen Beschränkungen unterworfen.

Ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein hydraulisches Antriebssystem zur Verfügung zu stellen, das gemäß dem oben beschriebenen Nockenkurvenprinzip arbeitet, welches für die Anwendung bei Einheiten mit sehr großen Außendurchmessern verwendet werden kann.

Gemäß dem allgemeinsten Konzept wird dieser Zweck gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten durch die Tatsache, daß das Antriebssystem aus separaten, zusammengesetzten Modulen von Nockenkurvenelementen und aus separaten, zusammengesetzten Kolbeneinheiten aufgebaut ist, wobei die besagten Module der Nockenkurvenelemente auf der anzutreibenden Betriebseinheit montiert sind und die Kolbeneinheiten auf einem festen Rahmen montiert sind, bzw. umgekehrt. Das vorgeschlagene Prinzip ermöglicht es, die als Bausatzmodule gelieferten Komponenten für das Antriebssystem sehr schwerer Einheiten zusammenzubauen.

Ein hydraulischer Motor dieser Art für Rotationen kann folglich verwendet werden für sehr schwere Betriebseinheiten wie etwa Mühlen oder Öfen, wobei die Module des Nockenkurvenelements die Form von bogenförmigen Segmenten aufweisen, die in einem Ring oder zumindest einem Teil eines Rings entlang des Umfangs der Einheit zusammengesetzt werden, wobei das Nockenprofil der Nockenkurvensegmente radial nach außen zeigt, während die Kolbeneinheiten im Rahmen entlang eines Kreisbogens radial außerhalb der zusammengefügten gebogenen Nockenkurvensegmente montiert sind.

Das hydraulische Antriebssystem gemäß der Erfindung kann auch verwendet werden zum linearen Antreiben großer Arbeitseinheiten, zum Transportieren von Kränen, zum Antreiben von Förderbändern oder zum vertikalen Antreiben von Hebemitteln und Winden, wobei die Module der Nokkenkurvenelemente geradlinig ausgebildet sind und die Kolbeneinheiten entlang einer geraden Linie parallel zu dem Nockenkurvenelement montiert sind.

Im Prinzip gibt es keine Obergrenze bezüglich der Größe des hydraulischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Antriebssystems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; hierbei zeigen

Fig. 1 eine Endansicht einer Trommel, die um eine Horizontalachse rotiert und durch ein erfindungsgemäßes hydraulisches Antriebssystem angetrieben wird, wobei nur die rechte Hälfte und ein Bereich der linken Hälfte der Trommel und des Antriebssystems gezeigt sind;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht einer Gruppe von vier separaten Kolbeneinheiten;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine der Kolbeneinheiten und durch das zugehörige Nockenkurvenelement;

Fig. 4 einen Schnitt eines Verbindungsbereiches zwischen zwei Nockenkurvensegmenten.

Fig. 1 zeigt eine denkbare Anwendung eines hydraulischen Antriebssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, nämlich ein Antriebssystem zur Rotation einer zylindrischen Trommel 10 von sehr großem Durchmesser und mit einer horizontalen Längsachse. Die Trommel 10 kann drehbar montiert sein in (nicht dargestellten) Lagern, die in Längsrichtung und beabstandeten Positionen entlang der Trommel angeordnet sind.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt das hydraulische Antriebssystem einen festen U-förmigen Rahmen 12, der einen Bereich des Umfangs der Trommel 10 umgibt, genauer gesagt die untere Hälfte des Umfanges. Es sei angemerkt, daß der linke Bereich der (in Fig. 1 nur teilweise dargestellten) Trommel identisch dem rechten Bereich ist. Folglich kann der Rahmen mit den nachfolgend beschriebenen Kolbeneinheiten den gesamten Umfang der Trommel 10 umschließen.

Der Rahmen 12 trägt vier Gruppen, wobei jede aus vier radialorientierten Kolbeneinheiten 14 besteht. Wie in Fig. 3 detaillierter dargestellt ist, umfaßt jede Kolbeneinheit 14 einen Körper 16, in dem eine zylindrische Öffnung 18 für einen hydraulisch betätigten Kolben 20 vorgesehen ist. Der Kolben 20 ist mittels eines Stiftes 22 mit einer Kolbenstange 24 verbunden, wobei dessen dem Kolben 20 abgewandtes Ende einen zentralen Bereich 26 eines querverlaufenden Lagerschaftes 28 umgibt und hält. An der anderen Seite des zentralen Bereiches 26 trägt der Lagerschaft 28 ein paar Kurvenrollen 30 über Lager 36. Die Kurvenrollen 30 sind derart angeordnet, daß sie an einem wellenförmigen Nockenprofil 38 eines ringförmigen Nockenkurvenelementes 40 entlangrollen, das um den äußeren Umfang der Trommel 10 montiert ist, während die Führungsrollen 32 in radialorientierten Führungsnuten 42 in einem Paar von parallelen beabstandeten seitlichen Schenkeln 44 des Körpers 16 laufen, wodurch sie das Nockenkurvenelement 40 überspannen. Jede Kolbeneinheit 14 ist sicher in dem Rahmen 12 mittels eines Stiftes 46 und mittels Schrauben 48 montiert in einem Drehmoment aufnehmenden Arm 50 an jeder Seite der vier Kolbeneinheiten 14 in jeder Gruppe. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Drehmoment aufnehmenden Arme 50 wiederum an deren Enden 51 mit dem Rahmen 12 über Bolzen 52 befestigt.

Wie in Fig. 1 am besten dargestellt ist, besteht das Nockenkurvenelement 40, mit dem die Kurvenrollen 30 während der Drehantriebsbewegung 10 zusammenwirken, aus einer Vielzahl kurvenförmiger Nockenkurvensegmente 41, die an der Trommel 10 mittels Schrauben 54 befestigt sind. Die Verbindung zwischen den Nockenkurvensegmenten 41 kann wie in Fig. 4 dargestellt ausgeführt werden, wo ein keilförmiger Endbereich 56 in eine entsprechende keilförmige Aussparung 58 im gegenüberliegenden Endbereich des benachbarten Nockenkurvensegmentes eingreift, wodurch ein sanfter Übergang bezüglich des Oberflächendruckes für die Kurvenrollen 30 zur Verfügung gestellt wird, wenn sie die Verbindung zwischen zwei benachbarten Nockenkurvensegmenten 41 passieren. Das wellenförmige Kurvenprofil 38 jedes Kurvensegmentes 41 besitzt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei Bögen und die Verbindung zwischen den Kurvensegmenten 41 ist in einem Talbereich zwischen zwei Kurvensegmenten angeordnet. Jedes Kurvensegment kann ebenso aus individuellen Bögeneinheiten bestehen, die zusammen in einem Ring verschweißt sind.

Das Betriebsprinzip des hydraulischen Antriebssystems gemäß der Erfindung entspricht dem Betriebsprinzip einer sogenannten "4-Kolben- Maschine", das heißt, daß die Anzahl der Kolben genau durch vier teilbar ist, während die Anzahl der Kurvenberge genau durch drei teilbar ist. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Kurvenring 40 aus neun Nockenkurvensegmenten 41, wobei jedes drei Kurvenberge aufweist, also insgesamt 27 Kurvenberge vorgesehen sind, während die Anzahl der Kolbeneinheiten 16 vier mal vier, also 16 beträgt. Die Kolbeneinheiten 16 sind in einer ansich bekannten Art angeordnet, um mit der Nockenkurve 38 des Kurvenrings 40 zusammenzuwirken, so daß bei synchronisierten, getakteten Hüben der Kolben 20 und der damit verbundenen Kurvenrollen 30 in den verschiedenen Gruppen der Kolbeneinheiten 14 ein lineares Verhältnis zwischen dem Fluiddruck in den Kolbeneinheiten und dem übertragenen Drehmoment des Nockenkurvenrings 40 oder zwischen dem Fluidstrom zu den Kolbeneinheiten und der Drehzahl der Trommel 10 besteht.

Um das Strömen des Hydraulikfluids zu den jeweiligen Kolbeneinheiten 14 zu richten, kann ein Ventil 60 mit jedem Paar der Kolbeneinheiten 14 verbunden sein, wobei das Ventil im gezeigten Beispiel durch eine Kurvenrolle 62 gesteuert wird, die in Kontakt mit dem Nockenkurvenprofil 38 steht. In Fig. 1 ist nur ein Ventil 60 und eine Kurvenrolle 62 für jede Gruppe der vier Kolbeneinheiten 14 dargestellt. Ein (nicht dargestelltes) entsprechendes Ventil ist auf der anderen Seite des Rahmens 12 angeordnet. Diese Ventilfunktion kann auch in den jeweiligen Kolbeneinheiten 14 eingebaut werden oder sie kann durch elektrisch gesteuerte Ventile zur Verfügung gestellt werden.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung beispielhaft in Form einer großen Drehtrommel 10 mit einem Nokkenprofil 38 des Nockenkurvenelementes 40 dargestellt, welches radial nach außen gerichtet ist relativ zum Mittelpunkt der Trommel. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auch denkbar, die umgekehrte Anordnung zu verwenden, also die Kolbeneinheiten 14 am beweglichen Drehbereich zu montieren, während das Nockenkurvenelement am feststehenden Rahmenbereich montiert ist. Es ist auch denkbar für gewisse Anwendungen, das Kurvenelement und die Kolbeneinheiten als sich linear erstrekkende Komponenten auszubilden, zum Beispiel für Kräne, Lastenaufzüge, Förderbänder und dergleichen, wobei die Kolbeneinheiten an dem sich bewegenden Arbeitsbereich und die geraden Nockenkurvensegmente an einer festen Auflagefläche montiert sind, bzw. umgekehrt.


Anspruch[de]

1. Hydraulisches Antriebssystem zum Betreiben insbesondere von Schwerindustrieeinheiten großer Abmessungen wie z.B. für rotierende Mühlen, Öfen, Trommeln, Winden und dergleichen oder für sich linear bewegende Förderbänder, Kräne, Hebezeuge und dergleichen, umfassend eine Vielzahl von hydraulisch angetriebenen Kolbeneinheiten (14) mit Kurvenrollen (30), die vorgesehen sind, um mit einem wellenförmigen Kurven- bzw. Nockenprofil (38) eines Nockenkurvenelements (40) zusammenwirken, so daß eine lineare Bewegung der Kurvenrollen (30) gegenüber dem Kurvenprofil (38) eine relative Antriebsbewegung zwischen dem Nockenkurvenelement (40) und den Kolbeneinheiten (14) hervorruft,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Antriebssystem aus separaten, zusammengesetzten Modulen (41) von Nockenkurvenelementen und separaten, zusammengesetzten Kolbeneinheiten (14) aufgebaut ist, wobei die besagten Module (41) der Nockenkurvenelemente auf der anzutreibenden Betriebseinheit und die Kolbeneinheiten (14) auf einem festen Rahmen (12) montiert sind oder wobei die Module (41) der Nockenkurvenelemente auf einem festen Rahmen (12) und die Kolbeneinheiten (14) auf der anzutreibenden Betriebseinheit montiert sind.

2. Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 1 zum Drehantrieb einer Arbeitseinheit (10),

dadurch gekennzeichnet,

daß die Module der Nockenkurvenelemente die Form bogenförmiger Segmente (41) aufweisen, die unter Bildung zumindest eines Bereiches eines Ringes (41) entlang des Umfangs der Arbeitseinheit (10) zusammengefügt sind.

3. Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Nockenprofil (38) der Nockenkurvensegmente (41) radial nach außen gerichtet ist, und daß die Kolbeneinheiten (14) entlang eines Kreisbogens montiert sind, der radial außerhalb der zusammengesetzten bogenförmigen Nockenkurvensegmente (41) positioniert ist.

4. Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Nockenprofil der Nockenkurvensegmente nach radial innen gerichtet ist, und daß die Kolbeneinheiten entlang eines kreisförmigen Bogens montiert sind, der sich radial innerhalb der zusammengesetzten Nockenkurvensegmente befindet.

5. Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 1 zum linearen Antreiben einer Arbeitseinheit,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Module der Nockenkurvenelemente geradlinig sind, und daß die Kolbeneinheiten entlang einer geraden Linie montiert sind, die parallel zu dem Nockenkurvenelement verläuft.

6. Hydraulisches Antriebssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Kolbeneinheit (14) einen Körper (16) mit zumindest einer zylindrischen Öffnung (18) umfaßt, in der ein hydraulisch betätigter Kolben (20) verschiebbar montiert ist, wobei der Kolben (20) an seinem distalen Ende in bekannter Art und Weise Kurvenrollenmittel (30) zur Anlage an das Nokkenprofil (38) des Nockenkurvenelements (40) trägt, wobei der Körper (16) und die Kurvenrollenmittel (30) in bekannter Art und Weise miteinander zusammenwirkende Führungsmittel (32, 42) aufweisen, um die Kurvenrollenmittel (30) in eine Bewegung senkrecht zu der Längssymmetrieachse des Nockenkurvenelements zu führen, wenn sich der Kolben (20) in seinem Zylinder hin- und herbewegt.

7. Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Vielzahl separater Kolbeneinheiten (14) gruppenweise am Rahmen montiert sind.

8. Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kolbeneinheiten (14) jeder Gruppe im Ablauf und synchron mit den entsprechenden Kolbeneinheiten anderer Gruppen der Kolbeneinheiten gesteuert werden, die auf das Nockenkurvenelement (40) einwirken, welches aus zusammengesetzten Nockenkurvenmodulen (41) besteht, um ein konstantes Drehmoment während des Betriebs zu erzeugen.

9. Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 8, zur Drehung einer röhrenförmigen Arbeitseinheit (10) mit großem Durchmesser und mit einer horizontalen Drehachse,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Nockenring (40), der aus einer Vielzahl von Nockenkurvensegmenten (41) mit nach außen gerichtetem Nockenprofil (38) zusammengesetzt ist, am Umfang der röhrenförmigen Arbeitseinheit (10) montiert ist, und daß der Rahmen (12) zumindest teilweise den Umfang des Nockenrings (40) umschließt.

10. Hydraulisches Antriebssystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zufuhr des hydraulischen Mediums zu den Kolbeneinheiten (14) durch ein nockengesteuertes Ventilmittel (60) gesteuert wird.







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