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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an Fluidverteilervorrichtungen,
insbesondere für
hydraulische Fernsteuerung, wie etwa den als „hydraulische Manipulatoren" bekannten, die wenigstens
einen in einem Körper
montierten Druckminderer und ein Steuerorgan umfassen, das in der
Lage ist, die Einstellung des Druckminderers zu verändern, wobei
der Druckminderer einen Tauchkolben umfasst, der durch das Steuerorgan
in einem Hohlraum des Körpers
verschiebbar ist, der einerseits eine mit einer Rückleitung
des Hydraulikfluids T verbundene und eine Einstellfeder des Druckminderers und
eine Rückstellfeder
des Tauchkolbens enthaltende Aussparung und andererseits eine Bohrung
aufweist, die axial der Aussparung gegenüberliegend mit einer Ausgangskammer
des Fernsteuerungsfluids und seitlich mit einer Kammer kommuniziert,
die mit von einer Druckfluidquelle kommendem Druckfluid P versorgt
ist, wobei die Bohrung einen aktiven Bereich des Tauchkolbens aufnimmt,
durch den ein Kanal mit einer in die Ausgangskammer mündenden axialen Öffnung und
einer seitlichen Öffnung
verläuft, die
in der Lage ist, selektiv mit der Aussparung oder der Versorgungskammer
in Verbindung gebracht zu werden, um die Druckreduzierungsfunktion
des Fernsteuerungsfluids bei der Verschiebung des Tauchkolbens in
der Bohrung wahrzunehmen.
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Eine
solche Vorrichtung ist z.B. in den Dokumenten FR 2 376 978 oder
FR 2 507 732 beschrieben.
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Eine
bekannte Vorrichtung, die im Teilschnitt in 1 der beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist, umfasst einen Körper
(der durch Verbindung mehrerer Teile gebildet sein kann, um die
Anbringung der inneren Komponenten zu erleichtern), in dem wenigstens
ein Druckminderer für
Fluid 2 untergebracht ist. Dieser Druckminderer umfasst
einen Tauchkolben 3, der in der Lage ist, sich in einem
in dem Körper 1 gebildeten
Hohlraum 4 zu bewegen. Dieser Hohlraum 4 umfasst
einerseits eine verbreiterte Aussparung 5, die an einen
Rücklaufkanal
zum Reservoir (T) angeschlossen ist und in dem eine Einstellfeder
(6) angeordnet ist, die zwischen einer Schulter 7 des Tauchkolbens
und einem in der Aussparung 5 in der Nähe des freien Endes des Tauchkolbens
beweglichen Teller 8 anliegt, und andererseits eine Bohrung 9,
in welcher ein aktiver Bereich 10 des Tauchkolbens verschoben
werden kann, um die Funktion der Minderung des Drucks (P) des Fluids
zu gewährleisten, welches
von einer Quelle durch eine (nicht sichtbare) an die Bohrung 9 angeschlossene
Eingangsöffnung über eine
radial in diese mündende
Kammer 12 zugeführt
wird, während
die Bohrung 9 unten in eine Ausgangskammer 13 des
Fernsteuerungsfluids (D) mündet.
Der aktive Bereich oder Kolben 10 des Tauchkolbens weist
einen inneren axialen Kanal 22 auf, der an der Basis des
Kolbens 10 in die Ausgangskammer 13 mündet und
oben durch einen radialen Durchbruch 23 abschließt, der
in seitlicher Richtung mündet.
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Der
Tauchkolben 3 umfasst ferner einen Schaftabschnitt 14,
der sich über
dem aktiven Bereich 10 befindet und sich im Wesentlichen
in dem Hohlraum 5 erstreckt und dabei koaxial von der Einstellfeder 6 umgeben
ist; dieser Schaftabschnitt 14 durchquert den Tiegel 8 und
schließt
mit einem verbreiterten Kopf 15 ab, welcher eine Schulter 16 zum Rückhalten
des Tiegels definiert.
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Eine
zum Schaft 14 koaxiale Rückstellfeder 17 ist
zwischen dem Teller 8 und einer in dem Körper 1 definierten
Schulter angeordnet, um den Teller nach oben, d.h. zu seiner eine
Minimaleinstellung definierenden Position, zurückzudrängen.
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Über dem
Teller 8 befindet sich ein Schieber 18, der in
einer Bohrung des Körpers
frei gleitbeweglich ist und teilweise über den Körper vorsteht, um mit einem
Nocken 19 in Kontakt zu kommen, der unter der Einwirkung
eines Betätigungsorgans
wie etwa eines Handgriffs 21 in der Lage ist, um eine Achse
zu schwenken.
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Die
Funktionsweise dieser Vorrichtung ist bekannt, und für zusätzliche
Angaben kann z.B. auf die zitierten Dokumente FR 2 376 978 oder
FR 2 507 732 zurückgegriffen
werden.
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Eine
solche Fernsteuerungsvorrichtung ist hinsichtlich ihrer technischen
Funktionsweise vollauf befriedigend und in verbreitetem Gebrauch.
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Um
jedoch diversen Anforderungen der Praxis besser zu entsprechen,
hat es sich als wünschenswert
erwiesen, an dieser bekannten Vorrichtung Verbesserungen vorzunehmen,
die geeignet sind, die Reaktionsgeschwindigkeit im Regelbetrieb zu
verbessern und die Bearbeitung des Körpers oder der Bestandteile
des Körpers
zu vereinfachen, um eine Verringerung der Fertigungskosten zu erzielen.
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Zu
diesem Zweck ist eine Fluidverteilervorrichtung, insbesondere für hydraulische
Fernsteuerung, wie im Oberbegriff erwähnt, erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass der aktive Bereich des Tauchkolbens wenigstens
ein Abschnitt seiner Peripherie aufweist, der auf wenigstens einem
Winkelsektor einen verminderten Radius hat und eine ausreichende
axiale Länge
hat, damit, wenn der Tauchkolben aus seiner Ruheposition verschoben ist,
ein Durchgang zwischen der das Versorgungsfluid (P) aufnehmenden
Kammer und der das Ausgangsfluid (D) aufnehmenden Kammer über das durch
den Abschnitt mit vermindertem Radius definierte Intervall und die
Bohrung hergestellt wird, nachdem die radiale Öffnung des Kanals innerhalb des
Tauchkolbens durch die Wand der Bohrung verschlossen worden ist.
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Bei
einer möglichen
Ausgestaltung ist der Abschnitt mit vermindertem Radius des aktiven
Bereichs des Tauchkolbens ringförmig
und koaxial zum aktiven Bereich des Tauchkolbens.
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Bei
einer anderen möglichen
Ausgestaltung ist der Abschnitt mit vermindertem Radius des aktiven
Bereichs des Tauchkolbens ein einziger Abschnitt.
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Um
die Erzielung eines insgesamt ausreichenden Querschnitts für das Strömen des
Fluids zu gewährleisten,
sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung mehrere Abschnitte mit
vermindertem Radius an der Peripherie des aktiven Bereichs des Tauchkolbens
vorgesehen; insbesondere sind diese Abschnitte mit vermindertem
Radius symmetrisch angeordnet und insbesondere zwei an der Zahl,
wobei die Abschnitte diametral gegenüberliegen, oder vorzugsweise
vier an der Zahl, die sich paarweise diametral gegenüberliegen.
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Bei
einer aufgrund der Einfachheit der erforderlichen Bearbeitungen
bevorzugten Ausgestaltung ist jeder der Abschnitte mit vermindertem
Radius eine Abflachung.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Vorkehrungen
ist die Betriebsweise der Vorrichtung wie folgt:
- – in neutraler
Funktion (Schieber nicht eingedrückt
und Tauchkolben durch die Rückstellfeder nach
oben rückgestellt)
mündet
die obere radiale Öffnung
des Kanals des Tauchkolbens in die besagte Aussparung, und der Kanal
etabliert eine Verbindung zwischen der Ausgangskammer und der Aussparung:
das Fluid strömt
dann von der Ausgangskammer (D) zum Reservoir (T);
- – wenn
der Schieber etwas eingedrückt
ist, ist der Tauchkolben in der Bohrung abwärts bewegt; die radiale Öffnung des
Kanals ist durch die Wand der Bohrung verschlossen, wodurch jede
Möglichkeit des
Strömens
von Fluid durch diesen Kanal unterbrochen ist; dann überlappt
der Abschnitt mit vermindertem Radius des aktiven Bereichs des Tauchkolbens
die zwischen Ausgangskammer und Versorgungskammer liegende Wand
der Bohrung: das Hydraulikfluid fließt dann zwischen dem Tauchkolben
und der Wand der Bohrung von der Versorgungskammer zur Ausgangskammer;
- – wenn
schließlich
der Tauchkolben ans Ende des Weges verschoben ist, mündet die
radiale Öffnung
des Kanals des Tauchkolbens in die Versorgungskammer, und das Fluid
strömt
von der Versorgungskammer zur Ausgangskammer, wobei es gleichzeitig
den Kanal und das Intervall zwischen dem Tauchkolben und der Wand
der Bohrung durchströmt.
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Diese
Anordnung bewirkt also selektiv zwei verschiedene Kreise für den Fluss
des Fluids, einerseits am Umfang des Tauchkolbens mit einem vergrößerten Durchgangsquerschnitt
für das
Strömen des
Fluids von der Versorgungskammer zur Ausgangskammer (Regelung) und
andererseits axial durch den zentralen Kanal des Tauchkolbens für die Strömung des
Fluids in Gegenrichtung von der Ausgangskammer zum Reservoir.
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Die
so erreichte Steigerung des Durchgangsquerschnitts für das Fluid
im Laufe der Regelungsfunktionsphase führt zu einer deutlichen Verbesserung
der Reaktionszeit der Vorrichtung, einschließlich der Möglichkeit einer deutlichen
Verringerung oder gar des Verschwindens des Strömungsgeräusches des Fluids.
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Schließlich kann
daraus eine signifikante Vereinfachung der Herstellung des Körpers resultieren:
Man kann zum Bilden der Versorgungskammer eine einfache Senkung
mit flachem Boden kon zentrisch zur Öffnung der Ausgangskammer anstelle
der bisher notwendigen Fräsung
vorsehen.
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Die
Erfindung ist besser zu verstehen anhand der Lektüre der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung von bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen,
die lediglich als nicht einschränkende
Beispiele angegeben werden. In dieser Beschreibung wird Bezug genommen
auf die beigefügten
Zeichnungen, von denen:
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2 bis 4 Teilansichten
von der Seite und im Schnitt analog zu denen der 1 sind,
die erfindungsgemäßen Vorkehrungen
jeweils in den drei verschiedenen Funktionspositionen veranschaulichen;
und
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die 5 bis 10 Querschnittansichten sind,
die jeweils verschiedene im Rahmen der Erfindung mögliche Konfigurationen
des Tauchkolbens veranschaulichen.
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Bezogen
nun auf 2 ist ein Teil einer Fluidverteilervorrichtung
gezeigt, deren Gesamtkonzeption analog (allerdings nicht in allen
Details identisch) zu der der in 1 gezeigten
bekannten Vorrichtung ist.
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In
der Vorrichtung der 2 (in der gleiche Bezugszeichen
zum Bezeichnen von Organen oder Organteilen verwendet werden, die
zu denen der 1 analog sind) umfasst der aktive
Bereich 10 des Tauchkolbens 3 wenigstens einen
Abschnitt 24 seiner Peripherie, der auf wenigstens einem
Winkelsektor einen verminderten Radius hat und eine ausreichende
axiale Länge
hat, damit, wenn der Tauchkolben aus seiner Ruheposition verschoben
wird, ein Durchgang zwischen der das Versorgungsfluid P empfangenden
Kammer 12 und der das Ausgangsfluid D empfangenen Kammer 13 über das
durch den Abschnitt 24 mit vermindertem Radius und die
Bohrung 9 definierte Intervall hergestellt wird, sobald
die radiale Öffnung 23 des
inneren Kanals 22 des Tauchkolbens durch die Wand der Bohrung 9 verschlossen wird.
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Mit
anderen Worten, ist der Abschnitt mit vermindertem Radius des aktiven
Bereichs des Tauchkolbens axial eingefasst von zwei Zonen, die den Nenndurchmesser
des aktiven Bereichs haben, nämlich
die Endzone 10a des Tauchkolbens und die Zone 10b,
die die radiale Öffnung
oder Öffnungen 23 des inneren
Kanals 22 enthält.
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Die
Funktionsweise der wie beschrieben aufgebauten Vorrichtung ist in
den 2 bis 4 veranschaulicht.
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In 2 ist
die Vorrichtung in neutraler oder Ruheposition, wobei der Nocken 19 koaxial
zur Achse 25 der Vorrichtung angeordnet ist. Der Schieber 18 ist
in vorspringende Position (hohe Position) durch die Rückstellfeder 17 rückgestellt,
und hält,
da der Schieber 18 mit dem Kopf 15 des Tauchkolbens 3 zusammenwirkt,
diesen Tauchkolben in der in 2 gezeigten
neutralen Position, in der die seitliche Öffnung 23 des inneren
Kanals 22 sich ganz oder teilweise zur Aussparung 5 öffnet.
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In
dieser Position durchläuft
das von dem gesteuerten Organ (z.B. einem hydraulischen Verteiler) – Kammer 13 – kommende
Fluid D den Kanal 22, und erreicht durch die seitliche Öffnung 23 die
Aussparung 5, um schließlich zum Reservoir (Rücklauf T)
zu fließen.
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Zur
gleichen Zeit ist der Endbereich 10a des Tauchkolbens in
der Bohrung 9 im Eingriff und trennt die Kammern 12 und 13 voneinander.
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Wenn
man beginnt, den Nocken 13 zu kippen und so den Schieber 18 einzudrücken (3), gleitet
der Tauchkolben 3 in der Bohrung 9, so dass die
radiale Öffnung 23 des
inneren Kanals 22 von der Bohrung 9 verschlossen
wird.
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Unmittelbar
danach, wenn sich der Endbereich 10a des Tauchkolbens aus
der Bohrung 9 gelöst
hat, definieren der Abschnitt 24 mit vermindertem Radius
des aktiven Bereichs 10 des Tauchkolbens und die Bohrung 9 zwischen
sich einen Durchgang 26, der eine Verbindung zwischen der
Kammer 12 und der Kammer 13 herstellt. Das Druckfluid
P kann so beginnen, in Richtung Ausgang D (Kammer 13) zu fließen.
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Wenn
der Tauchkolben weiter verschoben wird, öffnet sich die radiale Öffnung 23 zunächst teilweise,
dann, am Ende des Weges des Tauchkolbens vollständig, zur Kammer 12 (4).
Das Druckfluid P fließt
dann zum Ausgang D einerseits durch den oben erwähnten Durchgang 26,
der offen bleibt, und andererseits durch den Kanal 22.
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Unterschiedliche
Ausgestaltungen sind denkbar, um den Abschnitt 24 mit vermindertem
Radius des aktiven Bereichs des Tauchkolbens 10 zu schaffen.
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Eine
Lösung
kann darin beruhen, diesen Abschnitt 24 in Ringform zu
realisieren, so dass der aktive Bereich des Tauchkolbens in dieser
Zone rotationsförmig
mit einem kleineren Radius als die zwei einfassenden Zonen 10a und 10b ist
(5). Diese Lösung,
die zwar im Hinblick auf das Ausreichen des so definierten ringförmigen Durchgangsquerschnitts 26 interessant
ist, führt
allerdings zu einer unzureichenden Führung des Tauchkolbens in der
Bohrung 9 (nur der zwischen der Kammer 12 und
der Aussparung 5 liegende Teil der Bohrung gewährleistet
die Führung
des Tauchkolbens, wenn der Endbereich 10a aus der Bohrung
austritt).
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In
der Praxis wird man daher eher eine Anordnung bevorzugen, die zum
Aufrechterhalten der Führung
des Tauchkolbens in dessen Bereich mit vermindertem Radius führt; mit
anderen Worten gibt man dem Tauchkolben einen verringerten Radius
nur in einem bestimmten Winkelsektor desselben oder in bestimmten
Winkelsektoren desselben, die in Umfangsrichtung verteilt sind.
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Die
Verringerung des Radius kann realisiert werden in Form einer Oberfläche mit
abweichendem Krümmungsradius
und/oder Krümmungsmittelpunkt, wie
in 6 dargestellt, was zu einem sichelförmigen Durchgang 26 führt.
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In
der Praxis ist es einfacher und damit weniger kostspielig, diesen
Abschnitt 24 in Form einer Abflachung zu realisieren, wie
in 7 gezeigt.
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Um
einen ausreichenden Durchgangsquerschnitt für das Fluid zu bewahren und
dabei befriedigende Führungsbedingungen
für den
Tauchkolben aufrechtzuerhalten, kann man mehrere Regionen mit vermindertem
Radius bilden, die auf dem Umfang des aktiven Bereichs des Tauchkolbens
verteilt, vorzugsweise äquidistant
sind. So kann man zwei diametral gegenüberliegende Abflachungen (8) oder
drei um 120° winkelversetzte
Abflachungen (9) schaffen. Vorzugsweise wird
auf eine Anordnung mit vier Abflachungen (10) zurückgegriffen, die
die Vorteile eines großen
Gesamtquerschnitts für das
Strömen
des Fluids und von symmetrisch verteilten Führungsoberflächen in
ausreichender Zahl aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
führt zum dem
vorteilhaften Ergebnis, dass zwei verschiedene Kreise für die Zirkulation
des Fluids geschaffen werden, nämlich
ein Kreis, der die Verbindung zwischen den Kammern 12 (Druckversorgung
P) und 13 (Ausgang D) über
den Durchgang 26 und den Kanal 22 sicherstellt,
und ein Kreis, der die Verbindung zwischen der Kammer 13 (Aus gang
D) und der Aussparung 5 (Rücklauf zum Reservoir T) sicherstellt.
Daraus ergibt sich, dass in Folge der erfindungsgemäßen Vorkehrungen
der dem Fluid gebotene Durchgangsquerschnitt im Vergleich zu herkömmlichen
Vorrichtungen, bei denen nur der innere Kanal die Fluidverbindung
gewährleistete,
deutlich vergrößert ist.
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Außerdem kann
die Bearbeitung des Körpers 1 deutlich
vereinfacht und damit sein Herstellungspreis verringert werden,
weil es zum Bilden der Einlasskammer 12 des Druckfluids
P nicht notwendig ist, das Innere der entsprechenden Nut zu bearbeiten,
sondern eine einfache Senkung mit flachem Boden konzentrisch zur
Ausgangskammer 13 gebildet werden kann.