DE69420713T2 - DEVICE DRIVEN BY PRESSURE MEANS A LINEAR MOVEMENT - Google Patents

DEVICE DRIVEN BY PRESSURE MEANS A LINEAR MOVEMENT

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Druckmittel betriebene und lineare Hin- und Herbewegung produzierende Vorrichtung. Die Vorrichtung wird durch die Ausführung eines Primärkolbens mit nötigen Ventilen zum Produzieren der Hin- und Herbewegung gekennzeichnet.The invention relates to a device operated by pressure medium and producing linear reciprocating movement. The device is characterized by the design of a primary piston with the necessary valves for producing the reciprocating movement.

Von früher her bekannte, bewegungproduzierende Vorrichtungen sind u. a. mit Druckmittel betriebene hydraulische Zylinder und verschiedene Schlagmaschinen, wo der Hubkolben seine Bewegungsenergie auf verschieden Weisen vom Druckmittel bekommt. In Schlagmaschinen hat man zur Steuerung des Druckmittels selbsttätige Ventile gebraucht, wobei die kontinuerliche Hin- und Herbewegung von den Schlagmaschinen automatisch ausgeführt wird. Wie z. B. im Patent USA-4031812. Im allgemeinen werden die hydraulischen Zylinder mit Ventilen von außen gesteuert. In Schlagmaschinen wird ein hydraulischer Akkumulator, z. B. ein Druckluftbehälter gebraucht, um genügend Druck zu laden und ihn sofort gegen einen beweglichen Kolben auszuladen, um eine schnelle Bewegung wenigsten in einer Richtung zu produzieren. Die Stellantriebe der Ventile sind im allgemeinen im Körper de Vorrichtung und der Kolben ist nur ein Komponent zur Übertragung von Bewegung und Kraft.Previously known movement-producing devices include hydraulic cylinders operated with pressure medium and various impact machines, where the reciprocating piston gets its kinetic energy from the pressure medium in various ways. In impact machines, automatic valves were used to control the pressure medium, whereby the continuous back and forth movement is carried out automatically by the impact machines. As in patent USA-4031812, for example. In general, the hydraulic cylinders are controlled with valves from the outside. In impact machines, a hydraulic accumulator, e.g. a compressed air tank, is used to charge enough pressure and immediately discharge it against a moving piston in order to produce a rapid movement in at least one direction. The actuators of the valves are generally in the body of the device and the piston is only a component for transmitting movement and force.

US-A-4031812 präsentiert eine derartige, mit Druckmittel betriebene Vorrichtung, die sich auf diese Erfindung bezieht. In dieser Vorrichtung von bekannter Stand der Technik gibt es in einem dobbeltwirkendem Primärkolben oder Treibkolben reziprok in einem zylinderähnlichem Gehäuse ein Ventil, das den abwechselnden Betrieb des Druckmediums zu den gegensätzlichen Seiten des Primärkolbens steuert und selbst von den Primärkolben betrieben wird. Das Steuerventil hat ein Gleitelement in dem Primärkolben, auf dessen gegensätzlichen Enden das Druckmedium wirkt, um das Gleitelement des Ventils zu verschieben.US-A-4031812 presents such a pressure medium operated device which relates to this invention. In this prior art device there is a double acting primary piston or drive piston reciprocally mounted in a cylinder-like housing a valve which controls the alternating operation of the pressure medium to the opposite sides of the primary piston and is itself operated by the primary pistons. The control valve has a sliding element in the primary piston, on the opposite ends of which the pressure medium acts to displace the sliding element of the valve.

US-A-3788781 präsentiert eine andere mit Druckmedium betriebene Vorrichtung, wo der Primär- oder Treibkolben ein Steuerventil enthält, das mit dem Gehäuse zusammenarbeitet und zum Ausgleichen des Drucks in beiden gegensätzlichen Enden des Primärkolbens fungiert, damit ein Rückstellfeder mit einem Rückhub den Primärkolben verschieben kann. US-A-4352664 präsentiert eine ähnliche, mit Flüssigkeitsdruck betriebene Vorrichtung, der mit einem einfachwirkenden Primär- oder Treibkolben versehen ist.US-A-3788781 presents another pressure medium operated device where the primary or driving piston contains a control valve which cooperates with the housing and is used to compensate of pressure in both opposite ends of the primary piston to allow a return spring to move the primary piston on a return stroke. US-A-4352664 presents a similar fluid pressure operated device provided with a single acting primary or drive piston.

Heutige Vorrichtungen können nicht als Erzeuger zur kontinuerlichen Produktion von Hin- und Herbwegung nur mit hydraulischem Druck angewendet werden, besonders wenn die Bewegung in beiden Richtungen schnell sein soll, sowie Erzeugung von Druckstössen in den Ventilen vermieden werden sollten, und man keinen gasenthaltenden hydraulischen Akkumulator zur Beschleunigung der Bewegungen verwenden möchte.Today's devices cannot be used as generators for the continuous production of reciprocating movement using only hydraulic pressure, especially if the movement in both directions must be fast, and the generation of pressure surges in the valves must be avoided, and one does not want to use a gas-containing hydraulic accumulator to accelerate the movements.

Mit einer Vorrichtung laut dieser Erfindung, die mit Druckmedium, besonders mit flüssigem Medium fungiert, wird eine entscheidende Verbesserung dieses Nachteils erreicht, und die Erfindung dadurch gekennzeichnet, was in den beigefügten Patentansprüchen Vorgelegt worden ist.With a device according to this invention, which functions with pressure medium, especially with liquid medium, a decisive improvement of this disadvantage is achieved, and the invention is characterized by what has been presented in the appended claims.

Ein der wichtigsten Vorteile dieser Erfindung ist, dass, mit Hilfe der eingebauten Rückwärtsbewegung des Ventils, ein Stoss in den äussersten Enden des Kolbens mit Regelung des Vorducks erreicht wird. Dies ist von Bedeutung, denn es wird eine reichliche Flüssigkeitsströmung in der Vorrichtung im Verhältnis zu ihrer Grösse benutzt. In der Strömungslinie kommen keine Druckstösse vor, da der Kolben "frei im äussersten Ende schwimmt, d. h. dass er Richtung ändert je nach Änderung des Drucks aktiv auf vershiedenen Stellen im Kolben. Somit gibt es keinen genau bestimmten Wendepunkt, wo das Ventil, wenn es ihn treffe, sofort auf- oder zugehen würde.One of the most important advantages of this invention is that, with the help of the built-in backward movement of the valve, a shock is achieved in the extremities of the piston with control of the pre-pressure. This is important because an abundant flow of liquid is used in the device in relation to its size. There are no pressure shocks in the flow line because the piston "floats freely" in the extremity, i.e. it changes direction depending on the change in pressure actively at different points in the piston. Thus, there is no precisely defined turning point where the valve, if hit, would immediately open or close.

Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist ihre einfache und solide Ausführung und ihre Anwendbarkeit auf viele Zwecke. Von der Vorrichtung produzierte schnelle Hin- und Herbewegung kann zum Pumpen von Flüssigkeiten und Gasen benutzt werden, sogar gegen grossen Gegendruck, kann die Bewegung der Vorrichtung zum Vibrieren eines Vibrators, zum Hub einer Schlagmaschine etc. transformiert werden. Durch Änderung der Verhältnisse der ringförmigen Schnittflächen des Kolbens können die Kolbenbewegungen in einer Richtung beschleunigt werden, dabei wird die Bewegung in auch einer Richtung stärker.Another advantage of the device is its simple and solid design and its applicability to many purposes. The rapid reciprocating motion produced by the device can be used for pumping liquids and gases, even against high counter pressure, the movement of the device can be used for Vibration of a vibrator, stroke of a percussion machine, etc. By changing the ratios of the ring-shaped cutting surfaces of the piston, the piston movements can be accelerated in one direction, thereby making the movement in one direction stronger.

Im folgenden wird die Erfindung eingehend unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung dargestellt, woIn the following, the invention is described in detail with reference to the attached drawing, where

Fig. 1 ein Schnitt einer Pumpenausführung ist.Fig. 1 is a section of a pump design.

Fig. 2 ein Schnitt der Pumpenausführung laut Fig. 1 ist.Fig. 2 is a section of the pump design according to Fig. 1.

Fig. 3 ein Schnitt des Ventils ist.Fig. 3 is a section of the valve.

Fig. 1 zeigt eine exemplarische Pumpenausführung der Erfindung. Die Vorrichtung ist eine hydraulisch betriebene Pumpe in einem Druckwäscher und er hat zwei Zylinderräumen 20. Die Wasserabsaugkanäle sind 22 und Druckkanäle 21. In beiden Enden der Vorrichtung sind Zylinder 1. Das Pumpen geschieht mit Sekundärkolben 14 und 15. Die sekundären Kolben 14 und 15 sind mit Dichtungspaaren 16 vom Antriebsflüssigkeitsraum 6 und 18 getrennt. Die Ablaufkanäle 17 sind zwischen Dichtungspaaren 16. Die Zylinder 11 und Körpermitte 2 sind einfache Zylinderstücke. Der Zuflusskanal des Druckmediums ist 4, der Rückflusskanal 5. Innen in der Mitte des Körpers liegt der Primärkolben 3, dessen eigentliche Kolbenteil durchmessergemäss der grösste ringförmige Teil ist. Die Sekundärkolben 14 und 15 sind an den Primärkolben 3 mit Gewinden festgemacht.Fig. 1 shows an exemplary pump design of the invention. The device is a hydraulically operated pump in a pressure washer and it has two cylinder chambers 20. The water suction channels are 22 and pressure channels 21. At both ends of the device there are cylinders 1. Pumping is done with secondary pistons 14 and 15. The secondary pistons 14 and 15 are separated from the drive fluid chamber 6 and 18 by seal pairs 16. The drain channels 17 are between seal pairs 16. The cylinders 11 and the body center 2 are simple cylinder pieces. The inflow channel of the pressure medium is 4, the return flow channel 5. Inside in the middle of the body is the primary piston 3, the actual piston part of which is the largest ring-shaped part in terms of diameter. The secondary pistons 14 and 15 are attached to the primary piston 3 with threads.

Im Fig. 1 bewegen sich sämtliche Kolben in der Pfeilrichtung rechts. Der Flüssigkeitsdruck wirkt auf die Ringfläche A des Primärkolbens 3 und stosst den Kolben nach rechts. Der Druck im Raum 18 entfernt sich über Kanäle 12, 10 und 7 zum Rückflusskanal 5. Ventil 8, 9 bleibt links, indem der Abschlussteil 9 vom Druck bewirkt wird. Der Kolben 3 bewegt sich rechts zu seiner Endstellung. Die Endstellung, wo der Kolben seine Richtung ändert, wird von der Bewegung des Auslaufkanals 13 zu der Kante des runden Raums 19 bestimmt. Dabei bildet sich über Auslaufkanal 13 hinter dem Kolbenteil 8 des Ventils 8, 9 volle Betriebsdruck, der das Ventil nach rechts drückt und den vom Abschlussteil 9 geschlossenen Kanal öffnet. Die Schnittfläche des Kolbens 8 ist grösser als die Fläche der Öffnung des Abschlussteils 9.In Fig. 1, all pistons move in the direction of the arrow to the right. The fluid pressure acts on the ring surface A of the primary piston 3 and pushes the piston to the right. The pressure in the chamber 18 is removed via channels 12, 10 and 7 to the return channel 5. Valve 8, 9 remains on the left, with the closing part 9 being actuated by the pressure. The piston 3 moves to the right to its end position. The end position, where the piston changes direction, is determined by the movement of the outlet channel 13 to the edge of the round chamber 19. In this case, a space is formed above the outlet channel 13. behind the piston part 8 of the valve 8, 9 full operating pressure, which pushes the valve to the right and opens the channel closed by the closing part 9. The sectional area of the piston 8 is larger than the area of the opening of the closing part 9.

Als das Ventil 8, 9 sich schnell nach rechts bewegt, ändern sich unmittelbar die Druckverhältnisse auf Seiten A und B des Primärkolbens 3. Abschlussteil 9 öffnet die von ihm zugemachte Öffnung 23 und Kolbenteil 8 bewegt sich zum Schliessen der Öffnung, die zum Kanal 7 führt. Der Primärkolben 3 einschlich an ihn festgemachte Pumpenkolben 14, 15 ändern nun Richtung und starten rückwärts nach links. Auf Seiten A und B des Primärkolbens 3 ist der gleiche volle Druck in Wirkung, und, aufgrund der grösseren Fläche der Seite B, wird Kolben 3 von auf Seite B wirkender Kraft nach links gestartet. Während dieser Bewegung fliesst die Flüssigkeit vom Raum 6 zu der Rücklauflinie. In der Ausführung in Fig. 2 bewegt sich der Kolben 3 nach links und die Fig. 2 zeigt eine Lage, wo die Bewegung der Kolben gerade in der äussersten linken Ende ist.As the valve 8, 9 moves rapidly to the right, the pressure conditions on sides A and B of the primary piston 3 change immediately. The closing part 9 opens the opening 23 it closes and the piston part 8 moves to close the opening leading to the channel 7. The primary piston 3 and the pump pistons 14, 15 attached to it now change direction and start backwards to the left. The same full pressure is in effect on sides A and B of the primary piston 3 and, due to the larger area of side B, piston 3 is started to the left by the force acting on side B. During this movement, the liquid flows from the space 6 to the return line. In the embodiment in Fig. 2, the piston 3 moves to the left and Fig. 2 shows a position where the movement of the pistons is just at the extreme left end.

Fig. 2 zeigt das Ventil 8, 9 noch in der Lage, wo die Kolben 3,14,15 sich nach links bewegen. Teil 9 des Ventil ist frei in dem Kammerraum. Der Kolben 8 wird mit vollem Druck mit einer, von der Schnittfläche der Öffnung des Abschlussteils bestimmten Kraft nach links geschoben, und rechts mit vollem Druck aus dem Raum hinter Kolben 8. Der Kolben 8 hält seine Stellung rechts bis in der Lage laut Fig. 2 der Auslaufkanal 13 die Kante des runden Raums 6 wieder erreicht, wobei der Druck hinter Kolben 8 in merkbaren Grade sinkt. Der Volldruck über die Abschlussöffnung zum Kolben 8 kann nun den Kolben in die linke Abschlusslage schieben und Abschlussteil 9 schliesst, der Reihe nach, die Abschlussöffnung 23 und die Lage laut Fig. 1 wird erreicht. Die Länge der Bewegung des Primärkolbens wird von der Länge des Abschlussteils 26 bestimmt.Fig. 2 shows the valve 8, 9 still in the position where the pistons 3, 14, 15 move to the left. Part 9 of the valve is free in the chamber space. The piston 8 is pushed to the left with full pressure with a force determined by the cross-sectional area of the opening of the closing part, and to the right with full pressure from the space behind piston 8. The piston 8 holds its position to the right until the outlet channel 13 reaches the edge of the round space 6 again in the position according to Fig. 2, whereby the pressure behind piston 8 drops noticeably. The full pressure via the closing opening to the piston 8 can now push the piston into the left closing position and closing part 9 closes, in turn, the closing opening 23 and the position according to Fig. 1 is reached. The length of the movement of the primary piston is determined by the length of the closing part 26.

Der Auslaufkanal 13 wird zum Kanal 10 mit einem Seitenkanal angeschlossen, der einen Drosselteil 11 hat. Dank des Seitenkanals ist der Betrieb des Ventils 8, 9 viel sicherer und deutlichere Druckunterschiede zum Bewegen des Ventils können produziert werden.The outlet channel 13 is connected to the channel 10 with a side channel, which has a throttle part 11. Thanks to the side channel the operation of valve 8, 9 is much safer and clearer pressure differences can be produced to move the valve.

Fig. 3 ist eine Ausschnittvergrösserung und Schnitt der Ausführung des Ventils 8, 9. Die schräge Fläche 25 des Teils 8 liegt dicht an der entsprechenden Ansatzfläche. Dabei wirkt der Druck, der über Abschlussöffnug 23 den Teil 8 bewirkt, nur auf eine Fläche 8, gleich gross wie die Fläche der Abschlussöffnug 23, in Stirnfläche des Kolbens. Sofort beim geringsten Aufgehen dieses Ventils wirkt der Druck unmittelbar auf die schräge Fläche 25 und die Bewegung des Ventils 8, 9 wird sofort verstärkt. Teil 9 hat eine weite zylindrische Fläche für die Innenfläche 23 der Öffnung und das Dichten geschiet mit Spitzenfläche 24 des Teils 9 gegen die Stirnfläche des Teils 3. Mit der Ausführung bekommt man für das Ventil sicheren Betrieb. Auch dieser Abschlussteil 9 fungiert wie das in Kolben 8 eingepasste Ventil, d. h. wenn der Abschlussteil 9 die Öffnung 23 mit seiner Spitzfläche 24 zumacht und fängt an aufzugehen, kann der Druck unmittelbar auch auf die grössere runde Fläche, die ab Spitzfläche 24 gegen die Mitte gerichtet ist, wirken. Die dabei entstehende Kraft verstärkt und beschleunigt die Bewegung des Teils 9 nach rechts. Die oben beschriebene Eigenschaft wird am besten durch Verwendung von Aufsitzventilen laut Fig. 3 erreicht.Fig. 3 is an enlarged detail and section of the design of the valve 8, 9. The inclined surface 25 of part 8 lies close to the corresponding attachment surface. The pressure, which causes part 8 via the closing opening 23, only acts on a surface 8, the same size as the area of the closing opening 23, in the front face of the piston. As soon as this valve opens even slightly, the pressure acts directly on the inclined surface 25 and the movement of the valve 8, 9 is immediately increased. Part 9 has a wide cylindrical surface for the inner surface 23 of the opening and the sealing takes place with the tip surface 24 of part 9 against the front face of part 3. With this design, you get safe operation for the valve. This closing part 9 also functions like the valve fitted in piston 8, i.e. When the end part 9 closes the opening 23 with its pointed surface 24 and begins to open, the pressure can also act directly on the larger round surface, which is directed from the pointed surface 24 towards the center. The resulting force increases and accelerates the movement of part 9 to the right. The property described above is best achieved by using seat valves as shown in Fig. 3.

Die Hin- und Herbewegung des Primärkolbens 3 kann in verschiedenen Geräten benutzt werden. Kolben 14, 15, oder nur ein der beiden, können durch eine bewegliche Stange, die von ihrem Gehäuse herauskommt, ersetzt und ihre Bewegung benutzt werden. Im übrigen will man die Vorrichtung nicht nur zu gewissen Anwendungen begrenzen, sondern viele Modifikation sind im Rahmen des von den beigefügten Patentansprüchen dargestellten erfindungsgemässen Konzepts möglich.The reciprocating movement of the primary piston 3 can be used in various devices. Pistons 14, 15, or just one of them, can be replaced by a movable rod coming out of their housing and their movement can be used. Moreover, the device is not intended to be limited to certain applications, but many modifications are possible within the framework of the inventive concept presented in the appended claims.

Claims (6)

1. Eine mit Druckmedium betriebene Vorrichtung, die eine hin- und1. A device operated by a pressure medium which produces a reciprocating - hergehende Bewegung wenigstens für einen Kolben (14, 15) oder eine ähnliche bewegungüberführende Stange produziert, bestehend aus einem Körper (2), der einen geschlossenen Raum formt einen Kolben (3), der mit Druckmedium im genannten Körper hin und her bewegt wird,- produces reciprocating movement for at least one piston (14, 15) or a similar movement-transmitting rod, consisting of a body (2) which forms a closed space a piston (3) which is moved back and forth with pressure medium in the said body, einem Steurventilsystem zur Steuerung des Druckmediums, um den Kolben in Hin- und Herbewegung zu setzen, gekennzeichnet dadurch,a control valve system for controlling the pressure medium in order to set the piston in reciprocating motion, characterized in that dass das Steurventilsystem (3/24, 3/25) aus zwei Sitzventilen besteht, mit je einem Sitz auf dem Primarkolben (3) undthat the control valve system (3/24, 3/25) consists of two seat valves, each with a seat on the primary piston (3) and einen beweglichen Teil (8, 9) mit einem Paar ringförmigen dichtenden Stirnflächen (24, 25), die wechselweise mit der jeweils betreffenden Fläche der genannten Ventilsitze in der Weise zusammenarbeiten, dass beim Öffnen der Sitzventile der Druck des Mediums unmittelbar gegen die jeweils dichtenden Flächen wirkt, um den Ventilteil bewegenden Kraft zu erhöhen.a movable part (8, 9) with a pair of annular sealing faces (24, 25) which cooperate alternately with the respective surface of said valve seats in such a way that when the seat valves are opened, the pressure of the medium acts directly against the respective sealing surfaces in order to increase the force moving the valve part. 2. Eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Primarkolben (3) einen Auslaufkanal (13) hat, über den das Steigen und/oder Sinken des Mediumdrucks den Sitzventil zum Schliessen oder Öffnen erregt.2. A device according to claim 1, characterized in that the primary piston (3) has an outlet channel (13) through which the increase and/or decrease in the medium pressure excites the seat valve to close or open. 3. Eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass für den Auslaufkanal (13), der sich mit dem Primarkolben (3) hinsichtlich des Körpers(2) bewegt, ein Abschlussteil (26) angeordnet worden ist, mit Hilfe dessen Länge die Strecke der Bewegung des Primarkolbens bestimmt wird.3. A device according to claim 2, characterized in that for the outlet channel (13) which moves with the primary piston (3) with respect to the body (2), a closing part (26) has been arranged, by means of whose length the distance of movement of the primary piston is determined. 4. Eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Abschlussteil (26) den Kanal (13) auf- und zumacht und eine innere Fläche des zylindrischen Körpers (2) ist.4. A device according to claim 3, characterized in that the closing part (26) opens and closes the channel (13) and is an inner surface of the cylindrical body (2). 5. Eine mit Druckmedium betriebene Pumpe, bestehend aus einem zylindrischen Pumpenkörper (2), wenigstens zwei hin- und herbeweglichen Pumpenkolben (14, 15), einem entsprechenden Zylinder (20) für jeden Pumpenkolben um Flüssigkeit oder Gas zu pumpen, und einem Primarkolben (3) im Körper(2), der zum Pumpenkolben (14, 15) angeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, dass der Primarkolben (3) Ventile (3/24, 3/25) zur Übertragung des Betriebsdrucks zu beiden Seiten des Primarkolbens, und einen Auslaufkanal (13) zur Steuerung der Ventilfunktion hat, und dadurch, dass der Pumpenkörper auf der Innenseite mit einem Abschlussteil (26) zum Schliessen und Öffnen des Auslaufkanals (13) versehen ist, um die Länge der Bewegung des Primärkolbens in beiden Richtungen zu bestimmen.5. A pump operated with pressure medium, consisting of a cylindrical pump body (2), at least two reciprocating pump pistons (14, 15), a corresponding cylinder (20) for each pump piston to pump liquid or gas, and a primary piston (3) in the body (2) which is connected to the pump piston (14, 15), characterized in that the primary piston (3) has valves (3/24, 3/25) for transmitting the operating pressure to both sides of the primary piston, and an outlet channel (13) for controlling the valve function, and in that the pump body is provided on the inside with a closing part (26) for closing and opening the outlet channel (13) in order to determine the length of the movement of the primary piston in both directions. 6. Eine Pumpe gemäß Patentanspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass es zwei Pumpenkolben (14, 15) mit den Enden aneinander gibt, der Primärkolben (3) mit dem Druck eines hydraulischen Flüssigkeits bewegt wird und die Ventile (3/24, 3/25) mit Druck gesteuerte Sitzventile sind.6. A pump according to claim 5, characterized in that there are two pump pistons (14, 15) with the ends against each other, the primary piston (3) is moved by the pressure of a hydraulic fluid and the valves (3/24, 3/25) are pressure-controlled seat valves.
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