DE10249523A1 - Druckverstärker - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Druckverstärker für Fluide angegeben, insbesondere für Hydraulikflüssigkeiten, mit einem einen Hochdruckkolben (11) und einen Niederdruckkolben (12) größeren Durchmessers aufweisenden Verstärkerkolben (27), der mit dem Hochdruckkolben (11) in einem Hochdruckzylinder (10) und mit dem Niederdruckkolben (12) in einem Niederdruckzylinder (14) bewegbar ist, wobei der Hochdruckzylinder (10) mit einem Hochdruckanschluß (4, 5) und der Niederdruckzylinder (14) über ein Steuerventil (15) in einer ersten Schaltstellung des Steuerventils (15) mit einem Versorgungsanschluß (2) und in einer zweiten Schaltstellung des Steuerventils (15) mit einem Rücklaufanschluß (3) verbindbar ist und die Schaltstellungen des Steuerventils (15) durch die Stellung des Verstärkerkolbens (27) gesteuert sind, der eine Verbindung zwischen einer ersten Steuerleitung (24), die mit dem Versorgungsanschluß (2) verbunden ist, und einer zweiten Steuerleitung (29), die mit dem Steuerventil (15) verbunden ist, freigibt oder unterbricht. DOLLAR A Man möchte den Druckverstärker flexibler betreiben können. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß die Verbindung vollständig innerhalb des Bewegungshubs des Hochdruckkolbens (11) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Druckverstärker für Fluide, insbesondere für Hydraulikflüssigkeiten, mit einem einen Hochdruckkolben und einen Niederdruckkolben größeren Durchmessers aufweisenden Verstärkerkolben, der mit dem Hochdruckkolben in einem Hochdruckzylinder und mit dem Niederdruckkolben in einem Niederdruckzylinder bewegbar ist, wobei der Hochdruckzylinder mit einem Hochdruckanschluß und der Niederdruckzylinder über ein Steuerventil in einer ersten Schaltstellung des Steuerventils mit einem Versorgungsanschluß und in einer zweiten Schaltstellung des Steuerventils mit einem Rücklaufanschluß verbindbar ist und die Schaltstellungen des Steuerventils durch die Stellung des Verstärkerkolbens gesteuert sind, der eine Verbindung zwischen einer ersten Steuerleitung, die mit dem Versorgungsanschluß verbunden ist, und einer zweiten Steuerleitung, die mit dem Steuerventil verbunden ist, freigibt oder unterbricht.
- Ein derartiger Druckverstärker ist beispielsweise aus
DE 196 33 258 C1 bekannt. Das Steuerventil leitet Hydraulikflüssigkeit unter Druck in den Niederdruckzylinder und beaufschlagt damit den Niederdruckkolben. Der Niederdruckkolben bewegt sich im Niederdruckzylinder und treibt dadurch den Hochdruckkolben an, der Hydraulikflüssigkeit unter einem entsprechend höheren Druck am Hochdruckanschluß ausgibt: Nach einer gewissen Bewegungsstrecke verschließt der Hochdruckkolben die zweite Steuerleitung, die in die Wand des Hochdruckzylinders mündet. Dadurch wird ein entsprechender Steueranschluß des Steuerventils drucklos und das Steuerventil schaltet um, so daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruckzylinder entweichen kann. - Man ist im bekannten Fall allerdings darauf angewiesen, daß das Fluid, das vom Antrieb des Druckverstärkers verwendet wird, das gleiche Fluid ist, das auch unter erhöhtem Druck ausgegeben wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Druckverstärker flexibler betreiben zu können.
- Diese Aufgabe wird bei einem Druckverstärker der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Verbindung vollständig innerhalb des Bewegungshubs des Hochdruckkolbens angeordnet ist.
- Ruf diese Weise ist es möglich, für den Antrieb des Druckverstärkers ein Fluid zu verwenden, das von dem Pumpenfluid, das durch den Druckverstärker auf den erhöhten Druck gebracht werden soll, vollständig getrennt ist. Die Trennung zwischen dem Antriebsfluid und dem Pumpenfluid erfolgt dabei durch den Hochdruckkolben. Der Hochdruckkolben muß aber ohnehin relativ gut abgedichtet im Hochdruckzylinder geführt sein, damit der Druckverstärker die gewünschte innere Dichtigkeit und damit den gewünschten hohen Wirkungsgrad erhält. Im Vergleich zum bekannten Fall sind also nur relativ geringfügige Modifikationen möglich, um die beiden Fluide zu entkoppeln.
- Vorzugsweise münden die beiden Steuerleitungen in die Wand des Hochdruckzylinders in einem Bereich, der unabhängig von der Stellung des Verstärkerkolbens außerhalb eines vom Hochdruckzylinder und vom Hochdruckkolben begrenzten Hochdruckraumes liegt. Im Hochdruckraum befindet sich dann ausschließlich Pumpenfluid. Dieses Pumpenfluid kommt nicht in Kontakt mit dem Antriebsfluid. Der Hochdruckkolben kann die Mündungen der beiden Steuerleitungen im Verlauf eines Arbeitshubs abdecken oder freigeben. Auf diese Weise wird die Verbindung zwischen den beiden Steuerleitungen hergestellt oder unterbrochen.
- Vorzugsweise weist der Hochdruckkolben eine Ausnehmung auf, die in einer vorbestimmten Stellung des Verstärkerkolbens die Mündungen der beiden Steuerleitungen überdeckt. Über diese Ausnehmung wird dann die Verbindung zwischen den beiden Steuerleitungen hergestellt. Wenn der Hochdruckkolben dann um ein entsprechendes Maß verschoben wird, wird mindestens eine Mündung der beiden Steuerleitungen vom Hochdruckkolben abgedeckt, so daß die Verbindung zwischen den beiden Steuerleitungen unterbrochen ist.
- Vorzugsweise ist die Ausnehmung als Ringraum ausgebildet. Damit spielt die winkelmäßige Orientierung des Hochdruckkolbens im Hochdruckzylinder keine Rolle mehr. Der Ringraum, beispielsweise eine Ringnut, ist in allen Winkelstellungen des Hochdruckkolbens in der Lage, eine Verbindung zwischen den beiden Steuerleitungen einzurichten.
- Vorzugsweise ist zwischen der Ausnehmung und dem Hochdruckraum eine Dichtungsanordnung mit einer Leckageabflußleitung angeordnet. Die Dichtungsanordnung dichtet zunächst einmal den Hochdruckraum gegenüber Teilen des Druckverstärkers ab, die mit einem anderen Fluid gefüllt sind oder in Verbindung stehen. Allerdings ist es in der Regel nicht möglich, eine derartige Dichtungsanordnung vollständig dicht zu machen. Kleinere Fluidmengen, die in Form einer Leckage zwischen dem Hochdruckkolben und dem Hochdruckzylinder vordringen können, werden über die Leckageabflußleitung abgeführt.
- Vorzugsweise ist das Steuerventil mit dem Rücklaufanschluß über einen Pfad verbunden, der in einem Bereich zwischen dem Hochdruckkolben und dem Niederdruckkolben durch den Niederdruckzylinder geführt ist. Damit wird der Bereich zwischen dem Hochdruckkolben und dem Niederdruckkolben durch Fluid gefüllt, das aus dem Niederdruckraum verdrängt wird, der durch den Niederdruckzylinder und den Niederdruckkolben begrenzt wird. Kavitationserscheinungen können vermieden werden. Wenn sich der Niederdruckkolben so bewegt, daß sich der Hochdruckraum vergrößert, dann vergrößert sich auch der Raum zwischen dem Hochdruckkolben und dem Niederdruckkolben, d.h. ein Raum innerhalb des Niederdruckzylin ders. Dieser Raum kann dann über das Steuerventil wieder gefüllt werden.
- Bevorzugterweise weist der Niederdruckkolben am Umfang mindestens einer Stirnseite eine umlaufende Ausnehmung auf und eine zugehörige Verbindung zwischen dem Steuerventil und dem Niederdruckzylinder mündet in die Umfangswand des Niederdruckzylinders im Bereich dessen Stirnwand. Damit kann der Niederdruckkolben bis zum Anschlag in dem Niederdruckzylinder hin und her bewegt werden. Gleichwohl ist ein Antrieb über ein Fluid auch dann noch möglich, wenn dieses Fluid nicht stirnseitig in den Niederdruckzylinder eingeführt wird, sondern über eine Umfangswand. Das Fluid gelangt dann in die Ausnehmung und kann sich von dort weiter ausbreiten.
- Bevorzugterweise ist ein gedrosselter Hilfssteuerpfad zwischen dem Versorgungsanschluß und einem Steueranschluß des Steuerventils angeordnet, der das Steuerventil in die erste Schaltstellung umschaltet. Der Hilfssteuerpfad erlaubt es, den Druckverstärker auch nach längeren Stillstandszeiten zuverlässig zu starten. Das Steuerventil hat nämlich immer eine definierte Schaltstellung, wenn es unter Druck gesetzt wird.
- Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Hilfssteuerpfad in einem Ventilelement des Steuerventils angeordnet ist. Man kann dann dafür sorgen, daß der Hilfssteuerpfad unterbrochen wird, wenn sich das Steuerventil in der zweiten Schaltstellung befindet.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt die:
- einzige Fig. eine schematische Darstellung eines Druckverstärkers.
- Ein Druckverstärker
1 weist einen Versorgungsanschluß2 auf, über den ein Antriebsfluid, beispielsweise eine erste Hydraulikflüssigkeit unter einem gewissen Druck, zugeführt wird. Diese Hydraulikflüssigkeit kann über einen Rücklaufanschluß3 wieder zurückgeführt werden. Beispielsweise kann der Versorgungsanschluß2 mit einer nicht näher dargestellten Pumpe und der Rücklaufanschluß3 mit einem nicht näher dargestellten Tank verbunden sein. - Ferner weist der Druckverstärker
1 einen Hochdruckausgang4 und einen Hochdruckeingang5 auf, die mit einem Hochdruckkreis verbunden sind, in dem eine zweite Hydraulikflüssigkeit zirkuliert. Die zweite Hydraulikflüssigkeit, die im folgenden als Pumpenflüssigkeit bezeichnet wird, steht unter einem höheren Druck als die erste Hydraulikflüssigkeit, die als Antriebsflüssigkeit bezeichnet wird. Man möchte vermeiden, daß sich die Antriebsflüssigkeit und die Pumpenflüssigkeit miteinander vermischen. Die Pumpenflüssigkeit wird dabei über den Hochdruckeingang5 und den Hochdruckausgang 4 im Kreis geführt. - Zwischen dem Hochdruckeingang
5 und dem Hochdruckausgang4 sind zwei Rückschlagventile6 ,7 in Reihe geschaltet, die sich in Richtung auf den Hochdruckausgang4 öffnen. Zwischen den beiden Rückschlagventilen6 ,7 zweigt eine Verbindung8 zu einem Hochdruckraum9 ab. Der Hochdruckraum9 wird begrenzt durch einen Hochdruckzylinder10 und einen Hochdruckkolben11 . Der Hochdruckkolben11 ist mit einem Niederdruckkolben12 verbunden, wobei es ausreicht, wenn eine Verbindung13 zwischen dem Hochdruckkolben11 und dem Niederdruckkolben12 Druckkräfte übertragen kann. Aus diesem Grund sind in der Zeichnung Hochdruckkolben11 und Niederdruckkolben12 als getrennte Teile dargestellt, die an der Verbindung13 aneinander anliegen. Hochdruckkolben11 und Niederdruckkolben12 bilden zusammen einen als Differentialkolben ausgebildeten Verstärkerkolben27 . - Der Niederdruckkolben
12 ist in einem Niederdruckzylinder14 bewegbar, wobei die Bewegungen von Hochdruckkolben11 und Niederdruckkolben12 gemeinsam erfolgen. - Zur Steuerung der Bewegungen von Hochdruckkolben
11 und Niederdruckkolben12 ist ein Steuerventil15 vorgesehen, das ein Ventilelement16 aufweist, das zwischen zwei Schaltstellungen verlagerbar ist. - In der ersten Schaltstellung des Ventilelements
16 verbindet das Steuerventil15 den Versorgungsanschluß2 mit dem Niederdruckzylinder14 und zwar mit dem vom Hochdruckkolben11 abgewandten Ende des Niederdruckzylinders14 . Hierzu ist eine Leitung17 zwischen dem Steuerventil15 und der Umfangswand des Niederdruckzylinders14 vorgesehen. Diese Leitung17 mündet in einer Position, an der der Niederdruckkolben12 eine umlaufende Ausnehmung18 aufweist. Obwohl die Antriebsflüssigkeit in die Umfangswand des Niederdruckzylinders14 eingespeist wird und der Niederdruckkolben12 an der Stirnwand19 des Niederdruckzylinders14 anliegt, reicht die Druckbeaufschlagung durch die durch die Leitung17 zugeführte Arbeitsflüssigkeit aus, um den Niederdruckkolben12 zu bewegen und zwar nach oben, bezogen auf die Darstellung in der Fig. - Das Steuerventil
15 ist über eine Leitung20 mit einem Raum21 zwischen dem Hochdruckkolben11 und dem Niederdruckkolben12 im Niederdruckzylinder14 verbunden. Dieser Raum21 ist über eine Leitung22 mit dem Rücklaufanschluß3 verbunden. In der zweiten Schaltstellung des Schaltventils15 wird über einen Verbindungspfad23 , der schematisch im Ventilelement16 dargestellt ist, eine Verbindung zwischen den beiden Leitungen17 ,20 hergestellt, so daß Hydraulikflüssigkeit aus der dem Hochdruckkolben11 abgewandten Seite des Niederdruckzylinders14 über das Steuerventil15 und die Leitung20 , den Raum21 und die Leitung22 zum Rücklaufanschluß3 abfließen kann. Über die Leitungen17 ,20 wird die Flüssigkeit aus dem vom Niederdruckkolben12 und vom Niederdruckzylinder14 umgrenzten Niederdruckraum in den Raum21 verdrängt, so daß nicht die gesamte Antriebsflüssigkeit zum Rücklaufanschluß3 abfließen muß. Die Flüssigkeit aus dem Raum21 wird allerdings beim Aufwärtshub des Niederdruckkolbens12 zum Rücklaufanschluß3 verdrängt. - Das Ventilelement
16 des Steuerventils15 wird betätigt durch Druck aus dem Versorgungsanschluß2 . Der Versorgungsanschluß2 ist mit einer ersten Steuerleitung24 verbunden. Aus der ersten Steuerleitung24 zweigt eine Stichleitung25 zu einem Druckraum26 ab, der mit einer kleinen Druckangriffsfläche auf das Ventilelement16 wirkt. Auf das Ventilelement16 wirkt über die Druckangriffsfläche26 eine konstante Kraft, die bestrebt ist, das Steuerventil15 in die zweite Schaltstellung umzuschalten. - Die erste Steuerleitung
24 mündet in der Wand des Hochdruckzylinders10 an einer Position, die unabhängig davon, in welcher Position sich der Hochdruckkolben11 befindet, vom Hochdruckkolben11 abgedeckt ist. Der Hochdruckkolben11 weist an dieser Position eins umlaufende Nut28 auf, die eine solche Erstreckung hat, daß sie in der dargestellten Position des Hochdruckkolbens11 , also in der unteren Endlage, auch eine zweite Steuerleitung29 überdeckt, die mit einer größeren Druckangriffsfläche30 am Ventilelement16 verbunden ist. Der Druck an der Druckangriffsfläche30 ist also bestrebt, das Schaltventil in die in der Fig. dargestellte erste Schaltstellung umzuschalten. Da die Druckangriffsfläche30 größer ist als die Druckangriffsfläche26 , wird das Steuerventil15 umgeschaltet, sobald die Nut28 die beiden Steuerleitungen24 ,29 miteinander verbindet. - Ein gedrosselter Hilfssteuerpfad
31 ist im Ventilelement16 vorgesehen, der die erste Steuerleitung24 und damit den Versorgungsanschluß2 mit der größeren Druckangriffsfläche30 verbindet. Wenn der Druckverstärker eine gewisse Zeit außer Betrieb war, dann befindet sich das Ventilelement16 in der in der Fig. dargestellten Position, so daß ein Starten des Druckverstärkers jederzeit problemlos möglich ist. - Der Druckverstärker arbeitet nun wie folgt:
In der in der Fig. dargestellten Stellung gelangt Arbeitsflüssigkeit über das Schaltventil15 und die Leitung17 in den Niederdruckzylinder14 . Dabei wird der Niederdruckkolben12 nach oben verschoben (alle Richtungsangaben beziehen sich auf die Darstellung in der Zeichnung). Der Hochdruckkolben11 wird dadurch so bewegt, daß der Hochdruckraum9 verkleinert wird. Pumpenflüssigkeit wird über das Rückschlagventil6 und den Hochdruckausgang4 ausgegeben. - Nach einer gewissen Bewegungsstrecke des Hochdruckkolbens
11 wird die zweite Steuerleitung29 verschlossen. Dementsprechend wirkt kein Druck mehr auf die größere Druckangriffsfläche30 , sondern es wirkt nur noch Druck aus dem Versorgungsanschluß2 auf die kleinere Druckangriffsfläche26 , so daß das Schaltventil15 umschaltet. Das Ventilelement16 wird in die andere Schaltstellung verschoben. An dieser Stelle soll bemerkt werden, daß die konkrete Ausbildung des Steuerventils15 für den vorliegenden Fall von untergeordneter Bedeutung ist. Das Ventilelement16 kann also sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgebildet sein. Die Darstellung ist insoweit nur schematisch. - Wenn das Steuerventil
15 umgeschaltet hat, dann steht über den Verbindungspfad23 der Niederdruckkolben14 , genauer gesagt ein im Niederdruckkolben14 ausgebildeter Niederdruckraum zwischen dem Niederdruckkolben12 und der Stirnwand19 des Niederdruckzylinders14 in Verbindung mit dem Raum21 und damit mit dem Rücklaufanschluß3 . Der Druck in der Verbindung8 , der mindestens dem Druck am Hochdruckeingang5 entspricht, drückt dann den Hochdruckkolben11 nach unten. Dadurch wird auch der Niederdruckkolben12 nach unten verlagert. Nach einer gewissen Bewegungsstrecke, die so ausgelegt ist, daß sich der Niederdruckkolben12 fast am Ende seiner Bewegungsbahn befindet, gibt der Hochdruckkolben mit seiner Nut28 die Mündung der zweiten Steuerleitung29 frei, so daß Druck wieder auf die größere Druckangriffsfläche30 gelangt und das Steuerventil15 umschaltet. - Der Vorgang wiederholt sich dann.
- Zwischen dem Hochdruckraum
9 und der Ausnehmung28 ist eine Dichtungsanordnung32 vorgesehen, die eine Leckageabflußleitung33 aufweist, die mit einem Tank34 verbunden ist. Da eine gewisse Gefahr dafür besteht, daß über die Leckageabflußleitung33 sowohl Pumpenflüssigkeit als auch Antriebsflüssigkeit abfließt, ist der Tank34 zweckmäßigerweise getrennt von dem Rücklaufanschluß3 .
Claims (9)
- Druckverstärker für Fluide, insbesondere für Hydraulikflüssigkeiten, mit einem einen Hochdruckkolben und einen Niederdruckkolben größeren Durchmessers aufweisenden Verstärkerkolben, der mit dem Hochdruckkolben in einem Hochdruckzylinder und mit dem Niederdruckkolben in einem Niederdruckzylinder bewegbar ist, wobei der Hochdruckzylinder mit einem Hochdruckanschluß und der Niederdruckzylinder über ein Steuerventil in einer ersten Schaltstellung des Steuerventils mit einem Versorgungsanschluß und in einer zweiten Schaltstellung des Steuerventils mit einem Rücklaufanschluß verbindbar ist und die Schaltstellungen des Steuerventils durch die Stellung des Verstärkerkolbens gesteuert sind, der eine Verbindung zwischen einer ersten Steuerleitung, die mit dem Versorgungsanschluß verbunden ist, und einer zweiten Steuerleitung, die mit dem Steuerventil verbunden ist, freigibt oder unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (
28 ) vollständig innerhalb des Bewegungshubs des Hochdruckkolbens (11 ) angeordnet ist. - Druckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerleitungen (
24 ,29 ) in die Wand des Hochdruckzylinders (10 ) in einem Bereich münden, der unabhängig von der Stellung des Verstärkerkolbens (27 ) außerhalb eines vom Hochdruckzylinder (10 ) und vom Hochdruckkolben (11 ) begrenzten Hochdruckraumes (9 ) liegt. - Druckverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckkolben (
11 ) eine Ausnehmung (28 ) aufweist, die in einer vorbestimmten Stellung des Verstärkerkolbens (27 ) die Mündungen der beiden Steuerleitungen (24 ,29 ) überdeckt. - Druckverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (
28 ) als Ringraum ausgebildet ist. - Druckverstärker nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ausnehmung (
28 ) und dem Hochdruckraum eine Dichtungsanordnung (32 ) mit einer Leckageabflußleitung (33 ) angeordnet ist. - Druckverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (
15 ) mit dem Rücklaufanschluß (3 ) über einen Pfad (20 ,22 ) verbunden ist, der in einem Bereich (21 ) zwischen dem Hochdruckkolben (11 ) und dem Niederdruckkolben (12 ) durch den Niederdruckzylinder (14 ) geführt ist. - Druckverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckkolben (
12 ) am Umfang mindestens einer Stirnseite eine umlaufende Ausnehmung (18 ) aufweist und eine zugehörige Verbindung (17 ) zwischen dem Steuerventil (15 ) und dem Niederdruckzylinder (14 ) in die Umfangswand des Niederdruckzylinders (14 ) im Bereich dessen Stirnwand (19 ) mündet. - Druckverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein gedrosselter Hi1fssteuerpfad (
31 ) zwischen dem Versorgungsanschluß (2 ) und einem Steueranschluß (30 ) des Steuerventils (15 ) angeordnet ist, der das Steuerventil (15 ) in die erste Schaltstellung umschaltet. - Druckverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfssteuerpfad (
31 ) in einem Ventilelement (16 ) des Steuerventils (15 ) angeordnet ist.
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