|
(11) | EP 0 579 037 B2 |
| (12) | NEUE EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
|
|
| (54) |
Hydropneumaischer Druckübersetzer Hydropneumatic pressure intensifier Multiplicateur de pression hydropneumatique |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
[0001] Die Erfindung geht aus von einem hydropneumatischen Druckübersetzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein Hauptproblem bei derartigen hydropneumatischen Druckübersetzern besteht in der Abdichtung zwischen Speicherraum und Steuerraum, da die hydraulischen Drücke im Speicherraum und die pneumatischen Drücke im Steuerraum während eines Arbeitszyklus sich laufend verändern, und zwar nicht unbedingt synchron verändern, wobei einerseits die Gefahr besteht, daß Öl aus dem Speicherraum in den Steuerraum gelangt und dadurch Leckverluste entstehen, die das Arbeitsvermögen des hydropneumatischen Druckübersetzer beeinträchtigen können, oder es besteht die Gefahr, daß Luft aus dem Steuerraum in den Speicherraum gelangt, wo es vom Öl aufgenommen wird mit dem Nachteil, daß es in den Arbeitsraum gelangt und dort bei der Hochdruckphase des Druckhubs zu einer verstärkten Kompressibilität neigt mit all den sich daraus ergebenden Nachteilen für die Arbeitsfähigkeit des Aggregats.
[0002] Bei einem bekannten gattungsgemäßen hydropneumatischen Druckübersetzer (DE-OS 2810 894) sind aus diesem Grunde sowohl zur Wand des Arbeitszylinders hin, als auch zur Mantelfläche des Tauchkolbens zwei Radialdichtungen vorgesehen mit dem Zweck eine optimale Luft-Öl-Trennung zu erzielen. Problematisch ist hier insbesondere, daß die Neigung der Luft vom Steuerraum in den Speicherraum zu gelangen nicht etwa in der Niederdruckphase vorhanden ist, sondern vielmehr in der Hochdruckphase, wobei auch geringe Luftmengen als Wandlaminate bei der axialen Bewegung des Speicherkolbens an den Radialdichtungen "vorbeigepumpt" werden.
[0003] Der erfindungsgemäße hydropneumatische Druckübersetzer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs weist dem gegenüber den Vorteil auf, daß in den Entlüftungsringnuten Niederstdruck herrscht, beispielsweise atmosphärischer Druck, so daß sich jegliche die zum Steuerraum hin vorhandene Radialdichtung passierende Luftmengen abgeleitet werden können. Sollten in die Entlüftungsringnuten Ölmengen vom Speicherraum her gelangen, so ist dieses zumindest für den jeweiligen Arbeitsvorgang nicht nachteilig, sondern es muß lediglich bei erheblichem Ölverlust Öl in den Speicherraum nachgefüllt werden. Dabei dient zur Entlüftung eine Bohrung im Arbeitszylinder, die unabhängig vom Arbeitshub des Speicherkolbens mit der Mantelflächenringnut stets in Überdeckung steht. Sowohl in der Ausgangslage als auch in der Endlage - möglicherweise bei nur geringen Restmengen im Speicherraum - ist für eine vollständige Entlastung gesorgt, wobei die Entlüftungsbohrung direkt zur Atmosphäre hin führen kann.
[0004] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die in der Bohrungswand vorhandene Entlastungsringnut mit jener auf der Mantelfläche durch mindestens eine Radialbohrung des Speicherkolbens verbunden. Eine solche Radialbohrung kann in einfacher Weise als Querbohrung durchgeführt werden, wobei Anfang und Ende dieser Radialbohrung jeweils in den Ringnutmantelflächen endet und damit keine Reibberührung mit dem Arbeitszylinder bzw. dem Tauchkolben aufweist.
[0005] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind beiderseits der Entlüftungsringnuten zusätzlich an sich bekannte Dichtungsringnuten zur Aufnahme von Radialdichtungen vorhanden.
[0006] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in der Trennwand radial nach außen führende Anschlusskanäle für Druckluft vorhanden.
[0007] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der auf dem Steuerraum abgewandten Seite der Trennwand vorhandene Raum luftdruckgesteuert, für die Rückstellung eines mit dem Tauchkolben verbundenen Antriebskolbens.
[0008] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Hilfskolben mit dem Arbeitskolben verbunden, der für einen Eilgang beiderseits abwechselnd pneumatisch beaufschlagbar ist.
[0009] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
[0010] Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
[0011] Es zeigen:
- Fig. 1
- einen hydropneumatischen Druckübersetzer im Längsschnitt und
- Fig. 2
- einen Ausschnitt aus Fig. 1 im vergrößerten Maßstab.
[0012] Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten hydropneumatischen Druckübersetzer ist in einem Gehäuse 1 ein Arbeitskolben 2 axial verschiebbar und radial dichtend angeordnet und begrenzt mit ihm einen hydraulikölgefüllten Arbeitsraum 3. An dem Arbeitskolben 2 ist eine nach außerhalb des Gehäuses ragende Kolbenstange 4 angeordnet. Außerdem weist der Arbeitskolben 2 als Bund einen Hilfskolben 5 auf, der zu einem Mantelrohr 6 hin radial abgedichtet ist und dadurch zwei Pneumatikräume 7 und 8 voneinander trennt, die für den Eilgang des Arbeitskolbens 2 abwechselnd mit pneumatischem Druck versorgt werden. Sobald ein ausreichender Arbeitsdruck im Pneumatikraum 7 herrscht, wird der Arbeitskolben 2 nach unten geschoben und umgekehrt, bei entsprechend hohem Druck im Pneumatikraum 8 und abgebautem Druck im Pneumatikraum 7, wird der Arbeitskolben 2 wieder in die dargestellte Ausgangslage verschoben.
[0013] Oberhalb des Arbeitsraums 3 und mit diesem hydraulisch verbunden ist ein Speicherraum 9 für Hydrauliköl, dessen Speicherdruck durch einen Speicherkolben und den pneumatischen Druck in einem Steuerraum 12 erzeugt wird. Der Speicherkolben 11 ist in einem, den Speicherraum 9 als auch den Steuerraum 12, begrenzenden Mantelrohr 13 radial dichtend und axial verschiebbar geführt, in Art eines Freikolbens. Das Mantelrohr 13 ist einerseits durch einen Gehäuseteil 14 des Gehäuses 1 und andererseits durch eine Trennwand 15 verschlossen, wobei auf Gehäuseteil 14 und Trennwand 15 entsprechende Abdrehungen zur Aufschiebung des Mantelrohres 13 vorhanden sind, mit zusätzlichen statischen Dichtungen 16. Auf der dem Steuerraum 12 abgewandten Seite dient die Trennwand 15 zur Begrenzung eines Pneumatikraums 17, der durch ein Mantelrohr 18 umgeben ist und in dem der Antriebskolben 19 eines Tauchkolbens 21 gelagert ist, welcher entgegen dem hydraulischen Druck im Arbeitsraum 3 verschiebbar ist.
[0014] Der Tauchkolben 21 durchdringt radial abgedichtet die Trennwand 15 und den Speicherkolben 11 und taucht mit seinem freien Ende in den Speicherraum 9. Der Antriebskolben 19 mit Tauchkolben 21 wird durch Druckluft angetrieben, die in einen Antriebsraum 22 oberhalb des Antriebskolbens 21 geleitet wird, wodurch der Hochdruckarbeitsgang eingeleitet wird. Hierbei taucht der Tauchkolben 21, nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes in eine vom Speicherraum 9 zum Arbeitsraum 3 führende Verbindungsbohrung 23, wobei diese Verbindung unter Mitwirkung einer Radialdichtung 24 unterbrochen wird. Bei weiterem Hub des Tauchkolbens 21 und entsprechend tieferem Eintauchen in den Arbeitsraum 3, wird dort dadurch Hydraulikflüssigkeit verdrängt, so daß aufgrund des relativ kleinen Tauchkolbendurchmessers ein hoher Arbeitsdruck im Arbeitsraum 3 erzeugt wird. Dieser Druck entspricht dem Übersetzungsverhältnis der Arbeitsflächen von Antriebskolben 19 zu Tauchkolben 21, ausgehend vom dem den Antriebskolben 19 beaufschlagenden pneumatischen Druck. Der dabei entstehende hohe hydraulische Druck wirkt unmittelbar auf den Arbeitskolben 2 und bewirkt die gewünschte hohe Kraft an der Kolbenstange 4.
[0015] Für den Rückhub des Tauchkolbens 21 wird der pneumatische Druck im Antriebsraum 22 abgebaut und ein entsprechender pneumatischer Druck im Pneumatikraum 17 aufgebaut, so daß der Antriebskolben 19 mit dem Tauchkolben 21 in die gezeigte Ausgangslage zurückgeschoben wird, wonach aus dem Arbeitsraum 3, durch den Arbeitskolben 2 verdrängt, Hydraulikflüssigkeit in den Speicherraum 9 strömt und wobei der Arbeitskolben 2, angetrieben durch den Hilfskolben 5 und Druckluft im Pneumatikraum 8 in die ebenfalls gezeigte Ausgangslage verschoben wird.
[0016] Die verschiedenen Pneumatikräume sind durch, nach außerhalb des hydropneumatischen Druckübersetzers führende Anschlußkanäle ausgestattet, nämlich der Pneumatikraum 7 durch den Kanal 25, der Pneumatikraum 8 durch den Kanal 26, der Steuerraum 12 durch den Kanal 27, der Pneumatikraum 17 durch den Kanal 28 und der Antriebsraum 22 durch den Kanal 29. Nach einer beispielhaften Ansteuerungsart sind die Anschlußkanäle 26 und 28 für die Pneumatikräume 8 und 17 über eine pneumatische Steuerleitung 31 miteinander verbunden, so daß, wenn über diese der pneumatische Steuerdruck zugeleitet wird, der Hilfskolben 5 und der Antriebskolben 19 in die dargestellte Ausgangslage geschoben werden. Für den Arbeitshub hingegen wird in der pneumatischen Steuerleitung 31 der Druck abgebaut und in eine pneumatische Steuerleitung 32 geleitet, die die Anschlußkanäle 25, 27 und 29 miteinander verbindet, wobei dem Anschlußkanal 29 ein druckabhängig gesteuertes Ventil 33 vorgeschaltet ist. Der zugeführte Pneumatikdruck wird somit zuerst den Anschlußkanälen 25 und 27 und damit dem Pneumatikraum 7 und dem Steuerraum 12 zugeführt, wonach der Hilfskolben 5 mit Arbeitskolben 2 im Eilgang nach unten geschoben wird und der Speicherkolben 11 entsprechend dem aus dem Speicherraum 9 in den Arbeitsraum 3 überfließenden Hydraulikmenge nachgeschoben wird. Das Hydraulikvolumen in Arbeitsraum 3 und Speicherraum 9 ist insgesamt konstant, abgesehen von Leckmengen, die hin und wieder nachgefüllt werden müssen. Sobald die Kolbenstange 4 auf Widerstand stößt (Ende des Eilganges) erhöht sich der Druck in der pneumatischen Steuerleitung 32 und das druckabhängig gesteuerte Ventil 33 gibt den Zustrom zum Anschlußkanal 29 und damit zum Antriebsraum 22 frei, so daß der Antriebskolben 19 mit Tauchkolben 21 nach unten verschoben wird mit der weiter oben beschriebenen Wirkung.
[0017] Der Speicherkolben 11 ist, zwischen dem mit Öl gefüllten Speicherraum 9 und dem, gemäß oben genannter Steuerung, mit Luft unterschiedlichen Drucks gefülltem Steuerraum 12 angeordnet, wobei vor allem verhindert werden soll, daß Öl aus dem Speicherraum 9 in den Steuerraum 12 und umgekehrt Luft in den Speicherraum 9 gelangt. Erfindungsgemäß dient hierfür eine absolute Luft-Öl-Trennung am Speicherkolben 11, in dem er einerseits sowohl zum Mantelrohr 13, als auch zum Tauchkolben 21 hin Ringnuten 34 und 35 mit Radialdichtungen 36 und 37 aufweist. Die Radialdichtungen 37 zum Tauchkolben 21 hin ist einmal als Rundschnurdichtung und einmal als Manschettendichtung ausgebildet dargestellt. Um in dem Bereich zwischen den Radialdichtungen einen absoluten Druckabbau und dadurch die Luft-Öl-Trennung zu erhalten ist auf der Mantelfläche des Speicherkolbens 11 eine Ringnut 38 angeordnet, die über eine im Mantelrohr 13 angeordnete Entlüftungsbohrung 39 nach außerhalb des Aggregates entlüftet ist. Die Entlüftungsbohrung 39 ist in Bezug auf die Ringnut 38, bzw. den maximal möglichen Hub des Speicherkolbens 11 so angeordnet, daß sie stets in Überdeckung mit der Ringnut 38 bleibt. Als weiteres ist in der zentralen Bohrung 41 des Speicherkolbens 11, welche vom Tauchkolben 21 durchdrungen ist, eine Ringnut 42 vorgesehen, die durch eine durchgehende Radialbohrung 43 mit der stets entlüfteten Ringnut 38 auf der Mantelfläche des Speicherkolbens 11 verbunden ist.
[0018] Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszahlenliste
[0019]
- 1
- Gehäuse
- 2
- Arbeitskolben
- 3
- Arbeitsraum
- 4
- Kolbenstange
- 5
- Hilfskolben
- 6
- Mantelrohr
- 7
- Pneumatikraum
- 8
- Pneumatikraum
- 9
- Speicherraum
- 10
- -
- 11
- Speicherkolben
- 12
- Steuerraum
- 13
- Mantelrohr
- 14
- Gehäuseteil
- 15
- Trennwand
- 16
- Statische Dichtung
- 17
- Pneumatikraum
- 18
- Mantelrohr
- 19
- Antriebskolben
- 20
- -
- 21
- Tauchkolben
- 22
- Antriebsraum
- 23
- Verbindungsbohrung
- 24
- Radialdichtung
- 25
- Anschlußkanal
- 26
- Anschlußkanal
- 27
- Anschlußkanal
- 28
- Anschlußkanal
- 29
- Anschlußkanal
- 30
- -
- 31
- Pneumatische
Steuerleitung - 32
- Pneumatische
Steuerleitung - 33
- Druckabhängig
gesteuertes
Ventil - 34
- Ringnut
- 35
- Ringnut
- 36
- Radialdichtung
- 37
- Radialdichtung
- 38
- Ringnut
- 39
- Entlüftungsbohrung
- 40
- -
- 41
- Zentrale Bohrung
- 42
- Ringnut
- 43
- Radialbohrung
- mit einem in einem Aggregatsgehäuse angeordneten Arbeitsraum (3) für wechselnde Drücke, nämlich einem niederen Speicherdruck und einem hohen Arbeitsdruck,
- mit einem den Arbeitsraum (3) stirnseitig begrenzenden und durch den Arbeitsdruck im Aggregatsgehäuse (1) für seinen Arbeitshub betätigbaren Arbeitskolben (2), der durch eine Kolbenstange (4) nach außen geführt ist,
- mit einem mit dem Arbeitsraum (3) hydraulisch verbindbaren in einem Mantelrohr (13) angeordneten Speicherraum (9), aus dem während eines Eilgangs des Arbeitshubs Hydrauliköl unter Speicherdruck in den Arbeitstraum (3) strömt und beim Rückhub wieder zurückströmt,
- mit einem als Hochdruckerzeuger pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren und nach dem Eingang des Arbeitskolbens (2) in den Arbeitsraum (3) tauchenden Tauchkolben (21),
- mit einem den Speicherraum (9) begrenzenden axial im Mantelrohr (13) verschiebbaren und vom Tauchkolben (21) durchdrungenen Speicherkolben (11),
- mit jeweils zwei in Hubrichtung mit Abstand am Speicherkolben vorhandenen, sowohl zum Tauchkolben (21) als auch zum Mantelrohr (13) wirkenden Dichtungen (36, 37), nämlich in zwei Ringnuten (34) auf der Mantelfläche des Speicherkolbens (11) angeordneten zum Mantelrohr (13) hin wirkenden Radialdichtungen (36) bzw. in zwei Ringnuten (35) in der Wand der vom Tauchkolben (21) durchdrungenen Innenbohrung (41) angeordneten zum Tauchkolben (21) hin wirkenden Radialdichtungen (36),
- mit einem auf der dem Speicherraum (9) abgewandten Seite des Speicherkolbens (11) vorhandenen und mit Luft unterschiedlichen Drucks beaufschlagbaren Steuerraum (12) und
- mit einer den Steuerraum (12) begrenzenden und mit dem Mantelrohr (13) fest verbundenen, sowie vom Tauchkolben (21) durchdrungenen Trennwand (15),
- mit einer auf der Mantelfläche des Speicherkolbens (11) in Hubrichtung zwischen den Dichtungen (36) zum Mantelrohr (13) hin offenen Außenringnut (38) und
- mit einer in der Wand der Innenbohrung (41) des Speicherkolbens (11), ebenfalls zwischen den Dichtungen (37) angeordneten
Innenringnut (42) dadurch gekennzeichnet,- dass zur Druckentlastung der Außenringnut (38) eine mit der Außenringnut (38) stets in Überdeckung stehende Entlüftungsbohrung (39) im Mantelrohr (13) angeordnet ist und
- dass die Entlüftungsbohrung (39) zur Atmosphäre hin führt.
- having an operating chamber (3) for varying pressures, namely a lower storage pressure and a high operating pressure, arranged in a subassembly housing,
- having an operating piston (2) limiting the operating chamber (3) on the front side and whose operating stroke can be actuated by means of the operating pressure in the subassembly housing (1) and which is led to the exterior by a piston rod (4),
- having an accumulator chamber (9) arranged in a tubular jacket (13) and hydraulically combinable with the operating chamber (3) and from which hydraulic oil under storage pressure flows into the operating chamber (3) during a fast motion of the operating stroke and flows back again on the return stroke,
- having a plunger piston (21) which can be actuated pneumatically or hydraulically as a high-pressure generator and which plunges into the operating chamber (3) after the rapid motion of the operating piston (2),
- having a storage piston (11) limiting the accumulator chamber (9) and axially movable in the tubular jacket (13) and which is penetrated by the plunger piston (21),
- with in each case two seals (36, 37) existing in the stroke direction at a distance from the storage piston and acting on both the plunger piston (21) and the tubular jacket (13), namely radial seals (36) arranged in two ring grooves (34) on the jacket surface of the storage piston (11) and acting on the tubular jacket (13) and two radial seals (36) acting on the plunger piston (21) and arranged in two ring grooves (35) in the wall of the inner bore (41) penetrated by the plunger piston,
- having a control chamber (12) existing on the side of the plunger piston (11) facing away from the accumulator chamber (9) and which may be charged with air of differing pressures, and
- having a partition (15) limited the control chamber (12) and firmly joined to the tubular jacket (13) and penetrated by the plunger piston (21),
- having an outer ring groove (38) on the jacket surface of the storage piston (11) in the stroke direction between the seals (36) and open to the tubular jacket (13), and
- having an inner ring groove (42) in the wall of the inner bore (41) of the plunger piston (11) and likewise arranged between the seals (37),
characterised in that- a vent bore (39) which always overlaps the outer ring groove (38) is arranged in the tubular jacket (13) to relieve the pressure of the outer ring groove (38), and
- the vent bore (39) leads to the atmosphere.
- avec un espace de travail (3) disposé dans un boîtier d'agrégat pour des pressions variables, c'est-à-dire une pression de stockage faible et une pression de travail élevée,
- avec un piston de travail (2) délimitant l'espace de travail (3) côté avant et pouvant être actionné par la pression de travail dans le boîtier d'agrégat (1) pour sa course de travail, qui est guidé par une tige de piston (4) vers l'extérieur,
- avec un espace de stockage (9) pouvant être relié de façon hydraulique à l'espace de travail (3) et disposé dans une gaine étanche (13), à partir duquel de l'huile hydraulique s'écoule sous la pression de stockage dans l'espace de travail (3) pendant un déplacement rapide de la course de travail et reflue lors de la course de retour,
- avec un piston plongeur (21) pouvant être actionné de façon pneumatique ou hydraulique comme générateur de haute pression et plonge dans l'espace de travail (3) après l'entrée du piston de travail (2),
- avec un piston de stockage (11) délimitant l'espace de stockage (9), pouvant être déplacé dans une gaine étanche et traversé par le piston plongeur (21),
- avec respectivement deux joints (36, 37) présents dans le sens de levage à distance sur le piston de stockage et agissant aussi bien pour le piston plongeur (21) que pour la gaine étanche (13), c'est-à-dire des joints radiaux (36) disposés dans deux rainures annulaires (34) sur la surface périphérique du piston de stockage (11) et agissant en direction de la gaine étanche (13) ou des joints radiaux (36) disposés dans deux rainures annulaires (35) dans la paroi de l'alésage interne (41) traversée par le piston plongeur (21) et agissant en direction du piston plongeur (21),
- avec un espace de commande (12) présent sur le côté, opposé à l'espace de stockage (9), du piston de stockage (11) et pouvant être sollicité avec de l'air de pression différente et
- avec une paroi de séparation (15) délimitant l'espace de commande (12), reliée de façon fixe à la gaine étanche (13) et traversée par le piston plongeur (21),
- avec une rainure annulaire extérieure (38) disposée sur la surface périphérique du piston de stockage (11) dans le sens de levage entre les joints (36) et ouverte en direction de la gaine de protection (13) et
- avec une rainure annulaire intérieure (42) disposée dans la paroi de l'alésage interne (41) du piston de stockage (11), également disposée entre les joints (37),
caractérisé- en ce qu'un alésage de ventilation (39) toujours en chevauchement avec la rainure annulaire extérieure (38) est disposé dans la gaine étanche (13) pour la décharge de pression de la bague annulaire extérieure (38) et
- en ce que l'alésage de ventilation (39) débouche dans l'atmosphère.