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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Druckeinheit mit einem Arbeitskolben,
der in einem Arbeitszylinder geführt ist, und einem Druckübersetzerkolben, dessen
den größeren Durchmesser aufweisender Teil in einem Zylinderraum im Arbeitskolben
geführt ist, und dessen den kleineren Durchmesser aufweisender Teil in einen mit
dem Druckraum des Arbeitszylinders verbundenen Verdrängungsraum eingreift.
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Bei einer bekannten hydraulischen Druckeinheit der obengenannten Art
ist der Arbeitskolben als Hohlkolben ausgebildet, so daß sein Hohlraum den Zylinder
für den den größeren Durchmesser aufweisenden Teil des Druckübersetzerkolbens bildet.
Der Verdrängungsraum wird von einem Zylinder gebildet, der am Arbeitszylinder an
dem der Kolbenstange des Arbeitskolbens gegenüberliegenden Seite angeordnet ist
und dort einen Abschluß bildet. Der den kleineren Durchmesser aufweisende Teil greift
durch den dem Verdrängungsraum zugekehrten Teil des Arbeitszylinders in den Verdrängungsraum
ein. Um mit dieser bekannten hydraulischen Druckeinheit eine Arbeit durchzuführen,
muß Druckgas als Druckmittel so in den Hohlraum des Arbeitszylinders eingeführt
werden, daß der Druckübersetzerkolben in der dem Arbeitshub des Arbeitskolbens entgegengesetzten
Richtung relativ zum Arbeitszylinder verschoben wird, damit der den kleineren Durchmesser
aufweisende Teil in den Verdrängungsraum tiefer eingreift und dadurch die dort befindliche
Flüssigkeit in den Arbeitsraum des Arbeitszylinders drückt. Hierbei führt der Arbeitskolben
den Arbeitshub aus. Der Raum, in den das Druckgas eindringt, wird durch diese gegenläufige
Bewegung der beiden Kolben sowohl um den Hub des Druckübersetzerkolbens als auch
um den Hub des Arbeitszylinders vergrößert. Dies hat aber zur Folge, daß für die
Bewegung des Druckübersetzerkolbens mehr Druckmittel erforderlich ist, als dies
unbedingt erforderlich wäre, wenn dieser Raum nur durch die Bewegung des Druckübersetzerkolbens
größer werden würde. Wenn also der Arbeitskolben mit einer bestimmten Geschwindigkeit
bewegt werden soll, muß das Druckmittel mit größerer Geschwindigkeit zugeführt werden,
als dies nur auf Grund des übersetzungsverhältnisses der Kräfte, die durch Anwendung
des Druckübersetzerkolbens übersetzt werden, nötig wäre.
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Die höheren Geschwindigkeiten des Druckmittels haben aber insbesondere
bei Anwendung einer Flüssigkeit als Druckmittel, z. B. bei der Anwendung von Öl
mit einer gewissen Viskosität, die Zunahme des Strömungswiderstandes zur Folge,
der mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit ansteigt. Insgesamt wird also bei
der bekannten Druckeinheit verhältnismäßig viel Energie unnötig vergeudet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Druckeinheit
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine möglichst einfache Bauweise aufweist
und mit optimaler Hydroökonomie arbeitet.
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Diese Aufgabe ist ausgehend von einer hydraulischen Druckeinheit der
eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Verdrängungsraum
ein Hohlraum im Arbeitskolben ist. Dadurch wird in überraschend einfacher Weise
erreicht, :daß sich die Bewegung des Arbeitskolbens auf den Bedarf an Druckmittel
zum Bewegen des Druckübersetzerkolbens überhaupt nicht auswirkt, weil der Verdrängungsraum
sich mit dem Arbeitskolben mitbewegt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nunmehr am Arbeitszylinder
kein besonderer Platz vorgesehen sein muß, an dem der den Verdrängungsraum bildende
Körper befestigt werden kann, d. h., beide Enden des Arbeitszylinders stehen dem
Konstrukteur zur Verfügung. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist deshalb
vorgesehen, daß der Arbeitskolben auf beiden Stirnseiten des Führungszylinders herausgeführt
ist. Dies ist bei der bekannten hydraulischen Druckeinheit nicht ohne weiteres möglich,
da dort .das eine Ende des Arbeitszylinders durch den den Verdrängungsraum bildenden
Zylinder verschlossen ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung
ist vorgesehen, daß die beim Vorlauf und beim Rücklauf beaufschlagten Flächen des
Arbeitskolbens verschieden groß sind. Dadurch wird in besonders einfacher Weise
eine Anpassung an die jeweils erforderlichen, verschieden großen Druckkräfte erreicht.
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Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nach der Erfindung im einzelnen
erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
nach der Erfindung mit gleichläufigem Arbeits- und Druckübersetzerkolben, F i g.
2 einen Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, bei
dem der Druckübersetzerkolben als Rohrplungerkolben ausgebildet ist, F i g. 3 einen
Axialschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung mit gegenläufigem
Arbeits- und Druckübersetzerkolben.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 1 weist einen Arbeitskolben 1 und
einen Druckübersetzerkolben 3 auf. Das Arbeitsende 1' des Arbeitskolbens 1 kann
in beliebiger Weise ausgebildet sein. In einem in dem Arbeitskolben 1 vorgesehenen
Verdrängungsraum 2 arbeitet der durch eine Bohrung 6 des Arbeitskolbens 1 eintretende,
den geringeren Durchmesser aufweisende Teil 3' des als Stufenkolben ausgebildeten
Druckübersetzerkolbens 3, dessen den größeren Durchmesser aufweisender Teil 3" in
einem Zylinderraum 4 arbeitet, der durch eine Hülse 5 gebildet ist, in die der Arbeitskolben
1 ausläuft, und durch einen Zylinderdeckel ? verschlossen ist. Der Arbeitskolben
1 und seine Hülse 5 laufen in einem Führungszylinder 8, der den Mantel der Einheit
bildet und an seinen Enden durch Zylinderdeckel 8' bzw. 8" abgeschlossen
ist. Der Außendurchmesser des Arbeitskolbens 1 und der Hülse 5 ist kleiner als der
Innendurchmesser des Führungszylinders B. Durch einen Innenring 9' des Führungszylinders
8 ist der Druckraum abgeteilt, der durch einen die beaufschlagten Flächen des Arbeitskolbens
1 bildenden Außenbund 9" des Arbeitskolbens 1 in einen Druckraum 10' für den Arbeitshub
und einen Druckraum 10" für den Rückhub unterteilt ist.
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Im dargestellten Beispiel tritt nicht nur der Arbeitskolben 1 an einer
Stirnseite des Führungszylinders 8 aus, sondern am entgegengesetzten Ende des Arbeitskolbens
1 ist die Hülse 5 mit ihrem Ende 5' aus ihm herausgeführt, so daß das Arbeitsende
1' benutzt werden kann, wenn der Arbeitshub ein Druckhub sein soll, hingegen das
Ende 5' der
Hülse 5 benutzt werden kann, wenn beim Arbeitshub ein
Zug ausgeübt werden soll.
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Die Führung des Druckmittels erfolgt in an sich bekannter Weise. Es
tritt durch einen Druckmittelanschluß 11 ein, durch eine Bohrung 12 der Hülse 5,
einen Ringraum 21 des Druckübersetzerkolbens 3,
eine mit diesem Ringraum
verbundene und an ihrem Ende mit einem Ventil 13 versehene Bohrung
14 des Druckübersetzerkolbens 3 hindurch und gelangt in den Verdrängungsraum
2. Außerdem gelangt das Druckmittel durch eine Bohrung 15 auch in einen Zylinderraum
4' und beaufschlagt dort den Druckübersetzerkolben 3. Das in dem Zylinderraum
4 verdrängte Druckmittel kann durch Leitungen 16, 17 in den Rückhubdruckraum
10" eintreten und von dort durch einen zweiten Druckmittelanschluß 19 abfließen.
Beim Rückhub wird in an sich bekannter Weise durch eine Ventilschaltung der Druckmittelanschluß
19 mit der Druckmittelquelle und der Druckmittelanschluß 11 mit dem Druckmittelsammelbehälter
verbunden, so daß der Druckmittelfluß in entgegengesetztem Sinne erfolgt. Der Druckraum
10' ist zum Zweck des Ausgleichs durch eine Radialbohrung 20 mit dem
Verdrängungsraum 2 verbunden.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist der Druckübersetzerkolben
als Rohrplungerkolben 22
ausgebildet, der in dem durch die Hülse 5 des Arbeitskolbens
1 gebildeten Zylinderraum 4 läuft und mit seinem Rohr 22' durch die
Bohrung 6 hindurchtritt, die in einer Zwischenwand 18 vorgesehen ist, die den durch
den Arbeitskolben 1 und seine Hülse 5 gebildeten Zylinder innen unterteilt. Die
Zwischenwand 18 bildet einen Teil eines Kernes des durch den Arbeitskolben
1 und die Hülse 5 gebildeten Zylinders, der an seinen Enden durch Zylinderdeckel
7 und 31 abgeschlossen ist.
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Im Bereich des Zylinderraumes 4 des Rohrplungerkolbens 22 wird
der Kern durch ein Rohr 23 gebildet, das einerseits mit dem Druckmittelanschluß
11 in Verbindung steht und andererseits in Radialbohrungen 25 mündet, die
mit dem Verdrängungsraum 2 zu Beginn des Druckhubes in Verbindung stehen, dann aber
durch das Rohr 22' geschlossen werden. Im Bereich des Verdrängungsraumes 2 des Arbeitskolbens
1 weist der Kern einen so großen Durchmesser 24 auf, daß der Verdrängungsraum
2 einen verhältnismäßig kleinen Ringraum bildet, in den das Rohr
22' eintritt. Auch bei dieser Ausführungsform schließt der Innenring
9' des Führungszylinders 8 den Druckraum des Arbeitskolbens 1 ab,
der durch den Außenbund 9" des Arbeitskolbens 1 in die beiden Druckräume
10' und 10" unterteilt ist.
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Das Druckmittel tritt beim Druckhub durch den Druckmittelanschluß
11 und durch die Bohrung 12, durch Bohrungen 26 und 27 sowie durch
das Rohr 23 und die Radialbohrungen 25 in den durch den Arbeitskolben
1 gebildeten Verdrängungsraum 2 ein, gleichzeitig aber auch durch
den Ringraum 21 und die Bohrung 15 des Rohrplungerkolbens
22 in den Zylinderraum 4', wo es den Rohrplungerkolben 22 beaufschlagt. Da
die Bohrung 15 sehr klein ist, wird zunächst der Verdrängungsraum 2 gefüllt,
bis nach anfänglich langsamem Vorlauf des Rohrplungerkolbens 22 die Radialbohrungen
25 geschlossen werden. Aus dem Zylinderraum 4 wird das verdrängte Druckmittel
durch die Leitung 16 des Arbeitskolbens 1 in den Druckraum 10" gedrückt,
von wo es durch den Druckmittelanschluß 19 in den Druckmittelbehälter abfließen
kann. Beim Rückhub erfolgt der Druckmittellauf umgekehrt. Der Verdrängungsraum
2 ist mit dem Druckraum 10' zum Zweck des Ausgleichs durch die Radialbohrung
20 verbunden, ebenso wie der Innenraum des Rohres 22' durch eine achsparallele
Bohrung 28 mit der Atmosphäre verbunden ist.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von den beiden
vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, daß der Arbeitskolben 1 und der
Druckübersetzerkolben 3 gegenläufig sind, daß der Arbeitskolben 1 nur an
einer Seite aus dem Führungszylinder 8 herausgeführt ist und daß beim Vorlauf
und beim Rücklauf beaufschlagte Flächen 29 und 30 des Arbeitskolbens
1 verschieden groß sind. Im übrigen entspricht die Ausführungsform im Prinzip
und in den Bezugszeichen der F i g. 1.