DE69902247T2

DE69902247T2 - Einstellbare ein- und auslassöffnungen für einen drucktransformator

Info

Publication number: DE69902247T2
Application number: DE69902247T
Authority: DE
Inventors: J. Raab
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2019-03-27
Also published as: EP1070203B1; AU3207199A; JP2002512344A; WO1999054625A1; DE69902247D1; EP1070203A1; US5878649A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Anschluß- bzw. Schlitzanordnung für einen hydraulischen Druckwandler und insbesondere auf die Beziehung zwischen der Umfangslänge der Schlitze bzw. Anschlüsse in einer Dreheinheit eines Druckwandlers relativ zu dem Raum zwischen Anschlüssen oder nierenförmigen Schlitzen in einer Anschluß- bzw. Schlitzplatte.

Ausgangspunkt

Bei bekannten hydraulischen Druckwandlern besitzen die Anschlüsse in der Dreheinheit normalerweise einen kreisförmigen Querschnitt und die Enden der jeweiligen Anschlüsse in der Anschlußplatte besitzen normalerweise einen halbkreisförmigen Querschnitt. Demgemäß ist, wenn die jeweiligen der Anschlüsse in der Dreheinheit eine Verbindung mit den jeweiligen der Schlitze in der Anschlußplatte initiieren, die Öffnung klein und sie vergrößert sich bis zu ihrer maximalen Größe. Da diese Verbindung an anderen Stellen als dem oberen oder unteren Totpunktpositionen erfolgt, ist die augenblickliche Geschwindigkeit der Kolben innerhalb der Dreheinheit hoch. In gleicher Weise ist das aufzunehmende oder auszustoßende Fluidvolumen hoch. Da die anfängliche Öffnung klein ist, besitzt das hohe Fluidvolumen keinen freien uneingeschränkten Pfad und die Systemeffizienz wird nachteilig beeinflußt. Zusätzlich ist bei bekannten Druckwandlern der Umfangsraum zwischen den benachbarten bogenförmigen Schlitzen länger als die Umfangslänge der jeweiligen Zylinderanschlüsse in der Dreheinheit. Demgemäß wird zu den Zeiten, zu denen die Kolbengeschwindigkeit hoch ist und die Strömung, die in die Kolbenzylinder eingebracht oder aus ihr ausgestoßen wird ebenfalls hoch ist, der Zylinder vollständig blockiert, was zur Folge hat, daß das eingeschlossene Fluid komprimiert wird bevor sich der Zylinder zu einem der bogenförmigen Schlitze öffnet.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.

Die Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Druckwandler vorgesehen zur Umwandlung von Hydraulikleistung von einer ersten Fluidströmung mit einem ersten Fluiddruck in die Hydraulikleistung einer zweiten Fluidströmung mit einem zweiten Druck, und zwar durch Steuern einer dritten Fluidströmung mit einem dritten Druck. Der hydraulische Druckwandler besitzt ein Gehäuse mit drei Anschlußverbindungen, eine Drehgruppe mit einem Käfig mit einer Stirnfläche und einer Vielzahl von Kolbenanordnungen, die jeweils gleitbar in jeweiligen Zylindern angeordnet sind. Jeder der Zylinder besitzt einen Zylinderanschluß, der in dem Käfig definiert ist und sich zu der Stirnfläche öffnet. Jeder der Zylinderanschlüsse ist von dem anderen mit einer vorbestimmten Umfangsabmessung beabstandet. Ein Verdrängungssteuermechanismus ist betriebsmäßig mit den jeweiligen Kolbenanordnungen assoziiert zum Steuern des Fluidvolumens innerhalb jedes Zylinders zwischen einem Minimal- und einem Maximalvolumen, während sich die Drehgruppe dreht. Eine einstellbare Anschlußplatte mit einer Stirnfläche mit drei bogenförmigen Schlitzen darinnen definiert, ist in dem Gehäuse angeordnet. Die bogenförmigen Schlitze sind voneinander mit einem vorbestimmten Umfangsabstand beabstandet, der im wesentlichen gleich dem vorbestimmten Umfangsabstand der Zylinderanschlüsse ist. Die Stirnfläche der einstellbaren Anschlußplatte steht in zusammenpassendem Kontakt mit der Stirnfläche der Drehgruppe und jeder der drei bogenförmigen Schlitze steht in Verbindung mit einem jeweiligen der drei Anschlüsse in dem Gehäuse. Jeder Zylinderanschluß besitzt eine Führungskante, eine Folgekante und erste und zweite beabstandete Umfangsseiten. Die Führungskante und die Folgekante jedes Zylinderanschlusses sind voneinander mit einem vorbestimmten Umfangsabstand beabstandet. Jeder bogenförmige Schlitz besitzt eine Führungskante, eine Folgekante und erste und zweite beabstandete Umfangsseiten. Die Folgekante von einem der bogenförmigen Schlitze und die Führungskante eines benachbarten Schlitzes sind voneinander mit einem vorbestimmten Umfangsabstand beabstandet. Der vorbestimmte Umfangsabstand zwischen den benachbarten Schlitzen ist kleiner als der vorbestimmte Umfangsabstand zwischen der Führungskante und der Folgekante der jeweiligen Zylinderschlitze. Während einer Relativdrehung zwischen dem Käfig und der Anschlußplatte ist die Führungskante des jeweiligen Zylinderanschlusses in einer offenen überlappenden Beziehung mit einem der bogenförmigen Schlitze. Die Folgekante des selben Zylinderanschlusses ist in einer offenen, überlappenden Beziehung mit dem zweiten der bogenförmigen Schlitze.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer schematischen Darstellung eines Druckwandlers, der ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung des Fluidvolumens innerhalb eines Zylinders und der Kolbenposition innerhalb des Zylinders relativ zur Geschwindigkeit des Kolbens darstellt;
Fig. 4 ist eine Ansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;
Fig. 5 ist eine Ansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 1; und Fig. 6 ist eine Ansicht entlang der Linie 6-6 in Fig. 1.

Beste Art die Erfindung auszuführen

In den Fig. 1 und 2 ist ein Druckwandler 10 schematisch dargestellt. Der Druckwandler 10 ist geeignet zur Verwendung in einem Fluidsystem 12 mit einer Druckfluidquelle 14, die mit einem ersten Druckniveau arbeitet, einem Arbeitssystem 16 das mit einem zweiten Zwischendruckniveau arbeitet und einem Reservoir 18, das mit einem niedrigen Druck oder Atmosphärendruck betrieben wird.
Der Druckwandler 10 umfaßt ein Gehäuse 20, eine rotierende Gruppe bzw. Drehgruppe 22, eine Verdrängungssteuereinheit 24 und eine einstellbare Anschlußplatte 26 mit einer Stirnseite 27. Das Gehäuse 20 umfaßt einen Kopfteil 28 und einen Körperteil 29. Der Kopfteil 28 besitzt einen ersten Anschluß 30, der mit der Druckfluidquelle 14 verbunden ist, einen zweiten Anschluß 32, der mit dem Arbeitssystem 16 verbunden ist, und einen dritten Anschuß 34, der mit dem Reservoir 18 verbunden ist. Der Körperteil 29 definiert eine Kammer 36, die in der Lage ist, die Drehgruppe 22 und die Verdrängungssteuereinheit 24 aufzunehmen. Die einstellbare Anschlußplatte 26 ist innerhalb des Gehäuses 20 zwischen dem Kopfteil 28 und der Drehgruppe 22 angeordnet.
Die Drehgruppe 22 umfaßt einen Käfig 40 mit einer Stirnseite 42 und einer Vielzahl von Zylindern 44, die in dem Käfig 40 definiert sind. Die Stirnseite 42 des Käfigs 40 steht in zusammenpassenden Kontakt mit der Stirnseite 27 der Anschlußplatte 26. Jeder Zylinder der Vielzahl von Zylindern 44 besitzt einen Zylinderanschluß 46, der in dem Käfig 40 definiert ist, und zwar zwischen den jeweiligen der Zylinder 44 und der Stirnseite 42. Die Zylinderanschlüsse 46 sind voneinander mit einem vorbestimmten Umfangsabstand beabstandet. Die Drehgruppe 22 umfaßt auch eine Vielzahl von Kolbenanordnungen 47 die jeweils einen Kolben 48 aufweisen, der gleitbar in den jeweiligen Zylindern 44 angeordnet ist, und mit einem daran befestigten Schuh 49, der in Gleitkontakt mit der Verdrängungssteuereinheit 24 steht. In bekannter Art und Weise sind die jeweiligen Kolben 48 bewegbar zwischen einer unteren Totpunktposition (BDC = Bottom Dead Center) und einer oberen Totpunktposition (TDC = Top Dead Center). Die Bewegung der jeweiligen Kolben 48 von der BDC-Position zu der TDC-Position steuert hiervon gelieferte Fluidvolumen zwischen einem minimalen und einem maximalen Volumen.
Wie deutlicher in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt das dargestellte Ausführungsbeispiel sieben Zylinder 44. Es sei bemerkt, daß eine größere oder geringere Anzahl von Zylindern 44 verwendet werden könnte, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Fig. 2, 4 bis 6 sind wie zuvor bemerkt Schnittansichten der Fig. 1, es sei jedoch bemerkt, daß diese Figuren für Darstellungszwecke um 90 Grad gedreht wurden.
Gemäß Fig. 3 ist eine graphische Darstellung vorgesehen. Die jeweiligen Balkendarstellungen und die folgenden Liniendarstellungen zeigen die Beziehung der Position der jeweiligen Kolben 48 innerhalb ihrer Zylinder 44 und die momentane Geschwindigkeit der Kolben zu diesem Zeitpunkt. Es sei bemerkt, daß die Geschwindigkeit der Kolben sich von Null bis zu einer maximalen Geschwindigkeit (+MAX/-MAX) in zwei unterschiedliche Richtungen erhöhen. Die Geschwindigkeit der jeweiligen Kolben 48 ist Null, wenn sich der Kolben entweder an der TDC- oder BDC-Position befindet. Wie dargestellt ist, befindet sich der Kolben Nr. 1 an seiner TDC-Position. Das gesamte Fluid in dem Zylinder 44 wurde ausgestoßen und die Geschwindigkeit des Kolbens 48 ist Null. Wie durch die Kolben mit der Nr. 2 und 3 dargestellt ist, wird der Kolben 48 zurückgezogen zu der BDC-Position und der Zylinder wird mit Fluid gefüllt. Die Geschwindigkeit des Kolbens 2 wird zu -MAX erhöht und die Geschwindigkeit des Kolbens 3 hat die -MAX Geschwindigkeit bereits erreicht und dessen Geschwindigkeit wird in Richtung der Null Geschwindigkeit reduziert. Der Kolben Nr. 4 befindet sich in der Nähe der BDC- Position und ist ungefähr vollständig mit Fluid gefüllt und dessen Geschwindigkeit ist nahe Null. Die Kolben 5, 6, 7 bewegen sich in Richtung zur TDC-Position und stoßen Fluid aus den jeweiligen Zylindern 44 aus. Wie dargestellt ist, erhöht sich die Geschwindigkeit des Kolbens 5 in Richtung der +MAX-Geschwindigkeit und der Kolben 6 hat ungefähr dessen +MAX-Geschwindigkeit erreicht. Der Kolben 7 verlangsamt sich während er sich der TDC-Position annähert und in gleicher Weise wurde das meiste Fluid aus dem assoziierten Zylinder 44 ausgestoßen.
Gemäß Fig. 4 ist eine detailliertere Ansicht der Zylinderanschlüsse 46 dargestellt. Jeder der Zylinderanschlüsse 46 besitzt eine identische Form. Daher wird nur einer der Zylinderanschlüsse 46 im Detail beschrieben. Jeder der Zylinderanschlüsse 46 in dem Käfig 40 wird definiert durch eine Führungskante 50, eine Folgekante 52 und erste und zweite beabstandete Umfangsseiten 54, 56. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Form der Führungs- und Folgekanten 50, 52 im allgemeinen wellenförmig. Es sei bemerkt, daß andere nicht lineare Formen verwendet werden könnten ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gemäß Fig. 5 ist eine detailliertere Ansicht der einstellbaren Anschlußplatte 26 dargestellt. Die Anschlußplatte 26 besitzt erste, zweite und dritte bogenförmige Schlitze 60, 62, 64 darinnen definiert, die sich von der Stirnseite 27 her durch die Platte erstrecken. Die drei bogenförmigen Schlitze sind in der Anschlußplatte definiert und voneinander mit einem vorbestimmten Umfang bzw. Umfangsabstand beabstandet. Der vorbestimmte Umfangsabstand der bogenförmigen Schlitze in der Anschlußplatte ist im wesentlichen derselbe wie der vorbestimmte Umfangsabstand der Zylinderanschlüsse 46 in dem Käfig 40. Die Form von jedem der bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 ist im allgemeinen dieselbe. Demgemäß wird nur der bogenförmige Schlitz 60 im Detail beschrieben. Der bogenförmige Schlitz 60 ist in der Anschlußplatte 26 definiert durch eine Führungskante 66, eine Folgekante 68 und erste und zweite beabstandete Umfangsseiten 70, 72. Die Umfangslänge der jeweiligen bogenförmigen Schlitze kann variieren, aber die Form der jeweiligen Führungs- und Folgekanten 66, 68 bleibt dieselbe. Die Form und Ausrichtung der Führungskanten 66 der bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 sind dieselbe wie die Form und Ausrichtung der Führungskanten 50 der jeweiligen Zylinderanschlüsse 46 in dem Käfig 40.
In gleicher Weise ist die Form und Ausrichtung der Folgekanten 68 der bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 dieselbe wie die Form und Ausrichtung der Folgekanten 52 der jeweiligen Zylinderanschlüsse 46 in dem Käfig 40. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Form und Ausrichtung der Führungs- und Folgekanten 66, 68 der bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 in der Anschlußplatte 26 und der Führungs- und Folgekanten 50, 52 in den Zylinderanschlüssen 46 des Käfigs 40 dieselbe. Es sei jedoch bemerkt, daß die Führungskanten 66/50 eine unterschiedliche Form und Ausrichtung im Vergleich zu den Folgekanten 68/52 haben könnten, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wie ferner in Fig. 5 dargestellt ist, ist die Anschlußplatte 26 einstellbar durch einen Einstellmechanismus 75. Der Einstellmechanismus 75 dient zum Drehen der Anschlußplatte 26 und daher der jeweiligen bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 innerhalb des Gehäuses 20 relativ zu den TDC- und BDC-Positionen, was effektiv die Position einstellt, an der sich die jeweiligen Zylinderanschlüsse 46 in die jeweiligen bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 öffnen. Demgemäß kann die Anordnung der bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 relativ zu den TDC- und BDC-Positionen verändert werden.
Der Einstellmechanismus 75 umfaßt eine Zylinderanordnung 76 und einen Arm 78, der sich von der Anschlußplatte 26 erstreckt und mit der Zylinderanordnung verbunden sind. Ein Ausfahren oder Zurückziehen der Zylinderanordnung 76 hat zur Folge, daß sich die Anschlußplatte 26 in die eine oder andere Richtung dreht. Der Einstellmechanismus 75 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt, daß die Anschlußplatte 26 um ungefähr 30 Grad in jede Richtung bewegbar ist. Es sei jedoch bemerkt, daß die Anschlußplatte 26 um eine höhere Gradzahl bewegbar ist. Der hier dargestellte Einstellmechanismus dient nur zu Darstellungszwecken. Andere Arten von Einstellmechanismen 75 können verwendet werden. Beispielsweise könnte die Anschlußplatte 26 Zähne um ihren Umfang aufweisen und ein Schneckenantrieb könnte mit den Zähnen in Eingriff stehen. Eine Drehung des Schneckenantriebs durch geeignete Mittel würde eine Drehung der Anschlußplatte 26 zur Folge haben. Dies würde eine unbeschränkte Größe der Anschlußplattendrehung vorsehen.
Gemäß Fig. 6 ist die Anschlußplatte 26 auf dem Käfig 40 dargestellt, um besser die Beziehung der bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 und der jeweiligen Zylinderanschlüsse 46 darzustellen. Die Umrisse der Zylinderanschlüsse 46 sind mit fetten Linien dargestellt, um die Zylinderanschlüsse 46 besser von den bogenförmigen Schlitzen 60, 62, 64 unterscheiden zu können.
Wie deutlich durch die Zeichnung der Fig. 6 dargestellt ist, richtet sich, wenn sich der Käfig 40 im Uhrzeigersinn dreht, die Führungskante 50 des Zylinderanschlusses 46 mit der Führungskante 66 der jeweiligen bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 aus. Die nachfolgende Bewegung des Käfigs 40 hat zur Folge, daß sich der Zylinderanschluß 46 in den assoziierten bogenförmigen Schlitz 60/62/64 öffnet. Der anfängliche Bereich der Öffnung ist groß und für jeden Schritt der Käfigdrehung erhöht sich die Öffnungsfläche mit einer hohen Rate. In gleicher Weise wird dann, wenn die Folgekante 52 des Zylinderanschlusses 46 sich der Folgekante 68 des assoziierten bogenförmigen Schlitzes 60/62/64 annähert, die Öffnungsfläche rasch auf Null oder zu einem völlig geschlossenen Zustand reduziert. Es ist durch die Zeichnung gemäß Fig. 4 auch deutlich gezeigt, daß die Umfangslänge der jeweiligen Zylinderanschlüsse 46 größer ist als der Umfangsabstand zwischen benachbarten Schlitzen 60, 62, 64. Demgemäß ist bei einer vorbestimmten Position des Käfigs 40 relativ zur Anschlußplatte 26 der Zylinderanschluß 46 wenigstens teilweise zu beiden der benachbarten bogenförmigen Schlitze 60, 64 geöffnet.
Obwohl der zuvor beschriebene Druckwandler 10 einen Axialpumpenaufbau besitzt, sei bemerkt, daß andere Arten von Dreheinheiten, wie beispielsweise mit gebogener Achse oder Radialaufbau verwendet werden könnte ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Jedes dieser Designs könnte auch eine variable Verdrängung aufweisen, wobei die minimale zur maximalen Verdrängung der Kolben 48 variiert werden könnte.
Obwohl die bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 der Anschlußplatte so dargestellt sind, daß sie sich vollständig durch die Anschlußplatte erstrecken, sei bemerkt, daß sich die Form der jeweiligen bogenförmigen Schlitze nicht Vollständig durch die Anschlußplatte 26 erstrecken muß. Es ist nur wichtig, daß die Schnittfläche zwischen der Stirnfläche 27, der Anschlußplatte 26 und der Stirnfläohe 42 des Käfigs 40 die oben definierte Form und Größe besitzen und eine Tiefe aufweisen, die keine Zumeßöffnung für die Strömung dazwischen erzeugen würde.
Die Zylinderanschlüsse 46 und die bogenförmigen Schlitze 60, 62, 64 der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele zeigen zumindest in einigen Teilen scharfe Kanten, die dazu neigen hohe Spannungspunkte bzw. Spannungserhöher zu bilden. Um die Möglichkeit von Spannungspunkten bzw. Spannungserhöhern an irgendeiner Kante der Anschlüsse oder Schlitze zu verringern, sei bemerkt, daß ein kleiner Radius an diesen Kanten verwendet werden könnte, um die Spannungen zu verringern.
Es sei ferner bemerkt, daß die vorliegenden Ausführungsbeispiele auch die üblichen oder bekannten Leck- bzw. Entlastungsschlitze in Kombination mit den speziell geformten Anschlüssen in der Anschlußplatte und/oder dem Käfig beinhalten könnten.
Ferner sei bemerkt, daß die übliche Anschlußform, d. h. runde oder längliche Zylinderanschlüsse und bogenförmige Schlitze mit halbkreisförmigen Enden bei dieser Erfindung verwendet werden könnten, um die Systemeffizienz gegenüber vorhergehenden Designs zu verbessern, welche keine Überlappung zwischen den benachbarten bogenförmigen Schlitzen erlauben.

Industrielle Anwendbarkeit

Während des Betriebs des vorliegenden Druckwandlers 10 wird Druckfluid von der Druckfluidquelle 14 zu dem ersten Druckanschluß 30 geliefert. Das Druckfluid wird durch den bogenförmigen Schlitz 60 in die Anschlußplatte 26 gelenkt und wirkt an den Enden der freiliegenden Kolben 48. Diese Kraft drückt effektiv den Käfig 40 in eine Rotationsbewegung, und zwar in bekannter Art und Weise. Während sich der Käfig 40 dreht, ziehen sich die freiliegenden Kolben 48 in den Zylindern 44 zurück, wodurch sich die Zylinder 44 mit Fluid füllen.
Um besser den Betrieb des Druckwandlers 10 zu verstehen folgen wir einem Zylinderanschluß 46 während einer Umdrehung. Unter Bezugnahme auf die Fig. 4, 5, 6 und bei der TDC-Position ist der eine Zylinderanschluß 46 gegenüber der Druckfluidquelle 12 geöffnet, und zwar über den bogenförmigen Schlitz 60. Wenn sich der Käfig 40 im Uhrzeigersinn in Folge der Kraft des Druckfluids, die auf den Kolben 48 wirkt, dreht, wird der Zylinder 44 mit Fluid gefüllt und der Kolben erhöht rasch seine Geschwindigkeit, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Nachdem sich der Kolben 40 über eine Winkeldrehung von ungefähr 60 Grad bewegt hat, beginnt die Führungskante 50 des Zylinderanschlusses 46 aus dem bogenförmigen Schlitz 60 auszutreten. Bei der vorliegenden Erfindung fällt die Führungskante 50 des Zylinderanschlusses 46 mit der Folgekante 48 der Anschlußplatte 26 zusammen. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Verbindung der Druckfluidquelle 12 mit dem Zylinderanschluß 46 sich zu schließen. Wenn der Käfig weiter dreht, wird der Zylinderanschluß 46 weiter geschlossen.
Bevor die Folgekante 52 des Zylinderanschlusses 46 die Folgekante 68 des bogenförmigen Schlitzes 60 erreicht, öffnet sich die Führungskante 50 des Zylinderanschlusses 46 in dem bogenförmigen Schlitz 64. Der Verbindungsbereich erhöht sich rasch mit jedem Bewegungsschritt des Käfigs 40, während die Verbindung des Zylinderanschlusses0 46 gegenüber dem benachbarten bogenförmigen Schlitz 60 weiterhin offen bleibt.
Die gesamte Winkelbewegung des Käfigs 40 während der der Zylinderanschluß 46 in Verbindung mit beiden der benachbarten bogenförmigen Schlitze ist, sollte im allgemeinen klein bleiben, wenn der Druckwandler 10 mit einer niedrigen Umdrehungszahl betrieben wird und sollte größer sein, wenn der Druckwandler mit höheren Drehzahlen betrieben wird. Dies basiert auf der Tatsache, daß während des Übergangs, bei dem der Zylinderanschluß 46 gegenüber einem der bogenförmigen Schlitze geschlossen oder gegenüber dem benachbarten bogenförmigen Schlitz geöffnet wird, der "Drosseleffekt" eine direkte Auswirkung auf die effektive Abdichtung zwischen den benachbarten bogenförmigen Schlitzen besitzt. Die schlußendliche Gesamtwinkelbewegung erfordert eine Optimierung der dynamischen Abdichtung für einen bestimmten Druck und einer bestimmten Strömungsbedingung, was den Drehwinkel und die Umdrehung des Druckwandlers einstellt. Da das Fluid komprimiert oder expandiert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Position des Käfigs 40 bezüglich der TDC-Position und die Kolbengeschwindigkeit hoch ist, erzeugt die Dynamik des Fluids eine effektive Abdichtung (Drosseleffekt), obwohl der Zylinderanschluß noch immer Verbindung mit dem assoziierten bogenförmigen Schlitz ist. Demgemäß ist in Folge des "Drosseleffekts" die dynamische Dichtlänge (effektive Dichtung) länger als die statische Dichtlänge. Dies ermöglicht eine Anschlußanordnung bei der die benachbarten bogenförmigen Schlitze in Verbindung miteinander sind, und zwar über den assoziierten Zylinderanschluß, wobei sie aber dynamisch gegeneinander abgedichtet sind. Diese Beziehung verbessert die Systemeffizienz da das Fluid innerhalb der Zylinder 44 komprimiert oder expandiert wird, so daß der Druck innerhalb des Zylinders im wesentlichen gleich zu dem des nachfolgenden Anschlusses ist, wenn sich der Zylinder hierzu öffnet. Dies erzeugt einen glatten Übergang, wodurch Strömungsvariationen eliminiert werden, die sich in Folge der Kompression oder Expansion des Zylindervolumens ergeben.
Sobald die Folgekante 52 des Zylinderanschlusses 46 die Folgekante 68 des bogenförmigen Schlitzes 60 erreicht, ist der Zylinderanschluß 46 vollständig gegenüber des bogenförmigen Schlitzes 60 geschlossen und bleibt in Verbindung mit dem bogenförmigen Schlitz 64. Zu diesem Zeitpunkt der Drehung des Käfigs 40 wird jeglicher Druck, der in dem Zylinder 44 vorhanden ist entlastet und der Zylinder 44 fährt fort sich mit Fluid zu füllen.
Sobald der Zylinderanschluß 46 die BDC-Position erreicht, ist der Zylinder 44 mit Fluid gefüllt. Bei der vorliegenden Erfindung beginnt der Zylinderanschluß 46 aus dem bogenförmigen Schlitz 64 auszutreten. Während sich der Käfig 40 von der BDC-Position weg bewegt, beginnt das Fluid innerhalb des Zylinders 44 damit ausgestoßen oder komprimiert zu werden. Sobald sich der Käfig 40 zu einer Position dreht, bei der die Folgekante 52 des Zylinderanschlusses 46 in der Nähe der Folgekante 68 des bogenförmigen Schlitzes 64 ist, tritt die Führungskante 52 des Zylinderanschlusses 46 in den benachbarten bogenförmigen Schlitz 62 ein. Obwohl die benachbarten Schlitze 64, 62 über den Zylinderanschluß 46 zueinander geöffnet sind, sind sie wie zuvor bemerkt, dynamisch gegeneinander abgedichtet.
Wie zuvor bemerkt, steht der bogenförmige Schlitz 62 in Verbindung mit einem Arbeitssystem 16 das mit einem Zwischendruckniveau betrieben wird, im Vergleich zu dem Druck in dem bogenförmigen Schlitzen 60, 64. Wenn der Käfig 40 fortfährt sich zu drehen, wird Fluid von dem Zylinder 44 kontinuierlich daraus in den bogenförmigen Schlitz 62 ausgestoßen. Sobald die Führungskante 50 des Zylinderanschlusses 46 die Folgekante 68 des bogenförmigen Schlitzes 62 erreicht, wird wiederum die Verbindungsfläche reduziert. Sobald sich der Käfig 40 zu einer Position bewegt, bei der dir Folgekante 50 des Zylinderanschlusses 46 sich der Folgekante 68 des bogenförmigen Schlitzes 62 annähert, tritt die Führungskante 52 des Zylinderanschlusses 46 in den benachbarten bogenförmigen Schlitz 60 ein. Obwohl die benachbarten Schlitze 62, 60 über den Zylinderanschluß 46 zueinander geöffnet sind, sind sie wie zuvor bemerkt, dynamisch gegeneinander abgedichtet.
Sobald die Führungskante 50 des Zylinderanschlusses 46 an der Führungskante 66 des bogenförmigen Schlitzes 60 vorbeiläuft, wird Fluid in dem Zylinder 44 zu dem bogenförmigen Schlitz 60 geleitet, der in Verbindung mit der Druckfluidquelle 12 steht. Sobald der Zylinderanschluß 46 die TDC-Position erreicht wurde das gesamte Fluid aus dem Zylinder 44 ausgestoßen. Die Kraft des Druckfluids von der Quelle 12 legt wiederum eine Kraft auf den Kolben 48 an, um den Kolben 48 zum Zurückziehen zu drücken, wodurch der Zyklus wieder gestartet wird.
Es sei bemerkt, daß es bei einigen Druckwandlern 10 zweckmäßig sein kann, eine Verbindung benachbarter Schlitze über die Zylinderanschlüsse 46 nicht zu erlauben. An den Stellen, an denen die Zylindergeschwindigkeiten gering sind, kann es zweckmäßig sein, daß benachbarte bogenförmige Schlitze vollständig statisch gegeneinander blockiert sind, während bei anderen Stellen, bei denen Kolbengeschwindigkeiten hoch sind, es zweckmäßig sein kann, eine Verbindung vorzusehen, wobei die Verbindung jedoch dynamisch abgedichtet ist.
Durch Vorsehen einer Kombination aus vollständiger statischer Abdichtung zwischen benachbarten bogenförmigen Schlitzen und einer dynamischen Abdichtung zwischen anderen bogenförmigen Schlitzen, kann die Gesamtsystemeffizienz noch weiter verbessert werden.
Um das Druckniveau in dem bogenförmigen Schlitz 62 zu verändern, wird die Anschlußplatte 26 in dem Gehäuse 20 gedreht. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, hat eine Drehung der Anschlußplatte 26 im Uhrzeigersinn zur Folge, daß das Druckniveau in dem bogenförmigen Schlitz 62 ansteigt. Das Druckniveau in dem bogenförmigen Schlitz 62 kann höher sein als das Druckniveau des Fluids in dem bogenförmigen Schlitz 60, wenn die Anschlußplatte 26 weit genug im Uhrzeigersinn gedreht wird. In gleicher Weise kann das Druckniveau in dem bogenförmigen Schlitz 62 reduziert werden auf ein Null-Druckniveau, wenn die Anschlußplatte weit genug entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Zusätzliche Einzelheiten des Betriebs des Druckwandlers 10 können aus der PCT-Veröffentlichung mit der Nummer WP 97/31185, veröffentlicht am 28. August 1997 erhalten werden.
Aus der obigen Beschreibung ist leicht zu erkennen, daß die hier beschriebene Anschlußbeziehung stark die Betriebseffizienz des vorliegenden Wandlers gegenüber bekannten Wandlern verbessert. Die verbesserte Betriebseffizienz basiert größtenteils auf dem Vorsehen einer kontrollierten Verbindungsgröße zwischen benachbarten bogenförmigen Schlitzen über die jeweiligen Zylinderanschlüsse 46 hinweg, so daß einen dynamische Dichtung vorgesehen werden kann. Die dynamische Dichtung wird erzeugt durch die Effekte des Fluids innerhalb der assoziierten Zylinder 44 und die Geschwindigkeit der Kolben 48 in den Zylindern. Durch Verwendung des dynamischen Dichteffekts wird das Fluid innerhalb der jeweiligen Zylinder so konditioniert, daß der Druck innerhalb des Zylinders äquivalent zu dem Druck innerhalb des aufeinanderfolgenden bogenförmigen Schlitzes ist, wenn er sich hierzu öffnet.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Ansprüche.

Claims

1. Drucktransformator bzw. -Wandler (10) zur Umwandlung hydraulischer Leistung von einer einen ersten Strömungsmitteldruck besitzenden Strömungsmittelströmung in die hydraulische Leistung einer einen zweiten Druck besitzenden Strömungsmittelströmung durch Steuern einer einen dritten Druck besitzenden dritten Stömungsmittelströmung, wobei der hydraulische Drucktransformator (10) folgendes aufweist:

ein Gehäuse (20) mit drei Anschlussverbindungen (30, 32, 34), eine Drehgruppe (22) mit einem eine Stirnfläche (42) besitzenden Käfig und mit einer Vielzahl von Kolbenanordnungen (47), deren jede in den entsprechenden Zylindern (44) angeordnet ist, die Zylinderanschlüsse (46) besitzen, und zwar definiert in dem Käfig und die sich zur Stirnfläche (27) hin öffnen, wobei jeder der Zylinderanschlüsse (46) voneinander um einen vorbestimmten Umfangsabstand beabstandet ist,

ein Verdrängungssteuermechanismus (24), betriebsmässig assoziiert mit den entsprechenden Kolbenanordnungen (47) zur Steuerung des Strömungsmittelvolumens innerhalb jedes Zylinders (44) zwischen einem minimalen Volumen und einem maximalen Volumen, wenn sich die Drehgruppe dreht, und

eine einstellbare Anschlussplatte (26) mit einer Stirnfläche (27), wobei drei bogenförmige Schlitze (60, 62 und 64) darinnen definiert sind, und zwar beabstandet voneinander um einen vorbestimmten Umfangsabstand, der im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Umfangsabstand der Zylinderanschlüsse (46) ist, wobei die Stirnfläche (27) der einstellbaren Anschlussplatte (26) in zusammenpassender Berührung mit der Stirnfläche (42) der Drehgruppe ist und jeder der drei bogenförmigen Schlitze (60, 62 und 64) in Verbindung steht mit entsprechenden der drei Anschlüsse (30, 32, 34) im Gehäuse (20), wobei der Druckwandler (10) folgendes aufweist:

jeder Zylinderanschluss (46) hat eine vordere bzw. Führungskante (50), eine oder hintere bzw. Folgekante (52), und erste und zweite beabstandete Umfangsseiten (54, 56), wobei die vordere Kante (50) und die hintere Kante (52) jedes Zylinderanschlusses (46) voneinander um einen vorbestimmten Umfangsabstand beabstandet sind;

jeder bogenförmige Schlitz (60, 62, 64) besitzt eine vordere Kante (66), eine hintere Kante (68) und erste und zweite beabstandete Umfangsseiten (70, 72), wobei die hintere Kante (68) von einem der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) und die vordere Kante (66) eines benachbarten Schlitzes (60, 62, 64) um einen vorbestimmten Umfangsabstand von einander beabstandet sind, und zwar entlang des vorbestimmten Umfangs, wobei der vorbestimmte Abstand zwischen den benachbarten Schlitzen (60, 62, 64) kleiner ist als der vorbestimmte Abstand zwischen der vorderen Kante (52) und der hinteren Kante (54) der entsprechenden Zylinderanschlüsse (46); und

wobei während der relativen Drehung zwischen dem Käfig (40) und der Anschlussplatte (26) die vordere Kante (50) der entsprechenden Zylinderanschlüsse (46) sich in einer offenen, überlappenden Beziehung mit einem der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) befindet und die hintere Kante (68) des gleichen Zylinderanschlusses (46) sich in einer offenen überlappenden Beziehung mit dem zweiten der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) befindet.

2. Druckwandler (10) nach Anspruch 1, wobei der Umfangsraum zwischen dem zweiten Schlitz der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) und dem dritten Schlitz der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) kleiner ist als der Umfangsraum zwischen den vorderen und hinteren Kanten (50, 52) der entsprechenden Zylinderanschlüsse (46).

3. Druckwandler (10) nach Anspruch 2, wobei die Drehgruppe eine obere Totpunktposit on (Top Dead Center "TDC") und eine untere Totpunktposition (Bottom Dead Cenier "BDC"-Position) besitzt, und der Raum zwischen dem ersten Schlitz der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) und einem zweiten Schlitz der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) an einer Stelle zwischen den oberen und unteren Totpunktposit onen der Drehgruppe liegt.

4. Druckwandler (10) nach Anspruch 3, wobei an verschiedenen Stellen der relativen Drehung des Käfigs (40) und der Anschlussplatte (26) die vordere Kante (50) der entsprechenden Zylinderanschlüsse (46) und die hintere Kante (66) der bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) radial zusammenfallen.

5. Druckwandler (10) nach Anspruch 4, wobei an den verschiedenen Stellen während der relativen Drehung des Käfigs (40) und der Anschlussplatte (26) die hintere Kante (52) der entsprechenden Zylinderanschlüsse (46) und die hintere Kante (68) der entsprechenden bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) radial zusammenfallen.

6. Druckwandler (10) nach Anspruch 5, wobei an den verschiedenen Stellen während der relativen Drehung des Käfigs (40) und der Anschlussplatte (26) die vordere Kante (50) der entsprechenden Zylinderanschlüsse (46) und die hintere Kante (68) der entsprechenden bogenförmigen Schlitze (60, 62, 64) radial zusammenfallen oder zusammenlaufen.

7. Druckwandler (10) nach Anspruch 3, wobei der Raum zwischen dem ersten Schlitz der bogenförmigen Schlitze (60), und einem dritten Schlitz der bogenförmigen Schlitze (64) an einer Stelle liegt zwischen den oberen und unteren Totpunktpositionen der Drehgruppe.

8. Druckwandler (10) nach Anspruch 7, wobei nur einer der Räume zwischen den entsprechenden bogenförmigen Schlitzen (60, 62, 64) sich zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt an der oberen oder unteren Totpunktposition befindet.