DE102022204734B4

DE102022204734B4 - Hydraulic switch and hammer drill

Info

Publication number: DE102022204734B4
Application number: DE102022204734.6A
Authority: DE
Inventors: genannt Fleutert Philipp Schroer; Simon Hahn; Volker Wittig
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-05-13
Filing date: 2022-05-13
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2042-05-14
Also published as: DE102022204734A1; WO2023217950A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schalter (1) mit einer Scheidekammer (2), welche eine Einlassöffnung, eine erste Auslassöffnung (21) und eine zweite Auslassöffnung (22) aufweist, wobei die Einlassöffnung mit einem Einlasskanal (4) verbunden ist und die erste und zweite Auslassöffnung (21, 22) mit jeweils einem Auslasskanal (51, 52) verbunden sind, welche jeweils einen ersten Längsabschnitt (521, 511) und einen zweiten Längsabschnitt (522, 512) aufweisen, wobei der erste Längsabschnitt (511, 521) von der Auslassöffnung (21, 22) ausgehend eine mit der Länge zunehmende Querschnittsfläche aufweist, wobei der hydraulische Schalter (1) weiterhin einen ersten und einen zweiten Rückkopplungskanal (31, 32) enthält, deren Eingänge (311, 321) jeweils im zweiten Längsabschnitt (512, 522) eines der Auslasskanäle (51, 52) liegen und deren Ausgänge (312, 322) an gegenüberliegenden Seiten des Einlasskanals (4) münden. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Bohrhammer mit einem solchen hydraulischen Schalter.The invention relates to a hydraulic switch (1) with a separation chamber (2), which has an inlet opening, a first outlet opening (21) and a second outlet opening (22), the inlet opening being connected to an inlet channel (4) and the first and second outlet opening (21, 22) are each connected to an outlet channel (51, 52), each of which has a first longitudinal section (521, 511) and a second longitudinal section (522, 512), the first longitudinal section (511, 521) of the outlet opening (21, 22) has a cross-sectional area that increases with length, the hydraulic switch (1) further containing a first and a second feedback channel (31, 32), the inputs (311, 321) of which are each in the second longitudinal section (512 , 522) of one of the outlet channels (51, 52) and their outlets (312, 322) open on opposite sides of the inlet channel (4). The invention further relates to a hammer drill with such a hydraulic switch.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schalter mit einer Scheidekammer, welche eine Einlassöffnung, eine erste Auslassöffnung und eine zweite Auslassöffnung aufweist, wobei die Einlassöffnung mit einem Einlasskanal verbunden ist und die erste und zweite Auslassöffnung mit jeweils einem Auslasskanal verbunden sind. Hydraulische Schalter dieser Art können für einen fluiden Antrieb eines oszillierenden Verbrauchers verwendet werden, was beispielsweise ein Kolben sein kann.The invention relates to a hydraulic switch with a separation chamber which has an inlet opening, a first outlet opening and a second outlet opening, the inlet opening being connected to an inlet channel and the first and second outlet openings each being connected to an outlet channel. Hydraulic switches of this type can be used for a fluid drive of an oscillating consumer, which can be a piston, for example.

Aus der US 3,016,066 ist ein gattungsgemäßer hydraulischer Schalter bekannt. Dieser bekannte hydraulische Schalter weist eine Scheidekammer auf, welche eine Einlassöffnung besitzt. Der Einlassöffnung wird bei Betrieb des hydraulischen Schalters ein Antriebsfluid unter Druck zugeführt. Das Antriebsfluid verlässt die Scheidekammer durch eine der beiden gegenüberliegenden Auslassöffnungen. Hierzu wird der Coandä-Effekt ausgenutzt, welcher das Antriebsfluid an einer Wand der Scheidekammer anhaften lässt. Durch einen über einen Rückkopplungskanal aufgebrachten Impuls kann das Antriebsfluid an die gegenüberliegende Begrenzungswand der Scheidekammer gelenkt werden, sodass dieses aus der gegenüberliegenden zweiten Auslassöffnung austritt. Dieser Schaltvorgang kann zyklisch wiederholt werden. Der bekannte hydraulische Schalter arbeitet somit als Oszillator, ohne dass er verschleißbehaftete mechanische Schaltelemente aufweist. Mit dem abwechselnd aus den Öffnungen austretenden Fluid können oszillierende Fluidmaschinen betrieben werden. From the US 3,016,066 a generic hydraulic switch is known. This known hydraulic switch has a separation chamber which has an inlet opening. A drive fluid under pressure is supplied to the inlet opening during operation of the hydraulic switch. The drive fluid leaves the separation chamber through one of the two opposite outlet openings. For this purpose, the Coandä effect is used, which causes the drive fluid to adhere to a wall of the vaginal chamber. By means of a pulse applied via a feedback channel, the drive fluid can be directed to the opposite boundary wall of the separating chamber so that it emerges from the opposite second outlet opening. This switching process can be repeated cyclically. The well-known hydraulic switch thus works as an oscillator without having mechanical switching elements that are subject to wear. Oscillating fluid machines can be operated with the fluid emerging alternately from the openings.

Dieser bekannte hydraulische Schalter weist jedoch verschiedene Unzulänglichkeiten auf. Beispielsweise startet die Oszillation nach Stillstand bzw. beim Anfahren des über die Einlassöffnung zugeführten Volumenstromes nur unzuverlässig. In einigen Fällen wurde festgestellt, dass der Oszillator nur instabil läuft, d. h. die Oszillation setzt nach einer gewissen Betriebsdauer aus, sodass das Antriebsfluid dauerhaft aus einer einzigen Auslassöffnung austritt. Schließlich weist der bekannte hydraulische Schalter einen hohen Druckverlust auf, was die Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.However, this known hydraulic switch has various shortcomings. For example, the oscillation starts unreliably after standstill or when the volume flow supplied via the inlet opening is started. In some cases it was found that the oscillator was running unstable, i.e. H. The oscillation stops after a certain period of operation, so that the drive fluid permanently emerges from a single outlet opening. Finally, the known hydraulic switch has a high pressure loss, which limits the possible applications.

Aus der US 2008/115849 A1 ist ein mikrofluidischer Oszillator bekannt. Dieser umfasst einen Hauptkörper und einen Abdeckkörper zum Abdecken des Hauptkörpers. Auf dem Hauptkörper ist eine Oszillationskammer angeordnet, um einen Oszillationsraum für ein Fluid bereitzustellen. Eine Mikrodüse mit plötzlicher Expansion ist mit einem Ende der Oszillationskammer verbunden, und ein Auslasskanal ist mit dem anderen Ende der Oszillationskammer verbunden. An den Verbindungsstellen des Auslasskanals und der Oszillationskammer sind jeweils zwei Fluidtrennkörper angeordnet. Zwei Rückführkanäle befinden sich außerhalb zweier Befestigungswände. Die Mikrodüse mit plötzlicher Expansion wird verwendet, um die viskose Scherspannung zwischen Flüssigkeit und den Wänden zu brechen und instabile Strömung und Oszillation zu erzeugen.From the US 2008/115849 A1 a microfluidic oscillator is known. This includes a main body and a cover body for covering the main body. An oscillation chamber is disposed on the main body to provide an oscillation space for a fluid. A sudden expansion micro-nozzle is connected to one end of the oscillation chamber, and an outlet channel is connected to the other end of the oscillation chamber. Two fluid separating bodies are arranged at the connection points of the outlet channel and the oscillation chamber. Two return channels are located outside two mounting walls. The sudden expansion micro-nozzle is used to break the viscous shear stress between fluid and the walls and produce unstable flow and oscillation.

Die WO 2019/211092 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Behandeln von Garnen, insbesondere zum Verwirbeln von Garnen. Die Vorrichtung besteht aus mindestens einer Düse, einem Fluidoszillator und einer Fluidversorgungseinheit. Die Fluidversorgungseinheit erzeugt einen Fluidstrom, der vom Fluidoszillator oszilliert und als Hauptfluidstrom in die Düsen eingeleitet wird.The WO 2019/211092 A1 discloses a device for treating yarns, in particular for entangling yarns. The device consists of at least one nozzle, a fluid oscillator and a fluid supply unit. The fluid supply unit generates a fluid stream that oscillates from the fluid oscillator and is introduced into the nozzles as the main fluid stream.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Schalter anzugeben, welcher nach Stillstand zuverlässig startet, stabil läuft, Frequenz maximiert und Druckverlust minimiert.Based on the prior art, the invention is based on the object of specifying a hydraulic switch which starts reliably after standstill, runs stably, maximizes frequency and minimizes pressure loss.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hydraulischen Schalter gemäß Anspruch 1 und einen Bohrhammer nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a hydraulic switch according to claim 1 and a hammer drill according to claim 12. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein hydraulischer Schalter vorgeschlagen, welcher eine Scheidekammer aufweist. Die Scheidekammer weist an einer Seite eine Einlassöffnung auf. An der Einlassöffnung auf der gegenüberliegenden Seite der Scheidekammer befindet sich zumindest eine erste Auslassöffnung und zumindest eine zweite Auslassöffnung. Die Scheidekammer kann eine im Wesentlichen dreieckige Grundfläche aufweisen, sodass der Querschnitt von der Einlassöffnung zu den Auslassöffnungen zunimmt. Die Scheidekammer kann eine prismenförmige Grundform aufweisen, sodass die Begrenzungsflächen eben sind. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Scheidekammer einen konischen bzw. kegelförmigen Querschnitt aufweisen, d. h. die Begrenzungswände sind gekrümmt.According to the invention, a hydraulic switch is proposed which has a separation chamber. The vaginal chamber has an inlet opening on one side. At the inlet opening on the opposite side of the separation chamber there is at least a first outlet opening and at least one second outlet opening. The separation chamber may have a substantially triangular base area so that the cross section increases from the inlet opening to the outlet openings. The vaginal chamber can have a prism-shaped basic shape so that the boundary surfaces are flat. In other embodiments of the invention, the vaginal chamber may have a conical or conical cross-section, i.e. H. the boundary walls are curved.

Bei Betrieb des hydraulischen Schalters wird der Scheidekammer über die Einlassöffnung ein beliebiges Fluid zugeführt, beispielsweise Wasser, ein Alkohol, ein Glykol oder ein Öl. Das Antriebsfluid kann der Scheidekammer mit einem beliebigen Durchfluss und leicht erhöhtem Druck zugeführt werden, um einen ausreichend schnellen Fluidstrahl am Einlass zu erzeugen. Aufgrund des Coandä-Effekts legt sich das durch die Einlassöffnung zugeführte Antriebsfluid an einer Wandung der Scheidekammer an und verlässt die Scheidekammer durch die erste oder die zweite Auslassöffnung.When the hydraulic switch is in operation, any fluid is supplied to the separating chamber via the inlet opening, for example water, an alcohol, a glycol or an oil. The drive fluid can be supplied to the septal chamber at any flow rate and slightly increased pressure to produce a sufficiently fast fluid jet at the inlet. Due to the Coandä effect, the drive fluid supplied through the inlet opening lies against a wall of the separating chamber and leaves the separating chamber through the first or second outlet opening.

An jede Auslassöffnung schließt sich jeweils ein Auslasskanal an, dessen Querschnitt bzw. Querschnittsfläche von der Auslassöffnung ausgehend mit der Länge zunimmt. Die Zunahme der Querschnittsfläche kann beispielsweise linear oder quadratisch mit der Länge des ersten Längsabschnittes verlaufen. Die Auslasskanäle können auch einen polygonalen oder runden Querschnitt aufweisen, da hier der Coandä-Effekt nicht zum Tragen kommt und daher keine geraden Oberflächen mehr voraussetzt. Der wie ein diffuser geformte Auslasskanal dient dazu die zuvor kinetisch umgesetzte Energie des einfließenden Strahls wieder in potentielle Energie umzuwandeln und zu verlangsamen. Dadurch wird der Druck wieder erhöht und kann so für den Betrieb des Verbrauchers genutzt werden.Each outlet opening is adjoined by an outlet channel, the cross section or cross-sectional area of which increases with length starting from the outlet opening. The increase in cross-sectional area can, for example, be linear or square with the length of the first longitudinal section. The outlet channels can also have a polygonal or round cross section, since the Coandä effect does not come into play here and therefore no longer requires straight surfaces. The outlet channel, which is shaped like a diffuser, serves to convert the previously kinetically converted energy of the incoming jet back into potential energy and slow it down. This increases the pressure again and can be used to operate the consumer.

Bei Betrieb des hydraulischen Schalters wird die in eine Auslassöffnung gelenkte Fluidsäule des Antriebsfluides mit einem Schaltpuls beaufschlagt, welcher dazu führt, dass sich der Strahl des Eingangsfluides an der gegenüberliegenden Wand der Scheidekammer anlegt und dadurch in die gegenüberliegende Auslassöffnung und den dieser Auslassöffnung zugeordneten Auslasskanal gelenkt wird. Sobald der betriebene Verbraucher seine Endstellung erreicht, wird die Wassersäule erneut mit einem Schaltpuls beaufschlagt, sodass dieser wieder über die gegenüberliegende Wand der Scheidekammer in die ursprüngliche Auslassöffnung gelenkt wird. Dieser Schaltvorgang erfolgt zyklisch und kann je nach gewählten Parametern eine beliebig einstellbare Frequenz generieren.When the hydraulic switch is in operation, the fluid column of the drive fluid directed into an outlet opening is subjected to a switching pulse, which causes the jet of input fluid to contact the opposite wall of the separation chamber and is thereby directed into the opposite outlet opening and the outlet channel assigned to this outlet opening . As soon as the operated consumer reaches its end position, the water column is again subjected to a switching pulse so that it is directed back over the opposite wall of the separation chamber into the original outlet opening. This switching process occurs cyclically and, depending on the selected parameters, can generate an arbitrarily adjustable frequency.

Zur Erzeugung des Schaltpulses steht erfindungsgemäß ein erster und zweiter Rückkopplungskanal zur Verfügung, deren Eingänge jeweils im unteren Längsabschnitt eines der Auslasskanäle liegen und deren Ausgänge an gegenüberliegenden Seiten des Einlasskanales münden. Gegenüber bekannten Schaltern, deren Rückkopplungskanäle weiter stromaufwärts in den Auslasskanälen beginnen, hat sich gezeigt, dass die tiefere Positionierung im unteren Längsabschnitt der Auslasskanäle dazu führt, dass der Schaltpuls stärker wird und ungeachtet der größeren Länge der Rückkopplungskanäle verlustärmer transportiert werden kann. Auf diese Weise sind die Schaltvorgänge des hydraulischen Schalters zuverlässiger, sodass der Lauf des Schalters stabiler wird und die Schaltwechsel seltener zum Erliegen kommen. Vergleichsversuche haben gezeigt, dass die Verlängerung der Rückkopplungskanäle und deren tieferer Ansatz im zweiten Längsabschnitt der Auslasskanäle die Schaltpulse um bis zu 30 % verstärken kann.According to the invention, a first and second feedback channel is available to generate the switching pulse, the inputs of which are each located in the lower longitudinal section of one of the outlet channels and the outputs of which open on opposite sides of the inlet channel. Compared to known switches whose feedback channels begin further upstream in the outlet channels, it has been shown that the deeper positioning in the lower longitudinal section of the outlet channels results in the switching pulse becoming stronger and can be transported with less loss regardless of the greater length of the feedback channels. In this way, the switching operations of the hydraulic switch are more reliable, so that the movement of the switch becomes more stable and the switching changes come to a standstill less often. Comparative tests have shown that extending the feedback channels and making them deeper in the second longitudinal section of the exhaust channels can increase the switching pulses by up to 30%.

Ein mögliches Einsatzgebiet des beschriebenen hydraulischen Schalters kann beispielsweise ein an sich bekannter Über- oder Untertagebohrhammer sein, welcher z.B. Untertage für Hartgestein Bohrungen im Bergbau, in der Geothermie oder in der Öl- und Gasexploration verwendet werden kann. Ein solcher Bohrhammer kann eine Kolben-/Zylinderpaarung aufweisen, bei welcher ein frei im Zylinder oszillierender Kolben eine Schlagenergie erzeugt, welche auf ein Bohrwerkzeug übertragen wird und der Gesteinszertrümmerung dient. Hierzu wird der Kolben abwechselnd von seiner Unterseite und seiner Oberseite mit einem Antriebsfluid beaufschlagt, sodass der Kolben zyklisch von einer unteren Endlage angehoben und sodann von der oberen Endlage ausgehend beschleunigt abwärts bewegt wird. Verbindet man einen oberen und einen unteren Anschluss des Zylinders jeweils mit einem der Auslasskanäle des hydraulischen Schalters, so sorgt dieser dafür, dass der Kolben zyklisch von oben und unten mit dem Antriebsfluid beaufschlagt wird und dadurch oszilliert. Der erfindungsgemäße hydraulische Schalter hat dabei gegenüber bekannten hydraulischen Schaltern den Vorteil eines stabilen und zuverlässigen Laufs und eines zuverlässigen Anlaufens des Kolbens bzw. des angedockten Verbrauchers. Gegenüber bekannten mechanischen Schaltelementen weist der erfindungsgemäße hydraulische Schalter den Vorteil eines verschleißarmen Betriebs ohne bewegliche Teile auf. Hierdurch können auch Antriebsfluide verwendet werden, welche aufgrund dispergierter Partikel abrasiv wirken, beispielsweise Schmutzwasser oder Spülflüssigkeiten.A possible area of application of the hydraulic switch described can be, for example, a known surface or underground drilling hammer, which can be used, for example, underground for hard rock drilling in mining, geothermal energy or in oil and gas exploration. Such a hammer drill can have a piston/cylinder pairing, in which a piston oscillating freely in the cylinder generates impact energy, which is transferred to a drilling tool and is used to break up rock. For this purpose, the piston is alternately supplied with a drive fluid from its underside and its upper side, so that the piston is cyclically raised from a lower end position and then accelerated downwards starting from the upper end position. If you connect an upper and a lower connection of the cylinder to one of the outlet channels of the hydraulic switch, this ensures that the piston is cyclically supplied with the drive fluid from above and below and thereby oscillates. The hydraulic switch according to the invention has the advantage over known hydraulic switches of stable and reliable running and reliable starting of the piston or the docked consumer. Compared to known mechanical switching elements, the hydraulic switch according to the invention has the advantage of low-wear operation without moving parts. This means that drive fluids can also be used which have an abrasive effect due to dispersed particles, for example dirty water or rinsing fluids.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann in der Wandung der Scheidekammer zumindest eine Abrisskante angeordnet sein, deren Abstand von der Einlassöffnung die Wirkweise des Coandä-Effekts beeinflusst. In dem erfindungsgemäßen hydraulischen Schalter liegt diese zwischen etwa 40 % und etwa 60 % der Länge der Scheidekammer. Auf diese Weise ist die Abrisskante weiter stromaufwärts angeordnet als bei bekannten hydraulischen Schaltelementen. Dieses Merkmal hat die Wirkung, dass der Coandä-Effekt des einfließenden Strahls stabilisiert wird, sodass dieser stärker an die Innenwand der Scheidekammer gezogen wird. Hierdurch wird die Strömung stabilisiert, sodass der hydraulische Schalter zuverlässiger betrieben werden kann und die Oszillation nicht unvermittelt abbricht. Die Höhe der Abrisskante über der Wand der Scheidekammer bestimmt dabei den sich einstellenden Unterdruck.In some embodiments of the invention, at least one tear-off edge can be arranged in the wall of the separation chamber, the distance from the inlet opening of which influences the operation of the Coandä effect. In the hydraulic switch according to the invention, this is between approximately 40% and approximately 60% of the length of the vaginal chamber. In this way, the tear-off edge is arranged further upstream than in known hydraulic switching elements. This feature has the effect of stabilizing the Coanda effect of the incoming jet, so that it is drawn more strongly to the inner wall of the vaginal chamber. This stabilizes the flow so that the hydraulic switch operates more reliably and the oscillation does not suddenly stop. The height of the tear-off edge above the wall of the vaginal chamber determines the negative pressure that occurs.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der hydraulische Schalter weiterhin zumindest einen ersten Abflusskanal und einen zweiten Abflusskanal enthalten, wobei der erste Abflusskanal im oberen Längsabschnitt und oberhalb des Rückkopplungskanals des ersten Auslasskanals ansetzt und der zweite Abflusskanal im oberen Längsabschnitt und oberhalb des Rückkopplungskanals des zweiten Auslasskanals ansetzt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in diesem Fall der Abflusskanal und der Auslasskanal einen möglichst spitzen einschließen. Dieser kann zwischen etwa 25° und etwa 50° betragen. Die Abflusskanäle haben die Aufgabe, das bei der Gegenbewegung des Verbrauchers ausgestoßene Antriebsfluid abzuführen, ohne die aus der Scheidekammer austretende Strömung zu beeinflussen. Durch die im Vergleich zu bekannten hydraulischen Schaltern steilere Anordnung der Auslasskanäle wird der Vorteil erreicht, dass das aus der Scheidekammer austretende Antriebsfluid zuverlässig dem Auslasskanal in seiner gesamten Länge folgt und nicht durch den Coandä-Effekt in den Abflusskanal umgelenkt wird. Somit trägt die erfindungsgemäße Geometrie der Auslasskanäle dazu bei, dass der hydraulische Schalter zuverlässig arbeitet.In some embodiments of the invention, the hydraulic switch may further include at least a first drain channel and a second drain channel, the first drain channel being positioned in the upper longitudinal section and above the feedback channel of the first outlet channel and the second drain channel being positioned in the upper longitudinal section and above the feedback channel of the second outlet channel . According to the invention, it is proposed that in this case the outflow channel and the outlet channel include one that is as pointed as possible. This can be between around 25° and around 50°. The drain channels have the task of discharging the drive fluid ejected during the countermovement of the consumer without influencing the flow emerging from the vaginal chamber. Due to the steeper arrangement of the outlet channels compared to known hydraulic switches, the advantage is achieved that the drive fluid emerging from the separating chamber reliably follows the outlet channel over its entire length and is not deflected into the outflow channel by the Coandä effect. The geometry of the outlet channels according to the invention thus contributes to the hydraulic switch working reliably.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Querschnitt der Abflusskanäle zwischen etwa 5 mm² und etwa 80 mm² betragen. Durch die Wahl des Querschnitts der Abflusskanäle kann der konservierte Druck, d. h. das Verhältnis des Ausgangsdruckes am Ende der Auslasskanäle im Verhältnis zum Eingangsdruck im Einlasskanal in weiten Grenzen beeinflusst werden, sodass der hydraulische Schalter an die Erfordernisse eines nachgeordneten, hydraulisch angetriebenen Gerätes angepasst werden kann. Die Querschnittsfläche des Auslasses bestimmt den Gegendruck bei der Befüllung der Kolbenkammern. Die Öffnungen können in einigen Ausführungen auch unterschiedliche Querschnittsflächen haben, falls der Verbraucher asymmetrische Druckverluste ausweist, beispielsweise durch unterschiedlich lange Verbindungskanäle.In some embodiments of the invention, the cross section of the drainage channels can be between about 5 mm ² and about 80 mm ² . By choosing the cross section of the outflow channels, the conserved pressure, ie the ratio of the output pressure at the end of the outlet channels in relation to the inlet pressure in the inlet channel, can be influenced within wide limits, so that the hydraulic switch can be adapted to the requirements of a downstream, hydraulically driven device. The cross-sectional area of the outlet determines the back pressure when filling the piston chambers. In some versions, the openings can also have different cross-sectional areas if the consumer has asymmetrical pressure losses, for example due to connecting channels of different lengths.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann am Eingang des ersten und/oder zweiten Rückkopplungskanals ein Eingangsfilter angeordnet sein. Ein solcher Eingangsfilter verhindert, dass der Rückkopplungskanal verstopft, beispielsweise durch dispergierte Partikel, wenn Schmutzwasser als Antriebsfluid verwendet wird. Dieses Merkmal kann somit die Zuverlässigkeit des hydraulischen Schalters erhöhen.In some embodiments of the invention, an input filter can be arranged at the input of the first and/or second feedback channels. Such an inlet filter prevents the feedback channel from becoming clogged, for example by dispersed particles when dirty water is used as the drive fluid. This feature can thus increase the reliability of the hydraulic switch.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der hydraulische Schalter eine Basisplatte und eine Deckplatte aufweisen, wobei zwischen der Basisplatte und der Deckplatte eine Mehrzahl von Passelementen beabstandet eingebracht sind, sodass diese Abstände zwischen den Passelementen zumindest eine Scheidekammer, einen Einlasskanal, einen ersten und zweiten Auslasskanal, einen ersten und zweiten Rückkopplungskanal und mindestens zwei Abflusskanäle bilden. Ein solcher Aufbau des hydraulischen Schalters weist den Vorteil auf, dass die Passelemente separat gefertigt werden können. Dies erhöht die Designvielfalt des hydraulischen Schalters, sodass die Geometrie des Schalters, welcher seine Leistungsfähigkeit beeinflusst, in weiten Grenzen eingestellt werden kann. Darüber hinaus sind die inneren Flächen des hydraulischen Schalters während des Fertigungsverfahrens vor der Endmontage für einen Beschichtungs- bzw. Härtungsprozess zugänglich, sodass die Innenfläche der Scheidekammer, des Einlasskanals, der ersten und zweiten Auslasskanäle, der ersten und zweiten Rückkopplungskanäle und/oder der optionalen Abflusskanäle zumindest teilweise gehärtet und/oder mit einer Verschleißschutzschicht beschichtet werden können.In some embodiments of the invention, the hydraulic switch can have a base plate and a cover plate, with a plurality of fitting elements being inserted at a distance between the base plate and the cover plate, so that these distances between the fitting elements include at least a separation chamber, an inlet channel, a first and second outlet channel, form a first and second feedback channel and at least two outflow channels. Such a construction of the hydraulic switch has the advantage that the fitting elements can be manufactured separately. This increases the design diversity of the hydraulic switch, so that the geometry of the switch, which influences its performance, can be adjusted within wide limits. Additionally, the interior surfaces of the hydraulic switch are accessible for a coating or curing process during the manufacturing process prior to final assembly, such that the interior surface of the separation chamber, the inlet channel, the first and second outlet channels, the first and second feedback channels, and/or the optional drain channels can be at least partially hardened and/or coated with a wear protection layer.

Eine Verschleißschutzschicht kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff mit oder ohne Metalldotierung aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Verschleißschutzschicht ein Carbid oder ein Nitrid, beispielsweise Titannitrid und/oder Hartchrom und/oder Siliziumnitrid enthalten oder daraus bestehen. Die Verschleißschutzschicht kann in an sich bekannter Weise durch Plasmaspritzen, Flammspritzen, thermisches Verdampfen, Magnetronsputtern oder andere, an sich bekannte Dünnschichtverfahren aufgebracht werden.In some embodiments of the invention, a wear protection layer may have a layer of diamond-like carbon with or without metal doping. In other embodiments of the invention, the wear protection layer can contain or consist of a carbide or a nitride, for example titanium nitride and/or hard chromium and/or silicon nitride. The wear protection layer can be applied in a manner known per se by plasma spraying, flame spraying, thermal evaporation, magnetron sputtering or other thin-film processes known per se.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Scheidekammer zwischen der ersten Auslassöffnung und der zweiten Auslassöffnung konvex geformt sein. Gegenüber bekannten Ausführungsformen eines hydraulischen Schalters, bei welchem die Scheidekammer zwischen den Auslassöffnungen konkav geformt ist, ergibt sich durch die erfindungsgemäße Geometrie ein stabilerer Lauf und ein geringerer Druckverlust am Ende der Auslasskanäle.In some embodiments of the invention, the separation chamber between the first outlet opening and the second outlet opening may be convexly shaped. Compared to known embodiments of a hydraulic switch in which the separation chamber between the outlet openings is concavely shaped, the geometry according to the invention results in more stable running and a lower pressure loss at the end of the outlet channels.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Abstand der Basisplatte und der Deckplatte und damit die Tiefe der Kanäle zwischen variiert werden. Die Dicke der Passelemente beeinflusst unmittelbar den Querschnitt des hydraulischen Schalters, sodass der Zusammenhang zwischen Druck und Volumen in weiten Grenzen an die Erfordernisse des mit dem hydraulischen Schalter betriebenen Gerätes angepasst werden kann. Der sich einstellende Druck über dem hydraulischen Schalter verringert sich mit zunehmender Kanaltiefe.In some embodiments of the invention, the distance between the base plate and the cover plate and thus the depth of the channels can be varied. The thickness of the fitting elements has a direct influence the cross section of the hydraulic switch, so that the relationship between pressure and volume can be adapted within wide limits to the requirements of the device operated with the hydraulic switch. The pressure that develops above the hydraulic switch decreases as the channel depth increases.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Einlasskanal eine Breite von etwa 2,05 mm aufweisen. Hierdurch kann der Druckverlust im Einlasskanal in weiten Grenzen eingestellt werden. Dieses Maß bestimmt außerdem die Geschwindigkeit des einfließenden Strahls und damit auch die Stabilität des hydraulischen Schalters.In some embodiments of the invention, the inlet channel may have a width of approximately 2.05 mm. This allows the pressure loss in the inlet channel to be adjusted within wide limits. This dimension also determines the speed of the incoming jet and thus also the stability of the hydraulic switch.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt

1a einen hydraulischen Schalter gemäß einer ersten Ausführungsform mit entfernter Deckelplatte.
1b zeigt den hydraulischen Schalter gemäß der ersten Ausführungsform im Schnitt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Eingangs eines Rückkopplungskanals.
3a zeigt einen hydraulischen Schalter gemäß einer zweiten Ausführungsform mit entfernter Deckelplatte.
3b zeigt den hydraulischen Schalter gemäß der zweiten Ausführungsform im Schnitt.
3c zeigt Einzelteile des hydraulischen Schalters gemäß der zweiten Ausführungsform.
4 zeigt das Verhältnis von Volumenstrom und Eingangsdruck für verschiedene Einlasskanalbreiten.
5 zeigt den Druck gegen den Volumenstrom in Abhängigkeit der Einfrästiefe bzw. des Abstandes der Basisplatte und der Deckplatte.
6 zeigt das Druckverhältnis eines Arbeitsfluides zwischen dem Einlasskanal und dem Ausgang des hydraulischen Schalters.
7 zeigt den Einfluss der Position der Abrisskante auf die Schaltfrequenz in Abhängigkeit des Eingangsdruckes.

The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention. This shows

1a a hydraulic switch according to a first embodiment with the cover plate removed.
1b shows the hydraulic switch according to the first embodiment in section.
2 shows an embodiment of an input of a feedback channel.
3a shows a hydraulic switch according to a second embodiment with the cover plate removed.
3b shows the hydraulic switch according to the second embodiment in section.
3c shows individual parts of the hydraulic switch according to the second embodiment.
4 shows the relationship between volume flow and inlet pressure for different inlet channel widths.
5 shows the pressure against the volume flow depending on the milling depth or the distance between the base plate and the cover plate.
6 shows the pressure ratio of a working fluid between the inlet channel and the outlet of the hydraulic switch.
7 shows the influence of the position of the tear-off edge on the switching frequency depending on the inlet pressure.

Anhand der 1 wird eine erste Ausführungsform eines hydraulischen Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Der hydraulische Schalter 1 besteht aus einem Materialstück 15, welches mit Ausfräsungen versehen ist. Das Materialstück 15 weist eine plane Vorderseite auf, welche mit einer Deckplatte 11 verschlossen werden kann, nachdem die Scheidekammer und die weiteren Bestandteile des hydraulischen Schalters durch Fräsen von Ausnehmungen in den Materialblock 15 hergestellt wurden.Based on 1 A first embodiment of a hydraulic switch according to the present invention will be explained in more detail. The hydraulic switch 1 consists of a piece of material 15 which is provided with cutouts. The piece of material 15 has a flat front side, which can be closed with a cover plate 11 after the separation chamber and the other components of the hydraulic switch have been produced by milling recesses in the material block 15.

Selbstverständlich kann der hydraulische Schalter 1 nicht nur durch Fräsen hergestellt werden, sondern auch durch ein generatives Herstellungsverfahren, insbesondere schichtweises Aufbringen und nachfolgendes Aufschmelzen eines metallischen Pulvers. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der hydraulische Schalter mittels eines Gussverfahrens zumindest in der Rohform hergestellt werden, welche nachfolgend durch optionales spanendes Bearbeiten nachbearbeitet werden kann.Of course, the hydraulic switch 1 can be manufactured not only by milling, but also by a generative manufacturing process, in particular layer-by-layer application and subsequent melting of a metallic powder. In other embodiments of the invention, the hydraulic switch can be produced by means of a casting process, at least in the raw form, which can subsequently be post-processed by optional machining.

Zwischen dem Materialblock 15 und der Decklage 11 kann eine optionale Dichtung eingebracht werden, um Flüssigkeitsaustritt aus dem zwischen Materialblock 15 und Decklage 11 ausgebildeten Spalt zu verhindern.An optional seal can be inserted between the material block 15 and the cover layer 11 in order to prevent liquid from escaping from the gap formed between the material block 15 and the cover layer 11.

Die Decklage 11 kann durch nicht dargestellte Schrauben am Materialblock 15 befestigt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Decklage 11 auch durch Kleben oder Schweißen verbunden werden, wodurch sich gleichzeitig eine Abdichtung ergeben kann. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Decklage 11 auch durch ein oder mehrere Klemmelemente verbunden werden.The cover layer 11 can be attached to the material block 15 using screws (not shown). In other embodiments of the invention, the cover layer 11 can also be connected by gluing or welding, which can simultaneously result in a seal. In still other embodiments of the invention, the cover layer 11 can also be connected by one or more clamping elements.

Der hydraulische Schalter 1 weist eine Scheidekammer 2 auf, welche eine in 1a oben dargestellte Einlassöffnung aufweist sowie gegenüberliegend zumindest eine erste Auslassöffnung 21 und eine zweite Auslassöffnung 22. Die Einlassöffnung der Scheidekammer 2 ist mit einem Einlasskanal 4 verbunden. Der Einlasskanal 4 weist an seinem der Einlassöffnung der Scheidekammer 2 gegenüberliegenden Ende ein Anschlussstück 40 auf, welches beispielsweise mit einem Schraubgewinde versehen sein kann. Bei Betrieb des hydraulischen Schalters kann das Anschlussstück 40 mit einer Schlauchleitung verbunden werden, durch welche ein Antriebsfluid zugeführt werden kann. Das Antriebsfluid kann beispielsweise Wasser oder ein Öl oder ein Glykol oder einen Alkohol enthalten oder daraus bestehen. Im Antriebsfluid können abrasive Partikel dispergiert sein.The hydraulic switch 1 has a separation chamber 2, which has an in 1a has the inlet opening shown above and, opposite, at least a first outlet opening 21 and a second outlet opening 22. The inlet opening of the separation chamber 2 is connected to an inlet channel 4. At its end opposite the inlet opening of the separation chamber 2, the inlet channel 4 has a connecting piece 40, which can be provided with a screw thread, for example. When the hydraulic switch is in operation, the connecting piece 40 can be connected to a hose line, through which a drive fluid can be supplied. The drive fluid can contain or consist of, for example, water or an oil or a glycol or an alcohol. Abrasive particles may be dispersed in the drive fluid.

Das der Scheidekammer über den Einlasskanal 4 zugeführte Antriebsfluid legt sich aufgrund des Coandä-Effektes an eine Wand 20 der Scheidekammer 2 an und gelangt dadurch in die erste oder die zweite Auslassöffnung 21 oder 22.The drive fluid supplied to the separation chamber via the inlet channel 4 rests against a wall 20 of the separation chamber 2 due to the Coandä effect and thereby reaches the first or second outlet opening 21 or 22.

An den Auslassöffnungen beginnt jeweils ein Auslasskanal 51 und 52. Jeder Auslasskanal weist einen ersten Längsabschnitt 511 und 521 auf. Im ersten Längsabschnitt 511 des ersten Auslasskanales 51 nimmt der Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche des Auslasskanals von der ersten Auslassöffnung 21 der Scheidekammer 2 ausgehend mit der Länge zu. In gleicher Weise nimmt der Querschnitt des zweiten Auslasskanals 52 in dessen ersten Längsabschnitt 521 von der zweiten Auslassöffnung 22 der Scheidekammer 2 ausgehend zu. Die Zunahme des Querschnittes kann beispielsweise linear oder quadratisch erfolgen. An den ersten Längsabschnitt 511 und 521 schließt sich ein zweiter Längsabschnitt 512 und 522 an, in welchem der jeweilige Auslasskanal eine konstante oder nahezu konstante Querschnittsfläche aufweist. Am Ende des zweiten Längsabschnittes 512 bzw. 522 der Auslasskanäle 51 und 52 befindet sich jeweils eine Auslassöffnung 61 und 62. Bei Betrieb des Schalters tritt das Antriebsfluid alternierend aus den Auslassöffnungen 61 und 62 aus und kann einem Werkzeug zugeführt werden, beispielsweise einem Bohrhammer.An outlet channel 51 and 52 begins at the outlet openings. Each outlet channel has a first longitudinal section 511 and 521. In the first longitudinal section 511 of the first outlet channel 51, the cross section or the cross-sectional area of the outlet channel increases with length starting from the first outlet opening 21 of the separation chamber 2. In the same way, the cross section of the second outlet channel 52 increases in its first longitudinal section 521 starting from the second outlet opening 22 of the separation chamber 2. The increase in cross section can be linear or square, for example. The first longitudinal section 511 and 521 is followed by a second longitudinal section 512 and 522, in which the respective outlet channel has a constant or almost constant cross-sectional area. At the end of the second longitudinal section 512 and 522 of the outlet channels 51 and 52 there is an outlet opening 61 and 62. When the switch is in operation, the drive fluid emerges alternately from the outlet openings 61 and 62 and can be fed to a tool, for example a hammer drill.

Der Querschnitt der Auslasskanäle kann polygonal oder rund sein. Sofern die Scheidekammer, der Einlasskanal und die Auslasskanäle durch Fräsen des Materialblocks 15 erzeugt werden, bietet sich insbesondere ein quadratischer oder rechteckiger Querschnitt an, welcher durch die Einfrästiefe und die Fräsbreite leicht kontrollierbar ist und an unterschiedliche Anwendungsfälle des hydraulischen Schalters anpassbar ist.The cross section of the outlet channels can be polygonal or round. If the separation chamber, the inlet channel and the outlet channels are created by milling the material block 15, a square or rectangular cross-section is particularly suitable, which can be easily controlled by the milling depth and the milling width and can be adapted to different applications of the hydraulic switch.

Im unteren Längsabschnitt des ersten Auslasskanals befindet sich der Eingang 311 eines ersten Rückkopplungskanals 31. Das Ende 312 des ersten Rückkopplungskanals 31 befindet sich in der Scheidekammer 2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ende 312 des ersten Rückkopplungskanals 31 am Ende des Einlasskanals 4 angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Ende 312 auch weiter stromabwärts innerhalb der Scheidekammer 2 angeordnet sein, beispielsweise in einem Bereich zwischen etwa 5 % und etwa 20 % der in Fließrichtung gemessenen Länge der Scheidekammer 2.The entrance 311 of a first feedback channel 31 is located in the lower longitudinal section of the first outlet channel. The end 312 of the first feedback channel 31 is located in the separation chamber 2. In the exemplary embodiment shown, the end 312 of the first feedback channel 31 is arranged at the end of the inlet channel 4. In other embodiments of the invention, the end 312 can also be arranged further downstream within the separation chamber 2, for example in a range between approximately 5% and approximately 20% of the length of the separation chamber 2 measured in the direction of flow.

In gleicher Weise befindet sich gegenüberliegend im zweiten Längsabschnitt 522 des zweiten Auslasskanals 52 der Eingang 321 eines zweiten Rückkopplungskanals 32. Das Ende 322 des zweiten Rückkopplungskanals 32 befindet sich ebenfalls in der Scheidekammer 2 gegenüberliegend zum Ende 312 des ersten Rückkopplungskanals 31.In the same way, the entrance 321 of a second feedback channel 32 is located opposite in the second longitudinal section 522 of the second outlet channel 52. The end 322 of the second feedback channel 32 is also located in the separation chamber 2 opposite the end 312 of the first feedback channel 31.

Bei Betrieb des hydraulischen Schalters wird ein durch Erreichen der Endposition des Verbrauchers entstehender Druckschwankung im Auslasskanal als Schaltpuls in den jeweiligen Rückkopplungskanal 31 oder 32 eingeleitet und wirkt an dessen Ende 312 bzw. 322 auf den über den Einlasskanal 4 eingekoppelten Fluidstrahl ein, sodass dieser sich von der Wandung 20 der Scheidekammer 2 ablöst und in die gegenüberliegende Auslassöffnung geführt wird. Sodann entsteht im Auslasskanal erneut eine Druckspitze, welche als Schaltpuls über den jeweiligen Rückkopplungskanal 31 bzw. 32 in die Scheidekammer 2 geführt wird, sodass das Antriebsfluid erneut in die ursprüngliche Auslassöffnung geleitet wird. Auf diese Weise entsteht ohne die Verwendung beweglicher Teile eine stabile Oszillation des zugeführten Antriebsfluides, welches alternierend durch die Auslassöffnungen 61 und 62 austritt. Das Antriebsfluid kann somit zum Betrieb eines oder mehrerer hydraulischer Geräte verwendet werden und den oszillierenden Kolben beispielsweise eines Bohrhammers antreiben. In diesem Fall ist die erste Auslassöffnung 61 beispielsweise mit dem unteren Ende des Zylinders verbunden und die zweite Auslassöffnung 62 wird mit dem oberen Ende des Zylinders verbunden, sodass der im Zylinder befindliche Kolben abwechselnd von oben und unten mit dem Antriebsfluid beaufschlagt wird und hierdurch oszilliert und eine Schlagenergie auf ein mit dem Bohrhammer verbundenes Bohrwerkzeug ausübt.When the hydraulic switch is in operation, a pressure fluctuation in the outlet channel resulting from reaching the end position of the consumer is introduced as a switching pulse into the respective feedback channel 31 or 32 and acts at its end 312 or 322 on the fluid jet coupled in via the inlet channel 4, so that it moves away from the wall 20 of the separation chamber 2 detaches and is guided into the opposite outlet opening. A pressure peak then arises again in the outlet channel, which is led as a switching pulse via the respective feedback channel 31 or 32 into the separation chamber 2, so that the drive fluid is again directed into the original outlet opening. In this way, a stable oscillation of the supplied drive fluid, which emerges alternately through the outlet openings 61 and 62, is created without the use of moving parts. The drive fluid can thus be used to operate one or more hydraulic devices and drive the oscillating piston of a hammer drill, for example. In this case, the first outlet opening 61 is connected, for example, to the lower end of the cylinder and the second outlet opening 62 is connected to the upper end of the cylinder, so that the piston located in the cylinder is alternately acted upon by the drive fluid from above and below and thereby oscillates and exerts impact energy on a drilling tool connected to the hammer drill.

Im beschriebenen Anwendungsfall erreicht das vom Bohrhammer bei der jeweiligen Gegenbewegung ausgestoßene Antriebsfluid über die jeweiligen Auslassöffnungen 61 bzw. 62 in einer Rückströmung die ersten und zweiten Auslasskanäle 51 und 52. Um eine Störung der aus dem hydraulischen Schalter austretenden Strömung des Antriebsfluides zu verhindern und die gegenüberliegende gefüllte Kammer zu leeren, befindet sich in jedem Auslasskanal ein zugehöriger Abflusskanal 71 und 72, welcher das aus dem Kolben ausgestoßene Antriebsfluid abführt. Hierzu kann der erste Abflusskanal 71 im ersten Längsabschnitt 511 des ersten Auslasskanals 51 ansetzen. Der zweite Abflusskanal 72 kann im ersten Längsabschnitt 522 des zweiten Auslasskanals 52 ansetzen, wobei der jeweilige Abflusskanal 71 und 72 und der erste Längsabschnitt 511 bzw. 521 des jeweiligen Auslasskanals 51 bzw. 52 einen Winkel zwischen etwa 25° und etwa 50° einschließt. Diese, im Vergleich zum Stand der Technik steilere Anordnung der Abflusskanäle verhindert, dass das Antriebsfluid von der jeweiligen Auslassöffnung 21 bzw. 22 unmittelbar in die Abflusskanäle 71 bzw. 72 abgeführt wird, ohne die Auslassöffnungen 61 bzw. 62 zu erreichen und erleichtert gleichzeitig das Ausströmen des verbrauchten Fluids während der Gegenbewegung.In the application described, the drive fluid ejected by the hammer drill during the respective countermovement reaches the first and second outlet channels 51 and 52 in a return flow via the respective outlet openings 61 and 62. In order to prevent a disruption in the flow of the drive fluid emerging from the hydraulic switch and the opposite one To empty the filled chamber, there is an associated drain channel 71 and 72 in each outlet channel, which removes the drive fluid ejected from the piston. For this purpose, the first outflow channel 71 can be positioned in the first longitudinal section 511 of the first outlet channel 51. The second drainage channel 72 can be in the first longitudinal section 522 of the two th outlet channel 52, the respective outflow channel 71 and 72 and the first longitudinal section 511 and 521 of the respective outlet channel 51 and 52 enclosing an angle between approximately 25 ° and approximately 50 °. This arrangement of the outflow channels, which is steeper than the prior art, prevents the drive fluid from being discharged from the respective outlet opening 21 or 22 directly into the outflow channels 71 or 72 without reaching the outlet openings 61 or 62 and at the same time facilitates the outflow of the used fluid during the countermovement.

Die Einfrästiefe innerhalb des Materialblocks 15 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung kann beliebig variiert werden. Wie nachfolgend anhand der 5 erklärt werden wird, beeinflusst die Einfrästiefe den an den Auslassöffnungen 61 und 62 anliegenden Druck, sodass der hydraulische Schalter bei seiner Herstellung an die zukünftige Verwendung angepasst werden kann.The milling depth within the material block 15 can be varied as desired in some embodiments of the invention. As follows using the 5 As will be explained, the milling depth influences the pressure applied to the outlet openings 61 and 62, so that the hydraulic switch can be adapted to future use during its manufacture.

Anhand der 2 wird nochmals ein Ausschnitt aus dem hydraulischen Schalter 1 vergrößert dargestellt. 2 zeigt den ersten Auslasskanal 51 und einen Teil von dessen ersten Längsabschnitt 511 und dessen zweiten Längsabschnitt 512. Wie aus 2 ersichtlich ist, befindet sich am Eingang 311 des ersten Rückkopplungskanals 31 ein Eingangsfilter 35, welcher vermeidet, dass Partikel aus dem Antriebsfluid in den Rückkopplungskanal 31 gelangen und diesen verstopfen. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des hydraulischen Schalters erhöht werden, weil die Gefahr, dass die Oszillation des Antriebsfluides zum Erliegen kommt, reduziert werden kann. Hierzu kann der Eingangsfilter 35 ein poröses Material enthalten, beispielsweise einen Polymerschaum oder einen Metallschaum. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Eingangsfilter 35 ein Geflecht, ein Gestrick oder ein Fließstoff bzw. Wirrfasern aus einem Metall oder Kunststoff sein bzw. ein solches Element enthalten.Based on 2 A section of the hydraulic switch 1 is again shown enlarged. 2 shows the first outlet channel 51 and a part of its first longitudinal section 511 and its second longitudinal section 512. As shown 2 As can be seen, there is an input filter 35 at the entrance 311 of the first feedback channel 31, which prevents particles from the drive fluid from entering the feedback channel 31 and clogging it. As a result, the reliability of the hydraulic switch can be increased because the risk of the oscillation of the drive fluid coming to a standstill can be reduced. For this purpose, the input filter 35 can contain a porous material, for example a polymer foam or a metal foam. In other embodiments of the invention, the input filter 35 can be a braid, a knitted fabric or a non-woven fabric or random fibers made of a metal or plastic or contain such an element.

Anhand der 3 wird eine zweite Ausführungsform des hydraulischen Schalters 1 gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Gleiche Bestandteile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.Based on 3 A second embodiment of the hydraulic switch 1 according to the present invention will be explained in more detail. The same components of the invention are provided with the same reference numbers, so that the following description is limited to the essential differences.

Wie 3b zeigt, unterscheidet sich der hydraulische Schalter gemäß der zweiten Ausführungsform von der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform im Wesentlichen durch einen geänderten mechanischen Aufbau. Gemäß der zweiten Ausführungsform enthält der hydraulische Schalter eine Basisplatte 10 und eine Deckplatte 11, wobei zwischen der Basisplatte und der Deckplatte eine Mehrzahl von Passelementen 151, 152, 153, 154 und 155 angeordnet ist. Die Dicke dieser Passelemente und damit der Abstand der Basisplatte und der Deckplatte 11 orientiert sich an der Einfrästiefe der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Zwischen den Passelementen und der Deckplatte 11 bzw. der Basisplatte 10 kann eine optionale Dichtung eingebracht werden, welche unerwünschten Flüssigkeitsaustritt vermeidet. Die Passelemente 151, 152, 153, 154 und 155, die Deckplatte 11 und die Basisplatte 10 können durch formschlüssige Verbindung, durch stoffschlüssige Verbindung, durch Klemmung oder Verschraubung miteinander verbunden sein.How 3b shows, the hydraulic switch according to the second embodiment is different from that in 1 shown first embodiment essentially by a changed mechanical structure. According to the second embodiment, the hydraulic switch includes a base plate 10 and a cover plate 11, a plurality of fitting members 151, 152, 153, 154 and 155 being arranged between the base plate and the cover plate. The thickness of these fitting elements and thus the distance between the base plate and the cover plate 11 is based on the milling depth of the first embodiment described above. An optional seal can be inserted between the fitting elements and the cover plate 11 or the base plate 10, which prevents undesired leakage of liquid. The fitting elements 151, 152, 153, 154 and 155, the cover plate 11 and the base plate 10 can be connected to one another by a positive connection, by a material connection, by clamping or screwing.

3a zeigt die Basisplatte 10 und die Passelemente 151, 152, 153, 154 und 155 bei entfernter Deckplatte 11. 3c zeigt einen Teil der Passelemente unabhängig von der Basisplatte 10 und mit größerem Abstand. Wie aus den 3a und 3c ersichtlich ist, sind die Passelemente 151, 152, 153, 154 und 155 so ausgebildet, dass diese beabstandet auf der Basisplatte 10 angeordnet werden können und diese Abstände zumindest eine Scheidekammer 2, einen Einlasskanal 4, einen ersten und zweiten Auslasskanal 51 und 52 sowie einen ersten und zweiten Rückkopplungskanal 31 und 32 bilden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden durch die Passelemente 151, 152, 153, 154 und 155 auch optionale erste und zweite Abflusskanäle 71 und 72 gebildet. Die Passelemente 151, 152, 153, 154 und 155 in der jeweils dargestellten Form können beispielsweise durch spanende Bearbeitung, durch Urformen oder durch ein generatives Herstellungsverfahren gefertigt werden. Die Passelemente 151, 152, 153, 154 und 155 bestehen bevorzugt aus einem Metall oder einem Kunststoff, insbesondere aus Stahl oder Edelstahl. Vorteilhaft an der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform ist insbesondere die Zugänglichkeit der inneren Oberflächen von Scheidekammer, Einlasskanal und Auslasskanälen während des Herstellungsverfahrens, sodass diese Oberflächen mit einer optionalen Beschichtung versehen werden können, welche die Oberflächengüte auf einen gewünschten Sollwert einstellt, um den Coandä-Effekt des Antriebsfluides an der Wandung 20 der Scheidekammer 2 zu unterstützen. Alternativ oder zusätzlich kann die Beschichtung eine verschleißmindernde Beschichtung sein, welche die Betriebsdauer des hydraulischen Schalters erhöht. Schließlich kann die Beschichtung reibungsmindernde Eigenschaften aufweisen, sodass der Druckverlust des Antriebsfluides beim Durchlauf durch den hydraulischen Schalter reduziert ist. Schließlich erlaubt der modulare Aufbau der zweiten Ausführungsform des hydraulischen Schalters eine einfache Reparatur durch Austausch einzelner Passelemente 151, 152, 153, 154 und 155. 3a shows the base plate 10 and the fitting elements 151, 152, 153, 154 and 155 with the cover plate 11 removed. 3c shows some of the fitting elements independent of the base plate 10 and at a greater distance. Like from the 3a and 3c As can be seen, the fitting elements 151, 152, 153, 154 and 155 are designed so that they can be arranged at a distance on the base plate 10 and these distances include at least one separation chamber 2, an inlet channel 4, a first and second outlet channel 51 and 52 and a form first and second feedback channels 31 and 32. In the exemplary embodiment shown, optional first and second drainage channels 71 and 72 are also formed by the fitting elements 151, 152, 153, 154 and 155. The fitting elements 151, 152, 153, 154 and 155 in the form shown can be manufactured, for example, by machining, by original molding or by a generative manufacturing process. The fitting elements 151, 152, 153, 154 and 155 are preferably made of a metal or a plastic, in particular steel or stainless steel. Advantageous at the in 3 The second embodiment shown is in particular the accessibility of the inner surfaces of the separation chamber, inlet channel and outlet channels during the manufacturing process, so that these surfaces can be provided with an optional coating, which adjusts the surface quality to a desired target value in order to reduce the Coandä effect of the drive fluid on the wall 20 to support the vaginal chamber 2. Alternatively or additionally, the coating can be a wear-reducing coating which increases the operating life of the hydraulic switch. Finally, the coating can have friction-reducing properties, so that the pressure loss of the drive fluid as it passes through the hydraulic switch is reduced. Finally, the modular structure of the second embodiment of the hydraulic switch allows easy repair by replacing individual fitting elements 151, 152, 153, 154 and 155.

Der hydraulische Schalter gemäß der Erfindung weist Geometrieparameter auf, deren Dimensionierung weitreichende Auswirkungen auf die Performanz haben. Erfindungsgemäß wurden Zusammenhänge erkannt, welche über kubische Ebenen approximiert werden können, sodass bei Einfluss der Geometrie auf das Verhalten des hydraulischen Schalters vorhergesagt werden kann und der hydraulische Schalter auf die vorgesehene Anwendung optimiert werden kann, ohne dass aufwendige Versuchsreihen durchgeführt werden müssen.The hydraulic switch according to the invention has geometric parameters whose dimensions have far-reaching effects on performance. According to the invention, relationships were recognized which can be approximated via cubic planes, so that the influence of the geometry on the behavior of the hydraulic switch can be predicted and the hydraulic switch can be optimized for the intended application without having to carry out complex series of tests.

4 zeigt den zu erwartenden Eingangsdruck p am Beginn des Einlasskanales auf der Abszisse und den Volumenstrom V des Antriebsfluides auf der Ordinate. Der zu erwartende Eingangsdruck hängt dabei im großen Maße von der Querschnittsfläche an der engsten Stelle des Einlasskanales 4 ab. Dargestellt sind p-V-Verläufe für sechs verschiedene Breiten des Einlasskanals bei konstanter Einfrästiefe bzw. Dicke der Passstücke. Die jeweilige Breite des Einlasskanals 4 und der Abflusskanäle 71 und 72 für die unterschiedlichen Messkurven ist in nachfolgender Tabelle zusammengefasst: Kurve Breite b am Einlasskanal Breite v am Abflusskanal A 0,52 3,44 B 3,26 3,77 C 2,71 3,12 D 2,35 4,06 E 2,07 2,81 F 1,87 3,72 4 shows the expected inlet pressure p at the beginning of the inlet channel on the abscissa and the volume flow V of the drive fluid on the ordinate. The expected inlet pressure depends largely on the cross-sectional area at the narrowest point of the inlet channel 4. PV curves are shown for six different widths of the inlet channel with constant milling depth or thickness of the fitting pieces. The respective width of the inlet channel 4 and the outflow channels 71 and 72 for the different measurement curves is summarized in the following table: Curve Width b at the inlet channel Width v at the drain channel A 0.52 3.44 b 3.26 3.77 C 2.71 3.12 D 2.35 4.06 E 2.07 2.81 F 1.87 3.72

Die zugehörige Ebenengleichung für die Breite b des Einlasskanals 4 ermöglicht die Bestimmung des Drucks bei verschiedenen Volumenströmen innerhalb des untersuchten Messbereiches: $p (V, b) = 0,00422 \cdot V^{2} + 9,02262 \cdot b^{2} - 0,31560 \cdot V \cdot b + 1,60487 \cdot V - 36,53840 \cdot b + 0,30664$

The associated plane equation for the width b of the inlet channel 4 enables the pressure to be determined at different volume flows within the measuring range examined:

p (v, b) = 0.00422 \cdot v^{2} + 9.02262 \cdot b^{2} - 0.31560 \cdot v \cdot b + 1.60487 \cdot v - 36.53840 \cdot b + 0.30664

Dieser Zusammenhang gilt für einen Volumenstrom von 60 l/min bis 140 l/min und für einen Einlasskanal mit einer Breite von 1,5 bis 4 mm. Es hat sich gezeigt, dass die Abweichung weniger als 5 % beträgt.This relationship applies to a volume flow of 60 l/min to 140 l/min and for an inlet channel with a width of 1.5 to 4 mm. It has been shown that the deviation is less than 5%.

Wie 5 zeigt, lässt sich ein ähnlicher Zusammenhang für die Einfrästiefe t der gesamten Geometrie herstellen. Auch die Einfrästiefe bestimmt in erster Linie die Querschnittsfläche des Einlasskanals 4, hat jedoch auch Auswirkungen auf den gesamten Strömungsquerschnitt des hydraulischen Schalters. Das Verhältnis der gemessenen Eingangsdrücke p bei einer Verdoppelung der Einfrästiefe von 10 mm (Kurve A) auf 20 mm (Kurve B) liegt bei etwa 0,36. Dieses Verhältnis bleibt über den gesamten Messbereich erhalten, wodurch die Kurven A und B in 5 mit zunehmendem Volumenstrom immer weiter divergieren.How 5 shows, a similar connection can be established for the milling depth t of the entire geometry. The milling depth also primarily determines the cross-sectional area of the inlet channel 4, but also has an impact on the entire flow cross section of the hydraulic switch. The ratio of the measured input pressures p when the milling depth doubles from 10 mm (curve A) to 20 mm (curve B) is approximately 0.36. This ratio is maintained over the entire measuring range, resulting in curves A and B 5 diverge further and further with increasing volume flow.

Die zugehörige Gleichung für die Abhängigkeit des Eingangsdruckes p von der Einfrästiefe t und dem Volumenstrom V lautet: $p (V, t) = 0,00334 \cdot V^{2} + 0,01941 \cdot t^{2} - 0,01974 \cdot V \cdot t + 0,29973 \cdot V - 0,31235 \cdot t + 0,04695$

The associated equation for the dependence of the inlet pressure p on the milling depth t and the volume flow V is:

p (v, t) = 0.00334 \cdot v^{2} + 0.01941 \cdot t^{2} - 0.01974 \cdot v \cdot t + 0.29973 \cdot v - 0.31235 \cdot t + 0.04695

Auch diese Gleichung gilt für einen Volumenstrom zwischen 60 l/min und 140 l/min sowie für eine Einfrästiefe von 5 mm bis 30 mm. Es hat sich gezeigt, dass die Abweichung der tatsächlich erhaltenen Messwerte von den Vorhersagewerten kleiner als 7 % ist.This equation also applies to a volume flow between 60 l/min and 140 l/min and for a milling depth of 5 mm to 30 mm. It has been shown that the deviation of the measured values actually obtained from the predicted values is less than 7%.

Die Querschnittsfläche des ersten und zweiten Abflusskanals 71 und 72 hat einen Einfluss auf den Druckverlust bzw. den tatsächlichen Druck, welcher an den Auslassöffnungen 61 und 62 gemessen werden kann. Dargestellt ist in 6 der Eingangsdruck auf der Abszisse sowie der durchschnittliche Druckverlust auf der Ordinate. Dargestellt sind wieder sechs Kurven für verschiedene Breiten der Abflusskanäle 71 und 72 und der Breite b des Einlasskanales 4 wie folgt: Kurve Breite b am Einlasskanal Breite v am Abflusskanal A 2,07 2,81 B 2,71 3,12 C 3,52 3,44 D 1,87 3,72 E 3,26 3,77 F 2,36 4,06 The cross-sectional area of the first and second drain channels 71 and 72 has an influence on the pressure loss or the actual pressure that can be measured at the outlet openings 61 and 62. Is shown in 6 the inlet pressure on the abscissa and the average pressure loss on the ordinate. Six curves are again shown for different widths of the outflow channels 71 and 72 and the width b of the inlet channel 4 as follows: Curve Width b at the inlet channel Width v at the drain channel A 2.07 2.81 b 2.71 3.12 C 3.52 3.44 D 1.87 3.72 E 3.26 3.77 F 2.36 4.06

Das Verhältnis zwischen Eingangsdruck und Ausgangsdruck kann wie nachstehend modelliert werden: $\begin{array}{l} \frac{p_{i n}}{p_{o u t}} (V, v) = 0,00026 \cdot V^{2} - 1,15189 \cdot v^{2} + 0,001194 \cdot V \cdot v - 0,033860 \cdot V + \\ 8,48938 \cdot v - 8,41896 \end{array}$

The relationship between inlet pressure and outlet pressure can be modeled as follows:

\begin{array}{l} \frac{p_{i n}}{p_{O u t}} (v, v) = 0.00026 \cdot v^{2} - 1.15189 \cdot v^{2} + 0.001194 \cdot v \cdot v - 0.033860 \cdot v + \\ 8.48938 \cdot v - 8.41896 \end{array}

Dieser Zusammenhang gilt wiederum für eine Volumenstrom von 60 l/min bis 140 l/min sowie für eine Breite der Abflusskanäle 71 und 72 zwischen 2,5 mm bis 4,5 mm. Es hat sich gezeigt, dass die Abweichungen weniger als 10 % betragen.This relationship in turn applies to a volume flow of 60 l/min to 140 l/min and to a width of the outflow channels 71 and 72 between 2.5 mm and 4.5 mm. It has been shown that the deviations are less than 10%.

Alle beschriebenen Ebenengleichungen schneiden den Koordinatenursprung, was physikalisch valide ist, da bei nicht vorhandenem Volumenstrom auch kein Druck zu erwarten ist.All plane equations described intersect the origin of coordinates, which is physically valid since no pressure can be expected if there is no volume flow.

7 erläutert den Einfluss der Position der Abrisskante 25 in der Wandung 20 der Scheidekammer 2. Dargestellt ist der Eingangsdruck auf der Abszisse und die Schaltfrequenz des hydraulischen Schalters auf der linken Ordinate für zwei verschiedene Positionen der Abrisskante. Kurve C zeigt die Messwerte für eine Abrisskante, welche in etwa in der Mitte der Scheidekammer 2 angeordnet ist. Kurve D zeigt die Messwerte für eine Abrisskante 25, welche in an sich bekannter Weise am unteren Ende der Scheidekammer 2 angeordnet ist. Aus dem Vergleichsbeispiel ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Anordnung der Abrisskante 25 etwa in der Mitte der Scheidekammer 2 eine höhere Schaltfrequenz sowie stabilere Schaltvorgänge ermöglichen kann. 7 explains the influence of the position of the tear-off edge 25 in the wall 20 of the separation chamber 2. The inlet pressure is shown on the abscissa and the switching frequency of the hydraulic switch on the left-hand ordinate for two different positions of the tear-off edge. Curve C shows the measured values for a tear-off edge, which is arranged approximately in the middle of the separation chamber 2. Curve D shows the measured values for a tear-off edge 25, which is arranged in a manner known per se at the lower end of the separation chamber 2. From the comparative example it follows that the inventive arrangement of the tear-off edge 25 approximately in the middle of the separation chamber 2 can enable a higher switching frequency and more stable switching processes.

Weiterhin zeigt 7 den Eingangsdruck auf der Abszisse gegen die vom Antriebsfluid an den Auslassöffnungen 61 und 62 erzeugte Maximalkraft auf der rechten Ordinate. Dargestellt ist in Kurve A der Kraftverlauf gegen den Eingangsdruck, wenn die Scheidekammer 2 eine Abrisskante 25 aufweist, welche in etwa in der Mitte der Scheidekammer 2 angeordnet ist. Kurve B zeigt den Verlauf der Maximalkraft für eine Abrisskante 25, welche in an sich bekannter Weise am Ende der Scheidekammer 2 angeordnet ist. Zumindest für einen Eingangsdruck zwischen etwa 25 und etwa 60 bar ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Abrisskante in der Scheidekammer ein höherer Druck des Antriebsfluides am Ausgang, sodass eine höhere Antriebsleistung auf einen an den hydraulischen Schalter angeschlossenen Bohrhammer übertragen werden kann.Continues to show 7 the input pressure on the abscissa versus the maximum force generated by the drive fluid at the outlet openings 61 and 62 on the right ordinate. Curve A shows the force curve against the inlet pressure when the separation chamber 2 has a tear-off edge 25, which is arranged approximately in the middle of the separation chamber 2. Curve B shows the course of the maximum force for a tear-off edge 25, which is arranged in a manner known per se at the end of the separation chamber 2. At least for an input pressure between approximately 25 and approximately 60 bar, the arrangement of the tear-off edge in the separation chamber according to the invention results in a higher pressure of the drive fluid at the output, so that a higher drive power can be transmitted to a hammer drill connected to the hydraulic switch.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the invention is not limited to the embodiments shown. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the claims and the above description define “first” and “second” embodiments, this designation serves to distinguish two similar embodiments without establishing a ranking.

Die Forschungsarbeiten, die zu diesen Ergebnissen geführt haben, wurden von der Europäischen Union gefördert.The research that led to these results was funded by the European Union.

Claims

Hydraulic switch (1) with a separation chamber (2) which has an inlet opening, a first outlet opening (21) and a second outlet opening (22), the inlet opening being connected to an inlet channel (4) and the first and second outlet openings (21 , 22) are each connected to an outlet channel (51, 52), each of which has a first longitudinal section (521, 511) and a second longitudinal section (522, 512), the first longitudinal section (511, 521) extending from the outlet opening (21 , 22) has a cross-sectional area that increases with length and the second longitudinal section (512, 522) has a constant cross-sectional area, characterized in that the hydraulic switch (1) further contains a first and a second feedback channel (31, 32), the inputs (311, 321) of which are each in the second longitudinal section (512, 522). one of the outlet channels (51, 52) and whose outlets (312, 322) open on opposite sides of the inlet channel (4).

Hydraulic switch after Claim 1 , characterized in that in the wall (20) of the separation chamber (2) at least one tear-off edge (25) is arranged, the distance from the inlet opening (4) can be varied and in the hydraulic switch according to the invention between approximately 40% and approximately 60% of the Length of the vaginal chamber (2).

Hydraulic switch after Claim 1 or 2 , further containing a first outflow channel (71), which is located in the first longitudinal section (511) of the first outlet channel (51) and a second outflow channel (72), which is located in the first longitudinal section (522) of the second outlet channel (52), the outflow channel (71, 72) and the first longitudinal section (511, 521) of the respective outlet channel (51, 52) enclose an angle between approximately 25° and approximately 50°.

Hydraulic switch after Claim 3 , characterized in that the cross section of the drainage channels (71, 72) is between approximately 5 mm ² and approximately 80 mm ² .

Hydraulic switch according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that an input filter (35) is arranged at the input (311, 321) of the first and/or second feedback channel (31, 32).

Hydraulic switch according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that it contains a base plate (10) and a cover plate (11), a plurality of fitting elements (15, 151, 152, 153, 154, 155) being spaced between the base plate (10) and the cover plate (11). are introduced, so that these distances include at least one separation chamber (2), an inlet channel (4), a first and second outlet channel (51, 52), a first and a second feedback channel (31, 32) and optional outflow channels (71, 72) form.

Hydraulic switch after Claim 6 , characterized in that the distance between the base plate (10) and the cover plate (11) is between approximately 5 mm and approximately 30 mm but can be adjusted according to the desired volume flow.

Hydraulic switch according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the inner surfaces of the separation chamber (20), the inlet channel (4), the first and second outlet channels (51, 52), the first and a second feedback channels (31, 32) and / or the optional outflow channels (71, 72) are at least partially hardened and/or coated with a wear protection layer.

Hydraulic switch according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the separation chamber (2) is convexly shaped between the first outlet opening (21) and the second outlet opening (22).

Hydraulic switch according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the inlet channel (4) has a width of approximately 2.05 mm and can be varied depending on the desired inflow speed.

Hydraulic switch according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the wear protection layer contains or consists of DLC and/or TiN and/or Cr and/or SiN.

Piston-operated consumer, for example a hammer drill, with a percussion mechanism and a hydraulic switch (1) according to one of the Claims 1 or 11 .