DD210107A1

DD210107A1 - Doppeltwirkender druckwandler

Info

Publication number: DD210107A1
Application number: DD82243502A
Authority: DD
Inventors: Karl Bittel; Rudi Bardoux
Original assignee: Orsta Hydraulik Veb K
Priority date: 1982-09-27
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1984-05-30
Also published as: FR2533642B1; DE3332207A1; GB8321920D0; GB2127907A; DD210107B1; FR2533642A1; DE3332207C2; GB2127907B; US4895492A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Druckwandler, der in den Endlagen selbsttaetig umsteuert.Durch die Erfindung soll ein Steuerorgan fuer den Druckwandlerkolben geschaffen werden,das hinsichtlich Fertigungstoleranzen und Lageabweichungen unabhaengig ist und platzsparend baut. Dies wird dadurch erreicht, dass parallel zum Druckwandlerkolben ein Steuerschieber im Gehaeuse angeordnet ist, ueber Steuerbohrungen und -nuten mit dem Druckwandlerkolben verbunden, diesen in seinen Endlagen umsteuert.

Description

DoOpeltwirkender Druckwandler

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Druckwandler mit einem Druckwandlerkolben, der in seinen beiden Endlagen selbständig umsteuert.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

3ei den bekannten doppeltwirkenden Druckwandlern ist der Druckwandlerkoiben als vom Priaärdruck beaufschlagter Scheibenkolben mit zwei zur Mitteiebene symmetrisch angesetzten dünneren Hochdruckkolben ausgebildet. Der Scheibenkolben bildet mit der Bohrung, in der er gleitet, zwei Niederdruckarbeitsräume, die abwechselnd vom Niederdruck beaufschlagt werden. Die Steuerung des Niederdruckölstromes erfolgt durch ein 7/egeventii, das durch Pilotventile oder durch Endschalter angesteuert wird. Der Niederdruckteil arbeitet praktisch als Linear-Hydraulikmotor, während die zwei Hochdruckteile als ventilgesteuerte Pumpe arbeiten. Der Nachteil dieser Druckwandler besteht in dem für die Steuerorgane erforderlichen Aufwand und dem relativ großen Zeitraum zum Umsteuern des Druckwandlerkolbens und dem dadurch verursachten Druckabfall.

Um die Nachteile dieser Druckwandler zu beseitigen, wurden in den Endlagen umsteuernde Druckwandler geschaffen, bei denen eine den ZufluJ3 und Ablauf steuernde, den Druck-

n. um. 1983*062153

wandlerkolben umschließende Steuerhülse angeordnet ist. Bei einer Ausführung wird die Steuerhülse mechanisch durch den sich der Endlage nähernden Druckwandlerkolben mittels Anschlägen verschoben und steuert so die Beaufschlagung des Druckwandlerkolbens. Da die mechanische Ansteuerung der Steuerhiilse trotz entsprechender Hilfsmaßnahmen keine stabilde Umsteuerung in den Endlagen ergab, wurde eine hydraulische Ansteuerung geschaffen. Bei dieser sind die Hingflächen zweier Bunde am Außendurchmesser der Steuerhülse abwechselnd, je nach Stellung des Druckwandlerkolbens, mit der Druck- oder Ablaufseite verbunden. Die Verstellbewegung der Steuerhiilse erfolgt dabei immer entgegen der Bewegungsrichtung des Druckwandlerkolbens. Die angeschnittenen Steuerbohrungen in der Steuerhülse werden durch die gegenläufige Bewegung zum Druckwandlerkolben rasch und vollständig freigegeben, wodurch die Steuerhülse zuverlässig in die andere Stellung geschoben wird, so daß eine stabile Umsteuerung der Bewegungsrichtung des Druckwandlerkolbens unter allen Bedingungen - ob großer oder kleiner Förderstrom bzw. Druck anliegt - gegeben ist. Die sichere Umsteuerung des Druckwandlerkolbens ist daher an eine geometrische Zuordnung des Druckwandlerkolbens zur Steuerhülse gebunden und diese erscheint nur möglich, wenn sich Druckwandlerkolben und Steuerhülse berühren bzw. ersterer von der Steuerhülse umschlossen wird. Diese koaxiale Zuordnung von Druckwandlerkolben und Steuerhülse - insbesondere, wenn letztere von drei weiteren Steuerbuchsen umschlossen ist - ist fertigungstechnisch nachteilig. Geringe Abweichungen von der Koaxialität führen, wenn die Spalte und damit Leckverluste klein gehalten werden sollen, zum Klemmen der Steuerhülse.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Einfluß der Abweichungen von der Koaxialität auszuschließen. Weiterhin

soll die Baulänge des Druckwandlers bei Erhaltung des Hubes des Druckwandlerkolbens weiter verringert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerorgan für den Druckwandlerkolben zu schaffen, das hinsichtlich Pertigungstoleranzen und Lageabweichungen unabhängig ist und das weiterhin eine besonders platzsparende Bauweise ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, da_S ein getrennt und parallel zum Druckwandlerkolben angeordneter Steuerschieber im mittleren Bereich zwei flache Steuernuten besitzt, die über Querbohrungen mit zwei getrennten axialen Bohrungen, die in die Stirnflächen des Steuerschiebers münden, verbunden sind. Der Steuerschieber besitzt weiterhin an beiden äuBeren Enden eine breite und tiefe Überströnmut. Beiderseits und parallel neben der Bohrung für den Steuerschieber sind Bohrungen für den Zu- und Ablauf angeordnet. Die Bohrung für den Steuerschieber hat auf beiden Seiten drei tiefere Überströmnuten, wovon die beiden äußeren mit dem Ablauf und die inneren mit dem Zulauf verbunden sind, während die beiden mittleren Überströmnuten über entsprechende Bohrungen mit den Mederdruckarbeitsräumen des Druckwandlerkolbens verbunden sind. Die Bohrung für den Druckwandlerkolben ist in der Mitte durch eine Steuerbohrung mit dem Zulauf und seitlich davon in einem bestimmten Abstand durch je eine Steuerbohrung mit dem Ablauf verbunden. Dazwischen sind auf jeder Seite zwei eng benachbarte und seitlich etwas versetzte Bohrungen angeordnet, die die Bohrung des Steuerschiebers mit der des Druckwandlerkolbens verbinden.

Weiterhin ist es ein Merkmal der Erfindung, da£ der Druckwandlerkolben zwei innere, etwas breitere, flache und zwei äußere, etwas schmalere Steuernuten aufweist, die die erwähnten Steuerbohrungen freigeben bzw. abdecken, indem

ζ. B. in der rechten Endstellung des Druckwandlerkolbens, dessen linke äußere Steuernut über die entsprechenden Steuerbohrungen den Ablauf mit der linken Steuernut des Steuerschiebers verhindert, während die linke innere Steuernut des Druckwandlerkolbens die rechte Steuernut des Steuerschiebers mit dem Zulauf verbindet.

Ein weiteres Merkmal besteht darin, daJB die beiden eng benachbarten Steuerbohrungen so angeordnet sind, daß beispielsweise in der rechten Stellung des Steuerschiebers von den beiden rechten benachbarten Steuerbohrungen die innere durch die Kante des Steuerschiebers verdeckt ist und umgekehrt. Nach einem weiteren Merkmal ist der Durchmesser zweier Bunde an den Enden des Steuerschiebers geringer als der des Mittelteils, so daß die inneren Schultern der überströmnuten hoher sind als die äußeren, wobei die Montage des Steuerschiebers im Gehäuse durch z^ei Buchsen ermöglicht ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiei erläutert. Hierzu zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Druckwandler, Fig. 2 einen um 90° versetzten Schnitt A-A durch den Steuerschieber des Druckwandlers.

Der Druckwandler besteht aus einem Gehäuse 1, in dessen größerer Bohrung der Druckwandlerkolben 2 und in dessen darüberliegender, kleinerer Bohrung der Steuerschieber 3 gleitend angeordnet sind. Im Druckwandlerkolben 2 befinden sich ein Rückschlagventil 4- und an beiden Stirnseiten, gleitend angeordnet, die Hochdruckkolben 5> S. Der Hochdruckkolben 5 stützt sich auf ein in einem Verschluß 7 angeordnetes Druckstück 9 ab. Der Hochdruckkolben 6 ist'in eine Grundbohrung eines Verschlusses 8 eingedrückt. In der Bohrung für den Steuerschieber 3 befinden sich links und rechts zwei kurze Buchsen 10, 10', die sich wie die Ver-

Schlüsse 7, 8 auf Deckel 11, 12 abstützen. Der Verschluß 8 ist durchbohrt und enthält ein Auslaßventil 13· Mittels einer überwurfmutter 14 kann ein Hochdruckanschluß 15 festgeklemmt werden.

Die Bohrung für den Steuerschieber 3 besitzt - in symmetrischer Anordnung - links und rechts drei Überströmnuten 15, 17, 18; 1S^!, 17', 18'. Die äußeren Überströmnuten 18, 18^} sind über Bohrungen 19, 19* niit einer Ablaufbohrung 20 verbunden. Die mittleren Überströmnuten 17, 17' sind durch Bohrungen 21, 21' mit Niederdruckarbeitsräumen 22, 22' des Druckwandlerkolbens 2 verbunden, während die inneren Überströmnuten 16, 16¹ über Bohrungen 23, 23' mit einer Zulaufbohrung 24 verbunden sind.

Die Überströmnuten 17, 17'> 18, 18' können je nach Stellung des Steuerschiebers 3 ^.^ den Niederdruckarbeitsräumen 22, 22' des Druckwandlerkolbens 2 verbunden werden, wobei eine Seite mit dem Ablauf, die andere mit dem Zulauf verbunden wird und umgekehrt.

Der Steuerschieber 3 besitzt im mittleren Bereich zwei flache Steuernuten 25, 25', die über Querbohrungen mit axialen Bohrungen 26, 25^J verbunden sind, und an den Enden Bunde 27,

Zwischen den Bohrungen für den Dructosandlerkolben 2 und dem Steuerschieber 3 ^xm-ö- diese verbindend, befinden sich, paarweise angeordnet, zwei eng benachbarte Steuerbohrungen 28, 28' . Etwas weiter außen befinden sich, ebenfalls symmetrisch zur Mitte, zwei Steuerbohrungen 29, 29', die die Bohrung des Druckwandlerkolbens 2 mit der Ablaufbohrung 20 verbinden. Sine vjeitere Steuerbohrung 30 i-Q. der Mitte verbindet die Bohrung des Druckwandlerkolbens 2, die an dieser Stelle eine flache, schmale Nut y\ aufweist, mit der Zulaufbohrung 24. Der Druckwandlerkolben 2 besitzt ebenfalls flache Steuernuten, und zwar zwei innere Steuernuten 32, 32' und zwei äußere, etwas schmalere Steuernuten 33, 33'· Der Steuerschieber 3 weist an seinen Enden je eine breite und tiefe Überströmnut 34·, 34·' auf, deren äußere Schultern an den Bunden 27, 27' durch die Anordnung der Buchsen 10, 10'

eine geringere Höhe besitzen als die inneren Schultern. Der Druckwandlerkolben 2 bildet mit dein Hochdruckkolben einen Hochdruckarbeitsraum 35 ¹^c- mit dem Hochdruckkolben S einen Hochdruckarbeitsraum 36. Durch eine Feder 37 ist der Hochdruckkolben 5 in Pachtung Druckstock 9 beaufschlagt.

Die Wirkungsweise ist folgende: Der Druckwandlerkolben 2 befindet sich in seiner rechten Stellung kurz vor der Umsteuerung. Die linke Kante der rechten Steuernut 25' des Steuerschiebers 3 verdeckt noch die innere der beiden benachbarten rechten Steuerbohrungen 28'. Obwohl die linke innere Steuernut 32 an Drucksandlerkolben 2 die innere der beiden benachbarten Steuerbohrungen 28' freigegeben hat, kann somit noch kein Steuerölstrom durch eine der beiden benachbarten rechten Steuerbohrungen 28' fließen, weil die eine vom Druckwandlerkolben 2 und die andere vom Steuerschieber 3 verschlossen ist, Erst wenn der Druckwandlerkolben 2 sich noch etwas mehr nach rechts bewegt, strömt ein Steuerölstrom über die äußere der benachbarten rechten Steuerbohrungen 28' und weiter über die rechte Steuernut 25' des Steuerschiebers 3 durch die Querbohrungen au der rechten axialen Bohrung 26^! des Steuerschiebers 3, beaufschlagt die rechte Stirnfläche des Steuerschiebers ":, 3 und drückt somit den Steuerschieber 3 nach links. Damit gibt aber die linke Kante der rechten Steuernut 25' des Steuerschiebers 3 äie innere der rechten benachbarten Steuerbohrungen 28' frei, so daß auch bei beginnender Bewegungsumkehr des Druckwandlerkolbens 2 noch genug Zeit verblieb, damit der Steuerschieber 3 cLie rechte Endstellung erreichen.konnte, bevor der sich nach links bewegende Druckwandlerkolben 2 erst die rechte und dann die linke der beiden benachbarten Steuerbohrungen 28' wieder verschließt. Das sichere Verbleiben des Steuerschiebers 3 in seiner rechten Sndstellung bewirkt die sich aus der unterschiedlichen Schulterhöhe der Überströmnut 34 ergebende Flächendifferenz zwischen innerer höherer und äußerer, niedrigerer Schulter. In der gezeichneten Stellung

wirkt somit in der linken tJberströmnut 3^;+ eine nach rechts gerichtete Kraft, die den Steuerschieber 3 is. seiner rechten Endsteilung festhält.

Die Verstellung des Steuerschiebers 3 von der rechten in die linke Endstellung ist nur möglich, wenn außer dem schon beschriebenen Zufluß eines Steuerölstromes in die rechte axiale Bohrung 26' gleichzeitig das zwischen linkem Deckel 11 und linker Stirnseite des Steuerschiebers 3 "befindliche öl abfließen kann. Dies wird möglich, weil die linke äußere Steuernut 33 am Druckwandlerkoiben 2 die benachbarten Steuerbohrungen 28 mit der linken Steuerbohrung 29, die zur Ablaufbohrung 20 führt, verbindet. Wenn sich nach seiner Umsteuerung der Druckwandlerkolben 2 nach links bewegt, so gibt es Zwischenstellungen, in denen er die benachbarten Steuerbohrungen 28, 28^f einmal mit der Steuerbohrung 30 (Zulauf) und auch mit den Steuerbohrungen 29, 29' (Ablauf) verbindet. In den Zwischenstellungen geschieht dies jedoch nicht gleichzeitig,, so daß keine Umsteuerung des Steuerschiebers 3 erfolgt. Die gleichzeitige Freigabe erfolgt nur in den Sndstellungen, so daß einerseits der volle Kolbenhub des Druckwandlerkolbens 2 und andererseits dessen sichere Umsteuerung in den Endstellungen gewährleistet sind.

Durch die beschriebene Ansteuerung des Steuerschiebers 3 durch den Druckwandlerkolben 2 wird letzterer abwechselnd auf einer Seite mit Zulaufdruck beaufschlagt und auf der anderen Seite durch den Ablauf entlastet. In der gezeichneten Stellung hat der Hochdruckkolben 3, dessen linke Stirnfläche zugleich Ventilsitz ist, noch vom Druckstück 9 abgehoben. Es strömt noch etwas Drucköl aus dem linken Nieder druckarbeit sr aum 22 in den Hochdruckarbeitsraum 35· Das Rückschlagventil 4· hat geschlossen. Aus dem Hochdruckarbeitsraum 3° wird noch eine geringfügige Menge Hochdrucköl über das Auslaßventil 13 ausgeschoben. Bei Bewegungsumkehr schließt der als Ansaugventil fungierende Hochdruckkolben 5· Diese Schließwirkung wird noch durch die Feder 37 unterstützt. Durch den nach links gehenden Druckwandlerkolben 2

wird öl aus dem Hochdruckarbeitsraum 35 über das Hück~ schlagventil 4- in den Hochdruckarbeitsraum 36 geschoben« Da sich die Querschnitte der Hochdruckkolben 5j S wie 2 : 1 verhalten, verhalten sich deren Hubvolumen ebenso. Deshalb wird, ganz gleich, ob sich der Druckwandlerkolben 2 von links nach rechts oder umgekehrt bewegt, immer das gleiche Volumen über das Auslaßventil 13 ausgeschoben.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Doppeltwirkender, in den Endlagen selbsttätig umsteuernder Druckwandler, bestehend aus einem Gehäuse, in dem ein Druckwandlerkolben gleitet, der am iLußendurchmesser flache Steuernuten besitzt und der die Bohrung, in der er gleitet, in zwei Niederdruckarbeitsräume teilt und der zwei zylindrische Bohrungen aufweist, die zusammen mit zwei Hochdruckkolben, deren Querschnitte sich wie 2 : 1 verhalten, zwei Hochdruckarbeitsräume bilden, die über ein zum kleineren Hochdruckarbeitsraum hin öffnendes Siickschlagventil miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß parallel zum Druckwandlerkolben (2) ein Steuerschieber (3) im Gehäuse (1) angeordnet ist, der im mittleren Bereich zwei flache Steuernuten (25 > 25^f)j die über Querbohrungen und zwei axiale Bohrungen (26, 26') in die Stirnflächen des Steuerschiebers (3) münden, und auf beiden Seiten eine breite und tiefe Überströmnut (34·» 34·') besitzt, daJB parallel neben der Bohrung, in welcher der Steuerschieber (3) gleitet, einerseits eine Zulaufbohrung (2-4-) und andererseits eine Ablaufbohrung (20) angeordnet sind und daß die Bohrung für den Steuerschieber (3) auf beiden Seiten drei Überströmnuten* (15, 17, 13; 16', 17', 18») besitzt, wovon die beiden äuJBeren Über strömnuten (18, 18') durch je eine Bohrung (19j 19') 2iit der Ablaufbohrung (20), die beiden inneren Ö"berströmnuten (15, 16') durch je eine Bohrung (23, 23') mit der Zulaufbohrung (24) und die mittleren Überströmnuten (17, 17^T) durch je zwei Bohrungen (21, 21') mit den Itfiederdruckarbeitsräumen (22, 22') des Druckwandlerkolbens (2) verbunden sind.

2. Druckwandler nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Bohrung für den Druckwandlerkolben (2) in der Mitte durch eine Steuerbohrung (30) mit der Zulauf bohrung (24·) und in seitlicrem Abstand

durch, zwei Steuerbohrungen (29» 29¹ ) mit der Ablauf bohrung (20) verbunden ist, während zwischen diesen Steuerbohrungen (29» 29', 30) sich jeweils auf beiden Seiten zwei eng benachbarte Steuerbohrungen (28, 28') befinden, die die Bohrung des Druckwandlerkolbens (2) mit der Bohrung des Steuerschiebers (3) verbinden.

3» Druckwandler nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckwandlerkolben (2) flache Steuernuten (32, 33; 32', 33¹) besitzt, von denen die inneren Steuernuten (32, 32') etwas breiter gehalten sind als die äußeren Steuernuten (33 ₅ 33') ¹^a die so angeordnet sind, daß in der rechten (linken) Bndstellung des Druckwandlerkolbens (2) die äußere linke (rechte) Steuernut (33) mindestens eine der beiden eng benachbarten linken (rechten) Steuerbohrungen (28) mit der in die Ablaufbohrung (20) führenden linken (rechten) Steuerbohrung (29) verbindet, während andererseits die innere linke (rechte) Steuernut (32) die mit der Zulaufbohrung (24) verbundene Steuerbohrung (30) mit den beiden eng benachbarten rechten (linken) Steuerbohrungen (28¹) verbindet.

4. Druckwandler nach Punkt 1 bis 3) gekennzeichnet dadurch, daß die Breite des Steges zwischen den beiden Steuernuten (25, 25¹) des Steuerschiebers (3) so bemessen ist, daß in der rechten (linken) Bndstellung des Steuerschiebers (3) die rechte (linke) innere Steuerbohrung (28') der eng benachbarten Steuerbohrungen (28, 28') durch den Steg abgedeckt bzw. nur die rechte (linke) äußere Steuerbohrung (28') frei ist.

5. Druckwandler nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Durchmesser zweier.Bunde (27, 27*) an den Enden des Steuerschiebers

(3) geringer als der des MitteIstückes ist, somit die äußeren Schultern der Überströmnuten (34, 3^') des Steuerschiebers (3) flacher sind als die inneren Schultern, so daß sich bei Druck in der einen überströmnut (34, 34*) ein auf den Steuerschieber (3) in Sichtung zur anderen Überströmnut (34, 34*) hin wirkendes KräfteUngleichgewicht bildet, und daß weiterhin zwecks dichtender und gleitender Abdichtung zwischen dem Gehäuse (1) und den äußeren Bunden (27, 27') des Steuerschiebers (3) Büchsen (10, 10¹) eingeschoben sind mit radialen Bohrungen, deren Wandungsabstand gleich der Breite des Steges zwischen den Überströmnuten (17, 18) ist.

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