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(11) | EP 0 577 955 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hydropneumatischer Druckübersetzer Hydropneumatic pressure transformer Muliplicateur de pression pneumo-hydraulique |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Druckübersetzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten hydraulischen Druckübersetzer der gattungsgemäßen Art (DE-A-2 810 894 und DE PS 28 18 332) ist der Tauchkolben über eine Rückstellfeder in seiner Ausgangslage gehalten, wobei diese Feder gleichzeitig einen Speicherkolben beaufschlagt, wodurch im Speicherraum der niedere Druck erzeugt wird. Sobald der Arbeitskolben für einen Eilhub freigegeben istbei diesem bekannten hydraulischen Druckübersetzer pneumatisch angetrieben- strömt die Hydraulikflüssigkeit vom Speicherraum in den sich vergrößernden Arbeitsraum und zwar unter diesem niederen Druck. Sobald dann der Tauchkolben angetrieben wird, und vor allem in die Bohrung radial dichtend eintaucht, wird im Arbeitsraum bei weiterem Verschieben des Tauchkolbens in die dort vorhandene Hydraulikflüssigkeit der Hochdruck erzeugt, der den weiteren Antrieb des Arbeits-kolbens bewirkt. In der Praxis wurde festgestellt, daß an diesem Trennpunkt eine außerordentliche Sensibilität in der Steuerung besteht, die einerseits von den Druckunterschieden beeinflußt ist, bei der stets vorhandenen Kompressibilität von Hydraulikflüssigkeit und andererseits von der Arbeitsgeschwindigkeit, bei der sich vor allem die Massenträgheit der Einzelteile auswirkt. Nicht zuletzt hat auch die Radialdichtung in der Bohrung einen gewissen Einfluß auf die Steuerqualität.
[0002] Umfangreiche Untersuchungen im Zusammenhang mit den Fertigungsfehlern die mit solchen hydraulischen Druckübersetzern auftraten, führten zur Vermutung oben genannter Steuerungsprobleme und zu Verbesserungen der einzelnen, die Steuerung beeinflußenden und, zum Teil oben genannten Teile und Steuerungen des hydraulischen Druckübersetzers, ohne das Erreichen einer wirklichen Verbesserung der Nachteile. Da mit solchen hydraulischen Druckübersetzern u.a. auch Clinch-verbindungen oder Nietverbindungen hergestellt werden, wirkt sich die unterschiedliche oder auch mangelnde Präzision auf die Qualität der Verbindung aus, wobei diese Mängel kaum mit dem bloßen Auge erkennbar sind, sondern erst durch modernste Meßgerät festgestellt wurden.
[0003] Der erfindungsgemäße hydraulische Druckübersetzer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß eine äußerste Präzision bei der Wiederholung der einzelnen Arbeitsgänge erzielt wird und zwar mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand. Wenn der Tauchkolben zu früh in die Bohrung und die dort vorhandene Hochdruckdichtung eintaucht und keine Hydraulikflüssigkeit mehr über diesen Kanal vom Speicherraum in den Arbeitsraum fließen kann, so strömt erfindungsgemäß über den zweiten Verbindungskanal Hydraulikflüssigkeit vom Speicherraum in den Arbeitsraum und vermeidet damit, daß ein Unterdruck im Arbeitsraum entsteht, der zur Lösung von in der Hydraulikflüssigkeit gebundener Luft führen kann, bis hin zur Aufschäumung des Öls. Wenn dann der Tauchkolben dem vorgeeilten Arbeitskolben nachfolgt, ist der Arbeitsraum über die zwi-schenzeitlich durch den Verbindungskanal geströmte Hydrau-likflüssigkeit voll aufgefüllt, so daß hier präzise der Krafthub zeitgleich mit dem Verschieben des Tauchkolbens beginnt. Ein ähnlicher Vorteil besteht dann auch beim Rückhub des Tauchkolbens, wenn dieser dem Arbeitskolben vorauseilt, so daß im Arbeitsraum ein Unterdruck entstehen kann, weil über den erfindungsgemäßen Verbindungskanal sogleich Hydraulikflüssigkeit vom Speicherraum in den Arbeitsraum strömen kann, bevor dann, beim Rückhub des Arbeitskolbens, diese Hydraulikflüssigkeit über die Bohrung zurück in den Speicherraum strömen kann.
[0004] Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil der Erfindung, der sich in Art eines erfinderischen Verfahrens äußert, kann der Krafthub des Arbeitskolbens in mehreren Stufen erfolgen, wobei zwischen den Stufen der Tauchkolben um einen erforderlichen Hub zurückfahren kann, wobei während dieses Rückhubs Hydraulikflüssigkeit aus dem Speicherraum in den Arbeitsraum nachströmt. Der Arbeitsablauf bzw. Verfahrensablauf besteht dann aus folgenden Schritten:
- pneumatischer Eilgang des Arbeitskolbens, bei gleichzeitigem Nachströmen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Speicherraum in den Arbeitsraum und zwar über die Bohrung, sowie den Verbindungskanal.
- Krafthub des Arbeitskolbens nach Betätigung des Tauchkolbens und dessen Eintauchen in die Bohrung
- Beenden dieses ersten Krafthubs durch Beenden des Vorwärtshubs des Tauchkolbens
- pneumatischer zweiter Eilhub des Arbeitskolbens bei gleichzeitigem leichten Rückhub des Tauchkolbens und Nachströmen von Hydraulikflüssigkeit über den Erfindungsgemäßen Verbindungskanal in den Arbeitsraum, diesen dabei Auffüllen
- Vorwärtshub des Tauchkolbens in den Arbeitsraum mit gleichzeitigem Antrieb des Arbeitskolbens für dessen zweiten Krafthub.
[0005] Der Rückhub des Arbeitskolbens erfolgt dann wie im einzelnen beschrieben. Statt zwei Krafthübe können auch je nach Bedarf zusätzliche Krafthübe durchgeführt werden und es können auch unterschiedliche Steuerfolgen stattfinden. So kann beispielsweise statt einem zweiten Eilhub lediglich ein Verharren in der Arbeitsstellung nach dem ersten Krafthub stattfinden, in welcher Zeit der Tauchkolben zurückfahrt, wonach dann bezüglich des Hubes nach dem ersten Krafthub des Arbeitskolbens sofort der zweite Krafthub ansetzt. Maßgebend an diesem Verfahren ist, daß der Tauchkolben in einem Zwischenzeitabschnitt ein Stück zurückfährt, während dem Hydraulikflüssigkeit vom Speicherraum in denArbeitsraum strömen kann. Auf diese Weise kann vor allem der bei mehreren Stufen erforderliche Hub des Tauchkolbens in mehrere Abschnitte mit entsprechendem Rückhub aufgeteilt werden, sodaß das Querschnittsverhältnis, Tauchkolben zu Arbeitskolben extrem unterschiedlich gewählt werden kann, mit dem Vorteil einer außerordentlich hohen Druckübersetzung.
[0006] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist im Verbindungskanal ein in Richtung Arbeitsraum öffnendes und in Richtung Speicherraum schließendes Rückschlagventil angeordnet. Dieses Rückschlagventil kann mit oder ohne Schließfeder ausgestattet sein, es kann als Schieberventil, Kugelventil oder sonstiges Rückschlagventil, wie beispielsweise Flatterventil ausgebildet sein. Maßgebend für das sich Öffnen des Rückschlagventils ist die Differenz der Drücke im Arbeitsraum und Speicherraum und natürlich die am beweglichen Ventilteil beaufschlagte Fläche, sowie die Kraft der Schließfeder. Hierbei ist das Rückschlagventil so ausbildbar, daß schon ganz geringe Drücke zu seinem Öffnen ausreichen.
[0007] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Verbindungskanal und Rückschlagventil im Gehäuse des hydraulischen Druckübersetzers angeordnet.
[0008] Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Räume über eine außerhalb des Gehäuses verlaufenden Leitung miteinander verbunden, in welcher das Rückschlagventil angeordnet ist.
[0009] Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung bei einem hydraulischen Druckübersetzer in Form eines hydropneutischen Druckübersetzers der die Merkmale des Anspruchs 6 aufweist. Ein solcher hydropneumatischer Druckübersetzer ist an sich bekannt (DE PS 28 18 337) und weist vor allem die Problematik auf, daß aufgrund der zusätzlichen unabhängigen pneumatischen Betätigung des Arbeitskolbens dieser dem Tauchkolben vorauseilt oder beim Rückhub nacheilt.
[0010] Die Erfindung ist natürlich auch auf solche Hydropneumatische Druckübersetzer anwendbar, bei denen der Speicherraum einerseits und der Arbeitsraum andererseits in zwei, in soweit unabhängigen, insbesondere jedoch parallel angeordneten Zylindern untergebracht sind, wie sie an sich bekannt sind und auch seit längerer Zeit geliefert werden. Maßgebend ist, daß in welchem Verlauf auch immer, zwischen dem Speicherraum und dem Arbeitsraum dieser zusätzliche Verbindungskanal vorhanden ist.
[0011] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
[0012] Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen hydropneumatischen Druckübersetzer im Längsschnitt und
- Fig. 2
- einen Ausschnitt aus Figur 1 mit einer Variante der Erfindung.
[0013] Bei dem in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem mit Hydrauliköl gefüllten Arbeitsraum 1 ein Arbeitskolben 2 axial verschiebbar angeordnet, der in einer Bohrung eines Gehäuses 3 geführt ist. An dem Arbeitskolben 2 ist zur Kraftübertragung eine nach außerhalb des Gehäuses ragende Kolbenstange 4 angeordnet. Außerdem ist ein Scheibenkolben 5 an Arbeitskolben 2 und Kolbenstange 4 befestigt. Dieser Scheibenkolben 5 ist zu einem Mantelrohr 6 hin radial abgedichtet und trennt dadurch zwei Räume 7 und 8, die für den Eilgang des Arbeitskolbens 2 abwechselnd mit Druckluft versorgt werden. Sobald im Pneumatikraum 7 ein Überdruck erzeugt wird, wird der Arbeitskolben 2 nach unten geschoben. Sobald im Pneumatikraum 8 ein Überdruck erzeugt wird, wird der Arbeitskolben 2 wieder nach oben in die dargestellt Ausgangslage verschoben.
[0014] Wie in der Zeichnung dargestellt ist oberhalb vom Arbeitsraum 1 ein mit dem Arbeitsraum 1 hydraulisch verbundener Speicherraum 9 vorhanden, in dem durch einen Speicherkolben 11 mit Speicherfeder 12 ein niedriger hydraulischer Speicherdruck erzeugt wird, der ausreicht, um beim Eilhub des Arbeitskolbens 2 den Arbeitsraum 1 mit Hydrauliköl aus dem Speicherraum 9 aufgefüllt zu halten. Der Speicherkolben 11 ist in einem Mantelrohr 13 radial dichtend und axial verschiebbar geführt. Ebenfalls radial dichtend und axial verschiebbar geführt ist in diesem Mantelrohr 13 ein Antriebskolben 14 eines Tauchkolbens 15 gelagert, der entgegen der Kraft der Speicherfeder 12 in Richtung Arbeitsraum 1 verschiebbar ist. Der Tauchkolben 15 durchdringt, radial abgedichtet, den Speicherkolben 11 und taucht in den Speicherraum 9. Der Antriebskolben 14 mit Tauchkolben 15 wird durch Druckluft angetrieben, die in einen Steuerraum 16 oberhalb des Antriebskolbens 14 geleitet wird. Diese Zusteuerung von Druckluft erfolgt dann, wenn der Arbeitskolben 2 seinen Eilgang beendet hat, und bevor der eigentliche Druckhub des Arbeitskolbens 2 beginnen soll. Wenn der Antriebskolben 14 durch die Druckluft verschoben wird, taucht nach Zurücklegung eines Vorhubes der Tauchkolben 15 in eine, vom Speicherraum 9 zum Arbeitsraum 1 führende Verbindungsbohrung 17, wonach diese Verbindung durch Mitwirkung einer Radialdichtung 18 unterbrochen ist, so daß bei weiterem Eintauchen des Tauchkolbens 15 in den Arbeitsraum 1 dort Hydraulikflüssigkeit verdrängt wird, unter entsprechender Beaufschlagung des Arbeitskolbens 2. Da die Querschnittsfläche des Antriebskolbens 14 wesentlich größer ist als jene des Tauchkolbens 15, ergibt sich eine entsprechend hohe Druckübersetzung vom Pneumatikdruck im Steuerraum 16 zum Hydraulikdruck im Arbeitsraum 1. Da wiederum die Querschnittsfläche vom Arbeitskolben 2 wesentlich größer ist als jene vom Tauchkolben 15, ergibt sich eine weitere, innerhalb des Arbeitsraums 1 bewirkte Kraftübersetzung zum Arbeitskolben 2 hin und damit die entsprechende Verstellkraft an der Kolbenstange 4.
[0015] Für den Rückhub der Kolbenstange 4 wird der pneumatische Druck im Steuerraum 16 abgebaut, so daß die Speicherfeder 12 den Antriebskolben 14 in die gezeigte Ausgangslage zurückschiebt. Gleichzeitig wird über Druckabbau im Pneumatikraum 7, bzw. Druckaufbau im Pneumatikraum 8 der Arbeitskolben 2 durch den Scheibenkolben 5 wieder in die gezeigte Ausgangslage geschoben, wobei durch den Arbeitskolben 2 Hydraulikflüssigkeit zurück in den Speicherraum 9 verdrängt wird und wobei dort der Speicherkolben 11 entgegen der Kraft der Speicherfeder 12 zurück in die gezeigte Ausgangslage verschoben wird.
[0016] Erfindungsgemäß ist außer der Verbindungsbohrung 17 zwischen dem Arbeitsraum 1 und dem Speicherraum 9 im Gehäuse 3 ein Verbindungskanal 19 vorgesehen, in dem ein in Richtung Speicherraum 9 sperrndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit einem beweglichen Ventilglied 21 und einer Feder 22. Über diesen Kanal 19 kann auch dann noch Hydraulikflüssigkeit vom Speicheraum 9 in den Arbeitsraum 1 strömen, wenn die Verbindungsbohrung 17 durch den Tauchkolben 15 bzw. die Radialdichtung 18 gesperrt ist.
[0017] Gemäß der in Figur 2 dargestellten Variante der Erfindung dient als Verbinmdungskanal zwischen Speicherraum 9 und Arbeitsraum 1 eine außerhalb des Gehäuses 3 verlaufende Leitung 23, in der ein entsprechend angeordnetes Rückschlagventil mit einem beweglichen Ventilglied 24 und einer Feder 25 angeordnet ist, wobei dieses Rückschlagventil 24, 25 ebenfalls in Richtung Speicherraum 9 sperrt.
Bezugszahlenliste
[0018]
- 1
- Arbeitsraum
- 2
- Arbeitskolben
- 3
- Gehäuse
- 4
- Kolbenstange
- 5
- Scheibenkolben
- 6
- Mantelrohr
- 7
- Pneumatikraum
- 8
- Pneumatikraum
- 9
- Speicherraum
- 10 11
- Speicherkolben
- 12
- Speicherfeder
- 13
- Mantelrohr
- 14
- Antriebskolben
- 15
- Tauchkolben
- 16
- Steuerraum
- 17
- Verbindungsbohrung
- 18
- Radialdichtung
- 19
- Verbindungskanal
- 20
- -
- 21
- bewegliches Ventilglied
- 22
- Feder
- 23
- Leitung
- 24
- bewegliches Ventilglied
- 25
- Feder
- mit einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Arbeitsraum (1) in einem Aggregatsgehäuse (3) in dem ein Arbeitskolben (2) arbeitet, dessen Kolbenstange (4) nach außerhalb des Gehäuses (3) führt,
- mit einem ebenfalls mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Speicherraum (9), welcher mit dem Arbeitsraum (1) hydraulisch verbunden ist und in dieser Verbindung eine Bohrung (17) definierten Querschnitts aufweist, sowie
- mit einem Tauchkolben (15) kleineren Durchmessers als der Arbeitskolben (2), welcher nach einem Eilhub des Arbeitskolbens (2) unter niederem Druck und Nachströmen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Speicher-raum (9) in den Arbeitsraum (1) radial dichtend in die Bohrung (17) taucht und im Arbeitsraum (1), einen entsprechenden Hochdruck erzeugent, und beim Rückhub wieder aus der Bohrung (17) austaucht, so daß die Hydraulikflüssigkeit vom Arbeitsraum (1) wieder zurück in den Speicherraum (9) strömen kann
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Arbeitsraum (1) und Speicherraum (9) außer der die Bohrung (17) aufnehmenden Verbindung ein Verbindungskanal (19, 23) angeordnet ist, welcher bei Eintreten des Hochdrucks im Arbeitsraum (1) gesperrt wird und bei niederem Druck in Strömungsrichtung zum Arbeitsraum (1) hin geöffnet ist.- achsgleiche bzw achsparallele Anordnung von Arbeitskolben (2), und Arbeitsraum (1) einerseits, Bohrung (17), Speicherraum (9) und Tauchkolben (15) anderterseits;
- Betätigung des Tauchkolbens (15) entgegen einer Rückstellkraft (12) durch einen pneumatisch beaufschlagten Antriebskolben (14);
- einer die Verbindung aufnehmende Querwand zwischen Arbeitsraum (3) und Speicherraum (9), in der die Bohrung (17) enthalten ist, wobei in der Bohrung (17) eine hochdruckgeeignete Lippendichtung (18) vorhanden ist;
- einem den Speicherdruck erzeugenden, pneumatisch oder mechanisch belasteten, axial verschiebbaren und radial dichtenden Speicherkolben (11), der den Speicherraum (9) von einem luftgefüllten Raum trennt und
- einem Hilfskolben (5) (Scheibenkolben auf dem Arbeitskolben (2)), der für die Eilgange beiderseits abwechselnd pneumatisch druckbeaufschlagbar ist.
- with a working room (1), filled with hydraulic fluid, in an aggregate case (3), in which a working piston (2), whose piston rod (4) leads out of the case (3), works
- with a storage room (9), also filled with hydraulic fluid, which is hydraulically connected to the working room (1), which in the storage room connection has a boring (17) with a defined cross section, as well as
- a plunger (15), with a smaller diameter than the working piston (2), which plunges, by radially compressing itself into the boring (17) after a quick stroke of the working piston (2) under low pressure and slip streaming of the hydraulic fluid from the storage room (9) into the working room (1) and produces a correspondingly high pressure in the working room (1) and with the return stroke the plunger re-emerges from the boring (17), so that the hydraulic fluid can flow from the working room (1) back into the storage room (9)
charcterised in that, apart from the junction which contains the boring (17), a junction canal (19, 23) is arranged between the working room (1) and the storage room (9) which is blocked when high pressure is admitted in the working room (1), and is re-opened when low pressure is admitted in the flow direction of the working room (1).- arrangement of the working piston (2) and working room (1) on one side and boring (17), storage room (9) and plunger (15) on the other side either on the same axis or parallel to the axis;
- operation of the plunger (15) is contrary to a storage spring (12) by a driving piston (14) which is pneumatically admitted;
- a cross section containing a connection between the working room (1) and the storage room (9), in which the boring (17), contains a lip seal suitable for high pressure ;
- a storage pressure producing storage piston (11), pneumatically or mechanically weighted, axially movable and radially compressed, which separates the storage room (9) from an air filled room and
- a disk piston (5) (vertical piston on the working piston (2)) which can be alternately admitted pneumatically, for quick errands on both sides.
- avec un espace utile (1) rempli de fluide hydraulique, dans un boîtier (3) de l'ensemble, dans lequel travaille un piston moteur (2), dont la tige de piston (4) va en-dehors du boîtier (3),
- avec un espace d'accumulation (9) également rempli de fluide hydraulique, qui communique hydrauliquement avec l'espace utile (1) et qui a pour cette communication une forure (17) d'une section définie, ainsi qu'
- avec un piston plongeur (15) d'un diamètre plus petit que le piston moteur (2), qui après la course rapide du piston moteur (2) sous basse pression et sous un afflux du fluide hydraulique plonge de l'espace d'accumulation (9) dans l'espace utile (1) en plongeant dans la forure (17) et étanchant radialement, produisant dans l'espace utile (1) une haute pression correspondante, et ressortant de la forure (17) lors de la course de retour, si bien que le fluide hydraulique puisse retourner de l'espace utile (1) dans l'espace d'accumulation (9),
caractérisé par le fait qu'en plus du raccordement logeant la forure (17), un canal de communication (19, 23) est disposé entre l'espace utile (1) et l'espace d'accumulation (9), qui est bloqué au moment de haute pression dans l'espace utile (1) et qui, au moment de basse pression est ouvert dans la direction d'écoulement vers l'espace utile (1).- une disposition du piston moteur (2) et de l'espace utile (1) d'une part, et de la forure (17), de l'espace d'accumalation (9) et du piston plongeur (15) d'autre part, qui correspond ou qui est parallèle à l'axe;
- actionnement du piston plongeur (15) contre la force de retour (12) par un piston d'entraînement (14) soumis à une pression pneumatique;
- une paroi transversale logeant le raccordement entre l'espace utile (3) et l'espace d'accumulation (9), dans laquelle est contenue la forure (17), cette forure (17) possédant un joint à lèvres (18) approprié aux hautes pressions;
- un piston d'accumulation (11) produisant la pression d'accumulation, coulissant axialement et étanchant radialement, et chargé pneumatiquement ou mécaniquement, qui sépare l'espace d'accumulation (9) d'un espace rempli d'air, et
- un piston auxiliaire (5) (piston à disque sur le piston moteur (2)), qui pour les courses rapides peut être alternativement soumis des deux côtés à une pression pneumatique.