DD210107B1 - Doppeltwirkender druckwandler - Google Patents

Description

-2- 210 107 Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei den bekannten doppeltwirkenden Druckwandlern ist der Druckwandlerkolben als vom Primärdruck beaufschlagter Scheibenkolben mit zwei zur Mittelebene symmetrisch angesetzten dünneren Hochdruckkolben ausgebildet. Der Scheibenkolben bildet mit der Bohrung, in der er gleitet zwei Niederdruckarbeitsräume, die abwechselnd vom Niederdruck beaufschlagt werden. Die Steuerung des Niederdruckölstromes erfolgt durch ein Wegeventil, das durch Pilotventile oder durch Endschalter angesteuert wird. Der Niederdruckteil arbeitet praktisch als Linear-Hydraulikmotor, während die zwei Hochdruckteile als ventilgesteuerte Pumpe arbeiten. Der Nachteil dieser Druckwandler besteht in dem für die Steuerorgane erforderlichen Aufwand und dem relativ großen Zeitraum zum Umsteuern des Druckwandlerkolbens und dem dadurch verursachten Druckabfall.

Um die Nachteile dieser Druckwandler zu beseitigen, wurden in den Endlagen umsteuernde Druckwandler geschaffen, bei denen eine den Zufluß und Ablauf steuernde, den Druckwandlerkolben umschließende Steuerhülse angeordnet ist. Bei einer Ausführung wird die Steuerhülse mechanisch durch den sich der Endlage nähernden Druckwandlerkolben mittels Anschlägen verschoben und steuert so die Beaufschlagung des Druckwandlerkolbens.

Da die mechanische Ansteuerung der Steuerhülse trotz entsprechender Hilfsmaßnahmen keine stabile Umsteuerung in den Endlagen ergab, wurde ein Druckwandler mit hydraulischer Ansteuerung der Steuerhülse geschaffen. Ein solcher Druckwandler besitzt einen Druckwandlerkolben mit am Außendurchmesser flachen Steuernuten. Die Bohrung, in der er gleitet, teilt der Druckwandlerkolben in zwei Niederdruckarbeitsräume. Er besitzt zwei zylindrische Bohrungen, die zusammen mit zwei Hochdruckkolben, deren Querschnitte sich wie 2:1 verhalten, zwei Hochdruckarbeitsräume bilden. Diese sind über ein zum kleineren Hochdruckarbeitsraum hin öffnendes Rückschlagventil miteinander verbunden. Die Bohrung für die Steuerhülse weist an beiden Enden Überströmnuten auf, wobei die beiden äußeren Überströmnuten durch je eine Bohrung mit einer neben der Bohrung für die Steuerhülse angeordneten Ablaufbohrung verbunden sind. Die beiden inneren Überströmnuten sind durch je eine Bohrung mit einer neben der Bohrung für die Steuerhülse angeordneten Zulaufbohrung verbunden. Schließlich ist die Bohrung für den Druckwandlerkolben in der Steuerhülse in der Mitte durch eine Steuerbohrung mit der Zulaufbohrung und in seitlichem Abstand dazu durch zwei Steuerbohrungen mit der Ablaufbohrung verbunden.

Zur hydraulischen Ansteuerung der Steuerhülse sind die Ringflächen zweier Bunde am Außendurchmesser der Steuerhülse abwechselnd, je nach Stellung des Druckwandlerkolbens, mit der Druck- oder Ablaufseite verbunden. Die Verstellbewegung der Steuerhülse erfolgt dabei immer entgegen der Bewegungsrichtung des Druckwandlerkolbens. Die angeschnittenen Steuerbohrungen in der Steuerhülse werden durch die gegenläufige Bewegung zum Druckwandlerkolben rasch und vollständig freigegeben, wodurch die Steuerhülse zuverlässig in die andere Stellung geschoben wird, so daß eine stabile Umsteuerung der Bewegungsrichtung des Druckwandlerkolbens unter allen Bedingungen — ob großer oder kleiner Förderstrom bzw. Druck anliegt — gegeben ist. Die sichere Umsteuerung des Druckwandlerkolbens ist daher an eine geometrische Zuordnung des Druckwandlerkolbens zur Steuerhülse gebunden, und diese erscheint nur möglich, wenn sich Druckwandlerkolben und Steuerhülse berühren bzw. ersterer von der Steuerhülse umschlossen wird.

Diese koaxiale Zuordnung von Druckwandlerkolben und Steuerhülse ist fertigungstechnisch nachteilig. Geringe Abweichungen von der Koaxialität führen, wenn die Spalte und damit Leckverluste klein gehalten werden sollen, zum Klemmen der Steuerhülse.

Bekannt ist schließlich ein Druckverstärker mit parallel zugeordnetem Ventil, welches die wechselweise Beaufschlagung des Arbeitskolbens (Druckwandlerkolbens) steuert. Seine Betätigung erfolgt über Hilfsventil mit einem Stößel, gegen die der Arbeitskolben in seinen Endlagen fährt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei einem Druckwandler mit hydraulischer Ansteuerung den Einfluß der Abweichungen von der Koaxialität auszuschließen. Weiterhin soll die Baulänge des Druckwandlers bei Erhaltung des Hubes des Druckwandlerkolbens weiter verringert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckwandler zu schaffen, der hinsichtlich Fertigungstoleranzen und Lageabweichungen unabhängig ist und der weiterhin eine besonders platzsparende Bauweise ermöglicht. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Steuerschieber im mittleren Bereich zwei flache Steuernuten und auf beiden Seiten eine breite und tiefe Überströmnut besitzt. Die zwei flachen Steuernuten münden jeweils über Querbohrungen und axiale Bohrungen in die Stirnflächen des Steuerschiebers. Die Bohrung im Gehäuse für den Steuerschieber hat auf beiden Seiten zwischen ihren äußeren und inneren Überströmnuten jeweils eine mittlere Überströmnut, die durch je zwei Bohrungen mit den Niederdruckarbeitsräumen des Druckwandlerkolbens verbunden sind. Zwischen den seitlichen Steuerbohrungen, die die Bohrung für den Druckwandlerkolben mit der Ablaufbohrung verbinden, und der mittleren Steuerbohrung, die die Bohrung für den Druckwandlerkolben mit der Zulaufbohrung verbindet, befinden sich jeweils zwei eng benachbarte Steuerbohrungen, die die Bohrung für den Druckwandlerkolben mit der Bohrung für den Steuerschieber verbinden.

Innere Steuernuten des Druckwandlerkolbens sind etwas breiter gehalten als äußere, und sie sind so angeordnet, daß in der rechten (linken) Endstellung des Druckwandlerkolbens die äußere linke (rechte) Steuernut mindestens eine der beiden eng benachbarten linken (rechten) Steuerbohrungen mit der in die Ablaufbohrung führenden linken (rechten) Steuerbohrung verbindet, während andererseits die innere linke (rechte) Steuernut die mit der Zulaufbohrung verbundene Steuerbohrung mit den beiden eng benachbarten rechten (linken) Steuerbohrungen verbindet.

Die Breite des Steges zwischen den beiden Steuernuten des Steuerschiebers ist so bemessen, daß in der rechten (linken) Endstellung des Steuerschiebers die rechte (linke) innere Steuerbohrung der eng benachbarten Steuerbohrungen durch den Steg abgedeckt bzw. nur die rechte (linke) äußere Steuerbohrung frei ist.

Die Durchmesser zweier Bunde an den Enden des Steuerschiebers sind geringer als der des Mittelteiles. Somit sind die äußeren Schultern der Überströmnuten des Steuerschiebers flacher als die inneren Schultern.

Zwischen dem Gehäuse und den äußeren Bunden des Steuerschiebers sind Buchsen eingeschoben mit radialen Bohrungen, deren Wandungsabstand gleich der Breite des Steges zwischen den mittleren und äußeren Überströmnuten in der Bohrung des Steuerschiebers ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Hierzu zeigen

Fig. 1: einen Axialschnitt durch einen Druckwandler,

Fig.2: einen um 90° versetzten Schnitt A-A durch den Steuerschieber des Druckwandlers.

Der Druckwandler besteht aus einem Gehäuse 1, in dessen größerer Bohrung der Druckwandlerkolben 2 und in dessen darüberliegender, kleinerer Bohrung der Steuerschieber 3 gleitend angeordnet sind. Im Druckwandlerkolben 2 befinden sich ein Rückschlagventil 4 und an beiden Stirnseiten, gleitend angeordnet, die Hochdruckkolben 5,6. Der Hochdruckkolben 5 stützt sich auf ein in einem Verschluß 7 angeordnetes Druckstück9 ab. Der Hochdruckkolben 6 ist in eine Grundbohrung eines Verschlusses 8 eingedrückt. In der Bohrung für den Steuerschieber 3 befinden sich links und rechts zwei kurze Buchsen 10,10', die sich wie die Verschlüsse 7,8 auf Deckel 11,12 abstützen. Der Verschluß 8 ist durchbohrt und enthält ein Auslaßventil 13. Mittels einer Überwurfmutter 14 kann ein Hochdruckanschluß 15 festgeklemmt werden.

Die Bohrung für den Steuerschieber 3 besitzt—in symmetrischer Anordnung—links und rechts drei Überströmnuten 16,17,18; 16', 17', 18'. Die äußeren Überströmnuten 18,18'sind über Bohrungen 19,19' mit einer Ablaufbohrung 20 verbunden. Die mittleren Überströmnuten 17,17' sind durch Bohrungen 21,21' mit Niederdruckarbeitsräumen 22,22' des Oruckwandlerkolbens 2 verbunden, während die inneren Überströmnuten 16,16'über Bohrungen 23,23'mit einer Zulauf bohrung 24 verbunden sind. Die Überströmnuten 17,17'; 18,18' können je nach Stellung des Steuerschiebers 3 mit den Niederdruckarbeitsräumen 22,22' des Druckwandlerkolbens 2 verbunden werden, wobei eine Seite mit dem Ablauf, die andere mit dem Zulauf verbunden wird und umgekehrt.

Der Steuerschieber 3 besitzt im mittleren Bereich zwei flache Steuernuten 25,25', die über Querbohrungen mit axialen Bohrungen 26,26' verbunden sind, und an den Enden Bunde 27,27'.

Zwischen den Bohrungen für den Druckwandlerkolben 2 und dem Steuerschieber 3 und diese verbindend, befinden sich, paarweise angeordnet, zwei eng benachbarte Steuerbohrungen 28,28'. Etwas weiter außen befinden sich, ebenfalls symmetrisch zur Mitte, zwei Steuerbohrungen 29,29', die die Bohrung des Dru'ckwandlerkolbens 2 mit der Ablaufbohrung 20 verbinden. Eine weitere Steuerbohrung 30 in der Mitte verbindet die Bohrung des Druckwandlerkolbens 2, die an dieser Stelle eine flache, schmale Nut 31 aufweist, mit der Zulaufbohrung 24. Der Druckwandlerkolben 2 besitzt ebenfalls flache Steuernuten, und zwar zwei innere Steuernuten 32,32' und zwei äußere, etwas schmalere Steuernuten 33,33'. Der Steuerschieber 3 weist an seinen Enden je eine breite und tiefe Überströmnut 34,34' auf, deren äußere Schultern an den Bunden 27,27' durch die Anordnung der Buchsen 10,10'eine geringere Höhe besitzen als die inneren Schultern. Der Druckwandlerkolben 2 bildet mit dem Hochdruckkolben 5 einen Hochdruckarbeitsraum 35 und mit dem Hochdruckkolben 6 einen Hochdruckarbeitsraum 36. Durch eine Feder 37 ist der Hochdruckkolben 5 in Richtung Druckstück 9 beaufschlagt.

Die Wirkungsweise ist folgende: Der Druckwandlerkolben 2 befindet sich in seiner rechten Stellung kurz vor der Umsteuerung. Die linke Kante der rechten Steuernut 25' des Steuerschiebers 3 verdeckt noch die innere der beiden benachbarten rechten Steuerbohrungen 28'. Obwohl die linke innere Steuernut 32 an Druckwandlerkolben 2 die innere der beiden benachbarten Steuerbohrungen 28' freigegeben hat, kann somit noch kein Steuerölstrom durch eine derbeiden benachbarten rechten Steuerbohrungen 28' fließen, weil die eine vom Druckwandlerkolben 2 und die andere vom Steuerschieber 3 verschlossen ist. Erst wenn der Druckwandlerkolben 2 sich noch etwas mehr nach rechts bewegt, strömt ein Steuerölstrom über die äußere der benachbarten rechten Steuerbohrungen 28' und weiter über die rechte Steuernut 25' des Steuerschiebers 3 durch die Querbohrungen zu der rechten axialen Bohrung 26' des Steuerschiebers 3, beaufschlagt die rechte Stirnfläche des Steuerschiebers 3 und drückt somit den Steuerschieber 3 nach links. Damit gibt aber die linke Kante der rechten Steuernut 25' des Steuerschiebers 3 die innere der rechten benachbarten Steuerbohrungen 28' frei, so daß auch bei beginnender Bewegungsumkehr des Druckwandlerkolbens 2 noch genug Zeit verblieb, damit der Steuerschieber 3 die rechte Endstellung erreichen konnte, bevor der sich nach links bewegende Druckwandierkolben 2 erst die rechte und dann die linke der beiden benachbarten Steuerbohrungen 28' wieder verschließt. Das sichere Verbleiben des Steuerschiebers 3 in seiner rechten Endstellung bewirkt die sich aus der unterschiedlichen Schulterhöhe der Überströmnut 34 ergebende Flächendifferenz zwischen innerer höherer und äußerer niedrigerer Schulter. In der gezeichneten Stellung wirkt somit in der linken Überströmnut 34 eine nach rechts gerichtete Kraft, die den Steuerschieber 3 in seiner rechten Endstellung festhält.

Die Verstellung des Steuerschiebers 3 von der rechten in die linke Endstellung ist nur möglich, wenn außer dem schon beschriebenen Zufluß eines Steuerölstromes in die rechte axiale Bohrung 26' gleichzeitig des zwischen linkem Deckel 11 und linker Stirnseite des Steuerschiebers 3 befindliche Öl abfließen kann. Dies wird möglich, weil die linke äußere Steuernut 33 am Druckwandlerkolben 2 die benachbarten Steuerbohrungen 28 mit der linken Steuerbohrung 29, die zur Ablaufbohrung 20 führt, verbindet.

Wenn sich nach seiner Umsteuerung der Druckwandlerkolben 2 nach links bewegt, so gibt es Zwischenstellungen, in denen er die benachbarten Steuerbohrungen 28,28' einmal mit der Steuerbohrung 30 (Zulauf) und auch mit den Steuerbohrungen 29,29' (Ablauf) verbindet. In den Zwischenstellungen geschieht dies jedoch nicht gleichzeitig, so daß keine Umsteuerung des Steuerschiebers 3 erfolgt. Die gleichzeitige Freigabe erfolgt nur in den Endstellungen, so daß einerseits der volle Kolbenhub des Druckwandlerkolbens 2 und andererseits dessen sichere Umsteuerung in den Endstellungen gewährleistet sind. Durch die beschriebene Ansteuerung des Steuerschiebers 3 durch den Druckwandlerkolben 2 wird letzterer abwechselnd auf einer Seite mit Zulaufdruck beaufschlagt und auf der anderen Seite durch den Ablauf entlastet. In der gezeichneten Stellung hat der Hochdruckkolben 5, dessen linke Stirnfläche zugleich Ventilsitz ist, noch vom Druckstück 9 abgehoben. Es strömt noch etwas Drucköl aus dem linken Niederdruckarbeitsraum 22 in den Hochdruckarbeitsraum 35. Das Rückschlagventil 4 hat geschlossen.

Aus dem Hochdruckarbeitsraum 36 wird noch eine geringfügige Menge Hochdrucköl über das Auslaßventil 13 ausgeschoben. Bei Bewegungsumkehr schließt der als Ansaugventil fungierende Hochdruckkolben 5. Diese Schließwirkung wird noch durch die Feder 37 unterstützt. Durch den nach links gehenden Druckwandlerkolben 2 wird Öl aus dem Hochdruckarbeitsraum 35 über das Rückschlagventil 4 in den Hochdruckarbeitsraum 36 geschoben. Da sich die Querschnitte der Hochdruckkolben 5,6 wie 2:1 verhalten, verhalten sich deren Hubvolumen ebenso. Deshalb wird, ganz gleich, ob sich der Druckwandlerkolben 2 von links nach rechts oder umgekehrt bewegt, immer das gleiche Volumen über das Auslaßventil 13 ausgeschoben.

Claims (3)

1. Doppeltwirkender, in den Endlagen selbsttätig umsteuernder Druckwandler, bestehend aus einem Gehäuse, in dem ein Druckwandlerkolben gleitet, der am Außendurchmesser flache Steuernuten besitzt und der die Bohrung, in der er gleitet, in zwei Niederdruckarbeitsräume teilt und der zwei zylindrische Bohrungen aufweist, die zusammen mit zwei Hochdruckkolben, deren Querschnitte sich wie 2:1 verhalten, zwei Hochdruckarbeitsräume bilden, die über ein zum kleineren Hochdruckarbeitsraum hin öffnendes Rückschlagventil miteinander verbunden sind, mit einem parallel zum Druckwandlerkolben im Gehäuse angeordneten Steuerschieber, wobei die Bohrung für den Steuerschieber auf beiden Seiten Überströmnuten besitzt, wovon die beiden äußeren Überströmnuten durch je eine Bohrung mit einer parallel neben der Bohrung für den Steuerschieber angeordneten Ablaufbohrung und die beiden inneren Überströmnuten durch je eine Bohrung mit einer parallel neben der Bohrung für den Steuerschieber angeordneten Zulaufbohrung verbunden sind und wobei die Bohrung für den Druckwandlerkolben in der Mitte durch eine Steuerbohrung mit der Zulaufbohrung und in seitlichem Abstand dazu durch zwei Steuerbohrungen mit der Ablaufbohrung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (3) im mittleren Bereich zwei flache Steuernuten (25,25'), die über Querbohrungen und zwei axiale Bohrungen (26, 26') in die Stirnflächen des Steuerschiebers (3) münden, und auf beiden Seiten eine breite und tiefe Überstromnut (34,34') besitzt, daß die Bohrung für den Steuerschieber (3) auf beiden Seiten zwischen den äußeren und den inneren Überströmnuten (18,18'; 16,16') jeweils eine mittlere Überströmnut (17,17') besitzt, die durch je zwei Bohrungen (21,2T) mit den Niederdruckarbeitsräumen (22,22') des Druckwandlerkolbens (2) verbunden sind, daß sich zwischen den seitlichen Steuerbohrungen (29, 29') und der mittleren Steuerbohrung (30) jeweils zwei eng benachbarte Steuerbohrungen (28,28') befinden, die die Bohrung des Druckwandlerkol bens (2) mit der Bohrung des Steuerschiebers (3) verbinden, daß innere Steuernuten (32,32') des Druckwandlerkolbens (2) etwas breiter gehalten sind als äußere Steuernuten (33,33') und so angeordnet sind, daß in der rechten Endstellung des Druckwandlerkolbens (2) die äußere linke Steuernut (33) mindestens eine der beiden eng benachbarten linken Steuerbohrungen (28) mit der in die Ablaufbohrung (20) führenden linken Steuerbohrung (29) verbindet, während andererseits die innere linke Steuernut (32) die mit der Zulaufbohrung (24) verbundene Steuerbohrung (30) mit den beiden eng benachbarten rechten Steuerbohrungen (28') verbindet, und daß in der linken Endstellung des Druckwandlerkolbens (2) die äußere rechte Steuemut (33') mindestens eine der beiden eng benachbarten rechten Steuerbohrungen (28') mit der in die Ablaufbohrung (20) führenden rechten Steuerbohrung (29') verbindet, während andererseits die innere rechte Steuernut (32') die mit der Zulaufbohrung (24) verbundene Steuerbohrung (30) mit den beiden eng benachbarten linken Steuerbohrungen (28) verbindet, daß die Breite des Steges zwischen den beiden Steuernuten (25,25') des Steuerschiebers (3) so bemessen ist, daß in der rechten Endstellung des Steuerschiebers (3) die rechte innere Steuerbohrung (28') der eng benachbarten Steuerbohrungen (28,28') durch den Steg abgedeckt bzw. nur die rechte äußere Steuerbohrung (28') frei ist, während in der linken Endstellung des Steuerschiebers (3) die linke innere Steuerbohrung (28) der eng benachbarten Steuerbohrungen (28,28') durch den Steg abgedeckt bzw. nur die linke äußere Steuerbohrung (28) frei ist, und daß die Durchmesser zweier Bunde (27, 27') an den Enden des Steuerschiebers (3) geringer als der des Mittelstückes, somit die äußeren Schultern der Überströmnuten (34,34') des Steuerschiebers (3) flacher sind als die inneren Schultern.

2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (1) und den äußeren Bunden (27, 27') des Steuerschiebers

(3) Buchsen (10,10') eingeschoben sind mit radialen Bohrungen, deren Wandungsabstand gleich der Breite des Steges zwischen den Überströmnuten (17,18; 17', 18') ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen doppeltwirkenden Druckwandler mit einem Druckwandlerkolben, der in seinen beiden Endlagen selbständig umsteuert.