CH386799A - Antrieb zum Hin- und Herbewegen eines Organs - Google Patents

Description

  Antrieb zum Hin- und Herbewegen eines Organs    Es ist bekannt, beim Antrieb eines hin und her  bewegten. Organs sich einer rotierenden     Schwung-          masse,    beispielsweise eines Schwungrades, zu bedie  nen, um die Bewegung gleichförmiger zu gestalten  und - vielfach in der Hauptsache - um in den Tot  punktlagen des Organs über für die Umkehrung  desselben     ausnützbare    Massenkräfte zu verfügen.  Bei einer rotierenden Schwungmasse sind jedoch die  Massenkräfte nicht nur in den     Totpunktlagen,    son  dern in jeder Bewegungsphase des Organs vorhanden,  was oft nicht nur unerwünscht, sondern geradezu  schädlich ist.

   So führen diese Massenkräfte bei einem  Mähwerk, das heisst beim Antrieb eines hin und  her bewegten     Mähbalkens    zu schweren Beschädigun  gen, ja Zerstörungen, wenn beispielsweise zwischen  den Schneiden ein Stein eingeklemmt wird.  



  Mit Hinblick auf diese Nachteile ist man, zu  mindest versuchsweise, dazu übergegangen, hin und  her bewegte Organe hydraulisch, beispielsweise mit  tels eines hydraulischen     Schwingtriebes,        anzutreiben,     da bei einem solchen System eine     17berbelastung    des  Triebwerkes durch eine einfache     überdrucksiche-          rung    verhindert werden kann. Das Einklemmen eines  Steines zwischen den Mähmessern, um beim vor  erwähnten Beispiel zu bleiben, führt bei einem  hydraulisch angetriebenen Mähwerk zu keinerlei  Beschädigungen.

   Dafür verfügt man in einem sol  chen System auch in den     Totpunktlagen    nicht über  die für die Umkehrung des Organs erwünschten  und im praktischen Betrieb vielfach sogar     unerläss@     liehen Massenkräfte.  



  Zweck der Erfindung ist nun, einen Antrieb  zum Hin- und Herbewegen eines Organs zu schaf  fen, bei welchem die von einer     mitangetriebenen     Schwungmasse herrührenden Massenkräfte dann und  in der Hauptsache nur dann vorhanden sind, wenn  sie auch tatsächlich erwünscht und von Nutzen sind.    Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass  eine mit der gleichen Schwingungszahl hin und her  gehende Schwungmasse mit dem Organ     derart    in  Bewegungsverbindung steht, dass die beiden hin und  her gehenden Massen ihre Bewegung mit einer Pha  senverschiebung ausführen. Bei einer bevorzugten       Ausführung    beträgt die Phasenverschiebung 1/4 der  Periode.

   Dabei erreicht die kinetische Energie der  Schwungmasse gerade im Bereiche der Totpunkt  lagen des hin und her bewegten Organs die grösst  möglichen Werte, während sie im übrigen, insbeson  dere in der mittleren Bewegungsphase des Organs  auf alle Fälle unterhalb jener Grenze liegt, die beim  Hemmen des Antriebes sich nachteilig auswirken  könnte.    In besonders vorteilhafter Weise kann ein sol  cher Antrieb in Zusammenhang mit dem Mähwerk  eines Traktors     Verwendung    finden, und tatsächlich       bildet    diese Verwendung mit dem Antrieb selber  mit einem Gegenstand des vorliegenden Patentes.  



  Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes  sind in der beiliegenden Zeichnung schematisch dar  gestellt, und zwar zeigt:       Fig.    1 einen hydraulischen Schwingtrieb mit zwei  Zylindern in     Boxerbauart,    im Schnitt,       Fig.2    einen Schwingtrieb ähnlicher Bauart und  in ähnlicher Darstellung, wie in der     Fig.    1 gezeigt,  jedoch mit vier     Zylindern,    zum Antrieb eines     Mäh-          werkes,          Fig.3    einen Schnitt im wesentlichen nach der  Linie     III-III    der     Fig.    2,

         Fig.4    einen Schnitt nach der Linie     IV-IV    der       Fig.    3,       Fig.5    einen hydraulischen Schwingtrieb der  grundsätzlich gleichen Bauart wie in der     Fig.2,     welcher jedoch im Gegensatz zu den bisherigen Aus-           führungsbeispielen    mit dem Organ bzw. mit der  Schwungmasse hydraulisch: gekoppelt ist, und       Fig.    6 einen hydraulischen Schwingtrieb bei wel  chem die in der     Fig.2    gezeigte     Baugruppe    mit hy  draulischen Verstärkern zusammenwirkt.  



  Der gesamthaft mit 1 bezeichnete hydraulische  Schwingtrieb gemäss der     Fig.    1 weist zwei in bezug  aufeinander gleichachsig angeordnete Arbeitskolben  2 und 3 auf, die sich von einem prismatischen  Träger 4 in     Boxerbauart    nach entgegengesetzten  Seiten erstrecken und dabei in Zylindern 5 bzw. 6  eines Gehäuses 7 hin und her bewegbar geführt sind.  Der Träger 4,     welcher    sich in einer zentralen     Aus-          nehmung    8 des Gehäuses 7 befindet, weist eine  kreisförmige     Ausnehmung    9 auf, in welcher ein  Exzenter 10 drehbar     gelagert    ist.

   Die seinerseits: im  Exzenter 10 drehbar gelagerte     Exzenterwelle    11 ist  mit zwei untereinander gleichen und miteinander in  gegengleicher Anordnung verbundenen zylindrischen  Steuerschiebern 12 und 13 verbunden, die in gleich  achsigen Bohrungen 14 bzw. 15 des Gehäuses 1  hin und her bewegbar geführt sind. Die Anordnung  ist dabei so getroffen, dass die gemeinsame Achse der  Kolben 2 und 3 mit der gemeinsamen Achse der  Schieber 12 und 13 einen rechten Winkel einschliesst.  Die Schieber 12 und 13 tragen an ihren aus dem  Gehäuse ragenden Enden jeweils einen Teil 16'  bzw. 16" einer in ihrer Gesamtheit mit 16 zu be  zeichnenden Schwungmasse.  



  Die Bohrungen 14 und 15 weisen jeweils einen  Ringraum 17 und 18 auf, welche miteinander durch  eine Leitung 19 verbunden und an eine Drucklei  tung 20 angeschlossen sind. Je ein weiterer Ring  raum 21 bzw. 22 der Bohrungen 14 und 15 ist  durch eine Leitung 23 bzw. 24 mit dem Zylinder  5 bzw. 6 verbunden. Die Steuerschieber 12 und 13  weisen jeweils einen durch     Eindrehung    geschaffenen  Ringraum 25 bzw. 26 auf, welcher den inneren  Ringraum 21 bzw. 22 der Gehäusebohrungen 14  und 15 abwechselnd mit dem zweiten Ringraum 17  bzw. 18 der     betreffenden    Bohrung, oder mit der       Ausnehmung    8 des Gehäuses 1 verbindet.

   Die     Aus-          nehmung    8 kommuniziert mit einer     Rücklauflei-          tung    27.  



  In der dargestellten     Betriebstellung    des Schwing  triebes 1 befindet sich der Kolben 2 in seinem  Arbeitshub und der Kolben 3 in seinem     Auslasshub,     in dem der Zylinder 5 durch die     Leitung    23, die  Ringräume 21, 25 und 17 mit der Druckleitung 20  und der Zylinder 6 durch die Leitung 24, die Ring  räume 22 und 26 und die     Ausnehmung    8 mit der       Rücklaufleitung    27 verbunden ist.

   Dabei wird der  Träger 4 gemäss der     Fig.    1 nach rechts und wer  den, bei entsprechender Drehung des Exzenters, die  beiden Steuerschieber 12 und 13 nach unten be  wegt, bis zufolge dieser Bewegung der Ringraum  26 die Ringräume 22 und 18 miteinander, das heisst  den Zylinder 6 mit der Druckleitung 20 verbindet,  während gleichzeitig der Zylinder 5 durch den Ring  raum 25 mit der     Ausnehmung    und damit mit Rück-         laufleitung    27 verbunden wird. Die Bewegung des  Trägers 4 und des anzutreibenden, auf der Zeich  nung nicht dargestellten Organs, dessen Antrieb  vom Träger abgeleitet wird, wird dadurch umgekehrt.  Die Umkehrung der Bewegung wird durch die kine  tische Energie der Schwungmasse 16 unterstützt, die  zu diesem Zeitpunkt gerade den Maximalwert er  reicht.

   Im mittleren Bewegungsbereich des Organs  dagegen, das heisst zwischen den     Totpunktlagen     der Kolben 2 und 3, sinkt diese kinetische Energie  auf einen unschädlichen Wert, ja, sie erreicht in den       Totpunktlagen    der Schwungmasse 16, von denen eine  in der     Fig.    1 dargestellt ist, den Wert 0. Das Bewe  gen des Organs erfolgt also in der Hauptsache unter  der Wirkung des Druckmediums, welches dabei nur  in den     Totpunktlagen    des Organs durch die kine  tische Energie der Schwungmasse unterstützt wird.

    Trifft das hin und her bewegte Organ im mittleren  Bereich seiner Bewegung auf einen Widerstand, so  tritt die     überdrucksicherung    des hydraulischen Sy  stems in Funktion, und die erwähnte noch vorhan  dene kinetische Energie der Schwungmasse kann  sich alleine nicht mehr nachteilig auswirken.  



  In den     Fig.    2-4 wurden im Rahmen der über  einstimmung des dort     dürgestellten    Schwingtriebes  mit dem Gegenstand der     Fig.    1 für die gleichen Teile  die in der letztgenannten Figur bereits verwendeten  Bezugszeichen     freibehalten.    Auf eine Beschreibung  der Ausbildung dieses Schwingtriebes, soweit die  ser dem Schwingtrieb nach der     Fig.    1 entspricht,  kann daher verzichtet werden, und die nachfolgenden  Erläuterungen beziehen sich lediglich auf die unter  schiedlichen bzw. zusätzlichen Merkmale dieser  modifizierten Ausführung.

   Es handelt sich dabei  um einen     Vierzylinder-Schwingtrieb,    mit zweimal  zwei Zylindern in     Boxeranord'nung,    bei welchem die       Schieber    12 und 13 des Schwingtriebes nach der       Fig.l    je durch einen Kolben 28 bzw. 29 ersetzt  sind, die in den Bohrungen 14 und 15 entsprechen  den Zylindern 30 bzw. 31 arbeiten. Durch Leitun  gen 42 und 43 sind diese beiden Zylinder 30 und  31 jeweils mit einem Ringraum 44 bzw. 45 der  übrigen beiden Zylinder 6 bzw. 5 verbunden, welche  Ringräume ihrerseits durch Ringräume 46 und 47  der Kolben 3 bzw. 2 abwechselnd mit der zentralen       Ausnehmung    8 bzw. mit je einem weiteren Ring  raum 48 und 49 der Zylinder 6 bzw. 5 verbunden  werden.

   Die beiden letztgenannten Ringräume sind  durch Leitungen 19'     miteinander    bzw. mit der Druck  leitung 20 verbunden.    Wie aus den     Fig.    3 und 4 ersichtlich, greift ein       Mitnehmnernocken    50     einer    im Gehäuse 1 gelagerten  Schwenkwelle 51 in eine Kulisse 52 des Trägers  4 ein, welche durch zwei zueinander     parallele    Schen  kel 53 (siehe besonders     Fig.4)    des Trägers 4 ge  bildet ist. An ihrem sich aus dem Gehäuse 1 er  streckenden Ende trägt die Schwenkwelle einen  Schwenkarm 54, welcher einen     Mähmesser    55 an  treibt.

        Die beiden miteinander verbundenen und bei  dieser Ausführung aus einem Stück gefertigten     Käl-          ben    28 und 29 tragen ausser der     Exzenterwelle    11  einen sich in der entgegengesetzten Seite in der Ver  längerung derselben erstreckenden     Mitnehmerzapfen     56, welcher in das gegabelte Ende eines Kurbel  armes 57 einer im Gehäuse 1 gelagerten Schwenk  welle 58 eingreift. Am andern Eide der Schwenk  welle ist eine Schwungmasse 59 befestigt, die ge  wöhnlich in bezug auf die Schwenkwelle 58 exzen  trisch angeordnet ist, jedoch auch die Form einer  Schwungscheibe annehmen könnte.  



  In der dargestellten Lage des Schwingtriebes  steht der Zylinder 5 über die Ringräume 21, 25  und 17 mit der Druckleitung 20 und der     Zylinder     6 der Ringräume 22 und 26 sowie über die     Aus-          nehmung    8 mit der     Rücklaufleitung    27 in Verbin  dung, so dass der Träger 4 mit dem Kolben a  2'-3 in der Zeichnung nach rechts verschoben wird.  Dabei wird der Zylinder 30 durch die Ringräume  44, 46 und 48 mit der Druckleitung 20 verbunden,  so dass dieser Zylinder seinen Arbeitshub beginnt,  während das Druckmedium aus dem Zylinder 31  durch die Ringräume 45 und 46. sowie durch die       Ausnehmung    8 in die     Rücklaufleitung    gelangt.

   In  dieser aus dem Vorstehenden sowie aus der Zeich  nung klar verständlichen Weise führen die Arbeits  zylinder des Schwingtriebes in einer dem Uhrzeiger  folgenden Reihenfolge ihre Arbeitshübe durch, wo  bei die     Totpunktlagen    des einen     KolbenpaaTes    mit  denjenigen des Mähmessers, das heisst des angetrie  benen Organs, und die     Totpunktlagen    des zweiten  Kolbenpaares denjenigen der Schwungmasse 59 zu  sammenfallen. Diese beeinflusst den Betrieb in der  gleichen Art und Weise, wie dies durch die     Schwung-          masse    16 beim Schwingtrieb gemäss der     Fig.l    er  folgt.  



  Der Schwingtrieb nach der     Fig.    5 unterscheidet  sich vom letztbeschriebenen Schwingtrieb in der  Hauptsache dadurch,     d'ass    das eine bzw. das andere  Kolbenpaar mit dem angetriebenen Organ bzw. mit  der Schwungmasse nicht mechanisch, sondern hy  draulisch, namentlich durch ein hydraulisches  Gestänge gekoppelt ist. Entsprechend dieser     grund          sätzlichen        übereinstimmung    sind bei beiden  Schwingtrieben für die einander funktionell ent  sprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen verwen  det worden, selbst wenn solche Teile in ihrer kör  perlichen Ausbildung nicht übereinstimmen.

   Sinn  gemäss sind mit 5, 30, 6 und 31 Sacklöcher der  Kolben 2, 28, 3 bzw. 29 bezeichnet, welche jeweils  durch einen zylindrischen Zapfen 60 des Gehäuses  abgeschlossen sind und als     Arbeitszylinder    wirken.  Sie werden, wie beim vorhergehenden beschriebenen  Ausführungsbeispiel durch Leitungen 23, 42, 24  bzw. 43 gespeist. Die den Zapfen 60 umschliessen  den ringförmigen Stirnflächen 61 des Kolbenpaares  2-3 sind durch hydraulische Gestänge 62 und 63 je  mit einer Stirnseite eines in einem Zylinder 64 ge  führten Kolbens 65 verbunden., welcher durch den    bei 51 drehbar gelagerten Schwenkhebel 50/54 den  nicht dargestellten Mähmesser antreibt.

   Die     ringför-          migen    Stirnflächen 61 des Kolbenpaares 28/29 sind  ihrerseits durch je ein weiteres hydraulisches Ge  stänge 66 bzw. 67 mit der einen bzw. anderen  Wirkfläche eines in einem     Zylinder    68 angeord  neten Kolbens 69 verbunden, welcher über einen  Kurbelarm 57 die bei 58 drehbar gelagerte     Schwung-          masse    59 antreibt. Durch ein     Ausgleichsventil    70  ist jedes der     hydraulischen    Gestänge     mit    einer der  Leitungen 19 verbunden und unter     Druck    gehalten.

    Darüber hinaus ist jedem hydraulischen Gestänge  eine     Nachfülleitung    62', 63', 66' und 67' zugeord  net, welche     einenends    jeweils durch ein Ausgleich  ventil 71 in das betreffende hydraulische Gestänge  und     andernends    in den durch das betreffende Ge  stänge betätigten     Zylinder    64 bzw. 68 mündet. Die  Mündungen der Ausgleichsleitungen sind dabei so  angeordnet, dass sie das gleichnamige hydraulische  Gestänge mit dem zweiten, dem gleichen Zylinder  zugeordneten hydraulischen Gestänge am Ende des  Arbeitshubes desselben verbinden, wenn der Kol  ben die     entsprechende        Totpunktlage    überschreitet.

    Dabei werden     Leckverluste    ausgeglichen und die       Totpunktlagen    der Arbeitskolben 65 und 69 fest  gelegt.  



  Die mit derjenigen des Schwingtriebes gemäss  der     Fig.2-4    übereinstimmende Wirkungsweise des  zuletzt beschriebenen Schwingtriebes braucht nicht  mehr erläutert zu werden, und die     Wirkungsweise     der bei diesem     Schwingtrieb,    verwendeten hydrau  lischen Gestänge geht aus dem Vorhergesagten  sowie aus der Zeichnung klar hervor. Selbstverständ  lich bewegen sich das hin und her gehende Organ  und die Schwungmasse in bezug aufeinander mit  einer Phasenverschiebung, die     1/,1    der Periode be  trägt.  



  Die Bezeichnung gleicher bzw. die gleiche Funk  tion ausübender     Teile    mit dem gleichen Bezugszei  chen wurde für den Schwingtrieb gemäss der     Fig.    6  weiterhin beibehalten. Zum Unterschied zu den bis  her behandelten Varianten über die Kolbenpaare  2/3 bzw. 28/29 bei dieser Ausführung lediglich ihre  Teilfunktion als Steuerschieber aus und sie nehmen  in dem Antrieb der Arbeitskolben 65 bzw. 69 für  das hin und her bewegte Organ bzw. die     Schwung-          masse    59 nicht mehr aktiv teil.

   In ihrer Steuer  bewegung werden sie von den jeweils zugeordneten  Arbeitskolben durch hydraulische Gestänge ange  trieben, namentlich das Kolbenpaar 2/3 vom Arbeits  kolben 69 durch die hydraulischen Gestänge 72     bzw.     73 und das Kolbenpaar 28/29 vom Arbeitskolben  65 durch die hydraulischen Gestänge 74 bzw. 75.  Durch     Nachfüllventile    70 sind die genannten hydrau  lischen Gestänge     jeweils    mit einer der Leitungen 19'  verbunden.

   Darüber hinaus sind wie beim vorher  gehenden Ausführungsbeispiel     Ausgleichsventile    71  sowie Ausgleichsleitungen 72', 73' sowie 74' und  75' vorhanden, welche in bereits     erwähnter    Art und  Weise jeweils vom zugeordneten Arbeitskolben 69      bzw. 65 bei Überschreitung deren entsprechender       Totpunktlagen    freigegeben werden, um     Leckverluste     im gleichnamigen hydraulischen Gestänge auszuglei  chen.  



  Die vom Kolbenpaar 2/3 gesteuerten Ringnuten  44 sind jeweils an einen der Arbeitsräume 64' bzw.  64" des Arbeitszylinders 64 angeschlossen, welche  Arbeitsräume in Sackbohrungen des Kolbens 65  angeordnet und durch Zapfen abgeschlossen sind.  Die Verbindungsleitungen von den genannten Ring  räumen zu diesen Arbeitsräumen sind mit 76 be  zeichnet. In analoger Weise sind die vom Kolben  paar 28/29 gesteuerten Ringräume 21 bzw. 22 durch  Leitungen 77 an die Arbeitsräume 68' bzw. 68" des  Arbeitszylinders 68 angeschlossen, welche Arbeits  räume wiederum in Sacklöcher des Kolbens ange  ordnet und mittels Zapfen 60 verschlossen sind.

    In dieser Weise sind die Arbeitsräume des Arbeits  zylinders 64 bzw. 68 je nach der Stellung des ent  sprechenden Kolbenpaares mit der Druckleitung 20  oder mit der     Rücklaufleitung    27     verbunden,    wobei  die beiden Arbeitskolben in bezug aufeinander mit  der entsprechenden Phasenverschiebung hin und her  bewegt werden. Durch die hydraulischen Gestänge  werden die     Steuerkolbenpaare    2/3 bzw. 28/29 in  Bewegung gehalten. Im übrigen geht die Funktions  weise dieses Schwingtriebes aus dem bereits Gesag  ten sowie aus der Zeichnung klar hervor, so dass  an dieser Stelle weitere Erörterungen überflüssig sind.  



  Abschliessend ist noch zu bemerken, dass der  bei allen Ausführungsbeispielen wiederkehrende Ex  zentertrieb als eine bevorzugte Lösung betrachtet  wird, obwohl andere geeignete Antriebsarten, bei  spielsweise ein Kurbeltrieb, die Realisierung der Er  findung ermöglichen. Es ist ferner noch zu erwäh  nen, dass der     Exzentertrieb    selber abgewandelt wer  den kann, wobei in erster Linie darauf hinzuweisen  ist, dass ein in der beschriebenen Art und Weise  verwendeter Exzenter grundsätzlich zum Beispiel  durch einen Lenker ersetzt werden könnte.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Antrieb zum Hin- und Herbewegen eines Or gans, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der glei chen Schwingungszahl hin und her gehende Schwung- masse mit dem Organ derart in Bewegungsverbindung steht, dass die beiden hin und her gehenden Massen ihre Bewegung mit einer Phasenverschiebung aus führen. UNTERANSPRÜCHE 1. Antrieb nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Phasenverschiebung 1:@ der Periode beträgt. 2.

   Antrieb nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das Organ und die Schwungmasse oder mit denselben gekoppelte Glieder in bezug auf einander kreuzweise bewegbar geführt und mitein ander durch einen Exzenter verbunden sind, wobei der Exzenter an einem und die Exzenterwelle am andern der schwingenden Teile angreift. 3. Antrieb nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Exzenter und die Exzenter welle je an einem verschiebbar geführten Glied an greifen, wobei mindestens das eine Glied durch einen in Abhängigkeit von der Bewegung des an dern Gliedes gesteuerten Strom einer Druckflüssig keit hin und her bewegbar ist. 4.

   Antrieb nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass jedes Glied als ein doppeltwir- kender hydraulischer Kolben ausgebildet ist und zwei zugleich als Steuerschieber wirkende Schieber kolben aufweist, welche jeweils die Beaufschlagung eines Schieberkolbens des andern Gliedes steuern. 5. Antrieb nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schieberkolben hydraulisch an die Druckseite einer Druckmittelpumpe ange schaltet sind. 6. Antrieb nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schieberkolben je mit einer schwingenden Masse mechanisch gekoppelt sind. 7.

   Antrieb nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schieberkolben je mit einer schwingenden Masse mittels hydraulischen Gestän gen gekoppelt sind. B. Antrieb nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass jedes Schiebekolbenpaar mittels hydraulischen Gestängen mit einem Arbeitskolben gekoppelt ist, welches seinerseits nach Massgabe des anderen Schieberkolbenpaares von der Druckseite einer Druckmittelpumpe beaufschlagt ist und mit einer der beiden schwingenden Massen in Antriebs verbindung steht. 9.

   Antrieb nach den Unteransprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes hydraulische Gestänge durch ein Nachfüllventil mit der Druck leitung verbunden ist. 10. Antrieb nach den Unteransprüchen 7 und 8, gekennzeichnet durch Mittel, welche durch ein Rück schlagventil das jeweils aktive hydraulische Gestänge eines Schieberkolbenpaares mit dem andern Ge stänge dieses Kolbenpaares hydraulisch verbinden und dabei die Endlagen der schwingenden Massen eindeutig bestimmen.