DE3207571C2 - Doppeltwirkender, in den Endlagen selbsttätig umsteuernder hydraulischer Druckwandler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden, in den Endlagen selbsttätig umsteuernden Druckwandler, dessen Druckwandlerkolben von einer die Beaufschlagung des Druckwandlerkolbens mit Primärdruck steuernden Steuerhülse umschlossen ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine unabhängig von der Beaufschlagung und Bewegung des Druckwandlerkolbens wirkende Umsteuerung der Steuerhülse zu finden, um eine sichere Umsteuerung des Druckwandlerkolbens in den Endlagen zu gewährleisten. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß Hochdruckarbeitsräume durch beidseitig im Druckwandlerkolben vorgesehene Bohrungen gebildet sind, in die seitlich angeordnete Kolben hineinragen. Die Steuerhülse besitzt im mittleren Bereich am Umfang zwei konzentrische Absätze, neben denen sowohl innere und äußere radiale Steuerbohrungen und im gleichen Abstand nach außen nochmals radiale Entlastungsbohrungen angeordnet sind. Der Druckwandlerkolben hat in der Mitte eine Zulaufsteuernut und außen jeweils eine Ablaufsteuernut, deren Lage und Abmessungen so gewählt sind, daß in der rechten Endlage des Druckwandlerkolbens dessen Zulaufsteuernut mit den rechten inneren und äußeren Steuerbohrungen und die linke Ablaufsteuernut mit den linken Entlastungsbohrungen und den linken äußeren Steuerbohrungen verbunden sind und umgekehrt.

Description

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden, in den

ίο Endlagen selbsttätig umsteuernden hydraulischen Druckwandler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei den bekannten doppeltwirkenden Druckübersetzen teilt der Druckwandlerkolben die Bohrung, in der er dichtend gleitet, in zwei, jeweils mit einer Hydraulikleitung verbundene Niederdruckarbeitsräume. Der Druckwandierkolben besteht aus einem mittleren Scheibenkolben und zwei konzentrisch und symmetrisch auf beiden Seiten angeordneten Hochdruckkolben mit entsprechend kleinerem Durchmesser. Die Hochdruckkolben gleiten wiederum dichtend in voneinander getrennten Bohrungen, die die Hochdruckarbeitsräume bilden und über Ansaug- und Auslaßventile mit einer Ansaugleitung und einer Hochdruckauslaßleitung verbunden sind(z. B. DE-OS 24 01 341).

Diese Druckwandler herkömmlicher Bauart werden von einem Hydraulikaggregat aus mit Drucköl versorgt. Die Bewegungsrichtung des Druckwandlerkolbens wird dabei durch ein Wegeventil des Hydraulikaggregates gesteuert, welctes wiederum durch einen Endschalter oder einen Taktgeber angesteuert wird. In den Endlagen des Druckwandlerkolbens entsteht ein Druckabfall, dessen Größe von der Umschaltzeit des Druckwandlerkolbens abhängig ist.

Muß aus baulichen Gründen der Druckwandler getrennt vom Hydrauiikaggregat angeordnet werden, so wirkt sich die zwischen Wegeventil und Druckwandler befindliche Olsäule nachteilig hinsichtlich der Kompression und der möglichen unzulässigen Erwärmung des

Olesaus.

Um die Nachteile der bisherigen Druckwandler bzw. Druckübersetzer zu beseitigen, wurde ein in den Endlagen selbsttätig umsteuernder Druckwandler geschaffen, bei dem eine den Zufluß und Ablauf steuernde, den Druckwandlerkolben umschließende Steuerhülse, angeordnet ist (DD-PS 1 45 416).

Der Druckwandlerkolben, dessen mittlerer Teil ebenfalls als Scheibenkolben ausgebildet ist, und der an beiden gegenüberliegenden Enden Hochdruckkolben besitzt, deren Querschnitte sich jedoch wie 2 :1 verhalten, und die einen wesentlich kleineren Durchmesser als der Scheibenkolben besitzen, legt sich in seinen Endstellungen an entsprechend ausgebildete Anschläge der Steuerhülse an und verschiebt diese um einen bestimmten Steuerhub. Durch diesen Steuerhub wird bewirkt, daß der eine Niederdruckarbeitsraum, der beispielsweise mit Drucköl beaufschlagt war, nunmehr mit dem Ablauf verbunden ist und der andere Niederdruckarbeitsraum, der mit dem Ablauf verbunden war, nunmehr mit Drucköl beaufschlagt wird.

Die mechanische Ansteuerung der Steuerhülse durch den Druckwandlerkolben hat den Nachteil, daß in der Zwischensteliung, wenn die Steuerhülse bei beiden Niederdruckarbeitsräumen gerade den Zu- und Ablauf gesperrt hat, keine hydraulische Kraft auf den Scheibenkolben wirksam ist, so daß diese nicht in der Lage ist, den Druckwandlerkolben in seine Endstellung zu bewegen. Zwar wurde vorgesehen, diesen Totpunkt durch

entsprechende federnde Anschläge zu überwinden, doch sind diese Federkräfte relativ gering, so daß die Umsteuerung, insbesondere bei niedrigen Kolbengeschwindigkeiten und/oder bei hydraulischen und mechanischen Klemmkräften, unzuverlässig arbeitet.

Schließlich ist ein pneumatischer Druckverstärker bekannt, dessen Druckwandlerkolben beidseitig mit Bohrungen für die Hochdruckarbeitsräume verseben ist und dessen Steuerkolben eines Umsteuerventils mit gegenüberliegenden Steuerflächen ausgestattet ist, die abhängig von der Stellung des Druckwandlerkolbens mit Druckluft derart beaufschlagbar sind, daß in den Endstellungen des Druckwandlerkolbens eine Umschaltung der Verbindung zu den Steuerflächen eriolgt und der Steuerkolben in seine entgegengesetzte Stellung bewegt wird zwecks selbsttätiger Umsteuerung des Druckverstärkers (DE-OS 29 00 790).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für die Erzeugung des Steuerhubes der Steuerhülse zu schaffen, die in den Endlsgen von der Bewegungsänderung des Druckwandlerkolbens nicht beeinflußt wird und die durch den ständig anliegenden Primärdruck bei Erreichen der Endlage die Steuerhülse zwangsweise und sicher auch dann umschaltet, wenn der Druckwandlerkolben in der Endlage zur Ruhe gekommen ist Hierbei ist der Druckwandlerkolben so zu gestalten, daß er diese Ansteuerfunktion übernehmen kann, ohne daß dadurch eine insgesamt größere Dimensionierung des Druckwandlers gegenüber der bisherigen Ausführung erforderlich ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten hydraulischen Druckwandler gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unterabsprüchen angegeben.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt den Axialschnitt eines erfindungsgemäßen hydraulischen Druckwandlers.

Der Druckwandler besteht aus einem Gehäuse 1 mit den Druckölanschlüssen für den Zulauf la und den Ablauf ib. Auf der einen Seite ist das Gehäuse 1 durch einen Deckel 2, auf der anderen Seite durch einen Hochdruckflansch 3 mit einer Hochdruckanschlußbohrung 3a verschlo?sen. Im Gehäuse 1 befinden sich seitlich ein großer Kolben 4 und gegenüber ein kleiner Kolben 3, zwischen denen ein Druckwandlerkolben 6, umgeben von einer Steuerhülse 7, angeordnet ist Der Druckwandlerkolben 6 teilt rUe Bohrung, in der er gleitet, in einen Niederdruckarbeitsraum 10 und einen Niederdruckarbeitsraum 11 und bildet durch beidseitig vorgesehene Bohrungen mit dem großen Kolben 4 den großen Hochdruckarbeitsraum 12 und mit dem kleinen Kolben 5 den kleinen Hochdruckarbeitsraum 13, in dem die Kolben 4; 5 in die Bohrungen des Druckwandlerkolbens 6 hineinragen. Die Querschnitte der Hochdruckarbeitsräume 12; 13 verhalten sich wie 2 :1.

Der Niederdruckarbeitsraum 10 ist über eine Saugleitung 4a sowie ein Rückschlagventil 4b im Kolben 4 mit dem großen Hoehdruekarbeitsraum 12 verbunden. Der so kleine Hoehdruekarbeitsraum 13 ist über eine Bohrung 5a sowie ein Rückschlagventil 5b im Kolben 5 mit der Hochdruckanschlußbohrung 3a verbunden, während der große Hochdruckarbeitsraum 12 über eine Bohrung 6a sowie ein Rückschlagventil 6b im Druckwandlerkolben 6 mit dem kleine·? Hoehdruekarbeitsraum 13 verbunden ist. Der Druckwandlerkolben 6 ist darüber hinaus am Umfang in der Mitte mit einer Zulaufsteuernut 6c sowie außen jeweils mit einer Ablaufsteiernut 6d; %d' versehen. Die Steuerhülse 7, die den Druckwandlerkolben 6 umgibt, hat im mittleren Bereich am Umfang zwei konzentrische Absätze 7a; 7a' geringfügig größeren Durchmessers. Neben diesen Absätzen 7a, 7a'sind sowohl innere radiale Steuerbohrungen 7b, Tb' als auch äußere radiale Steuerbohrungen 7c; 7c' und im gleichen Abstand nach außen nochmals radiale Entlastungsbohrungen 7d; 7t/' angeordnet. An den äußeren Enden der Steuerhülse 7 befinden sich ebenfalls radiale Bohrungen 7e;7e'.

Im Gehäuse 1 ist mitteis Preßpassung eine Steuerbuchse 8 fixiert, in der die Steuerhülse 7 gleitet Die Absätze 7a; 7a'der Steuerhülse 7 bilden in einer ringförmig in der Steuerbuchse 8 ausgesparten Niederdruckkammer 14 die Niederdrucksteuerkammern 14a; 14a'. In die Niederdruckkammer 14 münden ir.it dem Zulauf la verbundene, radial in der Steuerbuchse 8 angeordnete Zulaufsiuuerkanäle 8a. Rechts und links neben der Niederdruckkammer 14 in der Steue: iÄichse 8 angeordnete Entlastungskanäle 8b; Sb' sind übr-r einen Ablauf-Längskanal 9 im Gehäuse 1 mit dem Ablauf \b verbunden. Gegenüber den radialen Bohrungen 7e, 7e' an den äußeren Enden der Steuerhülse 7 sind in der Steuerbuch.-^ 8 weiterhin zwei Reihen radiale Kanäle 8c, 8c', Sd, Sd' jeweils auf Abstand angeordnet, wovon die inneren Kanäle 8c; 8c' über einen Zulauf-Längskanal 15 im Gehäuse 1 mit dem Zulauf la und die äußeren Kanäle Sd; 8</'über den Ablauf-Längskanal 9mit.dem Ablauf 1 b verbunden sind.

Die Lage und die Abmessungen der Nuten des Druckwandlerkolbens 6, der Bohrungen in der Steuerhülse 7 sowie der Kanäle in der Steuerbuchse 8 sind so gewählt, daß je nach Lage des Druckwandlerkolbens 6 und Stellung der Steuerhülse 7 folgende Verbindungen zustande kommen:

In der rechten Endlage von Druckwanderkolben 6 und Steuerhülse 7 sind der Niederdruckarbeits.-aum 10 mit den Bohrungen 7e und den inneren Kanälen 8c, der Niederdruckarbeitsraum 11 mit den Bohrungen 7e'und den äußeren Kanälen Sd', die Entlastungskanäle Sb und Entlastungsbohrungen 7d über die Ablaufsteuernut 6d und die äußeren Steuerbohrungen 7c mit der Niederdrucksteuerkammer 14a und die inneren Steuerbohrungen 7b' über die Zulaufsteuernut 6c und die äußeren Steuerbohrungen 7c' mit der Niederdrucksteuerkammer 14a'verbunden.

In der rechten Endlage des Druckwandlerkolbens 6 und linken Endlage der Steuerhülse 7 sind der Niederdruckarbeitsraure 10 mit den Bohrungen 7e und den äußeren Kanälen Sd und der Niederdruckarbeitsrium 11 mit den Bohrungen 7e' und den inneren Kanälen 8c' verbunden. Die anderen Verbindungen entsprechen denen der vorhergehend beschriebenen Stellung.

Bei linker Enalage des Druckwandlerkolbens 6 und der Steuerhülse 7 sind der Niederdruckarbeitsraum 10 mit den Bohrungen 7e und den äußeren Kanälen Sd, der Niederdrücket b°itsraum 11 mit den Bohrungen 7e'und den inneren Kanälen 8c', die inneren Steuerbohrungen Tb über die Zulaufsteuernut 6c und die äußeren Steuerbohrungen 7c mit der Niederdrucksteiierkainmer 14a und die Entlastungskanäle Sb' und die Entlastungsbohrungen 7d' über die Ablaufsteuernut 6d' und die äußeren Steuerbohrur^en 7c' mit der Niederdrucksteuerkammer 14a'verbunden.

Bei linker Endlage des Druckwandlerkolbens 6 und rechter Endlage der Steuerhülse 7 sind der 'Niederdruckarbeitsraum 10 mit den Bohrungen 7e und den

inneren Kanälen 8c und der Niederdruckarbeitsraum 11 mit den Bohrungen Te' und den äußeren Kanälen 8c/' verbunden. Die anderen Verbindungen entsprechen wiederum denen der vorhergehend beschriebenen Stellung.

Die Wirkungsweise des Druckwandlers ist folgende, wobei von der in der Figur aufgezeigten Stellung von Druckwandlerkolben 6 und Steuerhülse 7 ausgegangen wird.

Vom Zulauf la fließt Niederdrucköl einerseits über den Zulauf-Längskanal 15, die inneren Kanäle 8c und die Bohrungen 7e in den Niederdruckarbeitsraum 10, andererseits über die Zulaufsteuerkanäle 8a in die Niederdruckkammer 14. Der Druckwandlerkolben 6 bewegt sich nach rechts, da der Niederdruckarbeitsraum 11 über die Bohrungen 7e', die äußeren Kanäle 8t/' und den Ablauf-Längskanal 9 mit dem Ablauf Xb verbunden ist. Die Steuerhülse 7 beharrt auf Grund des ausgeglichenen hydraulischen Kräftegleichgewichts und eventueller Reibungskräfte zwischen Druckwandlerkolben 6 und Steuerhülse 7 in ihrer rechten Endlage. Nähen sich der Druckwandlerkolben 6 seiner rechten Endlage, so werden einerseits die Niederdrucksteuerkammer 14a über die äußeren Steuerbohrungen 7c, die Ablaufsteuernut 6c/, die Entlastungsbohrungen Td, die Entlastungskanäle Sb und den Ablauf-Längskanal 9 mit dem Ablauf Xb und andererseits die Niederdrucksteuerkammer 14a' über die äußeren Steuerbohrungen 7c', die Zulaufsteuernut 6c, die inneren Steuerbohrungen Tb', die Zulaufsteuerkanäle 8a und den Zulauf-Längskanal 15 mit dem Zulauf la verbunden. Durch das damit gestörte hydraulische Kräftegleichgewicht an der Steuerhülse 7 wird diese in ihre linke Endlage verschoben, wobei die hydraulische Kraft auf Grund der Dimensionierung der konzentrischen Absätze 7a; 7a'der Steuerhülse 7 die möglichen Reibungskräfte überwiegt Durch die Verschiebung der Steuerhüise 7 werden jetzt der Niederdruckarbeitsraum 10 mit dem Ablauf 1 b und der Niederdruckarbeitsraum 11 mit dem Zulauf la verbunden. Dadurch bewegt sich der Druckwandlerkolben 6 in seine linke Endlage. Durch Zustandekommen der entsprechenden Verbindungen wird hier der zur rechten Endlage analoge Vorgang ausgelöst. Bewegt sich der Druckwandlerkolben 6 nach rechts, vergrößert sich das Volumen des Hochdruckarbeitsraumes 12 und, da das Rückschlagventil 6b geschlossen ist, wird über die Saugleitung 4a und das Rückschlagventil 46 Öl nachgesaugt Ferner verringert sich das Volumen des Hochdruckarbeitsraumes 13, dessen sich darin befindliches öl über das Rückschlagventil 5b und die Hochdruckanschlußbohrung 3a zum Verbraucher ausgeschoben wird Bewegt sich der Druckwandlerkolben 6 nach links, wird das öl aus dem Hochdruckarbeitsraum 12 über das jetzt geöffnete Rückschlagventil 6b in den Hochdruckarbeitsraum 13 und weiter über die Bohrung 5a, das Rückschlagventi! 5b und die Hochdruckanschlußbohrung 3a zum Verbraucher gedrückt da das Volumen des Hochdruckarbeitsraumes 12 doppelt so groß ist, wie das des Hochdruckarbeitsraumes 13.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Doppeltwirkender, in den Endlagen selbsttätig umsteuernder hydraulischer Druckwandler, bestehend aus einem Gehäuse, das durch einen Deckel und einen Hochdruckflansch verschlossen ist, sowie einem von einer Steuerhülse umgebenen Druckwandlerkolben, der die Bohrung, in der er gleitet, in zwei Niederdruckarbeitsräume teilt sowie mit entsprechenden Gegenstücken zwei Hochdruckarbeitsräume bildet mit unterschiedlichen Querschnitten, vorzugsweise im Verhältnis 2:1, und die über ein zum kleineren Hochdruckarbeitsraum hin öffnendes Rückschlagventil miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckarbeitsräume (12; 13) durch beidseitig im Druckwandlerkolben (6) vorgesehene Bohrungen gebildet sind, in die seitlich angeordnete Kolben (4; 5) hineinragen, jvihrend die Steuerhülse (7) im mittleren Bereich am Umfang zwei konzentrische, in einer im Gehäuse (1) ringförmig ausgesparten Niederdruckkammer (14) geführte Absätze (7a; 7a') besitzt, neben denen sowohl innere radiale Steuerbohrungen (7b; 7b') als auch äußere radiale Steuerbohrungen (7c; 7c') und im gleichen Abstand nach außen nochmals radiale Entlastungsbohrungen (7d; 7d') in der Steuerhülse (7) angeordnet sind, und daß der Druckwandlerkolben (6) in der Mitte eine Zulaufsteuernut (6c) und außen jeweils eine Ablaufsteuernut (6c/; 6d') besitzt, ovren Lage und Abmessungen so gewählt sind, daß in der rechten Er.ilage des Druckwandlerkolbens (δ) dessen Zulaufsteuernut (6c) mit den rechten inneren und äußeren Strt .erbohrungen (7b'; 7c') und die linke Ablaufsteuernut (6d) mit den linken Entiastungsbohrungen (7a/ und den linken äußeren Steuerbohrungen (7c) verbunden sind und umgekehrt.

2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Niederdruckkammer (14) des Gehäuses (1) mit dem Zulauf (la,¹ verbundene Zulaufsteuerkanäle (8a) münden, während rechts und links neben der Niederdruckkammer (14) angeordnete Entlastungskanäle (8b; 8b') mit dem Abiauf (\b)verbunden sind.

3. Druckwandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Enden der Steuerhülse (7) radiale Bohrungen (7e; 7e?) und diesen gegenüber im Gehäuse (1) auf Abstand jeweils zwei Reihen Kanäle (8c; 8d; 8c'; 8d') angeordnet sind, woven die inneren Kanäle (8c; 8c') mit dem Zulauf (1 a) und die äußeren Kanäle (8c/; 8d') mit dem Ablauf (!^verbunden sind, wobei in der linken Endstellung der Steuerhülse (7) die linken äußeren Bohrungen (7e)atr Steuerhülse (7) mit den linken äußeren Kanälen (8d) im 3ehäuse (1) und die rechten äußeren Bohrungen (7e'jder Steuerhülse (7) mit den rechten inneren Kanälen (8c') des Gehäuses (1) verbunden sind und umgekehrt.

4. Druckwandler nach der. Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufsteuerkanäle (8a/ die Entlastungskanäle (8b; 8b') sowie die inneren Kanäle (8c; 8c') und die äußeren Kanäle (8d; 8d') in einer Steuerbusse (8) angeordnet sind, so daß die Steuerhülse (7) vorzugsweise in zwei äußeren Steuerbuchsen und einer mittleren Steuerbuchse gleitet, wobei die mittlere Steuerbuchse auf Grund ihres gegenüber den äußeren Steuerbussen größeren Innendurchmessers die Niederdruckkammer (14) für die konzentrischen Absätze (7a; 7a') der Steuerhülse (7) bildet