DE102013212560A1 - Cylinder and cylinder arrangement with such a cylinder - Google Patents
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- F15B2211/31558—Directional control characterised by the connections of the valve or valves in the circuit being connected to an output member and a return line having a single output member
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- F15B2211/625—Accumulators
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- F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
- F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
- F15B2211/875—Control measures for coping with failures
- F15B2211/8752—Emergency operation mode, e.g. fail-safe operation mode
Abstract
Offenbart ist ein Drei-Kammer-Zylinder mit einem Zylindergehäuse und ein darin verschiebbaren Kolben, der eine Kolbenstange aufweist. Mit dem Kolben ist eine erste von einer zweiten Zylinderkammer getrennt. Wird Druckmittel in die erste beziehungsweise zweite Zylinderkammer beschickt und Druckmittel aus der zweiten beziehungsweise ersten Zylinderkammer entlassen, so wird der Kolben oder das Zylindergehäuse in axialer Richtung verschoben. Es ist eine Feder vorgesehen, die sich an der verschiebbaren Komponente, also an dem Kolben oder dem Zylindergehäuse, abstützt und zusammen mit diesem verschiebbar ist. Die Feder wiederum beaufschlagt eine Kolbeneinheit mit einer Federkraft. Die Kolbeneinheit begrenzt zusammen mit dem Zylindergehäuse eine Druckkammer, über die er zum Spannen der Feder mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Disclosed is a three-chamber cylinder with a cylinder housing and a piston displaceable therein, which has a piston rod. With the piston, a first of a second cylinder chamber is separated. If pressure medium is charged into the first or second cylinder chamber and discharge pressure medium from the second or first cylinder chamber, the piston or the cylinder housing is displaced in the axial direction. It is provided a spring which is supported on the displaceable component, ie on the piston or the cylinder housing, and is displaceable together with this. The spring in turn acts on a piston unit with a spring force. The piston unit defines together with the cylinder housing a pressure chamber, via which it can be acted upon to bias the spring with pressure medium.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Zylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Zylinderanordnung mit einem derartigen Zylinder.The invention is based on a cylinder according to the preamble of
Derartige Zylinder beziehungsweise Aktuatoren werden beispielsweise im Kraftwerksbereich zur Betätigung von Kolbeneinheitn beziehungsweise Regelarmaturen für Gas- und Dampfturbinen eingesetzt. Des Weiteren ist denkbar, derartige Zylinder in der Metallurgie, Wasseraufbereitung, Petrochemie oder Chemie einzusetzen. Auch ist ein Einsatz onshore oder offshore denkbar. Da diese Kolbeneinheit im genannten Kraftwerksbereich im Fehlerfall sicher und sehr schnell (< 0,2 sek.) schließen müssen, ist eine Regelfunktion des Zylinders von einer Schnellschlussfunktion überlagerbar. Diese wird durch eine mechanische Feder realisiert, die im Fehlerfall den Kolbeneinheit sicher schließen kann.Such cylinders or actuators are used, for example, in the power plant area for actuating Kolbeneinheitn or control valves for gas and steam turbines. Furthermore, it is conceivable to use such cylinders in metallurgy, water treatment, petrochemistry or chemistry. A deployment onshore or offshore is also conceivable. Since these piston unit in the said power plant area must close safely and very quickly (<0.2 sec.) In case of failure, a control function of the cylinder of a quick-closing function is superimposed. This is realized by a mechanical spring, which can safely close the piston unit in case of error.
Beispielsweise sind aus dem Stand der Technik Zylinder bekannt, die als Gleichgangszylinder ausgebildet sind, und bei denen Kolbeneinheitdie Kolbeneinheit über eine Feder mit einer Federkraft in Schießrichtung beaufschlagt ist. Beim Regeln des Kolbeneinheits wird die Feder ständig gespannt beziehungsweise entspannt. Es muss somit zum Betätigen des Kolbeneinheits mit der Betätigungskraft zusätzlich die Federkraft überwunden werden. For example, cylinders are known from the prior art, which are designed as a synchronous cylinder, and in which piston unit, the piston unit is acted upon by a spring with a spring force in the shooting direction. When controlling the piston unit, the spring is constantly stretched or relaxed. It must therefore be overcome to actuate the piston unit with the actuating force in addition to the spring force.
Aus der
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder und eine Zylinderanordnung mit einem derartigen Zylinder zu schaffen, die einfach ausgestaltet ist und einen geringen Energiebedarf aufweist. In contrast, the invention has for its object to provide a cylinder and a cylinder assembly with such a cylinder which is simple and has a low energy consumption.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Zylinders mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Zylinderanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. This object is achieved with regard to the cylinder having the features of
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche. Other advantageous developments of the invention are the subject of further subclaims.
Offenbart ist ein Zylinder mit einem Zylindergehäuse und einem darin angeordneten Kolben. Von diesem aus erstreckt sich eine Kolbenstange. Der Kolben trennt in dem Zylindergehäuse eine erste von einer zweiten Zylinderkammer. Zum Verschieben des Kolbens oder des Zylindergehäuses ist der Kolben oder das Zylindergehäuse über die Zylinderkammern mit Druckmittel beaufschlagbar. Über eine Feder wird eine Kolbeneinheit mit einer Federkraft beaufschlagt, wobei sich die Feder an dem verschiebbaren Kolben oder an dem verschiebbaren Zylindergehäuse abstützt. Die Kolbeneinheit begrenzt dann zusammen mit dem verschiebbaren Kolben oder dem verschiebbaren Zylindergehäuse eine Druckkammer, über die er zum Spannen der Feder mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Disclosed is a cylinder with a cylinder housing and a piston arranged therein. From this, a piston rod extends. The piston separates in the cylinder housing a first of a second cylinder chamber. For displacing the piston or the cylinder housing, the piston or the cylinder housing can be acted upon with pressure medium via the cylinder chambers. Via a spring, a piston unit is acted upon by a spring force, wherein the spring is supported on the displaceable piston or on the displaceable cylinder housing. The piston unit then limited together with the displaceable piston or the displaceable cylinder housing a pressure chamber, via which it can be acted upon to bias the spring with pressure medium.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Kolbeneinheit bei einer Betätigung über den verschiebbaren Kolben oder das verschiebbare Zylindergehäuse nicht relativ zur Feder bewegt wird, da die Feder zusammen mit der Kolbeneinheit und dem verschiebbaren Kolben oder dem verschiebbaren Zylindergehäuse verfahren wird. Aus diesem Grunde wird die Federkraft bei einer Regelbewegung der Kolbeneinheit nicht überwunden, was zu einem geringem Energieverbrauch und geringen Wärmeverlusten im Vergleich zum Stand der Technik führt, weswegen eine Gefahr einer Überhitzung des Zylinders sinkt. Zum Entspannen der Feder wird dann einfach Druckmittel aus der Druckkammer entlassen, womit die Kolbeneinheit dann in seine Schließposition verschiebbar ist. Die Druckkammer und die Feder bilden dann eine Schnellschlussfunktion des Zylinders. Beim normalen Regeln der Kolbeneinheit ist dieser dann durch die Federkraft und eine Druckkraft des Druckmittels in der Druckkammer am verschiebbaren Kolben oder am verschiebbaren Zylindergehäuse fest eingespannt. Ein weiterer Vorteil ist, dass beim Regeln der Kolbeneinheit Dichtmittel zum Abdichten der Druckkammer nicht durch eine Bewegung der Kolbeneinheit relativ zur Feder und/oder relativ zum verschiebbaren Kolben oder zum verschiebbaren Zylindergehäuse belastet wird. Hierdurch werden Reibkräfte weitestgehend vermieden. Der Zylinder weist somit eine verminderte Reibkraft bei einer Regelbewegung der Kolbeneinheit auf. Ein weiterer Vorteil des Zylinders ist, dass dieser eine äußerst geringe Anzahl von Bauteilen aufweist, wodurch Herstellungskosten und eine Fehleranfälligkeit gesenkt sind. Der Zylinder ist somit vergleichsweise einfach und kostengünstig aufgebaut.This solution has the advantage that the piston unit is not moved relative to the spring when actuated via the displaceable piston or the displaceable cylinder housing, since the spring is moved together with the piston unit and the displaceable piston or the displaceable cylinder housing. For this reason, the spring force is not overcome in a regular movement of the piston unit, resulting in low energy consumption and low heat losses compared to the prior art, which is why a risk of overheating of the cylinder decreases. To relax the spring pressure medium is then released from the pressure chamber, with which the piston unit is then displaced into its closed position. The pressure chamber and the spring then form a quick-closing function of the cylinder. During normal control of the piston unit, it is then firmly clamped by the spring force and a pressure force of the pressure medium in the pressure chamber on the displaceable piston or on the displaceable cylinder housing. Another advantage is that when controlling the piston unit sealing means for sealing the pressure chamber is not loaded by a movement of the piston unit relative to the spring and / or relative to the displaceable piston or the displaceable cylinder housing. As a result, frictional forces are largely avoided. The cylinder thus has a reduced frictional force during a control movement of the piston unit. Another advantage of the cylinder is that it has an extremely small number of components, which reduces manufacturing costs and a susceptibility to errors. The cylinder is thus relatively simple and inexpensive.
Da die als Schnellschlussfeder eingesetzte Feder nicht bei jeder Regelbewegung der Kolbeneinheit mitbewegt wird, muss diese vorteilhafterweise nicht dauerfest ausgelegt sein. Eine Führung der Feder ist ebenfalls äußerst einfach, da diese zusammen mit der Kolbeneinheit und dem zu verschiebenden Kolben oder dem zu verschiebenden Zylindergehäuse bewegt wird. Since the spring used as a quick-release spring is not moved along with each control movement of the piston unit, this advantageously does not have to be designed durable. A guide of the spring is also extremely simple, since it is moved together with the piston unit and the piston to be displaced or the cylinder housing to be moved.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Kolbeneinheit einen zweiten Kolben mit einer zweiten Kolbenstange, mit der die Kolbeneinheit fest verbunden ist. Der zweite Kolben kann dann in dem verschiebbaren Zylindergehäuse oder in dem verschiebbaren Kolben beziehungsweise in der Kolbenstange des verschiebbaren Kolbens die Druckkammer begrenzen. Die Druckkammer ist dann von der zweiten Kolbenstange durchsetzt. In a preferred embodiment, the piston unit has a second piston with a second piston rod, with which the piston unit is firmly connected. The second piston can then limit the pressure chamber in the displaceable cylinder housing or in the displaceable piston or in the piston rod of the displaceable piston. The pressure chamber is then penetrated by the second piston rod.
Mit Vorteil kragt die erste Kolbenstange auf der einen Stirnseite des Zylindergehäuses und die zweite Kolbenstange auf der anderen Stirnseite des Zylindergehäuses aus. Advantageously, the first piston rod protrudes on one end face of the cylinder housing and the second piston rod on the other end face of the cylinder housing.
Der zweite Kolben kann mit seiner von dem ersten Kolben wegweisenden Stirnfläche die Druckkammer und mit seiner anderen Stirnfläche eine Zylinderkammer in dem verschiebbaren Kolben oder dem verschiebbaren Zylindergehäuse begrenzen. Die von der anderen Stirnfläche begrenzte Zylinderkammer kann dann druckentlastet sein. Sie ist vorzugsweise in Axialrichtung gesehen zwischen der Druckkammer und der ersten beziehungsweise zweiten Zylinderkammer angeordnet. The second piston can limit the pressure chamber with its end face pointing away from the first piston and with its other end face a cylinder chamber in the displaceable piston or the displaceable cylinder housing. The cylinder chamber bounded by the other end face can then be pressure-relieved. It is preferably arranged in the axial direction between the pressure chamber and the first and second cylinder chamber.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Kolbeneinheit ein zweites Zylindergehäuse. Mit diesem ist die Kolbeneinheit fest verbunden. Das zweite Zylindergehäuse begrenzt dann mit dem verschiebbaren ersten Zylindergehäuse oder dem verschiebbaren Kolben die Druckkammer. Vorzugsweise umgreift hierbei das zweite Zylindergehäuse das Zylindergehäuse oder den Kolben.In a further preferred embodiment of the invention, the piston unit has a second cylinder housing. With this the piston unit is firmly connected. The second cylinder housing then limits the pressure chamber with the displaceable first cylinder housing or the displaceable piston. In this case, the second cylinder housing preferably surrounds the cylinder housing or the piston.
Zum Begrenzen der Druckkammer hat das verschiebbare Zylindergehäuse vorzugsweise einen Kolben, der beispielsweise als Radialbund ausgebildet ist, der in dem zweiten Zylindergehäuse der Kolbeneinheit die Druckkammer begrenzt. For limiting the pressure chamber, the displaceable cylinder housing preferably has a piston, which is designed, for example, as a radial collar which delimits the pressure chamber in the second cylinder housing of the piston unit.
Mit Vorteil stützt sich die Feder an einem Radialbund des verschiebbaren Kolbens oder des verschiebbaren Zylindergehäuses ab. Advantageously, the spring is supported on a radial collar of the displaceable piston or of the displaceable cylinder housing.
Eine erfindungsgemäße Zylinderanordnung mit einem erfindungsgemäßen Zylinder sieht vor, dass Druckmittel aus der Druckkammer über ein Schnellschlussventil insbesondere zu einem Hydrospeicher entlassbar ist. Wird das Druckmittel entlassen, kann sich die Feder entspannen und die Kolbeneinheit beispielsweise in eine Schließposition verschieben. Dies erfolgt dann relativ zum verschiebbaren Kolben oder zum verschiebbaren Zylindergehäuse.A cylinder arrangement according to the invention with a cylinder according to the invention provides that pressure medium can be discharged from the pressure chamber via a quick-acting valve, in particular to a hydraulic accumulator. If the pressure medium discharged, the spring can relax and move the piston unit, for example, in a closed position. This then takes place relative to the displaceable piston or the displaceable cylinder housing.
In weiterer Ausgestaltung der Zylinderanordnung hat diese eine Hydromaschine, die über eine erste Druckleitung mit der ersten Zylinderkammer und über eine zweite Druckleitung mit der zweiten Zylinderkammer fluidisch verbunden ist. Die Druckkammer ist dann vorteilhafterweise über ein Ventil mit der ersten Druckleitung verbindbar und kann über diese befüllt werden. Über ein weiteres Ventil kann die Druckkammer dann auch mit der zweiten Druckleitung verbunden werden und somit auch über diese befüllt werden. In a further embodiment of the cylinder arrangement, the latter has a hydraulic machine which is fluidically connected to the first cylinder chamber via a first pressure line and to the second cylinder chamber via a second pressure line. The pressure chamber is then advantageously connected via a valve with the first pressure line and can be filled via this. Via a further valve, the pressure chamber can then also be connected to the second pressure line and thus be filled via this.
Vorrichtungstechnisch äußerst einfach können die Ventile als Rückschlagventile ausgebildet sein, die in einer Druckmittelströmungsrichtung hin zur Druckkammer öffnen. Extremely simple in terms of apparatus, the valves can be designed as check valves which open in a pressure medium flow direction to the pressure chamber.
Um den Druck in der Druckkammer zu begrenzen, ist diese an ein Druckbegrenzungsventil angeschlossen, das die Druckmittelverbindung ab einem bestimmten Druck zum Hydrospeicher aufsteuert. In order to limit the pressure in the pressure chamber, this is connected to a pressure relief valve which opens the pressure medium connection from a certain pressure to the hydraulic accumulator.
Mit einem Druckmittelströmungspfad zwischen dem Schnellschlussventil und dem Hydrospeicher können die erste und/oder die zweite Druckleitung jeweils über ein Ventil fluidisch verbindbar sein. With a pressure fluid flow path between the quick-acting valve and the hydraulic accumulator, the first and / or the second pressure line can be fluidly connected in each case via a valve.
Bei den Ventilen handelt es sich einfach um Rückschlagventile, die vorzugsweise in Druckmittelströmungsrichtung hin zum Druckmittelströmungspfad schließen. The valves are simply check valves, which preferably close in the direction of pressure fluid flow toward the pressure medium flow path.
Die Hydromaschine ist vorzugsweise über einen elektrischen Aktuator, beispielsweise einen Elektromotor drehzahlvariabel und in beide Drehrichtungen antreibbar. Die Zylinderkammern werden dann einfach durch Antreiben der Hydromaschine über den Elektromotor mit Druckmittel beschickt oder es wird aus diesen Druckmittel entlassen.The hydraulic machine is preferably variable in speed via an electric actuator, for example an electric motor, and can be driven in both directions of rotation. The cylinder chambers are then simply charged by driving the hydraulic machine via the electric motor with pressure medium or it is discharged from these pressure medium.
Der erste Kolben ist vorzugsweise mit einer weiteren Kolbenstange verbunden, womit die erste und zweite Zylinderkammer jeweils von einer Kolbenstange durchsetzt sind, womit ein Gleichgangzylinder gebildet wird, was vorzugsweise zu einem Volumenausgleich führt. The first piston is preferably connected to a further piston rod, whereby the first and second cylinder chamber are respectively penetrated by a piston rod, whereby a synchronous cylinder is formed, which preferably leads to a volume compensation.
In weiterer Ausgestaltung der Zylinderanordnung kann die in Öffnungsrichtung auf die Kolbeneinheit wirkende Zylinderkammer mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden sein, wodurch beispielsweise ein in Öffnungsrichtung auf die Kolbeneinheit wirkender Druckstoß dämpfbar ist. In a further embodiment of the cylinder arrangement, the cylinder chamber acting in the opening direction on the piston unit can be connected to a pressure limiting valve, whereby, for example, a pressure impact acting in the opening direction on the piston unit can be damped.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: In the following, preferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to drawings. Show it:
Gemäß
In dem Zylindergehäuse
Die Kolbeneinheit
Zum Beschicken von Druckmittel in die erste oder zweite Zylinderkammer
Die Druckkammer
Von der Druckleitung
Des Weiteren ist an die Druckleitung
Zum Regeln der Kolbeneinheits
Zum Schnellschließen der Kolbeneinheit
Gemäß
Somit ist gemäß dem Ausführungsbeispiel in
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in
Offenbart ist ein Drei-Kammer-Zylinder mit einem Zylindergehäuse und ein darin verschiebbaren Kolben, der eine Kolbenstange aufweist. Mit dem Kolben ist eine erste von einer zweiten Zylinderkammer getrennt. Wird Druckmittel in die erste beziehungsweise zweite Zylinderkammer beschickt und Druckmittel aus der zweiten beziehungsweise ersten Zylinderkammer entlassen, so wird der Kolben oder das Zylindergehäuse in axialer Richtung verschoben. Es ist eine Feder vorgesehen, die sich an der verschiebbaren Komponente, also an dem Kolben oder dem Zylindergehäuse, abstützt und zusammen mit diesem verschiebbar ist. Die Feder wiederum beaufschlagt eine Kolbeneinheit mit einer Federkraft. Die Kolbeneinheit begrenzt zusammen mit dem Zylindergehäuse eine Druckkammer, über die er zum Spannen der Feder mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Disclosed is a three-chamber cylinder with a cylinder housing and a piston displaceable therein, which has a piston rod. With the piston, a first of a second cylinder chamber is separated. If pressure medium is charged into the first or second cylinder chamber and discharge pressure medium from the second or first cylinder chamber, the piston or the cylinder housing is displaced in the axial direction. It is provided a spring which is supported on the displaceable component, ie on the piston or the cylinder housing, and is displaceable together with this. The spring in turn acts on a piston unit with a spring force. The piston unit defines together with the cylinder housing a pressure chamber, via which it can be acted upon to bias the spring with pressure medium.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zylinderanordnung cylinder arrangement
- 22
- Zylinder cylinder
- 44
- Zylindergehäuse cylinder housing
- 66
- erster Kolben first piston
- 88th
- Kolbenstange piston rod
- 1010
- Boden ground
- 1212
- Befestigungsvorrichtung fastening device
- 1414
- erste Zylinderkammer first cylinder chamber
- 1616
- zweite Zylinderkammer second cylinder chamber
- 1818
- Trennwand partition wall
- 2020
- dritte Zylinderkammer third cylinder chamber
- 2222
- zweiter Kolben second piston
- 2424
- Druckkammer pressure chamber
- 2626
- zweite Kolbenstange second piston rod
- 2828
- Kopf head
- 3030
- Kolbeneinheit piston unit
- 3232
- Feder feather
- 34 34
- Radialbund radial collar
- 3636
- Hydromaschine hydromachine
- 3838
- Elektromotor electric motor
- 4040
- Druckleitung pressure line
- 4242
- Druckleitung pressure line
- 4444
- Ventil Valve
- 4646
- Ventil Valve
- 4848
- Hydrospeicher hydraulic accumulator
- 5050
- Druckbegrenzungsventil Pressure relief valve
- 5252
- Hydrospeicher hydraulic accumulator
- 5454
- Rückschlagventil check valve
- 5656
- Rückschlagventil check valve
- 5858
- Druckleitung pressure line
- 6060
- Schnellschlussventil Quick-closing valve
- 6262
- Rückschlagventil check valve
- 6464
- Rückschlagventil check valve
- 6666
- Druckbegrenzungsventil Pressure relief valve
- 6868
- Kolbenstange piston rod
- 7070
- Endabschnitt end
- 7272
- Kolben piston
- 7474
- Zylindergehäuse cylinder housing
- 7676
- Kopf head
- 7878
- Kolbenstange piston rod
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1283370 A2 [0004] EP 1283370 A2 [0004]
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