-
Die
Erfindung bezieht sich auf einen durchflussgeregelten hydraulischen
Verteiler. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen hydraulischen Verteiler
und ist besonders anwendbar in allen mechanischen Bereichen, in
denen eine Regulierung des Flüssigkeitsstromes
erforderlich ist (in dem spezifischen Falle ist die Flüssigkeit Öl).
-
Mechanische
Anwendungen, die auf der Wirkung von Öldurchfluss basieren, sind
weit verbreitet. Ein Öldurchfluss
wird zum Beispiel verwendet, um bewegliche Organe zu bewegen, oder
noch spezifischer zum Steuern der Bewegung der beweglichen Organe.
-
Zum
Beispiel wird auf Hydraulikkolben Bezug genommen, verwendet zum
Bewegen eines Benutzerorgans entlang einer linearen Richtung, oder auf
bewegliche Propeller, die durch Drehturbinen in Umdrehung versetzt
werden.
-
In
dieser Situation werden die hydraulischen Verteiler benutzt, um
den Öldurchfluss
zu steuern und die Flüssigkeitszufuhr
zu regeln.
-
Allgemein
sind hydraulische Verteiler aus einer das Öl enthaltenden Kammer gebildet,
eingesetzt zwischen dem Benutzerorgan und einem Ölauslass. Die Kammer ist beschrieben durch
einen Kanal, realisiert in einem Absperrelement, das in das Innere
eines Zylinders eingesetzt ist.
-
Mehr
im Detail gesehen ist das Absperrelement im Inneren des Zylinders
beweglich, um die Kammer an die Auslassleitung zu verschieben und das
Benutzerorgan in Flüssigkeitsverbindung
mit der Auslassleitung zu bringen.
-
Das
Absperrelement wird normalerweise durch einen linearen Trieb bewegt, üblicherweise
ein Elektromagnet, und ist elastischen Gegenmitteln zugeordnet,
wie zum Beispiel Schraubenfedern, die vorgesehen sind, um das Absperrelement
in eine entgegengesetzte Richtung zu der durch den linearen Trieb
vorgegebenen Richtung zu drücken.
-
Durch
das Steuern des linearen Triebes, und insbesondere (im Falle eines
elektromagnetischen Triebes) durch das Steuern des induzierten elektrischen
Stromes, kann das Absperrelement die Kammer an die Auslassleitung
verschieben, indem es die Federn zusammendrückt und den Durchlass der Flüssigkeit
bewirkt. Wenn andererseits der Flüssigkeitsstrom angehalten werden
soll, wird der durch den Elektromagneten gehende Strom unterbrochen und
das Absperrelement wird in seine Ruhestellung gebracht, in welcher
die Kammer durch den von den Schneckenfedern ausgeübten Druck
von der Auslassleitung isoliert ist.
-
Somit
kann durch die einfache Steuerung des Stromes in dem linearen Trieb
der Durchlauf der Flüssigkeit
oder das Anhal ten derselben bestimmt werden. Ein Beispiel solch
einer Vorrichtung kann in dem Dokument
USA 981 281 gefunden werden.
-
Bei
vielen hydraulischen Systemen, in welchen der oben beschriebene
bekannte Verteiler installiert ist, ist es jedoch notwendig, die
aus dem Verteiler austretende Durchflussmenge der Flüssigkeit zu
regulieren. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus den Veränderungen,
denen die Benutzerorgane unterliegen können, wie zum Beispiel Veränderungen
in den Belastungen der Kolben.
-
Die
austretende Flüssigkeitsmenge
muss in dieser Situation konstant gehalten werden, um einen korrekten
Betrieb des Benutzerorgans zu gewährleisten, unabhängig von
den Veränderungen
der äusseren
Belastungen.
-
Der
Stand der Technik enthält
hydraulische Verteiler, in der Lage, die Weite der Öffnung zwischen der
Kammer und der Auslassleitung zu regulieren, um den austretenden
Fluss konstant zu halten, unabhängig
von den Druckveränderungen.
Diese Regulierung erfolgt mit Hilfe eines automatischen elektronischen
Kreises, der auf den Steuerstrom des Elektromagneten wirkt.
-
Mehr
im Detail gesehen enthält
der Kreis einen Fühler,
welcher die in den Verteiler eintretende Durchflussmenge erfasst
und daraufhin den Strom an den Elektromagneten verändert, um
die Position des Absperrelementes festzulegen.
-
Die
Durchflussmenge wird somit durch die Verarbeitungsphasen des elektronischen
Kreises konstant gehalten, welcher die oben erwähnte Öffnung auf der Basis der Fliessgeschwindigkeit
verändert.
-
Die
oben beschriebenen hydraulischen Verteiler weisen jedoch verschiedene
Nachteile auf. Die Nachteile hängen
zusammen mit dem Vorhandensein von elektronischen Systemen, die
dem Verteiler zugeordnet sind.
-
Zunächst erfordern
diese Kreise natürlich eine
Stromzufuhr. Ebenfalls ist der dem Verteiler zugeordnete elektronische
Kreis sehr sperrig. In einem kleinem Hydrauliksystem könnte die
Verwendung eines hydraulischen Verteilers des oben beschriebenen
Typs aufgrund seiner Grösse
nicht zur Debatte stehen.
-
Ein
anderer Nachteil ist ausserdem mit den hohen Produktionskosten verbunden,
zurückzuführen auf
das Vorhandensein von sehr präzisen
elektronischen Steuer- und Verarbeitungselementen.
-
Schliesslich
ist ein wichtiger Nachteil auf die Unzuverlässigkeit zurückzuführen, zusammenhängend mit
der Regulierung durch die elektronischen Mittel. Abgesehen davon,
dass sie eine ständige Wartung
erfordern, da sie aus empfindlichen Komponenten hergestellt sind,
die empfindlich gegen Feuchtigkeit sind, gewährleisten die elektronischen Elemente
keine ausreichende Funktionstüchtigkeit unter
Betriebsbedingun gen besonderer Art, wie zum Beispiel bei hohen Temperaturveränderungen
oder beim Vorhandensein von starken elektromagnetischen Feldern.
-
Zweck
der vorliegenden Erfindung ist, einen Verteiler vorzusehen, welcher
im wesentlichen die oben beschriebenen Nachteile vermeiden kann.
-
Ein
wichtiger Zweck der vorliegenden Erfindung ist, einen hydraulischen
Verteiler zur Verfügung zu
stellen, welcher eine automatische Durchflussregulierung ermöglicht,
und ohne die Verwendung von elektrischen oder elektronischen Elementen.
Insbesondere ist ein wichtiger Zweck der vorliegenden Erfindung,
einen hydraulischen Verteiler vorzusehen, in der Lage, automatisch
eine konstante oder annähernd
konstante Durchflussgeschwindigkeit im Auslass unter Verwendung
nur von mechanischen Komponenten vorzusehen.
-
Die
oben erwähnten
Zwecke werden erreicht durch den hydraulischen Verteiler, welcher
dadurch gekennzeichnet ist, dass er die in den anhängenden Patentansprüchen festgelegte
technische Lösung enthält.
-
Weitere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer vorgezogenen,
doch nicht ausschliesslichen Ausführungsform der Erfindung hervor,
dargestellt mit Hilfe eines nicht begrenzenden Beispiels in den
Abbildungen der beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
-
1 eine
Ansicht in vertikaler Erhebung des Verteilers nach der Erfindung
in einer nicht operativen Position ist, das heisst in einer Ruheposition;
-
2 ist
eine Ansicht in vertikaler Erhebung des Verteilers nach der Erfindung
in einer Betriebsposition;
-
3 zeigt
ein Detail des Verteilers aus den 1 und 2.
-
Unter
Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnungen ist der hydraulische
Verteiler nach der Erfindung mit 1 bezeichnet.
-
Der
Verteiler ist gebildet durch einen internen zylindrischen Hohlkörper 2,
enthaltend eine Einlasskammer 3 und eine Auslasskammer 4 für die Flüssigkeit.
Die Einlasskammer 3 verläuft entlang der Längsachse
des Hohlkörpers 2,
während
die Auslasskammer 4 durch eine Leitung gebildet ist, welche
quer zu der Achse der Einlasskammer 3 verläuft.
-
Die
Einlasskammer 3 enthält
eine Vorkammer 3a, angeordnet an einem Ende des Hohlkörpers 2 und
angeschlossen an ein äusseres
Organ 5 (schematisch dargestellt als Hydraulikzylinder,
vorgesehen zum Leiten der Flüssigkeit
in die Einlasskammer 3), und enthält ebenfalls eine zweite Öffnung 3b.
Bei der dargestellten Ausführung
enthält
der Verteiler 1 eine direkte Verbindungsleitung 6,
zugeordnet dem Hohlkörper 2,
welcher die zweite Öffnung 3b in
Flüssigkeitsverbindung
mit der Auslasskammer 4 bringt, und zwar durch eine zweite Einlasskammer 20.
Bei der Ausführung
der 1 und 2 verbindet die Verbindungsleitung 6 direkt
die zweite Öffnung 3b und die
Einlasskammer 20, sie kann aber auch eine indirekte Verbindung
bilden (abhängig
von der Verwendung des Verteilers), zum Beispiel könnte die
aus der Öffnung 3b austretende
Flüssigkeit
an einen zweiten externen Verteiler geleitet werden (nicht in den
Abbildungen gezeigt), gesteuert durch eine von der Kammer 20 aufgefangene
Flüssigkeit,
wobei sich der zweite externe Verteiler mit der Kammer 20 verbindet.
In diesem Falle kann die Durchflussmenge im Auslass 3b auch
nicht dieselbe sein wie in die Kammer 20 einfliessende
Durchflussmenge, wie in der dargestellten Ausführung gezeigt ist, wird aber
auf jeden Fall im Verhältnis
zu der von der Kammer 20 aufgefangenen Durchflussmenge
sein.
-
Die
geschieht in Fällen,
in denen der Verteiler 1 zum Beispiel durch eine Hydraulikpumpe
mit veränderbarem
Durchfluss, einen anderen Verteiler, ein Ventil oder einen beliebigen
Hydraulikzylinder gesteuert wird.
-
Im
Inneren des Hohlkörpers 2 ist
ein Läufer 7 beweglich
zwischen einer Ruheposition, in welcher er den Durchlauf der Flüssigkeit
von der Einlasskammer 3 zu der Auslasskammer 4 absperrt,
und wenigstens einer Betriebsposition, in welcher er den Durchlauf
der Flüssigkeit
erlaubt.
-
Der
Läufer 7 ist
betrieblich einem linearen Trieb 8 zugeord net, welcher
den Läufer 7 in
einer Richtung A zwischen den entsprechenden Betriebs- und Ruhepositionen
bewegt.
-
Mehr
im Detail gesehen ist der Läufer
aus einer Welle 7a gebildet, die in einer Richtung A verläuft, übereinstimmend
mit der Längsachse
des Hohlkörpers 2.
Der Läufer 7 enthält ein erstes
Ende 7b, das der zweiten Öffnung 3b der Kammer 3 zugewandt
ist, und ein zweites Ende 7c, zugeordnet dem linearen Trieb 8.
-
Der
lineare Trieb 8 kann vorteilhafterweise aus einem Elektromagneten
bekannten Typs gebildet sein und ist daher nicht weiter im Detail
beschrieben und gezeigt. Der Elektromagnet des Triebes 8 wird durch
elektrische oder elektronische Elemente bekannter und hier nicht
gezeigter Art gespeist.
-
In
diesem Zustand bildet das Ende 7c des Läufers 7 den Kern des
Elektromagneten, und unter Verwendung der Magnetkraft, die durch
den durch ein Solenoid des Triebes durchlaufenden Strom erzeugt
wird, wird der Läufer 7 in
Richtung des Einlasses der Kammer 3 bewegt.
-
Alternativ
kann der lineare Trieb 8 auch aus einem Hydraulikkolben
oder aus einem anderen ähnlichen
Typ eines Bewegungselementes bestehen.
-
Die
Welle 7a weist ausserdem eine ringförmige Rille 9 auf,
eingearbeitet in die äussere
Oberfläche
der Welle 7a und angeordnet in einem mittleren Teil der
Welle 7a. Mehr im Detail beschreibt die Rille 9 zusammen
mit der inneren Oberflä che 9a des
Hohlkörpers 2 eine
ringförmige
Kammer 10.
-
Wie
deutlicher in 1 gezeigt wird, ist die ringförmige Kammer 10 stets
an der zweiten Einlasskammer 20 angeordnet, welche auch
immer die Position des Läufers 7 ist.
-
Wenn
sich der Läufer 7 in
der Betriebsposition befindet (2), wird
die Rille 9 in der Welle 7a zu der Auslasskammer 4 hin
verschoben, wobei die Kammer 10 in Flüssigkeitsverbindung mit der
Kammer 4 gebracht wird. In dieser Position bringen die Leitung 6 und
die Kammer 10 die zweite Öffnung 3b der Einlasskammer 3 in
Flüssigkeitsverbindung
mit der Auslasskammer 4.
-
Eine
Anzahl von ringförmigen
Kammern 20 können
vorteilhafterweise in den Hohlkörper 2 eingearbeitet
und konzentrisch entlang der Längenausdehnung
des Hohlkörpers 2 angeordnet
sein. Die ringförmigen
Kammern 20 sind zwischen der ringförmigen Kammer 10 und
der Leitung 6 angeordnet und dazu vorgesehen, mit der Kammer 10 und
der Leitung 6 in Flüssigkeitsverbindung
zu stehen. Vorzugsweise sind die ringförmigen Kammern 20 in
die äussere
Oberfläche
einer rohrförmigen
Muffe 21 eingearbeitet, eingesetzt koaxial in den zylindrischen
Körper 2 und
eine Öffnung
aufweisend, die zur Aufnahme der Welle 7a vorgesehen ist.
-
Es
kann ebenfalls eine Anzahl von Kammern 10 vorgesehen sein
(in den Abbildungen nicht gezeigt), Seite an Seite angeordnet und
dazu bestimmt, sich in Verbindung mit einer oder mehreren der Kammern 20 zu
befinden, um den Verteiler 1 in allen Situationen vielseitiger
zu machen, auch wo eine Anzahl von Auslasskammern 4 oder
Leitungen 6 gefragt ist. Elastische Mittel 11 sind
im Inneren der zweiten Öffnung 3b der
Einlasskammer 3 angeordnet, welche auf den Läufer 7 und
ein Verschlusselement 12 wirken, eingesetzt zwischen der
Vorkammer 3a und der zweiten Öffnung 3b. Die elastischen
Mittel 11 bestehen vorteilhafterweise aus einer Schraubenfeder 11a,
die zwei entgegengesetzt angeordnete Enden 11b aufweist.
-
Ein
Ende 11b der Feder 11a ist einer ersten Wand 13 des
Verschlusselementes 12 zugeordnet und ein anderes Ende 11b derselben
ist dem ersten Ende 7b des Läufers 7 zugeordnet.
Wie oben erwähnt,
ist das Verschlusselement 12 zwischen der Vorkammer 3a und
der zweiten Öffnung 3b eingesetzt
und ist beweglich zwischen einer ersten Ruheposition, in welcher
es die Einlasskammer 3 verschliesst, und einer zweiten
Position, in welcher es den Durchlass der Flüssigkeit von der Einlasskammer 3 zu
der Verbindungsleitung 6 erlaubt.
-
Das
Verschlusselement 12 weist vorteilhafterweise eine zylindrische
Ausbildung auf, bei welcher eine erste Wand 13 der Feder 11a zugeordnet und
der zweiten Öffnung 3b zugewandt
ist, und eine zweite Wand 14 der ersten Wand 13 gegenüberliegend
angeordnet und der Vorkammer 3a zuge wandt ist; die zweite
Wand 14 hat einen ebenen Verlauf parallel zu dem ebenen
Verlauf der ersten Wand 13.
-
Das
Verschlusselement 12 weist ausserdem eine seitliche Wand 15 auf,
zugeordnet der ersten Wand 13 und der zweiten Wand 14,
welche seitliche Wand 15 sich quer zu dem ebenen Verlauf
der ersten Wand 13 und der zweiten Wand 14 entwickelt.
-
Die
seitliche Wand 15 wirkt mit der internen Oberfläche des
Hohlkörpers 2 zusammen,
und während
der Verschiebung zwischen den ersten und zweiten Positionen des
Verschlusselementes 12 gleitet die seitliche Wand 15 an
der internen Oberfläche. Die
seitliche Wand 15 weist ebenfalls wenigstens einen geformten
Durchlass 16 für
die Flüssigkeit
auf, wenn sich das Verschlusselement 12 in der entsprechenden
Betriebsposition befindet.
-
Das
Verschlusselement 12 hat vorzugsweise eine rohrförmige Ausbildung,
bei welcher ein Ende der rohrförmigen
Ausbildung durch die ersten und zweiten Wände 13, 14 verschlossen
ist. Mehr im Detail weist der geformte Durchlass 16 vorzugsweise eine
längliche
Ausdehnung auf, welche sich vorwiegend parallel zu der Bewegungsrichtung
A des Läufers 7 erstreckt.
-
Vorzugsweise
wird der geformte Durchlass 16 durch einen Einschnitt 16a gebildet,
der in die seitliche Wand 15 eingearbeitet ist und eine
Keilform hat, die zu der ersten Wand 13 hin in der Breite
abnimmt.
-
Alternativ
kann der Durchlass 16 nach jeder der verschiedenen geometrischen
Figuren geformt sein. Zum Beispiel kann er durch eine oder zwei
Bohrungen gebildet sein, die in der seitlichen Wand 15 aufgewiesen
sind.
-
In
diesem Zustand, wenn sich das Verschlusselement 12 in der
ersten Position befindet, ist der Durchlass 16 in der Vorkammer 3a angeordnet
und liegt an der internen Oberfläche
auf solche Weise an, dass der Durchlauf der Flüssigkeit von der Vorkammer 3a zu
der zweiten Öffnung 3b nicht
erlaubt ist. Wenn sich das Verschlusselement 12 in der
zweiten Position befindet, ist der Durchlass 16 teilweise
zwischen der Vorkammer 3a und der zweiten Öffnung 3b angeordnet
und ermöglicht
den Durchlauf der Flüssigkeit.
-
Der
Betrieb des Verteilers ist der nachstehend beschriebene. Der in 1 gezeigte
hydraulische Verteiler 1 ist normalerweise in der geschlossenen
Position angeordnet, in welcher keine Flüssigkeit durchlaufen kann.
-
Eine
vorgegebene Kraft wird durch den Trieb 8 auf den Läufer 7 in
der Richtung A ausgeübt.
Diese bestimmt die Verschiebung des Läufers 7 in eine Betriebsposition
(2).
-
Wenn
der lineare Trieb 8 aktiviert ist, wobei er den Läufer 7 so
schiebt, dass die ringförmige
Kammer 10 in Verbindung zwischen der Leitung 6 und
der Auslasskammer 4 gebracht wird, wird an der zweiten Öffnung 3b,
der Leitung 6 und der Auslasskammer 4 ein Unterdruck
erzeugt. Durch diesen Unterdruck drückt die in der Vorkammer 3a (welche
einen höheren
Druck hat als die zweite Öffnung 3b)
enthaltene Flüssigkeit
das Verschlusselement 12 in die zweite Position, wobei
die Feder 11a zusammengedrückt wird, um den Durchlass 16 zwischen
der Vorkammer 3a und der zweiten Öffnung 3b anzuordnen
und den Durchlauf der Flüssigkeit
zu der Auslasskammer 4 hin zu erlauben.
-
In
dieser Lage ist ein stabiler Zustand des Durchlaufes der Flüssigkeit
im Einlass und Auslass des Verteilers 1 erhalten. In dem
Falle, in welchem das Verbraucherorgan 5 eine Erhöhung der
Belastung erfährt,
mit einer folglichen Erhöhung
des Druckes und der Veränderung
der Fliessgeschwindigkeit der in die Vorkammer 3a eintretenden
Flüssigkeit, wird
das Verschlusselement 12 weiter in Richtung der zweiten Öffnung 3b gedrückt, wo
es weiter das Zusammendrücken
der Feder 11a verstärkt.
In diesem Zustand hat der Fluss an der Vorkammer 3a einen höheren Druck
als an der zweiten Öffnung 3b und drückt das
Verschlusselement 12 gegen die zweite Wand 14,
wodurch eine grössere
Weite des Durchlasses 16 für die Flüssigkeit geboten wird. Dank
der Wirkung des Verschlusselementes 12 auf die Feder 11a wird
der durch den Trieb 8 auf den Läufer 7 ausgeübten Kraft
entgegen gewirkt und der Läufer 7 wird in
Richtung der Ruheposition verschoben. In diesem Zustand verringert
sich die Durchlassweite, die zwischen der ringförmigen Kammer 10 und
der Auslasskammer 4 beschrieben ist, und folglich wird
der Druck des Flüssigkeitsstromes
im Auslass reduziert. An diesem Punkt nimmt die Druckdifferenz der
Flüssigkeit an
der zweiten Wand 14 weiter ab und die durch den Trieb 8 auf
den Läufer 7 ausgeübte Kraft überwindet die
Gegenwirkung durch die Feder 11a, wodurch das Verschlusselement 12 wieder
zu der Vorkammer 3a zurückgeschoben
wird.
-
Auf
diese Weise wird ein dynamisches Gleichgewicht erhalten, und zwar
dank der Zusammenarbeit zwischen dem Verschlusselement 12,
der Feder 11a und dem Läufer 7,
welche mit Hilfe der Veränderung
der Weite des Flüssigkeitsdurchlasses 16 und
der ringförmigen
Kammer 10 einen gleichbleibenden Auslass der Flüssigkeit
erlauben.
-
Es
ist zu bemerken, dass aufgrund des Ausschlages des Verschlusselementes 12 der
Durchlass 16 eine Durchlaufweite für die Flüssigkeit bietet, welche geeignet
ist zum Regulieren des Durchflusses der aus der zweiten Öffnung 3b austretenden
Flüssigkeit.
-
Die
Regulierung der Durchflussweite des Durchlasses 16 wird
bestimmt durch die Form des Durchlasses 16 (die von veränderbarer
Breite ist), welche einen grösseren
Schnitt aufweist, in welcher der Druck höher als in der Vorkammer 3a im
Verhältnis
zu der Kammer 3b ist.
-
Vorteilhafterweise,
sobald eine gleichbleibende Kraft auf den Läufer 7 festgelegt
ist, zurückzuführen auf
einen konstanten Stromfluss in dem Elektromagneten, ermöglicht der
Verteiler 1 eine gleichbleibende Durchflussgeschwindigkeit,
unabhängig von
dem Druck am Einlass des Verteilers 1.
-
Die
vorliegende Erfindung überwindet
somit die vorstehend erwähnten
Nachteile.
-
Es
wird hervorgehoben, dass der Verteiler 1 kein in den Verteiler 1 selbst
integriertes elektronisches Element enthält. Es wird ebenfalls hervorgehoben,
dass das Verschlusselement 12, welches auf die Regulierung
des Durchflusses wirkt, in den Hohlkörper 2 eingesetzt
ist und daher keinen zusätzlichen Platzbedarf
hat.
-
Der
Verteiler 1 hat den Vorteil, dass er kompakt und strukturmässig einfach
ist, und dass er in ein jedes hydraulisches System eingesetzt werden
kann.
-
Ausserdem
ist der Verteiler 1 sehr wirtschaftlich, da er nur automatisch
bewegliche mechanische Elemente aufweist und das Verschlusselement 12 eine
sehr einfache Struktur hat. Schliesslich wird noch hervorgehoben,
dass der Verteiler 1 sehr zuverlässig ist und auf jedem technischen
Sektor verwendet werden kann, auch unter besonderen Umweltbedingungen,
ohne an Betriebstüchtigkeit
zu verlieren.