DK176439B1 - Trykforstærker - Google Patents

Description

- i - DK 176439 B1

Trykforstærker

Opfindelsen omhandler en trykforstærker til væsker, særlig 5 hydraulikvæsker, med et forstærkerstempel omfattende et højtryksstempel og et lavtryksstempel med større diameter, hvorved forstærkerstemplet er bevægeligt sammen med højtryksstemplet i en højtrykscylinder og sammen med lavtryksstemplet i en lavtrykscylinder, hvorved højtrykscy-10 Underen kan forbindes med en højtrykstilslutning og lavtrykscylinderen, via en styreventil, kan forbindes med en forsyningstilslutning, når styreventilen er i en første skifteposition, og med en tilbageløbstilslutning, når styreventilen er i en anden skifteposition, og styreventilens 15 skiftepositioner styres af forstærkerstemplets stilling, der frigiver eller blokerer en forbindelse mellem en første styreledning, der er forbundet med forsyningstilslutningen eller en anden styreledning, der er forbundet med styreventilen.

20

Ved en sådan trykforstærker ledes en væske, for eksempel hydraulikvæske, ind i lavtrykscylinderen via en styreventil. Lavtryksstemplet i lavtrykscylinderen påvirkes dermed af et tryk og driver højtryksstemplet. Højtryksstemplet 25 afgiver derved hydraulikvæske under et tilsvarende højt tryk til en højtrykstilslutning. Styringen af styreventilen foregår via styreledninger, der udmunder i højtrykscylinderens væg i et område, der, uafhængigt af forstærkerstemplets stilling, ligger udenfor et højtrykskammer, som 30 afgrænses af højtrykscylinderen og højtryksstemplet.

DK 176439 B1 - 2 -

Derved kan lavtrykscylinderen påvirkes af en anden væske end højtrykscylinderen, hvorved adskillelsen af de to væsker sker ved hjælp af højtryksstemplet.

5 Derved muliggøres en fleksibel drift af trykforstærkeren.

For, for eksempel, at opnå et stort flow, skal trykforstærkeren enten fortrænge større volumener eller påvirkes med en højere frekvens.

10 Dette kan imidlertid føre til ustabilitet på grund af ka-vitationsforekomster.

Det er opfindelsens opgave at nedbringe forekomsterne af kavitation.

15

Med en trykforstærker med de i krav l's overbegreb nævnte kendetegn løses denne opgave i henhold til opfindelsen ved, at et af lavtryksstemplet og lavtrykscylinderen begrænset lavtrykskammer i styreventilens anden skifteposi-20 tion via en tilslutning er forbundet med et kammer mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet.

Derved kan væske, som fortrænges fra lavtrykskammeret, der begrænses af lavtrykscylinderen og lavtryksstemplet, komme 25 ind i området mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet.

Når lavtryksstemplet bevæger sig sådan, at højtrykskammeret forstørres, forstørres også kammeret mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet, dvs. et kammer inden i lavtrykscylinderen. Samtidig formindskes lavtrykskammeret, så 30 væske fortrænges herfra. Via tilslutningen 23 kan den fortrængte væske nå kammeret mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet, så dette kammer fyldes med væske, hvorved kavitationsforekomster undgås. Ved lavtryksstemplets opad- DK 176439 B1 - 3 - gående slag fortrænges væsken så fra kammeret mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet i retning af returløbstilslutningen.

5 Vi betragter US 2,864,313 som teknikkens nærmeste standpunkt .

Dette modhold beskriver en trykforstærker med de kendetegn, som er beskrevet i overbegrebet i krav 1. Herved er 10 det imidlertid ikke beskrevet at anvende en anden væske til at drive trykforstærkeren end den væske, der udledes under højt tryk. Den i US 2,864,313 viste trykforstærker har et forstærkerstempel med et højtryksstempel 18 og et lavtryksstempel 19. Forstærkerstemplet er med højtryks-15 stemplet 18 bevægelig i en højtrykscylinder 10 og med lavtryksstemplet 19 i en lavtrykscylinder 12. Højtrykscylinderen 10 er forbundet med en højtrykstilslutning 17. Via en styreventil 22 er lavtrykscylinderen 12 enten forbundet med en forsyningstilslutning 16 eller en returløbstilslut-20 ning. Styreventilens 22 stilling styres af forstærkerstemplets stilling. Stemplet åbner eller lukker forbindelsen mellem en første styreledning 23, som er forbundet med forsyningstilslutningen 16, og en anden styreledning 25, der er forbundet med styreventilen. Derved udmunder begge 25 styreledningerne 23, 25 i et område af højtrykscylinderen, som er anbragt fuldstændig inden for højtryksstemplets bevægelsesslag.

Opfindelsen er baseret på en trykforstærker som vist i US 30 2,864, 313. Her er kammeret mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet direkte forbundet med en returløbstilslutning i lavtrykscylinderen 12. Principielt er det ikke forudset, at dette kammer skal fyldes med væske. Via DK 176439 B1 - 4 - styreventilen kan lavtrykskammeret forbindes med yderligere en returløbstilslutning.

Der findes ingen henvisning til, i styreventilens anden 5 skifteposition, at forbinde lavtrykskammeret med kammeret mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet. Yderligere er hvert kammer separat forbundet med forskellige returtilslutninger .

10 En sådan trykforstærker kendes også fra DE 196 33 258 Cl. Styreventilen leder hydraulikvæske under tryk ind i lavtrykscylinderen og påvirker dermed lavtryksstemplet. Lavtryksstemplet bevæger sig i lavtrykscylinderen og driver derved højtryksstemplet, der udsender hy-15 draulikvæske med under et tilsvarende højere tryk ved højtrykstilslutningen. Efter en vis bevægelsesstrækning lukker højtryksstemplet den anden styreledning, der udmunder i højtrykscylinderens væg. Derved bliver en tilsvarende styretilslutning på styreventilen trykløs, og styreventi-20 len skifter om, så hydraulikvæsken kan slippe ud af lavtrykscylinderen .

I den kendte teknik er man imidlertid henvist til, at den væske, der anvendes af trykforstærkerens drev, er den sam-25 me væske, som også udsendes under øget tryk.

Det er opfindelsens opgave at frembringe en mere flexibel drift af trykforstærkeren.

30 Ved en trykforstærker som nævnt i indledningen løses denne opgave ved, at forbindelsen er anbragt fuldstændig indenfor højtryksstemplets bevægelsesslag.

DK 176439 B1 - 5 - På denne måde er det muligt at anvende en væske til at drive trykforstærkeren, som er fuldstændig adskilt fra den pumpevæske, som trykforstærkeren skal bringe op på det øgede tryk. Adskillelsen mellem drivvæsken og pumpevæsken 5 sker ved hjælp af højtryksstemplet. Men højtryksstemplet skal alligevel føres forholdsvis godt tætnet i højtrykscylinderen, så trykforstærkeren opnår den ønskede indre tæthed og dermed den ønskede høje virkningsgrad. I forhold til den kendte teknik kræves altså kun ubetydelige ændrin-10 ger for at adskille de to væsker.

Fortrinsvis udmunder de to styreledninger i højtrykscylinderens væg i et område, der, uafhængigt af forstærkerstemplets stilling, ligger udenfor et højtrykskammer, der be-15 grænses af højtrykscylinderen og højtryksstemplet. I høj-trykskammeret findes så udelukkende pumpevæske. Denne pumpevæske kommer ikke i forbindelse med drivvæsken. Højtryksstemplet kan under forløbet af et arbejdsslag enten dække eller frigive mundingerne på begge styreledninger.

20 På den måde frembringes eller afbrydes forbindelsen mellem de to styreledninger.

Fortrinsvis har højtryksstemplet en udsparing, der i en forud fastlagt forstærkerstempelstilling dækker mundinger-25 ne på begge styreledninger. Via denne udsparing frembringes så forbindelsen mellem de to styreledninger. Når højtryksstemplet så forskydes med et tilsvarende stykke, dæk-kes mindst en af de to styreledningers mundinger af høj- i tryksstemplet, sa forbindelsen mellem de to styreledninger 30 bliver afbrudt.

Fortrinsvis er udsparingen udformet som et ringformet kammer. Dermed er højtryksstemplets vinkelmæssige orientering DK 176439 B1 - 6 - i højtrykscylinderen uden betydning. Det ringformede kammer, for eksempel en stempelringsrille, er i alle højtryksstemplets vinkelpositioner i stand til at frembringe en forbindelse mellem de to styreledninger.

5

Fortrinsvis er der mellem udsparingen og højtrykskammeret anbragt en tætningsanordning med en lækageafløbsledning. Tætningsanordningen tætner i første linie højtrykskammeret i forhold til dele af trykforstærkeren, der er fyldt med 10 eller har forbindelse med en anden væske. Det er imidlertid normalt ikke muligt at gøre en sådan tætningsanordning helt tæt. Mindre væskemængder, der i form af lækager kan trænge ind mellem højtryksstemplet og højtrykscylinderen, blever ledt væk gennem lækageafløbsledningen.

15

Fortrinsvis er styreventilen forbundet med returløbstilslutningen via en forbindelse, der er ført gennem lavtrykscylinderen i et område mellem højtryksstemplet og lavtryksstemplet. Dermed bliver området mellem højtryks-20 stemplet og lavtryksstemplet fyldt med væske, der fortrænges fra lavtrykskammeret, der begrænses af lavtrykscylinderen og lavtryksstemplet. Kavitation kan dermed undgås.

Når lavtryksstemplet bevæger sig sådan, at højtrykskammeret forstørres, så forstørres også kammeret mellem høj-25 tryksstemplet og lavtryksstemplet, det vil sige, et kammer indeni lavtrykscylinderen. Dette kammer kan så fyldes igen via styreventilen.

Fortrinsvis har lavtryksstemplet på periferien af mindst 30 en forside en omløbende udsparing og en tilhørende forbindelse mellem styreventilen og lavtrykscylinderen udmunder i endevæggen på lavtrykscylinderens omfangsvæg. Dermed kan lavtryksstemplet bevæges frem og tilbage i lavtrykscylin- DK 176439 B1 - 7 - deren indtil stop. Alligevel er drift med en væske stadig mulig, når denne væske ikke indføres frontalt men derimod via en omfangsvæg i lavtrykscylinderen. Væsken kommer så ind i udsparingen og kan brede sig videre derfra.

5

Fortrinsvis er en droslet hjælpestyringsforbindelse anbragt mellem forsyningstilslutningen og en styretilslutning på styreventilen, der omkobler styreventilen til den første skifteposition. Hjælpestyringsforbindelsen muliggør 10 en pålidelig start af trykforstærkeren, selv efter en længere stilstandsperiode. Styreventilen har nemlig altid en defineret skifteposition, når den kommer under tryk.

Her er det særlig foretrukket, at hjælpestyringsforbindel-15 sen er anbragt i et ventilelement på styreventilen. Så kan man sørge for, at hjælpestyringsforbindelsen afbrydes, når styreventilen befinder sig i den anden skifteposition.

I det følgende beskrives opfindelsen nærmere på baggrund 20 af et foretrukket udførelseseksempel i forbindelse med tegningen, der viser: eneste figur: en skematisk fremstilling af en trykfor stærker 25

En trykforstærker 1 har en forsyningstilslutning 2, gennem hvilken der tilføres en drivvæske, for eksempel en første hydraulikvæske under et vist tryk. Denne hydraulikvæske kan tilbageføres via en returløbstilslutning 3. For eksem-30 pel kan forsyningstilslutningen 2 være forbundet med en pumpe (ikke vist) og returløbstilslutningen 3 med en tank (ikke vist).

DK 176439 B1 - 8 -

Yderligere har trykforstærkeren 1 en højtryksudgang 4 og en højtryksindgang 5, der er forbundet med et højtrykskredsløb, hvori en anden hydraulikvæske cirkulerer. Den anden hydraulikvæske, der i det følgende omtales som pum-5 pevæske, har et højere tryk end den første hydraulikvæske, der betegnes som drivvæske. Man vil gerne undgå, at drivvæsken og pumpevæsken bliver blandet. Pumpevæsken bliver derved ført i kreds via højtryksindgangen 5 og højtryksudgangen 4.

10

Mellem højtryksindgangen 5 og højtryksudgangen 4 er anbragt to serieforbundne kontraventiler 6, 7, der åbner i retning af højtryksudgangen 4. Mellem de to kontraventiler 6, 7 udgår der en forbindelse 8 til et højtrykskammer 9.

15 Højtrykskammeret 9 begrænses af en højtrykscylinder 10 og et højtryksstempel 11. Højtryksstemplet 11 er forbundet med et lavtryksstempel 12, hvorved det er tilstrækkeligt, at en forbindelse 13 kan overføre trykkræfter mellem højtryksstemplet 11 og lavtryksstemplet 12. Derfor er høj- 20 tryksstemplet 11 og lavtryksstemplet 12 på tegningen vist som separate dele, der ligger an mod hinanden ved forbindelsen 13. Tilsammen danner højtryksstemplet 11 og lavtryksstemplet 12 et forstærkerstempel 27 i form af et dif-ferentialstempel.

25

Lavtryksstemplet 12 er bevægeligt i en lavtrykscylinder 14, hvorved højtryksstemplets 11 og lavtryksstemplets 12 bevægelser foregår samtidig.

30 Til styring af højtryksstemplets 11 og lavtryksstemplets 12 bevægelser er anbragt en styreventil 15 med et ventilelement 16, der er forskydeligt mellem to skiftepositioner .

- 9 - DK 176439 B1 I ventilelementets 16 første skifteposition forbinder styreventilen 15 forsyningstilslutningen 2 med lavtrykscylinderen 14, dvs. med den ende af lavtrykscylinderen 14, der 5 vender væk fra højtryksstemplet 11. Til det formål er der anbragt en ledning 17 mellem styreventilen 15 og lavtrykscylinderens 14 omfangsvæg. Denne ledning 17 udmunder i en position, hvor lavtryksstemplet 12 har en omløbende udsparing 18. Selv om drivvæsken fødes ind i lavtrykscylinde-10 rens 14 omfangsvæg og lavtryksstemplet ligger an mod lavtrykscylinderens 14 endevæg 19, er trykpåvirkningen fra den gennem ledningen 17 tilførte arbejdsvæske tilstrækkelig til at bevæge lavtryksstemplet 12 opad i forhold til fremstillingen i figuren.

15

Via en ledning 20 er styreventilen 15 forbundet med et kammer 21 mellem højtryksstemplet 11 og lavtryksstemplet 12 i lavtrykscylinderen 14. Dette kammer 21 er via en ledning 22 forbundet med returløbstilslutningen 3. I skifte-20 ventilens 15 anden skifteposition frembringes, via en forbindelse 23, der er vist skematisk i ventilelementet 16, en forbindelse mellem ledningerne 17, 20, så hydraulikvæske kan løbe til returløbstilslutningen 3 fra den side af lavtrykscylinderen 14, der vender væk fra højtryksstemplet 25 11, via styreventilen 15 og ledningen 20, kammeret 21 og ledningen 22. Via ledningerne 17, 20 bliver væsken fra lavtrykskammeret, som omgives af lavtryksstemplet 12 og lavtrykscylinderen 14, fortrængt ind i kammeret 21, således at ikke al drivvæsken skal løbe til returløbstilslut-30 ningen 3. Væsken i kammeret 21 bliver imidlertid fortrængt til returløbsledningen 3 ved lavtryksstemplets opadgående slag.

DK 176439 B1 - 10 -

Styreventilens 15 ventilelement 16 aktiveres af trykket fra forsyningstilslutningen 2. Forsyningstilslutningen 2 er forbundet med en første styreledning 24. En stikledning 25 udgår fra den første styreledning 24 til et trykkammer 5 26, der påvirker ventilelementet 16 med en lille trykpå virkningsflade. Via trykpåvirkningsfladen 26 påvirkes ventilelementet 16 med en konstant kraft, der forsøger at omkoble styreventilen 15 til den anden skifteposition.

10 Den første styreledning 24 udmunder i højtrykscylinderens 10 væg i en position, der er dækket af højtryksstemplet 11, uafhængigt af hvilken position højtryksstemplet 11 befinder sig i. Højtryksstemplet 11 har på denne position en omløbende rille 28, der har en sådan udstrækning, at den i 15 højtryksstemplets 11 viste position, dvs. den nederste endeposition, også dækker en anden styreledning 29, der er forbundet med en større trykpåvirkningsflade 30 på ventilelementet 16. Trykket på trykpåvirkningsfladen 30 forsøger altså at omkoble skifteventilen til den første skifteposi-20 tion, som er vist i figuren. Da trykpåvirkningsfladen 30 er større end trykpåvirkningsfladen 26, omkobles styreventilen 15, så snart rillen 28 forbinder de to styreledninger 24 og 29 med hinanden.

25 En droslet hjælpestyringsforbindelse 31 er anbragt i ventilelementet 16, som forbinder den første styreledning 24 og dermed forsyningstilslutningen 2 med den større trykpå-virkningsflade 30. Når trykforstærkeren har været ude af funktion i et vist stykke tid, befinder ventilelementet 16 30 sig i den i figuren viste position, så det til enhver tid er problemfrit at starte trykforstærkeren.

Trykforstærkeren arbejder nu som følger: - 11 - DK 176439 B1

In den i figuren viste position løber arbejdsvæske via skifteventilen 15 og ledningen 17 til lavtrykscylinderen 14. Derved bliver lavtryksstemplet 12 forskudt opad (alle 5 retningsangivelser refererer til fremstillingen på tegningen) . Højtryksstemplet 11 bliver derved bevæget på en sådan måde, at højtrykskammeret 9 formindskes. Pumpevæske bliver frigivet via kontraventilen 6 og højtryksudgangen 4 .

10

Efter en vis bevægelsesstrækning for højtryksstemplet 11 bliver den anden styreledning 29 lukket. Tilsvarende bliver den større trykpåvirkningsflade 30 ikke længere påvirket af tryk, derimod påvirker et tryk fra forsyningstil-15 slutningen 2 stadig den mindre trykpåvirkningsflade 26, så skifteventilen 15 kobler om. Ventilelementet 16 bliver forskudt til den anden skifteposition. Her skal det bemærkes, at den konkrete udførelse af styreventilen 15 i det foreliggende tilfælde er af underordnet betydning. Ventil-20 elementet 16 kan altså både være lavet i et stykke og i flere stykker. Fremstillingen er derfor kun skematisk.

Når styreventilen 15 har koblet om, står lavtryksstemplet 14, eller rettere et lavtrykskammer dannet i lavtryksstem-25 plet 14 mellem lavtryksstemplet 12 og lavtrykscylinderens 14 endevæg 19, via forbindelsen 23 i forbindelse med kammeret 21 og dermed returløbstilslutningen 3. Trykket i forbindelsen 8, der mindst svarer til trykket ved højtryksindgangen 5, presser så højtryksstemplet 11 nedad.

30 Derved bliver også lavtryksstemplet 12 forskudt nedad. Efter en vis bevægelsesstrækning, der er dimensioneret sådan, at lavtryksstemplet 12 næsten befinder sig ved slutningen af sin bevægelsesbane, frigiver højtryksstemplet DK 176439 B1 - 12 - med sin rille 28 mundingen på den anden styreledning 29, så trykket igen når den større trykpåvirkningsflade 30 og omkobler styreventilen 15.

5 Denne proces gentager sig så.

Mellem højtrykskammeret 9 og rillen 28 er anbragt en tætningsanordning 32, der har en lækageafløbsledning 33, der er forbundet med en tank 34. Da der er en vis risiko for, 10 at både pumpevæske og drivvæske kan løbe ud via lækageafløbsledningen 33, er tanken 34 hensigtsmæssigt adskilt fra returløbstilslutningen 3.

Claims (9)

1. Trykforstærker til væsker, især hydraulikvæsker, med et forstærkerstempel omfattende et højtryksstempel og et lavtryksstempel med forstørret diameter, hvorved forstærkerstemplet er bevægeligt sammen med højtryks-10 stemplet i en højtrykscylinder og sammen med lav tryksstemplet i en lavtrykscylinder, hvorved højtrykscylinderen kan forbindes med en højtrykstilslutning og lavtrykscylinderen, via en styreventil, kan forbindes med en forsyningstilslutning, når styreven-15 tilen er i en første skifteposition og med en tilba geløbstilslutning, når styreventilen er i en anden skifteposition, og styreventilens skiftepositioner styres af forstærkerstemplets stilling, der frigiver eller blokerer en forbindelse mellem en første styre-20 ledning, der er forbundet med forsyningstilslutningen eller en anden styreledning, der er forbundet med styreventilen, hvorved begge styreledninger udmunder i højtrykscylinderens væg i et område, der, uafhængigt af forstærkerstemplets stilling, ligger udenfor 25 et højtrykskammer begrænset af højtrykscylinderen og højtryksstemplet, således at forbindelsen mellem de to styreledninger ligger fuldstændig indenfor højtryksstemplets bevægelsesslag, kendetegnet ved, at et af lavtryksstemplet (12) og lavtrykscylinderen (14) 30 begrænset lavtrykskammer i styreventilens (15) anden skifteposition er forbundet via en tilslutning (23) med et kammer (21) mellem højtryksstemplet (11) og DK 176439 B1 - 14 - lavtryksstemplet (12).

2. Trykforstærker i henhold til krav 1, kendetegnet ved, at de to styreledninger (24, 29) udmunder i højtryks-5 cylinderens (10) væg i et område, der, uafhængigt af forstærkerstemplets (27) stilling, ligger udenfor et højtrykskammer (9), der begrænses af højtrykscylinderen (10) og højtryksstemplet (11).

3. Trykforstærker i henhold til krav 2, kendetegnet ved, at højtryksstemplet (11) har en udsparing (28), der i en forud fastlagt forstærkerstempelstilling (27) dækker mundingerne på begge styreledninger (24, 29).

4. Trykforstærker i henhold til krav 3, kendetegnet ved, at udsparingen (28) er udformet som et ringformet kammer.

5. Trykforstærker i henhold til krav 3 eller 4, kende- 20 tegnet ved, at der mellem udsparingen (28) og høj trykskammeret er anbragt en tætningsanordning (32) med en lækageafløbsledning (33).

6. Trykforstærker i henhold til et af kravene 1 til 5, 25 kendetegnet ved, at styreventilen (15) er forbundet med returløbstilslutningen (3) via en forbindelse (20, 22), der er ført gennem lavtrykscylinderen (14) i et område mellem højtryksstemplet (11) og lavtryksstemplet (12) . 30

7. Trykforstærker i henhold til et af kravene 1 til 6, kendetegnet ved, at lavtryksstemplet (12) på periferien af mindst en forside har en omløbende udsparing DK 176439 B1 - 15 - (18) og en tilhørende forbindelse (17) mellem styreventilen (15) og lavtrykscylinderen (14) udmunder i endevæggen (19) på lavtrykscylinderens (14) omfangsvæg . 5

8. Trykforstærker i henhold til et af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at en droslet hjælpestyringsforbindelse (31) er anbragt mellem forsyningstilslutningen (2) og en styretilslutning (30) på styreventilen 10 (15), der omkobler styreventilen (15) til den første skifteposition.

9. Trykforstærker i henhold til krav 8, kendetegnet ved, at hjælpestyringsforbindelsen (31) er anbragt i et 15 ventilelement (16) på styreventilen (15).