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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Vorrichtung
umfassend: ein Ventilgehäuse
mit einem beweglichen Ventilkörper,
der innerhalb des Ventilgehäuses
angeordnet ist, mindestens eine Hydraulikkammer (115),
die innerhalb des Ventilgehäuses
bereitgestellt ist und mindestens einen Steuermechanismus zur Steuerung
des beweglichen Ventilkörpers,
wobei das Ventilgehäuse
eine Vielzahl kombinierter Elemente umfasst, wobei mindestens zwei
der Elemente koaxial zueinander angeordnet sind, so dass ein ringförmiger Raum
zwischen den zwei Teilen gebildet wird; der Ventilkörper ist
im Wesentlichen hülsenförmig und
innerhalb des ringförmigen
Raums im Ventilgehäuse
angeordnet; und der Ventilkörper
ist mit einer Vielzahl von Durchlässen versehen, um einen Fluss
von Hydraulikflüssigkeit
in radialer Richtung durch den Ventilkörper zu ermöglichen.
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Stand der Technik
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In
vielen bekannten Anwendungen besteht ein Bedarf, eine schnelle Stoßbewegung
durchzuführen
und/oder eine gesteuerte Bewegung durchzuführen, während starke Kräfte übertragen
werden sollen, wobei häufig
eine Art Hydraulikvorrichtung bevorzugt ist (wobei hydraulische
Kraftübertragung
verwendet wird). Gemäß dem Stand
der Technik werden derartige hydraulische Vorrichtungen durch ein
Servoventil gesteuert/eingestellt, das für große Öldurchflüsse bei hohen Drücken geeignet
ist, was dazu führt,
dass das Ventil sehr teuer ist. Des Weiteren bildet es in einer Entfernung
von der hydraulischen Vorrichtung eine eigene Einheit. Häufig kommen
Servoventile mit großen
Außenabmessungen
in Betracht, die daher sehr sperrig sind und ein Gewicht von hunderten
Kilo aufweisen können.
Des Weiteren muss oft ein Hydraulikschlauch zwischen dem Servoventil
und der hydraulischen Vorrichtung verwendet werden, der als solches
ein erhöhtes
Beschädigungsrisiko
einschließt. Die
hohen Drücke,
die großen Öldurchflüsse und
die Kompressibilität
der Hydraulikschläuche
bedeuten ebenso, dass es schwierig sein wird, die hohen Anforderungen
an Schnelligkeit und Genauigkeit zu erfüllen. Außerdem benötigen derartige Servoventile eine
vergleichsweise hohe Einstellzeit bzw. Umstellungszeit, häufig bis
zu 100 ms, was in vielen Anwendungen ungenügend ist.
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Eine
Anwendung, in der lange Umstellungszeiten ungenügend sind, sind Stoßpressen.
Stoßpressen
sind bereits bekannt durch z. B.
US 3,965,799 ,
US 4,028,995 und
US 4,635,531 , die Anordnungen
mit schnellen Umstellungen zeigen, aber in denen der Hydraulikkolben
ein Teil der Ventilfunktion ist. Folglich kann die Funktion des
Hydraulikkolbens nicht nach Belieben gesteuert werden, sondern die
Funktion des Hydraulikkolbens ist mit der Position des Hydraulikventils
innerhalb des Ventilgehäuses verbunden.
Gemäß dem Gebiet
der Anwendungen sind diese Vorrichtungen demnach auf reversierende Maschinen
beschränkt,
hauptsächlich
auf Hammer, die sich schnell zwischen zwei Positionen ohne irgendeine
Möglichkeit
der Steuerung dazwischen bewegen.
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Diese
bekannte Art von Stoßpressen
ist nicht zum Umformen unter Verwendung hoher kinetischer Energie
geeignet, was eine Art Materialbehandlung ist, wie z. B. Schneiden
und Stanzen, Umformen von Metallkomponenten, Pulververdichtung und ähnliche Arbeitsvorgänge, bei
denen der Initialstoß bzw.
der erste Stoß entscheidend
ist, und da die Geschwindigkeit des Presskolbens ungefähr 100 mal
oder mehr größer sein
kann, als in herkömmlichen
Pressen. Diese Tatsache stellt sehr große Anforderungen an die Ventilanordnung,
da es möglich
sein muss, extrem schnelle Anpassungen von großen Durchflüssen durchzuführen, während hohe
Drücke
in dem Hydrauliksystem herrschen, um in der Lage zu sein, starke
Kräfte
passend hervorzubringen. Das Arbeitsprinzip basiert auf der Erzeugung
von kurzzeitiger aber sehr hoher kinetischer Energie. Es ist nicht
unüblich,
dass die Kraft bei der Beschleunigung des Stoßkolbens mindestens 20 bis
30 KN in einer mittelgroßen
Stoßpresse
umfasst. Um in der Lage zu sein, eine derartige Maschine zu vermarkten,
ist es notwendig in der Lage zu sein, eine robuste Konstruktion anzubieten,
und gleichzeitig ist es erwünscht,
in der Lage zu sein, eine Ventilanordnung anzubieten, die günstiger
ist und die weniger Platz benötigt.
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Eine
Bedingung zum Erreichen einer derartigen Ventilfunktion ist die
Bereitstellung eines hülsenförmigen Ventilkörpers zwischen
zwei koaxialen Teilen des Ventilgehäuses, der daher einen ringförmigen Raum
bildet, in der der hülsenförmige Ventilkörper bereitgestellt
ist. In der Tat ist dieses Prinzip schon durch
US 4,559,863 bekannt, aber die Veröffentlichung
bezieht sich auf einen Prägehammer,
bei dem die Hydraulik grundsätzlich
nur zum Heben des Hammers verwendet wird. Der einzige Druck, der den
Hammer nach unten treibt, ist ein Restdruck bzw. verbleibender Druck,
der in einem Niederdruckakkumulator nach einer schnellen Rückführung angesammelt
ist. In einer derartigen Vorrichtung führt die Gravitation, und nicht
die Hydraulik den wesentlichen Arbeitsvorgang in Verbindung mit
dem Stoß aus.
Daher ist eine derartige Konstruktion nicht zum Bilden und Verwenden
von hoher kinetischer Energie geeignet, worin extrem hohe Beschleunigungen
notwendig sind. Ein anderer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist,
dass sie keine schnellen Anpassungen bzw. Einstellungen ermöglicht.
Des Weiteren ermöglicht
sie es nicht, den Arbeitsvorgang des hydraulischen Kolbens unabhängig von
der Position des hydraulischen Kolbens zu steuern. Des Weiteren
ist die bekannte Vorrichtung bezüglich
der radial wirkenden Kräfte nicht
symmetrisch bzw. ausgeglichen, was unaufhaltsam zu Problemen führt, wenn
extrem hohe Hydraulikdrücke
angelegt werden.
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Es
ist zu beachten, dass die zuvor erwähnte Anwendung nur eine aus
vielen Anwendungsbereichen ist, in dem Spielraum für wichtige
Verbesserungen bezüglich
der Ventilanordnung und seiner Arbeitsweise besteht. Daher ist es
offenkundig, dass der Probleme, die in Verbindung mit Stoßpressen
erkannt wurden, auch in vielen anderen Arbeitsgebieten anzutreffen
sind, wobei es ebenso wichtig ist, eine Lösung der Probleme, oder zumindest
einiger der erkannten Probleme, zu finden. Ein Beispiel für eines
solchen anderen Gebiets sind hydraulische Einstellmittel, die, gemäß der zuvor
beschriebenen Servoventilanordnung, heutzutage oft eine teure und/oder
zu sperrige Lösung,
und/oder eine zu langsam arbeitende Vorrichtung sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor erwähnten Probleme zu eliminieren
oder zumindest zu minimieren, was durch eine hydraulische Vorrichtung
gemäß der obigen
Beschreibung erreicht wird, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Ventilkörper
innerhalb des Ventilgehäuses
derart platziert ist, dass es im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, bezüglich der
in radialer Richtung wirkenden hydraulischen Kräfte ausgeglichen ist, dass
der Ventilkörper
in der Nähe
der Durchlässe
mit zusammenwirkenden Randlinienteilen bzw. Randabschnitten bzw. Kantenabschnitten
sowohl an der inneren als auch an der äußeren Oberfläche des
Ventilkörpers
versehen sind, wobei Randlinienteile mit Randlinienteilen und Kanälen zusammenwirken,
die innerhalb des Ventilgehäuses
platziert sind, so dass es der Hydraulikflüssigkeit möglich ist, von jedem dieser
Kanäle und
darüber
hinaus und zwischen jedem Randlinienteil zu fließen, wenn der Ventilkörper in
dem Ventilgehäuse
positioniert ist, um einen Flüssigkeitsfluss
zur Hydraulikkammer hin und von ihr weg zu ermöglichen und dass die Randlinienteile
in einer zweiten Position des Ventilkörpers auf abdichtende Weise
zusammenwirken, so dass die Hydraulikflüssigkeit nicht zur oder von
der Hydraulikkammer weg fließen
kann.
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Dank
der Lösung
gemäß der Erfindung
werden sehr kurze Fließpassagen
erreicht, die extrem schnelle Prozesse ermöglichen. Des Weiteren ist es gemäß der Erfindung
ebenso möglich,
den hydraulischen Kolben unabhängig
von der Position des hydraulischen Kolbens zu steuern. In diesem
Zusammenhang ist es ein Vorteil, dass der Ventilkörper wie ein
hülsenförmiges Mittel
gebildet ist, weil große Fließdurchlässe mit
vergleichsweise kleinen Bewegungen erreicht werden können.
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Es
wird dank der Erfindung erreicht, dass eine Lösung mit all den erreichten
Vorteilen, in vielen verschiedenen Anwendungen verwendet werden kann.
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Gemäß weiteren
möglichen
Aspekten der Erfindung:
das Randlinienteil des Ventilkörpers ist
ein integrierter Bestandteil von mindestens einem der Durchlässe
- – der
Ventilkörper
ist im Wesentlichen symmetrisch geformt bezüglich einer Ebene, die zentral durch
den Ventilkörper
verläuft;
- – die
maximal nötige
Bewegung des Ventilkörpers im
Ventilgehäuse,
um den Ventilkörper
von einer geschlossenen zu einer offenen Position zu bewegen, liegt
zwischen 0,1 und 3% des Außendurchmessers
der Hülse,
vorzugsweise unter 2% und mehr bevorzugt unter 1%;
- – die
Bewegung des Ventilkörpers
zwischen der geschlossenen und der offenen Position wird zumindest
im Wesentlichen in axialer Richtung bezüglich des Hydraulikkolbens
durchgeführt;
- – die
Umstellungszeit des Ventilkörpers
von einer Endposition zu der anderen Endposition liegt unter 10
ms, vorzugsweise unter 5 ms.
- – der
Hydraulikkolben ist mit mindestens zwei ringfömigen Kraftübertragungsflächen versehen, die
einander gegenüberliegen,
wobei die obere ringförmige
Fläche
vorzugsweise größer ist
als die andere;
- – der
hydraulische Kolben umfasst drei koaxiale integrierte Einheiten
mit verschiedenen Außendurchmessern,
wobei der mittlere Teil mit dem größten Durchmesser versehen ist;
- – mindestens
ein Steuermechanismus wird auf hydraulische Weise betätigt;
- – der
Steuermechanismus umfasst Mittel, die bereitgestellt sind, um im
Stande zu sein, den Ventilkörper
zu bewegen, wobei die Mittel in den Durchlässen in dem Ventilgehäuse bewegbar
sind, wobei die Durchlässe
im Wesentlichen der Gestalt dieser Mittel entsprechen, und dass
diese Durchlässe
mit einem ringförmigen
Kanal in Verbindung stehen, der vorgesehen ist, durch Hydrauliköl unter
Druck gesetzt zu werden;
- – die
Mittel weisen eine kreisförmige, äußere Mantelfläche auf,
und diese Durchlässe
bestehen aus kreisförmigen
Löchern,
die sich in axialer Richtung erstrecken;
- – der
Steuermechanismus wird auf magnetische Weise betätigt;
- – der
Steuermechanismus umfasst mindestens einen ferromagnetischen Teil,
der am Ventilkörper bereitgestellt
ist, und mindestens ein Elektromagnet ist am Ventilgehäuse bereitgestellt;
- – der
Elektromagnet wird durch Hydrauliköl gekühlt;
- – das
Ventilgehäuse
ist mit Druckverbindung und einer Tankverbindung in einer oder mehreren
Seitenwänden
versehen;
- – die
Vorrichtung ist Teil von Stoß/Druck-Mitteln, die
schnelle Stöße ausführen und
starke Kräfte übertragen
sollen, wobei der Ventilkörper
einen Minimaldurchmesser zwischen 3 und 500 mm, vorzugsweise über 50 mm
und weiter bevorzugt über
80 mm aufweist;
- – mindestens
eines der Randlinienteile ist mit symmetrisch angeordneten Aussparungen
versehen, die bei kleiner Bewegung des Ventilkörpers aus seiner geschlossenen
Position das Auftreten eines kleinen Durchflusses in radialer Richtung durch
den Ventilkörper
ermöglichen;
- – die
Länge der
Randlinienteile und damit die Gesamtfläche der Durchlässe kann
durch Variieren der Position des Ventilkörpers in der Rotationsrichtung
variieren;
- – der
Ventilkörper
wird durch den Hydraulikdruck platziert, der auf die ringförmigen Oberflächen wirkt,
wobei das Hydraulikfluid zu mindestens einer der Flächen durch
einen Ventilschieber gesteuert wird, der in dem Ventilkörper bereitgestellt ist
und gemäß bekannter
Prinzipien für
Folgeventile (copying valves) arbeitet, so dass der umgebende Ventilkörper dem
Ventilschieber sklavisch folgt, der wiederum durch einen doppelt-wirkenden
Elektromagneten platziert wird.
- – ein
Hydraulikkolben ist in der Hydraulikkammer mit mindestens einer
nach Außen
gerichteten Endfläche
bereitgestellt, wobei der Hydraulikkolben in dem Ventilgehäuse auf
koaxiale Weise platziert ist;
- – das
Ventilgehäuse
ist mit zwei getrennten bzw. separaten Hydraulikkammern versehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird detaillierter beschrieben mit Bezug auf die eingeschlossenen
Zeichnungen, in denen:
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1 im
axialen Querschnitt eine erste Ausführungsform einer hydraulischen
Vorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 einen
Querschnitt entlang der Linie A-A von 1 zeigt;
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3 einen
Querschnitt entlang der Linie B-B von 1 zeigt;
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4 einen
Querschnitt in axialer Richtung einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
zeigt, die besonders für
schnelle Bewegungen geeignet ist;
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5 einen
Querschnitt entlang der Linie A-A von 4 zeigt;
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6 einen
Querschnitt entlang der Linie B-B von 4 zeigt;
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7 einen
Querschnitt entlang der Linie C-C von 4 zeigt;
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8 im
axialen Querschnitt eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt;
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9 in
Form eines Diagramms den Effekt einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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10 eine
alternative Ausführungsform
gemäß der Erfindung
zeigt;
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11 eine
vergrößerte Ansicht
von bestimmten Details in 10 zeigt;
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12 im
axialen Querschnitt eine modifizierte hydraulische Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
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13 eine
bevorzugte Ausführungsform
einer hydraulischen Vorrichtung gemäß der Prinzipien der Vorrichtung
in 1 zeigt; und
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14 ein
bevorzugtes Funktionsprinzip bzw. Arbeitsprinzip für eine Vorrichtung
gemäß 13 veranschaulicht.
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In 1 ist
eine hydraulische Stoß/Druckvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, wobei diese Ausführungsform besonders geeignet
zum Durchführen
von langen Stoßbewegungen
ist. Die Vorrichtung umfasst ein Ventilgehäuse 1, einen Hydraulikkolben 3,
der zentral bzw. mittig im Ventilgehäuse eingerichtet ist, einen
Ventilkörper 2,
der in dem Ventilgehäuse 1 eingerichtet
ist, aber den Hydraulikkolben umgibt, und einen Steuermechanismus 4.
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Das
Ventilgehäuse 1 umfasst
eine Vielzahl von zusammengebauten Teilen, umfassend einen oberen
Teil 102, der an einer oberen Kappe 101 (nicht
gezeigt) eingerichtet ist. Am unteren Ende des oberen Teils 102 trifft
ein innerer Ventilsitzteil 103 auf einen äußeren Ventilsitzteil 104.
Am unteren Ende der beiden Teile 103, 104 befindet
sich eine gemeinsame Kappe 106. Zentral entlang der Mittelachse
des Ventilgehäuses 1 befindet
sich eine kreisförmige Aussparung 116,
eine erste hydraulische Kammer, in der der Hydraulikkolben 3 bereitgestellt
ist. Diese kreisförmige
Aussparung 116 hat einen Durchmesser, der an den Mittelteil 34 des
Hydraulikkolbens angepasst ist, wobei der Teil den größten Durchmesser des
Hydraulikkolbens zeigt. Oberhalb dieses Mittelteils 34 des
Hydraulikkolbens befindet sich ein oberer Teil 35, wobei
dessen Durchmesser kleiner ist, als der des Mittelteils 34,
so dass eine ringförmige, nach
oben gerichtete Fläche 30 gebildet
wird. Diese Fläche 30 ist
eine Kraft- bzw. Energieübertragungsfläche für Hydrauliköl, welches
in dem ringförmigen Schlitz unter
Druck gesetzt wird, der zwischen dem oberen Teil 35 des
Hydraulikkolbens und der inneren Mantelfläche des Ventilgehäuses existiert.
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Ein
wesentlicher Teil der inneren Mantelfläche 134 des inneren
Ventilsitzteils 103 hat denselben Durchmesser wie die zentrale
bzw. mittige Aussparung 116 um oberen Teil 102,
wodurch es für
den Hydraulikkolben 3 möglich
ist, zusammen mit dem Mittelteil 34 eine wesentliche Strecke
entlang der mittleren Aussparung 115 zu bewegen, welche
die zweite Hydraulikkammer in dem inneren Ventilsitzteil 103 bildet.
Der untere Teil 33 des Hydraulikkolbens 3 hat einen
Durchmesser, der geringer ist als der obere Teil 35. Daher
wird eine nach unten gerichtete ringförmige Fläche 33 gebildet, deren
Fläche
größer ist
als die nach oben gerichtete, ringförmige Fläche 30. Diese Fläche 30 kann
mittels der axialen Kanäle 129 und der
radialen, oberen Kanäle 124 einen
konstanten Druck mittels des Druckeinlasses 107 ausgesetzt werden.
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Der
untere Teil des inneren Ventilsitzteils ist mit einem kreisförmigen Durchlass
verstehen, dessen Durchmesser dem Durchmesser des unteren Teils 33 des
Hydraulikkolbens angepasst ist, so dass ein im Wesentlichen dichte
Anpassung dazuwischen besteht. Vorzugsweise ist in diesem Teil eine
Art Dichtung bereitgestellt, um Undichtigkeit zu minimieren (nicht
gezeigt). Im äußeren Teil 104 des
Ventilsitzes ist mindestens ein Einlass 107 für Hydraulikflüssigkeit,
ebenso wie ein Auslass 119 für die Hydraulikflüssigkeit.
In direkter Verbindung zum Einlass 107 ist ein ringförmiger Kanal 151 (siehe
auch 2). In Verbindung mit diesem ringförmigen Kanal 151 ist zwischen
dem äußeren Ventilsitzteil 104 und
dem inneren Ventilsitzteil 103 ein geschlitzter, zylindrischer Raum 128,
wobei der Raum für
den Ventilkörper
vorgesehen ist. Auf der gegenüberliegenden
Seite und auf der anderen Seite dieses Schlitzes 128 ist
eine zusätzliche
ringförmige
Kammer 150 im inneren Ventilsitzteil 103 bereitgestellt.
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Unter
der ringförmigen
Kammer 151, zwischen dem Einlass 107 und dem Auslass 119,
im äußeren Ventilsitzteil 104 ist
ein ringförmiger
Teil mit nach Innen gerichteten scharfen Kanten bereitgestellt,
wobei ein oberes dichtendes, ein ringförmiger Ecken/Kantenteil 104A und
eine untere dichtende, ringförmige
Ecke gebildet wird. Auf entsprechende Weise sind innerhalb des geschlitzten
Raumes 138 und gegenüber
dieses ringförmigen
Ecken/Kantenteils ringförmige
Randlinienteile im inneren Ventilsitzteil 103 durch ein
oberes ringförmiges
Randlinienteil 103A und ein unteres ringförmiges Randlinienteil 103B gebildet.
Diese ringförmigen
Ecken/Kantenteile 103A, 103B, 104A, 104B wirken
mit dem axial bewegbaren Ventilkörper 2 und
den Durchlässen 250, 251, 252 zusammen,
um die gewünschte
Anpassung bzw. Einstellung zu erreichen (siehe 2).
Die oberen 250 bzw. unteren 251 Durchlässe im Ventilkörper 2 sind
in einer Vielzahl bereitgestellt, um einen freien hydraulischen
Fluss in ausgeglichener Weise zu ermöglichen. Ebenso ist die mittlere
Reihe 252 der Durchlässe
mit einer Vielzahl von Durchlässen
hergestellt (siehe 3). Diese Durchlässe 252 sind vorzugsweise
mit geraden unteren und oberen Randlinien bzw. Kanten ausgestattet,
um in der Lage zu sein mit diesen Ecken/Kantenteilen auf effizientere Weise
zusammenzuwirken. Kanäle 152, 155 und
die Durchlässe 251 sind
in der gleichen Weise in Verbindung mit dem Auslass zu einem Tank 11 angeordnet, die
sich auf die Kanäle
beziehen, die mit dem unter Druck gesetzten Auslass 107 in
Verbindung stehen, so dass im Prinzip eine Spiegelsymmetrie um eine Ebene
P1 existiert, die durch das Zentrum der Durchlässe 153 zu der unteren
Druckkammer 115 verläuft.
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Ein
Eisenring 41 ist an dem unteren Ende des Ventilkörpers 2 angebracht.
Unter dem Eisenring und koaxial dazu ist/sind ein (oder mehrere)
Elektromagneten 42 zur Steuerung des Ventilkörpers 2 bereitgestellt.
Der Ventilkörper
ist ebenso mit einer kleinen, ringförmigen Fläche 207 an seinem
oberen Teil versehen, wobei die ringförmige Fläche 207 impliziert,
dass eine nach oben gerichtete Kraft immer durch die ringförmige Fläche 207 wirken
wird, wenn der Druck innerhalb der Kammer 151 wirkt. Dank
der beschränkten
Bewegungsanforderung kann die Steuerung/Bewegung des Ventilkörpers 2 vorteilshafterweise
auf magnetische Weise erfolgen.
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Eine
Anzahl von axial angeordneten Kanälen 129 ist bereitgestellt,
um die Druckkammer 151 mit der oberen, ringförmigen Aussparung 116 im
Ventilgehäuse 1 zu
verbinden, wobei die Kanäle über radiale
Bohrungen 124 in den oberen Teil des Ventilgehäuses in
den ringförmigen
Durchlass/Schlitz 116 fallen.
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Das
Ventil funktioniert folgendermaßen.
In der Position 1, die in 1 gezeigt
ist, findet kein Öltransport
in irgendeiner Richtung statt, sondern der Hydraulikkolben 3 wird
in einer ausgeglichenen Position sein, da Öl, das durch die Kanäle 129 hervorgebracht
wurde, gegen die obere Fläche 30 drückt, was durch
das Öl,
das in der inneren unteren Kammer 115 eingeschlossen ist,
gegen-ausgeglichen wird, und das über die nach unten gerichtete
ringförmige
Fläche 31 wirkt.
Die Position dieser Gleichgewichtsposition, in der der Kolben dadurch
stillsteht, kann wahlweise angepasst werden und hängt daher
von der Ölmenge
ab, die in der unteren Kammer 115 eingeschlossen ist. Wenn
jetzt eine erhöhte
Spannung an den Elektromagneten 42 angelegt wird, wird
dies eine Kraft über
den Eisenring 41 ausüben,
die den Ventilkörper 2 nach
unten treiben wird.
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Wenn
dies passiert, werden Durchlässe
zwischen den beiden unteren ringförmigen Kanten 104B, 103B und
dem Ventilkörper 201 und
der Kante bei den mittleren Durchlässen 252 erzeugt,
so dass Öl
von dem unteren, ringförmigen
Raum 115 über
die Durchlässe/Kanäle 153, 154, 252 und
hinaus in den ringförmigen
Kanal 152 fließen
kann, und dann weiter durch den Auslass 119 in einen Tank
hinaus fließt. Zur
selben Zeit dichten die oberen, ringförmigen Randlinienteile 104 103A gegen
den Ventilkörper 201 ab,
so dass kein Öl
von der Druckkammer 151 hinunter, dem Einlassdurchgang 154 entgegen
in die innere untere ringförmige
Kammer 115 fließen
kann. Andererseits wird der Öldruck
durch die axialen Kanäle 129 und
die radialen Kanäle 124 in
der ringförmigen,
oberen Kammer 116 konstant gehalten, die gegen die obere
ringförmige
Fläche 30 wirken.
Daher wird dies zu einer Bewegung des Kolbens in einer Abwärtsrichtung
führen,
so dass seine untere Endfläche 32 nach
unten bewegt wird und möglicherweise einen
Stoß auszuführen. Dieser
Stoß in
Abwärtsrichtung
wird stärker
werden als die Aufwärtsbewegung, da
die Gesamtfläche
der oberen Fläche 30 größer ist, als
die Fläche
unter und in dieser unteren Fläche 31. Es
sollte wieder beachtet werden, dass die Durchlässe 252 in der Mitte
des Ventilkörpers
passend mit flachen bzw. ebenen oberen und unteren Flächen entworfen
sind, so dass eine kleine Bewegung des Ventilkörpers eine große Änderung
der Durchlässe
impliziert, die freigegeben werden, damit das Öl von der Kammer 115 hinaus,
dem Auslass 119 entgegen bewegt wird.
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Gemäß dem gezeigten
Beispiel beträgt
der Außendurchmesser
D des Ventilkörpers
100 mm, der, wenn der Ventilkörper
nur um 1 mm bewegt wird, einen sehr großen Fließdurchlass im Verhältnis zur Bewegung
ergibt. (Die Gesamtfläche
wird ca. 600 mm2 betragen (D × π × 1 mm,
wenn zwei Kanten verwendet werden), da das Kantenteil bzw. Randteil komplett
umlaufend ist. Wenn die Stoßbewegung vollendet
ist (oder die erwünschte
Position erreicht wurde, oder das Drücken), wird die Stromversorgung zum
Elektromagneten 42 abgebrochen (reduziert), so dass der
Druck, der auf die Fläche 207 des
Ventilkörpers 2 wirkt,
die Magnetkraft überwindet,
was dazu führt,
dass der Ventilkörper
schnell nach oben bewegt wird. Auf diese Weise wird ein entgegengesetzter Ölfluss stattfinden,
da jetzt Durchlässe
zwischen den oberen, ringförmigen
Teilen 104A, 103A und dem Ventilkörper 201 erzeugt
werden. Daher wird das Öl
in der Druckkammer 151 in der Lage sein, frei durch die
Durchlässe 252 des
Ventilkörpers
hinunterzufließen
und weiter in und durch die ringförmige Kammer 154,
und dann über
die radialen Durchlässe 153 in
die untere, ringförmige
Druckkammer 115 zu fließen. Als Folge des erhöhten Drucks
in der unteren, ringförmigen
Kammer 115 (wobei der Druck der gleiche ist wie in der
oberen, ringförmigen
Kammer 116), wird sich der Kolben nach oben bewegen, da
die untere, ringförmige
Fläche 31 eine
viel größere Fläche hat,
als die obere, ringförmige
Fläche 30. Wenn
die Umkehrbewegung zur gewünschten
Position stattgefunden hat, wird der Steuermechanismus wieder betätigt, um
einen neuen Stoß (oder
Drücken) in Übereinstimmung
mit dem zuvor erwähnten
möglich
zu machen. Wenn stattdessen die Vorrichtung als Einstellmittel verwendet
wird, wird die Stromversorgung zum Elektromagneten nur soweit verändert, dass
das Ventil schließt
(die Position gemäß 1), wobei
der Kolben 3 in der gewünschten
Position anhält.
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Es
muss erwähnt
werden, dass der Ventilkörper
in radialer Richtung immer in einem ausgeglichenen bzw. ausbalancierten
Zustand ist, da die radial freigegebenen Flächen des Ventilkörpers an
jedem gewählten
Punkt einer gleich großen
entgegen gerichteten Kraft an der gegenüberliegenden Seite des Ventilkörpers 2 ausgesetzt
sind. Das wird dank der ringförmigen
Aussparungen erreicht, die auf symmetrische Weise um den Ventilkörper herum
und zu den Durchlässen
im Ventilkörper
erzeugt wurden, was eine Verbindung zwischen diesen ringförmigen Räumen ermöglicht.
Wie schon eingangs der Beschreibung von 1 erwähnt, ist
diese Ausführungsform speziell
für eine
Vorrichtung mit langem Stoß geeignet.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
gemäß 4 zeigt
viele wesentliche Ähnlichkeiten
zur Ausführungsform
gemäß 1,
aber ist besser geeignet für
kurze und schnelle Bewegungen. Ein erster wichtiger Unterschied
ist, dass man nicht konstant in jede Richtung Druck ausübt, sondern
sich verändernde Druckausübungen um
den Kolben herum verwendet, um ihn in die eine oder andere Richtung
zu beeinflussen. Ein anderer wichtiger Unterschied ist, dass der. Ventilkörper 201 gemäß dieser
Ausführungsform
an sich magnetisch ist und demnach kein zusätzlicher Eisenring 41 benötigt wird,
sondern die Elektromagneten 42A, 42B (zwei) auf
jeder Seite des Ventilkörpers 2 verwendet
werden können,
um die Position des Ventilkörpers 2 zu
steuern. Ein zusätzlicher
Unterschied ist, dass es zwei Auslässe 119A, 119B gibt, die
zu einem Tank führen.
Da das grundsätzliche Prinzip
für das
Zusammenspiel der Details der Konstruktion in der schon beschriebenen
Ausführungsform
gemäß 1 und
der Ausführungsform
gemäß 4 grundsätzlich gleich
ist, wird nur „eine
Hälfte" der symmetrisch-konstruierten
Vorrichtung nachstehend beschrieben. Dies wird unter Betrachtung
des Kolbens in nur eine Richtung durchgeführt. Zunächst werden jedoch zusätzliche
Unterschiede bezüglich der
Ausführungsform
gemäß 1 beschrieben
werden. Das Ventilgehäuse 104, 103 bzw.
der Ventilkörper 2,
sind mit vier paarweise angeordneten, ringförmigen Kantenmitteln bzw. Randmitteln
versehen, von denen nur zwei zur gleichen Zeit auf offene Weise wechselwirken,
während
die anderen beiden Paare auf schließende Weise miteinander wechselwirken. Unterhalb,
nur das Paar 103A, 104A, bzw. 103C, 104C,
(auf offene Weise) wechselwirkt, wenn der Kolben 3 einen
Stoß in
Abwärtsrichtung
durchführt. Ähnlich der
Ausführungsform
von 1, gibt es eine Vielzahl von Durchlässen oder Öffnungen 252 im Ventilkörper 2,
die zentral bzw. mittig bereitgestellt sind. Diese Öffnung soll
den Druck ausgleichen und schnelle, kurze Fließwege schaffen (siehe auch 7).
Des Weiteren wird gezeigt, dass eine Vielzahl von Einlässen für Hydraulikflüssigkeit 107 existiert.
Es kann auch gesehen werden, dass eine ringförmige Aussparung 260 in
der inneren Mantelfläche des
Ventilkörpers 2 vorhanden
ist, um ein Druckgleichgewicht an dieser Mittelebene P1 zu erreichen. Auf
jeder Seite der Reihe von mittigen Durchlässen 252 im Ventilkörper 2,
ist eine Anzahl von radialen Durchlässen 261 bzw. 262 in
dem Ventilkörper 2 auf symmetrischem
bezüglich
der Mittelebene P1 bereitgestellt (siehe auch 6).
Diese Durchlässe
erzeugen eine Verbindung zwischen einer äußeren 163 bzw. 164 ringförmigen Kammer,
die in dem äußeren Ventilsitzteil 104 bereitgestellt
ist, und einer inneren, ringförmigen
Kammer 161 bzw. 160, die in dem inneren Ventilsitzteil 103 bereitgestellt
ist. Diese inneren Kammern 160 bzw. 161 stehen
mit den Durchlässen 124 bzw. 153 in
Verbindung, die zur jeweiligen Druckkammer 115 bzw. 116 führen. Schließlich ist
gezeigt, dass der Ventilkörper
mit einem zusätzlichen
Satz von radialen Durchlässen 263 bzw. 264 versehen
ist, die symmetrisch bezüglich
der Ebene P1 angeordnet sind, und die in einer inneren, ringförmigen Kammer 162 bzw.
einer oberen, ringförmigen
Kammer 165 bereitgestellt sind. Diese untere bzw. obere
ringförmige Kammer
steht in direkter Verbindung mit einem unteren 119A bzw.
einen oberen 119B Auslass, die zu einem Tank führen (siehe
auch 5).
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Eine
Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform
in 4 funktioniert folgendermaßen. Der Druck liegt über die
Einlässe 107 an
(selbstverständlich,
kann n auch nur ein Einlass verwendet werden) und setzt dadurch
die ringförmige
Kammer 151 in Verbindung stehend mit dem Mitteldurchlass 252 in
dem Ventilkörper
unter Druck. Wenn die Position gemäß 4 erreicht
wurde, findet keine Bewegung des Hydraulikkolbens in irgendeiner
Richtung statt. da alle Fließwege
aus der ringförmigen
Kammer 151 bzw. 260 heraus, abgedichtet sind,
da die Kanten sich ein wenig überlappen.
Wenn daher der obere Elektromagnet 42 mit Strom versorgt
wird, wird das Magnetfeld den Ventilkörper 2 in eine Aufwärtsrichtung
bewegen, wie in der Figur gesehen wird. In diesem Zusammenhang werden
Durchlässe
zwischen den ringförmigen
Randlinienteilen 271A, 271B bzw. 272A, 272B des
Ventilkörpers
entlang der gesamten Randlinien erzeugt, so dass Öl zwischen
den ringförmigen
Schlitzen fließen
kann, die zwischen den Randteilen bzw. Kantenteilen 104, 271B bzw. 103A, 271A von
der mittleren ringförmigen
Kammer 151 bzw. 260, aufwärts in die beiden ringförmigen Kanäle 161 bzw. 163 erzeugt
werden. Von dort aus kann dann das unter Druck stehende Öl frei in
die innere, obere, ringförmige
Kammer 116 über
die radialen Durchlässe 124 fließen und
dann den Kolben über
die obere Fläche 30 nach
unten drücken.
Zeitgleich werden die dazugehörigen
Schlitze 104C, 272A bzw. 103C, 272B am
Boden geöffnet,
wobei Öl aus
der unteren, ringförmigen
Kammer 115 über
die radialen Durchlässe 153 in
und durch den ringförmigen
Kanal 160 und entweder direkt hinunter durch den inneren
ringförmigen
Schlitz 160 oder durch die Durchlässe 261 in den Ventilkörper 2 über den
anderen Schlitz 104 hinunter zur unteren ringförmigen Kammer 162 und
durch den Auslass 119A in einen Tank fließen kann.
Dadurch findet ein augenblickliches unter Druck setzen der oberen
ringförmigen Kammer 116 statt,
während
der Abfluss der unteren ringförmigen
Kammer 115 durchgeführt
wird. Infolge dieses Prozesses wird der Kolben 3 eine schnelle nach
unten gerichtete Bewegung durchführen,
und die Endfläche 132 des
Kolbens kann dann einen mächtigen
Stoß bewirken.
Wenn dadurch der Stoß mittels
der unteren Magnetvorrichtung 42A ausgeführt wurde,
wird die Bewegung des Ventilkörpers 2 umgedreht
und eine entgegen gesetzte Druckbeaufschlagung bzw. Abfluss, findet
statt, so dass der Kolben sich stattdessen nach oben bewegt. Es
muss beachtet werden, dass die ununterbrochen wechselwirkenden Kantenlinien
z. B. 104C und 272A voraussetzen, dass eine extrem
kleine Bewegung des Ventilkörpers 2 zu
einem großen
Durchlass führt,
d. h. dass ein großer
ringförmiger
Schlitz gebildet wird, so dass große Durchflüsse erreicht werden können. Es
muss auch beachtet werden, dass dank der Bereitstellung der Fläche 30 (anstatt
der Verwendung von Endflächen
des Kolbens 3) eine vergleichsweise kleine Änderung
des Volumens erreicht wird, wenn man den Kolben in irgendeine Richtung
bewegt, was die Geschwindigkeit der Vorrichtung weiter verbessert.
Aber es muss beachtet werden, dass die Vorrichtung nicht auf die
beiden Endflächen
des Kolbens hervorstehend aus dem Ventilgehäuse 1 beschränkt ist.
Weiter, wie aus den Schnittansichten zu sehen ist, kann das Ventilgehäuse vorteilhafterweise
in rechteckiger Außenform
entworfen werden.
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In 8 ist
eine zusätzliche
Ausführungsform
der hydraulischen Vorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Da
das grundlegende Prinzip größtenteils
gleich dem schon zuvor beschriebenen ist, werden anschließend nur
wichtige Unterschiede diskutiert. Ein erster wichtiger Unterschied
ist, dass der Ventilkörper 2 gemäß der Erfindung
nicht vollständig ausgeglichen
bzw. ausbalanciert ist. Daher ist diese Vorrichtung weniger geeignet,
als ein Servoventil, wenn eine sehr hohe Genauigkeit benötigt wird,
da der Ventilkörper
in gewissem Ausmaß gegen
den mittleren hervorstehenden Teil des inneren Sitzteils 103 drücken wird,
wenn der Einlass 107 für
die Druckflüssigkeit
immer unter Druck steht. Aber der wichtigste Unterschied ist der
Steuermechanismus 4 für
die Bewegung des Ventilkörpers 2.
Gemäß dieser Ausführungsform
ist gezeigt, dass ein hydraulischer Steuermechanismus 4 verwendet
wird. Dies wird durch die Tatsache erreicht, dass eine Anzahl der hervorstehenden
Mittel 280 bzw. 290 auf beiden Seiten des Ventilkörpers 2,
auf sowohl der oberen als auch auf der unteren Seite bereitgestellt
sind, wobei die Mittel den Ventilkörper in beide Richtungen drücken können. Geeigneter
Weise sind sie rund und verlaufen auf abdichtende Weise in kreisförmigen Bohrungen 122 bzw. 125 im
Ventilgehäuse 1.
Durch die Bereitstellung von ringförmigen Kanälen 123 bzw. 126 in
Verbindung mit den Bohrungen 122 bzw. 125 kann
man durch abwechselndes Druckausüben
der ringförmigen
Kanäle
den Ventilkörper 20 dazu
bringen, sich in beiden Richtungen zu bewegen. Das Druckbeaufschlagen
der ringförmigen
Kanäle 123 bzw. 126 wird
geeigneterweise über
die Einlässe 132A bzw. 132B durchgeführt, um
die Verbindung in der Nähe
zueinander zu haben. Aber sie werden vorzugsweise nicht in derselben
Ebene platziert (die Figuren zeigen dies nur, um die Funktion besser
veranschaulichen zu können).
Daher existieren axiale Kanäle 127 bzw. 130 von
jedem Einlass zum Steuermechanismus, wobei die Kanäle durch
radiale Bohrungen 121A, 121B zu den ringförmigen Kanälen 123 bzw. 126 verlaufen.
Daher muss beachtet werden, dass die radialen Bohrungen 121A, 121B an
den Enden verschlossen sein müssen,
so dass kein Öl
aus dem Ventilgehäuse 1 heraus
fließen
kann. Ähnlich
zu 4 ist in 8 eine Ausführungsform
gezeigt, in der eine wechselnde Druckbeaufschlagung einer der beiden
Kammern durchgeführt
wird, während
die nicht-druckbeaufschlagte Kammer dadurch entleert wird, dass
sie mit einem Tank in Verbindung steht.
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In 9 ist
eine Darstellung gezeigt, die den Effekt einer Ausführungsform
klarstellt, die die Steuerbarkeit für alle Anwendungen verbessert,
wobei das umgebende Ventil als Servoventil dienen wird, d. h. zum
Positionieren des Hydraulikkolbens. Als Beispiel wird nachstehend
auf 1 Bezug genommen, aber es muss verstanden werden,
dass das Prinzip auch für
andere Ausführungsformen
angewendet werden kann. Der Effekt wird zum Beispiel dadurch erreicht,
dass die Kanten bzw. Randlinien 103A, 103B, 104A, 104B,
die sich um den Durchlass des Ölflusses
zu den ringförmigen
Ringbereichen (z. B. 154) kümmern, teilweise schräg hergestellt
sind, so dass die Durchlasskanten während der ersten Bewegung aus
der Mittelposition, z. B. ungefähr
0,2 mm, nur z. B. 10% des Umfangs umfasst, und dass sie es nach
der Öffnungsbewegung
von ungefähr
0,2 mm dem Ventil ermöglichen,
den gesamten Umfang herum zu öffnen.
Auf diese Weise wird eine genauere Steuerung bei geringen Geschwindigkeiten
(oder Stillstand) erreicht, da kleine Durchflüsse einen ruhigeren Steuerungsprozess
ergeben. Zusätzlich
dazu verringert sich die Undichtigkeit entlang des langen Umfangs.
Es ist wichtig, dass die Änderung
der Kantenteile symmetrisch durchgeführt wird, so dass das Gleichgewicht
bzw. die Balance gut ist. Es ist zu beachten, dass es viele Alternativen
zum Abschrägen der
Kantenregion gibt, z. B. symmetrisch platzierte Einrückungen
in den Kantenregionen, etc.
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In 10 ist
eine zusätzliche
Ausführungsform/Modifikation
der Erfindung gezeigt, wobei ein Folgeventilmechanismus in der umgebenden
Ventilhülse 2 eingebaut
ist. Das grundlegende Prinzip und die Bauweise der hydraulischen
Vorrichtung ist im Wesentlichen die gleiche, wie zuvor beschrieben, und
deshalb wurden schon viele Bezeichnungen, die man in 10 findet,
in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Figuren genannt. Deshalb
wird nachstehend nur auf die wichtigen Änderungen eingegangen. Des
Weiteren ist nur ein begrenzter Teil einer derartigen hydraulischen
Vorrichtung gezeigt, z. B. wird kein Hydraulikkolben oder keine
bodenplatte in der Figur gezeigt, sondern es muss beachtet werden, dass
die Prinzipien dieser Details ebenso wie von den anderen notwendigen
umgebenden Details die gleichen sind, wie zuvor beschrieben. Prinzipiell
wird, ähnlich
zu dem was zuvor beschrieben wurde, ein zweifach-wirkender Elektromagnet
verwendet, um die Ventilvorrichtung zu beeinflussen bzw. zu steuern,
aber in diesem Fall über
eine Folgeventilstange 41A. Andere Details, die Teile des
Folgeventilmechanismus bilden, werden bezüglich 11 detaillierter beschrieben.
Ein vertikaler Kanal 298 ist durch die bewegbare Ventilhülse 2 bereitgestellt,
so dass ein niedrigerer Druck entsprechend dem Auslassdruck zu einem
Tank (T) auf der oberen Seite des geschlitzten Raumes 128 existiert,
in der sich die Ventilhülse 2 bewegt.
Wie man in 11 sieht, ist eine hülsenförmige Auskleidung 291 bereitgestellt
und fest innerhalb der Ventilhülse 2 befestigt.
Der Durchmesser des longitudinalen Durchlasses innerhalb der Ventilhülse 291 ist
der gleiche (mit einer bestimmten Passgenauigkeit) wie der Durchmesser
der Folgeventilstange 41A. In der gezeigten Position erstreckt
sich die Folgeventilstange 41A mit ihrem oberen Ende 41C über den
oberen Randlinienteil 291A und dem unteren Kantenteil 291B der
Auskleidung. In dem Raum zwischen dem oberen Kantenteil 291B der Auskleidung
ist die Stange 41A mit einem engeren Steg 41B versehen,
so dass Dichtkanten bzw. Dichtleisten sowohl auf dem unteren 291B als
auch auf dem oberen 291A Kantenteil der Auskleidung gegen die
Kantenteile an den Enden des Stegs 41B angebildet werden.
Ein sich radial erstreckender Durchlass 295 ist in der
Mitte der Auskleidung bereitgestellt, wobei der Durchlass mit einem
geschlitzten Raum 292 die Auskleidung 291 umrundend
in Verbindung steht. Der Raum 292 steht wiederum in Verbindung
mit einem ringförmigen
Kanal 293 über
einen Durchlass 294 in der Ventilhülse 2. Die Ventilhülse 2 strebt
eine Aufwärtsbewegung
an, weil der Druck P in der umgebenden Kammer auf die Fläche Ai der
Ventilhülse 2 wirkt.
Dieser Druck, der damit über
den Kanal 107 übermittelt
wird, erreicht auch die untere Kante der Auskleidung 291 über den
geschlitzten Raum zwischen der Folgeventilstange 41A und
der Ventilhülse 2.
In Übereinstimmung
mit dem bisher beschriebenem, existiert der untere Tankdruck auf
der oberen Seite der Auskleidung 291. Wenn sich die Folgeventilstange 41A nach
oben bewegt, wird die Hydraulikkammer 293 mit einem Tank
T über
den oberen geschlitzten Raum 128 verbunden, der über den
Kanal 298 immer einen geringen Druck T aufweist. Wenn die
Folgeventilstange 41A bezüglich der Ventilhülse 2 nach
unten bewegt wird, wird die Hydraulikkammer 293 über den
Kanal 107 unter Druck gesetzt P. Dieser Druck beeinflusst
die Fläche
Ay der Ventilhülse 2,
die innerhalb der Hydraulikkammer 293 bereitgestellt ist.
Die Fläche
Ay, die nach oben gerichtet ist, ist größer als die nach unten gerichtete Fläche Ai,
wobei die Flächen
dadurch Teilkräfte
in unterschiedliche Richtungen (F = p × A) ausgeben, vorzugsweise
ist Ay = 2 × Ai.
Deshalb hängt
der Druck in der Kammer 293 davon ab, in welche Richtung
das Öl
in die Kammer 293 fließt;
entweder ein geringer Druck T über
die Dichtkante bzw. Dichtleiste 291A oder ein hoher Druck
P über
die Dichtleiste 291B, wobei der Druck dann zum inneren
Durchlass 295, dem Kanal 292 und schließlich durch
den äußeren Durchlass 294 übertragen
wird, was dazu führt,
dass die Ventilhülse 2 sich
in die gleiche Richtung bewegt, in der sich die Ventilstange 41A bewegt
hat, bis ihre Gleichgewichtsposition durch die Ventilkanten 291A, 291B erreicht
ist und die jeweilige Dichtleiste am Steg 41B wieder schließt, wobei
dadurch ein Folgen der Bewegung der Ventilstange erreicht wird.
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In 12 ist
eine alternative Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
gezeigt, wobei es offensichtlich ist, dass die Ventilvorrichtung nicht
unbedingt den Hydraulikkolben 3 innerhalb des Ventilgehäuses aufweisen
muss. In vielen Anwendungen kann es erwünscht sein das Ventilgehäuse 1 und
den Hydraulikkolben/Zylinder voneinander zu trennen. Die Prinzipien
der Ventilfunktion sind exakt die gleichen wie bezüglich 4 beschrieben.
Daher wurden die gleichen Bezeichnungen verwendet wie in 4,
aber bestimmte Teile der Vorrichtung gemäß 12 sind
schematischer gezeigt. Nachstehend wird demnach nur auf die Unterschiede
bezüglich 4 eingegangen.
Wie schon erwähnt,
ist der Hydraulikkolben 3 nicht innerhalb des Ventilgehäuses 1 bereitgestellt.
Stattdessen ist der Mittelteil 103E wie eine homogene Einheit
gebildet. Die untere Druckkammer 115 steht in Verbindung
mit einem Auslass 115A, der in Verbindung mit einem Durchgang
steht, vorzugsweise einem Hydraulikschlauch 115B, der zu
einer entsprechenden unteren Druckkammer im Hydraulikzylinder (nicht
gezeigt) führt,
der mit dem Hydraulikkolben 3 (nicht gezeigt) bereitgestellt
ist. Der Hydraulikkolben 3 und der Zylinder sind prinzipiell
passend in vollständig
konventioneller Weise ausgelegt, wobei die Bauart bzw. das Design,
das von der Anwendung abhängt,
an die gewünschte funktionelle
Struktur angepasst werden kann, z. B. um dem Hydraulikkolben 3 ein
funktionelles Muster gemäß irgend
einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen zu geben. Auf
entsprechende Weise ist die obere Druckkammer 116 mit einem
oberen Auslass 116A verbunden, der mit einem oberen Hydraulikdurchgang 116B verbunden
ist, vorzugsweise auch ein Hydraulikschlauch, der zu einer entsprechenden
oberen Hydraulikkammer innerhalb des Hydraulikzylinders führt, der
mit dem Hydraulikkolben 3 versehen ist. Daher wird die
Funktion exakt die Gleiche werden, wie sie bezüglich 4 beschrieben wurde,
aber mit dem Unterschied, dass der Hydraulikzylinder mit dem Hydraulikkolben 3 in
einer Entfernung vom Ventilgehäuse 1 angeordnet
ist. Des Weiteren kann man aus 12 sehen,
dass die Ventilhülse 2 vorteilshafterweise
mit der gleichen, oder zumindest fast gleichen Wanddicke entlang
seiner Gesamtausdehnung ausgelegt werden kann.
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In 13 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
der Ventilvorrichtung gemäß der Erfindung
mit dem Hydraulikkolben 3, der koaxial innerhalb des Ventilgehäuses 1 bereitgestellt
ist, gezeigt, wobei ein konstanter Druck in einer Druckkammer verwendet wird.
Im Gegensatz zum in 1 gezeigten, ist es gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform,
die untere Kammer 115, auf die ein konstanter Druck ausgeübt wird.
Diese Ausführungsform
beinhaltet wesentliche und in bestimmter Hinsicht überraschende Vorteile
im Vergleich mit einer Anordnung gemäß 1. Die Prinzipien
der Bauweise bzw. des Designs des Ventilgehäuses 1 und des Ventilgehäuses 2 sind im
Wesentlichen die gleichen wie zuvor beschrieben und werden demnach
nicht detailliert bezüglich
dieser Figur beschrieben. Andererseits ist der Hydraulikkolben 3 anders
ausgelegt, da die obere, ringförmige nach
oben gerichtete Fläche 30 im
wesentlich größer ist,
als die ringförmige
Fläche 31,
die in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist. Der Hydraulikkolben ist
innerhalb des Ventilgehäuses 1 bereitgestellt,
so dass die kleinere Fläche 31 sich
innerhalb der unteren Druckkammer 115 befindet, die immer über Kanäle 153 in
den inneren Ventilsitzteil 103 mit dem Druckeinlass 107 in
Verbindung steht. Die obere Kammer 116 kann durch die Kanäle 124 in
dem inneren Ventilsitz 103 mit entweder dem Druckeinlass 107 oder
dem Auslass 119 zu einem Tank in Verbindung stehen, oder
vollständig
von der Verbindung abgeschnitten sein, was von der Position des
Ventilkörpers 2 gemäß den zuvor
beschriebenen Prinzipien abhängt.
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In 14 ist
die Vorrichtung gemäß 13 schematisch
gezeigt, um in der Lage zu sein das funktionelle Prinzip auf einfachere
Weise zu beschreiben. Es ist gezeigt, dass das Ventilgehäuse 1 vorteilshafterweise
mit Dichtungen S1, S2, S3 versehen ist, um die Druckkammern 115, 116 gegeneinander
und ebenso gegenüber
der Umgebung abzudichten. Zusätzlich
ist der Ventilkörper 2 als
eine getrennte bzw. separate Einheit gezeigt, die außerhalb
des Ventilgehäuses
bereitgestellt ist. Aber es muss beachtet werden, dass es eine allgemeine
Zeichnung ist, die auf keine Weise die Erfindung beschränkt, sondern
dass es für
den Fachmann offensichtlich ist, dass ein integrierter Ventilkörper 2 oder
eine extern angeordnete Ventileinheit 2 verwendet werden
kann, um die Vorteile der Vorrichtung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform
zu verwenden. Es ist gezeigt, dass die Ventilmittel 2 in
einer Richtung federbeeinflusst sind (Spannfeder), so dass der externe Einfluss
die Position, die in 14 gezeigt ist, einnimmt, d.
h. eine Position, in der ein Durchgang L3 (bei dem es sich auch
um Kanäle
innerhalb eines Ventilgehäuses
handeln kann) mittels einer ersten Verbindung V in den Ventilmitteln 2,
den Kanal 124 nahe der oberen Druckkammer 116 mit
der Druckquelle P über
einen Durchgang L2 (bei dem es sich auch teilweise um Kanäle innerhalb
des Ventilgehäuses
handeln kann) verbindet. Ohne einen externen Einfluss wird die Feder
das Ventil 4 derart positionieren, dass die obere Kammer
nicht unter Druck steht, was vom Sicherheitsaspekt her vorteilhaft
ist. Wie aus der Figur zu sehen ist, ist die Druckquelle P mit einem
Speichertank bzw. Akkumulatortank P versehen, der sicherstellt,
dass der Druck in der Druckleitung bzw. im Druckdurchgang L2 immer
auf dem gewünschten
Niveau liegt. Wie in 14 gezeigt ist, wird daher der
Kolben durch eine wesentlich größere abwärtsgerichtete
als eine aufwärts
gerichtete Kraft beeinflusst, so dass eine schnelle abwärtsgerichtete Beschleunigung
erzielt wird. Wenn die Position der Ventilmittel 2 dann
verändert
wird, so dass der obere Durchgang L3 in Verbindung mit einem Durchgang L4
zum Tank T, über
V2 steht, wird dadurch ein wesentlich geringerer Druck in dieser
oberen Kammer 116 anliegen. Da immer vollständiger Systemdruck
in der unteren Kammer 115 anliegt, wird dann der Hydraulikkolben 3 einer
aufwärtsgerichteten
beschleunigenden Kraft unterliegen, so dass der Hydraulikkolben 3 einen
Rückstoß bzw. Zurückstoß durchführt. Aber
die Beschleunigung des Rückstoßes ist
nicht so groß wie
Stoßbewegung,
da die nach oben gerichtete Druckfläche 30 mehr als zweimal
so groß ist
als die nach unten gerichtete Druckkraft 31. Dank dieser
Anordnung wird der sehr wichtige Vorteil erzielt, dass eine wesentlich
geringere Ölmenge
aus der unteren Druckkammer 115 bei einer Stoßbewegung
evakuiert bzw. entzogen werden muss, als wenn eine Anordnung gemäß 1 verwendet
wird. Des Weiteren wird der Vorteil erzielt, dass während eines
Stoßes kein
Rückfluss
zum Tank besteht, da der Ölrückfluss von
der unteren Druckkammer 115 zur oberen Druckkammer 116 über L1,
V1, und L3 durchgeführt
wird. Dies verringert die Kapazitätsanforderungen des Hydrauliksystems
und eliminiert den Bedarf an großen Rückflussdurchgängen bzw.
Rückflussleitungen,
um den großen
Rückfluss
zu bewältigen,
der sonst entstehen würde.
Ein anderer offensichtlicher Vorteil ist, dass die Sicherheit stark
verbessert ist. Wenn man den Kolben verwendet, der immer in der
oberen Druckkammer 116 unter Druck steht, besteht immer ein
Risiko, dass ein Stoß mit
hohem Energieinhalt entstehen könnte,
wenn ein Defekt in der Vorrichtung auftritt. Wenn stattdessen der
Stoßkolben,
wie in den gemäß der bevorzugten
Ausführungsform 13 und 14 gezeigt
ist, immer an der Unterseite unter Druck steht, ist dieses Risiko
eliminiert. Des Weiteren wird ein zusätzlicher Schutz gegen Betriebsstörungen durch
das Anordnen einer doppelten Anzahl von Ventilen erzielt, die die
obere Seite des Kolbens mit einem Tank verbinden. Auch bezüglich der
anderen Aspekte, gibt eine Ausführungsform
gemäß 13 und 14 eine
verbesserte Sicherheit, d. h. weil das Risiko eines Dieselbrandes
vermieden wird. In Verbindung mit einer Vorrichtung gemäß 1,
wird in der Tat eine große Ölsäule bei
einem Stoß beschleunigt,
wobei die Säule
die untere Kammer 115 mit hoher Geschwindigkeit verlässt, wenn
der Kolben abrupt während
des Betriebs abgebremst wird, was dazu führt, dass ein Ölverlust
in der unteren Kammer im Verlauf von einigen Millisekunden auftreten
kann, was zu einem negativen Druck führt. Das kann bedeuten, dass
Komponenten, z. B. Drucksensoren, die nicht für negative Drücke ausgelegt
bzw. gemacht sind, versagen. Des Weiteren können Dichtungen, die aus weichen
Materialien gemacht sind, aufgrund der negativen Drücke beschädigt werden
und leckschlagen, d. h. an ihnen werden Lochfraßbeschädigungen auftreten. Der negative
Druck bedeutet auch, dass das Öl
gebundene Luft freisetzt. Dadurch werden freie Luftblasen gebildet,
die sich dann entzünden
können,
wenn sich der Druck erhöht,
d. h. ein Dieselbrandeffekt, der bestenfalls nur Öl und Dichtungen
entzündet.
Mit einer Ausführungsform
gemäß 13 und 14 werde
alle diese Nachteile eliminiert, da nur eine sehr geringe Ölsäulenmenge
bei einer Stoßbewegung
aus der Kammer 115 evakuiert wird. Wie zuvor angezeigt,
muss beachtet werden, dass dieses Prinzip, um eine schnelle Stoßbewegung
in Verbindung mit der Behandlung bei hohen Geschwindigkeiten zu
erreichen, nicht auf eine Vorrichtung mit einem Ventilkörper 2 gemäß der bevorzugten
Ausführungsformen,
die zuvor beschrieben wurden, beschränkt ist, sondern dass dieses
Prinzip auch in Verbindung mit einer externen Ventilvorrichtung
hauptsachlich jedes Typs verwendet werden kann, der schnell genug
ist, um die Erfordernisse innerhalb dieses Anwendungsgebiets zu
erfüllen.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die vorhergehende Beschreibung beschränkt, sondern
kann innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Patentansprüche variiert
werden. Zum Beispiel muss beachtet werden, dass die Funktionsprinzipien
der hydraulischen Vorrichtung auch durch einen Ventilkörper erreicht
werden kann, der gedreht/rotiert wird, anstatt axial bewegt wird.
Auch Unterformen, z. B. eine helikale Bewegung sind vorstellbar.
Bei einer Drehbewegung des Ventilkörpers wird er geeigneterweise durch
einen Elektromagneten bewegt, z. B. auf die gleiche Weise wie ein
Elektromotor, vorzugsweise durch Festmachen eines Rotors auf einer
Hülse,
geeigneterweise ein Satz von Permanentmagneten mit radial gerichteten
Magnetflüssen,
und einem Stator im Ventilgehäuse.
Geeigneterweise ist ein Winkelsensor irgendeines Typs auf der Hülse bereitgestellt. Dadurch
ist es auch möglich
mit einer derartigen Lösung,
die Position des Ventilkörpers,
und damit auch die Position bzw. die Wirkungsweise der hydraulischen
Vorrichtung wahlweise zu steuern.