DE3445418A1

DE3445418A1 - Doppeltwirkender druckwandler

Info

Publication number: DE3445418A1
Application number: DE19843445418
Authority: DE
Inventors: Rudi DDR 7022 Leipzig Bardoux; Karl Dr.-Ing. DDR 7030 Leipzig Bittel
Original assignee: VEB KOMBINAT ORSTA-HYDRAULIK; ORSTA HYDRAULIK VEB K; VEB KOMBINAT ORSTA-HYDRAULIK DDR 7010 LEIPZIG
Current assignee: Hochdruck- und Sonderhydraulik Leipzig 04157 GmbH
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1985-12-12
Also published as: GB2159890A; DE3445418C2; US4735051A; FR2565637B1; JPS60261984A; GB2159890B; FR2565637A1; GB8503036D0

Description

Doppeltwirkender hydraulischer Druckwandler

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden hydraulischen Druckwandler, dessen Druckwandlerkolben in den Endlagen durch einen parallel zu diesem angeordneten Steuerschieber selbsttätig umgesteuert wird.

Ss wurden bereits Druckwandler vorgeschlagen, bei denen die Umsteuerung des Druckwandlerkolbens durch eine den Druckwandlerkolben umschließende Steuerhülse oder durch einen parallel zum Druckwandlerkolben angeordneten Steuerschieber erfolgt.

Bei einer Ausführung mit Steuerhülse wird diese mechanisch durch den sich der Endlage nähernden Druckwandlerkolben mittels Anschlägen verschoben und steuert so die Beaufschlagung des Druckwandlerkolbens. Da die mechanische Ansteuerung der Steuerhülse trotz entsprechender Hilfsmaßnahmen keine stabile Umsteuerung in den Endlagen ergab, wurde eine hydraulische Ansteuerung geschaffen. Bei dieser sind die Ringflächen zweier Bunde am Außendurchmesser der Steuerhülse oder die Stirnflächen an den Enden dieser Steuerhülse abwechselnd, je nach Stellung des Druckwandlerkolbens, mit der Druck- oder Ablaufseite verbunden. Die Verstellbewegung der Steuerhülse erfolgt dabei immer entgegen der Bewegungsrichtung des Druckwandlerkolbens· Die angeschnittenen Steuerbohrungen in der Steuerhülse werden durch die gegenläufige Bewegung zum Druckwandlerkolben rasch und vollständig freigegeben, wodurch die Steuerhülse zuverlässig in die jeweils andere Stellung geschoben wird, so daß eine stabile Umsteuerung der Bewegungsrichtung des Druckwandlerkolbens unter allen Bedingungen - ob großer oder kleiner Förderstrom bzw. Druck anliegt - gegeben ist. Die sichere Umsteuerung des Druckwandlerkolbens ist daher an eine geometrische Zuordnung des Druckwandlerkolbens zur Steuerhülse

gebunden, und dieses erscheint nur möglich, wenn sich Druckwandlerkolben und Steuerhülse berühren bzw. ersterer von der Steuerhülse umschlossen wird. Biese koaxiale Zuordnung von Druckwandlerkolben und Steuerhülse - insbesondere, wenn letztere von drei weiteren Steuerbuchsen umschlossen ist - ist fertigungstechnisch nachteilig. Geringe Abweichungen von der Koaxialität führen, wenn die Spalte und damit Leckverluste kleingehalten werden sollen, zum Klemmen der Steuerhülse» Bs wurde daher eine Ausführung mit einem parallel zum Druckwandlerkolben angeordneten Steuerschieber vorgeschlagen. Der Steuerschieber besitzt im mittleren Bereich zwei flache Steuernuten. Die Bohrung für den Druckwandlerkolben ist in der Mitte durch eine Steuerbohrung mit dem Zulauf und seitlich davon in einem bestimmten Abstand durch je eine Steuerbohrung mit dem Ablauf verbunden. Dazwischen sind auf jeder Seite zwei eng benachbarte und seitlich etwas versetzte Bohrungen angeordnet, die die Bohrung des Steuerschiebers mit der des Druckwandlerkolbens verbinden. Der Druckwandlerkolben weist zwei innere, etwas breitere, flache und zwei äußere, etwas schmalere Steuernuten auf, die die erwähnten Steuerbohrungen freigeben bzw. abdecken. Der vorgeschlagene Druckwandler arbeitet jedoch nicht unter allen Betriebszuständen zufriedenstellend. Schwierigkeiten treten insbesondere dann auf, wenn bei hohem Gegendruck der Primärstrom infolge ansprechendem Primär-Druckbegrenzungsventil gegen Null geht. Dann bleibt der Steuerschieber in der Mittellage hängen. Hierfür gibt es verschiedene Ursachen. Bie Hauptursache besteht darin, daß während des Hubes des Druckwandlerkolbens durch die Steuernuten ein Druckimpuls auf den Steuerschieber ausgeübt wird, der den Steuerschieber in die andere Stellung zu verschieben sucht. Da die benachbarten Steuerbohrungen im Gehäuse in axialer Richtung zudem sehr eng beisammen liegen, wird deren Wirkung durch den

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V Spaltverlust außer Kraft gesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckwandler zu schaffen» bei welchem der Steuerschieber nur an den jeweiligen Hubenden einen Umsteuer-Impuls erhält, d. h·, daß eine zwischenzeitliche Verschiebung des Steuerschiebers während des Hubes des Druckwandlerkolbens ausgeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Hierzu zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Druckwandler,

Fig· 2 einen um 90° versetzten Schnitt A-A durch den Steuerschieber des Druckwandlers.

Der Druckwandler besteht aus einem Gehäuse 1, in dessen größerer Bohrung der Druckwandlerkolben 2 und in dessen darüberliegender, kleinerer Bohrung der Steuerschieber 3 gleitend angeordnet sind· Im Druckwandlerkolben 2 befinden sich ein Rückschlagventil 4 und an beiden Stirnseiten, gleitend bzw. fest angeordnet, die Hochdruckkolben 5» 6. Der Hochdruckkolben 5 stützt sich auf ein in einem Verschluß 7 angeordnetes Druckstück 9 ab. Der Hochdruckkolben 6 ist in die rechte Grundbohrung des Druckwandlerkolbens 2 eingedrückt und gleitet in der Bohrung eines Verschlusses 8. In axialen Bohrungen 26, 26' des Steuerschiebers 3 befinden sich links und rechts zwei verschieden große Druckstifte 10, 10*, die sich wie die Verschlüsse 7, 8 auf Deckel 11, 12 abstützen. Der Verschluß 8 enthält ein Auslaßventil 13. Mittels einer

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Überwurfmutter 14 kann ein Hochdruckanschluß 15 festgeklemmt werden. Die Bohrung für den Steuerschieber 3 besitzt - in symmetrischer Anordnung - links und rechts drei Überströmnuten 16, 17, 18j 16', 17», 18». Die äußeren Überströmnuten 18, 18* sind über Bohrungen 19, 19^f mit einer Ablaufbohrung 20 verbunden. Die mittleren Überströmnuten 17, 17' sind durch Bohrungen 21, 21* mit Niederdruckarbeitsräumen 22, 22' des Druckwandlerkolbens 2 verbunden, während die inneren Überströmnuten 16, 16» über Bohrungen 23, 23· mit einer Zulaufbohrung 24 verbunden sind. Die Überströmnuten 16, 16*; 18, 18' können je nach Stellung des Steuerschiebers 3 mit den Niederdruckarbeitsräumen 22, 22' des Druckwandlerkolbens 2 verbunden werden, wobei eine Seite mit dem Ablauf, die andere mit dem Zulauf verbunden wird und umgekehrt. Der Steuerschieber 3 besitzt im mittleren Bereich eine flache Steuernut 25ι die über Querbohrungen 27 mit der axialen Bohrung 26 des Steuerschiebers 3 verbunden ist. In der axialen Bohrung 26 ist gleitend und dichtend der Druckstift 10 angeordnet. Eine weitere axiale Bohrung 26*, die einen kleineren Durchmesser aufweist, befindet sich auf der anderen Seite des Steuerschiebers 3. Sie enthält den anderen Druckstift 10'. Die axiale Bohrung 26' ist über Querbohrungen 27' mit der Überströmnut 16' verbunden und ist somit ständig mit Drucköl beaufschlagt.

Zwischen den Bohrungen für den Druckwandlerkolben 2 und den Steuerschieber 3 und diese verbindend, befinden sich zwei Steuerbohrungen 28, 28'. Etwas weiter außen befinden sich, ebenfalls symmetrisch zur Mitte, zwei Steuerbohrungen 29, 29*, wobei die erstere die Bohrung für den Druckwandlerkolben 2 mit der Ablaufbohrung 20 und letztere die Bohrung für den Druckwandlerkolben 2 mit der Zulaufbohrung 24 verbindet. Die Bohrungen 29, 29* münden in Nuten 30, 30'.

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Der Druckwandlerkolben 2 besitzt zwei flache Steuernuten 31, 31'. Der Steuerschieber 3 weist an seinen Enden je eine breite und tiefe Oberströmnut 32, 32* auf. Der Druckwandlerkolben 2 bildet mit dem Hochdruckkolben 5 einen Hochdruckarbeitsraum 33 und der Hochdruckkolben mit dem Verschluß δ einen Hochdruckarbeitsraum 34. Durch eine Feder 35 ist der Hochdruckkolben 5 in Richtung Druckstock 9 beaufschlagt.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Der Druckwandlerkolben 2 befindet sich in seiner linken Stellung kurz vor der Umsteuerung. Die rechte Kante der Steuernut 25 des Steuerschiebers 3 verdeckt die rechte Steuerbohrung 28'. Obwohl die rechte Steuernut 3I* am Druckwandlerkolben 2 die Steuerbohrung 28* freigegeben hat, kann somit noch kein SteuerÖlstrom eine der beiden Steuerbohrungen 28, 28* fließen, weil die eine vom Druckwandlerkolben 2 und die andere vom Steuerschieber verschlossen ist. Brst wenn der Druckwandlerkolben 2 sich noch etwas mehr nach links bewegt, strömt ein Steuerölstrom über die Steuerbohrungen 28 und weiter über die Steuernut 25 des Steuerschiebers 3 durch die Querbohrungen 27 zu der linken axialen Bohrung 26 des Steuerschiebers 3, beaufschlagt den linken Druckstift im Steuerschieber 3 und drückt somit den Steuerschieber 3 nach rechts. Dies wird dadurch ermöglicht, weil der Querschnitt des linken Druckstiftes 10 größer ist als der Querschnitt des rechten Druckstiftes 10^f. Damit gibt aber die rechte Kante der Steuernut 25 des Steuerschiebers 3 die rechte Steuerbohrung 28* frei, so daß auch bei beginnender Bewegungsumkehr des Druckwandlerkolbens 2 noch genug Zeit verbleibt, damit der Steuerschieber 3 die rechte Endstellung erreichen kann. Bevor der sich nach rechts bewegende Druckwandlerkolben erst die Steuerbohrung 28 und dann die Steuerbohrung 28' wieder verschließt, muß der Druckwandlerkolben 2 etwas

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über die Hälfte seines Hubes zurücklegen. Während dieses Hubes wird der Steuerschieber 3 nach rechts verschoben bzw. in dieser Stellung festgehalten. Erst wenn der Druckwandlerkolben 2 in die rechte Bndstellung gelangt, gibt seine linke Steuernut 31 die rechte Steuerbohrung 28' frei. Die linke Steuerbohrung 28 ist noch durch den Steuerschieber 3 verschlossen. Über die Nut 31 ist die Steuerbohrung 28 bzw. 28* mit der Steuerbohrung 29 für den Ablauf verbunden. Damit kann der Druckstift 10 in die axiale Bohrung 26 hineingedrückt werden. Dies geschieht durch den ständig über die Querbohrungen 27¹ anliegenden und auf den Druckstift 10' wirkenden Druck. Da also auf den Druckstift 10 kein Druck, auf den Druckstift 10* der ständige Druck wirkt, wird der Steuerschieber 3 nach links verschoben.

Durch die beschriebene Ansteuerung des Steuerschiebers durch den Druckwandlerkolben 2 wird letzterer abwechselnd auf einer Seite mit Zulaufdruck beaufschlagt und auf der anderen Seite durch den Ablauf entlastet. In der gezeichneten Stellung liegt der Hochdruckkolben 5» dessen linke Stirnfläche mit dem Druckstück 9 zugleich Ventilsitz ist, noch am Druckstück 9 an· Das !Rückschlagventil 4 ist noch geöffnet. Aus dem Hochdruckarbeitsraum wird noch eine geringfügige Menge Hochdrucköl über das Rückschlagventil 4 und Auslaßventil 13 ausgeschoben· Bei Bewegungsumkehr hebt sich der als Ansaugventil fungierende Hochdruckkolben 5 vom Druckstück 9 ab. Diese öffnung entgegen der Schließwirkung der Feder 35 wird durch ungleiche Flächen am Hochdruckkolben 5 bewirkt. Die innere Fläche am Hochdruckkolben 5 ist größer als die Sitzfläche, mit der der Hochdruckkolben 5 auf dem Druckstück 9 aufsitzt. Durch den nach rechts gehenden Druckwandlerkolben 2 wird das öl aus dem Hochdruckarbeitsraum 34 über das Auslaßventil 13 ausgeschoben. Gleichzeitig wird der Hochdruckarbeitsraum 33 mit Niederdrucköl für einen Doppelhub gefüllt. Das Volumen ist doppelt so groß wie das Hubvolumen, das während der gleichen Zeit aus dem

Hochdruckarbeitsraum 34 ausgeschoben wird. Wenn der Druckwandlerkolben 2 wieder nach links geht, dann schließt der Hochdruckkolben 5· Das öl aus dem Hochdruckarbeitsraum 33 wird über das Backschlagventil 4 in den Hochdruckarbeitsraum 34 und. von dort über das Auslaßventil 13 ausgeschoben.

Da sich die Querschnitte der Hochdruckkolben 5» 6 wie 2 j 1 verhalten, verhalten sich deren Hubvolumen ebenso. Deshalb wird, ganz gleich, ob sich der Druckwandlerkolben 2 von links nach rechts oder umgekehrt bewegt, immer das gleiche Volumen über das Auslaßventil 13 ausgeschoben.

Aufstellung der Bezugszeichen

1	10*	Gehäuse
2		Druckwandlerkolben
3		Steuerschieber
4		Rückschlagventil
5		Ho chdruckkolben
6		Ho chdruckkolben
7	16·	Verschluß
8	17¹	Verschluß
9	18»	Druckstock
10,	19¹	Druckstift
11		Deckel
12	21^f	Deckel
13	22»	Auslaßventil
14	23'	Überwurfmutter
15		Ho chdruckans chluß
16,		Überströmnut
17,	26·	überströmnut
18,	27«	Überströmnut
19,	28·	Bohrung
20	29'	Ablaufbohrung
21,	30·	Bohrung
22,	31*.	Niederdruckarbeitsraum
23,	32'	Bohrung
24		Zulaufbohrung
25		Steuernut
26,		Bohrung
27,	Querbohrungen
28,	Steuerbohrung
29,	Steuerbohrung
30,	Hut
31,	Steuernut
32,	Überströmnut
33	Ho chdruckarbe i tsraum
34	Hochdruckarbeitsraum
35	Feder

- Leerseite

Claims

VEB Kombinat OBSTA-Hydraulik Patentansprüche

1. Doppeltwirkender, in den Endlagen selbständig umsteuernder hydraulischer Druckwandler, bestehend aus einem Gehäuse, in dem ein Druckwandlerkolben und parallel dazu ein Steuerschieber angeordnet sind, wobei der Druckwandlerkolben, der an seiner Mantelfläche Steuernuten besitzt, die Bohrung, in der er gleitet, in zwei Niederdruckarbeitsräume teilt, und der Steuerschieber, der auf beiden Seiten an seiner Mantelfläche eine breite und tiefe Überströmnut besitzt, stirnseitig axiale Bohrungen aufweist, während die Bohrung, in welcher der Steuerschieber gleitet, auf beiden Seiten drei Überströmnuten besitzt, wovon die beiden äußeren durch je eine Bohrung mit einer parallel zur Steuerschieberbohrung angeordneten Ablauf bohrung, die beiden inneren durch je eine Bohrung mit einer parallel zur Steuerschieberbohrung angeordneten Zulaufbohrung und die mittleren durch je zwei Bohrungen mit den Niederdruckarbeitsräumen des Druckwandlers verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß in die axialen Bohrungen 26, 26* des Steuerschiebers 3 sich an Deckeln 11, 12 des Gehäuses 1 abstützende Druckstifte 10, 10* unterschiedlichen Durchmessers hineinragen, wobei der Druckstift 10 mit dem größeren Durchmesser über seine axiale Bohrung 26 und an sich bekannte Querbohrungen 27 zu einer mittig an der Mantelfläche des Steuerschiebers 3 angeordneten Steuernut 25 Verbindung hat, die über Steuerbohrungen 28, 28* im Gehäuse 1 je nach Stellung des Druckwandlerkolbens 2 über dessen flache Steuernuten 31, 31 *, Nuten 30, 30* in der Bohrung des Druckwandlerkolbens 2 und Steuerbohrungen 29, 29* mit der Zulaufbohrung 24 oder der Ablaufbohrung 20 verbunden ist, während der Druckstift 10* mit dem kleineren Durchmesser über seine axiale Bohrung 26*

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und an sich bekannte Querbohrungen 27' ständig über die zugehörige innere tiberströmnut 16· mit der Zulauf bohrung 24 verbunden ist, wobei die Breite der einzigen mittleren Steuernut 25 des Steuerschiebers 3 gleich dem Abstand der beiden Steuerbohrungen 28, 28* im Gehäuse 1 ist.

2. Druckwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Hochdruckarbeitsraum 34 durch einen Verschluß 8 gebildet ist, in dessen Bohrung der in einer Bohrung des Druckwandlerkolbens 2 befestigte Hochdruckkolben 6 eintaucht, während in an sich bekannter Weise der andere Hochdruckarbeitsraum 33 durch den Druckwandlerkolben 2 gebildet ist, in dessen Bohrung der sich auf ein in einem Verschluß 7 angeordneten Druckstück 9 abstützende Hochdruckkolben 5 eintaucht, sich die Querschnitte der Hochdruckkolben 5i 6 vorzugsweise wie 2 ί 1 verhalten und die Hochdruckarbeitsräume 33, 34 über ein zum kleineren Hochdruckarbeitsraum 34 hin öffnendes Rückschlagventil 4 verbunden sind·