WO2011012193A1 - Druckverstärker und zugehöriges steuerventil - Google Patents

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WO2011012193A1
WO2011012193A1 PCT/EP2010/003999 EP2010003999W WO2011012193A1 WO 2011012193 A1 WO2011012193 A1 WO 2011012193A1 EP 2010003999 W EP2010003999 W EP 2010003999W WO 2011012193 A1 WO2011012193 A1 WO 2011012193A1
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WO
WIPO (PCT)
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pressure
control valve
control
druckverstarker
input
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/003999
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Diehl
Jens Schleicher
Daniele Leuci
Original Assignee
Ludwig Ehrhardt Gmbh
Aerzener Maschinenfabrik Gmbh
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Publication date
Application filed by Ludwig Ehrhardt Gmbh, Aerzener Maschinenfabrik Gmbh filed Critical Ludwig Ehrhardt Gmbh
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Publication of WO2011012193A1 publication Critical patent/WO2011012193A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B3/00—Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic pressure booster and a corresponding control valve for controlling the inlet to the pressure booster.
  • Figure 1 shows a conventional hydraulic pressure booster 1, which is also referred to as Hydrodruckübersetzer and is sold, for example, by the applicant.
  • the pressure booster 1 has on its primary side to a pressure input IN, via which the pressure booster 1 can be connected to a pressure source, which provides a fluid pressure p IN , wherein the pressure source is not shown for simplicity.
  • the pressure booster 1 On its secondary side, however, the pressure booster 1 has a pressure outlet H, via which the pressure booster 1 can be connected to a hydraulic consumer 2, the consumer 2 being shown only schematically.
  • the pressure booster 1 translates the applied primary side fluid pressure p IN with a transmission ratio of 1.5-7.5 in a larger secondary-side fluid pressure P H , with the consumer 2 is acted upon.
  • the pressure booster 1 still has a return connection R on the primary side, via which leakage can be recirculated, which occurs due to the design between the pressure input IN and the return connection R.
  • two check valves RV1, RV2 and a pilot-operated check valve DV are located in the pressure booster 1.
  • the structure and operation of the mechanical pressure booster 3 are, for example, in DE 102 49 523 Al, so that the content of this document is fully attributable to the present description.
  • hydraulic oil with the p ⁇ mar thesisen fluid pressure p IN first passes through the pressure input IN via the check valves RV 1, RV 2 to the secondary-side pressure output H.
  • the pressure booster 1 is in this phase in the so-called rapid traverse function.
  • the mechanical pressure booster 3 also increasingly works with the predetermined transmission ratio, so that the secondary-side fluid pressure p H rises to the predetermined value.
  • the Druckverstarker 1 vorzusalten a 4/3-way valve 5, as m m Figure 2 is shown.
  • the 4/3-way valve relieves the fluid pressure pi N at the primary-side pressure input IN of the Druckverstarkers 1 as soon as the secondary-side fluid pressure p H is established.
  • the primary side Toggle parent 4/3-way valve 5 prevents Although the interfering leakage from the primary side pressure input IN to the primary side jerk vehicle terminal R, however, it is not possible in this way to obtain the secondary side fluid pressure p H aufrechtzu ⁇ .
  • DE 199 26 566 A1 discloses a hydraulic drive with an integrated pressure booster and a feedback loop from the secondary side of the pressure booster to the primary side of the pressure booster.
  • the feedback loop here does not serve to avoid the disturbing leakage losses, but merely aims at setting the desired pressure as accurately as possible on the secondary side of the pressure intensifier.
  • this document discloses the Druckverstarker with the feedback loop only as part of a hydraulic drive, but not as a single component.
  • the invention is therefore based on the object to avoid in such a hydraulic pressure booster, the leakage-related malfunctions and still allow a secondary-side pressure maintenance.
  • the invention comprises the general technical teaching to provide a feedback from the secondary side of the Druckverstarkers on the primary side of the Druckverstarkers to control the pri mary control valve.
  • an operating variable is tapped on the secondary side and fed back as a controlled variable to the primary side of the pressure intensifier.
  • the controlled variable to the secondary side fluid pressure should be kept constant within the gewünsch ⁇ th printing posture.
  • the invention is not limited to secondary fluid pressure, but can basically also be implemented with other secondary operating variables of the pressure intensifier or of the hydraulic consumer driven by the pressure intensifier.
  • the feedback loop from the secondary side of the Druckverstarkers on the primary side of the Druckverstarkers comprises a pressure line which leads from the pressure output on the secondary side of the Druckverstarkers on the primary side of the Druckverstarkers and the secondary side fluid pressure as Regeldorf returned to the primary side of the Druckverstarkers.
  • the secondary-side fluid pressure is directly fed back via the pressure line without a measured value conversion as a controlled variable.
  • the large side tapped off on the secondary side is first converted into an electrical, optical or other variable and then fed back.
  • the feedback loop can therefore also include a transducer.
  • the control valve arranged on the primary side then assumes either a closed valve position or an open valve position as a function of the feedback-coupled operating variable.
  • the control valve thus preferably allows only two different valve positions, namely either one closed valve position or an open valve position. In principle, however, there is also the possibility that the control valve continuously changes its valve position between a closed valve position and an opened valve position within the scope of the feedback.
  • the primary side arranged control valve has two control inputs, namely, on the one lung loop a control input for the Ruckkopp- and on the other a control input for Recordin ⁇ me a target value for the secondary side fluid pressure.
  • the control valve then opens or closes in dependence on the secondary pressure measured and feedback fluid pressure relative to the predetermined desired value of the fluid pressure. If the fluid pressure measured on the secondary side falls below the predetermined nominal value, the control valve opens in order to again supply working fluid (eg hydraulic oil) to the pressure intensifier and thereby raise the secondary fluid pressure again.
  • working fluid eg hydraulic oil
  • the second control input for setting the set value for the secondary-side fluid pressure may be, for example, a mechanical control input. This means that the target value for the secondary-side fluid pressure can be adjusted manually, for example, by a set screw.
  • the second control input is set the nominal value.
  • Values is a pneumatic control input, which receives a corresponding pneumatic control signal.
  • the pressure booster according to the invention thus combines the technical functions of a pressure booster and a pressure regulator, since the pressure booster according to the invention has an integrated pressure regulator in the preferred exemplary embodiment.
  • control valve disposed on the primary side preferably has a switching hysteresis in order to prevent the control valve from fluttering when the second fluid pressure measured in the second instance substantially corresponds to the desired desired value.
  • the control valve thus opens when the fluid pressure measured on the secondary side falls below a certain opening pressure, whereas the control valve closes when the secondary pressure measured fluid pressure exceeds a certain closing pressure, the closing pressure by a certain pressure difference is greater than the opening pressure to the desired To achieve switching hysteresis.
  • the pressure difference between the closing pressure and the opening pressure of the primary-side control valve can be between 2% and 15% of the closing pressure or the opening pressure.
  • the pressure difference between the closing pressure and the opening pressure is sufficiently large in order to avoid the unwanted fluttering of the control valve.
  • the Druckverstarker also has a scrubenburg port to a leakage of the working fluid (eg hydraulic oil) due.
  • the pressure intensifier according to the invention can thus also have a leakage from the primary-side pressure input to the return port.
  • this design-related leakage in the pressure intensifier according to the invention does not lead to malfunctions, since this leakage occurs only when the primary-side pressure input is acted upon by the working fluid. However, this is only the case when the secondary-side fluid pressure has fallen below the desired set point.
  • the pressure intensifier has a pressure transfer ratio, which may be in the range of 1.5-20, for example.
  • the invention is not limited to this range of values with regard to the pressure transmission ratio of the pressure intensifier, but in principle can also be implemented with other pressure transmission ratios.
  • the secondary-side fluid pressure is greater in operation than the primary-side fluid pressure.
  • the pressure amplifier according to the invention is preferably a hydraulic pressure booster.
  • the invention is not limited to Druckverstarker that use hydraulic fluid as the working fluid. Rather, it is also possible in principle that the pressure intensifier according to the invention uses other working fluids and is designed accordingly.
  • the actual mechanical pressure booster with the low-pressure piston and the high-pressure piston is preferably arranged in a housing plate having a plurality of holes to form the terminals of the Druckverstarkers.
  • the According to the invention Druckverstarker preferably a flange plate which is flanged to the Gehauseplatte and in which the control valve is arranged.
  • the feedback loop it is possible within the scope of the invention for the feedback loop to extend beyond the housing plate of the pressure intensifier and into the flange plate with the control valve.
  • control valve is structurally separated from the actual Druckverstarker.
  • control valve is connected by a piping to the Druckverstarker.
  • FIG. 1 shows a conventional hydraulic pressure intensifier, which due to its construction has a leakage
  • FIG. 2 shows the conventional pressure intensifier according to FIG. 1 with a primary-side 4/3-way valve for avoiding leakage-related malfunctions
  • FIG. 3 shows an inventive Druckverstarker with an input-side control valve and a feedback loop from the secondary side of Pressure intensifier on the primary side of the pressure intensifier
  • FIG. 4 shows a modification of the pressure intensifier according to the invention with a mechanically adjustable nominal value for the secondary fluid pressure
  • FIG. 5 shows a further modification of the invention
  • FIG. 6 shows a hysteresis characteristic of the invention
  • FIG. 7 shows an equivalent circuit diagram of the pressure intensifier according to the invention with the control valve on the input side as well as
  • FIG. 8 shows a simplified cross-sectional view of the pressure intensifier according to the invention, wherein the control valve is arranged in a flange plate.
  • the erfmdungsgedorfe Druckverstarker 1 shown in Figure 3 largely agrees with the above-described conventional Druckverstarker 1 uberem, so reference is made to avoid repetition of the above description, the same reference numerals are used for corresponding details.
  • a special feature of the pressure booster 1 according to the invention consists in the primary-side control valve 6, which controls the fluid flow through the pressure input IN, wherein the control valve 6 occupies either an open valve position or a closed valve position.
  • the control valve 6 is controlled by a feedback loop 7, which starts from the secondary side of the pressure booster 1 and the secondary-side fluid pressure p H as a controlled variable réellekoppel.
  • the primary-side control valve 6 opens the inflow through the pressure input IN, when the secondary-side fluid pressure p H falls below a predetermined setpoint, wherein the setpoint is determined by the switching characteristic of the control valve 6.
  • the hydraulic fluid introduced via the pressure input IN then leads to an increase in the secondary-side fluid pressure p H , whereupon the control valve 6 then closes again in order to minimize the leakage from the pressure input IN to the return port R.
  • the control valve 6 thus has two functions. On the one hand, the control valve to maintain the secondary side fluid pressure p H on ⁇ quite 6 by the control valve 6 opens when the se- kundar preparede fluid pressure falls off p H. On the other hand that should
  • Control valve 6 but also minimize the leakage from the pressure input H to the return port R by the control valve 6 closes when the secondary-side fluid pressure p H at the pressure output to the desired target value or even exceeds.
  • the closing of the control valve 6 leads to a pressure relief at the pressure input IN of the pressure booster 1, whereby the leakage is reduced.
  • FIG. 4 shows a modification of the pressure intensifier 1 according to the invention according to FIG. 3, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numbers being used for corresponding details.
  • a special feature of the pressure intensifier 1 is that the control valve 6 has a mechanical control input in the form of an adjusting screw, wherein a desired setpoint P SOLL for the Sekundärarseiti- fluid pressure P H can be adjusted via the set screw.
  • the adjusting screw in this case allows a change in the switching characteristic of the control valve. 6
  • FIG. 6 shows a hysteresis characteristic of the control valve 6 from FIGS. 3-5. It can be seen that the control valve 6 closes when the secondary side fluid pressure P H to exceed a predetermined closing pressure p. On the other hand, the control valve 6 opens again when the secondary-side fluid pressure PH falls below a predetermined opening pressure p A uF.
  • the closing pressure p to is in this case by a predetermined pressure difference .DELTA.p greater than the opening pressure p AUF »to achieve the desired switching hysteresis of the control valve 6.
  • the pressure difference .DELTA.p can be, for example, 10% of the predetermined
  • the Heidelbergcharakte ⁇ stik of the control valve 6 can be adjusted in this case such that the target value P SOLL in the To lies midway between the opening pressure p ON and the closing pressure p.
  • FIG. 7 shows an equivalent circuit diagram of the pressure intensifier 1 according to FIGS. 3-5 with a subtracter 8 and a controller 9, wherein the subtracter 8 and the controller 9 are structurally integrated into the control valve 6 in practice.
  • FIG. 8 shows a simplified cross-sectional view of a pressure booster 1 according to the invention, which is arranged here without the control valve 6 in a housing plate 10, whereby a plurality of bores 11-15 run through the housing plate 10.
  • control valve 6 is arranged in a separate flange plate 16, which likewise has a plurality of bores which correspond to the bores 11-15 in the housing plate 10.
  • end plates 17, 18 are provided, wherein the end plate 17 connects the bore 11 in the housing plate 10 with the bore 14 in the housing plate 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckverstärker (1) mit einem Druckeingang (IN) an einer Primarseite des Druckverstarkers (1) zur Aufnahme eines primarseitigen Fluiddrucks (pIN), einem Druckausgang (H) an einer Sekundärseite des Druckverstärkers (1) zur Ausgabe eines sekundärseitigen Fluiddrucks (pH), und mit einem Steuerventil (6), das den Fluidstrom steuert, der dem Druckverstärker (1) primärseitig durch den Druckeingang (IN) zufliesst. Erfindungsgemäss umfasst der Druckverstärker (1) eine Rückkopplungsschleife (7) von der Sekundärseite des Druckverstärkers (1) auf die Primärseite des Druckverstärkers (1) zur Steuerung des Steuerventils (6).

Description

BESCHREIBUNG Druckverstärker und zugehöriges Steuerventil
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckverstärker sowie ein entsprechendes Steuerventil zur Steuerung des Zulaufs zu dem Druckverstärker.
Figur 1 zeigt einen herkömmlichen hydraulischen Druckverstärker 1, der auch als Hydrodruckübersetzer bezeichnet wird und beispielsweise von der Anmelderin vertrieben wird. Der Druckverstärker 1 weist an seiner Primärseite einen Druckeingang IN auf, über den der Druckverstärker 1 mit einer Druckquelle verbunden werden kann, die einen Fluiddruck pIN bereitstellt, wobei die Druckquelle zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. An seiner Sekundärseite verfügt der Druckverstärker 1 dagegen über einen Druckausgang H, über den der Druckverstär- ker 1 mit einem hydraulischen Verbraucher 2 verbunden werden kann, wobei der Verbraucher 2 nur schematisch dargestellt ist. Der Druckverstärker 1 übersetzt den primärseitig anliegenden Fluiddruck pIN hierbei mit einem Übersetzungsverhältnis von 1,5-7,5 in einen größeren sekundärseitigen Fluiddruck PH, mit dem der Verbraucher 2 beaufschlagt wird. Darüber hinaus weist der Druckverstärker 1 primärseitig noch einen Rück- führanschluss R auf, über den Leckage zurückgeführt werden kann, die bauartbedingt zwischen dem Druckeingang IN und dem Rückführanschluss R auftritt. In dem Druckverstärker 1 befin- den sich neben einem herkömmlichen mechanischen Druckübersetzer 3 mit einem Niederdruckkolben und einem Hochdruckkolben zwei Rückschlagventile RVl, RV2 sowie ein entsperrbares Rückschlagventil DV. Der Aufbau und die Funktionsweise des mechanischen Druckübersetzers 3 sind beispielsweise in DE 102 49 523 Al beschrieben, so dass der Inhalt dieser Druckschrift der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist. Im Betrieb des Druckverstarkers 1 gelangt zunächst Hyd- raulikol mit dem pπmarseitigen Fluiddruck pIN durch den Druckeingang IN über die Rückschlagventile RVl, RV2 zu dem sekundarseitigen Druckausgang H. Der Druckverstarker 1 befindet sich in dieser Phase in der sogenannten Eilgangsfunktion. Bei steigendem Druck arbeitet dann zunehmend auch der mechanische Druckubersetzer 3 mit dem vorgegebenen Ubersetzungs- Verhältnis, so dass der sekundarseitige Fluiddruck pH auf den vorgegebenen Wert ansteigt.
Nachteilig an dieser Bauweise des Druckverstarkers ist die bauartbedingte Leckage von 30-50 crtrVmin. von dem Druckem- gang IN zu dem Ruckfuhranschluss R. Diese bauartbedingte Leckage kann im Betrieb des Druckverstarkers 1 zu Funktionsstörungen fuhren, wenn eine automatische Druckuberwachung den leckagebedingten Druckabfall in einer primarseitigen Spann- leitung 4 erfasst und fälschlicherweise eine Funktionsstörung annimmt, so dass der Bearbeitungsprozess angehalten wird, woraufhin der Maschmenfuhrer die vermeintliche Störung beseitigen und quittieren muss.
Zur Losung dieses Problems ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dem Druckverstarker 1 ein 4/3-Wegeventil 5 vorzuschalten, wie es m Figur 2 dargestellt ist. Das 4/3- Wegenventil entlastet den Fluiddruck piN an dem primarseitigen Druckeingang IN des Druckverstarkers 1, sobald der sekundarseitige Fluiddruck pH aufgebaut ist. Das primarseitig an- geordnete 4/3-Wegeventil 5 verhindert zwar die störende Leckage von dem primarseitigen Druckeingang IN zu dem primarseitigen Ruckfuhranschluss R, jedoch ist es auf diese Weise nicht möglich, den sekundarseitigen Fluiddruck pH aufrechtzu¬ erhalten. Ferner offenbart DE 199 26 566 Al einen hydraulischen Antrieb mit einem integrierten Druckverstarker sowie einer Ruckkopp- lungsschleife von der Sekundarseite des Druckverstarkers auf die Primarseite des Druckverstarkers. Die Ruckkopplungs- schleife dient hierbei allerdings nicht dazu, die störenden Leckageverluste zu vermeiden, sondern bezweckt allein eine möglichst exakte Einstellung des gewünschten Drucks auf der Sekundarseite des Druckverstarkers. Darüber hinaus offenbart diese Druckschrift den Druckverstarker mit der Ruckkopplungs- schleife nur als Bestandteil eines hydraulischen Antriebs, nicht dagegen als einzelnes Bauteil.
Darüber hinaus gehört zum allgemeinen technischen Hintergrund auch das Lehrbuch von Dieter Will, Hubert Strohl: "Einfuhrung in die Hydraulik und Pneumatik", 2. Auflage, VEB Verlag Technik Berlin, Seiten 175-185.
Schließlich ist zum allgemeinen Stand der Technik noch hinzu¬ weisen auf DE 38 27 507 Al, DE 102 49 523 Al und DE 26 48 145 Al.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem derartigen hydraulischen Druckverstarker die leckagebedingten Funktionsstörungen zu vermeiden und trotzdem eine sekundar- seitige Druckhaltung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemaßen Druckverstarker und ein erfindungsgemaßes Steuerventil gemäß den Ne- benanspruchen gelost.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, eine Ruckkopplung von der Sekundarseite des Druckverstarkers auf die Primarseite des Druckverstarkers vorzusehen, um das pri- marseitige Steuerventil anzusteuern. Vorzugsweise wird hierbei sekundarseitig eine Betriebsgroße abgegriffen und als Regelgroße auf die Primarseite des Druck- verstarkers ruckgekoppelt. In einem bevorzugten Ausfuhrungs- beispiel der Erfindung handelt es sich bei der Regelgroße um den sekundarseitigen Fluiddruck, der im Rahmen der gewünsch¬ ten Druckhaltung konstant gehalten werden soll. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der sekundarseitig gemessenen Betriebsgroße des Druckverstarkers nicht auf den sekundarseiti- gen Fluiddruck beschrankt, sondern grundsätzlich auch mit anderen sekundarseitigen Betriebsgroßen des Druckverstarkers oder des von dem Druckverstarker angetriebenen hydraulischen Verbrauchers realisierbar. In dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung umfasst die Ruckkopplungsschleife von der Sekundarseite des Druckverstarkers auf die Primarseite des Druckverstarkers eine Druckleitung, die von dem Druckausgang auf der Sekundarseite des Druckverstarkers auf die Primarseite des Druckverstarkers fuhrt und den sekundarseitigen Fluiddruck als Regelgroße auf die Primarseite des Druckverstarkers zurückfuhrt. Hierbei wird also über die Druckleitung ohne eine Messwertumwandlung direkt der sekundarseitige Fluiddruck als Regelgroße zuruck- gekoppelt. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass die sekundarseitig abgegriffene Große zunächst m eine elektrische, optische oder sonstige Große umgewandelt und dann zuruckgekoppelt wird. Die Ruckkopplungs- schleife kann also auch einen Messwertwandler beinhalten. Das primarseitig angeordnete Steuerventil nimmt dann in Abhängigkeit von der ruckgekoppelten Betriebsgroße entweder eine geschlossene Ventilstellung oder eine geöffnete Ventil- stellung ein. Das Steuerventil ermöglicht also vorzugsweise nur zwei verschiedene Ventilstellungen, nämlich entweder eine geschlossene Ventilstellung oder eine geöffnete Ventilstellung. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Steuerventil im Rahmen der Ruckkopplung seine Ventilstellung kontinuierlich zwischen einer geschlossenen Ventilstel- lung und einer geöffneten Ventilstellung verändert.
In dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung weist das primarseitig angeordnete Steuerventil zwei Steuereingange auf, nämlich zum Einen einen Steuereingang für die Ruckkopp- lungsschleife und zum Anderen einen Steuereingang zur Aufnah¬ me eines Sollwerts für den sekundarseitigen Fluiddruck. Das Steuerventil öffnet bzw. schließt dann in Abhängigkeit von dem sekundarseitig gemessenen und zuruckgekoppelten Fluiddruck relativ zu dem vorgegebenen Sollwert des Fluiddrucks. Falls der sekundarseitig gemessene Fluiddruck den vorgegebenen Sollwert unterschreitet, so öffnet das Steuerventil, um dem Druckverstarker wieder Arbeitsfluid (z.B. Hydraulikol) zuzuführen und dadurch den sekundarseitigen Fluiddruck wieder anzuheben. Falls der sekundarseitig gemessene Fluiddruck da- gegen im Wesentlichen dem gewünschten Sollwert entspricht o- der diesen sogar überschreitet, so schließt das Steuerventil, weil dann kein Zufluss des Arbeitsfluids zu dem Druckverstar¬ ker erforderlich ist. Bei dem zweiten Steuereingang zur Einstellung des Sollwerts für den sekundarseitigen Fluiddruck kann es sich beispielsweise um einen mechanischen Steuereingang handeln. Dies bedeutet, dass der Sollwert für den sekundarseitigen Fluiddruck beispielsweise manuell durch eine Stellschraube eingestellt werden kann.
Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass der zweite Steuereingang zum Einstellen des Soll- werts ein pneumatischer Steuereingang ist, der ein entsprechendes pneumatisches Steuersignal aufnimmt.
Theoretisch besteht sogar die Möglichkeit, dass der Sollwert für den sekundarseitigen Fluiddruck elektrisch eingestellt wird .
In dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel kombiniert der erfin- dungsgemaße Druckverstarker also die technischen Funktionen eines Druckverstarkers und eines Druckreglers, da der erfin- dungsgemaße Druckverstarker in dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel einen integrierten Druckregler aufweist.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass das primarseitig angeordnete Steuerventil vorzugsweise eine Schalthysterese aufweist, um ein Flattern des Steuerventils zu vermeiden, wenn der sekun- darseitig gemessene Fluiddruck im Wesentlichen dem gewünschten Sollwert entspricht. Das Steuerventil öffnet also, wenn der sekundarseitig gemessene Fluiddruck einen bestimmten Off- nungsdruck unterschreitet, wohingegen das Steuerventil schließt, wenn der sekundarseitig gemessene Fluiddruck einen bestimmten Schließdruck überschreitet, wobei der Schließdruck um eine bestimmte Druckdifferenz großer ist als der Offnungs- druck, um die gewünschte Schalthysterese zu erreichen. Bei- spielsweise kann die Druckdifferenz zwischen dem Schließdruck und dem Offnungsdruck des primarseitigen Steuerventils zwischen 2 % und 15 % des Schließdrucks oder des Offnungsdrucks liegen. Entscheidend ist jedoch lediglich, dass die Druckdifferenz zwischen dem Schließdruck und dem Offnungsdruck aus- reichend groß ist, um das unerwünschte Flattern des Steuerventils zu vermeiden.
In dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung weist der Druckverstarker ebenfalls einen Ruckfuhranschluss auf, um eine Leckage des Arbeitsfluids (z.B. Hydrauliköl) zurückzuführen. Der erfindungsgemäße Druckverstärker kann also ebenfalls eine Leckage von dem primärseitigen Druckeingang zu dem Rückführanschluss aufweisen. Jedoch führt diese bauartbeding- te Leckage bei dem erfindungsgemäßen Druckverstärker nicht zu Funktionsstörungen, da diese Leckage nur auftritt, wenn der primarseitige Druckeingang mit dem Arbeitsfluid beaufschlagt wird. Dies ist jedoch nur der Fall, wenn der sekundärseitige Fluiddruck unter den gewünschten Sollwert abgefallen ist.
In dem bevorzugten Ausfύhrungsbeispiel der Erfindung weist der Druckverstarker ein Druckubersetzungsverhältnis auf, das beispielsweise im Bereich von 1,5-20 liegen kann. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Druckübersetzungsverhältnis- ses des Druckverstarkers nicht auf diesen Wertebereich beschrankt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Druckübersetzungsverhältnissen realisierbar. Vorzugsweise ist der sekundärseitige Fluiddruck jedoch im Betrieb größer als der primarseitige Fluiddruck.
Ferner ist noch zu erwähnen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Druckverstärker vorzugsweise um einen hydraulischen Druckverstärker handelt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Druckverstarker beschrankt, die als Arbeitsfluid Hydrauliköl verwenden. Vielmehr ist es grundsätzlich auch möglich, das der erfindungsgemäße Druckverstärker andere Arbeitsfluide verwendet und dafür entsprechend ausgelegt ist.
Zu dem konstruktiven Aufbau des erfindungsgemäßen Druckver- stärkers ist weiterhin zu erwähnen, dass der eigentliche mechanische Druckubersetzer mit dem Niederdruckkolben und dem Hochdruckkolben vorzugsweise in einer Gehäuseplatte angeordnet ist, die mehrere Bohrungen aufweist, um die Anschlüsse des Druckverstarkers zu bilden. Darüber hinaus weist der er- fmdungsgemaße Druckverstarker vorzugsweise eine Flanschplatte auf, die an die Gehauseplatte angeflanscht ist und in der das Steuerventil angeordnet ist. Bei einem solchen plattenformigen Aufbau des Druckverstarkers besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Ruckkopplungsschleife über die Gehauseplatte des Druckuber- setzers hinaus bis in die Flanschplatte mit dem Steuerventil reicht .
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass das Steuerventil baulich von dem eigentlichen Druckverstarker getrennt ist. In diesem Fall ist das Steuerventil durch eine Verrohrung mit dem Druckverstarker verbunden.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die Erfindung auch das vorstehend beschriebene Steuerventil als einzelnes Bauteil umfasst . Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen herkömmlichen hydraulischen Druckverstarker, der bauartbedingt eine Leckage aufweist,
Figur 2 den herkömmlichen Druckverstarker gemäß Figur 1 mit einem primarseitigen 4/3-Wegeventil zur Vermeidung leckagebedingter Funktionsstörungen,
Figur 3 einen erfindungsgemaßen Druckverstarker mit einem eingangsseitigen Steuerventil und einer Ruckkopplungsschleife von der Sekundarseite des Druckverstarkers auf die Primarseite des Druck- verstarkers,
Figur 4 eine Abwandlung des erfindungsgemaßen Druckverstarkers mit einem mechanisch einstellbaren Sollwert für den sekundarseitigen Fluiddruck,
Figur 5 eine weitere Abwandlung des erfindungsgemaßen
Druckverstarkers mit einem pneumatischen Steuereingang zur Einstellung des Sollwertes für den sekundarseitigen Fluiddruck,
Figur 6 eine Hysteresekennlinie des erfindungsgemaßen
Steuerventils,
Figur 7 ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild des erfindungsgemaßen Druckverstarkers mit dem ein- gangsseitigen Steuerventil sowie
Figur 8 eine vereinfachte Querschnittsansicht des er- findungsgemaßen Druckverstarkers, wobei das Steuerventil in einer Flanschplatte angeordnet ist. Der in Figur 3 dargestellte erfmdungsgemaße Druckverstarker 1 stimmt weitgehend mit dem eingangs beschriebenen herkömmlichen Druckverstarker 1 uberem, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugs- zeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit des erfindungsgemaßen Druckverstarkers 1 besteht in dem primarseitigen Steuerventil 6, das den Fluid- zufluss durch den Druckeingang IN steuert, wobei das Steuer- ventil 6 entweder eine geöffnete Ventilstellung oder eine geschlossene Ventilstellung einnimmt.
Das Steuerventil 6 wird von einer Ruckkopplungsschleife 7 an- gesteuert, die von der Sekundärseite des Druckverstärkers 1 ausgeht und den sekundärseitigen Fluiddruck pH als Regelgröße zurύckkoppelt . Das primärseitige Steuerventil 6 öffnet den Zufluss durch den Druckeingang IN, wenn der sekundärseitige Fluiddruck pH einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet, wo- bei der Sollwert durch die Schaltcharakteristik des Steuerventils 6 festgelegt wird. Das Über den Druckeingang IN zufließende Hydraulikol fuhrt dann zu einer Erhöhung des sekundärseitigen Fluiddrucks pH, woraufhin das Steuerventil 6 dann wieder schließt, um die Leckage von dem Druckeingang IN zu dem Rückführanschluss R zu minimieren.
Das Steuerventil 6 hat also zwei Funktionen. Zum Einen soll das Steuerventil 6 den sekundärseitigen Fluiddruck pH auf¬ recht erhalten, indem das Steuerventil 6 öffnet, wenn der se- kundarseitige Fluiddruck pH abfallt. Zum Anderen soll das
Steuerventil 6 aber auch die Leckage von dem Druckeingang H zu dem Rückführanschluss R minimieren, indem das Steuerventil 6 schließt, wenn der sekundärseitige Fluiddruck pH an dem Druckausgang dem gewünschten Sollwert entspricht oder diesen sogar überschreitet. Das Schließen des Steuerventils 6 führt zu einer Druckentlastung an dem Druckeingang IN des Druckver- starkers 1, wodurch die Leckage verringert wird.
Figur 4 zeigt eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Druckver- starkers 1 gemäß Figur 3, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugszeichen verwendet werden. Eine Besonderheit des Druckverstarkers 1 besteht darin, dass das Steuerventil 6 einen mechanischen Steuereingang in Form einer Einstellschraube aufweist, wobei über die Einstellschraube ein gewünschter Sollwert PSOLL für den sekundarseiti- gen Fluiddruck pH eingestellt werden kann. Die Einstellschraube ermöglicht hierbei eine Veränderung der Schaltcharakteristik des Steuerventils 6.
Figur 5 zeigt eine weitere Abwandlung des Druckverstarkers 1 gemäß den Figuren 3 und 4, so dass zur Vermeidung von Wieder¬ holungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten die selben Bezugszeichen verwendet werden können. Eine Besonderheit dieses Ausfuhrungsbeispiels besteht darin, dass das Steuerventil 6 einen pneumatischen Steuereingang ST aufweist, um den Sollwert PSOLL für den sekundarseitigen Fluiddruck PH einzustellen. Figur 6 zeigt eine Hysteresekennlinie des Steuerventils 6 aus den Figuren 3-5. Daraus ist ersichtlich, dass das Steuerventil 6 schließt, wenn der sekundarseitige Fluiddruck PH einen vorgegebenen Schließdruck pzu überschreitet. Das Steuerventil 6 öffnet dagegen wieder, wenn der sekundarseitige Fluiddruck PH einen vorgegebenen Offnungsdruck pAuF unterschreitet . Der Schließdruck pzu ist hierbei um eine vorgegebene Druckdifferenz Δp großer als der Offnungsdruck pAUF» um die gewünschte Schalthysterese des Steuerventils 6 zu erreichen. Die Druckdifferenz Δp kann beispielsweise 10 % des vorgegebenen
Schließdrucks pzu betragen. Diese Schalthysterese verhindert ein Flattern des Steuerventils 6, wenn der sekundarseitige Fluiddruck pH im Wesentlichen dem gewünschten Sollwert PSOLL entspricht. Die Schaltcharakteπstik des Steuerventils 6 kann hierbei so eingestellt werden, dass der Sollwert PSOLL in der Mitte zwischen dem Offnungsdruck pAUF und dem Schließdruck pzu liegt .
Figur 7 zeigt ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild des Druckverstarkers 1 gemäß den Figuren 3-5 mit einem Subtrahierer 8 und einem Regler 9, wobei der Subtrahierer 8 und der Regler 9 in der Praxis baulich in das Steuerventil 6 integriert sind. Figur 8 zeigt schließlich eine vereinfachte Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Druckverstärkers 1, der hierbei ohne das Steuerventil 6 in einer Gehäuseplatte 10 angeordnet ist, wobei durch die Gehauseplatte 10 mehrere Bohrungen 11-15 verlaufen .
Das Steuerventil 6 ist dagegen in einer separaten Flanschplatte 16 angeordnet, die ebenfalls mehrere Bohrungen aufweist, welche den Bohrungen 11-15 in der Gehäuseplatte 10 entsprechen .
Schließlich sind noch zwei Abschlussplatten 17, 18 vorgesehen, wobei die Abschlussplatte 17 die Bohrung 11 in der Gehäuseplatte 10 mit der Bohrung 14 in der Gehäuseplatte 10 verbindet .
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Bezugszeichenliste:
1 Druckverstarker
2 Verbraucher
3 Druckubersetzer
4 Spannleitung
5 4/3-Wegeventil
6 Steuerventil
7 Ruckkopplungsschleife
8 Subtrahierer
9 Regler
10 Gehauseplatte
11-15 Bohrungen
16 Flanschplatte
DV Entsperrbares Ruckschlagventil
H Druckausgang
IN Druckeingang
PAOF Offnungsdruck
Pzu Schließdruck
Δp Druckdifferenz
PH Sekundarseitiger Fluiddruck
PIN Primarseitiger Fluiddruck
PSOLL Sollwert
R Ruckfuhranschluss
RVl Rückschlagventil
RV2 Rückschlagventil
ST pneumatischer Steuereingang

Claims

ANSPRÜCHE
1. Druckverstärker (1) mit
a) einem Druckeingang (IN) an einer Primarseite des
Druckverstärkers (1) zur Aufnahme eines primärseitigen Fluiddrucks (piN) ,
b) einem Druckausgang (H) an einer Sekundärseite des
Druckverstärkers (1) zur Ausgabe eines sekundärseiti- gen Fluiddrucks (pH) , und
c) einem Steuerventil (6), das den Fluidstrom steuert, der dem Druckverstarker (1) primärseitig durch den Druckeingang (IN) zufließt,
gekennzeichnet durch
d) eine Ruckkopplungsschleife (7) von der Sekundärseite des Druckverstärkers (1) auf die Primärseite des
Druckverstärkers (1) zur Steuerung des Steuerventils (6) .
2. Druckverstärker (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:, dass die Rückkopplungsschleife (7) eine Druckleitung aufweist, die von dem Druckausgang (H) auf der Sekundär- seite des Druckverstärkers (1) auf die Primärseite des Druck- verstarkers (1) führt und den sekundärseitigen Fluiddruck (pH) als Regelgröße auf die Primärseite des Druckverstärkers (1) zurückführt.
3. Druckverstarker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) an einem Steuereingang von der Rückkopplungsschleife (7) angesteuert wird und in Abhängigkeit von dem sekundärseitigen Fluiddruck (pH) entweder eine geschlossene Ventilstellung o- der eine geöffnete Ventilstellung einnimmt.
4. Druckverstarker (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Steuerventil (6) entweder eine geschlossene Ventilstellung oder eine geöffnete Ventilstellung einnimmt,
b) dass das Steuerventil (6) an einem ersten Steuerem- gang von der Ruckkopplungsschleife (7) angesteuert wird,
c) dass das Steuerventil (6) an einem zweiten Steuereingang (ST) einen Sollwert (PSOLL) für den sekundarseiti- gen Fluiddruck (pH) aufnimmt,
d) dass das Steuerventil (6) in Abhängigkeit von dem se- kundarseitigen Fluiddruck (pH) relativ zu dem vorgegebenen Sollwert (PSOLL) entweder öffnet oder schließt.
5. Druckverstarker (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der zweite Steuereingang des Steuerventils (6) ein mechanischer Steuereingang ist, über den der Sollwert (PSOLL) mechanisch einstellbar ist, oder
b) dass der zweite Steuereingang des Steuerventils (6) ein pneumatischer Steuereingang (ST) ist.
6. Druckverstarker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) mit einer Schalthysterese zwischen einer geöffneten Ventil- Stellung und einer geschlossenen Ventilstellung umschaltet.
7. Druckverstarker (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, a) dass das Steuerventil (6) öffnet, wenn der sekundar- seitige Fluiddruck (pH) einen bestimmten Offnungsdruck (PAUF) unterschreitet,
b) dass das Steuerventil (6) schließt, wenn der sekundar- seitige Fluiddruck (pH) einen bestimmten Schließdruck
(pzu) überschreitet,
c) dass der Schließdruck (pZu) um eine bestimmte Druckdifferenz großer ist als der Offnungsdruck (PAUF) , d) dass die Druckdifferenz (Δp) zwischen 2% und 15% des
Schließdrucks (pZu) oder des Offnungsdrucks (PAUF) liegt .
8. Druckverstarker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckverstarker (1) einen Ruckfuhranschluss
(R) aufweist, um eine Leckage zurückzuführen,
b) dass die Leckage des Druckverstarkers (1) von dem
Druckeingang (IN) zu dem Ruckfuhranschluss (R) strömt, wenn an dem Druckeingang (IN) der primarseitige FIu- lddruck anliegt (pm) •
9. Druckverstarker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Druckverstarker (1) ein Druckubersetzungsver- haltnis aufweist, das großer ist als 1,5, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 10, 15 oder 20, und/oder
b) dass der sekundarseitige Fluiddruck (pπ) im Betrieb großer ist als der primarseitige Fluiddruck (piN) , und/oder
c) dass der Druckverstarker (1) ein hydraulischer Druckverstarker (1) ist.
10. Druckverstarker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine Gehauseplatte (10),
b) einen Druckubersetzer (3) mit einem Zylinder und einem
Niederdruckkolben sowie einem Hochdruckkolben, wobei der Druckubersetzer (3) in der Gehauseplatte (10) an- geordnet ist,
c) eine Flanschplatte (16), die an die Gehauseplatte (10) angeflanscht ist und in der das Steuerventil (6) angeordnet ist,
d) wobei sich die Ruckkopplungsschleife (7) insbesondere über die Gehauseplatte (10) bis in die Flanschplatte
(16) erstreckt.
11. Druckverstarker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen integrierten Regler (9) zur Regelung des sekundarseitigen Fluiddrucks (pπ) auf einen vorgegebenen Sollwert (PSOLL)•
12. Steuerventil (6) zur Steuerung des Fluidzuflusses zu einem Druckverstarker (1), insbesondere zu einem Druckver- starker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit a) einem Einlass zur Aufnahme eines Fluidstroms von einer
Druckquelle,
b) einem Auslass zur Abgabe des Fluidstroms an den Druckverstarker (1 ) ,
c) einem ersten Steuereingang zur Aufnahme eines Steuersignals, das einem bestimmten Fluiddruck (pH) an der Sekundarseite des Druckverstarkers (1) wiedergibt, wobei das Steuersignal das Steuerventil (6) entweder öffnet und den Fluidstrom von dem Einlass zu dem Aus- lass freigibt oder das Steuerventil (6) schließt und den Fluidstrom von dem Einlass zu dem Auslass sperrt, dadurch gekennzeichnet:,
d) dass das Steuerventil (6) schließt, wenn das Steuersignal (pH) angibt, dass der Fluiddruck (pH) an der Se- kundarseite des Druckverstarkers (1) einen bestimmten Schließdruck (pzu) überschreitet, und
e) dass das Steuerventil (6) öffnet, wenn das Steuersig¬ nal (pH) angibt, dass der Fluiddruck (pH) an der Sekun- darseite des Druckverstarkers (1) einen bestimmten Offnungsdruck (PAUF) unterschreitet.
13. Steuerventil (6) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) in Abhängigkeit von dem Steuersignal entweder eine geschlossene Ventilstellung oder eine geöffnete Ventilstellung einnimmt.
14. Steuerventil (6) nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Steuerventil (6) entweder eine geschlossene
Ventilstellung oder eine geöffnete Ventilstellung einnimmt,
c) dass das Steuerventil (6) einen zweiten Steuereingang
(ST) aufweist, um einen Sollwert (PSOLL) für den sekun- darseitigen Fluiddruck (pH) einzustellen,
d) dass das Steuerventil (6) in Abhängigkeit von dem
Steuersignal (pH) relativ zu dem vorgegebenen Sollwert (PSOLL) entweder öffnet oder schließt.
15. Steuerventil (6) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der zweite Steuereingang des Steuerventils (6) ein mechanischer Steuereingang ist, über den der Sollwert (PSOLL) mechanisch einstellbar ist, oder
b) dass der zweite Steuereingang des Steuerventils (6) ein pneumatischer Steuereingang (ST) ist.
16. Steuerventil (6) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) mit einer Schalthysterese zwischen einer geöffneten Ventilsteilung und einer geschlossenen Ventilstellung umschaltet.
17. Steuerventil (6) nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Schließdruck (pzu) um eine bestimmte Druckdifferenz (Δp) großer ist als der Offnungsdruck (PAUF) r b) dass die Druckdifferenz zwischen 2% und 15% des
Schließdrucks (pzu) oder des Offnungsdrucks (pAur) liegt.
18. Verwendung eines Steuerventils (6) nach einem der Ansprüche 12 bis 17 zur Steuerung eines Fluidstroms in einen Druckeingang (IN) eines Druckverstarkers (1), insbesondere eines Druckverstarkers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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