DE3211232A1 - Energiesparendes verfahren zur betaetigung einer kolben-zylinderkombination und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Energiesparendes verfahren zur betaetigung einer kolben-zylinderkombination und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3211232A1 DE19823211232 DE3211232A DE3211232A1 DE 3211232 A1 DE3211232 A1 DE 3211232A1 DE 19823211232 DE19823211232 DE 19823211232 DE 3211232 A DE3211232 A DE 3211232A DE 3211232 A1 DE3211232 A1 DE 3211232A1
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John W. 53403 Racine Wis. Andersen
John F. 02165 West Newton Mass. Taplin
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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 2.
Die Erfindung betrifft insbesondere durch Gas oder Druckluft betätigte Kolben-Zylinderkombinationen, im einzelnen ein energiesparendes Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung mit derartigen Kolben-Zylinderkombinationen.
Bei diesen Kolben-Zylinderkombinationen bewegt sich der Kolben im Zylinder hin und her und erzeugt zwischen einem ersten Ende des Zylinders und einem ersten Ende des Kolbens ein erstes veränderliches Volumen und zwischen einem zweiten Ende des Zylinders und einem zweiten Ende des Kolbens ein zweites veränderliches Volumen. Im allgemeinen wird hoher Gas- oder Luftdruck auf das erste veränderliche Volumen ausgeübt, während das zweite veränderliche Volumen zur Atmosphäre entleert wird, wodurch der Kolben zum zweiten Ende gedrückt wird. Am Kolben ist eine Stange befestigt, während am■anderen Ende der Stange eine Art von Verbraucher so befestigt ist, dass die Bewegung des Kolbens zum zweiten Ende bewirkt, dass gegen diesen Verbraucher Arbeit geleistet wird. Diese Bewegung wird Arbeitshub genannt.
Als Einrichtung für die Rückführung des Kolbens in seine Ausgangsstellung befindet sich in typischer Weise eine Feder zwischen den zweiten Ende des Kolbens und dem zweiten Ende des Zylinders. Wenn der Hochdruck auf das erste veränderliche Volumen ausgeübt wird und den Kolben zum zweiten Ende drückt, bewirkt er auch die Leistung von Arbeit gegen die Feder, die zusammengedrückt wird, wodurch in ihr Energie gespeichert wird. Wenn der Hochdruck vom ersten veränderlichen Volumen entfernt wird, was im allgemeinen durch dessen Entleerung zur Atmosphäre erfolgt, führt die Feder unter Verwendung der in ihr gespeicherten Energie den Kolben in seine Ausgangsstellung zurück. Diese
Feder erfordert, dass das Arbeitsdruckmittel sich auf einem genügend hohen Druck befindet, der zusätzlich zur Arbeitsbelastung den Federwiderstand überwindet. Hierdurch ergibt sich die Leistung einer grösseren Arbeit bei jedem Arbeitshub, als es durch die Arbeitsbelastung allein erforderlich ist.
Bei einem weiteren typischen Arbeitsverfahren wird der Hochdruck abwechselnd auf das erste und das zweite Ende des Zylinders ausgeübt und der Kolben zurück und nach vorn gedrückt. Wenn die Arbeitsbelastung an der Stange im wesentlichen in einer Richtung wirkt, nehmen der Zylinder und der Kolben die durch das Hochdruckdruckmittel beim Rückhub ausgeübte Kraft auf. Diese Aufnahme ergibt eine gewisse zusätzliche Verschlechterung des Zylinders und eine Energievergeudung.
Zur Rückführung des Kolbens wurde vorgeschlagen, dasselbe unter Druck stehende Fluid zu verwenden, das zum Drücken des Kolbens bei seinem Arbeitshub verwendet wird. Damit jedoch derartige Systeme arbeiten, muss das Druckmittel am zweiten Ende auf eine grössere Kolbenfläche als am zweiten Ende wirken. Zum Beispiel zeigt die US-PS 3 824 898, auf die hier Bezug genommen wird, eine Ventil-Zylinderkombination in Tandemanordnung mit zwei Kolben in der Weise, dass die Anfangsarbeit an einem Kolben mit einer verhältnismässig kleinen Querschnittsfläche geleistet wird, während die Rückstellarbeit an einer verhältnismässig grossen Querschnittsfläche dadurch geleistet wird, dass die beiden Enden der Zylinder so miteinander verbunden sind, dass sie beide vom gleichen Druck beaufschlagt werden. Obwohl beide Kolben vom gleichen Druck beaufschlagt werden, da die auf eine Fläche ausgeübte Kraft gleich Druck mal Querschnittsfläche ist, ist die auf den grösseren Kolben ausgeübte Kraft grosser als die auf den kleineren Kolben ausgeübte Kraft, wodurch der Kolben zurückgestellt wird.
Diese Erfindung ist nicht sehr praktisch durch das Erfordernis, dass eine spezielle Kolben-Zylindervorrichtung mit zwei Kolben
und Zylindern zusammen mit der Ventilanordnung für ihre Betätigung verwendet wird. Diese Vorrichtung kann auch nur in einer Richtung Arbei leisten. Das Arbeitsfluid muss zum Leisten von Arbeit auf den kleinen Kolben drücken, während der ' grössere Kolben für den Rückhub verwendet werden muss.
Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer energiesparenden Vorrichtung, die mit einer üblichen Kolben-Zylinderkombination einschliesslich einem einzigen Zylinder und einem einzigen Kolben derart verwendet werden kann, dass dasselbe Druckmittel wie für den Arbeitshub für den Rückhub verwendet werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer energiesparenden Vorrichtung, die derart arbeiten kann, dass der Rückhub durch einen auf die Stangenseite des Kolbens wirkenden Druck erfolgt, wobei diese Seite eine kleinere Querschnittsfläche als die für den Arbeitshub verwendete Fläche hat. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Vorsehen einer Kraft zum Rückstellen des Kolbens, wobei die Kraft bei Annäherung des Kolbens an seine Rückstellstellung abnimmt, wodurch die Verschlechterung des Zylinders verringert wird.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäss durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 2 fes-w. 8.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft somit eine energiesparende Vorrichtung, die mit einem ersten gesteuerten Druck, einem zweiten gesteuerten Druck und einer Kolben-Zylinderkombination verwendet werden kann, bei der sich der Kolben im Zylinder hin- und herbewegt und zwischen einem ersten Ende des Zylinders und einem ersten Ende des Kolbens ein erstes veränderliches Volumen und zwischen einem zweiten Ende des Zylinders und einem zweiten Ende des Kolbens ein zweites veränderliches Volumen bildet. Die Erfindung hat Leitungen, die wahlweise eine Druckmittelverbindung unter
den veränderlichen Volumen und den gesteuerten Drücken derart vorsieht, dass das vom ersten gesteuerten Druck gelieferte Druckmittel zur Bewegung des Kolbens zu einem Ende für den Arbeitshub verwendet und dann beim Rückhub wieder verwendet wird.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a, 1b und 1c schematische Darstellungen einer Ausführungsform
der Erfindung in verschiedenen Betriebsstufen, wenn der erste gesteuerte Druck eine Hochdruckquelle und der zweite gesteuerte Druck eine Niederdrucksenke sind;
Fig. 2a, 2b und 2c einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei verschiedenen Betriebsstufen;
Fig. 2d eine schematische Darstellung der Drücke in
den beiden veränderlichen Volumen des Zylinders während des Betriebs der Ausführungsform von Fig. 2a, 2b und 2c;
Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 4a, 4b und 4c eine schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Betriebsstufen.
Fig. 1a zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Zylinder 2 und einem darin angeordneten Kolben 3. Ein erstes Ende 4 des Zylinders 2 und ein erstes Ende 6 des Kolbens 3 befinden sich auf der linken Seite der Zeichnung. Zwischen den ersten Enden 4 und 6 befinden sich ein erstes veränderliches Volumen 8. Auf der rechten Seite von Fig. 1 befinden sich
ein zweites Ende 1O des Zylinders 2 und ein zweites Ende 12 des Kolbens 3. Zwischen den zweiten Enden 10 und 12 befindet sich ein zweites veränderliches Volumen 14, das gegenüber dem ersten veränderlichen Volumen 8 so abgedichtet ist, dass zwischen dem ersten veränderlichen Volumen 8 und dem zweiten veränderlichen Volumen 14 im Zylinder 2 keine Druckmittelverbindung besteht. Am zweiten Ende 12 des Kolbens 3 ist eine Stange 13 befestigt. Die Erfindung ist auch betriebsfähig, wenn die Stange 13 am ersten Ende 6 des Kolbens 3 befestigt ist. Die Stange 13 kann an einem nicht gezeigten Verbraucher ausserhalb des Zylinders 2 befestigt werden und an diesem Verbraucher dadurch Arbeit leisten, dass sie sich beim Hin- und Herbewegen des Kolbens 3 im Zylinder vor und zurück bewegt.
Fig. 1a zeigt auch einen ersten gesteuerten Druck 16, einen zweiten gesteuerten Druck 18 und einen Behälter 20. In Fig. 1a ist der erste gesteuerte Druck 16 eine Hochdruckquelle, etwa eine Pumpe, während der zweite gesteuerte Druck 18 eine Niederdrucksenke ist. In den meisten Anwendungsfällen ist der zweite gesteuerte Druck 18 eine öffnung zur Atmosphäre. Der Behälter 20 steht in Druckmittelverbindung mit dem zweiten veränderlichen Volumen 14. Der Behälter 20 ist einfach ein Volumen, indem sich Druckmittel auch dann ansammeln kann, wenn der Kolben 3 soweit wie möglich zum Ende 10 ausgefahren ist. Falls innerhalb oder ausserhalb des Zylinders 2 Anschläge vorhanden sind, die den Kolben 3 stets wenigstens in einem gegebenen Abstand vom Ende 10 halten, dient das freie Volumen im Zylinder nach den Anschlägen als Behälter 20. Der Behälter 20 kann ein ausserhalb des Zylinders 2 gelegenes gesondertes Volumen sein, das in Druckmittelverbindung mit dem zweiten veränderlichen Volumen 14 steht (Fig. 1), oder kann das Volumen der Leitungen umfassen, die die Druckmittelverbindung mit dem zweiten veränderlichen Volumen 14 herstellen.
Eine Leitung 22 ist eine erste Leitung, die wahlweise eine DruckmitteIverbindung zwischen dem ersten gesteuerten Druck 16 und dem ersten veränderlichen Volumen 8 herstellt.Eine Ein-
richtung 24 dient zum öffnen und Schliessen der Leitung 22. Die Leitungen in Fig. 1a können Rohre, Schläuche, geschlossene Kanäle oder alles sein, durch das Druckmittel strömen kann. Die Einrichtung 24 kann alles sein, das die Leitungen öffnen und schliessen kann. Wenn die Leitung ein Schlauch ist, kann die Einrichtung eine Schlauchklemme sein. Wenn die Leitung ein Rohr ist, kann die Einrichtung irgendeine Art von Ventil sein, das zum öffnen und Schliessen des Rohrs dient.
Eine Leitung 26 ist eine zweite Leitung, die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen 8 und dem zweiten veränderlichen Volumen 14 herstellt. Eine Einrichtung 28 dient zum öffnen und Schliessen der Leitung 26. Eine Leitung 30 ist eine dritte Leitung, die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen 8 und dem zweiten gesteuerten Druck 18 herstellt. Eine Einrichtung 32 dient zum Öffnen und Schliessen der Leitung 30. Eine Leitung 34 ist eine vierte Leitung, die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen 14 und dem zweiten gesteuerten Druck 18 herstellt. Eine Einrichtung 36 dient zum öffnen und Schliessen der Leitung 34. In der Zeichnung ist eine mit X bezeichnete Einrichtung geschlossen, während eine mit O bezeichnete Einrichtung offen ist. Die Einrichtungen 24, 28, 32 und 36 können von Hand, durch eine elektronische Steuerung, durch eine druckabhängige Steuerung oder sonstwie betrieben werden.
Die Vorrichtung von Fig. 1a, 1b und 1c arbeitet in folgender Weise:
Gemäss Fig. 1a werden zuerst die Einrichtungen 24 und 36 geöffnet und die Einrichtungen 32 und 28 geschlossen. Dies lässt das unter hohem Druck stehende Druckmittel vom ersten gesteuerten Druck 16 durch die Leitung 22 in das erste veränderliche Volumen 8 fliessen und auf die Fläche 6 des Kolbens 3 wirken. Da der auf die andere Seite des Kolbens 3 am zweiten
Ende 12 wirkende Druck niedriger als der Druck vom ersten gesteuerten Druck ist, wirkt auf den Kolben 3 eine unausgeglichene Kraft, die ihm zum Ende 10 drückt. Wenn die Kraft gross genug ist, um die Reibungskräfte zu überwinden, nämlich den an der Stange 13 befestigten Verbraucher oder irgendwelche andere mit dem sich bewegenden Kolben verbundene Kräfte, so wird der Kolben 3 in Richtung des Pfeils 38 zum Ende 10 gedrückt und führt hierdurch die gewünschte Arbeitsfunktion aus. Dies ist der Arbeitshub. Die Stange 13 kann sich statt aus dem Ende 10 aus dem Ende 4 erstrecken, in welchem Fall die Arbeit durch den Rückhub anstatt durch das Ausfahren der Stange wie in Fig. 1 geleistet wird.
Als nächstes werden gemäss Fig. 1b die Einrichtung 24 und 36 geschlossen und die Einrichtung 28 geöffnet, während die Einrichtung 32 geschlossen bleibt. Dies gestattet ein Ausbreiten des zum ersten veränderlichen Volumen gelieferten Hochdruckdruckmittels durch die Leitung 26 in den Behälter und in das zweite veränderliche Volumen 14, so dass beinahe Gleichgewichtsdruck erreicht ist. In diesem Augenblick befindet sich das Druckmittel in der Leitung 26 und im Behälter 20 sowie im ersten und im zweiten veränderlichen Volumen 8 bzw. 14 beinahe auf Gleichgewichtsdruck, der geringer als der durch den ersten gesteuerten Druck 16 gelieferte Druck und höher als der Druck am zweiten gesteuerten Druck 18 ist. Dies ist der Gleichgewichts schritt .
Als nächstes werden gemäss Fig. 1c die Einrichtung 28 geschlossen und die Einrichtung 32 geöffnet, während die Einrichtungen 24 und 36 geschlossen bleiben. Da die Leitung 30 offen ist, steht das erste veränderliche Volumen 8 in Druckmittelverbindung mit dem durch den zweiten gesteuerten Druck 18 gelieferten niedrigeren Druck, während das Druckmittel im ersten veränderlichen Volumen 8 schnell zum niedrigeren Druck entweicht, so dass der Druck im ersten veränderlichen Volumen 8 schnell den niedrigen Druck am zweiten gesteuerten Druck 18 erreicht. Da das zweite veränderliche Volumen 14 auf Gleichgewichtsdruck ist,
der höher als der vom zweiten gesteuerten Druck 18 gelieferte niedrige Druck ist, ist der auf das Ende 12 des Kolbens 3 wirkende Druck höher als der auf das Ende 6 des Kolbens 3 wirkende Druck. Wenn die auf das Ende 12 wirkende Kraft ausreichend höher als die auf das Ende 6 wirkende Kraft ist, um die Reibung und die anderen vorliegenden Kräfte zu überwinden, wird der Kolben 3 in Pfeilrichtung 40 zum Ende 4 bewegt. Dies ist der Rückhub.
Wenn sich der Kolben 3 zum Ende 4 bewegt, nimmt das Volumen des zweiten veränderlichen Volumens 14 zu und breitet sich das Druckmittel im Behälter 20 zum Ausfüllen des zunehmenden Volumens aus, so dass der auf das Ende 12 wirkende Druck allmählich verringert wird. Somit wird die den Kolben 3 zum Ende 4 drückende Kraft verringert, wenn sich der Kolben 3 dem Ende 4 nähert. Wenn der Gleichgewichtsdruck nicht hoch genug ist und die Druckmittelmenge im Behälter 20 nicht gross genug ist, kann der Druck so verringert werden, dass der Kolben 3 nicht vollständig in seine Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Wenn aber der Gleichgewxchtsdruck genügend hoch und der Behälter 20 genügend gross ist, wird der Kolben 3 in seine Ausgangsstellung zurückgeführt. Das folgende Beispiel erläutert die theoretische Beziehung zwischen den Drücken und Volumen bei der in Fig. 1 dargestellten Erfindung.
Es sei angenommen, dass das vom ersten gesteuerten Druck 16 gelieferte Druckmittel ein ideales Gas ist und das ideale Gasgesetz Anwendung findet, so dass
wobei P der absolute Druck und T die absolute Temperatur sind.
Es sei nun angenommen, dass die Prozesse isotherm verlaufen, wobei P1V1 = P2V2 .
Gegeben sind: A„ = Querschnittsfläche des Endes 6
AR = Querschnittsfläche des Endes 12 P1n = Hochdruck am ersten gesteuerten Druck 16
V„ = Volumen des ersten veränderlichen Volumens 8 am Ende des Arbeitshubs
PEX = durcn den zweiten gesteuerten Druck 18 gelieferter Niederdruck
= Volumen der Stange 13 innerhalb des Zylinders am Ende des Rückhubs
Vn = Volumen des Behälters 20
P = Druck im Behälter 20 und im ersten sowie zweiten veränderlichen Volumen 8 bzw. 14 am Ende des Gleichgewichtsschritts.
Pp = Druck im zweiten veränderlichen Volumen am Ende des Rückhubs.
Für den Gleichgewichtsschritt findet das ideale Gasgesetz Anwendung, wobei
PV vor dem Gleichgewicht = PV nach dem Gleichgewicht:
P V + P V = P TV +V 1 rIN H jEX R EQ 1H Rj
Die Lösung für den Gleichgewichtsdruck lautet:
PINVH*PEXVR PEQ - VH*VR
Es sei angenommen, dass vor dem Rückhub des Volumen des zweiten veränderlichen Volumens 14 vernachlässigbar klein ist. Es sei auch angenommen, dass am Ende des Rückhubs das Volumen des zweiten veränderlichen Volumens 14 gleich V„ - Vn^1 ist.
rl KUU
Da sich das Druckmittel im Behälter 20 ausbreitet und das neue Volumen des zweiten veränderlichen Volumens 14 während des Rückhubs füllt, wobei PV vor der Ausbreitung = PV nach der Ausbreitung ist, gilt:
PEQVR - VVH-VROD)+PFVR " PF «VVB0D+V
Die Lösung für P lautet
P V
P V-V +
H ROD V13
Bei diesem Beispiel sei angenommen:
V„ = 1,0 Volumeneinheit A„ = 3 Zoll2 π η ~
V_, = 0,8 Volumeneinheit A0 = 2,5 Zoll P1n = 114,7 psia
PEX = 14'7 psia Vn^r. =0,2 Volumeneinheit
P V +P V ρ _ IN H EX R
-EQ VH+VR
- 114,7x1,0+14,7x0,8 1,0+0,8
= 70,2 psia
P. = Vi
F VH-VR0D+VR
70,2x0,8 1,0-0,2+0,8
= 35,1 psia
Die auf den Kolben 3 zu wirkenden Kräfte, die nur durch die Druckmitteldrücke im Zylinder bedingt sind, haben folgende Werte:
Kraft (P.J auf Grund des Drucks am Kolben beim Arbeitshub: w
V = P Ά — W INHS PEXAR
= 114,7 psia χ 3 Zoll2- 14,7 psia χ 2,5 Zoll2 = 307,4 lbs
Die Kraft (FR) auf Grund des Druck am Kolben zu Beginn des
Rückhubs beträgt:
FR = PEQAR~PEXAH
=70,2 psia χ 2,5 Zoll2- 14,7 psia x 3 Zoll2 = 131,4 lbs
Die Kraft (F„) auf Grund des Druck am Kolben am Ende des Rück i;
hubs beträgt:
=35,1 psia χ 2,5 Zoll2- 14,7 psia a 3 Zoll2 = 43,6 lbs
Die vorhergehenden Berechnungen wurden wiederholt unter Auf lösung von P und P bei Veränderung von V . Für diese Berechnungen wurden folgende Werte angenommen:
P = 114,7 psia (100 psig Lieferdruck) P„„ = 14,7 psia (O psig, Atmosphärendruck)
V„ = 1,0 Volumeneinheit
Xl
νΏΛιΓ. = 0,2 Volumeneinheit AH = 3 Zoll AR = 2,5 Zoll2
Die folgende Tabelle gibt die theoretischen Ergebnisse an:
VR PEQ(psia) PF(psia)
0,6 77,2 33,1
0,8 70,2 35,1
1,0 64,7 35,9
1,2 60,2 36,1
1,4 56,4 35,9
Vbs ,4 FR lbs FFlbs
307 ,4 .148,9 38,6
307 ,4 131,4 43,6
307 /4 117,6 45,6
307 ,4 106,4 46,2
307 96,9 45,6
Fig. 2a, 2b, 2c zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in Form einer Gruppe von Ventilen und Kanälen in einem einzigen Gehäuse 42. Diese Gruppe von Ventilen und Kanälen kann zusammenarbeiten mit einem ersten gesteuerten Druck 16, der ein von einer Pumpe oder in ähnlicher Weise geliefertes Hochdruckdruckmittel ist, mit einem zweiten gesteuerten Druck 18, der ein Niederdruck, etwa Atmosphärendruck, ist, mit einem Vierwegeventil 44 und mit einer Kolben-Zylinderkombination 3, 2 ähnlich der in Fig. 1 und 2 gezeigten Kombination.
Obwohl die in FLg. 2a, 2b, 2c gezeigten Ventile und Leitungen sich alle in einem einzigen Gehäuse befinden, kann dieselbe Anordnung \on Ventilen und Leitungen in gleicher Weise arbeiten, wenn die Ventile sich in durch Leitungen miteinander verbundenen gesonderten Gehäusen befinden. Das einzige Gehäuse 42 wird wegen der Zweckmässigkeit und Wirtschaftlichkeit der Herstellung verwendet.Das Gehäuse 42 besteht aus zwei Teilen 42a und 42b. Zwischen diesen beiden Teilen wird ein nichtporöses biegsames Teil aus Material 43 angeordnet. Die Teile 42a und 42b werden dann miteinander verschraubt und klemmen das Material 43 an Ort und Stelle ein. Teile des Materials werden noch in Verbindung mit den durch das Material 43 gebildeten Ventilen und Membranen beschrieben.
Wie in Fig. 1a, 1b und 1c ist der Behälter 20 einfach ein Volumen, in dem sich Druckmittel auch dann ansammeln kann, wenn der Kolben 3 bis zum Ende 10 ausgefahren ist. Befinden sich innerhalb oder ausserhalb des Zylinders 2 Anschläge, die den Kolben 3 stets wenigstens in einem gegebenen Abstand vom Ende 10 halten, dann kann das freie Volumen im Zylinder 2 nach den Anschlägen als Behälter 20 dienen. Der Behälter 20 kann ein gesondertes Volumen ausserhalb des Zylinders 2 sein, das in Druckmittelverbindung mit einem zweiten veränderlichen Volumen 14 steht, vgl. Fig. 2a, 2b und 2c, oder der Behälter kann das eigentliche Volumen der Leitungen umfassen, die die Druckmittel-
Verbindung mit dem zweiten veränderlichen Volumen 14 herstellen.
Das Vierwegeventil 44 hat zwei Stellungen. In seiner ersten Stellung gemäss Fig. 2a verbindet es den ersten gesteuerten Druck mit dem Kanal 46 im Gehäuse 42b und den zweiten gesteuerten Druck 18 mit dem Kanal 48 im Gehäuse 42b. In seiner zweiten Stellung gemäss Fig. 2b kehrt es die Verbindungen derart um, dass der erste gesteuerte Druck 16 mit dem Kanal 48 und der zweite gesteuerte Druck 18 mit dem Kanal 46 in Verbindung stehen. Das Vierwegeventil 44 '<ann von einer zur anderen Stellung von Hand, durch einen Elektromagnet, durch Anwendung eines hydraulisch betätigten Vorrichtung oder durch andere bekannte Mittel bewegt werden.
Der Kanal 46 führt zu einem Wechselventil 50, das mit drei Kanälen 46, 52 und 54 in Verbindung steht. Das Wechselventil hat zwei Stellungen. In der in Fig. 2a gezeigten ersten Stellung setzt es den Kanal 46 in Druckmittelverbindung mit dem Kanal 52, der in Druckmittelverbindung mit dem ersten veränderlichen Volumen 8 steht. Gleichzeitig sperrt das Wechselventil 50 die Druckmittelverbindung zwischen dem Kanal 54 und den Kanälen 52 und 46. Die Kanäle 52 und 46 bilden somit zusammen mit dem Wechselventil 50 eine Leitung, die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen 8 und dem ersten gesteuerten Druck 16 herstellen kann.
In dieser in Fig. 2b gezeigten zwe iten Stellung setzt das Wechselventil 50 den Kanal 52 in Druckmittelvorbindung mit dem Kanal 54 und sperrt die Verbindung zwischen den Kanälen 52 und 46. Das Wechselventil 50 ist ein Teil des Materials 43, das vom Rest des Materials 43 so teilweista weggeschnitten ist, dass es eine am Gehäuse 42 befestigte Klappe bildet. Die Bewegung der Klappe des Wechselventils 50 wird durch die relativen Drücke in den Kanälen in noch zu beschreibender Weise gesteuert.
Der Kanal 54 steht mit einem Rückschlagventil 56 in Verbindung. Das Rückschlagventil 56 gestattet ein Strömen des Druckmittels vom Kanal 54 zum Kanal 58 auf der anderen Seite des Rückschlagventils 56, gestattet jedoch kein Strömen von Druckmittel in der entgegengesetzten Richtung. Eine Vorspannfeder 60 hält das Rückschlagventil 56 in seiner richtigen Stellung innerhalb des Kanals 58. Der Kanal 58 steht in Druckmittelverbindung mit dem zweiten veränderlichen Volumen 14. Wenn sich das Wechselventil 50 in einer solchen Stellung befindet, dass es eine Druckmittelverbindung vom Kanal 52 zum Kanal 54 herstellt, und wenn das Druckmittel im Kanal 54 einen höheren Druck als das Druckmittel im Kanal 58 hat, so dass es am Rückschlagventil 56 vorbeiströmen kann, kann Druckmittel vom ersten veränderlichen Volumen 8 über die Kanäle 52, 54 und 58 zum zweiten veränderlichen Volumen 14 strömen. Somit bilden die Kanäle 52, 54 und 58 zusammen mit dem Wechselventil 50 und dem Rückschlagventil 56 eine Leitung, die wahlweise eine Druckmxttelverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten veränderlichen Voluen 8 bzw. 14 herstellen kann.
Der Kanal 48 führt zu einer Membran 62, die Teil des Materials 43 ist. Die Membran 62 ist an ihren Rändern am Gehäuse 42 befestigt und kann auf die sie umgebenden relativen Drücke durch Bewegen in Richtung des niedrigeren Drucks ansprechen. Auf einer Seite der Membran 62 befindet sich die Leitung 48, während sich auf der anderen Seite der Kanal 58 und eine öffnung 63 zum Kanal 64 befinden, der mit dem zweiten gesteuerten Druck in Verbindung steht.Wenn der Kanal 48 in Druckmittelverbindung mit dem ersten gesteuerten Druck steht, wird die Membran 62 auf der an den Kanal 48 angrenzenden Seite von einem höheren Druck beaufschlagt und bewegt sich von der Seite mit dem höheren Druck weg, schliesst die öffnung 63 zum Kanal 64 ab und unterbricht die Druckmittelverbindung zwischen dem Kanal 58 und dem Kanal 64.
Wenn sich der Kanal 48 in Druckmxttelverbindung mit dem zweiten gesteuerten Druck 18 verbindet, wird die Membran 62 von einem
niedrigeren Druck auf der an dem Kanal 48 liegenden Seite beaufschlagt und bewegt sich zum Kanal 48, indem sie sich von der Öffnung 63 zum Kanal 64 wegbewegt, wodurch die Druckmittelverbindung zwischen dem Kanal 58 und dem Kanal 64 geöffnet wird. Wenn sich die Membran 62 von der Öffnung 63 zum Kanal 64 wegbewegt, besteht eine Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen 14, dem Kanal 58, dem Kanal 64 und dem zweiten gesteuerten Druck 18. Wenn sich die Membran 62 zur Öffnung 63 hin bewegt, unterbricht sie die Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen 14 und dem zweiten steuerten Druck 18. Somit bilden die Kanäle 58 und 64 zusammen mit der Membran 62 eine Leitung, die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen 14 und dem zweiten gesteuerten Druck 18 herstellen kann.
Im Kanal 52, der in Druckmittelverbindung mit dem ersten veränderlichen Volumen 18 steht, befindet sich eine Öffnung 66 zum Kanal 68, der in Druckmittelverbindung mit dem zweiten gesteuerten Druck 18 steht. In der Öffnung 66 befindet sich ein Verschlussglied 70, das Teil des Ventils 72 ist. Das Verschlussglied 70 ist am Boden eines Schafts 74 befestigt, der sich im Kanal 52 befindet. Das obere Ende des Schafts 74 ist an einer Memb ran 76 befestigt, die eine Oberseite 78 und eine Unterseite 80 hat. Die Membran 76 ist ein weiterer Teil des Materials Die Unterseite 80 der Membran 76 grenzt an den Kanal 52 an, während die Oberseite 78 der Membran 76 an die Kammer 82 angrenzt, die über einen Kanal 83 in Druckmittelverbindung mit der Leitung 58 und dem zweiten veränderlichen Volum en 14 steht. An der Oberseite 78 der Membran 76 und am Gehäuse 42b ist eine Vorspannfeder 84 befestigt. Der Druck wirkt auf die Ober- und Unterseiten 78, 80 der Membran 76 und auf die Ober- und Unterseiten. 86, 88 des Verschlussglieds 70. Die Membran 76 ist biegsam und spricht auf Änderungen des auf diese Seiten wirkenden Drucks dadurch an, dass sie das befestigte Ventil 72 und das Verschlussglied 70 zur Öffnung 66 oder davon weg bewegt. Wenn sich die Membran 76 zur Öffnung 66 bewegt, drückt sie den
Schaft 74 zur Öffnung 66, wobei der Schaft 74 seinerseits das Verschlussglied 70 aus der Öffnung 66 drückt, wodurch die Druckmittelverbindung zwischen dem Kanal 52 und dem Kanal 68 geöffnet wird. Das heisst, die Membran öffnet die Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen 8 und dem zweiten gesteuerten Druck 18. Somit bilden die Kanäle 52 und 68 zusammen mit dem Ventil 72 eine Leitung, die wahlweise eine Druckinittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen 8 und dem zweiten gesteuerten Druck 18 herstellen kann. Wenn die auf den Seiten 78, 80, 86, 88 wirkenden Kräfte so gross sind, dass sie die Membran 76 von der Öffnung 66 weg drücken, dann bewegt sich das Verschlussglied 70 in einer Richtung, in der es die Druckmittelverbindung durch die Öffnung 66 abdichtet.
Der Betrieb der in Fig. 2a gezeigten Ausführungsform der Erfindung erfolgt in folgender Weise:
Zur Einleitung des Arbeitshubs wird das Vierwegesteuerventil in seine erste Stellung derart bewegt, dass Hochdruckdruckmittel in den Kanal 46 strömt. Da der Druck im Kanal 46 höher als der Druck im Kanal 54 ist, wird das Wechselventil 50 niederge- · drückt, öffnet den Kanal 46 zum Kanal 52 und schliesst den Kanal 54. Dies setzt den ersten gesteuerten Druck 16 in Druckmittelverbindung mit dem ersten veränderlichen Volumen 8.
Gleichzeitig setzt das Vierwegesteuerventil 44 den zweiten gesteuerten Druck in Druckmittelverbindung mit dem Kanal 48. Da der Druck im Kanal 48 niedriger als der Druck im Kanal 58 ist, wenn der Kolben 3 mit seiner Bewegung zum Ende 10 beginnt, bewegt sich die Membran 62 zum Kanal 48, wodurch die Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen 14 und dem zweiten gesteuerten Druck 18 über die Kanaäle 58 und 64 geöffnet wird. Diese Anordnung gestattet der Membran 62 und deren sie umgebenden Kanäle ein Arbeiten als schnelles Ablassventil für das zweite veränderliche Volumen 14.
Das Ventil 72 befindet sich in einer geschlossenen Stellung,
da der Druck in der Kammer 82, der etwa derselbe wie der zweite gesteuerte Druck 18 ist, wesentlich niedriger als der Druck im Kanal 52 ist, der etwa derselbe wie der erste gesteuerte Druck ist. Diese Druckdifferenz bewirkt eine Aufwärtsbewegung der Membran 76 und ein Abdichten des Verschlussglieds 70 an der öffnung 66, die abgeschlossen wird. Da das erste veränderliche Volumen 8in Druckmittelverbindung mit dem höheren Druck des ersten gesteuerten Drucks 16 steht und das zweite veränderliche Volumen 14 in Druckmittelverbindung mit dem niedrigeren Druck des zweiten gesteuerten Drucks 18 steht, wird der Kolben 3 wie beim Arbeitshub von Fig. 1a zum Ende 10 gedrückt .
Zur Einleitung des Gleichgewichtsschritts von Fig. 2b wird das Vierwegesteuerventil 44 in seine zweite Stellung bewegt, in der der erste gesteuerte Druck 16 -in Druckmittelverbindung mit dem Kanal 48 und der zweite gesteuerte Druck 18 in Druckmittelverbindung mit dem Kanal 46 gesetzt sind. Da die Membran 62 nun von einem höheren Druck im Kanal 48 beaufschlagt wird, bewegt sie sich nach unten und schliesst die öffnung 63 ab. Das Druckmittel in den Kanälen 46 und 54 befindet sich grob auf demselben Druck, nämlich dem Druck des zweiten gesteuerten Drucks 18. Jedoch befindet sich das Druckmittel im Kanal 52 auf einem höheren Druck, der etwa gleich dem Druck des ersten gesteuerten Drucks 16 ist, und beginnt mit hoher Geschwindigkeit am Wechselventil 50 vorbei in den Kanal 46 zu strömen. Diese schnelle Bewegung des Druckmittels nimmt den Rand des Wechselventils 50 auf und gestattet dem Hochdruckdruckmittel im Kanal 52 eine Reaktion auf der Unterseite des Wechselventils 50.
Wirkt einmal das Hochdruckdruckmittel auf die Unterseite des Wechselventils 50, so bewirkt die Druckdifferenz eine Bewegung des Wechselventils 50 zum Kanal 46, wodurch der Kanal 46 geöffnet und der Kanal 54 geschlossen wird. Das im Kanal 52 befindliche Hochdruckdruckmittel bewegt sich dann in den Kanal 54, vorbei am Rückschlagventil 56, in den Kanal 58 und schliesslich
in den Behälter 20 und das zweite veränderliche Volumen 14. Dies ermöglicht dem Druck im ersten veränderlichen Volumen 8, im Behälter 20 und im zweiten veränderlichen Volumen 14 ein Erreichen des Gleichgewichts wie beim Gleichgewichtsschritt von Fig. 1b. Die Geschwindigkeit, mit der das Druckmittel durch einen Kanal strömt, hängt von dessen Querschnittsfläche ab. Durch Verringern der Querschnittsfläche des Kanals 58 an der Stelle, an der die Leitung 53 in den Kanal 58 eintritt (diese verringerte Querschnittsfläche ist mit 58A bezeichnet, wird die Druckmittelgeschwindigkeit an dieser Stelle erhöht, was eine Verringerung der Druckhöhe im verringerten Kanalquerschnitt 58A bewirkt. Dieser selbe verringerte Druck steht über den Kanal 53 mit der Kammer 82 in Verbindung. Wenn somit das Druckmittel von der Kammer 8 über den verringerten Querschnitt 58A in die Kammer strömt, ist der Druck in 58A, 83 und der Kammer 82 gegenüber dem auf die Unterseite der Membran 76 wirkenden Druck im Kanal verringert. Somit bleibt die Membran 76 bei dem verringerten Druck auf ihrer Oberseite in ihrer obersten Stellung und hält das Verschlussglied 70 gegen die öffnung 66, während Druckmittel von 8 nach 14 strömt und beim Druckausgleichsvorgang durch den verringerten Kanalquerschnitt 58A hindurchtritt. Für den besten Betrieb der Erfindung ist es für den Druck in der Kammer 82 erwünscht, den Druck im zweiten veränderlichen Volumen 14 so wiederzugeben, dass das Ventil 72 nicht zu bald öffnet, bevor die Gleichgewichtsdruckmittelströmung den Wert Null erreicht. In den Kanal 83 kann ein einstellbares Nadelventil eingesetzt werden, um den Druckmittelstrom in die Kammer 82 zu verlangsamen und eine Druckänderung in der Kammer 82 zu veranlassen, um die Druckänderung im zweiten veränderlichen Volumen wiederzugeben. Wenn der Druck sich dem Gleichgewicht und die Gleichgewichtsströmung dem Wert Null nähern, ist der Druck auf den Flächen 78, 80 und 86 etwa gleich dem Gleichgewichtsdruck,, während der Druck auf der Fläche 88 niedriger als der Gleichgewichtsdruck ist, nämlich gleich dem Druck am zweiten gesteuerten Druck 18. In einem Augenblick irgendwo vor Erreichen des Gleichgewichtdrucks in Abhängigkeit von den relativen Grossen der Flächen 78,80, 86 und 88 wird das Ventil 72 plötzlich öffnen
und gestattet ein Abfliessen des Druckmittels im Kanal 52 in den zweiten gesteuerten Druck 18. Das Druckmittel beginnt vom Kanal 58 zum Kanal 54 und zum Kanal 52 zu strömen. Jedoch schliesst das Ventil 56, tun das Entweichen des Druckmittels zu verhindern. Das Druckmittel im zweiten veränderlichen Volumen 14, im Behälter 20, im Kanal 58, im Kanal 83 und in der Kammer 82 bleibt somit auf Gleichgewichtsdruck, während der Druckmitteldruck im ersten veränderlichen Volumen 8 und im Kanal 52 sich dem niedrigeren zweiten gesteuerten Druck nähert. Da der Druck auf der Oberseite 78 der Membran 76 auf Gleichgewichtsdruck bleibt, während der Druck auf der Unterseite 80 abnimmt, wird das Ventil 72 immer weiter öffnen, sobald es nur um einen kleinen Betrag geöffnet hat. Das Ventil 72 dient auch als Schnellablassventil und gestattet dem Druckmittel im ersten veränderlichen Volumen ein schnelles Abfliessen zum zweiten gesteuerten Druck 18 ohne ein Strömen durch lange Leitungen.
In diesem Zeitpunkt befinden sich die Ventile in den in Fig. 2c gezeigten Stellungen und beginnen den Rückhub. Das erste veränderliche Volumen 8 steht in Druckmittelverbindung mit dem zweiten gesteuerten Druck 18, während der Behälter 20 und das zweite veränderliche Volumen 14 von einer weiteren Druckmittelverbindung mit irgendeinem anderen Volumen abgesperrt sind. Nun wird das Ende 6 des Kolbens 3 vom zweiten gesteuerten Druck 18 beaufschlagt, der niedriger als der auf das Ende 12 des Kolbens 3 wirkende Gleichgewichtsdruck ist. Wenn die auf das Ende 12 wirkende Kraft ausreichend höher als die auf das Ende 6 wirkende Kraft ist, um die Reibung und andere herrschende .Kräfte zu überwinden, so Wird der Kolben 3 wie im Fall des Rückhubs von Fig. 1c zum Ende 4 bewegt. Wenn sich der Kolben 3 zum Ende 4 bewegt, nimmt das Volumen des zweiten veränderlichen Volumens 14 zu und breitet sich das Druckmittel im Volumen 14 und im Behälter 20 zum Füllen des zunehmenden Volumens aus, so dass der auf das Ende 12 wirkende Druck allmählich verringert wird. Somit wird die den Kolben 3 zum Ende 4 drückende Kraft verringert, wenn
sich der Kolben 3 dem Ende 4 nähert. Wenn der Gleichgewichtsdruck nicht genügend hoch ist und die Druckmittelmenge im Behälter 20 nicht gross genug ist, kann der Druck so verringert werden, dass der Kolben 3 nicht vollständig in seine Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Wenn aber der Gleichgewichtsdruck hoch genug ist und der Behälter 20 gross genug ist, wird der Kolben in seine Ausgangsstellung zurückgeführt. Hierdurch wird der Kolben durch Wiederverwendung eines Teils des unter Druck stehenden Druckmittels zurückgeführt, das anfänglich zum Drücken des Kolbens beim Arbeitshub verwendet wurde. Wenn das Vierwegesteuerventil 44 in seine erste Stellung zurückgeführt ist, beginnt ein weiterer Arbeitshub und kann der in Fig. 2a, 2b und 2c gezeigte Zyklus wiederholt werden.
Fig. 2d zeigt einen Druckverlauf aus einem tatsächlichen Versuch mit der Ausführungsform von Fig. 2a, 2b und 2c. Der für den Versuch verwendete Zylinder war ein Hanna-Zylinder mit einem Hub von 310 mm und einem Durchmesser von 50,8 mm. Der Stangendurchmesser betrug 19 mm. Der Druck im ersten gesteuerten Druck 16 betrug 84 psig (98,7 psia). Der zweite gesteuerte Druck 18 betrug O psig (14,7 psia). Die Druckablesungen erfolgten im ersten veränderlichen Volumen 8 und im zweiten veränderlichen Volumen 14 während des Arbeitshubs, des Gleichgewichts und des Rückhubs. Die Druckablesungen zeigen, dass bei einer Bewegung des Vierwegesteuerventils 44 in seine erste Stellung für den Arbeitshub zur Zeit t. der Druck im ersten veränderlichen Volumen 8 schnell zunimmt. Zur selben Zeit t. zeigt der Druck im zweiten veränderlichen Volumen 14 keine Änderung. Dies bedeutet Haftreibung im Zylinder, wobei ein Druck von etwa 42 psig im ersten Volumen 8 für den Bewegungsbeginn des Kolbens 3 nötig ist. Sobald der Kolben 3 sich zu bewegen beginnt, fällt der Druck im ersten veränderlichen Volumen 8 plötzlich ab bei einem entsprechenden plötzlichen Druckanstieg im zweiten veränderlichen Volumen 14, wenn das Druckmittel im zweiten veränderlichen Volumen 14 durch den sich bewegenden Kolben 3 schneller zusammengedrückt wird, als
-lies zum zweiten gesteuerten Druck 18 entweichen kann. Die schnelle Folge von Druckspitzen im ersten und im zweiten veränderlichen Volumen 8 bzw. 14 bedeutet eine etwas ruckweise Bewegung des Kolbens 3, wobei das Druckmittel im ersten veränderlichen Volumen 8 kleine Beträge der Haftreibung überwinden muss, um den Kolben 3 zum Ende 10 des Zylinders 2 zu bewegen. Die Haftreibung bezieht sich auf Reibung, die eine Ruck-Gleiterscheinung ergibt, die im allgemeinen durch einen Mangel an Schmierung zwischen den Dichtungen und den Oberflächen verursacht wird, an denen sie reiben. Diese Art von Haftreibung ist in den meisten Zylindern typisch. Bei Verwendung einer als Rollmembran ausgebildeten Kolbendichtung tritt diese Art von Haftreibung nicht auf.
Zur Zeit t„ ist der Arbeitshub beendet. Der Druck im ersten veränderlichen Volumen 8 beträgt 84 psig und im zweiten veränderlichen Volumen 14 0 psig. In einem Augenblick kurz vor der Zeit t_ wird das Vierwegesteuerventil 44 in seine zweite Stellung bewegt. Die Druckablesungen bedeuten, dass der Gleichgewichtsschritt stattfindet, wobei der Druck im ersten veränderlichen Volumen 8 abnimmt, während der Druck im zweiten veränderlichen Volumen 14 zunimmt. Zur Zeit t3 endet der Gleichgewichtsschritt, wobei der Druck im ersten veränderlichen Volumen 8 gleich 44 psig ist während der Druck im zweiten veränderlichen Volumen gleich 36 psig ist. Zur Zeit t., beginnt der Rückhub, wobei der Druck im ersten veränderlichen Volumen 8 schnell abfällt, wenn das Druckmittel zur Atmosphäre entweicht. Der Druck im zweiten veränderlichen Volumen 14 nimmt allmählich ab, wobei sich das Druckmittel ausbreitet und das zunehmende Volumen füllt, das entsteht, wenn sich der Kolben 3 bei seinem Rückhub zurück zum Ende 4 des Zylinders 2 bewegt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die der Ausführungsform von Fig. 2 ähnlich ist. Die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen von Fig. 2 und 3 betreffen das zum öffnen und Schliessen der Leitung vom zweiten veränderlichen Volumen 14 zum zweiten gesteuerten Druck 18 verwendete Ventil. In Fig. 2 enthält das Ventil die vom Druck gesteuerte Membran
In Fig. 3 ist das Ventil durch ein Ventilglied 90 gebildet. Das Ventilglied 90 ist mittels eines Schafts 82 am Wechselventil 50 derart befestigt, dass es bei einer Aufwärtsbewegung des Wechselventils 50, um den Kanal 46 aus der Druckmittelverbindung mit dem Kanal 52 abzusperren und den Kanal 54 zu öffnen, eine Aufwärtsbewegung des Schafts 92 bewirkt, wodurch das Ventilglied 90 so bewegt wird, dass es die öffnung 63 abdichtet und die Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen 14 und dem zweiten gesteuerten Druck 18 unterbricht. Wenn sich das Wechselventil 50 zum Abschliessen des Kanals 54 und zum öffnen des Kanals 46 nach unten bewegt, bewirkt es eine Abwärtsbewegung des Ventilglieds 90 und eine Druckmittelverbindung durch die öffnung 63.
Da das Verschlussglied 90 durch die Bewegung des Wechselventils 50 anstatt durch die Drücke um das Ventilglied 90 gesteuert wird, benötigt es weder den Kanal 48 noch die abwechselnde Verbindung mit den ersten und zweiten gesteuerten Drücken 16, 18, wie sie in Fig. 3 benötigt wurden. Dies bedeutet, dass das Vierwegesteuerventil 44 durch ein Dreiwegesteuerventil 94 ersetzt werden kann, das mit den ersten und zweiten gesteuerten Drücken 16, 18 und mit dem Kanal 46 in Verbindung steht.
In Fig. 3 ist das Rückschlagventil 56 über dem Schaft 92 befestigt, bewegt sich jedoch unabhängig von der Bewegung des Schafts. Das Wechselventil 50 in Fig. 3 ist konstruktiv etwas vom Wechselventil 50 in Fig. 2a, 2b und 2c unterschieden. In Fig. 3 ist das Wechselventil 50 keine Klappe aus biegsamem Material, sondern stattdessen ein steiferes Glied. Die erhöhte Steifheit ist für das Wechselventil 50 zum Betätigen des Schafts 92 erforderlich, der das Ventilglied 90 steuert. Das Wechselventil 50 in Fig. 3 ist auch nicht am Gehäuse 42 befestigt. Dies ist in Fig. 3 nicht erforderlich, da eine Befestigung des Wechselventils 50 am Schaft 92 genügt, um es an seinem Ort zu halten. Eine Führung 91 am Schaft 92 beschränkt die Bewegung
des Wechselventils 50 auf hauptsächlich eine axiala Bewegung mit einer zum Schaft 92 sehr geringen senkrechten Bewegung.
Ein weiterer Unterschied zwischen Fig.2 und 3 besteht darin, dass der Kanal 64 mit dem Kanal 68 in Verbindung steht, der mit dem zweiten gesteuerten Druck 18 in Verbindung steht, anstatt eine unmittelbare Druckmittelverbindung zwischen dem Kanal 64 und dem zweiten gesteuerten Druck 18 zu haben. Dies ermöglicht eine Verringerung um einen Anschluss am Gehäuse 42, wodurch die Komplexität und Kosten verringert werden. Der Betrieb der Ausführungsform der Erfindung von Fig. 3 ist im wesentlichen derselbe von Fig. 2, wobei dieselben Leitungen zu denselben Zeiten offen sind. Der Grundunterschied beim Betrieb besteht darin, dass das Ventilglied 90 anstatt durch Druckmitteldruck durch das Wechselventil 50 gesteuert wird.
Fig. 4a, 4b und 4c zeigen eine unterschiedliche Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei herkömmliche Ventile, etwa Schieberventile, in Druckmittelverbindung mit den ersten und zweiten gesteuerten Drücken 16, 18 und den ersten und zweiten veränderlichen Volumen 8, 14 stehen und dieselben Leitungen vorsehen sowie dieselbe Reihenfolge des öffnens und Schliessens der Druckmittelverbindung wie bei den vorhergehenden Figuren vorsehen. Bei dieser Anordnung wird jedoch die Bewegung der Ventile anstatt druckabhängig wie in Fig. 2 und 3 durch eine zeitabhängige Steuerung gesteuert. Ein Zweiwegeventil 100 hat zwei Stellungen. In seiner ersten Stellung setzt es den ersten gesteuerten Druck 16 in Druckmittelverbindung mit einer Leitung 101, die in Verbindung mit einem Fünfwegeventil 102 steht. In seiner zweiten Stellung sperrt es die Druckmittelverbindung zwischen der Leitung 101 und dem ersten gesteuerten Druck. Das Fünfwegeventil 102 hat drei Stellungen. In seiner in Fig. 4a gezeigten ersten Stellung setzt es die Leitung 101 in Druckmittelverbindung mit dem ersten veränderlichen Volumen 8 und setzt das zweite veränderliche Volumen 14 in Druckmittelverbindung mit dem zweiten gesteuerten Druck 18. In seiner zweiten Stellung
gemäss Fig. 4b setzt das Fünfwegeventil 102 das erste veränderliche Volumen 8 in Druckmittelverbindung mit dem zweiten veränderlichen Volumen 14. In seiner dritten Stellung von Fig. 4c setzt das Fünfwegeventil 102 das erste veränderliche Volumen 8 in Druckmittelverbindung mit dem zweiten gesteuerten Druck 18 und sperrt die Verbindung mit dem zweiten veränderlichen Volu-r men 14.
Die Ventile 100 und 101 werden durch ein oder mehrere Elektromagnete oder andere Steuereinrichtungen gesteuert, die in Abhängigkeit vom Zeitablauf ein Signal empfangen. Die Ventile 100, 102 bewegen sich so gemeinsam, dass sich zuerst das Ventil 100 in seiner ersten Stellung und das Ventil 102 in seiner ersten Stellung befinden. Als nächstes befindet sich das Ventil 100 in seiner zweiten Stellung und das Ventil 102 in seiner zweiten Stellung. Schliesslich befindet sich das Ventil 100 in seiner zweiten Stellung und das Ventil 102 in seiner dritten Stellung. Diese Ausführungsform hat dieselbe Ordnung der Druckmittelverbindung wie die anderen Ausführungsformen.
Während diese Figuren einen waagerechten Zylinder und sich in einer senkrechten Ebene bewegende Ventile zeigen, arbeitet die Erfindung bei beliebiger Ausrichtung von Zylinder und Ventilen.

Claims (8)

  1. 3211231
    BEETZ & PARTNER 667-33.5o6P(33.5o7H) 26. März 1982
    Steinsdorfstr. 1.0,8000 München 22
    REXNORD INC.
    Milwaukee, Wisconsin 532ol V.St.A.
    Energiesparendes Verfahren zur Betätigung einer Kolben-Zylinderkombination und Vorrichtung zur Durchführung des
    Verfahrens
    Ansprüche
    Energiesparendes Verfahren zur Betätigung einer Kolben-Zylinderkombination, bei der der Kolben sich im Zylinder hin- und herbewegt und ein erstes veränderliches Volumen zwischen einem ersten Ende des Zylinders und einem ersten Ende des Kolbens sowie ein zweites veränderliches Volumen zwischen einem zweiten Ende des Zylinders und dem zweiten Ende des Kolbens bildet,
    gekennzeichnet
    - durch in Druckmittelverbindungsetzen des ersten veränderlichen Volumens mit einem ersten gesteuerten Druck und des zweiten veränderlichen Volumens mit einem niedrigeren zweiten gesteuerten Druck zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten veränderlichen Volumen und zur Bewegung des Kolbens zum Ende mit dem niedrigeren Druck,
    - durch Unterbrechen der Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen und dem zweiten gesteuerten Druck, Entfernen des ersten veränderlichen Volumens von
    667-CR1478-X-1)
    (R1479-X-1)
    der Druckmittelverbindung mit dem ersten gesteuerten Druck und in Druckmittelverbindungsetzen des ersten veränderlichen Drucks mit dem zweiten veränderlichen Volumen derart, dass im ersten und zweiten veränderlichen Volumen beinahe Gleichgewichtsdruck erreicht wird, und - durch Unterbrechen der Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten veränderlichen Volumen sowie in Druckmittelverbindungsetzen des ersten veränderlichen Volumens mit dem zweiten gesteuerten Druck derart, dass der Druck im ersten veränderlichen Volumen dem zweiten gesteuerten Druck erreicht und die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen den Kolben zurückstellt.
  2. 2. Energiesparende Vorrichtung zur Verwendung mit einem ersten gesteuerten Druck und einem niedrigeren zweiten gesteuerten Druck sowie mit einer Kolben-Zylinderkombination, bei der Kolben sich im Zylinder hin- und herbewegt und ein erstes veränderliches Volumen zwischen einem ersten Ende des Zylinders und einem ersten Ende des Kolbens und ein zweites veränderliches Volumen zwischen einem zweiten Ende des Zylinders und einem zweiten Ende des Kolbens erzeugt, gekennzeichnet
    - durch eine erste Leitung (22), die wahlweise eine Druckmitte lverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen (8) und dem ersten gesteuerten Druck (16) herstellt,
    - durch eine zweite Leitung (26), die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen (8) und dem zweiten veränderlichen Volumen (14) herstellt,
    - durch eine dritte Leitung (30), die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen (8) und dem zweiten gesteuerten Druck (18) herstellt,
    - durch eine vierte Leitung (34) , die selektiv eine Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen (14) und dem zweiten gesteuerten Druck (18) herstellt, und
    - durch eine Steuereinrichtung, die steuert, welche der Leitungen (22, 26, 30, 34) zur Druckmittelverbindung offen ist und welche der Leitungen (22, 26, 30, 34) geschlossen ist, wobei die Steuereinrichtung eine Einrichtung (24; 28; 32; 36) aufweist, die zuerst die erste sowie die vierte Leitung (22; 34) öffnet und die zweite sowie die dritte Leitung (26; 30) schliesst, als nächstes die erste, dritte und vierte Leitung (22; 30; 34) schliesst und die zweite Leitung (26) öffnet und schliesslich die erste, zweite und vierte Leitung (22; 26; 34) schliesst und die dritte Leitung (30) öffnet, wodurch das durch den ersten gesteuerten Druck (16) gelieferte Druckmittel den Kolben (3) in einem Arbeitshub bewegt und ein Teil des Druckmittels später wieder verwendet wird, um den Kolben (3) in einem Rückhub zu bewegen (z. B. Fig. 1a-1c).
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    gekennz eichnet
    - durch ein in der ersten Leitung (46) befindliches Wechselventil (50), das die erste Leitung (46) wahlweise öffnet und schliesst,
    - durch ein in der zweiten Leitung (54) gelegenes Rückschlagventil (56), das einen Druckmittelstrom nur in einer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten veränderlichen Volumen (8; 14) zulässt,
    - durch ein in der dritten Leitung (68) gelegenes Ventil
    (72), das die dritte Leitung (68) wahlweise öffnet und schliesst, und
    - durch ein in der vierten Leitung (58) gelegenes Ventil
    (62, 63), das die vierte Leitung (58) wahlweise öffnet und schliesst (Fig. 2a-2c).
    -A-
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    — dass sich die erste und die zweite Leitung (46; 54) derart schneiden, dass das Wechselventil (50) in der ersten und der zweiten Leitung (46; 54) liegt, wobei das Wechselventil (50) in Abhängigkeit von Druckänderungen seine Stellung ändert und wahlweise die erste Leitung (46) öffnet und die zweite Leitung (54) schliesst und dann die erste Leitung (46) schliesst und die zweite Leitung (54) öffnet (Fig. 2a-2c).
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    — dass das Ventil (72) der dritten Leitung (58) aufweist:
    — eine Hauptkammer, in der sich die erste, zweite und dritte Leitung (46; 54; 68) schneiden,
    — einen in der Hauptkammer gelegenen Schaft (74) mit einem oberen und einem unteren Ende;
    — eine in der Hauptkammer gelegene Öffnung (66), die zu einer Leitung für eine Druckmittelverbindung mit dem zweiten gesteuerten Druck (18) führt,
    — ein am unteren Ende des Schafts (74) befestigtes und in der Öffnung (66) liegendes Verschlussglied (70), das die Öffnung (66) abschliesst, wenn sich der Schaft (74) von der Öffnung (66) wegbewegt, und eine Druckmittelverbindung durch die Öffnung (66) zulässt, wenn sich der Schaft (74) zur Öffnung (66) hin bewegt, und
    —eine. Membran (76) mit Ober- und Unterseiten (78, 80), wobei die Unterseite (80) an die Hauptkammer (52) und die Oberseite (78) an die zweite Kammer (82) angrenzen, die in Druckmittelverbindung mit einer Leitung (83) steht, die mit dem zweiten veränderlichen Volumen (14) in Druckmittelverbindung bringbar ist, wobei die Membran (76) am oberen Ende des Schafts (74) derart befestigt ist, dass eine Bewegung der Membran (78) zur Öffnung (66) bewirkt, dass sich das Verschlussglied (70) bewegt und
    die Druckmittelverbindung durch die öffnung (66) öffnet (Fig. 2a-2c).
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das in der vierten Leitung (58) gelegene Ventil (62, 63) druckgesteuert ist (Fig. 2a-2c).
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das in der vierten Leitung (58) gelegene Ventil (62, 63) durch einen Schaft (92) am Wechselventil (50) derart befestigt ist, dass, wenn das Wechselventil (50) die erste Leitung (46) öffnet und die zweite Leitung (54) schliesst, es auch bewirkt, dass das Ventil (63) der vierten Leitung (58) diese Leitung öffnet, und wenn das Wechselventil (50) die erste Leitung (46) schliesst und die zweite Leitung (54) öffnet, es auch bewirkt, dass das Ventil (63) der vierten Leitung (58) diese Leitung schliesst (Fig. 3).
  8. 8. Energiesparende Vorrichtung zur Verwendung mit einem ersten gesteuerten Druck und einem niedrigeren zweiten gesteuerten Druck sowie mit einer Kolben-Zylinderkombination, bei der der Kolben sich im Zylinder hin- und herbewegt und ein erstes veränderliches Volumen zwischen einem ersten Ende des Zylinders und einem ersten Ende des Kolbens und ein zweites veränderliches Volumen zwischen einem zweiten Ende des Zylinders und einem zweiten Ende des Kolbens erzeugt, gekennzeichnet
    - durch eine erste Leitung (22) , die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen (8) und dem ersten gesteuerten Druck (16) herstellt,
    - durch eine zweite Leitung (26), die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Vo-
    lumen (8) und dem zweiten veränderlichen Volumen (14) herstellt,
    - durch eine dritte Leitung (30) , die wahlweise eine Druckmittelverbindung zwischen dem ersten veränderlichen Volumen (8) und dem zweiten gesteuerten Druck (18) herstellt,
    - durch eine vierte Leitung (34), die selektiv eine Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten veränderlichen Volumen (14), und dem zweiten gesteuerten Druck (18) herstellt, und
    - durch eine zeitabhängige Steuereinrichtung, die steuert, welche der Leitungen (22, 26, 30, 34) offen ist zur Druckmittelverbindung und welche der Leitungen (22, 26, 30, 34) geschlossen ist und die zuerst die erste und vierte Leitung (22; 34) öffnet und die zweite und dritte Leitung (26; 30) schliesst, als nächstes die erste, dritte und vierte Leitung (22; 30; 34) schliesst und die zweite Leitung (26) öffnet, und schliesslich die erste, zweite und vierte Leitung (22; 26; 34) schliesst und die dritte Leitung (30) öffnet, wodurch das vom ersten gesteuerten Druck (16) gelieferte Druckmittel den Kolben (3) in einem Arbeitshub bewegt und zur Verwendung in änem Rückhub rezirkuliert wird (z. B. Fig. 1a-1c).
    Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die erste, zweite, dritte und vierte Leitung (22; 26; 30; 34) herkömmliche Schieberventile aufweisen und
    - dass die zeitabhängige Steuereinrichtung die Stellung der Schieberventile steuert.
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