DE2401341A1

DE2401341A1 - Verfahren und vorrichtung zum verstaerken von fluiddruck

Info

Publication number: DE2401341A1
Application number: DE2401341A
Authority: DE
Inventors: John Henry Olsen
Original assignee: Flow Research Inc
Current assignee: Flow Research Inc
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1974-07-25
Also published as: CA1006787A; GB1420424A; IN141336B; IL43965A0; DE2401341C2; IT1008123B; JPS614997B2; NL7400433A; IL43965A; SE398911B; AU6425974A; JPS49101906A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verstärken von Fluiddruck

Die Erfindung "betrifft einen Hochdruck-Fluid'verstärker, wie z. B. einen Verstärker, der zur Abgabe eines Fluidstrahls sehr hohen Druckes eingerichtet ist, um Arbeitsgänge, wie Schneiden, Bohren oder Wasserstrahlreinigen auszuführen·

Zum Stand der Technik gehören verschiedene Druck verstärkende Systeme, "bei denen sich ein grosser Arbeitskolben hin- und herbewegt und mittels kleinerer Hochdruckkolben einen Hochdruckausstoss erzeugt.

Es besteht jedoch eine grosse Anzahl miteinander verknüpfter Probleme, die mit dem Verschieben des grossen Arbeitskolbens an der Endbegrensung der Verschiebung jedes Taktes verbunden sind» ITra die mögliche Unterbrechung der Strömung des unter

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Hochdruck ausgestossenen Fluids während des Verschiebens des Arbeitskolbens zu vermindern, soll dieses Verschieben so schnell wie möglich vonstatten gehen. Ein dem Stand der Technik anhaftendes Problem besteht in der Verminderung von Druckwellen· in dem Arbeitsfluid, wenn der Arbeitskolben umkehrt. Um ein schnelles Umkehren des Arbeitskolbens zu erreichen, ist normalerweise auch ein entsprechend schnelles Umkehren der Strömung des unter Druck stehenden Arbeitsfluids notwendig, was seinerseits das Problem der unerwünschten Druckwellen oder hydraulischen Stösse in dem System weiter vergrössert. Ein Mittel zur Verminderung dieses Problems besteht darin, einen oder mehrere relativ grosse hydraulische" Sammelbehälter vorzusehen, um die Strömung des Austrittsfluids während des Umkehrens des Arbeitskolbens aufrechtzuerhalten, wobei das Umkehren des Arbeitssystems bei einer etwas geringeren Geschwindigkeit erfolgt. Dies trägt jedoch, gewöhnlich erheblich zum Umfang und den Kosten des Systems bei.

Für die zum Stand der Technik gehörenden Geräte, die Druckverstärkungssysteme und verschiedene Ventil-Schaltnechanismen zeigen, die für solche Systme geeignet sind,' sind die folgenden US-Patentschriften typisch: 153 296, 2 000 805, 2 942 584-, 3 04-5 611, 3 540 349, 3 565 191, 549 739, 932 992, 1 199 526 sowie die CH-Patentschrift 262 891.

Die Aufgabe dor vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Hochdruck-Pluidverstärkers mit einer Ausgewogenheit von vorteilhaften Merkmalen, insbesondere im Hinblick auf die oben genannten Probleme und Überlegungen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt einen Kolbenaufbau, der einen Arbeitszylinder umfasst, in dem ein Arbeitskolben hin- und herbeweglich angeordnet ist, wobei der Kolben den Zylinder in eine *erste und zweite Arbeitskammer unterteilt» Zwei Hochdruckkolben sind auf eine Weise mit dem Arbeitskolljen

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verbunden, das die Hin- und Herbewegung edes Arbeitskolbens verursacht, dass eine Strömung des Hochdruckfluids abwechselnd von den beiden Hochdruckkolben hervorgerufen wird.Die Hochdruckströmung ist durch eine Auslaufdüse gerichtet und erzeugt einen Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit. Zum Hervorrufen der Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens ist ein Steuerventil mit einer ersten und zweiten Stellung vorhanden und ermöglicht den Zutrittvou unter Druck stehendem A_rbeitsfluid zu der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer.

Entsprechend einer Seite der vorliegenden Erfindung besitzt das Steuerventil eine dritte Zwischenstellung, durch die sie bei der Bewegung zwischen der ersten und zweiten Stellung hindurchgeht. In der Zwischenstellung wird unter Druck stehendes Arbeitsfluid durch einen Druck reduzierenden Strömungskanal gerichtet, der einen Rückdruck erzeugt, der im wesentlichen den aus der Kraftübertragung durch den Arbeitskolben und die Druekverstärkungskolben resultierenden Druck ausgleicht, um eine Hochdruck-Pluidströmung durch die Auslaufdüse zu erzeugen. Während des Umkehrens des Arbeitskolbens, wenn die Steuerventile durch ihre Zwischenstellung hindurchgehen, wird auf diese Weise jede wesentliche Welle des flückdruckes gegen die Arbeitsfluidquelle vermindert.

In einer v/eiteren Ausbildung ist das Steuerventil so angeordnet, dass beim Durchgang durch seine Zwischenstellung ein verengter Strömungskanal aus der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer vorhanden ist, um eine gesteuerte Verringerung des Druckes in der Arbeitskammer zu verursachen und auf diese Weise mögliche Druckquellen des unter Druck stehenden Fluids in dem Verstärker zu vermindern.

Entsprechend einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist eine "zuschnappende" Betätigungseinrichtung in Form eines Paares flexibler mechanischer Kabel vorgesehen, die durch den Kolbenaufbau erfasst werden und ein

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Verschiebeventil "betätigen, das mit dem Kontrollventil in Wirkverbindimg steht. Das Bewegen des Verschiebeventils aus der einen Stellung in die andere verursacht eine gesteuerte Strömung des unter Druck stehenden Fluids durch eine verengte Öffnung, wodurch das Steuerventil mit gesteuerter Geschwindigkeit dtiroh seine Zwischensteilung bewegt wird, so dass eine geeignete Umkehr der Fluidströmung in dem System erreicht wird.

Weitere, ins einzelne gehende Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen halbschemSÜsehen Seitenaufriss der erfindungsgemässen Gesamtvorrichtung,

Fig. 2 eine Teil-Schnittansicht der Druckverstärkungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines der Verschiebeventile der Vorrichtung von Fig. 2,

Fig. 4 "bis 6 halbschematische Darstellungen des Arbeitsablaufes der ersten Ausführungsform der vorliegenden E_rfindung,

Fig. 7A bis 7E eine Reihe halbschematischer Darstellungen der Arbeitsfolge des Steuerventils der ersten Ausführungsform,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Strömungseigenschaften des Steuerventils bei der Arbeitsfolge der Fig. 7A bis 7E,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Druckeigenschaften des

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Steuerventils "bei der Arbeitsfolge der Fig. 7A "bis 7E,

Fig. 10 eine halbschematisehe Darstellung einer zweiten, modifizierten Form des Steuerventils der ersten Ausführungsf orm,

Fig. 11 eine halbschematische Darstellimg einer dritten, modifizierten Form des Steuerventils der ersten Ausführungsform,

Fig. 12 eine Teil-Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 eine zweiteilige Schnittansicht des Terschie"beventils der zweiten Ausführungsform und eine Seite des Betätigungsmechanismus des Verschiebeventils,

Fig. 14 eine halbschematische Darstellung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung und

Fig. 15A "bis 15E eine Reihe halbschematischer Darstellungen des Arbeitsablaufes des Steuerventils der zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Motor 10, der eine hydraulische Pumpe 14 treibt, die ihrerseits das Arbeitsfluid zu einer Druckverstärkereinheit 16 befördert. Der Verstärker 16 zieht Fluid (d.h. Ytesser) von einer geeigneten Quelle, wie einem Reservoir 18, und gibt das Wasser unter sehr hohem Druck durch eine Ausstossvorrichttmg ab, die hier als ein Rohr 20 mit einer Austrittsdüse 22 geringer.Fläche dargestellt ist. Dies führt zu einem Entladen eines Fluiddüsenstrahls von kleinem Durchmesser (z. B. 0,75 mm) und von sehr hoher Geschwindigkeit (z. B. 366 m pro Sekunde oder mehr).

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Pur die detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden zuerst die physikalischen Komponenten der ersten Ausführungsform der Druclrverstärlcereinheit 16 im Zusammenhang mit Pig. 2 und 3 beschrieben. Als nächstes wird die Gesamtarbeitsweise der vollständigen Vorrichtung geaäss der ersten Ausführungsform in Verbindung mit den aufeinanderfolgenden Schemata der Pig. 4 bis 6 beschrieben. Danach wird die genaue Art und Yfeise, in der das Steuerventil 38 zum Erreichen der riehtigen Arbeitsweise dieser Vorrichtung wirkt, im einzelnen in Verbindung mit den aufeinanderfolgenden Darstellungen der Pig. 7A bis 7E und den beiden graphischen Dctrstellungen der Pig. 8 und 9 beschrieben, wobei zwei modofizierte Ventile in den Pig. 10 und 11 gezeigt sind. Schliesslich wird die zweite Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Pig. 12 bis 14 beschrieben, wobei die Arbeitsweise des Steuerventils der zweiten Ausführungsform im einzelnen in Verbindung mit den Pig. 15A bis 153 beschrieben wird.

Die physikalischen Komponenten der ersten Ausführungsform der Druckverstärkereinheit 16 werden in Pig. 2 dargestellt. Aus Gründen der Klarheit der Darstellung sind die verschiedenen Pluidleitungen und -kanäle, die in die Einheit 16 eingebaut sind oder an ihr befestigt sind, in Pig. 2 weggelassen, werden jedoch schematisch in den Pig. 4 bis 6 dargestellt. Gemäss Pig. 2 enthält die Druckverstärkereinheit 16 ein Hauptgehäuse 24 mit einem Hauptzylinder 26, einen rechten und linken Abschluss-Glockenteil 28 bzw, 30, die am Ende des Zylinders 26 befestigt sind, und einen rechten und linken Ilochdruckzylinder 32 bzw. 34, die in die entsprechenden Glocken 28 und 30 eingeschraubt sind. Mit dem Gehäuse 24 ist ein leitungsverzweigungsblcnk 36 verbunden, auf dem ein Strömungs-Steuerventil 38 befestigt ist.

Innerhalb des Gehäuses 24 ist hin- und herbeweglich ein einteiliger Kolbenaufbau 40 angeordnet. Dieser Aufbau umfasst

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einen mittleren Arbeitskolben 42, der innerhalt des Hauptzylinders 26 angeordnet ist und einen grösseren Durchmesser besitzt, und einen rechten und linken Hochdruckkorben 44 "bzw. 46, die sich in entgegengesetzter Richtung von dem mittleren Arbeitskolben 42 erstrecken. Der Arbeitskolben 42 unterteilt das Innere des HauptZylinders 26 in eine rechte und linke Arbeitskammer 48 bzw. 50. Der Hochdruckkolben 44 führt in der rechten Hochdruckkammer 52, die durch den rechten Zylinder 32 begrenzt ist, eine Hin- und Herbewegung aus, während der linke Hochdruckkolben 46 in der linken Hochdruckkammer 54, die durch den anderen Zylinder 34 begrenzt ist, eine Hin- und Herbewegung ausführt.

Das oben genannte Steuerventil 38 enthält ein Ventilgehäuse 56, das eine Transfer-Kammer 58 begrenzt, in der eine Ventilspindel 60 verschiebbar angeordnet ist. In dem Gehäuse 56 befindet sich eine in der Mitte angeordnete Hochdruck-Fluideinlassöffnung 62, eine rechte und linke Transfer-Öffnung 64 bzw. 66 an den gegenüberliegenden Seiten der Einlassöffnung 62 und eine rechte und linke Mederdruck-Auslassöffnung 68 bzw. 70, die nach aussen von den beiden Transfer-Öffnungen 64 und 66 angeordnet sind.

Die Ventilspindel 60 enthält einen rechten und linken Steg oder Kolben 72 bzw. 74 und ein rechtes und linkes äusserstes Endverschlussteil 76 bzw. 78. Nach aussen von den beiden Verschlussteilen'76 und 78 befindet sich eine rechte und linke Feder 80 bzw. 82, die die Spindel 60 in ihre Mittelstellung in dem Gehäuse 56 drücken. Jeder der Federn 80 und 82 besitzt einen Haltering 83, der an einer Halteschulter 83a angreift und verhindert, dass eine der Federn 80 oder 82 die Ventilspindel 60 über ihre Mittelstellung hinaus drückt.

Die Mittelöffnung 62 ist mit einer Hochdruckleitung, die von der Pumpe 14 herführt, verbunden, während die Öffnungen 68 und 70 mit der Niederdruck-Rückleitung eder Pumpe 14 verun-

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den sind. Die rechte Transfer-Öffnung 64 stellt eine Verbindung mit der rechten Arbeitskammer 48 und die linke Transfer-Öffnung 66 eine Verbindung mit der linken Arbeitskammer 50 her. Die zwischen den beiden Korbenelementen 72 und 74 angeordnete Nut oder Kammer 84a stellt eine Hochdruck-Fluidtransferkammer dar und funktioniert in der Weise, dass sie Hochdruckfluid von der Öffnung 62 entweder zu der rechten Transfer-Öffnung 64 oder der linken Transfer-Öffnung 66 leitet, wenn sie sich in der rechten bzw. linken Stellung befindet. Der rechte Kolben 72 und der rechte Verschlusskolben 76 begrenzen eine Nut oder Kammer 84b, die eine Hiederdruck-Transferkammer darstellt, die eine Verbindung von der Transfer-Öffnung 64 zu der ITiederdruck-Auslassöffnung 68 herstellt, wenn sich die Spindel 60 in ihrer linken Stellung "befindet. In ähnlicher Weise begrenzen der linke Transferkolben 74 und der linke Verschlusskolben 78 zwischen sich eine Nut oder Kammer 84c, die eine Verbindung von der linken Transfer-Öffnung 66 zu der Niederdruck-Auslassöffnung 70 herstellt, wenn sich die Spindel 60 in ihrer rechten Stellung befindet.

Um die Spindel 60 des Ventils 38 zwischen ihrer rechten und linken Stellung zu bewegen, sind zwei Verschiebeventile 85 bzw. 86 vorhanden, die in dem rechten bzw. linken Glockenabschnitt 28 und 30 des Gehäuses 24 angeordnet sind. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung ist nur das rechte Verschiebeventil 85 in Pig. 2 im Schnitt dargestellt (die Ventile 85 und 86 sind im wesentlichen identisch). Jedes der Ventile 85 und 86 enthält eine Muffe 88, in der ein Zapfen 90 verschiebbar angeordnet ist. Es ist eine Einlassöffnung 92 und eine Auslass- oder Öffnung 94 vorhanden, wobei die Öffnung 92 gegenüber der Auslassöffnung 94 geschlossen ist, wenn sich das Ventil in der in Mg. 2 gezeigten, geschlossenen Stellung befindet. Der Zapfen 90 wird durch eine Kompressionsfeder 96 in seine geschlossene Stellung gedrückt. Zum Öffnen des Ventils 85 oder 85 ist ein Betätigungsstift 98 vorgesehen, der an dem Zapfen 90

anstösst, sich durch das Gehäuse erstreckt und in das Ende seiner entsprechenden Arbeitskammer 48 oder 50 hineinragt· Ein Einstellanschlag 100 an dem Stift 98 stellt den Zapfen 90 in seiner Verschliesstellung geeignet ein, wobei sich der Stift 98 in die Kammer 48 oder 50 erstreckt. Durchführungen 101 in, dem Zapfen 90 ermöglichen eine Strömung von der Einlassöffnung 92 zu der Auslassöffnung 94, wenn der Zapfen 90 durch den Stift 98 gegen die Kraft der Feder 96 in seine in Pig. 3 gezeigte offene Stellung gedruckt wird. Die Einlassöffnung 92 des rechten Verschiebeventils 85 ist über eine Endöffnung 102 in dem Gehäuse 56 des Ventils 38 mit einer rrechten Steuerkammer 104 am rechten Ende der Spindel 60 des Ventils 38 verbunden, während die Einlassöffnung 92 des linken Verschiebeventils 86 in ähnlicher Weise über eine Öffnung 103 auf der linken Seite des Ventils 38 mit der linken Steuerkammer 105 verbunden ist.

Bei der Beschreibung der Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird der Einfachheit halber zuerst die Gesamtarbeitsweise beschrieben und dann die Hilfsmittel zum Ingangsetzen der Pumpwirkung. In Pig. 4 befindet sich das Ventil 38 in seiner linken Stellung, so dass Hochdruckfluid von der Hochdrucklleitung 106a der Pumpe 14 in die linke Arbeitskammer 50 geleitet wird, während die rechte Arbeitskammer 48 über eine Niederdruck-Rückleitung 106b mit dem Fluidreservoir 107 der Pumpe 14 verbunden ist. Dies veranlasst den Arbeitskolben 42 sich nach reclits zu bewegen, wie es in Pig. 4 zu sehen ist, wodurch der rechte Hochdruckkolben 44 seinerseits Ausstossfluid aus der Hochdruckkammer 52 durch ein Kontrollventil 108 und aus der Entladedüse 22 drückt. Gleichzeitig wird Ausstossfluid von 'der Quelle 18 über ein Kontrollventil 109 in die linke Hochdruckkammer 54 angesaugto

Der Pumpdruck der Pumpe 14 ist genügend gross im Vergleich zur Kraft der Pedern 96 und der Querschnittsfläche des Betätigungsstiftes 98 der Verschiebeveiitile 85 und 86, damit

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der sich, ergebende Druck auf den entsprechenden Betätigungsstift 98 ausreicht, um den Siiift 98 gegen den Druck der dazugehörigen Feder 96 zum Öffnen des Ventils 85 oder 86 zu zwingen, wenn eine der Arbeit skammem 48 oder 50 unter Druck steht. Ein Teil des Hochdruck-Arbeitsfluids wird von der Pumpe 14 über entsprechende, verengte Strömungsöffnungen 110 und 112 zu den Ventilsteuerkammern 104 und 105 und ebenso zu den Hochdruck-Einlassöffnungen 92 der Verschiebeventile

85 und 86 geleitet. Die Auslassöffnung 94 jedes Verschiebeventils 85 oder 86 ist mit dein Pumpenreservoir 107 verbunden. Auf diese Weise wird, wenn eines der Ventile 85 oder 86 geschlossen ist, die entsprechende Ventilsteuerkammer 104 bzw. 105 unter Druck gesetzt, wenn jedoch eines der Ventile 85 oder

86 geöffnet ist, wird die entsprechende Ventilsteuerkammer 104 oder 105 ausser Druck gesetzt.

Da gemäss Pig. 4 die Arbeitskammer 50 von der Pumpe 14 her unter Druck gesetzt wird, ist das Verschiebeventil 86 geöffnet, so dass die linke Ventilsteuerkammer 105 ausser Druck gesetzt wird. Da die Arbeitskammer 48 mit dem Niederdruck-Reservoir 107 in Verbindung steht, ragt der Betätigungsstift 98 in die Kammer 48 hinein, so dass das Verschiebeventil 85 geschlossen ist, wobei die rechte Ventilsteuerkammer 104 unter Druck steht. Der Druckunterschied in den beiden Ventilsteuerkammem 104 und 105 hält das Spindelelement 60 des Ventils 38 gegen den Druck der Feder 82 in seiner linken Stellung, wie es in Pig. 4 zu sehen ist.

Da sich der Arbeitskolben 42 weiter nach rechts bewegt, erreicht er seine Verschiebungsbegrenzung, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. In der ITähe seiner Bewegungsbegrenzung' greift der Kolben 42 an dein Betätigungsstift 98 an und drückt ihn und den Zapfen 90 des Verschiebeventils 85 in dessen offene Stellung, wodurch die rechte Ventilsteuerkainmer 104 ausser Druck gesetzt wird. Sind die Steuerkammer 104 und 105 ausser Druck, so drückt die linke Feder 82 das Spindelelement 60

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2401341 in seine Mittelstellung, wie es in Pig. 5 gezeigt ist.

Wenn das Spindelelement 60 seine Mittelstellung erreicht, geschehen zwei Dinge. Erstens werden "beide Arbeitskammera 48 und 50 mit dem Niederdruck-PuHipenreservoir 107 über die liederdruck-Rüekleitung 106b verbunden, so dass sie ausser Druck gesetzt werden. Zweitens wird die Hochdruck-Zuführungsleitung 106a von der Pumpe 14 über einen verengten Strömungskanal verbunden, der schematisch bei 114 dargestellt ist, wodurch eine Strömung von der Pumpe 14 zurück zum Pumpenreservoir 107 ermöglich wird. Die genaue Art und V/eise, in der dies erreicht wird und wie dies Druckwellen in der Hochdruck-Zuführungsleitung vermindert, wird später in einer detaillierteren Beschreibung der Funktionsweise des Ventils 38 mitgeteilt.

Die unmittelbare Wirkung des Ausserdrucksetzens der Arbeitskammern 48 und 50 besteht darin, dass die Federn 96 das linke Verschiebeventil 86 nach aussen zur linken Arbeitskammer 50 verschieben können, wodurch das linke Verschiebeventil 86 schliesst und auf diese Weise die linke V_entilsteuerkammer 105 unmittelbar unter Druck gesetzt wird. Das Spindelelement 60 setzt dadurch seine Bewegung durch seine Mittel- oder Zwischenstellung in seine rechte Stellung unmittelbar fort, die in 3?ig-. 6 dargestellt ist und in der Hochdruck-Arbeitsfluid in die Arbeitskammer 48 gefördert wird, wobei die linke Arbeitskammer 50 mit der Niederdruckleitung 106b verbunden ist, die zu dem Pumpenreservoir 107 führt.

Die rechte Arbeitskammer 48 steht nun unter Druck und der Arbeitskolben 42 bewegt sich nach links, so dass der linke Hochdruckkolben 46 Ausstossfluid aus der linken Hochdruckkaismer 54 durch ein Kontrollventil 116 und aus der Ausstossdüse 22 hinausdrückt. Gleichzeitig wird zusätzliches Ausstossfluid über ein Kontrollventil 118 in die rechte Hochdruckkammer 52 angesaugt. Die rechte Arbeitskammer 48 steht nun unter Druck, da sich der Arbeitskolben 42 vom Eingriff mit

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dem rechten Betätigungsstift 98 wegbewegt, und der Druck des Arbeitskolbens in der Kammer 48 hält den rechten Betätigungsstift 98 in seiner zurückgezogenen Stellung, wodurch er das rechte Verschiebeventil 85 offenhält und die rechte Ventilsteuerkammer 104 ausser Druck bleibt, so dass das Spindelelement 60 in seiner rechten, in fig. 6 dargestellten Stellung "bleibt," da die linke Ventilsteuerkammer 105 infolge des Geschlossenseins des linken Verschiebeventils 86 unter Druck steht.

Wenn sich der Arbeitskolben 42 in seine linke Endstellung "bewegt und den linken Betätigungsstift 98 erfasst, läuft eine ähnliche Folge von Verschiebungen ab, -wie sie in Bezug auf Pig. 5 beschrieben wurde, wodurch die Fluidströmung in den Arbeitskammern 48 und 50 umkehrt und der Arbeitskolben 42 seine Bewegung zurück nach rechts beginnt.

Um die Vorrichtung in Gang zu setzen, ist ein Startventil vorgesehen, das schematisch bei 120 dargestellt ist. Das Ventil 120 besitzt eine obere Stellung, in der die rechte Ventilsteuerkammer 104 unmittelbar mit dem Reservoir 107 verbunden ist, eine untere Stellung, in der die linke Ventilsteuerkammer 105 mit dem Reservoir 107 verbunden ist, und eine Zwischenstellung, in der das Ventil 120 keine wirksame Verbindung mit den Kammern 104 und 105 herstellt. In den drei !figuren 4 bis 6 ist das Startventil 120 in seiner Mittelstellung dargestellt, in der es keinen Einfluss auf das Arbeiten der Vorrichtung ausübt. Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Startventils 120 wird angenommen, dass die Pumpe 14 abgestellt gewesen ist und das ganze System ausser Druck stand, wobei das Spindelelement 60 des Ventils 38 infolge der Wirkung der in. die Mittelstellung treibenden Pedern 80 und 82 in die Mittelstellung zurückkehrt. Es wird ferner angenommen, dass sich der Aybeitskolben 42 in einer Zwischenstellung befindet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

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Wenn die Pumpe 14 iti Betrieb gesetzt wird, wobei sich, das Ventilspindelelement 60 in seiner Mittelstellung befindet, wird keine der Arbeitskaminem 48 oder 50 unter Druck gesetzt. Es werden jedoch beide Ventilsteuerkammern 104 und 105 unter Druck gesetzt, da beide Verschiebeventile 85 und 86 geschlossen bleiben, Dieser Umstand trägt zur Betriebssicherheit bei, indem die Verstärkereinheit 16 nicht versehentlich das Pumpen beginnt, wenn die hydraulische Pumpe in Betrieb gesetzt wird, vorausgesetzt, dass der Kolben 42 in diesem Augenblick nichtgerade eines der Ventile 85 oder 86 offenhält. Es ist zu beachten, dass der hydraulische Druck infolge der Trägheit des Motors und der Pumpe allmählich absinkt, wenn der Motor 10 zum Beenden des Pumpens abgestellt wird. Wenn der Motor abgestellt ist und der hydraulische Druck unter den Wert abgefallen ist^ der notwendig ist, um den Stift 98 gegen die Feder 96 zu drücken, während sich der Arbeitskolben 42 in Kontakt mit einem der Stifte 98 des einen oder anderen Verschiebeventils 85 oder 86 befindet, so bleibt das Steuerventil 38 dadurch entweder in seiner rechten oder linken Stellung und setzt die Arbeitskammer 48 oder 50, bei der der Kolben 42 gegen den Stift 98 drückt, unter Druck. Dadurch bewegt sich der Kolben 42 seinerseits ausser Eingriff mit diesem Stift 98 und ermöglicht das Schliessen des Ventils 85 oder 86, wodurch das Steuerventil 38 in seine Mittelstellung zurückkehrt, in der keine der Arbeitskammern 48 und 50 unter Druck steht. Auf diese Weise bleibt der Kolben 42 in einer von den Stiften 98 entfernten Stellung stehen, und das Pumpen setzt nicht ein, wenn der Motor 10 wieder eingeschaltet wird. Drückt man das Ventil 120 in seine untere Stellung, so wird die linke Steuerkammer 105 zum Niederdruck-Pumpenreseryoir hin geöffnet, so dass der Hochdruck in -der rechten Ventilsteuerkammer 104 das Ventilelement 60 nach links schiebt (z. B. die in Pig. 4 gezeigte Stellung), wodurch sich-der Kolben 42 nach rechts bewegt. Sobald der Arbeitskolben 42 seine ganz rechte Stellung erreicht und an dem rechten Betätigungsstift 98 angreift, setzt die normale, oben beschriebene Folge von

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Verschiebungen ein. Verschiebt man das Ventil 120 in seine obere Stellung, wodurch sich das Spindelelement 60 in die rechte Stellung bewegt, so kann man den Arbeitskolben 4-2 dadurch nach links verschieben. Wenn irgendein Grund dafür besteht, dass die oben beschriebene, normale Folge von Verschiebungen der Vorrichtung nicht funktioniert, z. B. infolge eines Übermasses an Luft in den Hochdruck-Leitungen, so kann das manuelle Startventil 120 dazu verwendet werden, den Arbeitskolben 42 vor und zurück zu bewegen, um die hydraulischen Leitungen zu säubern, wodurch die normale Aufeinanderfolge von Verschiebungen einsetzt, wobei sich der Arbeitskolben 42 unter selbsttätigem Verschieben des Verschiebeventils 38, wie es oben beschrieben wurde, hin- und herbewegt.

Im Falle einer Unterbrechung in einer der Hochdruck-Ausstossleitungen zu der Düse 22 tritt ein sofortiger Druckabfall in der Ausstosskammer 52 oder 54, die zu diesem Zeitpunkt gerade unter Druck steht, und ein entsprechender Druckabfall in der dazugehörigen Arbeitskammer 48 oder 50, die zu diesem Zeitpunkt gerade zufällig unter Druck steht, ein. Wenn solch ein Druckabfall in der unter Druck stehenden Arbeitskammer 48 oder 50 auftritt, so wird der entsprechende Betätigungsstift 98 durch die Feder 96 nach aussen in seine Ventilschliessteilung geschoben, wodurch das entsprechende Verschiebeventil 85 oder 86 geschlossen wird und die entsprechende Ventilsteuerkammer 104 und 105 unter Druck-gesetzt wird (es stehen dann beide Kammern 104 und 105 unter Druck), so dass das Ventilelement 60 infolge der Wirkung der Federn 80 und 82 in seine Mittelstellung zurückkehrt, wodurch beide Arbeitskammern 48 und 50 auf Niederdruck abgelassen werden und die Bewegung des Arbeitskolbens 42 angehalten wird. Im Falle irgendeiner Unterbrechung der Hochdruckleitungen schaltet sich das System auf diese Weise sofort selbst ab.

Zur detaillierteren Beschreibung der Arbeitsweise de Steuerventils 38 wird auf die Fig. 7A bis TE Bezug genommen.

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In Fig. 7-ά· ist das Spindel el ement 60 in seiner ganz linken linken Stellung (in Fig. 4 schematisch dargestellt) gezeigt, in der der rechte Kolben 72.zwischen der Hochdrucköffnung 62 und der rechten Transfer-Öffnung 64 angeordnet ist, so dass er jede dazwischen stattfindende Strömung "blockiert, während der linke Kolben 74· so angeordnet ist, dass er jede Strömung von der linken Transfer-Öffnung 66 zu der liiederdruck-Auslassöffnung 70 blockiert. In dieser Stellung findet eine freie Strömung von der Hochdrucköffnung 62 zu der linken Transfer-Öffnung 66 über die mittlere Hochdruckkammer 84a statt, wodurch die Arbeitskammer 50, wie oben beschrieben, unter Druck gesetzt wird. Die rechte Transfer-Öffnung 64 kommuniziert ebenfalls über die rechte Niederdruck-Transferkammer 84b mit der Niederdrucköffnung 68,- so dass die rechte Arbeitskammer 4β ausser Druck gesetzt wird. Wie oben beschrieben, bleibt das Spindelelement 60 in dieser Stellung, bis der Arbeitskolben 42 das äusserste rechte Ende seiner Bewegung erreicht, wodurch das Ventilspindelelement 60 nach rechts geschoben wird.

In Fig. 7B ist das Ventilelement 60 gezeigt, wie es sich von seiner äussersten linken Stellung durch eine Stellung bewegt, in der es gerade beginnt, seine Zwischenstellany einzunehmen. Es ist zu beachten, dass der äusserste seitliche Bereich 122 der Umfangsflächen jedes Kolbens 72 und 74 im wesentlichen zylindrisch ist, so dass er in die innere Zylinderfläche des Gehäuses 56 passt. Der seitlich nach innen zeigende üm-fangsflächenbereich 124 jedes der Kolben 72 und 74 (d. h. die der Mitte des Spindelelements 60 näheren Flächenbereiche) verjüngen sich jedoch sehr massig nach innen zur Mitte des Spindelelements 60. Für die Darstellung ist diese Verjüngung unter einem etwas grösseren Winkel gezeigt, als sie normalerweise verwendet wird, wobei diese Verjüngung normalerweise etwa 1° zur Längsachse des Spindelelements 60 beträgt. Man sieht, dass bei der in Fig. 7B gezeigten Stellung die sich verjüngende Oberfläche 124 des linken Kolbens 74 mit dem Innenrand 126 der linken Transfer-Öffnung 66 einen verengten, auf dem Umfang verlaufenden Strömungskanal 128 bildet.

Verm sich, der Kolben aus der Stellung der Fig. 7-B weiter zu der Stellung der Fig. 70 bewegt, in der sich das Spindelelement 60 in der Mitte befindet, so öffnet sich bei 130 ein' Kanal von der linken Transfer-Öffnung 66 über die linke Niederdruck-Transferkammer 84c zu der Niederdruck-Auslassöffnung 70. Wegen der sehr schwachen Verjüngung der Oberfläche 124 besitzt der Durchgang 130, sobald sich das Spindelelement 60 eine sehr kurze Entfernung aus der Stellung der Fig. 7B bewegt, eine wesentlich grössere Querschnittsfläche als der Kanal 128, so dass ein grosser Druckabfall von der Einlassöffnung 62 über den Durchgang 128 vorhanden ist und der Druck in der Transfer-Öffnung 66 nahezu augenblicklich auf den in der Auslassöffnung 70 bestehende Druck des Pumpenreservoirs abfällt. Wenn die Spindel 60 die Bewegung nach rechts aus der Stellung von Fig. 7B zu der von 7C fortsetzt, verengt sich, der linke Ströraungskanal 128, während die Verengung des rechten Strömungskanals 128, der durch den Kolben 72 und das Gehäuse 56 begrenzt wird, nachlässt. Da beide sich verjüngenden Oberflächen 124 gleichförmig sind, ist die Verringerungsrate des Querschnitts des linken verengten

Kanals 128 im wesentlichen gleich der Erhöhungsrate der Querschnittsfläche des rechten verengten Strömungskanals 128, so dass der gesamte Strömungsdurchsatz durch beide Kanäle oder Duchführungen 128 konstant ist. Dies ist in dem

Kurvenbild von Fig. 8 dargestellt, bei dem die Strömung durch den linken verengten Strömungskanals 128 mit "a" bezeichnet ist und die durch den rechten verengten Strömungskanal 128 durch "b" gekennzeichnet ist und die zusammengenommene Strömung durch beide Kanäle 128 durch die gestrichelte Linie "c" dargestellt ist.

Bei dem Kurvenbild von Fig. 9 ist der Druck in der linken Transfer-Öffnung 66 bei der Wanderung des Spindelelements 60 aus der Stellung von Fig. 7A zu der von Fig. 7E mit "a" bezeichnet, während der Druck in der rechten Transfer-Öffnung 64 mit "b" bezeichnet ist.

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Wenn sich das Spindelelement 60 durch seine Zwischenstellung bewegt (d. h. von der Stellung der Fig. 7B über die Stellung der Fig. 7C in die Stellung der Fig. 7D) > so befinden sich die rechte und die linke Transfer-Öffnung 64 und 66 auf dem niedrigen Druck des Pumpenreservoirs, da die Strömungskanäle 130 eine wesentlich grössere Querschnitts-Strömungsfläche besitzen als die Kanäle 128 (wenn sich das Spindelelement 60 in der Stellung von Fig. 7G befindet, etwa lOOmal so gross).

Sobald die unter Druck stehenden Arbeitskammern 48 oder 50 ausser Druck gesetzt werden, besteht, wie oben beschrieben, ein augenblickliches Druckungleichgewicht in den beiden Ventilsteuerkammern 104 und I05, wodurch sich das Spindelelement 60 weiter durch seine Mittelstellung zu seiner anderen Endstellung bewegt. Wenn-das Spindelelement die in Fig. 7D gezeigte Stellung erreicht, bewegt es sich von seiner Zwischenstellung in seine rechte Stellung. An diesem Punkt wird der linke verengte Strömungskanal 128 vollständig geschlossen, während der rechte verengte Strömungskanal 128 seine maximale wirksame Querschnittsfläche erreicht hat. Gleichzeitig wird der von der rechten Transfer-Öffnung 64 in die rechte Mederdruck-Auslassöffnung 68 führende Strömungsweg durch den rechten Kolben 72 rasch geschlossen, so dass in der Transfer-Öffnung 64 ein rascher Anstieg vom Pumpenreservoirdruck auf Hochdruck erfolgt. Bei der weiteren nach rechts führenden Bewegung des Spindelelements 60 in die äusserste rechte Stellung von Fig. 7^ ist eine im wesentlichen nicht-eingeengte Strömung von der Hochdrucköffnung 62·zu der Transfer-Öffnung 64 vorhanden, wodurch die rechte Arbeitskammer 48 unter Druck gesetzt wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Gesamtquerschnittsflache der beiden verengten Strömungskanäle 128 im wesentlichen konstant bleibt, wenn sich das Spindel element 60 über seine Zwischenphase von der Stellung der Fig. 7^{B 2}^ der der Fig.

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bewegt. Diese "beiden verengten Strömungskanäle 128 sind im Effekt dieselben verengten Strömungskanäle, die in den schematischen Darstellungen der Fig. 4 "bis 6 bei 114 angedeutet sind. Die effektive, zusammengenommene Querschnittsfläclie der beiden Strömungskanäle 128 ist so dimensioniert, · dass der bei den Kanälen 128 ausgeübte Riickdruck im wesentlichen gleich dem Druck ist, der in einer der Arbeitskammern 48 und 50 besteht, wenn sie durch das entweder in der rechten oder in der linken Stellung stehende Steuerventil 38 unter Druck gesetzt wird. Dadurch wird bewirkt, dass bei der Bewegung des Ventil elements 60 von seiner rechten Stellung durch seine Mittelstellung zu seiner linken Stellung oder umgekehrt der Riickdruck im wesentlichen konstant bleibt, der auf die von der Pumpe 14 ausgehende Hochdruckleitung ausgeübt wird.

Durch, passende Wahl der effektiven Ge samt quer schnittsf lache der Kanäle 128 im Vergleich zu der effektiven Quersehnitts-Strömungsflache der Ausstossdüse 22 und ebenso im Vergleich zu den effektiven Druckflächen des Arbeitskolbens 42 und der Hochdruckkolben 44 nnd 46 und zu den auf den Kolbenaufbau wirkenden Reibungskräften wird das Druckgleichgewicht hergestellt. Zur Erläuterung dieser Beziehung soll nächst angegenommen werden, dass diese Reibungskräfte vernachlässigt werden können und nur eine kleine Korrektur der Beziehung darstellen. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verhältnis des Druckes in den beiden Hochdruckkammern 52 oder 54- zu dem Druck in der Arbeitskammer 50 umgekehrt proportional zu der Fläche des Kolbens 44 (die das Quadrat der Radius des Kolbens 44 mal ?' ist) und proportional zu der Arbeitsfläche des Niederdruckkolbens 42 ist (die das Quadrat des Radius des Kolbens 42 mall/mimis der Querschnittsfläche des Kolbens 44 ist). Der Druckabfall in der Ausstossdüse 22 ist proportional dem Quadrat der Durchschnittsgeschwindigkeit der Flid-dströmung aus der Düse 22 mal der Dichte des Ausstossfluids (d.h. Wasser). In gleicher Weise ist der Druckabfall über die Strömungskanäle 128 proportional dem Quadrat der

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durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch die Kanäle 128 mal der Dichte des Arbeitsfluids aus der Pumpe 14. Die effektive Querschnittsströmungsfläche der Kanäle oder des schematisch hei 114 gezeigten Kanales soll daher proportional der feffektiven Querschnitts-Strömungsflache der Düse 22 mal der Arbeitsfläche des Niederdruckkolbens 42 geteilt durch die Druckfläche irgendeines der "beiden Druckkorben 44 oder 46 multipliziert mit der Quadratwurzel des Verhältnisses der Druckfläche des Arbeitskorbens 42 zu der Druckfläche des Bochdruckkolbens 44 und 46, multipliziert mit der Quadratwurzel des Verhältnisses der Dichte des Arbeitsfluids zu der Dichte des Ausstossfluids sein. Diese Beziehung kann' mathematisch in folgender Weise dargestellt werden:

^Cv V

A » effektive Druckfläche des Arbeitskolbens 42 A * effektive Druckfläche des Druckkolbens 44 oder 46 « effektive Querschnittsströmungsfläche der Düse 22

A « effektive Strömungsfläche der verengten Strömungskanäle 128 des Steuerventils

C_n = öffnungsausstoss-Koeffizient der Düse (Durchfluss-Koeff.)

C » Öffnungsausstoss-Koeffizient der verengten Strömungskäl 128 d Stdü

g
kanäle 128 der Steuerdüse

Dichte des Arbeitsfluids
Dichte des Ausstossfluids.

Um ein numerisches Beispiel zu geben, wird angenommen, dass die Dichte des Arbeitsfluids und des Ausstossfluids gleich sind, dass die Ausstosskoeffizienten gleich sind, und dass die effektive Arbeitsfläche des Kolbens 42 etwa das 4fache der Arbeitsfläche eines der beiden Druckkolben 44 oder 46 ist. Die Ge samt strömung des Arbeitsfluids in eine der beiden Niederdruckkammern 48 oder 50 ist das 4fache der Strömung aus

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einer der beiden Hochdruekkammem 52 und 5^· Gemäss der obigen Formel soll die gesamte wirksame Querschnitts-Strömungsfläche der verengten Düsendurchführung (einer der beiden Kanäle 128 oder der schematisch dargestellte Kanal 114) das 8fache der effektiven Querschnitts-Strömungsfläche der Düse 22 sein. In der Praxis sollen die Kanäle 128 etwas kleiner gewählt werden, um den zur Überwindung der Reibung erforderlichen zusätzlichen¹ Druck zu kompensieren.

Fig. 10 zeigt eine zweite modifizierte Form des Steuerventils der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die dem Ventil 38 der ersten Ausbildung entsprechenden Teile mit der gleichen Zahl bezeichnet werden, zur Unterscheidung der Teile der zweiten Ausbildung jedoch mit dem Suffix "a". Es ist folglich ein Gehäuse 56a vorhanden, in dem eine Ventilspindel 60a mit einem rechten und linken Kolben 72a bzw. 74-a und einem rechten und linken äussersten Endverschlussteil 76a und 78a angeordnet ist. Anstatt jedoch die inneren Umfangsflächenbereiche der Kolben 72a und 74a mit einer sich verjüngenden Oberfläche auszustatten, sind diese Oberflächenbereiche der KoIbenelemente 72a und 74a. bei 124a radial nach innen abgestuft. Wenn das Ventilelement 60a durch seine Mittelstellung hindurchgeht (entsprechend der Bewegung des Ventilelements der ersten Ausführungsform, wenn es sich aus der Stellung der Fig. 7B in die Stellung der Fig. 7D bewegt), so sind zwei verengte Strömungskanäle 128a vorhanden, durch die im wesentlichen gleiche Strömungen stattfinden. Wie beim ersten Ventil ist die zusammengenommene effektive Querschnitts-Strömungsfläche der beiden Kanäle 128a derart, dass der Rückdruck nahezu erreicht wird, der von der Ausstossdüse durch das System auf das unter Druck"stehende Arbeitsfluid zurück ausgeübt wird.

Eine dritte Ausbildung des Steuerventils der ersten Ausführungsform ist in Fig. 11 dargestellt. Bei diesem dritten Ventil ist ein Gehäuse 140 vorhanden, in dem sich ein bewegliches Ventilelement 142 mit einem Hittelkolben 144 und zwei Seitenkolben 146 bzw. 147 und zwei Endverschlusskolben 148 bzw. 149 befindet.

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Es ist eine Hochdruck-Einlassöffnung I50, eine rechte und eine linke Transfer-Öffnung 152 bzw. 154 auf den gegenüberliegenden Seiten der Öffnung I50 und eine rechte und linke Niederdrucköffnung 156 bzw. 158» die nach aussen von den Öffnungen I52 und 154 angeordnet sind, vorhanden.

Diese Komponenten sind in der Weise angeordnet, dass die rechte Transfer-Öffnung 142 mit der Niederdrucköffnung I56 kommuniziert, wenn sich das Ventilelement 142 in der rechten Stellung befindet, wodurch ein Ausströmen des Arbeitsfluids aus der entsprechenden Arbeitskammer ermöglich wird, während Hochdruckfluid aus der Öffnung I50 durch die Transfer-Öffnung 154 geleitet wird, um die, andere Arbeitskammer unter Brück zu setzen. Befindet sich das Ventilelement 142 in seiner linken Stellung, so liegt die entgegengesetzte Situation vor, wobei Hochdruckfluid in die Öffnung 152 geleitet wird und die Öffnung 154 mit dem Niederdruck verbunden ist.

Die Umfangsflache des Mittelkolbens 144 ist bei 160 auf beiden Umfangsbereichen seitlich nach aussen von der Mitte des Mittelkolbens 144 radial nach innen abgestuft. Diese beiden abgestuften Oberflächen 160 bilden zusammen mit dem Gehäuse 140 verengte Strönmngskanäle 162, die im wesentlichen die gleiche Funktion wie die oben genannten Strömungskanäle 128 und 128a des ersten und zweiten Ventils ausüben. Die Arbeitsweise dieser dritten Ventilausbildung wird daher nicht detailliert beschrieben. Sie ist aus der Beschreibung der Arbeitsweise der beiden vorausgehenden Ausbildungen des Steuerventils ersichtlich.

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun in Verbindung mit den Fig. 12 bis 14 beschrieben, nach denen die Arbeitsweise des Steuerventils der zweiten Ausführungsform im einzelnen in Verbindung mit den Fig. 15A bis 15^E beschrieben wird. '

Fig. 12 zeigt eine Druckverstärkereinheit 216, wobei aus Gründen der Klarheit die verschiedenen Fluid!eitungen und

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Kanäle, die in die Einheit 216 eingebaut sind oder an ihr befestigt sind, in Fig. 12 nicht dargestellt sind, sondern schematisch in Fig. 14 gezeigt werden. Gemäss Fig. 12 enthält die Driickver stärker einheit 216 ein Hauptgehäuse 224 mit einem Hauptzylinder 226, einem rechten und linken Abschlussglockenteil 228 bzw. 230, die an den Enden des Zylinders 226 aufgeschraubt sind, und einen rechten und linken Hochdruckzylinder 232 bzw. 234, die in die entsprechenden Abschlussglocken 228 und 23O eingeschraubt sind. Mit dem Gehäuse 224 ist ein Verteilungsblock 236 verbunden, auf dem ein Strömungssteuerventil 238 befestigt ist.

Innerhalb des Gehäuses 224 ist ein hin- und herbeweglicher, einteiliger Kolbenaufbau 240 angeordnet. Dieser Aufbau umfasst einen mittleren Arbeitskolben 242, der innerhalb des Hauptzylinders 226 angeordnet ist und einen grossen Durchmesser aufweist, und einen rechten und linken Hochdruckkolben 244 bzw. 246, die sich in entgegengesetzter Bichtung von dem mittleren Arbeitskolben 242 erstrecken. Der Arbeitskolben 242 unterteilt das Innere des Hauptkolbens 226 in eine rechte und linke Arbeitskammer 248 bzw. 250. Der Hochdruckkolben 244 bewegt sich in einer rechten Hochdruckkammer 252 hin und her, die durch den rechten Zylinder 232 begrenzt wird, während der linke Hochdruckkolben 246 sich in der linken Hochdruckkammer 254 hin- und herbewegt, die durch den anderen Zylinder 234 begrenzt wird.

Das oben genannten Steuerventil 238 umfasst ein Ventilgehäuse 256, das eine Transferkammer 258 begrenzt, in der eine Ventilspindel 260 gleitend befestigt ist. In dem Gehäuse 256 befinden sich eine in der Mitte angeordnete Hochdruckeinlassöffnung 262, eine rechte und linke Transfer-Öffnung 264 bzw. 266 auf den entgegengesetzten Seiten der Einlassöffnung 262 und eine rechte und linke Niederdruck-Auslassöffnung 268 bzw. 270, die nach aussen von den beiden Transfer-Öffnung 264 und 266 angeordnet sind.

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Die Ventilspindel 260 enthält rechte und linke Stege oder Kolben 272 bzw. 274 und ein rechtes und linkes äusserstes Endverschlussteil 276 bzw. 278. Nach aussen von den Verschlussteilen 276 und 278 befinden sich eine entsprechende rechte und linke Steuerkammer 280 bzw. 282, die abwechselnd unter Druck gesetzt werden, um die Spindel 260 zwischen ihren beiden Endstellungen in dem Gehäuse 256 zu bewegen.

Die Mittelöffnung 262 ist mit einer von der Pumpe 214 ausgehenden Hochdruckleitung verbunden, während die Öffnungen 268 und 270 mit der Niederdruck-Rückleitung der Pumpe 214 verbunden sind. Die rechte Transferkammer 264 verbindet die rechte Arbeitskammer 248 und die linke Transfer-Öffnung 266 verbindet mit der linken Arbeitskammer 250. Die Nut oder Kammer 284a, die sich zwischen den beiden Kolbenelementen 272 und 274 befindet, ist eine Hoehdruck-Fluidtransferkammer und übt die Punktion aus, das Hochdruckfluid von der Öffnung 262 entweder zur rechten Transfer-Öffnung 264 oder zur linken Transferöffnung 266 zu leiten, wenn es sich entsprechend in einer rechten oder linken Stellung befindet. Der rechte Kolben 272 und der rechte Verschlusskolben 276 begrenzen eine Nut oder Kammer 284b, die eine Niederdruck-Transferkammer ist, die die Funktion ausübt, die Transfer-Öffnung 264 mit der Niederdruck-Auslassöffnung 268 zu verbinden, wenn sich die Spindel 260 in ihrer linken Stellung befindet. In ähnlicher Weise begrenzen der linke Kolben 274 und der linke Verschlusskolben 278 zwischen sich eine Nut oder Kammer 284c, die die Punktion ausübt, die linke Transfer-Öffnung 266 mit der Niederdruck-Auslassöfnung 270 zu verbinden, wenn sich die Spindel 260 in ihrer rechten Stellung befindet.

Zur Bewegung der Spindel 260 des Ventils 238 zwischen ihrer rechten und linken Stellung ist eine Verschiebeventil 286 vorgesehen. Dieses Verschiebeventil 286 umfasst ein Gehäuse 288, das an dem oben genannten Gehäuse 256 des Ventils 238 befestigt ist. Das Gehäuse 228 schliesst eine Transferkammer 290 ein, in der gleitend eine Spindel 292 angeordnet ist.

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Das Verschiebeventil 286 ist an sich von bekannter Bauart, und wird hier daher nur noch kurz beschrieben.

In dem Ventilgehäuse 288 ist eine mittlere Hochdrucköffnung 294, eine rechte und linke Transfer-Öffnung 296 bzw. 298 und eine rechte und linke äusserste Niederdruck-Transferöffnung 300 bzw. 302 vorhanden. Die Spindel 292 enthält einen rechten und linken Steg oder Kolben 304 bzw. 306, wobei die Spindel die einzige Transferkammer 308, die sich zwischen den beiden Kolben 304 und 306 befindet, unterteilt.

Zur Zuführung von Hochdruckfluid zu der Hochdrucköffnung 294 ist eine Leitung 310 vorhanden, die von der Hochdrucköffnung 262 des Steuerventils 238 über eine verengte Strömungsöffnung 312 zu der Kammer 294 führt. Die rechte Transfer-Öffnung 296 stellt über eine Leitung 314 eine Verbindung zu der rechten Steuerkammer 280 des Ventils 238 her, während die linke Transfer-Öffnung 298 über eine zweite Leitung 3I6 eine Verbindung zu der linken Steuerkammer 282 des Steuerventils 238 herstellt. Befindet sich die Ventilspindel 292 in ihrer rechten, in Fig. 14 gezeigten Stellung, so wird Hochdruckfluid in die rechte Steuerkammer 280 geleitet, wodurch die Spindel 260 des Steuerventils 238 in ihre linke, in Fig. 14 gezeigte Stellung verschoben wird. Wenn die Spindel 292 in ihre linke Stellung verschoben ist, kommuniziert die Hochdrucköffnung 294 mit der Transfer-Öffnung 298, wodurch über die Leitung 316 Hochdruckfluid zu der linken Steuerkammer 282 geleitet wird und die Spindel 260 des Steuerventils 238 in ihre rechte Stellung verschoben wird. Durch passende Wahl der Grosse der Öffnung 312 im Vergleich zum Druck des Hochdruckfluids kann das Ausmass der Bewegung der Spindel 260 des Ventils 238 in der Weise festgelegt werden,, dass die Verschiebewirkung der Einheit 216 in einer gesteuerten V/eise passend durchgeführt wird.

Zum Bewegen der Spindel 292 des Verschiebeventils 286 zwischen

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ihrer rechten und linken Stellung ist ein rechter und linker Verschiebeventil-Betätiger 3I8 bzw. 320 vorhanden, die im wesentlichen miteinander identisch sind. Me Teile des rechten Betätigers 318 sind im einzelnen in Fig. 13 gezeigt. Jeder Betätiger 3I8 weist einen ersten Finger 322 auf, der aus einem entsprechenden Glockengehäuse 228 oder 230 ein kurzes Stück in Längsrichtung in eine dazugehörige Arbeitskammer 248 oder 250 hineinragt. Durch einen dazugehörigen Plungerkolben 324, der in einer Ausnehmung 32^ des dazugehörigen Glockengehäuses 228 oder 230 angeordnet ist und durch eine Feder 328 in Richtung auf den dazuhörigen Finger 322 gedrückt wird, wird dieser Finger 322 in seine herausstehende Stellung gedruckt, in der er in die entsprechende Kammer 248 oder 250 hineinreicht. Der Plungerkolben 324 besitzt eine Stange 330, die sich nach hinten erstreckt und an einer Kompressionsfeder 331 angreift, die ihrerseits im Eingriff mit einem Ende 332a eines flexiblen Kabels 332 steht, das in einem Hantel 334- angeordnet ist. Solche flexiblen Kabel 332 sind bekannt und zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem massigen Ausmass seitlich abgebogen und gekrümmt werden können, in Längsrichtung jedoch im wesentliehen nicht zusammengedrückt werden können.

Das andere Ende des Mantels 334 des flexiblen Kabels 332 ist mit einem dazugehörigen Ende des Gehäuses 288 des Verschiebeventils 286 verbunden. Ein Betätigungsfinger 336» der sich durch das entsprechende Ende des Ventilgehäuses 288 erstreckt und im Eingriff mit dem entsprechenden Ende der Ventilspindel 292 steht, ist im Endteil des Gehäuses 288 befestigt und erstreckt sich in dieses Ende des Mantels. Das andere Ende des Betätigungsfingers 336 steht im Eingriff mit dem angrenzenden Ende 332b des flexiblen Kabels 332.

Wenn der Arbeitskolben 242 in Betrieb seine Bewegungsgrenze erreicht, greift er an dem naheliegenden Stift 322 an, der seinerseits den Plunger 324 gegen die Feder 331 drückt, die

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40 98 3 Γι/π 3 5 7

³²²⁹⁵⁶ _at 2A01341

wiederum gegen das Kabel 332 drückt. Wenn der Arbeitskolben den Finger 322 weiter nach innen drückt, wird die Feder 331 weiter zusammengedrückt, wodurch sich die Kraft erhöht, mit der sie gegen das Kabel 332 presst. In Form der Reibungskraft, die durch jedes der Kabel 332 in seinem zugeordneten Majitel der Betätiger 318 und 32O erzeugt wird, ist eine der Feder 331 entgegenwirkende Kraft vorhanden. Wenn die Feder 331 des Betätigers 318 jedoch einen Kraftwert erreicht, der zum Überwinden dieser Reibungskraft ausreicht, so ist eine "Schnappwirkung" des Betätigungsfingers 336 vorhanden, durch die die Ventilspindel 292 in die entgegengesetzte Stellung verschoben wird und das gegenüberliegende Kabel 332 in seinem Mantel von der Spindel 292 wegbewegt wird.

Wenn die Spindel 292 von der einen Stellung in die andere verschoben wird, wird der Druck in den beiden Steuerkammern 280 und 282, wie vorausgehend beschrieben, umgekehrt, wodurch die Spindel 260 des Steuerventils 238 in die entgegengesetzte Stellung verschoben wird. Die Strömung zu den Arbeitskammern 248 und 250 wird dadurch ihrerseits in der Weise verschoben, dass der Arbeitskolben 242 an seiner Bewegungsbegrenzung in die entgegengesetzte Richtung zu wandern beginnt.

Von besonderer Bedeutung ist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Steuerventil 238. Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden Kolben 272 und ?.74 jeweils einen mittleren, zylindrischen Oberflächenbereich 340 besitzen, der mit der inneren Zylinderfläche 342, die die Ventilkammer 258 begrenzt, genau zusammenpasst. Wie bei der Ventilausbildung der ersten Ausführungsfofm, besitzt auch jeder Kolben 272 und 274 eine nach innen gerichtete, radial sich verjüngende Oberfläche 344·· Zusätzlich besitzt jeder der Kolben 272 und 274 eine nach aussen gerichtete, sich verjüngende Oberfläche 346. Jeder Kolben 272 und 274 besitzt daher insgesamt eine mittlere Zylinderoberfläche 340, die mit der Ventiloberfläche 322 eine Dichtung bildet, und zwei Kegelstumpf-

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oberflächen 344 und 346, die an den gegenüberliegenden Seiten der mittleren Oberfläche 34-0 angeordnet sind und sich unter einem massigen Winkel radial nach innen zur Mittelachse der Spindel 260 verjüngen.

Zur detaillierteren Beschreibung der Arbeitsweise des Steuerventils 238 wird nun auf die Fig. 15A bis 15E Bezug genommen. In Fig. I5A ist das Spindelelement 260 in seiner ganz linken Stellung gezeigt, bei der der rechte Kolben 272 zwischen der Hochdrucköffnung 262 und der rechten Transfer-Öffnung 264 angeordnet ist, so dass er jegliche Strömung dazwischen blokkiert, während der linke Kolben 274 in der Weise angeordnet ist, dass er jede Strömung von der linken Transfer-Öffnung in die Niederdruck-Auslassöffnung 270 blockiert. In dieser Stellung besteht eine freie Strömung von der Hochdrucköffnung 262 über die mittlere Hochdruckkammer 284a zu der linken Transfer-Öffnung 266, wodurch die Arbeitskammer 25>O unter Druck gesetzt wird. Über die rechte Niederdruck-Transferkammer 284b kommuniziert die rechte Transfer-Öffnung 264 ebenfalls mit der Niederdrucköffnung 268, so dass die rechte Arbeitskammer 248 ausser Druck gesetzt wirdl Wie oben beschrieben, bleibt das Spindelelement 260 in seiner Stellung, bis der Arbeitskolben 242 sein äusserstes rechtes Ende der Bewegung erreicht und an dem rechten Verschiebungsfinger 322 angreift, wodurch sich die Spindel 292 des Verschiebeventils 286 nach links verschiebt und die linke Steuerkammer 282 unter Druck gesetzt wird.

In Fig. I5B ist die Bewegung des Ventilelements 260 von der äussersten linken Stellung in eine Stellung dargestellt, in der es gerade im Begriff ist, die Zwischensteilung einzunehmen. Die innere, sich verjüngende Oberfläche 34-4 des linken Kolbens 274- beginnt gerade, mit einem Randbereich 3^9 des Gehäuses 2^6 eine verengte Durchführung 350 zu bilden, die von der Hochdruckkammer 262 in die linke Transferkammer 266 führt. Etwa gleichzeitig beginnt der rechte Kolben 272 mit seiner inneren, sich verjüngenden Oberfläche 344 sich aus dem Eingriff mit

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einer Umfangskante 352 zu lösen, so dass er beginnt, eine Durchführung 354 zu "bilden. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die aussere, sich verjüngende Oberfläche 346 des rechten Kolbens 272 beginnt, eine andere verengte Durchführung 356 zu bilden, die von der rechten Transfer-Öffnung 264 zu der rechten Uiederdrucköffnung 268 führt. Eine ähnliche Durchführung 35S beginnt sich zwischen der linken Transfer-Öffnung und der rechten uiederdrucköffnung 270 längs der äusseren, sich verjüngenden Oberfläche 346 des linken Kolbens 274 zu öffnen.

Fig. 15c zeigt die Ventilspindel 260, wenn sie sich in ihre Hittelstellung bewegt hat. In dieser Stellung haben die beiden verengten Durchgänge 350 und 354-, die von der Hochdrucköffnung 262 zu den Transfer-Öffnungen 264 und 266 führen, im wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche und die beiden auswärts davon angeordneten, verengten Kanäle 356 und 358 haben ebenfalls im wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche.

Bei der Erläuterung der Wirkungsweise der Steuerventils 238 beim Durchgang durch seine Zwischen st el lung, die in Pig. I5C gezeigt ist, werden zwei Faktoren betrachtet. Entsprechend der ausführlichen Erläuterung in Verbindung mit der Arbeitsweise des Ventils 38 der ersten Ausfuhrungsform besteht erstens das mögliche Problem von Druckwellen in den Hochdruck-Arbeitsfluid, das von der Pumpe zu dem Steuerventil geführt wird. Zweitens besteht das, Problem von möglichen Druckwellen auf Grund des Fluids in der Druckverstärker-Vorrichtung.

Dieses letztere Problem wird in Verbindung mit Fig. 12 ausführlicher erläutert. Wenn der Arbeitskolben 242 nach rechts wandert, wird das Fluid (d. h. normalerweise Wasser), das in der Hochdruckkaamer 252 dann unter Druck gesetzt wird, Drücken von etwa 3500 kp/cm² bis 7000 kp/cm² (50 000 bis 100 000 psi) unterworfen. Unter solchen Drücken wird das Wasser um etwa 10 % seines Volumens bei Atmosphärendruck kompri-

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miert. Wenn der Arbeitskorben 242 seine Bewegungsbegrenzung erreicht und sich das Steuerventil 258 zur Aufhebung des Druckes in der Arbeitskammer 250 in die entgegengesetzte Stellung verschiebt, so neigt das Wasser in der Hochdruckkammer 252 folglich dazu, sich gegenüber dem zugeordneten Kolben 244 auszudehnen und einen Druckimpuls oder eine Schockwelle auf das Fluid in der Kammer 250 rückzuübertragen.

Zur weiteren Beschreibung der Arbeitsweise der zweiten Ausführungßform wird das in Verbindung mit den möglichen Druckwellen in dem von der Hochdruckpumpe kommenden Fluid stehende Problem nun erläutert. Befindet sich das Ventil in der Position von Fig. 15c, so verringern sich auf Grund des Druckabfalls in den beiden Kanälen 350 und 35^· die Druckhöhe in den beiden Transfer-Öffnungen 266 und 264 entsprechend. Es besteht ebenfalls ein Druckabfall ausgehend von jeder der Öffnungen 264 und 266 über die verengten Durchgänge 356 bzw. 358 zu den Niederdrucköffnungen 268 bzw. 270. In dieser Zwischenstellung ist der insgesamte Druckabfall an jeder Gruppe von Durchgängen (die rechte Gruppe besteht aus den Durchgängen 35^ und 356 uncL die linke Gruppe aus den Durchgängen 350 und 358) derart, dass er im wesentlichen dem Rückdruck von der Ausstossdüse 22 zusammen mit dem Rückdruck entspricht, der aufgrund von Verlusten in dem System erzeugt wird. Wie bei der ersten Ausführungsform mindert dies die Druckwelle, die ansonsten in dem von der Pumpe zu de Verstärker geführten Fluid vorhanden sein würde. Da sich jedoch in dieser zweiten Ausführungsform der Druckabfall von der Hochdrucköffnung 262 zu der Nieder drucköffnung 268 und 270 über zwei Gruppen von zwei in Reihe liegenden Durchgängen verteilt, werden die Querschnittsflächen jedes der Durchgänge 350, 354, 356 und 358 normalerweise etwas grosser ausgeführt als' bei der ersten Ausführungsform, bei der der Druckabfall über zwei einzelene, nicht in Reihe liegenden Durchgängen erfolgt.

Was das zweite oben genannte Problem betrifft (d. h. möglich

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Druckwellen in der Druckverstärker-Vorrichtung), so leitet die linke Transfer-Öffnung 266 das Arbeitsfluid von der Pumpe unter vollem Druck zur der linken Arbeitskammer 250, wobei sich die Spindel 260 in der in Fig. Λ^Κ gezeigten Stellung befindet. Wenn die Spindel sich aus der Stellung von Fig. 15& herausbewegt hat und von der in Fig. Λ^Β gezeigten Stellung über die Stellung der Fig-. 15C zu der Stellung in Fig. 15B gelangt, vergrössert sich der Durchgang 358 im Querschnitt, wodurch sich der Strömungswiderstand durch den Durchgang entsprechend verringert. Der Druck in der dann unter Druckstehenden Arbeitskammer 250 verringert sich mit einer Geschwindigkeit, die in funktioneller Beziehung mit der Verringerung des Widerstands über den sich aufweitenden Durchgang 358 steht. Eine in der Hoch druckkammer 252 durch Einwirkung des unter Druck stehenden Ausstossfluids verursachte mögliche Druckwelle wird durch diese gesteuerte Abnahme des Druckes in der Arbeitskammer 250 über den Durchgang 358 gemildert.

Bei der Bewegung des Spindeleiementes 260 von der Stellung in Fig. I5D zu der Stellung in Fig. I5E öffnet sich die linke Transfer-Öffnung 266 vollständig gegenüber der linken Niederdrucköffnung 270, so dass der Fluiddruck in der linken Arbeitskammer 25O im wesentlichen auf den Druck in der Niederdruck-Fluidruckleitung abfällt. Die Hochdrucköffnung 262 ist gegenüber der rechten Transfer-Öffnung 264 vollständig geöffnet, wodurch die rechte Arbeitskammer 248 unter Druck steht und sich der Kolben 242 nach links bewegt (Fig. 12). Wenn der Arbeitskolben 242 seine linke Bewegungsbegrenzung erreicht, so greift er an dem linken Verschiebe-Betätigungsmechanismus 320 an, wodurch das Ventil 286 in seine entgegengesetzte Stellung verschoben wird und sich das Spindel el ement 260 in seine linke Stellung zurückbewegt. Bei der Bewegung zurück in seine linke Stellung läuft im wesentlichen die gleiche Arbeitsfolge ab, wie oben in Verbindung mit Fig. I5A bis I5E beschrieben wurde, jedoch in umgekehrter Reihenfolge.

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Wie bei der ersten Ausführungsform wird der Hochdruckausstoss aus de* Druckverstärker 216 der vorliegenden Ausführungsform mittels einer Anordnung von Kontroll vent ilen durch die Düse 22 gerichtet. Da dieses System von Kontrollventilen im wesentlichen das gleiche wie bei der ersten Ausführungsform ist, werden diese Kontrollventile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform gegeben, wobei ein Suffix "a" diese von der zweiten Ausführungsform unterscheidet. Es sind also zwei Einlass-Kontrollventile 109a und 118a vorhanden, die abwechselnd das Ansaugen von Ausstossfluid, wie z. B. Wasser, in die entsprechenden Hochdruckkammern 25^ und 252 ermöglichen. Eine andere Gruppe von Kontrollventilen 116a und 108a verhindert das Rückströmen von Fluid in die Hochdruckkammer 254- oder 252.

Bei der zweiten Ausführungsform ist ein bei 360 schematisch gezeigter Sammler mit der Hochdruck-Ausstossleitung J62 verbunden, die zu der Düse 22 führt. Dieser Sammler 360 ist lediglich ein Hochdruckgefäss zur Aufnahme einer Menge des Ausstossfluids. Da das Ausstossfluid (d. h. Wasser) bei den verwendeten hohen Drücken um etw 10 % zusammengedrückt wird, erzeugt die Kompressibilität des Wassers selbst die Antriebskraft zum Nachliefern von V/asser zu der Hochdruckleitung 252 während des kurzen Zeitintervalls, wenn das Verschieben der Vorrichtung geschieht.

Bei einer sich in Betrieb befindenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschieht aie gesamte, oben beschriebene Folge von Verschiebungen selbstverständlich in einer relativ kurzen Zeitspanne (etwa 1/15 Sekunde). Ebenso ist eine Anzahl von Faktoren vorhanden, die die Dynamik des Systems betreffen (z. B. den Impuls der physikalischen Teile und ebenso des sich durch das System bewegenden Fluids, das Komprimieren des Fluids, die Expansion oder Kompression einiger der physikalischen Teile, usw.) und die den Arbeitsablauf der Erfindung beeinflussen. Ebenso beeinflussen ver~

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schiedene Faktoren, wie ζ. B. die Grosse des Sammlers 360 der Düse 22 die optimale Ausgestaltung des Steuerventils 238. Es ist daher verständlich, dass die oben beschriebene Arbeitsweise des Verschiebemechanismus der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht als erschöpfende Beschreibung betrachtet werden kann, und dass weitere beeinflussende Faktoren vorhanden sind. Unabhängig von der Genauigkeit und der Vollständigkeit der obigen Erläuterung, wurde Jedoch gefunden, dass die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein wirkungsvolles Hochdruckfluidgerät ist und in einem deutlischen Ausmass mit Erfolg unerwünschte Druckwellen abbaut, die ansonsten in solch einem System vorhanden sein würden.

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Claims

Pat entansprüche

Λ Fluiddruck-VerStärkervorrichtung zur Erzeugung einer Strömung eines Hochdruck-Ausstossfluids, wodurch eine Ausstossfunktion, wie die Erzeugung eines Hochdruckstrahles dieses Fluids durch eine Ausstossdüse, erfüllt wird, gekennzeichnet durch

(a) einen Arbeitszylinder (40),

(b) einen Arbeitskolben (42), der in dem Arbeitszylinder angeordnet i'st und den Arbeitszylinder in eine erste und zweite Arbeitskammer (48, 50) unterteilt, wobei der Arbeitskolben und der Arbeitszylinder derart angeordnet sind, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens zwischen den gegenüberliegenden Enden des Zylinders verursacht wird, wenn unter Druck stehendes Arbeitsfluid abwechselnd in die erste und zweite Arbeitskammer geleitet wird,

(c) eine Hochdruck-Ausstosskolbeneinrichtung (44, 46), die kraftschlüssig mit dem· Arbeitskolben in der Weise verbunden sind, dass sie sich entlang eines hin- und herführenden Weges bewegen, wodurch eine Hochdruckströmung des Ausstossfluids abgegeben wird,

(d) eine Ausstosseinrichtung (22) zur Aufnahme der Hochdruckströmung von den Ausstosskolbeneinrichtungen und zur Ausführung der Ausstossfunktion,

(e) wobei die Vorrichtung derart ist, dass die Übertragung der Kraft über den Arbeitskolben, die Kraftverstärkungskolbeneinrichtung und die Ausstosseinrichtung einen Rückdruck auf das Arbeitsfluid in den Arbeitskammern hervorruft,

(f) ein Steuerventil (38) zum abwechselnden Leiten von unter Druck stehendem Arbeitsfluid aus einer Arbeitsfluidquelle (107) in die erste und zweite Arbeitskammer, wodurch die Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens verursacht wird, wobei das Steuerventil (38) ein Ventilelement (60) enthält, das

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(1) in eine erste Stellung verschoben werden kann, in der unter Druck stehendes Arbeitsfluid in die erste Arbeitskammer (48) geleitet wird,

(2) in eine zweite Stellung verschoben werden kann, in der unter Druck stehendes Arbeitsfluid in die· zweite Arbeitskammer (50) geleitet wird, und

(5)in eine Zwischenstellung verschoben werden kann, durch die das Ventil el em ent bei der abwechselnden Bewegung zwischen der ersten und der zweiten Stellung hindurchgeht, wobei das Yentil in der Zwischenstellung sich in einem solchen Zustand befindet, dass das unter Druck stehende Arbeitsfluid von der Arbeitsfluidquelle durch Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtungen geleitet wird, und die den Druck verringernden Strömungsdurchführung seinrichtungen einen zweiten Rückdruck erzeugen, der im wesentlichen den Rückdruck ausgleicht, der sich aus der Übertragung der Kraftverstärkerkoiben einrichtungen und der Ausstosseinrichtungen ergibt, wodurch mögliche Druckwellen in dem Arbeitsfluid vermindert v/erden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstosseinrichtung eine Ausstossdüse (22) mit einer vorgegebenen wirksamen Querschnittsströmungsfläche enthält, wobei die Vorrichtung so eingerichtet ist, dass der Rückdruck auf das Arbeitsfluid hauptsächlich durch den Rückdruck bei der Ausstossdüse verursacht wird, die Druck verringernden Strömungsdurchführungseinrichtungen (128) des Steuerventils eine wirksame Querschnittsströmungsfläche mit einer vorgegebenen Proportionalbeziehung zu der wirksamen Strömungsfläche der Düse besitzen, wodurch der Rückdruck bei dem Druck verringernden Strömungskanal und der Düse entsprechend ansteigt oder absinkt, wenn die Strömung des Arbeitsfluids zur Verursachung eines entsprechenden Anstiegs oder Abfalls der Strömung des Hochdruck-Ausstossfluids ansteigt oder abfällt, um einen im wesentlichen

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konstanten Rückdruck auf das zu dem Steuerventil geleitete Arbeitsfluid zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung eine wirksame Fläche besitzt, die etwa gleich dem Wert ist, der aus der folgenden Gleichung berechnet wird:

wobei:

A = die wirksame Druckfläche des Arbeitskolbens A = die wirksame Druckfläche des Hochdruckkolbens

A = die wirksame Querschnittsströmungsfläche der Ausstossdüse

A = die wirksame Strömungsfläche der den Druck verringernden Strömungsdurchführung

C = Öffnungs-Ausstosskoeffizient der Ausstossdüse

C = öffnungs-Ausstsosskoef-fizient der den Druck verringernden Strömungsdurchführung

D_w = Dichte des Arbeitsfluids
D_Q = Dichte des Ausstossfluids.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (38) folgende Teile enthält: (a) ein erstes Ventilbestandteil mit

(1) einer Hochdruck-Öffnungseinrichtung (62), die

mit der Quelle des Hochdruck-Arbeitsfluids verbunden werden kann,

(2) eine erste Transfer-Öffnungseinrichtung (64), die mit der ersten Arbeitskammer verbunden ist,

(3) eine zweite Transfer-Öffnungseinrichtung (66), die mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist, und

(4) eine Niederdruck-Öffnungseinrichtung (68, 70), die mit einen Niederdruöcbeieich verbunden werden kann,

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ob

(b) ein zweites Ventilbestandteil (60), das relativ zu. dem ersten Bestandteil verschoben werden kann, mit

(1) einer ersten Stellung, in der die Hochdrucköffnungseinrichtung der ersten Transfer-Öffnungseinrichtung verbunden ist und die zweite Transfer-Öffnungseinrichtung mit der Mederdrucköffnungseinrichtung verbunden ist,

(2) eine zweite Stellung, in der die zweite Transfer-Öffnungseinrichtung mit der Hochdruck-Öffnungseinrichtung verbunden ist und die erste Transferöffnungseinrichtung mit der liiederdruck-Öffnungseinrichtung verbunden ist, und

(3) eine dritte Zwischenstellung, in der die Hochdruck-Öffnungseinrichtung mit der den Druck verringernden Strömungsdurchführungseinrichtung zu einem Bereich geringen Druckes verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilbestandteil derart sind, dass sie eine sich verjüngende Durchführungseinrichtung begrenzen, die als diese den Druck verringernde Strömungsdurchfübungseinrichtung (llM, 128) wirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass auf den gegenüberliegenden Seiten der Hochdruck-Transferöffnungseinrichtung zwei sich verjüngende Durchführungen ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass atif den gegenüberliegenden Seiten der Hochdruck-Öffnungseinrichtung zwei verengte Strömungsdurchführungen vorbanden sind, um die den Druck verringernde Strömungsdur chführungseinrichtung herzust eilen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (38) derart ist, dass, wenn sich das Ventilelement (60) in seiner Zwischenstellung befindet,

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«3 γ

die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung (128) so angeordnet ist, dass das unter Druck stehende Arbeitsfluid von der dann auf Grund des Arbeitsfluids unter Druck stehenden Arbeitskammer durch die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung geleitet wird, um eine gesteuerte Verringerung des Druckes in der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer zu erzeugen, wodurch mögliche Druckwellen in der Vorrichtung vermindert werden.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (38) folgende Bestandteile enthält:

(a) ein erstes Ventilbestandteil mit

(1) einer Hochdruck-Öffnungseinrichtung (62), die mit der Quelle des Hochdruck-Arbeitsfluids verbunden werden kann,

(2) einer ersten Transfer-Öffnungseinrichtung ( 64 ), die mit der ersten Arbeitskammer verbunden ist,

(3) einer zweiten Transfer-Öffnungseinrichtung (66 ), . die mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist, und

(4-) einer Niederdruck-Öffnungseinrichtung (68, 70), die mit einem Niederdruckbereich verbunden werden 'kann,

(b) ein zweites Ventilbestandteil ( 6o), das relativ zu dem ersten Bestandteil verschiebbar ist, mit

(1) einer ersten Stellung, in der die Hochdruck-Öffnungseinrichtung mit der ersten Transfer-Öffnungseinrichtung verbunden ist und die zweite Transfer-Öffnungseinrichtung mit der Niederdrcuk-

■ Öffnungseinrichtung verbunden ist,

(2) einer zweiten Stellung, in der die zweite Transfer-Öffnungseinrichtung mit der Hochdruck-Öffnungseinrichtung verbunden ist und die erste Transfer-Öffnungseinrichtung mit der Niederdruck-

. Öffnungseinrichtung verbunden ist,

(3) einer dritten Zwischenstellung, in der die Hoch-

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druck-öffnungseinrichtung mit der den Druckverringernden Strömungsdruckführung s einri cht ung zu einer Fläche geringeren Druckes verbunden ist und die dann unter Druck stehende Arbeitskammer über die dazu gehörende Transfer-Öffnungseinrichtung und diese den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung zur einer Fläche geringeren Druckes verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilbestandteil derart sind, dass, wenn sich der zweite Ventilbestandteil in seiner Zwischenstellung befindet, der erste und zweite Ventilbestandteil eine verengte Durchführung von der Transfer-Öffnung der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer zu der Kiederdruck-Öffnungs einri cht ung begrenzen.

11. Vorrichtung nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilbestandteil derart sind, dass sie zwischen der Transfer-Öffnungseinrichtung der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer und der Wi ederdruck-Öffnungs einri cht ung eine sich verjüngende Durchführung begrenzen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich der zweite Ventilbestandteil in seiner Zwischenstellung befindet, zwischen der Hochdruck-Öffnung seinrichtung und der ersten und zweiten Transfer-Öffnungseinrichtung verengte Durchführungen gebildet sind und ebenso zwischen der ersten und zweiten Transferöffnungseinrichtung und der Niederdruck-Transferöffnungseinrichtung verengte Durchführungen gebildet sind.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigatens eine Gruppe der in Anspruch 12 genannten verengten Durchführungen aus sich verjüngenden Durchführungen besteht.

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14. Fluiddruck-Verstärkervorrichtung zur Erzeugung einer Strömung eines Hochdruck-Ausstossfluids, wodurch, eine Ausstossfunktion, wie die Erzeugung eines Hochdruckstrahles dieses Fluids durch eine Ausstossdüse, erfüllt wird, gekennz e i chnet durch
(a) einen Arbeitszylinder (226),

Cb) einen Arbeit sko Ib en (242), der in dem Arbeitszylinder angeordnet ist und den Arbeitszylinder in eine erste und zweite Arbeitskammer (248,250) unterteilt, wobei der Arbeitskolben und der Arbeitszylinder derart angeordnet sind, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens zwischen den gegenüberliegenden Enden des Zylinders verursacht wird, wenn unter Druck stehendes Arbeitsfluid abwechselnd in die erste und zweite Arbeitskammer geleitet wird,

(c) eine Hochdruck-Ausstosskolbeneinrichtung (£44,24-6 ), die kraft schlüssig mit dem Arbeitskolben in der Weise verbunden sind, dass sie sich entlang eines hin- und herführenden Weges bewegen, wodurch eine Hochdruckströmung des Ausstossfluids abgegeben wird,

(d) eine Ausstosseinrichtung (22) zur Aufnahme der Hochdruckströmung von den Ausstosskolbeneinrichtungen und zur Ausführung der Ausstossfunktion,

(e) wobei die Vorrichtung derart ist, dass die Übertragung der Kraft über den Arbeitskolben, die Kraftverstärkung sko Ib ene inri cht ung und die Ausstosseinrichtung einen Eückdruck auf das Arbeitsfluid in den Arbeitskammern hervorruft,

(f) ein Steuerventil (238) zum abwechselnden Leiten von unter Druck stehendem Arbeitsfluid aus einer Arbeitsfluidquelle (107) in die erste und zweite Arbeitskammer, wodurch die Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens verursacht wird, wobei das Steuerventil (2J^) ein Ventilelement ( 26o) enthält, das

(1) in eine erste Stellung verschoben werden kann, in der unter Druck Gehendes Arbeitsfluid in die erste Arbeitskammer (248) geleitet wird,

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(2) in eine zweite Stellung verschoben werden kann, in der unter Druck Gehendes Arbeitsfluid in die zweite Arbeitskammer (250) geleitet wird, und

(3) in eine Zwischenstellung verschoben werden kann, durch die das Ventilelement bei der abwechselnden Bewegung zwischen der ersten und zweiten Stellung hindurchgeht, wobei sich das Ventil in dieser Zwischenstellung in einem solchen Zustand befindet, dass das unter Druck stehende Arbeitsfluid aus der dann durch das Arbeitsfluid unter Druck gesetzten Arbeitskammer über die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung geleitet wird, um eine gesteuerte Verringerung des Druckes in der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer zu erzeugen, wodurch mögliche Druckstösse in der Vorrichtung vermindert werden.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil {£58) folgende Teile enthält:

(a) ein erstes Ventilbestandteil mit

(1) einer Hochdruck-Öffnungseinrichtung (262), die mit der Quelle des Hochdruck-Arbeitsfluids verbunden werden kann,

(2) eine erste Transfer-Öffnungseinrichtung (264), die mit der ersten Arbeitskammer verbunden ist,

(3) eine zweite Transfer-Öffnungseinrichtung (266), die mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist, und

(4) eine Ifiederdruck-Öffnungseinrichtung (268,270), die mit der Nxederdruckflache verbunden werden kann,

(b) ein zweites Ventilbestandteil ( 260), das relativ zu dem ersten Bestandteil verschoben werden kann mit (1) einer ersten Stellung, in der die Hochdrucköffnungseinrichtung der ersten Transfer-Öffnungseinrichtung verbunden ist und die zweite Transfer-Öffnungseinrichtung mit der Niederdrucköffnungseinrichtung verbunden ist,

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(2) eine zweite Stellung, in der die zweite !Transfer-Öffnung seinrichtung mit der Hochdruck-Öffnungseinrichtung verbunden ist und die erste Transferöffnungseinrichtung mit der Niederdruck-Öffnungseinrichtung verbunden ist, und

(3) eine dritte Zwischenstellung, in der die dann unter Druck stehende Arbeitskammer über die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung zu dem Niederdruckbereich verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung eine sich verjüngende Durchführung enthält, die von der dazugehörenden Transfer-Öffnungseinrichtung zu dem Niederdruckbereich, führt.

17· Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilbestandteil derart sind, dass, wenn sich der zweite Ventilbestandteil durch seine Zwischenstellung bewegt, die von der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer herführende, verengte Durchführung in der Querschnittsfläche zunimmt, um für die hindurchführende Strömung einen abnehmenden Widerstand darzustellen.

18. Verfahren zum Vermindern möglicher Druckwellen in Verbindung mit einer Vorrichtung, enthaltend:

(a) einen Arbeitszylinder,

(b) einen Arbeitskolben, der in dem Arbeitszylinder angeordnet ist und den Arbeitszylinder in eine erste und zweite Arbeitskammer unterteilt, wobei der Arbeitskolben und der Arbeitszylinder derart angeordnet sind, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens zwischen den gegenüberliegenden Enden des Zylinders verursacht wird, wenn unter Druck stehendes Arbeitsfluid abwechselnd in die erste und zweite Arbeitskammer geleitet wird,

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³²²⁹⁵⁶ ._ ■ 24013A1

(c) eine Hochdruck-Ausstosskolbeneinrichtung , die kraftschlüssig mit dem Arbeitskoben in der Weise verbunden sind, dass sie sich entlang eines hin- und herführenden Weges bewegen, wodurch eine Hochdruckströmung des Ausstossfluids abgegeben wird,

(d) eine Ausstosseinrichtung zur Aufnahme der Hochdruckströmung von den Ausstosskolbeneinrichtungen und zur Ausführung einer Ausstossfunktion,

(e) wobei die Vorrichtung derart ist, dass die Übertragung der Kraft über den Arbeitskoben, die Kraftverstärkungskolbeneinrichtung und die Ausstosseinrichtung einen Rückdruck auf das Arbeitsfluid in den Arbeitskammern hervorruft,

(f) ein Steuerventil zum abwechselnden Leiten von unter Druck stehendem Arbeitsfluid aus einer Arbeitsfluidquelle in die erste und zweite Arbeitskammer, wodurch eine Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens verursacht wird, wobei das Steuerventil ein Ventilelement enthält, das

(1) in eine erste Stellung verschoben werden kann, in der unter Druck stehendes Arbeitsfluid in die erste Arbeitskammer geleitet wird,

(2) in eine zweite Stellung verschoben werden kann, in der unter Druck stehendes Arbeitsfluid in die zweite Arbeitskammer geleitet wird, und

(3) eine Zwischenstellung verschoben werden kann, durch das das Ventilelement bei der abweechselnden Bewegung zwischen der ersten und zweiten Stellung hindurchgeht ,

dadurch gekennzeichnet, dass man unter Druck stehendes Arbeitsfluid, während das Ventilelement durch seine Zwischenstellung hindurchgeht, durch die den Druck verringernde Strömimgodureiifübungseinrichtung leitet _s um einen Rückdruck zu erzeugen, der im wesentlichen den Rückdruck ausgleicht, der sich aus der Kraftübertragung über den Arbeitskolben, die Kraftverstärkerkolbeneinrichtung und die Ausstosseinrichtung ergibt.

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⁵²²⁹⁵⁶ . „3 2A01341

19· Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Ausstossfluid durch eine Ausstossdüse mit einer vorgegebenen wirksamen Querschnitt si la ehe geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass man das Arbeitsfluid, wenn sich das Ventilelement in seiner Zwischenstellung befindet, durch die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung mit einer v/irksamen Querschnittsfläche leitet, die in einer vorgegebenen proportionalen Beziehung zu der wirksamen Strömungsfläche der Ausstossdüse steht, wodurch der RückdrUQk der den Druck verringernden Strömungsdurchführung und der Düse entsprechend, ansteigt oder abfällt, wenn zur Erzeugung einer Erhöhung oder Verminderung der Strömung des Hochdxmck-Ausstossfluids die Strömung des Arbeitsfluids erhöht oder verringert wird, um einen im wesentlichen konstanten Rückdruck auf das durch das Steuerventil geleitete Arbeitsfluid zu erzeugen.

20. Verfahren nach Anspruch 19* dadurch gekennzeichnet, dass man das Arbeitsfluid, wenn sich das Ventilelement in seiner Zwischenstellung befindet, durch eine den Druck verringernde Strömungsdurchführung mit einer wirksamen Fläche leitet, die etwa gleich dem Wert ist, der aus der folgenden Gleichung berechnet wird:

wobei:

A = die wirksame Druckfläche des Arbeitskolbens A == die wirksame Druckfläche des Hochdruckkolbens

A_n = die wirksame Querschnitts-Strömungsflache der Ausstaossdüse

A_v = die wirksame Strömungsfläche der den Druck verringernden Strömungsdurchführung

C_n = Öffnungsausstoss-Koeffizient der Ausstossdüse

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f "f

C = Offnungsausstoss-Koeffizient der den Druck verringernden Strömungsdurchführung

D_w = Dichte des Arbeitsfluids
D = Dichte des Austossfluids.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass man das unter Druck stehende Arbeitsfluid, während das Ventilelement durch seine Zwischenstellung hindurchgeht, von der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer über die den Druck verringernde Strömungsdurchführungseinrichtung zu einer Mederdruckf lache leitet, um eine gesteuerte Verringerung des Druckes in der dann unter Druckstehenden Arbeitskammer zu erzeugen, wodurch mögliche Druckstösse in der Vorrichtung vermindert werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man den Widerstand der Strömung aus der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer über die den Druck verringernde Strömungsdur^führungseinrichtung vermindert, wenn sich das Ventilelement weiter durch seine Zwischenstellung hindurchb ewegt.

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