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Arbeitszylinder für eine hydrostatische Fernsteuerung
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Die Erfindung betrifft hydraulische Fernsteuerungssysteme für die
Betätigung der Drosselung von Maschinen bzw. Brennkraftmaschinen und ähnliche Zwecke.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Arbeitszylinder
für ein hydrostatisches System zu schaffen, welches zusätzlich eine hydraulische
Leistungsverstärkung aufweist, die so auslegbar ist, daß sie jede gesrinschte Stärke
einer Servounterstützung gibt.
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Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder für den genannten Zweck hat prinzipiell
koaxial ausgerichtete Arbeits- und Ventilkammern, einen Arbeitskolben in der Arbeitskammer
zur Verbindung mit der zu betätigenden Vorrichtung, eine hydrostatische Eingangsöffnung
in die Arbeitskammer, einen Ausgleichskolben, der auch auf den hydrostatischen Eingangsdruck
anspricht, eine hydraulische Volleistungseingangsöffnung für die Ventilkammer und
Ventileinrichtungen in der Ventilkammer, die durch Verschiebung des Ausgleichskolbens
geöffnet werden, wodurch Hochdruckfluid zt;isn Einwirken auf einen Stößel gebracht
wird, der in Wirkungsverbindung mit dem Arbeitskolben steht. Das Hochdruckfluid
wirkt auch auf den Ausgleichskolben
entgegengesetzt zu dem hydrostatischen
Druck, wodurch der Kolben zurückbewegt wird, so daß die Ventileinrichtung schließen
kann.
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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 im Längsschnitt eine erste Ausführungsform eines
Arbeitszylinders und Fig. 2 im Längsschnitt eine zweite Ausführungsform eines Arbeitszylinders.
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Der in Fig. 1 gezeigte Arbeitszylinder hat einen langgestrec'-ten
Körper oder ein Gehäuse lo mit einer Stufenbohrung 12, die nacheinander eine kleinere
Azbeitskanmer oder einen Zylinder 14, eine dazwischen liegende Verstärkungskammer
19 und eine reize Ventilkammer bildet. Eine in der kleineren Bohrung 14 -ierschiebbare
Arbeitskolbenstange 20 bildet ein Stück mit einer Mittelstange 21, die sich über
das Ende der Bohrung hinaus erstreckt und In Betrieb mit der Maschinendrossel oder
einem anderen zu betätigenden, nicht gezeigten~Element verbunden ist. In der kleineren
Bohrung ist weiterhin ein Ausgleichskolben 22 angeordnet, wobei eine hydrostatische
Eingangsöffnung 24 zwischen den beiden Kolben in Betrieb mit dem Hauptzylinder verbunden
ist, der von einem Beschleunigungspedal bzw. Gaspedal derart betätigt wird, daß
der hydrostatische Druck, der zur Bohrung 14 geführt wird, auf den Arbeitskolben
20' wirkt, der als Büchse ausgebildet wird, die die Stange 20 umgibt, und an einer
Schulter anliegt, die von der Mittelstange 21 gebildet wird, wodurch sie in die
Betätigungsrichtung der Maschinendrossel und gleichzeitig auf die Frontfläche des
Ausgleichskolbens 22 gedrückt wird, der dadurch in die entgegengesetzte Richtung
gedrückt wird. Ein Rohrpaßstck 30 in dem größeren Bohrungsabschnitt 18 hat eine
Querwand 48, die das Innere des Rohrpaßstücks in eine Ventilkammer 54 und
in
eine Einlaßkammer 52 unLerteilt. Mit der Einlaßkanmer 52 ist eine hydraulische Volleistungseinlaßöffnung
50 verbunden, während in der Ventilkammer 54 ein Kugelventilelement 56, das rauial
in einem Ende eines Auslaßfortsatzes 58, auf den noch näher eingegangen wird, und
axial durch einen Querzapfen 60 angeordnet ist, der in dem rohrförmigen Paßstück
30 sitzt, mit einem becherförmigen Ventilsitzelement 62 zusammenwirkt, das zur Kugel
56 federvorgespannt ist, und einen hohlen Schaft 64 hat, der sich durch die Querwand
48 des rohrförmigen Paßstücks 3o mit einem abgedichteten Gleitsitz erstreckt. In
der Zwischenkammer und anliegend an der hinteren Seite des Ausgleichskolbens ist
ist ronrörmiges Auslaßsitzelement 66 angeordnet, welches einen abgedichteten Gleitsitz
mit der Arbeitskolbenstange oder dem Stößel 20 hat, der durch es hindurchgeht, wobei
das Element einen nach innen gebogenen Flansch 70 hat, der einen Auslaßsitzbereich
bildet. Normalerweise liegt a:r Flansch 70 der rohrförmige Auslaßfortsatz 58 an,
der an *~inem anderen Ende einen reduzierten Abschnitt 49 hat, der slca mit einem
abgedichteten Gleitsitz durch die Stirnwand des rohrförmigen Paßstücks 30 erstreckt
und mit dem becherförmigen Element 62 mittels eines Rundbolzens oder eines Sprengrings
verbunden ist. Der reduzierte Abschnitt ist durchbrochen für das Freigeben oder
für den Bypaß des Querzapfens 60. Die Öffnung 72 ist groß genug, daß der Zapfen
6o und somit das Kugelventil 56 wandern können.
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Die zweite Ausführungsform hat einen langgestreckten Körper oder ein
Gehäuse loo mit einer Stufenbohrung 112, die eine kleine Arbeitskammer oder einen
Zylinder 114, eine dazwischen liegende Verstärkungskammer 116 und eine große Ventilkammer
118 bildet. Der Arbeitskolben 120', der in der kleineren Bohrung 114 verschiebbar
ist, hat eine Ausnehmung für die Aufnahme einer gesonderten Steuerstange 121, die
sich huber das Ende der Bohrung hinaus erstreckt und in Betrieb mit der Maschinendrossel
oder einem anderen, zu betätigenden, nicht gezeigten Element verbunden ist. In dem
Zwischenbohrungsahschnitt oder in der Verstärkungskammer ist ein Ausgleichskolben
122
angeordnet Eine hydrosL-atische Einganqsöffn'ng 124, die in Betrieb mit einem Hauptzylinder
verbunden ist, der beispielsweise von einem Gaspedal betätigbar ist, führt zu der
Verbindung zwischen dem kleineren und dem Zwischenbohrungsabschnitt, so daß der
hydrostatische Druck, der der Bohrung zugeführt wird, auf den Arbeitskolben 120'
so wirkt, daß er in die Richtung zur Betätigung der Siaschinendrossel und gleichzeitig
auf die Frontfläche des Ausgleichskolbens 122 gedrückt wird, wodurch dieser in der
entgegengesetzten Richtung gedrückt wird. Ein rohrförmiges Paßstück 130 in dem größeren
Bohrungsabschnitt hat eine Stirnwand 132, die den Bohrungsabschnitt von der Verstärkungskammer
trennt, sowie eine weitere Querwand 134, die das Innere des rohrförmigen Paßstücks
130 in eine Ventilkammer 154 und in eine Einlaßkammer 152 unterteilt. Über ein Filter
151 ist eine hydraulische Volleistungseinlaßöffnung 150 mit der Einlaßkammer 152
verbunden, während in der Ventilkammer 154 das Rugelventilelement 156, welches in
eine Ausnehmung in einem festje'ecken Halter angeordnet ist, mit dem becherförmigen
Ventilsi~ze'-2ment 162 zusammenwirkt, das zur Kugel 156 federvorgespannt ist und
einen hohlen Schaft 164 aufweist, der sich durch ie Querwand 148 des rohrförmigen
Paßstücks 130 mit einem abgedichtetn Gleitsitz erstreckt. An der Rückseite des Ausgleichskolbens
122 liegt ein rohrförmiges Auslaßsitzelement 166 an, das einen nach innen gebogenen
Flansch 170 hat, der eine Auslaßsitzfläche bildet. In der Nähe dieses Elementes
und normalerweise anliegend am Flansch 170 befindet sich ein rohrförmiger Auslaßansatz
158, der sich an seinem anderen Ende mit einem abgedichteten Gleitsitz durch die
Stirnwand des rohrförmigen Paßstücks 130 erstreckt und an einem Bügel 160 angreift,
der am Ventilsitzelement 162 anliegt. Durch den Ausgleichskolben 122, das Auslaßsitzelement
166 und den Auslaßansatz 158 erstreckt sich ein Stößel oder eine Kolbenstange 120,
die für eine Axialbewegung darin geführt ist. Ihr äußeres Ende sitzt in einer Ausnehmung
in dem Arbeitskolben 120t. Auf beiden Seiten des Ausgleichskolbens 122 sind Abdichtungen
vorgesehen. Der Arbeitszylinder arbeitet folgendermaßen
Wenn der
Hauptzylinder betätigt wird, wird ein hydrostatischer Druck zum Arbeitszylinder
übertragen und wirkt auf den Arbeitskolben 20', 120'. Dadurch werden dieser Zylinder
und die Steuerstange 21, 121 zur Betätigung der Maschinendrossel verschoben. Gleichzeitig
verschiebt der hydraulische Druck den Ausgleichskolben 22, 122- in der entgegengesetzten
Richtung Über das Auslaßsitzelement 66, 166 und den Auslaßansatz 58, 158 (und den
Bügel 160 in Fig. 2) bewegt er das Ventilsitzelement 62, 162 von dem Kugelventil
36, 156 weg, so daß Hochdruckfluid durch die Bohrung des Ventilsitzelementes 62,
162 und durch die Ventilkammer 54, 154 zur Bohrung des Auslaßansatzes 58, 158 gelangen
kann, wo es dann auf die Auslaßsitzfläche des Auslaßsitzelementes 66, 166 wirkt
und die hydrostatische Eingangskraft ausgleicht, wodurch der Ausgleichskolben 22,
1.?2 sich dann zurückbewegt, wodurch sich das Einlaßventil schliessen kann. Das
Hochdruckfluid in den Auslaßansatz wirkt außerdem er die Stößelfläche, die durch
die Eichtung auf der Innenseine des Ausgleichskolbens 22, 122 erhalten wird, und
erzeugteine raft an dem Stößel, die durch den Arbeitskolben 20, 12o (und die Steuerstange
121) übertragen wird, wodurch die Kraft des -drostatischen Drucks, der auf den Arbeitskolben
Zo, 120 wirkt, erhöht wird. Wenn die Summe der hydrostatischen Kraft und der Verstärkungskraft,
die nun auf die Steuerstange 121 wirkt, die Last überwindet, bewegt sich die Steuerstange,und
die Kolbenanordnung in dem Arbeitszylinder -folgt, wobei das zunehmende Volumen
hinter dem Arbeitszylinder mit dem zusätzlichen Fluid zusammentrifft, das vom Hauptzylinder
eingeführt wird. Der Ausgleichskolben 22, 122 führt seine Ausgleichswirkung weiter
aus, wenn sich die Anordnung bewegt, wobei der Verstärkungsdruck am Stößel in einem
festen Verhältnis zum hydrostatischen Druck gehalten wird.
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Wenn der Aaslaßansatz durch das Ende des rohrförmigen Paßstücks 30,
130 geht, wird er durch einen Ring abgedichtet, der an seiner Außenfläche dem Hochdruckfluid
ausgesetzt ist und der bei der Ausführungsform von Fig. 2 eine ziemlich
kleine
Fläche, verglichen mit der Auslaßsitzfläche, hat. Dieses geringe Ungleichgewicht
dient zum Vorspannen des Auslaßansatzes zum Einlaßende, wodurch das öffnen des Auslasses
gewährleistet wird. Diese Anordnung ist jedoch nicht bevorzugt, da das Ventil dann
am Auslaß dosiert, was nicht wirtschaftlich Ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
von Fig. 1 werden die relativen Größen der entsprechenden Flächen so gewählt, daß
der Auslaßansatz zum Auslaß und Einlaß vorgespannt wird, was möglich ist, weil der
Auslaßansatz an dem Ventilsitzelement befestigt ist.
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Bei der alternativen Konstruktion von Fig. 2 sind der Auslaßansatz
158, der Bügel 160 und das Ventilsitzelement 162 starr für eine gleichförmige Bewegung
miteinander verbunden. Bei dieser Konstruktion entfällt die Notwendigkeit für einen
gesteuerten Ausgleich des Auslaßansatzdichtungsrings und der Auslaßsitzfläche. Eine
andere Möglichkeit besteht darin, einen Anschlag für den Auslaßansatz 158 vorzusehen,
so daß der Ansatz vom Einlaß weg vorgespannt werden kann, während der Anschlag ein
sfnen des Auslaßventils gewährleistet. Diese Lösung erfordert edoch eine Bewegung
zwischen dem Einlaß Schließen und Auslaß Qffnen.
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Erfindungsgemäß wird somit ein hydraulisches Drosselsteuersystem mit
voller hydraulischer Verstärkungsleistung für den Arbeitszylinder geschaffen, während
die direkte Wegemn£;indlichkeit des hydrostatischen Systems aufrechterhalten und
ein hydrostatisches System im Falle eines Leistungsausfalls verfügbar bleibt. Weiter
Merkmale der neuen Konstruktion sind die Ventilbetätigungseinrichtungen, die eine
einfache konzentrische Auslegung der Bauteile ohne zusätzliche Bohrungen erlauben,
sowie schwimmende Ventilelemente, .wodurch relativ grobe Toleranzen hinsichtlich
der Konzentrizität akzeptierbar sind.
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L e e r s e i t e