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Die
Erfindung betrifft eine hydraulisch blockierbare Kolben-Zylinder-Einheit nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige starr blockierbare Kolben-Zylinder-Einheiten
sind in der Praxis bekannt. Das Ventil ist von außen mechanisch
betätigbar.
Sehr oft sind derartige Kolben-Zylinder-Einheiten allerdings nur in einer Richtung
blockierbar.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulisch blockierbare
Kolben-Zylinder-Einheit der gattungsgemäßen Art so auszugestalten,
dass sie konstruktiv sehr kompakt und besonders einfach bedienbar
ist, wobei eine starre Blockierung sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung
gewährleistet
sein soll.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Alle
Bauelemente, also sowohl die elektromagnetische Betätigungs-Einheit
als auch alle Ventile, sind in einem rohrförmigen Gehäuse untergebracht, aus dem
lediglich die elektrischen Versorgungs-Leitungen herausgeführt sind,
die zur Bestromung der Spule der elektromagnetischen Betätigungs-Einheit
notwendig sind. In der Ausgleichs-Kammer herrscht der Druck, der
bei der vorangegangenen Verstellbewegung vorhanden war. Durch die
Art der Ausgestaltung wird sichergestellt, dass der Raum, in den
inkompressibles Fluid bei einer Verstellung nachströmen muss,
den niedrigeren Druck aufweist, so dass vom Ausgleichs-Raum her Fluid
nachströmen
kann.
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Die
Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigt
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1 eine
hydraulisch blockierbare Kolben-Zylinder-Einheit nach der Erfindung
im Längsschnitt,
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2 einen
Teil aus der Kolben-Zylinder-Einheit in vergrößerter Darstellung, wobei Ventil-Stellungen
bei einer Zugbelastung der Kolbenstange gezeigt sind,
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3 eine
Darstellung entsprechend 2, wobei die Ventil-Stellungen bei einer
Druckbelastung der Kolbenstange dargestellt sind,
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4 einen 2 entsprechenden
hydraulischen Schaltplan und
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5 einen 3 entsprechenden
hydraulischen Schaltplan.
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Die
in der Zeichnung dargestellte elektromagnetisch betätigbare
hydraulisch blockierbare Kolben-Zylinder-Einheit 1 weist
ein zylindrisches, also rohrförmiges
Gehäuse 2 auf,
an dessen einem verschlossenen Ende 3 ein Befestigungs-Element 4 angebracht
ist. Aus seinem anderen Ende 5 ist eine Kolbenstange 6 herausgeführt, die
konzentrisch zur Mittel-Längs-Achse 7 des
Gehäuses 2 angeordnet
ist. Am äußeren freien
Ende der Kolbenstange 6 ist ebenfalls ein Befestigungs-Element 8 angebracht. Die
Kolbenstange 6 ist am Ende 5 des Gehäuses 2 mittels
einer Führungs-
und Dichtungs-Einheit 9 abgedichtet
aus dem Gehäuse 2 herausgeführt. Sie durchsetzt
teilweise eine Hydraulik-Kammer 10, die durch ein in diesem
Bereich kon zentrisch zur Achse 7 angeordnetes Innen-Rohr 11 umgrenzt
wird. Gegen dieses Innen-Rohr 11 liegt ein am inneren Ende der
Kolbenstange 6 angebrachter Kolben 12 abgedichtet
an, so dass er die Hydraulik-Kammer 10 in zwei voneinander
flüssigkeitsdicht
getrennte Teil-Kammern, nämlich
eine erste Teil-Kammer 13 und eine zweite Teil-Kammer 14,
unterteilt. Zwischen dem Innen-Rohr 11 und dem Gehäuse 2 ist
ein Ring-Kanal 15 ausgebildet, der mit der der Führungs- und
Dichtungseinheit 9 benachbarten ersten Teil-Kammer 13 verbunden
ist. Der Ring-Kanal 15 verbindet die erste Teil-Kammer 13 mit
einer im mittleren Bereich des Blockier-Elementes 1 befindlichen Ventil-
und Betätigungs-Einheit 16,
die weiter unten beschrieben wird.
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In
dem dem verschlossenen Ende 3 des Gehäuses 2 benachbarten
Bereich ist eine Ausgleichs-Kammer 17 vorgesehen, die an
die Einheit 16 angeschlossen ist. In dieser Ausgleichs-Kammer 17 befindet
sich ein Ausgleichs-Raum 18, der durch einen elastischen
Membran-Körper 19 begrenzt
wird. Der Ausgleichs-Raum 18 im Membran-Körper 19 ist mit
kompressiblem Fluid gefüllt,
das unter Überdruck stehen
kann. Es ist aber auch möglich,
dass der Ausgleichs-Raum 18 nur über einen Verbindungs-Kanal 20 mit
der Atmosphäre
in Verbindung steht.
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Die
Ventil- und Betätigungs-Einheit 16 weist einen
Grundkörper 21 auf.
Dieser weist einen die zweite Teil-Kammer 14 auf ihrer
dem Kolben 12 abgewandten Seite begrenzenden Ventilsitz-Körper 22 auf,
gegen den sich das Innen-Rohr 11 abgedichtet abstützt. An
ihrem dem Ausgleichs-Raum 18 benachbarten Ende weist die
Einheit 16 einen gegenüber
dem Gehäuse 2 abgedichteten
Mehr-Ventil-Körper 23 auf,
der sich axial fest gegen einen Halte-Ring 24 abstützt, der
wiederum mittels einer Sicke 25 in Richtung der Achse 7 unverschiebbar
im Gehäuse 2 gehalten
ist.
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Im
Ventilsitz-Körper 22 ist
ein Mittel-Kanal 26 ausgebildet, der von der zweiten Teil-Kammer 14 zu einem
Ventil-Sitz 27 führt.
Vom Ventil-Sitz 27 führt wiederum
ein Quer-Kanal 28 zum Ring-Kanal 15. Gegen den
Ventil-Sitz 27 liegt ein Ventil-Schließ-Element 29 an, das
am Anker 30 einer elektromagnetischen Betätigungs-Einheit 31 ausgebildet
ist. Durch den Mittel-Kanal 26, den Ventil-Sitz 27,
den Quer-Kanal 28 und das Ventil-Schließ-Element 29 wird
ein der zweiten Teil-Kammer 14 zugeordnetes erstes Ventil 32 gebildet,
das als elektromagnetisch betätigbares Ventil
ausgebildet ist.
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Die
elektromagnetische Betätigungs-Einheit 31 weist
eine Spule 33 auf, die einen Rohr-Abschnitt 34 umgibt,
der als Ansatz am Ventilsitz-Körper 22 ausgebildet
ist. In diesem konzentrisch zur Achse 7 ausgebildeten Rohr-Abschnitt 34 ist
der Anker 30 verschiebbar geführt. Er wird mittels einer
vorgespannten Druck-Feder 35 gegen den Ventil-Sitz 27 gedrückt. Die
Druck-Feder 35 stützt
sich gegen den Mehr-Ventil-Körper 23 ab.
Die Spule 33 ist auf ihrer Außenseite mit einem Schutz-Rohr 36 umgeben, zwischen
dem und dem Gehäuse 2 der
Ring-Kanal 15 sich fortsetzt. Die die Spule 33 umgebenden
Bauteile und der Anker 30 bestehen aus ferromagnetischem
Werkstoff.
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Bei
Bestromung der Spule 33 wird der Anker 30 gegen
die Kraft der Druck-Feder 35 verschoben, das Ventil 32 also
geöffnet,
wobei entsprechend der Höhe
der an die Spule 33 angelegten Spannung das Ventil-Schließ-Element 29 vom
Ventil-Sitz 27 abhebt. Durch die Höhe der Spannung kann also der
bei geöffnetem
ersten Ventil 32 auftretende Drosseleffekt beeinflusst
werden. Durch entsprechende Wahl bzw. Steuerung der an die Spule 33 angelegten
Spannung kann also die auf den Anker 30 wirken de Kraft
und damit der Hub des Ankers 30 gegen die Kraft der Druck-Feder 35 beeinflusst
werden. Damit verändert sich
die Öffnungsweite
des ersten Ventils 32.
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Im
Mehr-Ventil-Körper 23 ist
als ein zweites Ventil ein Rückschlag-Ventil 37 vorgesehen,
das in einem Verbindungs-Kanal 38 zwischen der zweiten Teil-Kammer 14 und
der Ausgleichs-Kammer 17 angeordnet ist. Wie insbesondere
den 2 und 3 entnehmbar ist, weist es eine
Kugel 39 als Schließelement
und eine Kugel-Sitzfläche 40 als
Ventilsitz auf. Die Kugel 39 wird mittels einer Feder 41 auf
die Sitzfläche 40 gedrückt. Das
Rückschlag-Ventil 37 öffnet also
nur, wenn in der Ausgleichs-Kammer 17 ein Überdruck
gegenüber
dem Druck in der zweiten Teil-Kammer 14 herrscht. Wie 1 entnehmbar
ist, führt
der Verbindungs-Kanal 38 durch den die Spule 33 aufnehmenden
Raum 42 zwischen dem Rohr-Abschnitt 34 und dem
dieses abdichtend umgebenden Schutz-Rohr 36.
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Im
Mehr-Ventil-Körper 23 befindet
sich ein weiteres Ventil, nämlich
ein drittes Ventil 43. Dieses dritte Ventil 43 ist
als hydraulisch betätigbares
Differential-Ventil ausgebildet. Es weist einen Ventil-Teller 44 auf,
der mit einem Ventil-Kolben 45 verbunden ist. Der Ventil-Teller 44 verschließt in geschlossenem
Zustand eine Ventil-Öffnung 46.
Der Ventil-Kolben 45 weist auf der dem Ventil-Teller 44 abgewandten
Seite eine erste Kolbenfläche 47 auf,
die mittels eines Verbindungs-Kanals 48 mit dem Verbindungs-Kanal 38 verbunden
ist. Der Ventil-Kolben 45 weist weiterhin eine ringförmige zweite
Kolbenfläche 49 auf,
die mittels eines weiteren Verbindungs-Kanals 50 mit dem Ring-Kanal 15 verbunden
ist. Wie die Zeichnung erkennen lässt, ist die erste Kolbenfläche 47 deutlich größer als
die zweite Kolbenfläche 49.
Es ist weiterhin eine Druck-Feder 51 vorgesehen, die gegen
die zweite Kolbenfläche 49 drückt und
den Ventil-Teller 44 im Ruhe zustand in seiner in 2 dargestellten Schließstellung
gegen die Ventil-Öffnung 46 drückt.
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Die
Funktion ist wie folgt:
Wenn die Spule 33 unbestromt
ist, wenn also über die
elektrischen Versorgungs-Leitungen 52 keine Spannung an
der Spule 33 anliegt, dann ist der Kolben 12 mit
der Kolbenstange 6 relativ zum Gehäuse 2 starr blockiert,
da die gesamte Kolben-Zylinder-Einheit 1 – mit Ausnahme
des Ausgleichs-Raums 18 – mit inkompressibler
Hydraulik-Flüssigkeit,
in der Regel also Öl,
gefüllt
ist. Wenn bei unbestromter Spule 33 die Kolbenstange 6 gegenüber dem
Gehäuse 2 auf
Zug belastet wird, dann steigt der Druck in der ersten Teil-Kammer 13 und
es sinkt der Druck in der zweiten Teil-Kammer 14. Das erste
Ventil 32 ist geschlossen und bleibt geschlossen. Der reduzierte Druck
aus der zweiten Teil-Kammer 14 liegt über den Verbindungs-Kanal 38 und
den Verbindungs-Kanal 48 an der größeren ersten Kolbenfläche 47 an.
Weiterhin liegt er am zweiten Ventil, dem Rückschlag-Ventil 37,
an, das aufgrund der Belastung durch die Feder 41 geschlossen
bleibt. Der erhöhte Druck
aus der ersten Teil-Kammer 13 liegt über den Ring-Kanal 15 und
den Verbindungs-Kanal 50 an der kleineren zweiten Kolbenfläche 49 des
Ventil-Kolbens 45 an, und hält damit das dritte Ventil 43 in
seiner geschlossenen Stellung. Es findet keine Flüssigkeitsströmung und
damit kein Flüssigkeitsvolumen-Ausgleich
statt, da aus der ersten Teil-Kammer 13 keine
Flüssigkeit
in die Ausgleichs-Kammer 17 strömen kann.
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Wenn
bei unbestromter Spule 33 die Kolbenstange 6 relativ
zum Gehäuse 2 auf
Druck beansprucht wird, dann erhöht
sich der Druck in der zweiten Teil-Kammer 14 und drückt entsprechend
in Schließrichtung
auf das Rückschlag-Ventil 37 und gleichzeitig
auf die größere erste
Kolbenfläche 47 des Ventil-Kolbens 45 des
dritten Ventils 43. Der reduzierte Druck aus der ersten
Teil-Kammer 13 wirkt über
den Ring-Kanal 15 auf die kleinere zweite Kolbenfläche 49 des
Ventil-Kolbens 45. Das dritte Ventil 43 kann sich
zwar öffnen;
es kann aber keine Flüssigkeit
durch das Ventil 43 und den Ringkanal 15 in die erste
Teil-Kammer 13 fließen,
da deren Volumen sich nicht verändert.
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In
beiden Fällen
kann bei unbestromter Spule 33, also bei geschlossenem
ersten Ventil 32, kein Flüssigkeits-Ausgleich stattfinden,
da – wie
geschildert – entweder
das Rückschlag-Ventil 37 oder
das dritte Ventil 43 geschlossen bleiben. Dies ergibt sich daraus,
dass das der jeweiligen Teil-Kammer 13 oder 14 in
einem solchen Fall zugeordnete Ventil 43 bzw. 37 bei
einer Druckerhöhung
in der Teil-Kammer 13 bzw. 14 bei einer Zug- oder Druck-Belastung
der Kolben-Stange 6 geschlossen bleibt und keine Verbindung über das
erste Ventil 32 zur jeweils anderen Teil-Kammer 14 bzw. 13 hergestellt
wird.
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Wenn
dagegen die Spule 33 bestromt wird, dann wird der Anker 30 gegen
die Kraft der Druck-Feder 35 angezogen und das erste Ventil 32 geöffnet. Da
der Anker 30 zylindrisch ausgebildet ist und an seinen
beiden Enden vom Hydraulik-Öl
beaufschlagt wird, findet beim Öffnen
des ersten Ventils 32 keinerlei Hydrauliköl-Strömung in
der Einheit 1 statt.
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Wenn
die Kolbenstange 6 nunmehr aus dem Gehäuse 2 herausgezogen
wird, dann strömt
Hydrauliköl
aus der ersten Teil-Kammer 13 über den Ring-Kanal 15,
den Quer-Kanal 28 und das geöffnete erste Ventil 32 in
die zweite Teil-Kammer 14. Da der Querschnitt der ersten
Teil-Kammer 13 aufgrund des Vorhandenseins der Kolbenstange 6 deutlich
kleiner ist als der Querschnitt der zweiten Teil-Kammer 14, muss
beim Ausfahren der Kolbenstange 6 aus dem Gehäuse 2 zusätzlich noch
Hydraulikflüssigkeit
in die zweite Teil-Kammer 14 nachgefördert werden. Aufgrund der
Auszug-Kraft auf
die Kolbenstange 6 herrscht in der ersten Teil-Kammer 13 ein
erhöhter Druck,
der über
den Ring-Kanal 15 und den Verbindungs-Kanal 50 an
der zweiten Kolbenfläche 49 des Ventil-Kolbens 45 anliegt
und damit den Ventil-Teller 44 noch fester in eine Schließstellung
des dritten Ventils 43 drückt. Andererseits herrscht
in der zweiten Teil-Kammer 14 ein niedrigerer Druck, der über den
Verbindungs-Kanal 38 auf das Rückschlag-Ventil 37 wirkt.
Der höhere
Druck in der Ausgleichs-Kammer 17 öffnet das Ventil 37,
so dass Hydrauliköl
aus der Ausgleichs-Kammer 17 über den Verbindungs-Kanal 38 direkt
in die zweite Teil-Kammer 14 strömt, wie in 2 dargestellt
ist. Am Ende der gewünschten
Verstellung der Kolbenstange 6 relativ zum Gehäuse 2 wird
die Spule 33 wieder stromlos gemacht, wodurch das erste
Ventil 32 geschlossen wird und wieder der Blockierzustand
hergestellt wird.
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Wenn
bei bestromter Spule 33 und damit geöffnetem ersten Ventil 32 die
Kolbenstange 6 in das Gehäuse 2 hinein geschoben
wird, dann wird Hydrauliköl
aus der zweiten Teil-Kammer 14 verdrängt und fließt durch
das erste Ventil 32 und den Quer-Kanal 28 und
von dort zum Teil über
den Ring-Kanal 15 zur ersten Teil-Kammer 13, die
aber nur einen Teil des aus der zweiten Teil-Kammer 14 verdrängten Hydrauliköls aufnehmen
kann. Der bei der Einschubbewegung der Kolbenstange 6 in
das Gehäuse 2 in
der zweiten Teil-Kammer 14 auftretende erhöhte Druck pflanzt
sich über
den Verbindungs-Kanal 38 und den Verbindungs-Kanal 50 bis
zur größeren ersten
Kolbenfläche 47 des
Ventil-Kolbens 45 fort. Der niedrigere Druck in der ersten
Teil-Kammer 13 liegt über
den Ring-Kanal 15 an der kleineren ringförmigen Kolbenfläche 49 des
Ventil-Kolbens 45 an. Hierdurch bedingt wird der Ventil-Kolben 45 mit
dem Ventil-Teller 44 in die in 3 dargestellte
geöffnete
Stellung des dritten Ventils 43 verschoben. Durch dieses
fließt dann
Hydrauliköl
wegen des höheren
Drucks in der Ausgleichs-Kammer 17 aus der Ausgleichs-Kammer 17,
durch die Ventil-Öffnung 46,
den Verbindungs-Kanal 50 und den Ring-Kanal 15 in
die erste Teil-Kammer 13. Wenn die Spule 33 stromlos
gemacht wird, sind wieder alle Funktionen blockiert.
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Als 4 und 5 sind
die hydraulischen Schaltpläne
der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit 1 dargestellt,
wobei in 4 die Funktion der Darstellung
nach 2 wiedergegeben ist, während in 5 die
Darstellung nach 3 wiedergegeben ist. Die ausgezogenen
Linien stellen jeweils erhöhten
Druck dar, während
jeweils die gestrichelten Linien den niedrigeren Druck in den entsprechenden
Kanälen
bzw. Verbindungen wiedergeben.
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In
den 4 und 5 ist auch angedeutet, dass
anstelle eines Membran-Körpers 19 in
der Ausgleichs-Kammer 17 ein Trenn-Kolben 53 vorgesehen sein
kann, der den Ausgleichs-Raum 18 begrenzt.