DE112007001903T5

DE112007001903T5 - Hydraulic cylinder with fatigue protection

Info

Publication number: DE112007001903T5
Application number: DE112007001903T
Authority: DE
Inventors: Bruce Marshall Knuth
Original assignee: Actuant Corp
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-07-23
Also published as: WO2008021946A2; WO2008021946A3

Abstract

Ermüdungssicherung für einen Hydraulikzylinder mit einer Wand, die ein Druckvolumen festlegt, das Hydraulikfluid enthält, und mit einer Öffnung, die sich zwischen dem Druckvolumen und der Außenseite des Zylinders erstreckt, wobei die Sicherung mit der Wandöffnung derart verbunden ist, dass sie das Druckvolumen von der Außenseite abschließt, wenn sie sich in einem geschlossenen Zustand befindet, und das Druckvolumen zur Außenseite auslässt, wenn sie sich in einem offenen Zustand befindet, wobei die Sicherung einen Durchlass in Verbindung mit der Druckkammer festlegt, wenn sie sich in einem offenen Zustand befindet, und ein Ermüdungselement enthält, das den Durchlass von dem Druckvolumen isoliert, bevor das Ermüdungselement eine Ermüdungsgrenze erreicht, die so gewählt ist, dass sie kleiner ist als diejenige der Zylinderwand.A fatigue protection device for a hydraulic cylinder having a wall defining a pressure volume containing hydraulic fluid and having an opening extending between the pressure volume and the outside of the cylinder, the safety device being connected to the wall opening to reduce the pressure volume of the cylinder Ends outside when it is in a closed state, and the pressure volume to the outside when it is in an open state, the fuse defines a passage in communication with the pressure chamber when it is in an open state, and includes a fatigue element that isolates the passage from the pressure volume before the fatigue element reaches a fatigue limit that is selected to be smaller than that of the cylinder wall.

Description

VERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGENREFERENCE TO RELATED REGISTRATIONS

Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der provisorischen US-Anmeldung mit der Seriennummer 60/822186, eingereicht am 11. August 2006.These Registration claims priority from the provisional US Application Serial No. 60 / 822,186, filed on 11. August 2006.

AUSFÜHRUNGEN IN BEZUG AUF BUNDESSTAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNGSARBEITEXECUTIONS IN REFERENCE FEDERALLY PROMOTED RESEARCH OR DEVELOPMENT WORK

Nicht anwendbar.Not applicable.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikzylinder, und insbesondere betrifft sie Sicherungen zum Schützen von Hydraulikzylindern vor Ermüdungserscheinungen und Ausfall während des Betriebs.The The present invention relates to hydraulic cylinders, and more particularly it concerns fuses for protecting hydraulic cylinders from fatigue and failure during of operation.

Hydrauliksysteme sind geläufig zur Bereitstellung enormer Hubleistung für verschiedene Anwendungen, beispielsweise für Gebäude, Brücken, große Maschinen oder andere Strukturen. Der Druck des Hydraulikfluids in dem Hydraulikkreis wird gesteuert, um einen beweglichen Kolben in einem Hydraulikzylinder aus- oder einzufahren und dadurch beispielsweise die Lastplattform zu bewegen, die durch das Ende des Kolbens getragen ist. Sollte der Hydraulikkreis eine Unterbrechung erleiden, was beispielsweise auch aus einer ausgefallenen Pumpe oder einem ausgefallenen Ventil oder einer gebrochenen Hydraulikleitung resultiert, unterliegt das Hydraulikfluid in dem Kreis einem raschen Druckabfall und einem entsprechenden Verlust an Hydraulikenergie bzw. -kraft am Kolben. Wenn dies während eines Lastbetriebs stattfindet, wird nicht nur die Hydraulikkraft unterbrochen, sondern die Last kann auf Grund ihres Gewichts kollabieren, wodurch der Kolben gegen den reduzierten Hydraulikfluiddruck in dem Zylinder zurückgetrieben wird.hydraulic systems are common for providing tremendous lifting power for different applications, for example for buildings, Bridges, big machines or other structures. The pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic circuit is controlled off or off a moving piston in a hydraulic cylinder retract and thereby move the load platform, for example, which is carried by the end of the piston. Should the hydraulic circuit to suffer an interruption, for example from a failed one Pump or a failed valve or a broken hydraulic line results, the hydraulic fluid in the circuit undergoes a rapid Pressure drop and a corresponding loss of hydraulic energy or force on the piston. If this during a load operation takes place, not only the hydraulic power is interrupted, but the load can collapse due to its weight, causing the Piston against the reduced hydraulic fluid pressure in the cylinder is driven back.

Druckentlastungs- und Hydrauliküberlastkreise sind auf diesem Gebiet der Technik bekannt, um übermäßigen Druck abzubauen, der in einem Hydrauliksystem während der Belastung auftritt, was anderweitig Anlass zu einem Ausfall von einem oder mehreren Hydraulikbestandteilen geben kann. Derartige Systeme umfassen typischerweise komplexe Ventilanordnungen und erfordern üblicherweise getrennte Hydraulikventilblöcke oder -gehäuse, die durch Hydraulikleitungen mit dem Hydraulikzylinder verbunden werden müssen. Diese Systeme tragen nicht dazu bei, die Hydraulikkraft bzw. -energie aufrecht zu erhalten, nachdem der Kreis unterbrochen worden ist.pressure relief and hydraulic overload circuits are in this field Technique known to excessive pressure degrade in a hydraulic system during the load occurs, which otherwise gives rise to a failure of one or more Hydraulic components can give. Such systems typically include complex valve arrangements and usually require separate hydraulic valve blocks or housings, which is connected by hydraulic lines to the hydraulic cylinder Need to become. These systems do not contribute to the Hydraulic force or energy to sustain after the circle has been interrupted.

Es sind Hydrauliksicherungen bekannt, die dazu dienen, ein Zurückströmen von Hydraulikfluid nach einem vorübergehenden, plötzlichen Druckverlust zu unterbinden; siehe beispielsweise US-Patente Nrn. 2821209 und 5107679 . Diese Patente offenbaren kompakte Hydrauliksicherungen mit Gewindeenden zum direkten Einsetzen zwischen Hydraulikleitungen oder zwischen einer Hydraulikleitung und einem Hydraulikzylinder. Beide dieser offenbarten Sicherungen besitzen Innenkammern, die federbelastete Ventile enthalten, die Hydraulikfluidströmung unterbrechen, die von der Lastseite der Kreise herrührt. Die Ventile sind so konfiguriert und die Federkonstanten derart gewählt, dass die Hydraulikfluidströmung von der Lastseite der Kreise durch die Sicherungen hindurchtreten kann, und zwar bis hinauf zu einem vorbestimmten, hohen Strömungsdurchsatz, beispielsweise vier Gallonen pro Minute, was aus der Kreisunterbrechung herrührt. Die Kraft des Hydraulikfluids, das mit dem vorbestimmten Durchsatz oder einem größeren Durchsatz strömt, reicht aus, um die Ventile gegen die Federn zu bewegen und die Durchlässe durch die Sicherungen zu verschließen, wodurch ein weiterer Druckverlust unterbunden und es ermöglicht wird, dass die Hydraulikkraft bzw. -energie aufrecht erhalten wird.There are known hydraulic fuses which serve to prevent a backflow of hydraulic fluid after a temporary, sudden pressure loss; see for example U.S. Patent Nos. 2,821,209 and 5107679 , These patents disclose compact hydraulic fuses with threaded ends for direct insertion between hydraulic lines or between a hydraulic line and a hydraulic cylinder. Both of these disclosed fuses have internal chambers containing spring-loaded valves that interrupt hydraulic fluid flow resulting from the load side of the circuits. The valves are configured and the spring constants chosen so that the hydraulic fluid flow from the load side of the circuits can pass through the fuses, up to a predetermined, high flow rate, for example, four gallons per minute, resulting from the circuit break. The force of the hydraulic fluid flowing at the predetermined flow rate or throughput is sufficient to move the valves against the springs and close the passages through the fuses, thereby preventing further pressure loss and allowing the hydraulic force to be released Energy is maintained.

Sobald bei diesen Sicherungen die Sicherung ausgelöst wird, muss ein getrenntes Ventil geöffnet werden, um das eingeschlossene, unter Druck stehende Hydraulikfluid zu entspannen und es dem Kolben zu erlauben, zurückgezogen zu werden. Das US-Patent Nr. 5381822 offenbart eine Kombination aus einem Druckentspannungs- und Hydrauliksicherungsaufbau, durch den die Notwendigkeit für getrennte Ventil- und beliebige, zugeordnete Hydraulikleitungen entfällt.Once these fuses trip the fuse, a separate valve must be opened to release the trapped pressurized hydraulic fluid and allow the piston to be retracted. The U.S. Patent No. 5,381,822 discloses a combination of pressure relief and hydraulic safety assembly that eliminates the need for separate valve and associated hydraulic lines.

Das grundsätzliche Problem bei den vorstehend genannten Hydrauliksicherungen besteht darin, dass sie voraussetzen, dass ein signifikanter Bestandteil (eine Pumpe, eine Leitung oder ein Zylinder) des Hydraulikkreises ausfällt, bevor sie aktiviert werden. Sie dienen deshalb dazu, eher Lecks im Hydraulikkreis zu verstopfen, als das Auftreten eines katastrophalen Ausfalls dieser Bestandteile auf Grund von Effekten zu verhindern oder zu reduzieren, die auf einen hohen Druck zurückgehen. Eines dieser Probleme mit einem hohen Druck über lange Zeitdauer in einem Hydraulikkreis betrifft die Ermüdung des Hydraulikzylinders. Hydrauliksicherungen gemäß dem Stand der Technik befassen sich nicht in angemessener Weise mit diesem Problem.The fundamental problem with the aforementioned hydraulic fuses is that they presuppose being a significant component (a pump, a pipe or a cylinder) of the hydraulic circuit fails before they are activated. They serve therefore to clog leaks in the hydraulic circuit rather than the occurrence a catastrophic failure of these components due to To prevent or reduce the effects of high pressure decline. One of those problems with a high pressure over long time in a hydraulic circuit affects the fatigue of the Hydraulic cylinder. Hydraulic fuses according to the The prior art does not deal adequately with this problem.

Es besteht deshalb Bedarf an einer verbesserten Hydrauliksicherung, die vor einem Ermüdungsausfall eines Hydraulikzylinders Schutz bietet.It There is therefore a need for an improved hydraulic safety, the before a fatigue failure of a hydraulic cylinder Offers protection.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung stellt einen Hydraulikzylinder bereit, der eine Ermüdungssicherung aufweist, die an bzw. in einer Öffnung in der Wand des Zylinders angebracht ist. Die Sicherung umfasst ein Ermüdungselement, das dazu ausgelegt ist, anzusprechen, bevor der Zylinder seine Ermüdungsgrenze erreicht. Das Ermüdungselement weist eine Ermüdungsgrenze bzw. -schwelle auf, die so spezifiziert ist, dass sie nahe an der Ermüdungsgrenze der Zylinderwand zu liegen kommt, jedoch niedriger ist als diese, so dass ein Auslösen der Sicherung eine Anzeige ergibt, und zwar durch einen Herausspring-Tauchkolben, dass der Zylinder so gut wie bzw. nahezu ermüdet ist, ohne dass ein katastrophaler Ausfall des Zylinders auftritt. Die Sicherung hält den Druck vorübergehend aufrecht, folgend auf das Ansprechen des Ermüdungselements, um die Hydraulikenergie bzw. -kraft des aktuellen Hubs beizubehalten. Nachdem der Druck des Zylinders ausreichend verringert worden ist, öffnet ein Ventil in der Sicherung, um den Zylinder zu belüften, und verhindert seine nachfolgende Nutzung.The The present invention provides a hydraulic cylinder which has a fatigue protection, at or in an opening mounted in the wall of the cylinder. The fuse includes a Fatigue element designed to address before the cylinder reaches its fatigue limit. The Fatigue element has a fatigue limit or threshold, which is specified to be close to the fatigue limit the cylinder wall comes to lie, but is lower than this, so that triggering the fuse gives an indication by a spring-out plunger that the cylinder as good as or almost fatigued without causing a catastrophic failure of the cylinder occurs. The fuse keeps the pressure temporarily upright, following the response of the fatigue element, to maintain the hydraulic energy or force of the current stroke. After the pressure of the cylinder has been sufficiently reduced, opens a valve in the fuse to ventilate the cylinder, and prevents its subsequent use.

Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere eine Ermüdungssicherung für einen Hydraulikkreis bereit, welcher Zylinder eine Wand aufweist, die ein Druckvolumen festlegt, das Hydraulikfluid enthält, und die eine Öffnung aufweist, die sich zwischen dem Druckvolumen und der Außenseite des Zylinders erstreckt. Die Sicherung ist mit der Zylinderwand in Verbindung mit dem Druckvolumen derart verbunden, dass das Druckvolumen von der Außenseite abgeschlossen wird, wenn sich die Sicherung in einem geschlossenen Zustand befindet, und das Druckvolumen zur Außenseite freikommt, wenn sie sich in einem offenen Zustand befindet. Die Sicherung legt einen Durchlass in Verbindung mit dem Druckvolumen fest, wenn sie sich im offenen Zustand befindet, und sie umfasst ein Ermüdungselement, das den Durchlass von dem Druckvolumen isoliert, bevor das Ermüdungselement eine Ermüdungsgrenze erreicht.The in particular, the present invention provides a fatigue protection ready for a hydraulic circuit, which cylinder a Wall, which defines a pressure volume, the hydraulic fluid contains, and which has an opening, which is between the pressure volume and the outside of the cylinder extends. The fuse is in communication with the cylinder wall connected to the pressure volume such that the pressure volume of the outside is completed when the fuse is in a closed state, and the pressure volume to Outside is released when in an open condition located. The fuse establishes a passage in connection with the Pressure volume when it is in the open state, and she includes a fatigue element, the passage of the Pressure volume isolated before the fatigue element a Fatigue limit reached.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Ermitteln bereitzustellen, wenn sich ein Hydraulikzylinder der Ermüdung nähert, und zwar vor einem katastrophalen Ausfall des Zylinders. Die erfindungsgemäße Ermüdungssicherung löst diese Aufgabe dadurch, dass sie ein Element aufweist, das eine Ermüdungsgrenze besitzt, die nahe zu derjenigen des Zylinders liegt, jedoch innerhalb eines Sicherheitsspielraums, der kleiner ist als derjenige der Zylinderwand, so dass die Sicherung anstelle des Zylinders zunächst anspricht.A The object of the present invention is a device to provide for determining when a hydraulic cylinder of the Fatigue is approaching, and indeed before catastrophic failure of the cylinder. The fatigue protection according to the invention solves this problem by having an element which has a fatigue limit close to that of the cylinder, but within a margin of safety, which is smaller than that of the cylinder wall, so the fuse first responds instead of the cylinder.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Ermüdungselement um eine Aluminiumlegierungsscheibe, die aus demselben Material und derselben minimalen Dicke wie der Zylinder besteht, und die bevorzugt einen Spannungskonzentrator aufweist, der in ihr vorgesehen ist und gewährleistet, dass ihr Ermüdungsausfallen vor dem Ermüdungsausfallen des Zylinders stattfindet. In der dargestellten Ausführungsform besitzt das Ermüdungselement ferner eine über den Umfang verlaufende O-Ringnut und eine Fazialnut, die als Spannungskonzentrator wirkt.In a preferred embodiment is in the Fatigue element around an aluminum alloy disk, the consists of the same material and the same minimum thickness as the cylinder, and which preferably has a stress concentrator incorporated in it is provided and ensures that her fatigue fails takes place before the fatigue failure of the cylinder. In the illustrated embodiment has the fatigue element further comprising a circumferentially extending O-ring groove and a Facial groove, which acts as a stress concentrator.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sicherung zu schaffen, die für Hydraulikzylinder unterschiedlicher Kapazität und Größe ausgelegt ist, und die dadurch bereitgestellt ist, dass die Sicherung ein getrenntes Ermüdungselement aufweist, das so ausgewählt ist, dass es bei einem gewünschten Schwellenwert von Belastungszyklen ermüdet.A Another object of the invention is to provide a fuse, those for hydraulic cylinders of different capacity and size, and thereby provided is that the fuse is a separate fatigue element which is selected to be at a desired Threshold of loading cycles fatigued.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sicherung in einem Zwischenzustand betätigbar, in dem das Ermüdungselement seine Ermüdungsgrenze erreicht hat und das Druckvolumen von der Außenseite isoliert bleibt. Hydraulikfluid gelangt von dem Zylinder unter Druck in den Sicherungsdrucklass, um ein Entlastungsventil vorgespannt geschlossen zu halten, nachdem das Ermüdungselement zum Tragen kommt, und bis der Druck in dem Zylinder ausreichend reduziert ist, wie etwa dann, wenn die Belastung beendet ist. Bevorzugt umfasst das Ventil einen Anschlag, der die Entlastungsöffnung festlegt, und einen Ventilsitz, auf dem ein federbelastetes Kugelelement sitzt. Das Kugelelement ist derart vorgespannt, dass es die Entlastungsöffnung in normalerweise geschlossenen sowie in Zwischenzuständen schließt. Nachdem die Sicherung ausgelöst hat und der Hydraulikdruck reduziert ist, wird das Kugelelement sich jedoch bewegen gelassen und hebt vom Sitz des Ventilsitzes ab, wodurch die Entlastung bzw. das Entlastungsventil öffnet.According to one Another preferred embodiment is the fuse operable in an intermediate state in which the fatigue element has reached its fatigue limit and the pressure volume remains isolated from the outside. Hydraulic fluid passes from the cylinder under pressure in the backup pressure inlet to one Relief valve to keep closed biased after the Fatigue element comes to fruition, and until the pressure in the cylinder is sufficiently reduced, such as when the Load is completed. Preferably, the valve comprises a stop, defining the relief opening, and a valve seat, on which a spring-loaded ball element sits. The ball element is biased so that it is the discharge opening in normally closed as well as in intermediate states. After the fuse has triggered and the hydraulic pressure is reduced, however, the ball element is allowed to move and lifts off the seat of the valve seat, whereby the discharge or the relief valve opens.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ermüdungssicherung zu schaffen, die bei Ermüdung nachgibt bzw. anspricht, jedoch die Hydraulikkraft bzw. -energie des Zylinders während einer speziellen Belastungsanwendung aufrecht erhält, die die Sicherung veranlasst hat, auszufahren.A Another object of the present invention is to provide a fatigue protection to create, which gives in fatigue, however, responds the hydraulic force or energy of the cylinder during maintains a special load application that the fuse has caused to drive out.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sicherung einen Tauchkolben, der sich in einem Durchlass zwi schen einer rückgezogenen Stellung, wenn die Sicherung geschlossen ist, in der sie mit dem Ventil im Eingriff steht und dieses geschlossen hält bis zu einer ausgefahrenen Stellung bewegt, wenn sich die Sicherung in den Zwischen- und geöffneten Zuständen befindet, in denen sie vom Ventil freikommt und ein Ende durch eine Anzeigeröffnung zur Außenseite der Sicherung vorsteht. Eine Tauchkolbendichtung sowie weitere Dichtungen zwischen der Sicherung und dem Zylinder können vorgesehen sein, um eine Leckage des Hydraulikdrucks nahezu zu unterbinden, wenn eine Entlastung nicht beabsichtigt ist.According to a further preferred embodiment, the fuse comprises a plunger which moves in a passage between a retracted position when the fuse is closed, in which it is engaged with the valve and keeps it closed until it moves to an extended position when the fuse is in the intermediate and open states where it is released from the valve and one end protrudes through an indicator opening to the outside of the fuse. A plunger seal and other seals between the fuse and the cylinder may be provided to almost prevent leakage of the hydraulic pressure when discharge is not intended.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine visuelle Anzeige eines Ermüdungsausfalls der Sicherung bereitzustellen. Erreicht wird dies dadurch, dass der Tauchkolben innerhalb eines Endes der Sicherung bzw. bündig mit dieser vorliegt und nach dem Ausfall vorsteht. Das vorstehende Ende des Tauchkolbens ist bevorzugt rot eingefärbt oder mit einer anderen, deutlich sichtbaren Farbe, um eine besser wahrnehmbare Anzeige bereitzustellen, dass die Sicherung ausgelöst worden ist.A Another object of the invention is to provide a visual display to provide a fatigue failure of the fuse. This is achieved by the fact that the plunger within a End of the fuse or flush with this present and after projecting the failure. The protruding end of the plunger is preferably dyed red or with another, clearly visible color to provide a more visible indication, that the backup has been triggered.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung legt der Körper der Sicherung einen Schaft fest, der in eine Wandöffnung schraubbar ist. Eine Werkzeugaufnahme, bevorzugt ein Schlitz oder eine Sechseckfläche, ist vorgesehen, um das Einschrauben der Sicherung zu unterstützen. Bei dem Gewinde kann es sich um ein Standardgewinde handeln, das in Gewindebohrungen in Hydraulikzylindern üblich ist, und beispielsweise um eine Bohrung, in der ein Stopfen oder ein anderer Anschluss enthalten sein kann.According to a further preferred embodiment of the invention the body of the fuse fixes a shaft which in a wall opening is screwed. A tool holder, preferably a slot or a hexagon surface is provided to to support screwing in the fuse. In which Thread can be a standard thread in threaded holes is common in hydraulic cylinders, and for example a hole containing a plug or other connection can be.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Sicherung am Zylinder problemlos montierbar zu machen, ohne dass spezielle Verbindungselemente, Schläuche oder dergleichen erforderlich wären.A Another object of the invention is the fuse on the cylinder easy to assemble without special fasteners, Hoses or the like would be required.

Diese sowie weitere Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen.These as well as other advantages of the invention will become apparent the following detailed description and the drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Hydraulikzylinders, der eine erfindungsgemäße Ermüdungssicherung enthält; 1 shows a schematic view of a hydraulic cylinder containing a fatigue according to the invention;

2 zeigt eine Stirnansicht der Sicherung von außen; 2 shows an end view of the fuse from the outside;

3 zeigt einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 von 2 unter Darstellung einer Sicherung in geschlossenem Zustand, bevor ein Ermüdungselement angesprochen hat; 3 shows a partial section along the line 3-3 of 2 showing a fuse in the closed state, before a fatigue element has responded;

4 zeigt einen ähnlichen Teilschnitt wie 3 unter Darstellung der Sicherung in einem Zwischenzustand, nachdem das Ermüdungselement angesprochen hat, während unter Druck stehendes Hydraulikfluid in der Sicherung verbleibt; und four shows a similar partial section as 3 showing the fuse in an intermediate state after the fatigue element has responded while pressurized hydraulic fluid remains in the fuse; and

5 zeigt einen weiteren Teilschnitt ähnlich 3 und 4 unter Darstellung der Sicherung in geöffnetem Zustand, nachdem das Ermüdungselement angesprochen hat und Hydraulikdruck entlastet bzw. abgebaut worden ist. 5 shows another partial section similar 3 and four showing the fuse in the open state after the fatigue has responded and hydraulic pressure has been relieved or dismantled.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENT

Die vorliegende Erfindung stellt einen Hydraulikzylinder 10 bereit, der eine Ermüdungssicherung 12 aufweist, die direkt an einer Öffnung 14 in einer Wand 16 des Zylinders 10 ange bracht ist, wie in 1 schematisch gezeigt. Die Öffnung 14 erstreckt sich von der Außenseite des Zylinders 10 zu der Innenkammer 18, die normalerweise ein Volumen an unter Druck stehendem Hydraulikfluid enthält, das einen Kolben 20 bewegt.The present invention provides a hydraulic cylinder 10 ready to get a fatigue insurance 12 which is directly at an opening 14 in a wall 16 of the cylinder 10 is applied, as in 1 shown schematically. The opening 14 extends from the outside of the cylinder 10 to the inner chamber 18 , which normally contains a volume of pressurized hydraulic fluid, which is a piston 20 emotional.

Wie in 2 und 3 gezeigt, weist die Sicherung 12 einen Hauptkörper 22 und einen schmaleren Schaft 24 auf. Wie in 2 gezeigt, weist ein Abschnitt des Körpers 22 eine mehrseitige Peripherie 26 auf, bevorzugt eine Hexagonalkonfiguration, die für eine in Eingriffnahme durch einen offenendigen Schraubenschlüssel oder einen Sockelschraubenschlüssel geeignet ist. Der Körper 22 weist eine Fazialnut für einen O-Ring 28 auf, der in Bezug auf die eingetiefte Seite der Zylinderwandlung 16 abdichtet.As in 2 and 3 shown points the fuse 12 a main body 22 and a narrower shaft 24 on. As in 2 shown points a section of the body 22 a multi-sided periphery 26 preferably a hexagonal configuration suitable for open-end wrench or socket wrench engagement. The body 22 has a facial groove for an O-ring 28 on, with respect to the recessed side of the cylinder conversion 16 seals.

Die Sicherung 12 legt einen axialen Durchlass 30 fest, der am Ende des Schafts 24 und des Körpers 22 ausmündet. Der axiale Durchlass 30 verläuft geringfügig eingeschnitten nach unten in der Nähe der Öffnung im Körper 22 zur Erzeugung einer Schulter 32. Ein Tauchkolben 34 ist gleitverschiebbar in dem axialen Durchlass 30 angeordnet. Der Tauchkolben 34 weist einen vergrößerten Kopf 36 auf, der in einem großen Teil des axialen Durchlasses 30 durch die Schulter 32 eingefangen ist, und ein Ring 38 passt in eine zugeordnete Innennut. Der schmalere Körper 40 des Tauchkolbens 34 vermag durch die Öffnung in dem Körper 22 hindurch zu dringen, wenn der Tauchkolbenkopf 36 an der Schulter 32 anliegt, und ergibt dadurch eine visuelle Anzeige für die Position des Tauchkolbens 34 und damit eine Anzeige, dass die Sicherung ausgelöst worden ist und der Zylinder nahezu ermüdet ist. Bevorzugt ist das vorstehende Ende des Tauchkolbens 34 mit einer gut sichtbaren Warnanzeigefarbe eingefärbt, wie etwa rot oder fluoreszierendes Rot. Der Körper 22 umfasst eine weitere Nut für einen O- Ring 42, der um den schmaleren Körper 40 des Tauchkolbens 34 angeordnet ist.The fuse 12 creates an axial passage 30 stuck, at the end of the shaft 24 and the body 22 opens. The axial passage 30 runs slightly incised down near the opening in the body 22 to create a shoulder 32 , A plunger 34 is slidable in the axial passage 30 arranged. The plunger 34 has an enlarged head 36 on that in a large part of the axial passage 30 through the shoulder 32 is captured, and a ring 38 fits in an assigned inner groove. The narrower body 40 of the plunger 34 can through the opening in the body 22 through when the plunger head 36 on the shoulder 32 is applied, thereby giving a visual indication of the position of the plunger 34 and thus an indication that the fuse has been released and the cylinder is almost fatigued. Preferably, the projecting end of the plunger 34 colored with a highly visible warning indicator color, such as red or fluorescent red. The body 22 includes another groove for an O-ring 42 , the narrower body 40 of the plunger 34 is arranged.

Ein Querbelüftungsdurchlass 44 schneidet den axialen Durchlass 30 und erstreckt sich auf gegenüberliegenden Seiten von diesem, mündet jedoch ausschließlich zu einer (der oberen) Seite des axialen Durchlasses 30 aus. Der Belüftungsdurchlass 44 enthält ein Kugelventil 46 mit einem Anschlagelement 50, das geringfügig von dem Körper vorsteht und den Belüftungsdurchlass 44 verschließt. Der Anschlag 50 legt eine Belüftungsöffnung 52 fest, die zwischen der Außenseite und einem Anschlaghohlraum verläuft, der eine Feder 54 enthält. Das Innenende des Anschlags 50 legt einen verjüngten Ventilsitz 56 fest, auf dem ein Kugelelement 58 zum Abdichten der Belüftungsöffnung 52 sitzt. Die Feder 54 spannt die Kugel 58 vom Ventilsitz 56 weg vor, um die Belüftungsöffnung 52 zu öffnen.A cross ventilation passage 44 cuts the axial passage 30 and extends on opposite sides thereof, but only opens to one (the upper) side of the axial passage 30 out. The ventilation passage 44 contains a ball valve 46 with a stop element 50 that protrudes slightly from the body and the ventilation passage 44 closes. The stop 50 puts a vent 52 fixed, which runs between the outside and a stop cavity, which is a spring 54 contains. The inside end of the stroke 50 puts a tapered valve seat 56 fixed, on which a ball member 58 for sealing the ventilation opening 52 sitting. The feather 54 tense the ball 58 from the valve seat 56 off in front of the ventilation opening 52 to open.

Stromaufwärts von dem Sicherungsschaft 24 befindet sich ein scheibenförmiges Ermüdungselement 60, das mit einem Material, einer Dicke und einer Konfiguration gewählt ist, die dazu ausgelegt sind, dass eine Ermüdungsgrenze nahe an derjenigen der Zylinderwandung 16, jedoch niedriger als diese bereitgestellt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Ermüdungselement 60 um eine Aluminiumlegierungsscheibe, die aus in etwa demselben Material wie die Zylinderwandung 16 besteht und in etwa dieselbe Dicke wie diese aufweist. In der dargestellten Ausführungsform weist das Ermüdungselement 60 außerdem bevorzugt eine über den Umfang verlaufende O-Ringnut und eine Fazialnut auf, die als Spannungskonzentrator wirkt, der gewährleistet, dass der Ermüdungsausfall vor dem Ermüdungsausfall des Zylinders stattfindet. Es wird bemerkt, dass das Ermüdungselement 60 so ausgewählt sein kann, dass es so ermüdet, wie benötigt, in Über einstimmung mit der Ermüdungsgrenze verschiedener Zylinder. Die Sicherung 12 kann dadurch für eine Vielfalt von Zylindern und für Anwendungen verwendet werde, wobei sämtliche Teile jeweils dieselben sind mit Ausnahme des Ermüdungselements 60. Wie gezeigt, besitzt das Ermüdungselement 60 bevorzugt eine Nutperipherie für einen O-Ring 62 und eine Nut 64, die durch das Zentrum seiner Stirnseite verläuft, wodurch ein Spannungskonzentrator festgelegt wird, der die Spannungen auf eine vorbestimmte Stelle fokussiert, an der das Element bei Erreichen seiner Ermüdungsgrenze reißt bzw. Risse bildet.Upstream of the safety shaft 24 there is a disc-shaped fatigue element 60 chosen with a material, a thickness and a configuration designed to have a fatigue limit close to that of the cylinder wall 16 but lower than this is provided. In a preferred embodiment, the fatigue element is 60 around an aluminum alloy disk, which consists of approximately the same material as the cylinder wall 16 and has approximately the same thickness as this. In the illustrated embodiment, the fatigue element 60 also preferred is a circumferential O-ring groove and a facial groove which acts as a stress concentrator to ensure that fatigue failure occurs prior to cylinder fatigue failure. It is noticed that the fatigue element 60 may be selected to be as fatigued as needed in accordance with the fatigue limit of various cylinders. The fuse 12 can thereby be used for a variety of cylinders and for applications where all parts are the same except for the fatigue element 60 , As shown, the fatigue element has 60 preferably a groove periphery for an O-ring 62 and a groove 64 passing through the center of its face, thereby defining a stress concentrator which focuses the stresses to a predetermined location at which the element ruptures upon reaching its fatigue limit.

3 bis 5 zeigen unterschiedliche Stufen der Sicherung 12. 3 zeigt die Sicherung 12 in einem typischen Zustand, in dem das Ermüdungselement 60 seine Ermüdungsgrenze noch nicht erreicht hat. In diesem Zustand kommt der Tauchkolben 34 vollständig innerhalb des axialen Durchlasses 30 derart zu liegen, dass sich der Tauchkolbenkopf 36 in der Nähe des Rings 38 befindet bzw. an diesem ansteht. Der Tauchkolben 34 wird in dieser rückgezogenen Stellung durch einen Kontakt mit der Kugel 58 gehalten, die an den Tauchkolbenkopf 36 durch die Feder 54 vorgespannt ist und getragen ist nahe oder am Sitz 56 durch den Tauchkolbenkopf 36. In dieser Stellung wird der Tauchkolben 34 in den Körper 22 rückgezogen und ist dadurch nicht einfach sichtbar. 3 to 5 show different stages of the fuse 12 , 3 shows the fuse 12 in a typical state where the fatigue element 60 has not reached its fatigue limit yet. In this state comes the plunger 34 completely within the axial passage 30 lie so that the plunger head 36 near the ring 38 is or pending on this. The plunger 34 will be in this retracted position by contact with the ball 58 held to the plunger head 36 through the spring 54 is biased and worn close or at the seat 56 through the plunger head 36 , In this position, the plunger 34 in the body 22 withdrawn and is therefore not easily visible.

Wenn das Ermüdungselement 60 seine Ermüdungsgrenze erreicht hat und am Spannungskonzentrator (der Nut 64) Risse bildet bzw. reißt, zwingt das unter Druck stehende Hydraulikfluid, das am Ermüdungselement 60 ansteht, den Tauchkolben 34 auswärts (in den Figuren nach rechts), bis der Tauchkolbenkopf 36 an der Schulter 32 derart anliegt, dass das Ende des Tauchkolbens 34 sichtbar aus dem Körper 22 der Sicherung 12 vorsteht, wie in 4 und 5 gezeigt, wodurch eine ausgelös te Sicherung angezeigt wird und wobei angezeigt wird, dass sich der Zylinder nahe seiner Ermüdungsgrenze befindet.When the fatigue element 60 has reached its fatigue limit and at the stress concentrator (the groove 64 ) Cracks or tears, forces the pressurized hydraulic fluid, the fatigue element 60 pending, the plunger 34 outwards (in the figures to the right) until the plunger head 36 on the shoulder 32 such that the end of the plunger 34 visible from the body 22 the fuse 12 protrudes, as in four and 5 showing a fused fuse and indicating that the cylinder is near its fatigue limit.

4 zeigt die Sicherung 12 unmittelbar folgend auf das Ansprechen des Ermüdungselements 60 sowie bei weiterhin unter Druck stehender Kammer 18. In diesem Zustand wird das Ventil 46 in seiner ursprünglichen Stellung durch die Kraft des unter Druck stehenden Fluids im axialen Durchlass 30 gehalten. In dieser Stellung dichtet die Sicherung 12 die Öffnung 14 in der Zylinderwand 16 durch das Ventil 46 und den Tauchkolben-O-Ring 42 ab. Die Sicherung 12 vermag dadurch den Druck in der Kammer 18 so aufrecht zu erhalten, dass er ausreicht, damit der Zylinder 10 weiterhin die Last für die Anwendung bereitstellt, beispielsweise den anstehenden Hub fortsetzt, wenn das Ermüdungselement 60 angesprochen hat. Es wird bemerkt, dass abhängig vom Druck eine bestimmte geringe externe Leckage in diesem Zustand bzw. in dieser Stufe auftreten kann. four shows the fuse 12 immediately following the response of the fatigue element 60 and in the still pressurized chamber 18 , In this state, the valve 46 in its original position by the force of the pressurized fluid in the axial passage 30 held. In this position, the fuse seals 12 the opening 14 in the cylinder wall 16 through the valve 46 and the plunger o-ring 42 from. The fuse 12 thereby able to pressure in the chamber 18 so that it is sufficient to allow the cylinder 10 continues to provide the load for the application, for example, the impending stroke continues when the fatigue element 60 has addressed. It is noted that depending on the pressure, a certain small external leakage may occur in this state or at this stage.

5 zeigt die Sicherung 12, nachdem das Ermüdungselement 60 angesprochen hat und der Druck im Zylinder 10 durch Öffnen eines (nicht gezeigten) Steuerventils im Hydraulikkreis verringert worden ist, um den Druck vom Zylinder 10 abzubauen. In diesem Zustand verbleibt der Tauchkolben 34 in derselben ausgefahrenen Stellung. Da das Hydraulikfluid bezüglich seines Drucks entspannt wird, ist die Kugel 59 jedoch frei, aufgrund der Schwerkraft und der Kraft der Feder 54 auf den Boden des Belüftungsdurchlasses 44 zu fallen. Wenn die Feder 54 entspannt ist, verhindert sie, dass der Tauchkolben 34 vollständig zurück in seine rückgezogene Stellung geschoben wird, und selbst dann, wenn der Tauchkolben 34 manuell zurück gezwungen wird, wird der Tauchkolben 34 nicht weiterhin in dieser Stellung gehalten. Die Sicherung 12 ist damit so ausge legt, dass sie nicht "rücksetzen" kann oder in eine Erscheinungsform gebracht werden kann, als ob sie nicht ausgelöst worden wäre. Es wird bemerkt, dass der Belüftungsdurchlass 44 in den Figuren als sich abwärts unter den axialen Durchlass 30 erstreckend gezeigt ist, so dass die Kugel 58 den axialen Durchlass 30 freigibt, wenn die Sicherung 12 ausgelöst ist. Falls erwünscht, kann der Belüftungsdurchlass 44 so bemessen sein, dass die Kugel 58 auch am Rücksetzen des Tauchkolbens 34 beteiligt ist. In jedem Fall gilt, sobald die Sicherung 12 ausgelöst ist, sollte der Zylinder 10 als sich am Ende seiner Nutzungszeit befindend betrachtet werden und er sollte nicht länger verwendet werden. 5 shows the fuse 12 after the fatigue element 60 has addressed and the pressure in the cylinder 10 by reducing a control valve (not shown) in the hydraulic circuit to reduce the pressure from the cylinder 10 dismantle. In this state, the plunger remains 34 in the same extended position. As the hydraulic fluid is relieved of its pressure, the ball is 59 but free, due to the gravity and the force of the spring 54 to the bottom of the ventilation passage 44 to fall. When the spring 54 is relaxed, it prevents the plunger 34 is fully pushed back to its retracted position, and even if the plunger 34 Manually forced back is the plunger 34 not kept in this position. The fuse 12 is so interpreted that it can not "reset" or be brought into appearance as if it had not been triggered. It is noticed that the ventilation passage 44 in the figures as down below the axial passage 30 is shown extending so that the ball 58 the axial passage 30 releases when the backup 12 is triggered. If desired, the vent passage 44 be sized so that the ball 58 also at the reset of the plunger 34 is involved. In any case, once the fuse 12 is triggered, the cylinder should 10 considered to be at the end of his useful life and he should no longer be be used.

Die vorliegende Erfindung stellt demnach einen Hydraulikzylinder und eine Sicherung für diesen bereit, die anzeigt, wann sich der Zylinder dem Nutzungsende vor einem katastrophalen Ausfall des Zylinders nähert. Wenn die Ermüdungssicherung anspricht, kann die Kraft bzw. Energie des Zylinders für einen Hub oder eine andere Zeitdauer aufrecht erhalten werden, in der der Sicherungsausfall stattfindet, wodurch ein aktueller Belastungsvorgang zu Ende geführt oder in gesteuerter Weise verworfen werden kann. Die Sicherung stellt eine klare visuelle Anzeige der Ermüdung des Zylinders bereit und sie kann problemlos an dem Zylinder ohne die Notwendigkeit für andere Verbindungselemente oder Schläuche angebracht werden.The The present invention accordingly provides a hydraulic cylinder and a backup ready for this, indicating when the cylinder the end of use before a catastrophic failure of the Cylinder approaches. When the fatigue protection responds, the force or energy of the cylinder for a Hub or another period of time to be maintained in the the fuse failure takes place, creating a current loading process completed or discarded in a controlled manner. The fuse provides a clear visual indication of fatigue ready for the cylinder and it can easily on the cylinder without the need for other fasteners or hoses be attached.

Vorstehend ist eine illustrative Ausführungsform der Erfindung näher erläutert worden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die erläuterte Ausführungsform beschränkt. Der volle Schutzumfang der Erfindung ergibt sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen.above an illustrative embodiment of the invention is closer been explained. However, the invention is not limited to explained embodiment limited. The full scope of the invention will be apparent from the following Claims.

ZusammenfassungSummary

Ein Hydraulikzylinder weist eine Ermüdungssicherung auf, welche direkt an einer Öffnung in der Wand des Zylinders angebracht ist. Die Sicherung umfasst ein Ermüdungselement, das dazu ausgelegt ist, anzusprechen, bevor der Zylinder seine Ermüdungsgrenze erreicht. Das Ermüdungselement weist eine Ermüdungsgrenze auf, die so spezifiziert ist, dass sie in der Nähe der Ermüdungsgrenze der Zylinderwand liegt, jedoch kleiner ist als diese, so dass der Zylinder ohne katastrophalen Ausfall des Zylinders nahezu ermüdet ist. Die Sicherung behält den Druck vorübergehend bei, folgend auf das Ansprechen des Ermüdungselements, um die Hydraulikkraft für den aktuellen Hub beizubehalten. Nachdem der Druck in dem Zylinder ausreichend verringert worden ist, öffnet ein Ventil in der Sicherung, um den Zylinder zu belüften und seine weitere Verwendung zu unterbinden.One Hydraulic cylinder has a fatigue protection, which attached directly to an opening in the wall of the cylinder is. The fuse includes a fatigue element that is designed to address, before the cylinder reaches its fatigue limit reached. The fatigue element has a fatigue limit which is specified to be close to the Fatigue limit of the cylinder wall is smaller is as this, so the cylinder without catastrophic failure of the cylinder is almost fatigued. The fuse retains temporarily stop the pressure, following the response of the fatigue element to the hydraulic power for maintain the current hub. After the pressure in the cylinder has been sufficiently reduced, opens a valve in the fuse to ventilate the cylinder and its other Use to prevent.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US Pat. No. 2,821,209 [0006]
- US 5107679 [0006]
US 5381822 [0007]

Claims

Fatigue protection for one Hydraulic cylinder with a wall that defines a pressure volume that Contains hydraulic fluid, and with an opening, which is between the print volume and the outside of the Cylinder extends, with the fuse with the wall opening is connected to the pressure volume from the outside completes when in a closed state is located, and the pressure volume to the outside leaves, when she is in an open condition with the fuse defines a passage in communication with the pressure chamber when it is in an open state and contains a fatigue element, which isolates the passage from the pressure volume before the fatigue element reached a fatigue limit, so chosen is that it is smaller than that of the cylinder wall.

Fatigue protection according to claim 1, wherein the Fuse can be actuated in an intermediate state in which the fatigue element has responded upon reaching its Fatigue limit and the pressure volume from the outside remains isolated.

Fatigue protection according to claim 2, wherein the Fuse also defines a ventilation opening and a valve that holds the vent closes when the fuse in the closed and the intermediate states, and the ventilation opening to the outside of the fuse opens when the fuse is in the open state.

Fatigue protection according to claim 3, wherein the Valve is held to the ventilation opening to close when the fuse in the intermediate state is located, by transfer of hydraulic fluid from the pressure chamber into the passage.

Fatigue protection according to claim 3, in addition comprising a plunger disposed in the passage and out the retracted position when the fuse is in closed state in which it prevents the valve from the Open valve opening, in an extended position is movable when the fuse is in the open state, in which the plunger releases the valve.

Fatigue protection according to claim 5, wherein the plunger is in an extended position when the fuse is in the intermediate state.

Fatigue protection according to claim 5, wherein the Indicator end of the plunger from the body of the fuse protrudes when it is in the extended position.

Fatigue protection according to claim 7, wherein the Indicator end having a colored front end.

Fatigue protection according to claim 7, in addition comprising a plunger seal, which is above the plunger between the plunger and the body comes to rest.

Fatigue protection according to claim 5, wherein the fuse defines a valve passage extending between the ventilation opening and the passage extends.

A fatigue device according to claim 10, wherein the valve has a stop which opens the valve determines, and a valve seat to which a spring-biased ball sitting.

Fatigue protection according to claim 11, wherein then, when the fuse is in the intermediate state, the ball sits on valve seat by pressurized hydraulic fluid.

Fatigue protection according to claim 12, wherein then, when the fuse is in the open state, the hydraulic fluid is made pressure-free in the passage, so that the spring from the ball Valve seat moved away.

A fatigue device according to claim 13, wherein then, when the fuse is in the open state, the valve prevents the plunger from being in the retracted position back around.

Fatigue protection according to claim 1, wherein has the fatigue element disc shape.

Fatigue protection according to claim 15, wherein the fatigue securing a circumferential groove for receiving a Has seal.

Fatigue protection according to claim 15, wherein the fatigue element is made of aluminum.

Fatigue protection according to claim 15, wherein the fatigue element has a stress concentrator.

A fatigue device according to claim 18, wherein the stress concentrator is a groove extending along at least a part of one side of the fatigue element extends.

Fatigue protection according to claim 1, wherein the fuse has a body with a threaded shaft.

A fatigue device according to claim 20, wherein the body defines a surface groove or face groove, which contains a seal on the cylinder wall around the Wall opening sits around.

A fatigue device according to claim 20, wherein the body a tool holder for engagement by a Having tool for attaching the fuse to the cylinder wall.

A fatigue device according to claim 22, wherein the tool holder a multi-sided peripheral surface is.

Hydraulic cylinder, comprising: A cylinder wall, which defines a pressure volume, the hydraulic fluid and a slidable Includes piston, wherein the cylinder wall has an opening in conjunction with the pressure volume; and a fatigue protection, attached to the cylinder wall at the opening in this is to close the print volume from the outside when it is in the closed state, and the print volume releases to the outside when they are in an open State, with the fuse connecting one passage determines with the print volume when in an open condition located, and has a fatigue element, the passage isolated from the pressure volume before the fatigue element reaches a fatigue limit lower than that of the cylinder wall.

Hydraulic cylinder according to claim 24, wherein the fuse is operable in an intermediate state in which the fatigue element has responded when reaching its fatigue limit and the pressure volume remains isolated from the outside.

Hydraulic cylinder according to claim 24, wherein the fuse a movable plunger and a vent valve having.

Hydraulic cylinder according to claim 26, wherein the valve a vent closes when the valve is in the closed and intermediate state, and the ventilation opening to the outside the fuse opens when the fuse in the open State is.

A hydraulic cylinder according to claim 27, wherein the valve held so that it is the ventilation opening closes when the fuse is in the intermediate state is located, by transfer of hydraulic fluid from the print volume.

Hydraulic cylinder according to claim 27, wherein then, when the fuse is in the closed state, the plunger prevents the valve from opening the ventilation opening.

Hydraulic cylinder according to claim 29, wherein the plunger protrudes from the body of the fuse when the fuse in open and intermediate states.

Hydraulic cylinder according to claim 30, wherein the valve has a stop which defines the valve opening, and a valve seat in which a spring-biased ball is seated.

Hydraulic cylinder according to claim 31, wherein then, when the fuse is in the intermediate state, pass the ball through brought the pressurized hydraulic fluid in the passage to the seat is, and then when the fuse is in the open state is located, the hydraulic fluid is made pressure-free in the passage, so that the spring moves the ball away from the valve seat.

Hydraulic cylinder according to claim 32, wherein then when the fuse is in the open state, the valve prevents the plunger from fully retracting.

Hydraulic cylinder according to claim 24, wherein the fatigue element an aluminum disc which has a circumferential groove for holding a Has seal.

Hydraulic cylinder according to claim 24, wherein the fatigue element made of aluminum.

Hydraulic cylinder according to claim 24, wherein the fatigue element having a voltage concentrator.

Hydraulic cylinder according to claim 24, wherein the fuse screwed to the cylinder wall.

Hydraulic cylinder according to claim 24, wherein the fuse a tool holder for engagement by a tool for mounting having the fuse on the cylinder wall.