CN112145489B - 液压机械线性转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压机械线性转换器（1），其具有缸体（2），活塞单元（3）和构造成座阀的阀单元（4），其中，所述活塞单元的缸体和活塞（5）限定液压工作腔（6），工作连接部（7）和另一液体连接部（8）打开到所述液压工作腔（6）中，并具有供应连接部（10）。阀单元（4）可以在将供应连接部（10）连接到液体连接部装置（8）的第一切换位置和切断液体连接部与供应连接部（8）的第二切换位置之间切换。根据本发明的线性转换器（1）包括具有阀座（16）的阀壳体（11）、具有与阀座（16）协作的阀头（23）的阀体（12）、将阀体（12）预加载到对应于阀单元（4）的第一切换位置的位置的弹簧单元（13）以及经由纯机械致动链作用在阀体（12）上的电磁致动器（14）。

Description

液压机械线性转换器
技术领域
本发明涉及一种液压机械线性转换器，其包括缸体，可相对于缸体移动的活塞单元，和阀单元，其中，所述缸体和所述活塞单元的活塞限定了液压工作腔，工作连接部和另一液体连接部在所述液压工作腔中打开，其中，所述液体连接部与所述阀单元以液压的方式连通，所述阀单元被构造为座阀单元，所述座阀单元具有供应连接部，并且该座阀单元可在把所述供应连接部连接到所述液体连接部的第一切换位置和把所述液体连接部相对于供应连接部进行阻断的第二切换位置之间切换。
背景技术
这种液压机械线性转换器在各种构造中是已知的，并且特别用于液压机和塑料注塑机。例如，DE102016118853B3就与这方面相关。它尤其公开了电液驱动单元内的液压机械线性转换器功能的结果，为了避免不必要的重复，在此引用了该电液驱动单元。
相关类型的液压机械线性转换器已经在实际应用中证明了它们的作用。在压制过程、塑料注射成型过程或类似的过程中，它们可以通过具有这种线性转换器的机器来实现其作用，其特征在于，例如，极好的重复性，因此具有高能量效率的高生产质量。在各个机器压力机中，塑料注塑机等的经济效率不仅受上述因素的影响，而且还受可能的短循环时间的影响。
因此，这种液压机械线性转换器的一个特征是，液压机械线性转换器的活塞在工作循环内进行所谓的“快速横动”以及“强力横动”。在强力横动中，液压工作腔通过例如处于泵送模式的液压泵，用液压油加压，从而可以对活塞施加很大的力，该力取决于液压机械线性转换器的应用，可以以需要的方式作用在工作组件或机器部件上。另一方面，在快速横动中，焦点不是在工作组件或机器部件上施加大的力，而是为了减少循环次数，快速横动活塞单元。为此目的，活塞单元通过适当的外力(例如活塞单元的重量，与其连接的工具，或作用在活塞单元上的辅助驱动器)移动，并且通过将阀单元切换到第一切换位置，液压油可以根据活塞单元的移动方向，经由阀单元及其供应连接部流入或流出液压工作腔。
本发明的目的是提供一种在经济性，能效性，紧凑性和步骤优化的可能性方面得到进一步改进的液压机械线性转换器。
发明内容
上述目的通过使用上述类型的液压机械线性转换器来实现，其中阀单元包括
-具有阀座的阀壳体，
-可以相对于所述阀壳体沿着阀轴线移动的阀体，所述阀体具有与所述阀座协作的阀头，
-弹簧单元，其将阀体预加载到与阀单元的第一切换位置相对应的位置，在该位置，阀头从阀座升起，以及
-电磁致动器，其经由纯机械致动链作用在阀体上，并且借助于该电磁致动器，阀体可以克服弹簧单元的力而被调节到与阀单元的第二切换位置相对应的位置，在该位置，阀头密封地靠置在阀座上，
其中，所述阀体在所述阀壳体中被密封地引导，使得所述阀体与所述阀壳体一起限定出一个液压操作腔，所述液压操作腔经由补偿通道与所述液体连接部以流体的方式连通，并且所述液压操作腔的压力沿与所述弹簧单元相反的方向作用在所述阀体上。此外，在沿着阀轴线的突起中，限制液压操作腔的阀体的表面部分大于在阀单元的第二切换位置中暴露于液体连接部中的压力的阀体的那些表面部分，液体连接部中的压力沿与弹簧单元相同的方向作用在阀体上。
在根据本发明的线性转换器中，机械，电磁以及液压效应被用于切换和将供应连接部与液体连接部液压地切断(包括保持相应的第二切换位置)。在相互作用中，弹簧单元和电磁致动器根据其电负载将阀体移动到两个开关位置中的第一位置或第二位置，但是在第二开关位置中，作用在阀体上的来自液压操作腔的液压力确保阀头与阀座密封接触，从而即使在线性转换器的液压工作腔中的高压下，也能够可靠地将液体连接部从供应连接部切断。当阀头与阀座接触，阀单元处于第二切换位置时，所述液压操作腔(也)通过补偿通道连通，该第二切换位置切断与供应连接部的液体连接部。这样导致，这种调节到线性转换器的液压工作腔中的压力状态的压力在液压操作腔中建立，这使得阀体在液压中自我保持，从而即使在电磁致动器无电流时也能可靠地保持第二切换位置。
与现有技术相比，这以令人惊讶的简单方式显著改善了液压机械线性转换器的可用性，因为它可以同时改善经济效率，能量效率，紧凑性以及步骤优化的可能性：
-通过使用液压力将阀头密封在阀座上，该任务不必由电磁致动器执行，这使得能够使用相对紧凑的电磁致动器，因此对空间需求和成本降低具有积极的影响。
-由于使用根据本发明的液压机械线性转换器的构造，其可以在一些机器中使用而不需要太多的适配(因此非常经济)，在这些机器中，迄今为止仅使用了具有电液阀单元(即，阀单元，其中阀体通过液压致动器移动到单独的切换位置)的线性转换器。阀单元的电磁致动为步骤优化(与电液致动相比)开辟了可能性，因为即使在液压系统中仅有低系统压力可用，也可以可靠地致动阀单元。换句话说：对于电磁致动的阀单元，如果液压能量不是其它目的所需要的，尤其是仅用于提供致动阀单元的液压能量，则不需要启动液压单元。除了提高能量效率之外，这还有利于整个机器的使用寿命。因此，基于本发明的液压机械线性转换器有助于提高步骤优化，能量效率和经济性的可能性。
根据本发明的第一优选实施例，阀壳体包括基座和设置在其中的罐形插入件，该插入件形成阀座并具有至少一个周边开口。这种结构很明显的优点是紧凑。此外，由于该结构的坚固，该实施例在液压机械线性转换器的使用寿命方面具有优点。优选地，基座是多部分元件，优选地是两部分元件，具有包括液体连接部以及供应连接部的基座结构，和盖部。在某种程度上，插入件可以被夹在基座结构和盖部之间。这使得制造和安装阀单元特别容易，从而对制造、组装和维护成本具有积极影响。
上述阀体优选地在插入件中被密封地引导。以这种方式，可以非常经济地实现液压操作腔的密封，而无需使用其它部件。
在另一优选实施例中，根据本发明的液压机械线性转换器的特征在于，阀体包括阀罐和与其固定连接的阀杆，由此阀罐的底部形成阀头。电磁致动器作用在阀杆上。优选地，固定到壳体上的篮状部件伸入到阀罐中，弹簧单元由围绕阀杆并支撑在篮状部件上的复位弹簧形成。这以非常紧凑的方式确保了复位弹簧可以经由阀杆作用在阀体上，并且阀体因此可以被预加载到与阀单元的第一切换位置相对应的位置。
尽管在本发明上下文中的电磁致动器也可以以其它方式配置(例如，作为线性电动机)，但是其优选地被配置为用于典型应用的螺线管单元。对于某些应用，将螺线管(或以另一种方式设计的电磁致动器)设置在液压操作腔中是有利的，特别是在密封方面。然而，对于典型的应用，与将螺线管单元(或其它类型的电磁致动器)排布在阀体外部相关的优点超过与将螺线管单元(或其它类型的电磁致动器)架在阀体外部相关的优点(包括电磁致动器的良好可安装性和可接近性)，即使这需要移动部件(例如螺线管单元或阀杆的电枢杆)穿过阀体(见下文)。
在上述方案的基础上，螺线管单元优选地包括具有电枢杆和电枢管的电枢，电枢管接收(并且可能引导)电枢杆并且在一侧上紧密密封。线性螺线管单元的电枢优选地"在油下"工作。电枢管的内部可以与液压操作腔连通，以确保通过阀壳体中的开口的恒定压力补偿；其中，电枢杆、阀杆或设置在这些部件之间的单独的挺杆穿过该阀壳体中的开口。这意味着不需要动态密封电枢杆、挺杆或阀杆，从而降低摩擦并因此能够使用特别有效的螺线管单元。然而，电枢管必须能够承受高压(可能通过壳体去支撑它)，即承受线性转换器的液压工作腔中的最大工作压力。
根据上述方案，在阀杆，电枢杆或设置在阀杆和电枢杆之间的单独挺杆至少以基本密封的方式穿过阀体并且电枢管的内部经由释放管路与供应连接部连通的情况下，则是特别有利的。在这种结构中，为了避免一方面与阀杆/电枢杆/挺杆之间和另一方面与阀壳体之间的100％可靠密封相关的摩擦，在朝向螺线管单元的相关通道中允许有一定量的轻微漏油；然而，所讨论的泄漏油不会在电枢管中产生任何压力，因为它可以通过释放管路流出(未加压)到供应连接部。这种结构对螺线管单元的机械要求特别低。
本发明的另一个优选的进一步的实施例是阀座位于液体连接部和阀头之间。在这种情况下，在阀单元的第二切换位置，阀头在与液体连接部相对的一侧靠置在阀座上。在这种情况下，在阀单元的第二切换位置中，暴露于液体连接部中的压力的阀体的表面部分主要是靠置在阀座上的阀头的表面，该表面部分在阀单元的第二切换位置中处于液体连接部中，并且其压力沿与弹簧单元相同的方向作用在阀体上，该阀座暴露于液体连接部并由阀座封闭。在这种情况下，补偿通道优选地由穿过阀罐底部的开口形成。这样，液压工作腔和液压操作腔之间的液压连接可以用非常简单的装置来建立，这对制造复杂性以及稳健性和使用寿命具有积极的影响。
然而，在上述本发明的优选结构的功能反转中，阀座也可以位于供应连接部和阀头之间，使得在阀单元的第二切换位置中的阀头在与供应连接部相对的一侧上抵接阀座。这也代表了本发明的非常有利的配置。作为在阀单元的第二切换位置中的液体连接部中处于主要压力并且其加压在与弹簧单元相同的方向上作用在阀体上的那些阀体表面部分，在这种情况下，主要考虑阀头的端面的部分，其围绕与阀座一起作用在外侧上的密封表面。优选地，在这种情况下，补偿通道由穿过阀罐侧壁的开口形成。
本发明的液压线性转换器的另一优选实施例的特征在于，电磁致动器在第一切换位置不通电。当电磁致动器无电流时，只要上述液压自保持机构无效，阀体就被弹簧单元移动到与第一开关位置相对应的位置，在该位置上，阀体的阀头从阀座抬起，并且供应连接部和液体连接部液压连接。
根据本发明的另一个优选实施例，可以通过电磁致动器将阀体带入位于阀单元的第一开关位置和第二开关位置之间的至少一个中间位置。这使得阀单元具有额外的功能，特别是当阀体进入中间位置，液体连接部和供应连接部之间的流动路径仅部分打开时，阀单元作为有效的流量节流器或液体制动器。这是在合适的液压环境中实现稳定的阻尼效果的最简单的方式，而且如果需要，可以调节该阻尼效果。这允许以便捷的方式对根据本发明的线性转换器中的主要压力和流动条件产生有针对性的影响，其结果是在线性转换器的可用性和扩展的适用性方面得到了显著的进一步改进。
为了避免误解，应该指出的是，作为预防措施，术语"供应连接部"决不能用来暗示从供应连接部到液体连接部的流过阀单元的方向是强制性的。相反，如上所述，通过阀单元的反向流动也是可能的。
为了增加本发明的液压线性转换器的适应性，液压操作腔特别优选地通过旁路管线与阀单元的供应连接部连通，其中在旁路管线中布置有截流阀。这样，液压操作腔可以独立于液压工作腔中的压力条件而被减压，从而消除了上述的液压自锁效应。这代表了额外的安全功能，因为其结果是，即使在液压工作腔中的压力下，阀单元也可以打开。当液压工作腔通过补偿通道连接到液压操作腔时，即使阀单元(静止)关闭，液压工作腔中的压力也可以通过上述旁路管线以朝向供应连接部的方式减小。
说明书附图
在下文中，通过附图中所示的两个优选示例性实施例来更详细地解释本发明。由此
图1是根据本发明的液压机械线性转换器的示意图。
图2是在其第一开关位置的阀单元的细节，其可以与根据图1的线性转换器一起使用
图3是根据图2的阀单元的改进型式。
具体实施例
图中所示的液压机械线性转换器1包括，如现有技术中已知的，并因此在这一点上不再详细说明的，缸体2，可相对于缸体2移动的活塞单元3，和阀单元4。活塞单元3的缸体2和活塞5限定液压工作腔6，工作连接部7和另一液体连接部8开口至该工作腔6中，该液体连接部8与阀单元4液压连通。阀单元4被构造为座阀单元9，并包括供应连接部10，并且可以在连接供应连接部10与液体连接部8(如图2所示)的第一切换位置和切断供应连接部10与液体连接部8的第二切换位置之间切换。
阀单元4包括阀壳体11，阀体12，弹簧单元13和电磁致动器14。阀壳体11包括形成阀座16的罐形插入件15，并且在其周壁中具有多个周边开口17，以及具有基部结构19以及盖部20的双部件的基部主体18，该基部结构19具有供应连接部10和液体连接部8。基座结构19和盖部20通过合适的紧固装置(未示出)彼此牢固地连接。它们在它们之间容纳插入件15，由此插入件15在端面处通过相关联的密封件密封抵靠基部结构19和盖部20。
阀体12可沿阀轴线A相对于阀壳体11移动。它包括具有大致圆柱形周壁和底部的阀罐21，以及牢固地连接到阀罐21的底部的阀杆22，阀罐21的底部形成与阀座16相配合的阀头23。阀座16位于液体连接部8和阀头23之间。弹簧单元13将阀体12预拉伸到与阀单元的第一切换位置相对应的位置，在该位置，阀头23从阀座16升起。
构造成开口25的补偿通道24穿过阀罐21的底部，同时阀体12在阀壳体11中---即在其插入件15中，被密封地引导，从而与后者一起限定液压操作腔26。在沿着阀轴线A的投影面中，液压操作腔26基本上由阀罐21的两个表面部分限定，即面对阀罐内部的底部表面(除去开口25和阀杆22的表面以外)和周壁的环形端面。当对液压操作腔26施压时，作用在阀体12上和与弹簧单元13的操作方向相反的方向上的力产生在这些表面部分上，所述表面部分的总和大于靠置在阀座16上的阀头23、被阀座16围绕并暴露于液体连接部8的表面。液压操作腔26经由补偿通道24与液体连接部8液压连通，从而确保液体连接部8和液压操作腔26之间的压力补偿。
液压操作腔26和供应连接部10之间的液压连接可以通过具有也是电磁操作的截止阀28的旁路管线27来建立。
固定在壳体上的篮状部件29伸入到阀罐21中，其上支撑有围绕阀杆22并形成弹簧单元13的螺旋复位弹簧30。篮状部件29的第二端由阀杆22的轴环支撑。
电磁致动器14通过纯机械致动链作用在阀体12上。它克服弹簧单元13的力把阀体12移动到对应于阀单元的第二切换位置的位置，在该位置，阀头23密封地靠置在阀座16上。
电磁致动器14被构造为螺线管单元31，其包括电枢，电枢具有作用在阀杆22上的电枢杆32和压力密封电枢管，该压力密封电枢管收纳并引导电枢并在一端闭合。通过连接到阀壳体的盖部20上的适配器33，螺线管单元31牢固且紧密地连接到阀壳体11上，使得电枢管的内部持续暴露于液压操作腔26中的压力。相应的持续压力补偿沿着电枢杆产生，电枢杆以适当的间隙被引导。
电磁致动器的其它构造(例如，作为电力线性致动器)也可能同样有利(参见上文)，特别是能够将阀体调节到几个不同的中间位置。从图2可以看出，考虑到对该进一步实施例的解释，可以容易地导出上述的反向功能设计，其中液体连接部8和供应连接部10基本上互换，并且把液体连接部8连接到液压操作腔26的开口25不穿过阀罐21的底部，而是穿过阀罐2的周壁。根据供应连接部10的改变，将其连接到液压作用室的旁路管线27也必须改变。
图3中所示的改进实施例与图2中所示的实施例的不同之处主要在于，在持续压力补偿的意义上，不是电枢管的内部与液压操作腔连通，而是在螺线管单元31的电枢和阀杆22之间以力传递方式布置的挺杆36，该挺杆至少基本上密封地穿过盖部20中的开口34和阀壳体11。电枢管的内部经由释放管路35与供应连接部10持续地连通，使得通过开口35沿着电枢杆32'进入电枢管的泄漏油量能够持续地流入(未加压的)供应连接部10，从而防止电枢管中的压力增加。

Claims (15)

1.液压机械线性转换器(1)，包括缸体(2)，可相对于所述缸体(2)移动的活塞单元(3)，和阀单元(4)，其中所述缸体(2)和活塞单元(3)的活塞(5)限定液压工作腔(6)，工作连接部(7)和另一液体连接部(8)打开到所述液压工作腔(6)中，其中所述液体连接部(8)与所述阀单元(4)液压连通，阀单元(4)被配置为具有供应连接部(10)的座阀单元(9)，并且可以在将供应连接部(10)连接到液体连接部(8)的第一切换位置和切断供应连接部(10)流体的第二切换位置之间切换，并且包含：
-具有阀座(16)的阀壳体(11),
-可以沿着阀轴线(A)相对于所述阀壳体(11)移动的阀体(12)，所述阀体(12)具有与所述阀座(16)相协作的阀头(23),
-把所述阀体(12)预加载到与阀单元(4)的第一切换位置对应的位置的弹簧单元(13)，在所述第一切换位置，所述阀头(23)从阀座(16)升起，
-经由纯机械致动链作用在所述阀体(12)上的电磁致动器(14)，并且通过所述电磁致动器(14)，阀体(12)能够克服所述弹簧单元(13)的力而被调节到与阀单元(4)的第二切换位置相对应的位置，在所述第二切换位置，所述阀头(23)密封地靠置在阀座(16)上，
其中所述阀体(12)在所述阀壳体(11)中被密封地引导，使得所述阀体(12)与所述阀壳体(11)一起界定出液压操作腔(26)，所述液压操作腔(26)经由补偿通道(24)与所述液体连接部(8)液压连通，并且所述液压操作腔(26)的加压在与所述弹簧单元(13)相反的方向上作用在所述阀体上，其中，在沿着所述阀轴线(A)的投影面中，界定液压操作腔(26)的阀体(12)的表面部分大于阀体(12)的那些在阀单元的第二切换位置中暴露于液体连接部(8)中的压力的表面部分，所述液体连接部(8)的压力在与弹簧单元(13)相同的方向上作用于阀体。
2.根据权利要求1所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述阀壳体(11)包括基座(18)和设置在所述基座(18)中的罐形插入件(15)，所述罐形插入件(15)形成所述阀座(16)并具有至少一个周边开口(17)。
3.根据权利要求2所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述基座(18)构造成具有基座结构(19)和盖部(20)的多部件元件，所述基座结构(19)包括所述液体连接部(8)和所述供应连接部(10)。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述阀体(12)在所述罐形插入件(15)中被密封地引导。
5.根据权利要求1所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述阀体(12)包括阀罐(21)和阀杆(22)，所述阀杆(22)固定地连接到所述阀罐(21)，并且所述电磁致动器(14)作用在所述阀罐(21)和阀杆(22)上，其中所述阀罐(21)的底部形成所述阀头(23)。
6.根据权利要求5所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，固定到所述阀壳体上的篮状部件(29)突出伸入到所述阀罐(21)中，所述弹簧单元(13)以围绕所述阀杆(22)的压力加载复位弹簧(30)的形式支撑在所述篮状部件(29)上。
7.根据权利要求5所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述电磁致动器(14)构造成螺线管单元(31)，所述螺线管单元(31)安装在所述阀壳体(11)的外侧上，并且包括电枢，所述电枢具有电枢杆(32)和电枢管，所述电枢管容纳所述电枢杆(32)，并且在一侧上紧密闭合。
8.根据权利要求7所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述电枢管的内部在连续压力补偿的意义上与所述液压操作腔(26)连通。
9.根据权利要求7所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述阀杆(22)、电枢杆(32)或设置在所述阀杆(22)和所述电枢杆(32)之间的单独的挺杆(36)以至少基本上密封的方式穿过所述阀壳体(11)的开口(34)，并且所述电枢管的内部经由释放管路(35)与所述供应连接部(10)连通。
10.根据权利要求1所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述电磁致动器(14)设置在所述液压操作腔(26)中。
11.根据权利要求5所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述阀座(16)设置在所述液体连接部(8)和所述阀头(23)之间，并且所述补偿通道(24)由穿过所述阀罐(21)的底部的开口(25)形成。
12.根据权利要求5所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述阀座(16)设置在所述供应连接部(10)和所述阀头(23)之间，并且所述补偿通道由穿过所述阀罐(21)的侧壁的开口形成。
13.根据权利要求1所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述电磁致动器(14)在所述阀单元(4)的第一切换位置不被通电。
14.根据权利要求1所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述液压操作腔(26)经由旁路管线(27)与所述供应连接部(10)连通，所述旁路管线(27)中布置有截流阀(28)。
15.根据权利要求1所述的液压机械线性转换器(1)，其特征在于，所述阀体可以被所述电磁致动器(14)带入至少一个中间位置，所述中间位置在所述阀单元(4)的所述第一切换位置和所述第二切换位置之间。
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