DE10115375C2 - Blockierbares Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein blockierbares Kolben-Zylinderaggregat entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE-AS 14 59 182 ist ein Kolben-Zylinderaggregat bekannt, umfassend ein Ventilgehäuse, das eine Strömungsverbindung zu mindestens einem Arbeits­ raum des Kolben-Zylinderaggregates aufweist, wobei die Strömungsverbindung von einem Ventilkörper in Abhängigkeit der Druckverhältnisse in der Strömungs­ verbindung geschaltet wird, indem ein Vorsteuerventilkörper ab einem definier­ ten Staudruck eine Schaltkraft wirksam werden lässt, die mittels eines Rastme­ chanismus den Ventilkörper in einer vorgesehenen Ventilkörperstellung hält, auch wenn der Staudruck ein geringeres Niveau eingenommen hat.

Der Ventilkörper verfügt über mehrere Rastnuten, in die eine federbelastete Ku­ gel einrasten kann. Für eine sinnvolle Funktion des Rastmechanismus sind min­ destens drei Rastnuten notwendig. Eine mittlere Rastnut hält den Ventilkörper in einer Neutralstellung, bei der beide Arbeitsräume des Kolben-Zylinderaggregates miteinander verbunden sind. Soll das Kolben-Zylinderaggregat in eine Blockier­ stellung gebracht werden, so benötigt man für jede Bewegungsrichtung noch eine weitere Rastnut, da sich in Abhängigkeit der Anströmungsrichtung der Ven­ tilkörper einmal in die eine und einmal in die entgegengesetzte Richtung ver­ schiebt. Des weiteren ergeben sich durch die Anordnung des Vorsteuerventil­ körpers zum Ventilkörper kompliziert herzustellende Strömungsverbindungen, die nur schwerlich definierbare Drosselwiderstände darstellen, wobei die Drosselwi­ derstände einen erheblichen Einfluss auf die Wirkung des zur Verstellung des Ventilkörpers benötigten Staudrucks ausüben. Der erhebliche Bauaufwand wird betrieben, um einerseits eine hohe Blockierkraft und andererseits eine deutlich geringere Offenhaltkraft bezogen auf den Ventilkörper zu erreichen.

Die DE 44 31 626 C2 betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat, das in der Ausgestal­ tung nach den Fig. 12 ff. eine Rasteinrichtung aufweist, die die geöffnete Stel­ lung des Ventilkörpers unterstützt. Das Konstruktionsprinzip bedingt zwei Ven­ tilkörper mit dazugehörigem Rastmechanismus, wodurch der Bauraumaufwand nicht unerheblich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindungsmeldung ist es, ein blockierbares Kolben- Zylinderaggregat zu schaffen, das ausgehend von einer hohen Blockierkraft eine geringe Offenhaltkraft und insgesamt einen einfachen Aufbau aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Es sind durchaus Anwendungsfälle vorstellbar, bei denen der Ventilkörper unab­ hängig von einer Druckkraft eine bestimmte Schaltstellung oder tendenziell in eine bestimmte Schaltstellung gebracht werden soll. Zum Überwinden der Bloc­ kierkraft dient einerseits die radiale Ausdehnung des Zylinders, die das Übertra­ gungsglied z. B. in Durchlass-Stellung des Ventilkörpers hält und in Überlage­ rung die Druckverhältnisse innerhalb der Strömungsverbindung, wobei z. B. die Verringerung der radialen Ausdehnung des Zylinders auch derart vorgenommen werden kann, dass die Druckverhältnisse innerhalb der Strömungsverbindung überhaupt keine Rolle spielen.

Die Strömungsverbindungen können axial bezogen auf das Kolben- Zylinderaggregat und damit in sehr einfacher geometrischer Ausgestaltung ver­ laufen. Zusätzlich ist der Ventilkörper unabhängiger von Trägheitseinflüssen, die bei gewöhnlicher Einbaulage auftreten könnten.

Des weiteren ist vorgesehen, dass der Zylinder für das Übertragungsglied zum Ventilkörper Abschnitte mit einem unterschiedlichen Durchmesser aufweist und eine die Arbeitsräume trennende Dichtung im Ventilgehäuse radial beweglich ausgeführt ist, um den unterschiedlichen Durchmessern anpassbar zu sein. Wenn man den Zylinder über den gesamten Umfang im Durchmesser verändert, dann vereinfacht sich auch die Problematik der Abdichtung zwischen den Ar­ beitsräumen im Vergleich mit dem Dichtungsproblem bei einer einfachen Sicke im Zylinder.

In weiterer konstruktiver Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Rastmecha­ nismus Rastkörper in Verbindung mit einer Druckfeder aufweist, die die Rastkör­ per in Rastmulden des Ventilkörpers verspannt und dadurch die Blockierstellung des Ventilkörpers unterstützt, bei der ein Abstrom über die Strömungsverbin­ dungen aus dem Ventilgehäuse in die benachbarten Arbeitsräume verhindert wird.

Eine ganz wesentliche Vereinfachung des Ventilaufbaus begründet sich darin, dass nur noch ein Ventilkörper eingesetzt wird, der einerseits mit dem Rastme­ chanismus zusammenwirkt und andererseits vom Staudruck ohne die Zwischen­ schaltung eines Vorsteuerventils in eine andere Betriebsstellung bewegt wird. Damit vereinfachen sich die Strömungswege und auch Fehlerquellen für eine mögliche Fehlfunktion werden durch den Wegfall des Vorsteuerventilkörpers, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, minimiert.

Da der Rastmechanismus nur die Blockierstellung des Ventilkörpers unterstützt, vereinfacht sich insgesamt der Aufbau des Rastmechanismus. Der Kraftunter­ schied zwischen der Blockierkraft und der Offenhaltkraft liegt dann ganz einfach darin, dass die Blockierkraft vom Rastmechanismus wesentlich unterstützt wird und die Offenhaltkraft nicht.

Man kann strömungsrichtungsabhängige Kräfte zum Überwinden der Blockier­ kraft realisieren, wenn zwischen den Arbeitsräumen getrennte Strömungsver­ bindungen für jede Strömungsrichtung vorliegen, die vom Ventilkörper wechsel­ seitig geschaltet werden und die Strömungsverbindungen für jede der beiden Strömungsrichtungen einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Je nach Querschnitt der Strömungsverbindung liegt ein vorgegebener Druckabfall zum Ventilkörper vor. Bei unterschiedlichen Drücken am Ventilkörper stellen sich auch zwangsläufig unterschiedliche Kräfte zum Überwinden der Blockierkraft ein.

Man kann zusätzlich oder alternativ vorsehen, dass der Ventilkörper von zwei entgegengesetzt gerichteten Ventilfedern vorgespannt wird. Über die dem Druck in den Strömungsverbindungen entgegengesetzten Kräfte der Ventilfedern kann man ebenfalls unterschiedliche Kräfte zum Überwinden der Blockierkräfte errei­ chen.

Es sind durchaus Anwendungsfälle vorstellbar, bei denen der Ventilkörper unab­ hängig von einer Druckkraft eine bestimmte Schaltstellung oder tendenziell in ei­ ne bestimmte Schaltstellung gebracht werden soll. Dazu ist vorgesehen, dass das Ventilgehäuse an einer Kolbenstange angeordnet ist und der Ventilkörper in Wirk­ verbindung mit einem Übertragungsglied steht, das in Abhängigkeit der radialen Ausdehnung eines Zylinders unabhängig vom Druck innerhalb der Strömungsver­ bindung eine Veränderung der Schaltstellung des Ventilkörpers beeinflusst. Zum Überwinden der Blockierkraft dient einerseits die radiale Ausdehnung des Zylin­ ders, die das Übertragungsglied z. B. in Durchlass-Stellung des Ventilkörpers hält und in Überlagerung die Druckverhältnisse innerhalb der Strömungsverbindung, wobei z. B. die Verringerung der radialen Ausdehnung des Zylinders auch derart vorgenommen werden kann, dass die Druckverhältnisse innerhalb der Strö­ mungsverbindung überhaupt keine Rolle spielen.

Dazu ist des weiteren vorgesehen, dass der Zylinder für das Übertragungsglied zum Ventilkörper Abschnitte mit einem unterschiedlichen Durchmesser aufweist und eine die Arbeitsräume trennende Dichtung im Ventilgehäuse radial beweglich ausgeführt ist, um den unterschiedlichen Durchmessern anpassbar zu sein. Wenn man den Zylinder über den gesamten Umfang im Durchmesser verändert, dann vereinfacht sich auch die Problematik der Abdichtung zwischen den Arbeitsräu­ men im Vergleich mit dem Dichtungsproblem bei einer einfachen Sicke im Zylin­ der.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat 1, das einen Zylinder 3 aufweist, in dem eine Kolbenstange 5 axial beweglich ge­ führt ist. Ein als Ventilgehäuse 7 ausgebildeter Kolben trennt den Zylinder in ei­ nen ersten und einen zweiten mit einem Blockiermedium gefüllten Arbeitsraum 9; 11, wobei zwischen den Arbeitsräumen innerhalb des Ventilgehäuses für jede Strömungsrichtung mindestens eine Strömungsverbindung 13; 15 vorliegt. Als Blockiermedium kann eine Flüssigkeit, beispielsweise Öl, oder auch ein Druckgas dienen.

Das Ventilgehäuse nimmt einen quer zur Längsachse der Kolbenstange angeord­ neten Ventilkörper 17 auf, der als Querschieber ausgeführt ist und in Abhängig­ keit seiner Position innerhalb des Ventilgehäuses die Strömungsverbindungen 13; 15 freigibt. Jede der Strömungsverbindung besteht aus zwei Abschnitten 13a; 13b, 15a; 15b, die radial zueinander versetzt ausgeführt sind. In einer Blockier­ stellung des Ventilkörpers werden jeweils die Strömungsverbindungen 13b; 15b, die den Abstrom aus dem Ventilgehäuse in den benachbarten Arbeitsraum über­ nehmen, von dem Ventilkörper 17 blockiert.

Endseitig vom Ventilkörper verfügt das Ventilgehäuse über einen Staudruckraum 19; 21, der über die Strömungsverbindungen 13a; 15a ebenfalls nur jeweils mit einem Arbeitsraum verbunden ist. Innerhalb der Staudruckräume 19; 21 ist eine Ventilfeder 23; 25 angeordnet. Die Ventilfedern 23; 25 wirken den Staudrücken in den Staudruckräumen 19; 21 entgegen und führen den Ventilkörper in eine Mittelstellung. Die in der Figur eingenommene Ventilkörperstellung wird von ei­ nem Rastmechanismus unterstützt, der Rastkörper 27, 29 in Kugelform und eine Druckfeder 31 umfasst, die die innerhalb des Ventilkörpers angeordneten Rast­ körper in eine Rastmulde 33 des Ventilgehäuses 7 vorspannen. Der Rastmecha­ nismus unterstützt nur die dargestellte Blockierstellung, so dass nur eine Rast­ mulde notwendig ist.

Der Ventilkörper 17 verfügt über ein Übertragungsglied 37, das sich in Achsrich­ tung des Ventilkörper erstreckt und eine Kontaktfläche 39 aufweist, die in Ab­ hängigkeit der radialen Ausdehnung des Zylinders die Innenwandung 41 des Zy­ linders berührt. Wie man im Arbeitsraum 11 sieht, ist die radiale Ausdehnung nicht auf eine schmale Sicke beschränkt, sondern erstreckt sich auf den Durch­ messer des Zylinders. Damit kann auch bei einer Verdrehbewegung des Ventilge­ häuses zum Zylinder ein Kontakt zwischen dem Übertragungsglied und der In­ nenwandung gewährleistet werden. In Abhängigkeit des Zylinderdurchmessers führt das Übertragungsglied entsprechend der Radiusänderung des Zylinders ei­ nen Verstellweg 43 aus, der den Ventilkörper 17 z. B. aus einer Blockierstellung in Richtung einer Durchlass-Stellung bewegt.

Damit die beiden Arbeitsräume 9; 11 auch bei Erreichen des Ventilgehäuses einer Durchmesseränderung des Zylinders zuverlässig voneinander getrennt sind, ist eine Dichtung 45 des Ventilgehäuses 7 radial beweglich geführt. Aufgrund einer Reibkraft zwischen der Innenwandung 41 und der Dichtung 45 in Verbindung mit einer muldenförmigen Dichtungsnut 47, die stets für eine Vorspannung der Dich­ tung zur Innenwandung sorgt, kann die Dichtung die Durchmesserunterschiede des Zylinders ausgleichen und Leckagen zwischen den Arbeitsräumen vermeiden.

Bei einer Bewegung der Kolbenstange 5 in Richtung des Arbeitsraums 11 wird das Blockiermedium in diesem Arbeitsraum komprimiert, wobei sich die Drucker­ höhung über die Strömungsverbindung 15a bis in den Staudruckraum 21 fort­ setzt. Der Staudruck im Staudruckraum 21 wirkt auf die Stirnfläche 49 des Ven­ tilkörpers 17 und bewegt zusammen mit der Kraft der Ventilfeder gegen die Kraft der entgegengesetzt gerichteten Ventilfeder und die Haltekraft des Rastmecha­ nismus den Ventilkörper, so dass die beiden Teile der Strömungsverbindung 15a; 15b miteinander verbunden sind und die Durchlass-Stellung erreicht ist. Es ge­ nügt eine relativ geringe Kolbenstangengeschwindigkeit um den Ventilkörper in die Durchlass-Stellung zu halten.

Nach einer bestimmten Hublänge, die in der Figur nicht maßstäblich dargestellt sein muss, trifft das Übertragungsglied 37 des Ventilkörpers 17 auf einen Ab­ schnitt des Zylinders 3 mit einem kleineren Durchmesser. Dadurch wird der Ven­ tilkörper 17 wiederum gegen die Kraft des Staudrucks im Staudruckraum 21 be­ wegt. Der Durchmesser in diesem Abschnitt ist so gewählt, dass die Strömungs­ verbindungen 15a; 15b nicht ganz gesperrt sind, sofern der Abschnitt nicht ganz am Ende der Hublage ausgeführt ist, und eine permanent Blockierung der Strö­ mungsverbindung nicht erwünscht ist. Eine weitere Bemessung des Abschnitts kann darin begründet sein, dass auf einem nur sehr kurzen Hub eine permanente Blockierung erwünscht ist, wobei die Hublänge auf einen Betriebspunkt begrenzt ist und ein Zuschlag für die Kompressibilität des Blockiermediums addiert wird, da man ansonsten die Hubbewegung bei einem inkompressiblen Blockiermedium in dieselbe Richtung nicht fortsetzen könnte.

Während des Einfahrens des Ventilgehäuses in den Abschnitt 51 mit reduziertem Durchmesser wird die Dichtung 45 am Ventilgehäuse 7 in Richtung der Dich­ tungsnut 47 bewegt, wobei ein permanenter Kontakt zwischen der Dichtung 45 und der Innenwandung 41 des Zylinders 3 aufrechterhalten bleibt.

Bei einer entgegengesetzten Bewegung der Kolbenstange aus dem Abschnitt des Zylinders mit dem verringerten Durchmesser in Richtung des Arbeitsraumes 9 wird durch das Übertragungsglied 37 der Ventilkörper 17 bereits in Richtung Durchlass-Stellung bezogen auf die Strömungsverbindung bewegt und der Stau­ druck im Staudruckraum 19 unterstützt die weitere Ventilkörperbewegung.

Steht die Kolbenstange still, dann liegt in keinem der Staudruckräume 19; 21 ein Staudruck an und der Ventilkörper 17 wird aufgrund der Ventilfedern 23; 25 wieder in die Blockierstellung bewegt, die von dem Rastmechanismus 27; 29; 31 unterstützt wird. Daraus ergibt sich bei erneuter Kolbenstangenbewegung eine erhöhte Kraft zum Überwinden der Blockierkraft und eine geringere Kraft zum Weiterbewegen der Kolbenstange, da der Rastmechanismus nicht mehr wirksam ist.

Durch eine unterschiedliche Querschnittsdimensionierung der Strömungsverbin­ dung 13a; 15a kann man den Druckabfall vom Arbeitsraum 9; 11 zum Stau­ druckraum 19; 21 verändern, so dass richtungsabhängig unterschiedliche Stau­ druckkräfte innerhalb der Staudruckräume auftreten, die wiederum die Haltekraft des Rastmechanismus überwinden müssen.

Ergänzend können im Zylinder auch Abschnitte 53 mit einem Durchmesser aus­ geführt sein, in denen die Dichtung 45 am Ventilgehäuse 7 keinen Kontakt zur Innenwandung 41 hat und ein seitliches Umströmen möglich ist. In diesen Ab­ schnitten 53 ist dann keine Blockierung der Kolbenstangenbewegung möglich. Des weiteren kann auch eine Gegenkraft zur Kolbenstangenbewegung erreicht werden, indem ein Anschlag 55, in diesem Fall ein mechanischer Druckanschlag zur Anwendung kommt.

Claims (5)

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend ein Ventilgehäuse, das eine Strö­ mungsverbindung zwischen zwei Arbeitsräumen des Kolben- Zylinderaggregates aufweist, wobei die Strömungsverbindung von einem Ventilkörper in Abhängigkeit der Staudruckverhältnisse in der Strömungs­ verbindung aufgrund der Kolbenstangengeschwindigkeit geschaltet wird und ein Rastmechanismus den Ventilkörper in einer vorgesehenen Ventilkörper­ stellung hält, wobei der Ventilkörper von mindestens einer Ventilfeder in ei­ ne Betriebsstellung vorgespannt wird, in der die Strömungsverbindung bloc­ kiert ist und in Abhängigkeit eines Staudrucks in der Strömungsverbindung der Ventilkörper gegen die Kraft der Ventilfeder in eine Durchlass-Stellung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (7) an einer Kolbenstange (5) angeordnet ist und der Ventilkörper (17) als ein Querschieber bezogen auf die Strömungsverbindung (13a; 13b; 15a; 15b) ausgeführt und quer zur Längsachse des Kolben- Zylinderaggregates (1) angeordnet ist, wobei der Ventilkörper (17) in Wirk­ verbindung mit einem Übertragungsglied (37) steht, das in Abhängigkeit der radialen Ausdehnung eines Zylinders (3) unabhängig vom Druck innerhalb der Strömungsverbindung (13a; 13b; 15a; 15b) eine Veränderung der Schaltstellung des Ventilkörpers (17) beeinflusst.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) für das Übertragungsglied (37) zum Ventilkörper (17) Abschnitte (51) mit einem unterschiedlichen Durchmesser aufweist und eine die Arbeitsräume (9; 11) trennende Dichtung (95) im Ventilgehäuse (7) radi­ al beweglich ausgeführt ist, um den unterschiedlichen Durchmessern an­ passbar zu sein.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dass der Rastmechanismus Rastkörper (27, 29) in Verbindung mit einer Druckfeder (31) aufweist, die die Rastkörper (27; 29) in Rastmulden (31, 33) des Ventilkörpers (17) verspannt und dadurch die Blockierstellung des Ventilkörpers (17) unterstützt, bei der ein Abstrom über die Strömungsver­ bindungen (13b; 15b) aus dem Ventilgehäuse in die benachbarten Arbeits­ räume (9; 11) verhindert wird.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Arbeitsräumen (9; 11) getrennte Strömungsverbindungen (13a; 13b; 15a; 15b) für jede Strömungsrichtung vorliegen, die vom Ventil­ körper (17) wechselseitig geschaltet werden und die Strömungsverbindun­ gen (13a; 13b; 15a; 15b) für jede der beiden Strömungsrichtungen einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (17) von zwei entgegengesetzt gerichteten Ventilfe­ dern (19; 21) vorgespannt wird.