DE2401341C2

DE2401341C2 - Fluiddruck-Verstärkervorrichtung zur Erzeugung eines Hochdruck-Fluidstrahls

Info

Publication number: DE2401341C2
Application number: DE2401341A
Authority: DE
Inventors: John Henry Vashon Wash. Olsen
Original assignee: Flow Research Inc
Current assignee: Flow Research Inc
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1974-01-11
Publication date: 1986-01-16
Also published as: NL7400433A; JPS49101906A; IT1008123B; DE2401341A1; JPS614997B2; IL43965A0; AU6425974A; CA1006787A; GB1420424A; SE398911B; IN141336B; IL43965A

Description

Cj _ C_nA_nA, " » λ

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wobei in dieser Gleichung bedeuten:

Aw — die effektive Druckwirkfläche des Arbeits-

kolbens(42);

Ap = die effektive Druckwirkfläche des Hochdruckkolbens (44,46);

A_n =· die effektive Querschnittsfläche der Ausstoßdüse (22); Av = die effektive Querschnittsfläche des Druck reduzierenden Strömungsdurchgangs (128, 128a. 350,354);

C_n - Ausstoßkoeffizient der Ausstoßdüse (22); Cy = Ausstoßkoeffizient des Druck reduzierenden Strömungsdurchgangs (128,128a, 350, 354);

D_w = Dichte des Arbeitsfluids; D₀ = Dichte des ausgestoßenen Fluids;

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derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Ausstoßdüse (22) auf das Arbeitsfluid in den Arbeitskammern (48,50) einen Rückdruck ausübt, dem ein sich entsprechend dem Ansteigen oder Absinken des Hochdruckfluidausstoßes ändernder Gegendruck eo im Druck reduzierenden Strömungsdurchgang (128, 128a, 350,354) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ventilelement (60) des Steuerventils (38 ...) der druckreduzierende Strömungsdurch- gang (128...) durch die Ausbildung von sich verjüngenden Teilen gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

Die Erfindung betrifft eine Fluiddruck-Verstärkervorrichtung zur Erzeugung eines Hochdruck-Fluidstrahls gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus US-PS 30 70 023 ist eine Fluiddruck-Verstärker-Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, die einen Arbeitszylinder, einen Arbeitskolben und eine Hochdruckausstoßkolbeneinrichtung und ein Steuerventil mit zwei Stellungen enthält Diese Fluiddruck-Verstärkervorrichtung dient als Pumpe und sie ist speziell so ausgelegt, daß sie Glykol als Arbeitsfluid pumpt, durch das Feuchtigkeit aus Naturgas entfernt wird. Hierbei sollen insbesondere Schwierigkeiten im Zusammenhang mit undichten Stellen oder Leckstellen überwunden werden, die ihre Ursache in dem Niederdruck-Pumpfluid haben.

Aus US-PS 29 42 584 ist ein Steuerventil bekannt, das eine Zwischenstellung hat, wobei drosselnde Durchgänge vorgesehen sind, die einen allmäbüchen Übergang des Drucks von eir.ar Seite eines hin- und hergehenden Kolbens zu der anderen Seite ermöglicht Der Fluidstrom von dem Steuerventil wird mit dem Kolben gesteuert und geregelt, so daß sich Druckquellen des unter Druck stehenden zu dem Steuerventil strömenden Fluids nicht verhindern lassen. Wenn das Steuerventil hierbei seine Mittelstellung einnimmt, so sind die Drosseldurchgänge offen, so daß der Rückdruck an dem Steuerventil momentan herabgesetzt wird, bis der eine oder der andere Durchgang geschlossen wird, Hierdurch entstehen unvermeidlich Druckschwankungen im Fluidstrom zum Steuerventil. Zweck dieser Ausbildung des Steuerventils ist, heftige Stöße gegen die Zylinder-" deckel und die Kolben sowie der damit verbundenen Teile aufgrund von Druckänderungen zu vermeiden, die sich in den Räumen auf der jeweiligen Seite der Kolben ändern, wenn die Bewegungsrichtung des Kolbens umgekehrt wird. Mit Hilfe der Drosseldurchgänge läuft diese Änderung sowohl im Sinne des Anstiegs als auch im Sinne des Abfalls allmählich ab.

Aus den US-PS 20 00 805 und 34 65 686 sind Ausbildungsformen von Steuerventilen bekannt, die für andere Anwendungsgebiete bestimmt sind.

Aus der Literaturstelle Dr. H. Zoebl »ölhydraulik«, Wien, Springer-Verlag, 1963. Seiten 148 sowie 201 —204 ^rind Drosseln und Drosselventile bekannt Ihre Aufgabe ist darin zu sehen, die Bewegungsgeschwindigkeit eines Arbeitskolbens oder eines Ölmotors stufenlos zu regeln. Hierbei lassen sich Pulsationen des Arbeitsfluids dämpfen, die durch eine angeschlossene Förderpumpe erzeugt werden. Der ferner noch in dieser Literaturstelle angegebene Schieber mit negativer Überdeckung ist so beschaffen, daß beim Schaltvorgang keine oder möglichst geringe Druckstöße auftreten. Auch derartige Druckstöße haben ihre Ursache in der pulsierenden Förderung der Förderpumpe bei der Arbeitsfluidzuleitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluiddruck-Verstärkervorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß sich störend auswirkende Druckwellen abgebaut werden, die im Arbeitsfluid, insbesondere in jenem Teil des Arbeitsfluids auftreten, das

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zum Steuerventil strömt, wobei es sich hierbei um Druckwellen handelt, die ihre Ursache einerseits im Ausstoßen des Fluids über eine Ausstoßdüse und andererseits in der schaltungstechnischen Verknüpfung der Kolben und Ventile in der Vorrichtung selbst haben.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Fluiddruck-Verstärkervorrichtung gelöst

Bei der erfir.dungsgemäßen Fluiddruck-Verstärkervorrichtung wird ein vorbestimmter Zusammenhang zwischen der effektiven Querschnittsfläche des Arbeitskolbens und der Querschnittsfläche eines kleineren Kolbens und zwischen den effektiven Querschnitteflächen der Ausstoßdüse und dem effektiven Strömungsquerschnitt eines druckreduzierenden Strömungsdurchgangs des Steuerventils angegeben, wodurch sich die störenden Druckwellen vermeiden lassen. Hierbei ist die Auslegung derart getroffen, daß das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid, das in das Steuerventil gelangt, einen bestimmten Rückdruck erzeugt, wenn das unter sehr hohem Druck stehende auszustc3er.de Fluid durch die Ausstoßdüse geht und austritt Während der Verschiebungsbewegung des Steuerventils ist die effektive Querschnittsfläche des druckreduzierenden Strömungsdurchgangs relativ zur Ausstoßdüse und auch relativ zu den zu den Druckwirkflächen der beiden Kolben derart in abgestimmter Weise bemessen, daß sie nicht größer als der gleiche Rückdruck ist, der auf das unter Druck gesetzte Arbeitsfluid während des Zeitraums wirkt, wenn das Steuerventil nicht verschoben ist Somit wird bei der erfindungsgemäßen Fluiddruck-Verstärkervorrichtung in allen Arbeitsstellungen des Steuerventils, also auch in der Zwischenstellung desselben, über den druckreduzierenden Strömungsdurchgang im Steuerventil ein solcher Gegendruck erzeugt, daß dieser im Gleichgewicht mit jenem Rückdruck steht, den die Ausstoßdüse auf das Arbeitsfluid in den Arbeitekammern ausübt. Durch diesen Druckausgleich wird die Auswirkung der Druckwellen herabgesetzt, die in der Hochdruckseite oes Arbeitsfluids auftreten sowie auch jene Auswirkungen von Druckwellen, die in der Fluiddruck-Verstärkervorrichtung selbst erzeugt werden und dann im System weiter übertragen werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.

Die Erfindung wird nachstehend i»n Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Fluiddruck- Vers tärkervorrichiung insgesamt,

Fig.2 eine Teilschnittansicht der Fluiddruck-Verstärkervorrichtung,

F i g. 3 eine Schnittansicht eines der verschiedenen Ventile der Vorrichtung von F i g. 2,

Fig.4 bis 6 schematische Ansichten zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Fluiddruck-Verstärkervorrichtung,

F i g. 7A bis 7E schematische Ansichten zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Steuerventils hierbei,

F i g. 8 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Steuerventils bei der Arbeitsweise erläutert anhand den F i g. 7A bis 7E,

F i g. 9 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Druckänderungen des Steuerventils bei der Arbeitsweise nach den Fig. 7Abis7E,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante der·.Steuerventils,

F i g. 11 eine schematiche Darstellung einer dritten Ausführungsvariante des Steuerventils,

F ig. 12 eine Teilschnittansicht einer Ausführungsvariante einer Fluiddruck-Verstärkervorrichtung,

F i g. 13 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung des Verschiebeventils bei der Ausführungsvariante nach Fig. 12,

F i g. 14 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Fluiddruck-Verstärkervorrichtung nach F i g. 12, und

ίο Fig. 15A bis 15E schematische Ansichten zur Verdeutlichung der Arbeiteweise des Steuerventils bei der Ausführungsvariante nach F i g. 12.

F i g. 1 zeigt einen Elektromotor 10, der eine hydraulische Pumpe 14 antreibt, die ihrerseits das Arbeitsfluid zu einer Fluiddruck-Verstärkervorrichtung 16 fördert Die Fluiddruck-Verstärkervorrichtung 16 saugt Arbeitsfluid (wie Wasser) von einer Arbeitsfluidquelle, wie einem Reservoir 18 an und gibt das Wasser unter sehr hohem Druck durch eine Ausstoßeinrichtung ab, die hier als ein Rohr 20 mit einer Ausstoßdüse 22 geringer Fläche dargestellt ist Dies führt zur Abgabe eines Fluidstrahls aus der Ausstoßdüse 22 von kleii.em Durchmesser (z. B. 0,75 mm) und von sehr hoher Geschwindigkeit (z. B. 366 m pro Sekunde oder mehr).
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die verschiedenen rluidleitungen und -kanäle für die Fluiddruck-Verstärkervorrichtung 16 in F i g. 2 weggelassen, werden jedoch schematisch in den F i g. 4 bis 6 dargestellt. Gemäß Fig.2 enthält die Fluiddruck-Verstärkervorrichtung 16 ein Gehäuse 24 mit einem Arbeitszylinder 26, einen rechten und linken Abschluß-Glockenteil 28 bzw. 30, die am Ende des Arbeitszylinders 26 befestigt sind, und einen rechten und linken Hochdruckzylinder 32 bzw. 34, die in die entsprechenden Glockenteile 28 und 30 eingeschraubt sind. Mit dem Gehäuse 24 ist ein Leitungsverzweigungsblock 36 verbunden, auf dem ein Strömungs-Steuerventil 38 befestigt ist

Innerhalb des Gehäuses 24 ist hin- und herbeweglich eine einteilige Kolbenanordnung 40 vorgesehen. Diese Kolbenanordnung 40 umfaßt einen mittleren Arbeitskol^:.en 42, der innerhalb des Arbeitszylinders 26 angeordnet ist und einen größeren Durchmesser besitzt, und eine rechte und linke Hochdruck-AusstoQkolbeneinrichtung 44 bzw. 46, die sich in entgegengesetzter Richtung von dem mittleren Arbeitskolber· 42 erstrecken. Der Arbeitskolben 42 unterteilt das Innere des Arbeitszylinders 26 in eine rechte und linke Arbeitskammer 48 bzw. 50. Die Hochdruck-Ausstoßkolbeneinrichtung 44 führt in der rechten Hochdruckkammer 52, die durch den rechten Hochdruckzylinder 32 begrenzt ist, eine Hin- und Herbewegung aus, während der linke Hochdruckkclben 46 in der linken Hochdruckkammer 54, &e durch den anderen Hocndruckzylinder 34 begrenzt ist, eine Hin- und Herbewegung ausführt.
Das oben genannte Steuerventil 38 hat ^in Ventilgehäuse 56, das eine Kammer 58 begrenzt, in der ein Ventilelement 60 verschiebbar angeordnet ist. In dem Gehäuse 56 befindet sich eine in der Mitte angeordneten Hochdruckfluid-E!iilaßöffnung 62, eine rechte und linke Öffnung 64 bzw. 66 an den gegenüberliegenden Seiten der Einlaßöffnung 62 und eine rechte und linke Niederdruck-Auslaßöffnung 68 bzw. 70, die riazh außen von den beiden öffnungen 64 und 66 angeordnet sind.

Das Ventilelement 60 enthält einen rechten und Hnken stegförmigen Ko.'ben 72 bzw. 74 und ein rechtes und linkes äußerstes Endverschiußteil 76 bzw. 78. Nach außen von den beiden Verschlußteilen 76 zbs 78 befindet sich eine rechte und linke Feder 80 bzw. 82, die das

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Ventilelement 60 in seine Mittelstellung oder Zwischenstellung in dem Gehäuse 56 drücken. Jede Feder 80 und 82 besitzt einen Haltering 83, der an einer Halteschulter 83a angreift und verhindert, daß eine der Federn 80 oder 82 das Ventilelement 60 über seine Zwischenstellung hinaus bewegt.

Die Mittelöffnung 62 ist mit einer Hochdruckleitung, die von der Pumpe 14 kommt, verbunden, während die öffnungen 68 und 70 mit der Niederdruck-Rückleitung der Pumpe 14 verbunden sind. Die rechte öffnung 64 stellt eine Verbindung mit der rechten Arbeitskammer 48 und die linke öffnung 66 eine Verbindung mit der linken Arbeitskammer 50 her. Die zwischen den beiden Kolben 72 und 74 angeordnete Nut oder Kammer 84a stellt eine Hochdruckfluid-Übertragungskammer dar und funktioniert in der Weise, daß sie Hochdruckfluid von der öffnung 62 entweder zu der rechten öffnung 64 oder der linken öffnun" 66 !eiset ν^^{Αηη c}·^ c!/*h in Hpr rechten bzw. linken Stellung befindet. Der rechte Kolben 72 und der rechte Verschlußkolben 76 begrenzen eine Nut oder Kammer 84f», die eine Niederdruck-Ühertragungskammer darstellt, die eine Verbindung von der öffnung 64 zu der Niederdruck-Auslaßöffnung 68 herstellt, wenn sich das Ventilelement 60 in seiner linken Stellung befindet. In ähnlicher Weise begrenzen der linke Kolben 74 und der linke Verschlußkolben 78 zwischen sich eine Nut oder Kammer 84c, die eine Verbindung von der linken öffnung 66 zu der Niederdruck-Auslaßöffnung 70 herstellt, wenn sich das Ventilelement 60 in seiner rechten Stellung befindet.

Um das Ventilelement 60 des Steuerventils 38 zwischen seiner rechten und linken Stellung zu bewegen, sind zwei Verschiebeventile 85 bzw. 86 vorhanden, die in dem rechten bzw. linken Glockenteil 28 und 30 des Gehäuses 24 angeordnet sind. Aus Übersichtlichkeitsgrün-■ den ist nur das rechte Verschiebeventil 85 in F i g. 2 im

Schnitt dargestellt (die Ventile 85 und 86 sind im wesentlichen identisch). Jedes Ventil 85, 86 enthält eine Muffe 88, in der ein Stößel 90 verschiebbar angeordnet ist. Es ist eine Einlaßöffnung 92 und eine Auslaßöffnung 94 vorhanden, wobei die öffnung 92 gegenüber der Auslaßöffnung 94 geschlossen ist, wenn sich das Ventil in der in F i g. 2 und 3 gezeigten, geschlossenen Stellung befindet. Der Stößel 90 wird durch eine Kompressionsfeder 96 in seine geschlossene Stellung gedruckt. Zum öffnen des Ventils 85 oder 86 ist ein Betätigungsstift 98 vorgesehen, der an dem Stößel 90 anstößt, sich durch das Gehäuse erstreckt und in das Ende seiner entsprechenden ersten und zweiten Arbeitskammer 48 oder 50 hineinragt. Ein EL-jtellanschlag 100 an dem Stift 98 ermöglicht die Einstellung der Schließstellung des Stößels 90, wobei sich der Stift 98 in die erste und zweite Arbeitskammer 48 oder 50 erstreckt. Durchführungen 101 in dem Stößel 90 ermöglichen eine Strömung von der Einlaßöffnung 92 zu der Auslaßöffnung 94, wenn der Stößel 90 durch den Stift 98 gegen die Kraft der Feder % in seine in F i g. 3 gezeigte offene Stellung gedruckt wird. Die Einlaßöffnung 92 des rechten Verschiebeventils 85 ist über eine Endöffnung 102 in dem Gehäuse 56 des Steuerventils 38 mit einer rechten Steuerkammer 104 am rechten Ende des Ventilelements 60 des Steuerventils 38 verbunden, während die Einlaßöffnung 92 des linken Verschiebeventils 86 in ähnlicher Weise über eine Öffnung 103 auf der linken Seite des Steuerventils 38 mit der linken Steuerkammer JOS verbunden ist

Die Arbeitsweise der Fluiddruck-Verstärkervorrichtung wird anhand den F i g. 4 bis 6 erläutert In F i g. 4 befindet sich das Steuerventil 38 in seiner linken Stellung, so daß Hochdruckfluid von der Hochdruckleitung 106a der Pumpe 14 in die linke Arbeitskammer 50 geleitet wird, während die rechte Arbeitskammer 48 über eine Niederdruck-Rückleitung 1066 mit dem Fluidreservoir 107 der Pumpe 14 verbunden ist. Somit bewegt sich der Arbeitskolben 42 nach rechts in F i g. 4, wodurch der rechte Hochdruckkolben 44 seinerseits Ausstoßfluid aus der Hochdruckkammer 52 durch ein Konntrollventil 108 und aus der Ausstoßdüse 22 drückt. Gleichzeitig wird Ausstoßfluid von der Quelle 18 über ein Kontrollventil 109 in die linke Hochdruckkammer 54 gesaugt.

Der Pumpdruck der Pumpe 14 ist genügend groß im Vergleich zur Kraft der Federn 96 und der Querschtiittfläche des Betätigungsstiftes 98 der Verschiebeventile 85 und 86, damit der sich ergebende Druck auf den entsprechenden Betätigungsstift 98 ausreicht, um den Stift 98 gegen den Druck der dazugehörigen Feder % zuni öffnen des Ventils 85 oder 86 zu z^in^cr?. ^w?nn eine der Arbeitskammern 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 Steuerkammern 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 dem Pumpenreservoir 107 verbunden. Auf diese Weise wird, wenn ei ¹^s der Verschiebeventile 85 oder 86 geschlossen ist, die entsprechende Steuerkammer 104 bzw. 105 unter Druck gesetzt, wenn jedoch eines der Verschiebeventile 85 oder 86 geöffnet ist, wird die entsprechende Steuerkammer 104 oder 105 druckentlastet.

Da gemäß Fig.4 die Arbeitskammer 50 von der Pumpe 14 her unter Druck gesetzt wird, ist das Verschiebeventil 86 geöffnet, so daß die linke Steuerkammer 105 druckentlastet 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 Steuerkammer 104 unter Druck steht. Der Druckunterschied in den beiden Steuerkammern 104 und 105 hält das Ventilelement 60 des Steuerventils 38 gegen den Druck der Feder 82 in seiner linken Stellung, wie es in F i g. 4 zu sehen ist

Da sich der Arbeitskolben 42 weiter nach rechts bewegt, erreicht er seine Bewegungsgrenzstellung, wie dies in Fig.5 gezeigt ist In der Nähe seiner Bewegungsgrenzstellung greift der Arbeitskolben 42 an dem Betätigungsstift 98 an und drückt ihn und den Stößel 90 des Verschiebeventils 85 in dessen offene Stellung, wodurch die rechte Sieuerkammer 104 druckentlaste 1 wird. Sind die Steuerkammer 104 und 105 druckentlastet, so drückt die linke Feder 82 das Ventilelement 60 in seine Mittelstellung bzw. Zwischenstellung, wie es in F i g. 5 gezeigt ist

Wenn das Ventilelement 60 seine Mittelstellung bzw. Zwischenstellung erreicht werden erstens beide Arbeitskammern 48 und 50 mit dem Niederdruck-Pumpenreservoir 107 über die Niederdruck-Rückleitung 106b verbunden, so daß sie druckentlastet werden und 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 ermöglicht wird Wie hierbei Druckwellen in der Hochdruck- und Zuführungsleitung vermindert werden, wird im Zusammenhang mit der detaillierten Funktionsweise des Steuerventils 38 erläutert

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Die unmittelbare Wirkung der Druckentlastung 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 Steuerkammer 105 unmittelbar unter Druck geset'". wird. Das Ventilelement 60 setzt dadurch seine Bewegung durch seine Mittel- bzw. Zwischenstellung in seine rechte Stellung unmittelbar fort, die in F i g. 6 dargestellte ist und in der Hochdruckfluid ir die Arbeitskammer 48 gefördert wird, wobei die linke Arbeitskammer 50 mit der Niederdruckleitung 106fr 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 Aussto.^fluid aus der linken Hochdruckkammer 54 durch ein Kontrollventil 116 und aus der Ausstoßdiise 22 hinausdrückt. Gleichzeitig wird zusatzliches Ausstoßfluid über ein Kontrollventil 118 in die rechte Hochdruckkammer 52 gesaugt. Die rechte Arbeitskammer 48 steht nun unter Druck, da sich der Arbeitskolben 42 vom Eingriff mit dem rechten Betätigungsstift 98 wegbewegt, und der Druck des Arbeitskolbens 42 in der Arbeitskammer 48 hält den rechten Betätigungsstift 98 in seiner zurückgezogenen Stellung, wodurch er das rechte Verschiebeventil 85 offenhält und die rechte Steuerkammer 104 druckentlastet bleibt, so daß das Ventilelement 60 in seiner rechten in F i g. 6 dargestellten Stellung bleibt, da die linke Steuerkamt er 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 Bewegungen ab, wie sie in Bezug auf F i g. 5 beschrieben wurde, wodurch die Fluidströinung in den Arbeitskammern 48 und 50 umkehrt und der Arbeitskolben 42 seine Bewegung zurück nach rechts beginnt.

Ein Startventil ist zur Inbetriebnahme vorgesehen, das schematisch bei 120 dargestellt ist. Das Startventil 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 Startventil 120 keine wirksame Verbindung mit den Kammern 104 und 105 herstellt In den F i g. 4 bis 6 ist das Startventil 120 in seiner Zwischenstellung gezeigt, in der es keinen Einfluß auf das Arbeiten der Vorrichtung ausübt Zur Beschreibung der Wirkungsweise des Startventils 120 sei angenommen, daß die Pumpe 14 abgestellt gewesen ist und das ganze System druckentlastet war, wobei das Ventilelement 60 des Steuerventils 38 infolge der Wirkung der in die Zwischenstellung drückenden Federn 80 und 82 in die Zwischenstellung zurückkehrt Es wird ferner angenommen, daß sich der Arbeitskolben 42 in einer Zwischenstellung befindet, wie es in F i g. 4 gezeigt ist

Wenn die Pumpe 14 eingeschaltet wird, wobei sich das Ventilelement 60 in seiner Zwischenstellung befindet, wird keine der Arbeitskammern 48 oder 50 unter Druck gesetzt Es werden jedoch beide Steuerkammern 104 und 105 unter Druck gesetzt, da beide Verschiebeventile 85 und 86 geschlossen bleiben. Dieser Umstand trägt zur Betriebssicherheit bei, indem die Fluiddruck-Verstärkervorrichtung 16 nicht versehentlich das Pumpen beginnt, wenn die hydraulische Pumpe 14 eingeschaltet wird, vorausgesetzt, daß der Arbeitskolben 42 in diesem Augenblick nicht gerade eines der Verschiebeventile 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 % 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 Arbeitskolben 42 gegen den Stift 98 drückt, unter Druck. Dadurch bewegt sich der Arbeitskolben 42 seinerseits außer Eingriff mit diesem Stift 98 und ermöglicht das Schließen des Verschiebeventils 85 oder 86, wodurch das Steuerventil 38 in seine Zwischenstellung zurückkehrt, in der keine der Arbeitskammern 48 und 50 unter Druck steht. Auf diese Weise bleibt de^r Arbeitskolben 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 Startventil 120 in seine untere Stellung, so wird die linke Steuerkammer 105 zum Niederdruck-Pumpenreservoir 107 hin geöffnet, so daß der Hochdruck in der rechten Steuerkammer 104 das Ventilelement 60 nach links schiebt (z. B. die in F i g. 4 gezeigte Stellung), wodurch sich der Arbeitskolben 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 Verschiebungen ein. Verschiebt man das Startventil 120 in seine obere Stellung, wodurch sich das Ventilelement 60 in die rechte Stellung bewegt, so kann man den Arbeitskolben 42 dadurch nach links verschieben. Wenn irgendein Grund dafür besteht, daß die oben beschriebene, normale Folge von Verschiebungen der Vorrichtung nicht funktioniert, z. B. infoige eines Obermaßes 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 reinigen, wodurch die normale Aufeinanderfolge von Verschiebungen einsetzt, wobei sich der Arbeitskolben 42 unter selbsttätigem Verschieben des Steuerventils 38, wie es oben beschrieben wurde, hin- und herbewegt.

Im Falle einer Unterbrechung in einer der Hochdruck-Ausstoßleitungen zu der Ausstoßdüse 22 tritt ein sofortiger Druckabfall in der Ausstoßkammer 52 oder 54 ein, die zu diesem Zeitpunkt gerade unter Druck

so steht, sowie ein entsprechender Druckabfall in der dazugehörigen Arbeitskammer 48 oder 50, die zu diesem Zeitpunkt gerade zufällig unter Druck steht 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 Ventilschließstellung geschoben, wodurch das entsprechende Verschiebeventil 85 oder 86 geschlossen wird und die entsprechende Steuerkammer 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 Zwischenstellung zurückkehrt, wodurch beide Arbeitskammern 48 und 50 auf Niederdruck abgesenkt werden und die Bewegung des Arbeitskolbens 42 angehalten wird. Im Falle irgendeiner Unterbrechung der Hochdruckleitungen schaltet rieh die Vorrichtung auf diese Weise sofort selbst ab.
Zur detaillierteren Beschreibung der Arbeitsweise

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ίο

des Steuerventils 38 wird auf die F i g. 7A bis 7E Bezug genommen.

In Fig.7A ist das Ventilelement 60 in seiner ganz linken Stellung (in F i g. 4 schematisch dargestellt) gezeigt, in der der rechte Kolben 72 zwischen der Hochdrucköffnung b2 und der rechten öffnung 64 angeordnet ist, so daß er jede dazwischen stattfindende Strömung blockier;, während der linken Kolben 74 so angeordnet ist, daß er jede Strömung von der linken öffnung 66 zu der Niederdruck-Auslaßöffnung 70 blockiert. In dieser Stellung findet eine freie Strömung von der Hochdrucköffnung 62 zu der linken öffnung 66 über die mittlere Hochdruckkammer 84a statt, wodurch die Arbeitskammer 50, wie oben beschrieben, unter Druck gesetzt wird. Die rechte öffnung 64 ist über die rechte Niederdruck-Transferkammer 846 mit der Niederdrucköffnung 68 in Verbindung, so daß die rechte Arbeitskammer 48 druckentlastet wird. Wie oben beschrieben, bleibt das Vemilelement 60 in dieser Stellung, bis der Arbeitskolben 42 das äußerste rechte Ende seiner Bewegung erreicht, wodurch das Ventilelement 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 Zwischenstellung 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 Umfangsflächenbereich 124 jedes der Kolben 72 und 74 (d. h. die der Mitte des Ventilelements 60 näheren Flächenbereiche) verjüngen sich jedoch allmählich nach innen zur Mitte des Ventilelements 60. Für die Darstellung ist diese Verjüngung unter vergrößertem Winkel gezeigt, wobei diese Verjüngung normalerweise etwa Γ zur Längsachse des Yentüelcrncnis 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 öffnung 66 einen verengten Druck produzierenden Strömungsdurchgang 128 bildet.

Wenn sich der Kolben aus der Stellung der F i g. 7B weiter zu der Stellung der F i g. 7C bewegt in der sich das Ventiielement 60 in der Mitte berindet, so öffnet sich bei IzO ein Kanal von der linken öffnung 66 über die linke Niederdruck-Kammer 84c zu der Niederdruck-Auslaßöffnung 70. Wegen der sehr geringen Verjüngung der Oberfläche 124 besitzt der Durchgang 130. sobald sich das Ventilelement 60 um einen sehr kleinen Weg aus der Stelllung der F i g. 7B bewegt, eine wesentlich größere Querschnittsfläche als der Druck reduzierend? Strömungsdurchgang 128, so daß ein großer Druckabfall von der Einlaßöffnung 62 über den Strömungsdurchgang 128 vorhanden ist und der Druck in der Öffnung 66 nahezu augenblicklich auf den in der Auslaßöffnung 70 bestehende Druck des Pumpenreservoirs abfällt Wenn das Ventilelement 60 die Bewegung nach rechts aus der Stellung von F i g. 7B zu der von 7C fortsetzt, verengt sich der linke Teil des Strömungsdurchgangs 128, während die Verengung des rechten Teils des Strömungsdurchgangs 128, der durch den Kolben 72 und das Gehäuse 56 begrenzt wird, aufgehoben wird. Da beide sich verjüngenden Oberflächen 124 gleichförmig sind, ist die Verringerungsrate des Querschnitts des linken Teils des Stronrungsdurchgangs 128 im wesentlichen gleich der Zunahme der Qecrschnittsfläche des rechten Teils des Strömungsdurchgangs 128, so daß der gesamte Strömungsdurchsatz durch beide Teile des Durchgangs «28 konstant ist. Dies ist in dem Kurvenbild von Fig.8 dargestellt, bei dem die Strömung durch den linken Teil des Strömungsdurchgangs 128 mit »a« bezeichnet ist ur:d die durch den rechten Teil des Strömungsdurchganges 128 mit »b« bezeichnet ist und die Strömung durch beide Teile des Strömungsdurchganges 128 insgesamt durch die gestrichelte Linie »a< dargestellt ist.
Bei dem Diagramm von F i g. 9 ist der Druck in der

ίο linken öffnung 66 bei der Bewegung des Ventilelements 60 aus der Stellung von F i g. 7A zu der von F i g. 7E mit »a« bezeichnet, während der Druck in der rechten öffnung 64 mit »ix< bezeichnet ist.
Wenn sich das Ventilelement 60 durch seine Zwischenstellung bewegt (d. h. von der Stellung der Fig. 7B über die Stellung der Fig.7C in die Stellung der F i g. 7D), so befinden sich die rechte und die linke öffnung 64 und 66 auf dem niedrigen Druck des Pumpenreservoirs, da die Strömungskanäle 130 eine wesentlich größere freie Querschnittsfläche besitzen als der Strömungsdurchgang 128 (wenn sich das Ventilelement 60 in der Stellung von Fig. 7C befindet, etwa lOOmal so groß).
Sobald die unter Druck stehenden Arbeitskammern 48 oder 50 druckentlastet werden, besteht wie oben beschrieben, ein momentanes Druckungleichgewicht in den beiden Steuerkammern 104 und 105, wodurch sich das Ventilelement 60 weiter durch seine Zwischenstellung zu seiner anderen Grenzstellung bewegt Wenn das Ventilelement 60 die in Fig. 7B gezeigte Stellung erreicht, bewegt es sich von seiner Zwischenstellung in seine rechte Stellung. An diesem Punkt wird der linke Teil des Strömungsdurchganges 128 vollständig geschlossen, während der rechte Teil des Strömungsdurchganges 128 seine maximale wirksame Querschnittsfläche erreicht hat. Gleichzeitig wird der von der rechten öffnung 84 in die rechte N'iedcrdnick-AusiaS-öffnung 68 führende Strömungsweg durch den rechten Kolben 72 rasch geschlossen, so daß in der öffnung 64 ein rascher Anstieg vom Pumpenreservoirdruck auf Hochdruck erfolgt. Bei der weiteren nach rvchts führenden Bewegung des Ventilelements 60 in die äußerste rechte Stellung von Fig.7E ist eine im wesentlichen ungedrosselte Strömung von der Hochdruck-Öffnung

62 zu der öffnung 64 vorhanden, wodurch die rechte Arbeitskammer 48 unter Druck gesetzt wird.

Es ist wichtig zu beachten, daß die Gesamtquerschnittsfläche der beiden Teile des Strömungsdurchganges 128 im wesentlichen konstant bleibt, wenn sich das

so Ventilelement 60 über seine Zwischenstellung von der Stellung der F i g. 7 B zu der der F i g. 7 D bewegt Diese beiden Teile des Strömungsdurchganges 128 sind im Effekt dieselben verengten Strömungsdurchgänge, die in den schematischen Darstellungen der F i g. 4 bis 6 bei 114 angedeutet sind. Die effektive Querschnittsfläche insgesamt der beiden Teile des Strömungsdurchganges 128 ist so gewählt daß der durch den Strömungsdurchgang 128 erzeugte Rückdruck im wesentlichen gleich dem Druck ist der in einer der Arbeitskammern 48 und 50 herrscht 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 Ventilelements 60 von seiner rechten Stellung durch seine Zwischenstellung zu seiner linken Stellung oder unigekehrt der Rückdruck im wesentlichen konstant bleibt der auf die von der Pumpe 14 ausgehende Hochdruckleitung ausgeübt wird.
Durch passende Wahl der effektiven Gesamtquer-

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schnittsfläche der Strömungsduichgänge 128 im Vergleich zu der effektiven Querschnittsfläche der Ausstoßdüse 22 und ebenso im Vergleich zu den effektiven Druckwirkflächen des Arbeitskolbens 42 und der Hochdruckkolben 44 und 46 und zu den auf die Kolbenanordnung wirkenden Reibungskräften wird das Druckgleichgewicht hergestellt. Zur Erläuterung dieser Beziehung soll nächst angenommen 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 Hochdruckkamern 52 oder 54 zu dem Druck in der Arbeitskammer 50 umgekehrt proportional zu der Druckwirkläche des Kolbens 44 (die das Quadrat der Radius des Kolbens 44mal st ist) und proportional zu der Druckwirkfläche des Niederdruckkolbens 42 ist (die das Quadrat des Radius des Kolbens 42mal .τ minus der Querschnittsfläche des Kolbens 44 ist). Der Druckabfall in der AusstoBciüse 22 ist proportional dem Quadrat der Durchschnittsgeschwindigkeit der Fluidströmung aus der Aussto&Jüse 22mal der Dichte des Ausstoßfluids (d. h. Wasser). In gleicher Weise ist der Druckabfall über die Strömungsdurchgänge 128 proportional dem Quadrat der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch die Strömungsdurchgänge 128mal der Dichte des Arbeitsfluids aus der Pumpe 14. Die effektive Querschnittsfläche der Strömungsdurchgänge 128 oder des schematisch bei 114 gezeigten Durchgangs soll daher proportional der effektiven Querschnittsfläche der Ausstoßdüse mal der DruckwirkflSche des Arbeitskolbens 42 geteilt durch die Druckwirkfläche irgendeine der beiden Hochdruck-Ausstoßkolbeneinrichtungen 44 oder 46 multipliziert mit der Quadratwurzel des Verhältnisses der Druckwirkfläche des Arbeitskolbens 42 zu der Druckwirkfläche der Hochdruck-Ausstoßkolbeneinrichtung 44 und 46, multipliziert mit der Quadratwurzel des Verhältnisses der Dich'e des Arbeitsfluids zu der Dichte des ausgestoßenen Fluids sein. Diese Beziehung kann mathematisch in folgender Weise dargestellt werden:

C,A_V

A.„ = effektive Druckwirkfläche des Arbeitskolbens 42;

Ap = effektive Druckwirkfläche des Hochdruckkolbens 44 oder 46;

A_n = effektive Querschnittsfläche der Ausstoßdüse 22;

Av = effektive Durchschnittsfläche des Druck reduzierenden Strömungsdurchgangs 128 des Steuerventils;

C_n = Öffnungsausstoß-Koeffizient der Ausstoßdüse iDurchfluß-Koeff.);

Cv = Öffnungsausstoß-Koeffizient des Strömungsdurchgangs 128 des Steuerventils;

D_w = Dichte des Arbeiisfluids;

D₀ = Dichte des ausgestoßenen Fluids.

Um ein numerisches Beispiel zu geben, wird angenommen, daß die Dichte des Arbeitsfluids und des ausgestoßenen Fluids gleich sind, daß die Ausstoßkoeffizienten gleich sind, und daß die effektive Druckwirkfläche des Arbeitskolbens 42 etwa das 4fache der Druckwirkfläche eines der beiden Hochdruckkolben 44 oder 46 ist Die Gesamtströmung des Arbeitsfluids in eine der beiden Arbeitskammern 48 oder 50 ist das 4fache der Strömung aus einer der beiden Hochdruckkammern 52 und 54. Gemäß der obigen Formel soll die gesamte effektive Querschnittsfläche des Druck reduzierenden Strömungsdurchgangs 128 oder 114 das efache der effektive Querschnittsfläche der Ausstoßdüse 22 sein. In der Praxis sollen die Strömungsdurchgänge 128 etwas kleiner gewählt werden, um den zur Überwindung der Reibung erforderlichen zusätzlichen Druck zu kompensieren.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsvariante des Steuerventils, wobei gleiche oder ähnliche Teile des Steuerventils 38 wie der vorangehenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zur Un- \erscheidung den Zusatz »a« tragen. Es ist folglich ein Gehäuse 56a vorhanden, in dem ein Ventilelement 60a mit einem rechten und linken Kolben 72a bzw. 74a und einem rechten und linken äußersten Endverschlußteil 76a und 78a angeordnet ist. Ansiaü jeuucii die inneren Umfangsflächenbereiche der Kolben 72a und 74a mit einer sich verjüngenden Oberfläche zu versehen, sind diese Oberflächenbereiche der Kolbenelemente 72a und 74a bei 124a radial nach innen abgestuft. Wenn da> Ventileiement 60a durch seine Zwischenstellung hindurchgeht (entsprechend der Bewegung des Ventilclements der ersten Ausführungsform, wenn es sich aus der Stellung der Fig. 7B in die Stellung der Fig. 7D bewegt), so sind zwei Druck reduzierende Strömungsdurchgänge 128a vorhanden, die im wesentlichen in gleieher Weise durchströmt sind. Wie beim ersten Steuerventil ist die gesamte effektive Querschnittsfläche der beiden Strömungsdurchgänge 128a derart, daß der Rückdruck nahezu erreicht wird, der von der Ausstoßdüse durch die Vorrichtung auf das unter Druck stehende Arbeitsfluid zurück ausgeübt wird.

Eine weitere Ausführungsvariante des Steuerventils ist in F i g, 11 dargestellt Bei dieser Ausfuhrungsvariante ist ein Gehäuse 140 vorhanden, in dem sich ein bewegliches Ventileiement M2 mit einem Mittelkolben 144 und zwei Seitenkolben 146 bzw. 147 und zwei Endverschlußkolben 148 bzw. 149 befindet

Es ist eine Hochdruck-Einlaßöffnung 150, ein rechte und eine linke öffnung 152 bzw. 154 auf den gejsonüberliegenden Seiten der öffnung 150 und eine rechte und linke Niederdnscköffnung 156 bzw. 158, die nach außen von den öffnungen 152 und 154 angeordnet sind, vorhanden.

Die Auslegung ist hierbei derart getroffen, daß die rechte öffnung 142 mit der Niederdrucköffnung 156 in

so Verbindung steht, wenn sch das Ventilelement 142 in der rechten Stellung befindet, wodurch ein Ausströmen des Arbeitsfluids aus der entsprechenden Arbeitskammer ermöglicht wird, während Hochdruckfluid aus der öffnung 150 durch die öffnung 154 geleitet wird, um die andere Arbeitskammer unter Druck zu setzen. Befindet sich das Ventilelement 142 in seiner linken Stellung, so wird Hochdruckfluid in die öffnung 152 geleitet und die Öffnung 154 mit dem Niederdruck verbunden.

Die Umfangsfläche 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 Druck reduzierende Strömungsdurchgänge 162, die im wesentlichen die gleiehe Funktion wie die oben genannten Strömungsdurchgänge 128 und 128a der beiden Ausführungsformen des Steuerventils haben. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsvariante des Steuerventils wird daher nicht detail-

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liert beschrieben. Kammer 2846, die eine Niederdruckkammer ist, die die

Eine Ausführungsvariante der Fluiddruck-Verstär- Funktion ausübt, die öffnung 264 mit der Niederdruck-

kervorrichtung wird nun in Verbindung mit den F i g. 12 Auslaßöffnung 268 zu verbinden, wenn sich das Ventil-

bis 14 beschrieben, nach denen die Arbeitsweise des element 266 in seiner linken Stellung befindet In ähnli-

Steuerve^uis gemäß der zweiten Ausführungsvariante 5 eher Weise begrenzen der linke Kolben 274 und der

im einzelnen ir. Verbindung mit den Fig. 15A bis 15E linke Verschlußkolben 278 zwischen sich eine Nut oder

beschrieben wird Kammer 284c; die die Funktion ausübt, die linke öff-

Fig. 12 zeigt eine Fluiddruck-Verstärkervorrichtung nung 266 mit der Niederdruck-Auslaßöffnung 270 zu

216, wobei aus Obersichtlichkeitsgninden die verschie- verbinden, wenn sich das Ventilelenent 260 in seiner

denen Fluidleitungen und Kanäle in F ig. 12 nicht darge- 10 rechten Stellung befindet

stellt sind, sondern schematisch in F i g. 14 gezeigt wer- Zur Bewegung des Ventilelements 260 des Steuervenden. Gemäß Fig. 12 enthält die Vorrichtung 216 ein tils 238 zwischen seiner rechten und linken Stellung ist Hauptgehäuse 224 mit einem Arbeitszylinder 226, ei- ein Verschiebeventil 286 vorgesehen. Dieses Verschienem rechten und linken Abschlußglockenteil 228 bzw. beventil 286 umfaßt ein Gehäuse 288, das an dem oben 230, die an den Enden des Arbeitszylinders 226 aufge- 15 genannten Gehäuse 256 des Steuerventils 238 befestigt schraubt sind, und einen rechten und linken Hochdruck- ist Das Gehäuse 228 schließt eine Kammer 290 ein, π zylinder 732 bzw. 234, die in die entsprechenden Ab- der gleitend ein Stößel 292 angeordnet ist schlußglocken 228 und 230 eingeschraubt sind. Mit dem In dem Ventilgehäuse 288 ist eine mittlere Hoch-Gehäuse 224 ist ein Verteilungsblock 236 verbunden, drucköffnung 294, eine rechte und linke öffnung 296 auf dem ein Strömungssteuerventil 238 befestigt ist 20 bzw. 298 und eine rechte und Unke äußerste Nieder-

Innerhalb des Gehäuses 224 ist eine hin- und herbe- drucköffnung 300 bzw. 302 vorhanden. Der StSBe! 292

wegliche, einteilige Kolbenanordnung 240 vorgesehen. enthält eine rechten und linken Steg oder Kolben 304

Diese Anordnung umfaßt einen mittleren Arbelckolben bzw. 306, wobei der Stößel die einzige Kammer 308, die

242, der innerhalb des Arbeitszylinders 226 angeordnet sich zwischen den beiden Kolben 304 und 306 befindet,

ist und einen großen Durchmesser aufweist, und einen 25 unterteilt

rechten und linken Hochdruckkolben 244 bzw. 246, die Zur Zuführung von Hochdruckfluid zu der Hochsich in entgegengesetzter Richtung von dem mideren drucköffnung 294 ist eine Leitung 310 vorhanden, die Arbeitskolben 242 erstrecken. Der Arbeitskolben 242 von der Hochdrucköffnung 262 des Steuerventils 238 unterteilt das Innere des Arbeitszylinders 226 in eine über einen verengten Strömungsdurchgang 312 zu der rechte und linke Arbeitskammer 248 bzw. 250. Der 30 Kammer 294 führt Die rechte öffnung 296 stellt über Hochdruckkolben 244 bewegt sich in einer rechten eine Leitung 314 eine Verbindung zu der rechten Kam-Hochdruckkammer 252 hin und her, die durch den rech- mer 280 des Steuerventils 238 her, während die linke ten Zylinder 232 begrenzt wird, während der linke öffnung 298 über eine zweite Leitung 316 eine Verbin-Hochdruckkolben 246 sich in der linken Hochdruck- dung zu der linken Kammer 282 des Steuerventils 238 kammer 254 hin- und herbewegt, die durch den anderen 35 herstellt Befindet sich der Stößel 292 in seiner rechten, Zylinder 234 begrenzt wird. in F i g. 14 gezeigten Stellung, so wird Hochdruckfluid in

Das oben genannte Steuerventil 238 umfaßt ein Ven- die rechte Kammer 280 geleitet, wodurch das Ventilele-

tilgehäuse 256, das eine Kammer 258 begrenzt, in der ment 260 des Steuerventils 238 in seine linke, in F i g. 14

ein Ventiielement 260 gleitend bewegbar ist In dem gezeigte Stellung bewegt wird. Wenn sich der Stößel

Gehäuse 256 befinden sich eine in der Mitte angeordne- 40 292 in seiner linken Stellung befindet, steht die Hoch-

te Hochdruckeinlaßöffnung 262, eine rechte und linke drucköffnung 294 mit der öffnung 298 in Verbindung,

öffnung 264 bzw. 266 auf den entgegengesetzten Seiten wodurch über die Leitung 316 Hochdruckfluid zu der

der Einlaßöffnung 262 und eine rechte und linke Nieder- linken Kammer 282 geleitet wird und das Ventilelement

druck-Auslaßöffnung 268 bzw. 270, die nach außen von 260 des Steuerventils 238 in seine rechte Stellung ver-

den beiden öffnungen 264 und 266 angeordnet sind 45 schoben wird Durch passende Wahl der Größe der öff-

Das Ventilelement 260 enthält rechte und linke durch nung 312 im Vergleich zum Druck des Hochdruckfluids Stege gebildete Kolben 272 bzw. 274 und ein rechtes kann der Bewegungsweg des Ventilelements 260 des

und linkes äußerstes Endverschlußteil 276 bzw. 278. Steuerventils 238 in der Weise festgelegt werden, daß

Nach außen von den Verschlußteilen 276 und 278 befin- die Vorrichtung 216 in entsprechender Weise gesteuert

den sich eine entsprechende rechte und linke Steuer- 50 wird.

kammer 280 bzw. 282, die abwechselnd unter Druck Zum Bewegen des Stößels 292 des Verschiebeventils

gesetzt werden, um das Ventilelement 260 zwischen sei- 286 zwischen seiner rechten und linken Stellung ist eine

nen beiden Endstellungen in dem Gehäuse 256 zu bewe- rechte und linke Verschiebeventil-Betätigungseinrich-

gen. tung 318 bzw. 320 vorhanden, die im wesentlichen iden-

Die Mittelöffnung 262 ist mit einer von der Pumpe 55 tisch sind Die Teile der rechten Betätigungseinrichtung 214 ausgehenden Hochdruckleitung verbunden, wäh- 318 sind im einzelnen in Fig. 13 gezeigt Jede Betätirend die öffnungen 268 und 270 mit der Niederdruck- gungseinrichtung 318 weist einen ersten Finger 322 auf, Rückleitung der Pumpe 214 verbunden sind. Die rechte der aus einem entsprechenden Glockengehäuse 228 Kammer 264 verbindet die rechte Arbeitskammer 248 oder 230 ein kurzes Stück in Längsrichtung in eine dazu- und die linke öffnung 266 verbindet mit der linken Ar- 60 gehörige Arbeitskammer 248 oder 250 hineinragt, beitskammer 250. Die Nut oder Kammer 284a, die sich Durch einen dazugehörigen Plungerkolben 324, der in zwischen den beiden Kolben 272 und 274 befindet, ist einer Ausnehmung 326 des dazugehörigen Glockengeeine Hochdruck-Fluidkammer und übt die Funktion aus, häuses 228 oder 230 angeordnet ist und durch eine Fedas Hochdruckfluid von der öffnung 262 entweder zur der 328 in Richtung auf den dazugehörigen Finger 322 rechten öffnung 264 oder zur linken öffnung 266 zu es gedruckt wird, wird dieser Finger 322 in seine herausstellten, wenn es sich entsprechend in einer rechten oder hende Stellung gedrückt, in der er in die entsprechende linken Stellung befindet Der rechte Kolben 272 und der Kammer 248 oder 250 hineinreicht Der Plungerkolben rechte Verschlußkolben 276 begrenzen eine Nut oder 324 besitzt eine Stange 330, die sich nach hinten er-

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streckt und an einer Kompressionsfeder 331 angreift, und der rechten öffnung 264 angeordnet ist, so daß er die ihrerseits im Eingriff mit einem Ende 332a eines jegliche Strömung dazwischen blockiert, während der flexiblen Teils 332 steht, das in einem Mantel 334 ange- linke Kolben 274 in der Weise angeordnet ist, daß er ordnet ist Solche flexiblen Teile 331 zeichnen sich da- jede Strömung von der linken öffnung 266 in die Niedurch aus, daß sie im ganzen Maße seitlich abgebogen 5 derdruck-Auslaflöffnung 270 blockiert In dieser Steloder gekrümmt werden können, in Längsrichtung je- lung besteht eine freie Strömung von der Hochdruckdoch im wesentlichen nicht zusammengedrückt werden öffnung 262 über die mittlere Hochdruckkammer 284a können. zu der linken öffnung 266, wodurch die Arbeitskammer

Das andere Ende des Mantels 334 des flexiblen Teils 250 unter Druck gesetzt wird. Ober die rechte Nieder-

332 ist mit einem dazugehörigen Ende des Gehäuses 288 io druckkammer 2846 kommuniziert die rechte Öffnung

des Verschiebeventils 286 verbunden. Ein Betätigungs- 264 ebenfalls mit der Niederdrucköffnung 268, so daß

finger 336, der sich durch das entsprechende Ende des die rechte Arbeitskammer 248 außer Druck gesetzt

Ventilgehäuses 288 erstreckt und im Eingriff mit dem wird. Wie oben beschrieben, bleibt das Ventilelement

entsprechenden Ende des Stößels 292 steht, ist im End- 260 in seiner Stellung, bis der Arbeitskolben 242 sein

teil des Gehäuses 288 befestigt und erstreckt sich in 15 äußerstes rechtes Ende der Bewegung erreicht und an

dieses Ende des Mantels. Das andere Ende des Betäti- dem rechten Verschiebungsfinger 322 angreift, wodurch

gungsfingers 336 steht im Eingriff mit dem angrenzen- sich der Stößel 292 des Verschiebeventils 286 nach links

den Ende 332Ö des flexiblen Teils 332. verschiebt und die linke Steuerkammer 282 unw» Druck

Wenn der Arbeitskolben 242 seine Bewegungsgrenz- gesetzt wird.

stellung erreicht, greift er an dem naheliegenden Stift 20 In Fig. 15B ist die Bewegung des Ventilelements 260 322 an, der seinerseits den Plunger 324 gegen die Feder von der äußersten linken Stellung in eine Stellung dar-331 drückt, die wiederum gegen das Teil 332 drückt gestellt, in der es gerade im Begriff ist, die Zwischenstel-Wenn der Arbeitskolben 242 den Finger 322 weiter lung einzunehmen. Die innere, sich verjüngende Obernach innen drückt, wird die Feder 331 weiter zusam- fläche 344 des linken Kolbens 274 beginnt gerade, mit mengedrückt, wodurch sich die Kraft erhöht, mit der sie 25 einem Randbereich 34S des Gehäuses 256 einen verenggegen das Teil 332 preßt In Form der Reibungskraft, die ten Strömungsdurchgang 350 zu bilden, der von der durch jedes der Teile 332 in seinem zugeordneten Man- Hochdruckkammer 262 in die linke Kammer 266 führt tel 334 der Betätigungseinrichtung 318 und 320 erzeugt Etwa gleichzeitig beginnt der rechte Kolben 272 mit wird, ist eine der Feder 331 entgegenwirkende Kraft seiner inneren, sich verjüngenden Oberfläche 344 sich vorhanden. Wenn die Kraft der Feder 331 der Betäti- 30 aus dem Eingriff mit einer Umfangskante 352 zu lösen, gungseinrichtung 318 jedoch einen Wert erreicht, der so daß er beginnt, einen Strömungsdurchgang 354 zu zum Oberwinden dieser Reibungskraft ausreicht, so ist bilden. Es wird auch darauf hingewiesen, daß die äußere, eine »Schnappwirkung« des Betätigungsfingers 336 sich verjüngende Oberfläche 346 des rechten Kolbens vorhtuiden, durch die der Stößel 292 in die entgegenge- 272 beginnt, einen anderen verengten Strömungsdurchsetzte Stellung verschoben wird und das gegenüberlie- 35 gang 356 zu bilden, die von der rechten öffnung 264 zu gende Teil 332 in seinem Mantel von dem Stößel 292 der rechten Niederdrucköffnung 268 führt Ein ähnliwegbewegt wird. eher Strömungsdurchgang 358 beginnt sich zwischen

Wenn der Stößel 292 von der einen Stellung in die der linken öffnung 266 und der rechten Niederdrucköffandere verschoben wird, wird der Druck in den beiden nung 270 längs der äußeren, sich verjüngenden Oberflä-Kammern 280 und 282, wie vorausgehend beschrieben, 40 ehe 346 des linken Kolbens 274 zu öffnen, umgekehrt wodurch das Ventilelement 260 des Steuer- F i g. 15C zeigt das Ventilelement 260, wenn es sich in ventils 238 in die entgegengesetzte Stellung verschoben seine Zwischenstellung bewegt hat. In dieser Stellung wird. Die Strömung zu den Kammern 248 und 250 wird haben die beiden Strömungsdurchgänge 350 und 354, dadurch ihrerseits in der Weise verschoben, daß der die von der Hochdrucköffnung 262 zu den öffnungen Arbeitskolben 242 an seiner Bewegungsgrenzstellung 45 264 und 266 führen, im wesentlichen die gleiche Quersich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen be- schnittsfläche und die beiden auswärts davon angeordginnt. neten, verengten Strömungsdurchgänge 356 und 358 ha-

Die beiden Kolben 272 und 274 besitzen jeweils einen ben ebenfalls im wesentlichen die gleiche Querschnittsmittleren, zylindrischen Oberflächenbereich 340, der mit fläche.

der inneren Zylinderfläche 342, die die Ventilkammer so Bei der Erläuterung der Wirkungsweise des Steuer-

258 begrenzt genau zusammenpaßt. Wie bei der Ventil- ventils 238 beim Durchgang durch seine Zwischenstel-

ausbildung der ersten Ausführungsform besitzt auch je- lung, die in F i g. 15C gezeigt ist, werden zwei Faktoren

der Kolben 272 und 274 eine nach innen gerichtete ra- betrachtet. Entsprechend der ausführlichen Erläuterung

dial sich verjüngende Oberfläche 344. Zusätzlich besitzt in Verbindung mit der Arbeitsweise des Steuerventils 38

jeder der Kolben 272 und 274 eine nach außen gerichte- 55 besteht erstens das mögliche Problem von Druckwellen

te, sich verjüngende Oberfläche 346. Jeder Kolben 272 in dem Hochdruck-Arbeitsfluid, das von der Pumpe zu

und 274 besitzt daher insgesamt eine mittlere Zylinder- dem Steuerventil geführt wird. Zweitens besteht das

oberfläche 340, die mit der Ventiloberfläche 322 eine Problem von möglichen Druckwellen aufgrund des

Dichtung bildet, und zwei Kegelstumpfoberflächen 344 Fluids in der Fluiddruck-Verstärkervorrichtung.

und 346, die an den gegenüberliegenden Seiten der mitt- 60 Dieses letztere Problem wird in Verbindung mit

leren Oberfläche 340 angeordnet sind und sich unter Fig. 12 ausführlicher erläutert. Wenn sich der Arbeits-

einem kleinen Winkel radial nach innen zur Mittelachse kolben 242 nach rechts bewegt, wird das Fluid (d. h.

des Ventilelements 260 verjüngen. normalerweise Wasser), das in der Hochdruckkammer

Zur detaillierten Beschreibung der Arbeitsweise des 252 dann unter Druck gesetzt wird, Drücken von etwa Steuerventils 238 wird nun auf die Fig. 15A bis 15E 65 3500 bar bis 7000 bar unterworfen. Unter solchen Drük-Bezug genommen. In Fig. 15A ist das Ventilelement ken wird das Wasser um etwa 10% seines Volumens bei 260 in seiner ganz linken Stellung gezeigt, bei der der Atmosphärendruck komprimiert. Wenn der Arbeitskolrechte Kolben 272 zwischen der Hochdrucköffnung 262 ben 242 seine Bewegungsgrenzstellung erreicht und sich

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das Steuerventil 238 zur Aufhebting des Druckes in der Arbeitskammer 248 unter Druck steht und sich der KoI-Arbeitskammer 250 in die entgegengesetzte Stellung ben 242 nach links bewegt (F i g. 12). Wenn der Arbeitsverschiebt, so neigt das Wasser in der Hochdruckkam- kolben 242 seine linke Bewegungsgrenzstellung ermer 252 folglich dazu, sich gegenüber dem zugeordne- reicht, so greift er an der linken Verschiebebetätigungsten Kolben 244 auszudehnen und einen Druckimpuls s einrichtung 320 an, wodurch das Ventil 286 in seine oder eine Druckwelle auf das Fluid in der Kammer 250 entgegengesetzte Stellung verschoben wird und sich zurückzuübertragen. das Ventilelement 260 in seine linke Stellung zurückbe-

Zur weiteren Beschreibung der Arbeitsweise der wegt Bei der Bewegung zurück in seine linke Stellung zweiten Ausführungsvariante wird das in Verbindung läuft im wesentlichen die gleiche Arbeitsfolge ab, wie mit den möglichen Druckwellen in dem von der Hoch- io oben in Verbindung mit Fig. 15A bis !5E beschrieben druckpumpe kommenden Fluid stehende Problem nun wurde, jedoch in umgekehrter Reihenfolge, erläutert Befindet sicii das Steuerventil in der Position Wie bei der ersten Ausführungsform wird der Hoch-

von Fig. 15C, so verringert sich aufgrund des Druckab- druckausstoß aus der Fluiddruck-Verstärkervorrichfalls in den beiden Strömungsdurchgängen 350 und 354 tung 216 mittels einer Anordnung von Kontrollventilen der Druck in den beiden öffnungen 266 und 264 ent- is durch die Ausstoßdüse 22 gerichtet Da dieses System sprechend. Es besteht ebenfalls ein Druckabfall ausge- von Kontrollventilen im wesentlichen das gleiche wie hend von jeder der Offnungen 264 und 266 über die bei der ersten Ausführungsform ist werden diese Kon-Strömungsdurchgänge 356 bzw. 358 zu den Nieder- troilventile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der drucköffnungen 268 bzw. 270. In dieser Zwischcnstel- ersten Ausführungsfonr. versehen und tragen den Zu-. lung ist der issgesamte Druckabfall an jeder Gruppe 20 satz »a«. Es sind also zwei Einlaß-Kontrollventile 109a von StiömuBgidurchgingen (die rechte Gmppe besteht und 118a vorhanden, die abwechselnd das Ansaugen aus den Strömungsdurchgängen 354 und 356 und die von auszustoßendem Fluid, wie Wasser, in die entsprelinke Gruppe aus den Strömungsdurchgängen 350 und chenden Hochdruckkammern 254 und 252 ermöglichen. 358) derart, daß er im wesentlichen dem Rückdruck von Eine andere Gruppe von Kontrollventilen 116a und der Ausstoßdüse 22 zusammen mit dem Rückdruck ent- 25 108a verhindert das Rückströmen von Fluid in die spricht, der aufgrund von Verlusten in der Vorrichtung Hochdruckkammer 254 oder 255. auftritt Wie bei der ersten Ausführungsform mindert Bei der zweiten Ausführungsform ist ein bei 360 sche-

dies die Ruckwelle, die ansonsten in dem von der Pumpe matisch gezeigter Sammler mit der Hochdruck-Auszu dem Verstärker geführten Ruid vorhanden sein wür- stoßleitung 362 verbunden, die zu der Ausstoßdüse 22 de. Da sich jedoch in dieser zweiten Ausführungsform 30 führt. Diese Sammler 360 ist lediglich ein Hochdruckgeder Druckabfall von der Hochdrucköffnung 262 zu der faß zur Aufnahme einer Menge des auszustoßenden Niederdrucköftnung 268 und 270 über zwei Gruppen Fluids. Da das auszustoßende Fluid (d. h. Wasser) bei von zwei in Reihe liegenden £<römungsdurchgängen den verwendeten hohen Drücken um etwa 10% zusamverteilt, werden die Querschruttsfläche jedes der Strö- mengedrückt wird, erzeugt die Kompressibilität des mungsdurchgänge 350,354,365 u..d 358 normalerweise 35 Wassers selbst die Antriebskraft zum Nachliefern von etwas größer ausgeführt als bei der ersten Ausführungs- Wasser zu der Hochdruckleitung 252 während des kurform, bei der der Druckabfall über zwei einzelne, nicht zen Zeitintervalls, wenn das Verschieben der Vorrichin Reihe liegenden Strömungsdurchgängen erfolgt tung geschieht

Was das zweite oben genannte Problem betrifft (d. h. Bei einer sich in Betrieb befindenden Ausführungs

möglich Druckwellen in der Fluiddruck-Verstärkervor- « form der Vorrichtung geschieht die gesamte, oben berichtung), so leitet die linke öffnung 266 das Arbeitsfluid schriebene Folge von Verschiebungen selbstverständvon der Pumpe unter vollem Druck zu der linken Ar- lieh in einer relativ kurzen Zeitspanne (etwa 1/15 Sekunbeitskammer 250, wobei sich das Ventilelement 260 in de).

der in F i g. 15A gezeigten Stellung befindet Wenn das

Ventilelement sich aus der Stellung von F i g. 15A her- 45 Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

ausbewegt hat und von der in F i g. 15B gezeigten Stel- —

lung über die Stellung der Fig. 15C zu der Stellung in F i g. 15B gelangt, vergrößert sich der Strömungsdurchgang 358 im Querschnitt, wodurch sich der Strömungswiderstand durch den Strömungsdurchgang 258 ent- jo sprechend verringert Der Druck in der dann unter Druck stehenden Arbeitskammer 250 verringert sich mit einer Geschwindigkeit die in funktioneller Beziehung mit der Verringerung des Widerstands über den sich aufweitenden Strömungsdurchgang 358 steht. Eine 55 in der Hochdruckkammer 252 durch Einwirkung des unter Druck stehenden aufzustoßenden Fluids verursachte mögliche Druckwelle wird durch diese gesteuerte Abnahme des Druckes in der Arbeitskammer 250 über den Strömungsdurchgang 358 gedämpft 60

Bei der Bewegung des Ventilelements 260 von der Stellung in F i g. 15D zu der Stellung in F i g. 15E öffnet sich die linke öffnung 266 vollständig gegenüber der linken Niederdrucköffnung 270, so daß der Fluiddruck in der linken Arbeitskammer 250 im wesentlichen auf 65 den Druck in der Niederdruck-Fluidrückleitung abfällt.

s Die Hochdrucköffnung 262 ist gegenüber der rechten I

, öffnung 264 vollständig geöffnet, wodurch die rechte jf |

Claims

24 Ol Patentansprüche:

1. Fluiddruck-Verstärkervorrichtung zur Erzeugung eines Hochdruck-Fluidstrahls mit einem Ar- beitszylinder, einem Arbeitskolben im Arbeitszylinder, der den Arbeitszylinder in eine erste und zweite Arbeitskammer unterteilt und im Arbeitszylinder durch abwechselndes Einleiten des unter Druck stehenden Arbeitsfluids in die beiden Arbeitskammern hin- und hergehend beweglich ist, .-nit einer mit dem Arbeitskolben verbundenen und hin- und hergehend beweglichen Hochdruck-Ausstoßkolbeneinrichtung, die mit einer Hochdruckfluid-Ausstoßeinrichtung verbunden ist, und einem Steuerventil zum abwech- 1; selnden Einleiten von unter Druck stehenden Arbeitsfluid aus einer Arbeitsfluidquelle in die erste und zweite Arbeitskammer, das ein Ventilelement enthält, das in einer ersten Stellung das unter Druck stehende Arbeitsfluid in die erste Arbeitskammer und in einer zweiten Stellung das unter Druck stehende Arbeitsfluid in die zweite Arbeitskammer leitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßeinrichtung eine Ausstoßdüse (22) ist, daß das Steuerventil (38,56a, 256) zwischen den beiden Stellungen eine Zwischenstellung einnimmt, in der das Arbeitsfluid von der Arbeitsfluidquelle (107) durch einen Druck reduzierenden Strömungsdurchgang (128, 128a, 350, 354) geht, und daß die effektive Querschnittsfläche der AusstoßdQse (22) und des Druck reduzierenden Strömungsdurchgangs (128, 128a, 350,354) gemäß folgender Beziehung:

zeichnet, daß auf gegenüberliegenden Seiten des Steuerventils (38 ...) zwei druckreduzierende Strömungsdurchgänge (128 ...) in sich verjüngender Form vorgesehen sind.