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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für einen hydraulischen
Schwingungserreger mit einem Pulsationserzeuger für die Druckbeaufschlagung der
Zylinderräume eines einen beweglichen Kolben aufnehmenaen Zylinders, wobei jedem
Zylinderraum erwärmte Druckflüssigkeit entzogen und kühle Druckflüssigkeit zugeführt
wird.
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Ein solcher hydraulischer Schwingungserreger wird insbesondere für
Vibrationsverdichter eingesetzt.
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Dabei kann einraal in dem Zylinder der Kolben hin- und herbewegt werden.
Als Alternative ist es auch möglich, den Zylinder auf dem Kolben hin- und herzubewegen.
Diese beiden Ausführungsforman werden für Linearhubmotoren verwendet.
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Bei einem als Schwenkmotor ausgebildeten Schwingungserreger wird der
Schwenkkolben schließlich in einem Zylinder um eine in Längsrichtung verlaufende
Achse hin- und hergedreht.
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Aus der DE-AS 2 231 106 ist ein Schwingungserreger bekannt, bei dem
sich die Phasenverschiebung von zwei Druckquellen ändern läßt, wodurch der Kolbenhub
des Zylinders und damit dessen Arbeitsleistung stufenlos eingestellt werden kann.
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Bei einem solchen Schwingungserreger entstehen besonders bei großen
Schwinggeschwindigkeiten und Leistungsabgaben infolge von Reibung zwischen dem Kolben
und dem Zylinder sowie in der Druckflüssigkeit aufgrund der ständigen Kontraktion
und Expansion erhebliche Wärmemengen, die über die Druckflüssigkeit selbst nicht
abgeführt werden, da zwischen dem Kolben und der Druckquelle nur eine Pulsation,
d.h., eine Hin- und Herbewegung der Druckflüssigkeit, erfolgt. Eine Erwärmung der
Druckflüssigkeit führt jedoch zu einer Verschlechterung der Schmierverhältnisse
zwischen den gleitenden Flächen, so daß aufgrund von Leckagen Druckflüssigkeit austritt
und es
zu einer Wanderung des Kolbens kommt. Außerdem können die
Dichtungselemente beschädigt werden.
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Eine Steuerung der Temperatur der Druckflüssigkeit in dem Zylinder
kann nur durch zusätzliche, bauliche Maßnahmen, beispielsweise durch einen um den
Zylinder herum angeordnet ten Wärmetauscher, erreicht werden, da eine ausreichende
Wärmeabfuhr durch Konvektion mit dem umgebenden Medium sowie Strahlung zu benachbarten
Bauteilen, die sich auf geringerer Temperatur befinden, meist nicht gegeben ist.
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Diese Überlegungen treffen insbesondere für Schwingungser--: reger
zu, die zur Verdichtung bituminöser Materialien im Straßenbau verwendet werden,
da diese oft mit Einbautemperaturen von mehr als 1000C in Berührung kommen.
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Obwohl die Druckquelle aufgrund ihrer baulichen und damit auch räumlichen
Trennung von dem eigentlichen Arbeitszylinder unter normalen Temperaturen arbeitet,
können insbesondere in den oben angegebenen Fällen die Betriebstemperaturen in dem
Arbeitszylinder unzulässig hohe Werte erreichen, ohne daß ein Ausgleich stattfinden
kann.
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Aus der DE-OS 2 607 190 ist deshalb eine Kühleinrichtung für einen
Schwingungserreger bekannt, bei welcher den Zylinder räumen erwärmte Druckflüssigkeit
entzogen und kühle Druckflüssigkeit zugeführt wird.
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Nachteilig ist jedoch hierbei, daß die Ausspülung der erwärmten Druckflüssigkeit
nur druckabhängig erfolgen kann, das heißt, die Ausspülmenge ist in etwa immer gleich,
obwohl unter der Voraussetzung gleichen Druckniveaus bei kleinen Hüben weniger Wärme
entsteht als bei großen Hüben. Die bekannte Vorrichtung arbeitet deshalb insbesondere
im Bereich kleiner Hübe mit unwirtschaftlich hohen Ausspülmengen. Eine hubabhängige
Dosierung der erforderlichen Spülmenge läßt sich
nur mit relativ
hohem Aufwand erreichen, da hierzu eine zusätzliche, externe Steuereinrichtung zur
Verschiebung von zwei Hülsen erforderlich ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Kuhleinrichtung
für einen Schwingungserreger der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die oben
erwähnten Nachteile nicht auftreten.
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Insbesondere soll eine konstruktiv wenig aufwendige Kühleinrichtung
vorgeschlagen werden, die das oben erläuterte Wandern des Kolbens in dem Zylinder
aufgrund von Leckagen sicher verhindert.
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Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Speisesystem für die
Zuführung von Druckflüssigkeit bei Unterschreitung eines vorgegebenen Drucks in
den Zylinderräumen, und durch ein bei jedem Hub des Kolbens eine druck- und wegabhängige
Menge Druckflüssigkeit aus den Zylinderräumen abziehendes Spülsystem.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf,
daß zu einem genau definierten Zeitpunkt des Bewegunqsablaufs zwischen Kolben und
Zylinder eine definierte, druck-und wegabhängige Druckflüssigkeitsmenge aus dem
Zylinder austreten kann und sofort durch eine entsprechende Menge kühle Druckflüssigkeit
auf der Gegenseite ersetzt wird. Die abzuführende Flüssigkeitsmenge kann so ausgelegt
werden, daß in dem Zylinder stets eine genau definierte Temperatur herrscht.
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Dabei kann es sich beispielsweise um eine Temperatur handeln, die
im wesentlichen der Temperatur der Druckquelle bzw. des Tankreservoirs für die Druckflüssigkeit
entspricht.
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Diese Menge Druckflüssigkeit ist im Vergleich mit dem Arbeitsvolumen
der Druckflüssigkeit gering, so daß diese Flüssigkeitsmenge ohne großen Aufwand
abgeführt bzw. zugeführt werden kann.
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Da die wegproportionale Abhängigkeit bei größerer Verlagerung der
Kolbenmitte nach einer Seite eine stärkere Aus spülung auf der Gegenseite bewirkt,
kommt das oben erläuterte Wandern des Kolbens rasch zum Stehen, das heißt, es wird
durch die sich einstellende Asymmetrie der Spülung stabilisiert.
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Zweckmäßigerweise wird das Spülsystem durch eine Steuerbuchsen/Steuerkolben-Einheit
gebildet, wobei die Steuerbuchse und der Steuerkolben relativ zueinander bewegbar
sind. In einer bestimmten Stellung der beiden Teile zueinander werden jeweils Bohrungen
bzw. Ringkanäle freigegeben, um die Druckflüssigkeit aus dem zugeordneten Zylinderraum
entweichen zu lassen. Dabei kann die Ausspülcharakteristik durch geeignete Auswahl
der Lage bzw. der Form des dann entstehenden Ringspaltes zwischen Steuerbuchse und
Steuerkolben festgelegt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Ausführungsform eines Speisesystems für die Kühleinrichtung nach der
vorliegenden ErfiLdlang, Fig. 2 eine Modifikation der Ausführungsform des Speisesystems
nach Fig. 1, Fig. 3 eine Ausführungsform eines Spülsystems, wobei die Steuerbuchsen/Steuerkolben-Einheit
im Innern des Kolbens angeordnet ist, Fig. 4 eine Ausführungsform des Spülsystems,
wobei die Steuerbuchsen/Steuerkolben-Einheit außerhalb des Zylinders angeordnet
ist, Fig. 5 eine Ausführungsform des Spülsystems nach Fig. 4, bei welcher dem Steuerkolben
eine zusätzliche Bewegung überlagert werden kann,
Fig. 6a, 6b und
6c die verschiedenen überdeckungsmöglichkeiten bei einem Ringspalt mit konstanter
Breite, Fig. 7 Ausspül-Kennlinien für die verschiedenen, in Fig.
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6 dargestellten überdeckungen, Fig. 8a, 8b bzw. 8c die verschiedenen
Ü.berdeckungsmöglichkeiten bei einem Ringspalt mit sich ändernder Breite, Fig. 9
Ausspülkennlinien für die verschiedenen überdeckungen nach Fig. 8, und Fig. 10 eine
Ausführungsform eines Spülsystems für einen als Schwenkmotor ausgebildeten Schwingungserreger.
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Figur 1 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform eines Spaisesystems
einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung für den Arbeitszylinder eines hydraulischen
Schwingungserregers.
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Dieser Arbeitskreis besteht aus einem Pulsationserzeuger 101, bei
dem zwei Kolbenpaare viola, 101b bzw. 101c, lOld in Zylindergehäusehälften 101e
bzw. 101f angeordnet sind und von einer Kurbelwelle 101cm angetrieben werden. Durch
Änderung der Phasenbeziehung der beiden Kolbenpaare zueinander kann die jeweils
geforderte Flüssigkeitsmenge und damit der Kolbenhub eines Arbeitszylinders 102,
das heißt also, seine Arbeitsleistung, stufenlos zwischen 0 und einem Maximalwert
eingestellt werden.
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Die Änderung der Phasenbeziehung erfolgt z.B. durch Verdrehen der
Gehäusehälften lOle, 101f gegeneinander.
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Ein solcher hydraulischer Schwingungserreger ist aus der DE-AS 2 231
106 bekannt, so daß er hier nicht näher erläutert werden soll.
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Der Arbeitszylinder 102 weist einen in Figur 1 nur schematisch angedeuteten
Zylinder 1 auf, in dem ein Kolben 2 längsbeweglich angeordnet ist. Aufbau und Funktionsweise
dieses Arbeitszylinders
102 sollen im folgenden noch näher erläutert
werden.
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Die beiden Anschlüsse des Pulsationserzeugers 101 sind über Zuleitungen
103 und 104 mit den Zylinderräumen auf den beiden Seiten des Kolbens 2 des Arbeitszylinders
102 verbunden.
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Die Strömungsrichtung in den beiden Zuleitungen 103 und 104 ist durch
die Pfeile angedeutet.
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Eine Abflußleitung 105 für das aus dem Arbeitszylinder 102 ausgespülte
öl stellt die Verbindung zu einem Tankreservoir 106 her. Ein Vorspannventil 105a
in der Abflußleitung 105 dient zur Einstellung eines vorwählbaren Staudrucks, wodurch
die ausgespülte Menge zusätzlich beeinflußt werden kann.
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Das Spülsystem des Arbeitszylinders 102 soll im folgenden noch näher
erläutert werden.
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Das Tankreservoir 106 steht außerdem über federbelastete Rückschlagventile
107 bzw. 108 mit der Zuleitung 103 bzw.
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der Zuleitung 104 in Verbindung. Diese Rückschlagventile 107 und 108
sprechen bei geringem Unterdruck in den Zuleitungen 103 bzw. 104 an und speisen
Tankflüssigkeit in die entsprechenden Zuleitungen.
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Wenn bei einer solchen hydrostatischen Koppluny zwischen dem Pulsationserzeuger
101 und dem Arbeitszylinder 102 aus dem Zylinderraum auf einer Seite des Kolbens
2 eine bestimmte Menge Druckflüssigkeit über die Abflußleitung 105 abgeführt wird,
sinkt in der dem entgegengesetzten Zylinderraum zugeordneten Zuleitung 103 bzw.
104 der Druck, so daß bei Unterschreitung eines Schwellwertes die Rückschlagventile
107 und 108 ansprechen und Druckflüssigkeit aus dem Tankreservoir 106 in diese Zuleitung
einspeisen.
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Dieses Spiel findet pro Umdrehung der Kurbelwelle 101g des Pulsationserzeugers
auf jeder Seite des Kolbens 2 einmal statt.
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In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Speisesystems
für
den Arbeitszylinder eines hydraulischen Schwingungserregers dargestellt, die sich
von der Ausführungsform nach Fig 1 dadurch unterscheidet, daß in der Zuleitung 111
von dem Tankreservoir 106 zu den federbelasteten Rückschlagventilen 107 bzw. 108
eine Speisepumpe 109 vorgesehen ist.
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Mittels eines Druckbegrenzungsventils110 kann ein bestimmter Druck
für die Zuleitungen 103 und 104 eingestellt werden.
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Im übrigen hat diese Ausführungsform den gleichen Aufbau und die gleiche
Funktionsweise wie die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform, so daß die entsprechenden
Bauelemente und ihre Wirkungsweise nicht nochmals erläutert werden sollen.
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Die Speisepumpe 109 erzeugt an den federbelasteten Rückschlagventilen
107 bzw. 108 permanent einen bestimmten Flüssigkeitsdruck, so daß bei Unterschreitung
des am Druckbegrenzungsventilllo eingestellten Drucks in den Zuleitungen 103 oder
104 die Einspeisung von frischer Druckflüssigkeit aus dexlTankreservoir 106 zu den
Zuleitung 103 bzw. 104 erfolgt.
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Welches der beiden hier erläuterten Speisesystemefür einen Arbeitszylinder
ausgewählt wird, hängt von den gesamten bau'eichen Gegebenenheiten sowie den Anforderungen
an den Arbeitszylinder ab.
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In Fig. 3 ist ein als Steuerbuchsen/Steuerkolben-Einheit ausgebildetes
Spülsystem für den Arbeitszylinder 102 dargestellt, das im Innern des Kolbens 2
des Zylinders 1 angeordnet ist. Bei diesem Spülsystem erfolgt die Abfuhr der ausgespülten
Druckflüssigkeit durch den hohlen Steuerkolben.
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Wie bereits oben kurz angedeutet wurde, weist ein solcher Arbeitszylinder
102 einen Zylinder 1 auf, in dem ein Kolben 2 in seiner Längsrichtung verschoben
werden kann.
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Der gemäß der Darstellung in Fig. 3 obere Zylinderraum 3 ist über
die Zuleitung 103 und der untere Zylinderraum 3' über die Zuleitung 104 mit der
in den Figuren 1 und 2 gezeigten Druckquelle verbunden, welche den für die oszillierende
Bewegung
des Kolbens 2 erforderlichen Flüssigkeits-Wechselstrom erzeugt. Durch stufenlose
Regelung des Volumens dieses Flüssigkeitsstroms von der Druckquelle, wie es in der
DE-AS 2 231 106 erläutert wird, kann der Kolben 2 Hübe vom Wert Null bis zu einem
dem maximalen Flüssigkeitsstrom entsprechenden Scheitelwert ausführen.
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Die Kolbenstangen 6 bzw. 6' des Kolbens 2 gleiten an den bei 5 bzw.
5' angedeuteten Dichtungsflächen an entsprechenden Flächen des Zylinders 1, so daß
an diesen Stellen im allgemeinen Druckflüssigkeit aus dem Zylinder 1 austreten kann.
Diese, an den Dichtungsflächen 5 und 5' anfallenden Leckagen haben in der Praxis
nie die gleiche Größe und können somit in Verbindung mit weiteren, inneren Leckagen
zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 zu einer allmählichen Wanderung des Kolbens
2 aus der Ausgangslage, im allgeme-inen der MittenlageZim Zylinder 2, führen.
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Um dieses Wandern des Kolbens 2 zu vermeiden und gleichzeitig einen
unerwünschten Temperaturanstieg im Zylinder 1 auszuschließen, ist das Innere des
Kolbens 2 mit einer als Spülsystem dienenden Steuerbuchsen/Steuerkolben-Einheit
versehen, die mit dem bereits unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 erläuterten
Speisesystem zusammenwirkt.
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Im Innern des hohlen Kolbens 2 ist eine Steuerbuchse 7 angebracht,
die an ihrem äußeren Umfang zwei Ringkanäle 8 und. 8' aufweist. Die Steuerbuchse
7 ist hohl und weist an ihrer Innenwandung Ringkanäle 10 und 10' auf, die über Bohrungen
9 und 9' mit den Ringkanälen 8 und 8' in Verbindung stehen. Außerdem sind die Ringkanäle
8 und 8' über Bohrungen 11 bzw. 11' in den Kolbenstangen 6 bzw. 6' des Kolbens 2
mit den Zylinderräumen 3 bzw. 3' verbunden Die Steuerbuchse 7 wird in der Kolbenstange
6 über eine Abstandhülse 15 mittels eines Deckels 16 axial fixiert.
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In der Steuerbuchse 7 ist ein Steuerkolben 12 in seiner Längsrichtung
verschiebbar gelagert und über einen Halter 13 und Stellmuttern 14 bzw. 14' mit
der Außenwand des Zylinders 1 verbunden.
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Der Schaft des Steuerkolbens 12 ist im Bereich der Ringkanäle 10 und
10' der Steuerbuchse 7 mit zwei einander zugewandten, verjüngten Absätzen 17 bzw.
17' versehen, die über eine Rille 18 miteinander verbunden sind. In Richtung der
Ringkanäle 10 bzw. 10' laufen die verjüngten Absätze 17 bzw. 17' in den vollen Durchmesser
des Schaftes des Steuerkolbens 12 aus, wobei die einander zugewandten Kantenl9 und
19' der Ringkanäle 10 und 10' als Steuerkanten dienen, wie im folgenden noch erläutert
werden soll.
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Der Steuerkolben 12 weist eine in seiner Längsrichtung verlaufende,
durchgehende Bohrung 20 sowie mindestens eine radiale Bohrung 21 im Bereich der
Rille 18 auf.
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Die Bohrung 20 ist über die bereits in den Fig. 1 und 2 dargestellte
Abflußleitung 105 mit dem Tankreservoir 106 verbunden, d.h., die noch zu erläuternde
Abfuhr der ausgespülten Flüssigkeit erfolgt über die Bohrung 20 und die Abflußleitung
105.
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Im folgenden soll das Funktionsprinzip dieser Ausführungsform erläutert
werden. Wenn beispielsweise der Zylinderraum 3 über die Zuleitung 103 mit Druckflüssigkeit
beaufschlagt wird, so bewegt sich der Kolben 2 gemäß der Darstellung in Fig. 3 aus
der in dieser Figur gezeigten Stellung, bei der die Steuerkanten 19 bzw. 19' der
Ringkanäle 10 bzw. 10' durch den vollen Schaftdurchmesser des Steuerkolbens 12 bedeckt
sind, von oben nach unten. Sobald im Verlaufe dieser Bewegung die Steuerkante 19
durch den beginnenden, verjüngten Absatz 17 freigegeben wird, kann Druckflüssigkeit
aus dem Zylinderraum 3 durch die Bohrungen 11 in den Raum zwischen der Steuerbuchse
7 und den verjüngten Absätzen 17, 17' bzw. der Rille 18 fließen und wird dann über
die
radiale Bohrung 21 und die Längsbohrung 20 des Steuerkolbens
12 ausgespült.
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Bei dieser Bewegung wird der untere Ringkanal 10 durch den vollen
Schaftdurchmesser des Steuerkolbens 12 bedeckt, so daß hier keine Druckflüssigkeit
austreten kann.
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Die Ergänzung dieser ausgespülten Flüssigkeitsmenge durch eine entsprechende
enge frischer Flüssigkeit erfolgt während des nun ablaufenden Hubes auf der Ausschubseite
des Kolbens 2 über das in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellte Speise- bzw. Nachsaugsystem.
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Beim Zurückschwingen des Kolbens 2, d.h., bei der Beaufschlagung des
Zylinderraums 3' mit der Druckflüssigkeit und beim Durchlaufen der Ausgangslage
findet eine entsprechende Ausspülung des ylinderraums 3' statt, wenn einen sprechender
Austrittspalt zwischen der Steuerkante 19' und dem verjüngten Ansatz 17' freigegeben
wird.
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Wenn die Mitte dieser Schwingung aufgrund von unterschiedlichen Leckagen
an den Dichtungsflächen 5 bzw. 5' wandert, ergeben sich aufgrund der dadurch hervorgerufenen
Volumenänderung der Zylinderräume 3 bzw. 3' auch unterschiedliche Mengen an aus
den beiden Zylinderräumen 3 bzw. 3' ausgespülter Druckflüssigkeit, wodurch diese
Wanderung der Schwingungsmitte zum Stillstand gebracht und eine stabile Mittellage
eingestellt wird.
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Außerdem kann diese Mittellage im Hubbereich des Zylinders 11 noch
von außen vorgegeben werden, und zwar durch entsprechende Justierung der Stellmuttern
14 und 14', durch die der Steuerkolben 12 in seiner Längsrichtung in dem Kolben
2 verschoben werden kann.
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Als Alternative hierzu kann diese Vorgabe des Mittelpunktes der Schwingungsbewegung
auch durch elektromechanisch oder hydraulisch betätigte Stellglieder erfolgen.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsform des Spülsystems dargestellt, bei
der die Steuerbuchsen/SteuerkoI&aFEinheit außerhalb des Arbeitszylinders 102
angeordnet ist. Die Zufuhr derDruckflüssigkeit erfolgt hierbei über das Gehäuse
der Steuerbuchsen/Steuerkolben-Einheit; ; als Alternative hierzu kann sie jedoch
auch am Zylinder 30 selbst erfolgen.
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Bei dieser Ausführungsform ist in einem Zylinder 30 ein Kolben 31
so angeordnet,- daß er in seiner Längsrichtung in dem Zylinder 30 verschoben werden
kann. Seitlich an den Zylinder 30 ist eine Steuerbuchsen/Steuerkolben-Einheit 33
angeflanscht.
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Dabei wird eine Steuerbuchse 34 über Deckel 35 bzw. 35' fest mit dem
Zylinder 30 verbunden.
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Der gemäß der Darstellung in Fig. 4 obere Zylinderraum 36' des Zylinders
30 steht über einen Kanal 37' in dem Zylinder 30, einen Ringkanal 38' in der Steuerbuchse,
eine Bohrung 39' in der Steuerbuchse 34, einen Ringkanal 40 r in der Steuerbuchse
34 sowie eine Bohrung 41' in einer Gehäusewand 32 und eine Zuleitung 103 mit der
in den Figuren 1 und 2 gezeigten Druckquelle in Verbindung. In ähnlicher Weise ist
der gemäß der Darstellung in Fig. 2 untere Zylinderraum 36 über Kanäle bzw. Bohrungen
37 bis 41 und die Zuleitr;-ng 104 mit der Druckquelle verbunden.
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In-der Steuerbuchse 34 ist ein Steuerkolben 43 so gelagert, daß er
in seiner Längsrichtung in der Steuerbuchse 34 verschoben werden kann. Der Steuerkolben
43 ist über einen Halter 44 sowie Stellmuttern 45 und 45' mit dem Kolben 31 verbunden.
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Der Steuerkolben 43 weist ähnlich wie der Steuerkolben bei der obigen
Ausführungsform auf seinem Schaft im Bereich der Kanäle 40 und 40t der Steuerbuchse
34 zwei verjüngte Absätze 46, 46' auf, die über eine Rille 47 miteinander verbunden
sind.
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Bei dieser Ausführungsform dienen die Kanten 48 und 48'
der
Ringkanäle 40 und 40' als Steuerkanten.
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Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Aus spülung der Druckflüssigkeit
aus den beiden Zylinderräumen 36 bzw. 36' bei Freigabe der jeweiligen Steuerkante
48, 48' durch die verjüngten Absätze 46, 46' über eine Bohrung 49 in der Steuerbuchse
34, eine Bohrung 50 in dem Gehäuseteil 32 sowie die Abf lußleitung 105.
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Im übrigen hat diese Ausführungsform die gleiche Funktionsweise wie
die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform, so daß sie nicht nochmals im einzelnen
erläutert werden soll.
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In Fig. 5 ist eine Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 4 dargestellt,
bei welcher der Steuerkolben 43 mittels einer gesteuerten Hubvorgabe selbst in oszillierende
Bewegung versetzt wird, so daß der Kolben 31 eine der Grundschwingung überlagerte
Folgebewegung ausführt.
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Bei dieser Modifikation ist das obere Ende des Steuerkolbens 43 zu
einem Kolben 51 ausgebildet, der in einem Hydraulik-oder Pneumatik-Zylinder 52 in
Längsrichtung des Steuerkolbens 43 verschoben werden kann. Der Zylinder 52 steht
über Leitungen 53 bzw. 54 und ein Wegventil 55 mit der Druckqeulle bzw.
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dem Tankreservoir 106 in Verbindung.
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Durch Druckbeaufschlagung des Zylinders 52 kann auf den Kolben 51
und damit auf den Steuerkolben 43 eine periodische oder nicht periodische Bewegung
relativ zu seiner Aufhängung unter Steuerung durch das Wegventil 55 ausgeübt werden.
Auf diese Weise läßt sich die Schwingungsmitte des Kolbens 31 in den Zylinder 30
verlagern. Dies kann für viele Anwendungsfälle zweckmäßig sein.
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Selbstverständlich kann diese Modifikation auch bei der Ausführungsform
nach Fig. 3 verwendet werden.
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Als Alternative hierzu ist schließlich noch die Verstellung
des
Steuerkolbens 43 über eine Spindel mit Elektromotor oder über eine Zahnstange mit
Ritzel möglich. Auch ein Exzenter-, Nocken- oder Kurvenscheibenantrieb wäre denkbar.
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Die Ausspülkennlinie, d.h., die sich im Laufe eines Hubs ändern.de
Menge Ausspülflüssigkeit hängt von der Ausbildung der verjüngten Absätze 17, 17'
bzw. 46, 46' ab. Die dadurch gegebenen Möglichkeiten, die Ausspülkennlinie zu verändern,
sollen im folgenden untersucht werden.
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Bei sonst konstanten Parametern, also insbesondere konstantem Druckunterschied,
fließt durch einen Ringspalt eine Plüssigkeitsmenge Q (1/min), die proportional
zu h3/L ist. Es gilt also Q = K h3 / L (1/min), wobei K eine Proportionalitätskonstante,
h die Breite des Ringspaltes (umlaufend) und L die Länge des Ringspaltes sind.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Steuerbuchsen/Steuerkolbeneinheit
nach den Figuren 3 und 4, bei welcher die Verjüngug 17, 17' bzw. 46, 46' als Stufenspalt
17 mit festem Querschnitt ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist also die
Breite h des Ringspaltes 17 zwischen der Steuerbuchse und dem Steuerkolben konstant,
so daß nur seine Länge zur Beeinflussung der Ausspülcharakteristik verwendet werden
kann.
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Aufgrund der unterschiedlichen Länge dieses Ringspaltes können nun
die folgenden drei Fälle unterschieden werden, wobei die Dars-tellungen sich jeweils
auf die symmetrische Mittellage der Steuerkanten und Verjüngungen zueinander beziehen:
Bei der sogenannten "Nullüberdeckung" schneidet der Absatz der Verjüngung 17 genau
mit der Steuerkante 19 ab. Dieser Fall ist in Fig. 6a dargestellt.
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Bei der sogenannten positiven überdeckung" erstreckt sich der volle
Schaftdurchmesser des Steuerkolbens 12 noch um ein gewisses Maß über die Steuerkanten
hinaus, so daß nach beiden
Seiten keine Flüssigkeit ausströmen
kann. Dieser Fall ist in Figur 6b dargestellt.
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Bei der sogenannten "negativen überdeckung" besteht schon in der Symmetrielage
an beiden Steuerkanten ein gewisser Ringspalt, so daß sich auch in der Mittellage
des Kolbens schon eine gewisse Menge an ausgespülter Flüssigkeit ergibt, der sogenannte
Null-Durchfluß. Dieser Fall ist in Fig. 6c gezeigt.
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In Fig. 7 sind für diese drei Fälle die Durchflußkennlinien aufgetragen,
also die pro Zeiteinheit ausströmende Flüssigkeitsmenge im Verlaufe des Hubs des
Kolbens im Arbeitszylinder.
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Es läßt sich beispielsweise erkennen, daß bei negativer Überdeckung
immer eine gewisse Ausspülung stattfindet, während es bei der Nullüberdeckung eine
Lage mit der Ausflußmenge "Null" gibt. Bei der positiven Überdeckung erfolgt schließlich
das erste Ausströmen der Flüssigkeit relativ spät im Vergleich mit den beiden anderen
Fällen.
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Mit Hilfe dieser1 auf theoretischen Überlegungen ber.ienden Kennlinien
kann durch geeignete Wahl des überdeckungsmaßes (positiv oder negativ) eine gewünschte
Ausspülcharakteristik erhalten werden.
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In Fig. 8 ist eine kegelförmige Verjüngung 17 dargestellt, d.h., bei
wachsender Auslenkung aus der Mittenlage und damit Verringerung der Länge L des
Ringspaltes nimmt die Breite des Ringspaltes stetig zu.
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Die Nullüberdeckung, die positive überdeckung bzw. die negative Uberdeckung
für diese Form der Verjüngung sind in den Figuren 8a, 8b bzw. 8c dargestellt.
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Die Durchflußkennlinien für diesen Fall sind in Fig. 9 aufgetragen,
wobei
zu erkennen ist, daß sie wesentlich steiler als bei einem Ringspalt mit konstanter
Breite verlaufen.
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Diese Durchflußkurven können außerdem noch durch den Kegelwinkel beeinflußt
werden, wobei die Durchflußkurven in Abhängigkeit von dem Regelwinkel mehr oder
weniger stark ansteigen.
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Für den jeweiligen Anwçendungsfall kann durch Auswahl einer geeigneten
Breite bzw. Länge des Ringspaltes und damit der Überdeckung sowie durch einen zweckmäßigen
Kegelwinkel eine optimale Ausspülcharakteristik erreicht werden. Weiterhin läßt
sich dadurch berücksichtigen, daß bei kleineren Schwingungsamplituden des Kolbens
weniger Verlustwärme anfällt als bei größeren, so daß die Ausspülmenge möglichst
in etwa proportional zur Amplitude der Schwingung sein sollte.
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Wird beispielsweise für kleinere Schwingungsamplituden mit Nullüberdeckung
gearbeitet, so könnte die in der Nähe der Mittellage ausgespülte Menge an Druckflüssigkeit
im Verhältnis zur Arbeitsmenge pro Hubhälfte zu groß werden (vgl. auch Fig. 7),
da bei Nullüberdeckung sofort nach Verlassen der Schwingungsmitte der Ausspülvorgang
beginnt. Wenn dies der Fall ist, sollte mit positiver überdeckung gearbeitet werden,
da hierbei der Steuerkolben erst einen'?otweg" durch laufen muß, bis eine Ausspülung
aus den Kanälen erfolgen kann.
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Während bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Schwingungserreger
als Linearhubmotor ausgebildet ist, ist in Fig. 10 ein als Schwenkmotor ausgebildeter
Schwingungserreger gezeigt.
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Bei dieser Ausführungsform ist in einem Gehäuse 60 ein Schwenkkolben
61. drehbeweglich gelagert, der mit Räumen 65 bzw. 65' versehen ist. Diese Räume
65 bzw. 65' können über Leitungen 62, 62' mit Druckflüssigkeit von einer Druckquelle
beaufschlagt werden, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.
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Im Innern einer einstückig mit dem Schwenkkolben 61 ausgebildeten
Hohlwelle 63 befindet sich ein Steuerkolben 64, der mit dem Gehäuse 60 außerhalb
der Schwenkräume 65 und 65' durch geeignete Verbindungen (nicht dargestellt) drehfest
gekoppelt ist.
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Der Steuerkolben 64 weist auf einem Teil seines Umfangs einen Schlitz
66 auf, der sich über ein kurzes Stück in axialer Richtung erstreckt; wie man Fig.
10 entnehmen kann, verläuft der Schlitz 66 etwa über einen Winkel von 1500 über
den Umfang des Steuerkolbens 64.
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Der Schlitz 66 steht über eine radiale Bohrung 67 des Steuerkolbens
64 mit dem hohlen Innenraum 68 des Steuerkolbens 64 in Verbindung. Dieser Innenraum
68 ist wiederum durch eine nicht dargestellte Abflußleitung an das Tankreservoir
der Druckquelle angeschlossen.
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Schließlich sind in dem ringförmigen Bereich der Welle 63 noch radiale
Bohrungen 69 vorgesehen, die bei entsprechender Überdeckung den Schlitz 66 mit den
Schwenkräumen 65 bzw.
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65r verbinden.
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Bei jedem Hub des Schwenkkolbens 61 werden auch bei dieser Ausführungsform
die Bohrungen 69 bzw. 69' durch den Schlitz 66 freigegeben, so daß Druckflüssigkeit
aus den Schwenkräumen 65, 65' durch die Bohrung 69, 69' in den Schlitz 66 und von
dort durch die Bohrung 67 und die Abflußleitung ausströmen kann. Die entsprechende
Flüssigkeitsmenge wird analog zu Fig.
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1 und 2 über die Anschlüsse 62, 62' von der Druckquelle wieder zugeführt.
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Auch bei dieser Ausführungsform können durch geeignete Auswahl der
Steuerkantenüberdeckung der Bohrungen 69 bzw. 69' und des Schlitzes 66 sowie der
Form des Schlitzes 66 die gewünschten Ausspülcharakteristiken erhalten werden.
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