具有紧急功能的液压操作装置的四腔缸及其液压操作装置

技术领域

本发明涉及一种液压的操作装置以及适合于其的四腔缸，该四腔缸用于调整与安全相关的部件，并且该操作装置在操作装置供给故障时实现紧急功能。

背景技术

在文献DE 101 52 414 A1以及文献DE 197 23 624 A1中示出了用于以缸和阀体之间的固定的机械耦合机构来调整阀体的液压的操作装置。该阀体通过紧急弹簧沿着阀门的关闭方向预张紧，经由该紧急弹簧能够在紧急运行中关闭阀门。

这种液压的操作装置的缺点是，在阀体的每个调整运动中都通过操作装置释放或者张紧紧急弹簧。

文献DE 103 08 017 B4示出了具有机械耦合装置以及紧急弹簧的液压的操作装置，其中在调节或者正常运行中将紧急弹簧在张紧的状态下连同耦合装置一起运动。在触发紧急关闭功能时触发肘杆装置，从而释放紧急弹簧并且在此扩展或者说延长机械的耦合装置。由此关闭阀门。

后面所述的操作装置的缺点是用于机械的触发功能的装置技术上的花费，该触发功能在正常运行中必须与紧急弹簧一起运动。

DE 10 2010 011 516 A1示出了具有机械耦合装置的液压的操作装置，其中在正常运行中紧急弹簧在张紧的状态下与耦合装置一起运动。在紧急运行中触发保持紧急弹簧张紧的锁止装置，从而释放紧急弹簧并且在此扩展或者说延长耦合装置。由此关闭阀门。为此提出了具有两个活塞的液压的锁止装置，所述活塞在正常运行中通过压力介质相互顶压，其中在紧急运行中释放压力介质并且取消顶压。

这种液压操作装置的缺点是一方面需要用于位置调节的液压系统的装置技术上的花费以及另一方面需要用于锁止装置的液压系统的技术上的花费，这种花费例如可以在两个分开的缸上看出。

发明内容

相应地，本发明的任务是实现一种液压的操作装置以及适合于此的操作缸，该操作缸需要很小的结构空间并且在此能够灵活地双向安装并且运行，并且此外进行体积补偿。

该任务通过具有权利要求1所述特征的四腔缸以及具有权利要求12所述特征的液压的操作装置得到解决。

按本发明的四腔缸具有两个活塞装置，所述活塞装置分别具有一个活塞以及一个活塞杆。第一活塞限制了第一腔室，通过该第一腔室能够沿着朝第二活塞装置的方向用压力加载第一活塞装置，并且此外该第一活塞限制了反作用于第一腔室的第二腔室，通过该第二腔室能够沿着远离第二活塞装置的方向用压力加载第一活塞装置。第二活塞相应地限制了第四腔室，通过该第四腔室能够沿着朝第一活塞装置的方向用压力加载第二活塞装置，并且该第二活塞还限制了反作用于第四腔室的第三腔室，通过该第三腔室能够沿着远离第一活塞装置的方向用压力加载第二活塞装置。所述活塞杆相互指向，其中第一活塞杆至少能够部分地伸缩套叠式地伸入第二活塞杆的导引空隙中。第二活塞杆为此可以简单地构造成管子。所述两个活塞装置可以通过压力加载使第一以及第四腔室相互靠着并且保持在那里。由此将压力弹性的紧急元件（例如紧急弹簧）置于并且保持在预应力之下，该预应力可以在四腔缸供给失灵时在紧急运行中释放并且可以产生紧急运动。由此实现了结构紧凑的四腔缸，该四腔缸用于调整对其提出较高的安全要求的阀门、涡轮机或者处理设备（Prozessarmatur），因为其例如用在发电厂中。按本发明的四腔缸可以双向安装并且运行。也就是例如可以将阀门的关闭体耦合到第一或者第二活塞装置上或者固定在其上，并且在两种情况下确保所有功能范围（尤其具有张紧紧急元件的功能、调节运行和紧急运行）。

本发明的其它有利的设计方案在从属权利要求中进行描述。

在按本发明的四腔缸的调节运行中（在调节运行中两个活塞装置相互抵靠）特别优选的是，第二活塞杆的端面覆盖形成在第二腔室与第一活塞之间的整个压力面的部分压力面，并且由此“切断”第二腔室的压力对第一活塞或者说第一活塞装置的影响。在此，第二腔室的压力所作用的压力面缩小成所谓的差压面（=整个压力面-部分压力面），并且第二腔室通过第二活塞杆进行缩小。由此可以根据装置的运行状态改变第二腔室中压力的作用。

当可覆盖的部分压力面布置在活塞侧的凹处中时，第二活塞杆的端部段可以以端面伸入所述凹处中，则特别安全地“关闭”部分压力面。优选该端部段或者凹处在此设有密封件。

能够可选地设计按本发明的四腔缸的压力面，从而在压力加载部分压力面时不改变功能或者说运行。由此取消部分压力面的影响。

在调节运行中有利的是，第二以及第三腔室根据同步缸的原理作用到两个耦合的活塞装置上。在此，差压面同形成在第三腔室和第二活塞之间的第三压力面应该是一样大小的。

如果整个压力面同形成在第一腔室与第一活塞之间的第一压力面是一样大小的，那么在紧急运行中可以通过紧急元件的力将压力介质从第一腔室转移到第二腔室中，而在此不必吸入或者排出压力介质。

如果整个压力面同形成在第四腔室与第二活塞之间的第四压力面一样大小，那么可以在调节运行中将压力介质经由容积式机器-尤其泵-从第一腔室输入第四腔室并且反过来输送，而不必吸入或排出压力介质。

优选所述第一活塞装置具有外面的活塞杆，该活塞杆穿过四腔缸的缸管的端侧的第一底板并且限制形成为环形空间的第一腔室，而第二活塞装置具有外面的活塞杆，该活塞杆穿过四腔缸的缸管的端侧的第二盖子并且限制形成为环形空间的第四腔室。那么可以将压力弹性的紧急元件的端部段耦合到每个其它的活塞杆上，该紧急元件可以包围缸管。

沿着朝第二活塞装置延伸的第一活塞杆以及反向向外延伸的外面的第一活塞杆能够在装置技术上简单地构造成一体的杆或者一体的管。优选该管具有相同的外直径和内直径。

沿着朝第一活塞装置的方向延伸的第二活塞杆以及反向向外延伸的外面的第二活塞杆可以在装置技术上简单地构造成一体的杆或者一体的管。优选该管具有阶梯的外周面和内周面。

如果外面的两个活塞杆具有相同的外直径，并且如果缸管在第一腔室的范围内以及第四腔室的范围内具有相同的内直径，那么可以构造具有相同外直径的两个活塞，尤其两个相同的活塞。此外，两个活塞装置相对于壳体在其方向上掉转地进行布置。由此在相同的安装位置中掉转紧急元件的作用方向。也就是可以根据两个活塞装置的安装位置在紧急运行中通过紧急元件产生移出或者移入的运动。

优选第二以及第三腔室通过缸管的径向收缩部相互分开，第二活塞杆在该收缩部中引导。

按本发明的液压的操作装置具有前面所描述的四腔缸，该四腔缸的第二以及第三腔室可以通过相应主管道以及布置在其之间的容积式机器交替并且双向地供给。由此能够在调节运行中移动两个相互耦合的活塞装置并且如此调整其位置。

为了构造两个活塞装置的液压的耦合，优选可以由容积式机器经由连接第一和第四腔室的耦合管道共同地用压力介质供给并且用压力加载第一以及第四腔室。由此能够经由容积式机器形成压力弹性的紧急元件的应力。

为了耦合两个活塞装置，优选经由能够向外截止的耦合管路可相互连接第一以及第四腔室并且由此能够液压地耦合或者说闭锁。如此可以将耦合压力或者说关闭压力保持在两个腔室中以及耦合管路中，该压力压合所述两个活塞装置，并且可以通过活塞装置在正常运行中保持压力弹性的紧急元件的应力，在其中-尽可能没有阻力地-在第一和第四腔室之间转移压力介质。

所述耦合管路可以经由从主管路朝耦合管路敞开的止回阀连接到主管路上，由此可以在形成耦合或者说关闭压力之后经由主管路使其在调节运行中也可以用更低的压力尤其用回流压力运行。

在耦合管路中，从第一向第四腔室敞开的可截止的止回阀是有利的，其经由3/2换向阀在调节运行中开启并且在紧急运行中关闭。

对于必须实现快速运动例如阀门的快速关闭（Schnellschluss）的紧急运行来说，第一和第二腔室可以经由紧急关闭管路和布置在其中的逻辑阀相互连接，其中逻辑阀可以经由3/2换向阀得到卸载并且由此打开。第一活塞装置可以在紧急运行中通过紧急能量存储器的力远离第二活塞装置运动并且如此实现快速关闭。此外，用于缓冲快速关闭的喷嘴可以布置在紧急关闭管路中。

优选所述两个主管路经由相应吸入阀连接到存储器上。该存储器可以是比较小的，因为其只需补偿由于温度差以及不同的压力（压缩体积）造成的体积差。该存储器可以构造成活塞存储器，该活塞存储器集成在端侧的盖子中。

在两个主管路中优选设置各一个截止阀。当平行于第二主管路的第二截止阀设有管路时，在所述管路中设置了从第三腔室朝容积式机器敞开的止回阀以及从容积式机器朝第三腔室敞开的弹簧预张紧的止回阀，则实现了按本发明的四腔缸的立即的调节准备。弹簧预张紧的止回阀可以经由连接到第一主管路上的控制管路根据容积式机器与第一截止阀之间的压力来开启。

附图说明

下面根据附图详细地描述本发明的不同的实施例。附图示出：

图1是按本发明的四腔缸的第一实施例的侧向剖视图；

图2是按本发明的操作装置的第一实施例的第一工作状态；

图3是按图2的操作装置的第二工作状态；

图4是按图2的操作装置的第三工作状态；

图5是按图2的操作装置的第四工作状态；

图6是按本发明的四腔缸的第二实施例的侧向剖视图；

图7是按图6的第二实施例的透视图；以及

图8是按本发明的操作装置的第二实施例的液压线路图。

附图标记列表

1；101             四腔缸

2；102             缸管

4；104             端侧的第一盖子

6；106             端侧的第二盖子

8；108             第一活塞

10                      第一腔室

12；112            第二活塞

14                      第四腔室

16；116            径向的收缩部

18                      第二腔室

20                      第三腔室

22；122            第二活塞杆

24；124            第一活塞杆

26；126            外面的第一活塞杆

28；128            外面的第二活塞杆

30                      第一压力面

32                      第三压力面

34                      第四压力面

36                      部分压力面

38                      差压面

40                      凹处

42                      密封件

44                      端部段

46                      紧急弹簧

48                      第一弹簧设备

50                      第二弹簧设备

52                      阀体

54                      主阀

56                      第一主管路

58                      第二主管路

60                      容积式机器

62                      第一截止阀

64                      第二截止阀

66                      耦合管路

68                      可截止的止回阀

70a、70b          止回阀

72                      紧急关闭管路

73                      节流阀

74；74a            逻辑阀

76；76a            3/2换向阀

78                      低压存储器

80                     第一吸入阀

82                      第二吸入阀

84                      限压阀

86                      法兰

88                      销子

90                      环

92                      管路

94                      止回阀

96                      弹簧预张紧的止回阀

98                      控制管道

M                      马达。

具体实施方式

图1以侧向剖视图示出了按本发明的四腔缸1的实施例的重要部分。其具有缸管2，该缸管一方面用构造成底板的端侧的第一盖子4遮盖并且另一方面用端侧的第二盖子6遮盖。在缸管2的外圆周上布置了（在图1中没有示出的）紧急弹簧，该紧急弹簧参照下面的附图进行解释。

在四腔缸1的内部容纳了第一活塞8，该第一活塞与第一盖子4共同地限制了第一腔室10，并且第一腔室10的尺寸在图1中是最小的。此外，在四腔缸1的内部容纳了第二活塞12，该第二活塞与第二盖子6一起限制了第四腔室14，并且该腔室在图1中调整得比较小。

在缸管2的中间设置了径向的收缩部16或者说径向的阶梯，其中在第一活塞8和径向的收缩部16之间构造第二腔室18，而在第二活塞12与径向的收缩部16之间构造第三腔室20。

在第二活塞12上固定管状的第二活塞杆22，该活塞杆在径向的收缩部16中引导并且向内限制第三腔室20。在此，第二活塞杆22根据第二活塞12的位置伸入四腔缸1的第二腔室18中。在第一活塞8上固定第一活塞杆24，该第一活塞杆在第二活塞杆22中引导并且根据两个活塞8、12的位置伸入第二活塞杆22中。在此，第一活塞杆24向内限制了第二腔室18。

此外，在两个活塞8、12上分别固定其它的活塞杆26、28，其中所述其它的第一活塞杆26穿过第一盖子4并且根据活塞8的位置从四腔缸1中（在图1中向右）伸出。相应地，所述其它的第二活塞杆28穿过第二盖子6并且根据第二活塞12的位置从四腔缸1中（在图1中向左）伸出。

第一活塞8具有面对第一腔室10的环形的第一压力面30，第二活塞12具有面对第三腔室20的环形的第三压力面32以及面对第四腔室14的环形的第四压力面34。在第一活塞8和第二腔室18之间设置了整个压力面，该压力面分成环形的内部的部分压力面36和环形的外面的差压面38。部分压力面36设置在环形的轴向的凹处40的底部上，在其外圆周上设置了环绕的径向密封件42。密封件42的内圆周相当于第二活塞杆22的指向第一活塞8的端部段44的外圆周。通过第一腔室10和/或第四腔室14的压力加载可以使两个活塞8、12相向运动。在该运动结束时，第二活塞杆22的端部段44伸入第一活塞8的凹处40中并且在其圆周上通过密封件42密封。由此缩小了第二腔室18并且其作用到第一活塞8上的压力面缩小到外面的差压面38，因为覆盖了内部的部分压力面36。

图2示出了按本发明的具有按图1的四腔缸1的操作装置在紧急弹簧46张紧时的实施例。该紧急弹簧构造成压力弹簧并且大致旋转对称地布置在四腔缸1或者说缸管2的外圆周上。在此，紧急弹簧46夹紧在第一弹簧设备48和第二弹簧设备50之间。第一弹簧设备48固定在外面的第一活塞杆26上并且由此固定在第一活塞8上，而第二弹簧设备50固定在外面的第二活塞杆28上并且由此固定在第二活塞12上。此外，在外面的第一活塞杆26上固定阀体52，通过该阀体可以开启和关闭发电厂的与安全相关的主阀门54。

第二腔室18以及第三腔室20经由相应的主管路58、56与可作为泵运行的容积式机器60的两个压力接口连接或者可连接，所述容积式机器由马达M驱动。在两个主管路56、58中布置了分别构造成开关阀的截止阀62、64，该截止阀在由相应弹簧预张紧的（在图1中示出）基本位置中打开并且可以通过对致动器的通电来关闭。

第一腔室10和第四腔室14经由耦合管路66相互连接或者可连接。在此，为耦合管路66设置了可液压截止的止回阀68，该止回阀的打开方向从第一腔室10指向第四腔室14。所述耦合管路66在止回阀68和第四腔室14之间的区域内经由止回阀70b连接到第一主管路56上并且经由止回阀70a连接到第二主管路58上，其中止回阀70a、70b的打开方向从主管路56、58指向耦合管路66。

第一腔室10与第二腔室18经由紧急关闭管路72相互连接或者可连接，在该紧急关闭管路中布置了节流阀73以及逻辑阀74。该逻辑阀74可以根据控制压力将从第一腔室10经由紧急关闭管路72通向第二腔室18的连接打开或者关闭。用于逻辑阀74的控制压力也用作可液压截止的止回阀68的控制压力并且在止回阀68和第四腔室14之间的区域内由耦合管路66截取。所截取的控制压力经由构造成开关阀的3/2换向阀76用通电的致动器报告给两个阀门68、74，或者两个阀门78、74的控制压力经由3/2换向阀的通过弹簧预张紧的基本位置朝较小的低压存储器78卸载。

所述两个主管道56、58经由相应吸入阀80、82连接到低压存储器78上。耦合管路66经由限压阀84保护，该限压阀在低压侧连接到低压存储器78上。

在图2所示的运行状态下，张紧紧急弹簧46用于准备调节运行。为此两个截止阀62、64无电流地打开，并且3/2换向阀76处于其基本位置中，从而关闭止回阀68，而打开逻辑阀74。所述容积式机器60将压力介质从第二腔室18中吸出并且将其根据箭头a输送通过打开的止回阀70a或者根据箭头b输送通过打开的止回阀70b并且将耦合管路66的区段输入第四腔室14中。在此，（在图2中向右）移动第二活塞12，由此将压力介质从第三腔室20中挤出。该压力介质经由第二主管路58送入或者说输入直接由容积式机器60输送的压力介质，并且由此同时输入第四腔室14中。

图3示出了按图2的操作装置，在第二活塞杆22与第一活塞8抵靠并且由此最大地张紧紧急弹簧46之后。在图3所示的运行状态中，在第一腔室10以及第四腔室14中形成压力，该压力超过紧急弹簧的压力当量，从而将其在调节运行中可靠地保持在预张紧的位置中。为此关闭两个截止阀62、64并且给3/2换向阀76通电，从而将由耦合管路66截取的控制压力传递到可截止的止回阀68以及逻辑阀74上。由此关闭逻辑阀74，而打开止回阀48。由此也沿着朝第一腔室10的方向打开耦合管路66，使得由容积式机器60后挤压的压力介质均匀地用压力加载第一腔室10和第四腔室14。

图4示出了按图2和3的操作装置的调节准备（Regelbereitschaft）或者说调节运行。为此，两个截止阀62、64在形成压力之后根据图3切换到其无电流打开的位置中，使得第二腔室18经由第一主管路56并且第三腔室20经由第二主管路58与容积式机器60连接。马达M可以双向驱动容积式机器60，使得阀体52可以经由四腔缸1无级地调整。在此，两个活塞8、12以及紧急弹簧46始终一起运动。3/2换向阀76在形成压力之后根据图3保持在通电位置中，由此保持可截止的止回阀68打开。由此可以用阀体52的每个调整运动将压力介质在第一腔室10和第四腔室14之间经由耦合管路66进行移动。

图5示出了按图2到4的操作装置处于紧急运行中，在其中实施主阀54的快速关闭。为此，两个截止阀62、64以及3/2换向阀76分别切换到其无电流的通过弹簧预张紧的基本位置中。不给马达M供电并且容积式机器60停止。逻辑阀74的控制接口经由3/2换向阀76朝低压存储器78卸载，从而从第一腔室10经由紧急关闭管路72打开通向第二腔室18的连接。现在，紧急弹簧46可以使第一活塞8沿关闭方向（在图5中向右）运动。在此，该紧急弹簧经由外面的第二活塞杆28以及第二活塞12支撑在封闭在第四腔室14中的压力介质上。该压力介质不会流出，因为止回阀68和70a和70b是封闭的。

此外可实现一种特殊情况，在其中紧急弹簧46短时间张紧并且闭锁，并且应该受调节地移到阀体52的确定的位置。

图6示出了按本发明的四腔缸101的第二实施例的侧面剖视图。与第一实施例的重要的区别在于，第一活塞杆124布置在背对法兰86的一侧上，而第二活塞杆122布置在面对法兰86的一侧上。由此，第一活塞杆124（在图6中）从左侧伸入第二活塞杆122中。在法兰86上固定着（在图6中没有示出的）阀体52。通过这种相反的安装改变紧急弹簧46在紧急运行中的作用方向。在第一实施例中在紧急运行中紧急弹簧46使阀体56移出，而在第二实施例中紧急弹簧46将阀体56拉回。

所述法兰86经由销子88固定在第二弹簧设备50上，所述销子延伸通过缸102的端侧的第二盖子106。在端侧的第二盖子106中集成了构造成活塞存储器的低压存储器78。

第一活塞杆124构造成连续的带有外面第一活塞杆126的管子，其中第一活塞108套装到该管子上。第二活塞杆122同样形成具有外面的第二活塞杆128的管子，其中该第二活塞112套装到管子的阶梯上。

图7以透视图示出了按图6的第二实施例。在此，作为图6中视图的补充，示出了位置固定的环90，经由该环能够将四腔缸101固定在主阀54（参见图2）上。此外示出了容积式机器60以及马达M。

图8示出了按本发明的操作装置的第二实施例的液压线路。其用于供给前面附图的两个四腔缸1、101并且为此经由两个主管路56、58并且经由耦合管路66并且连接到其上。作为按图2到5的第一实施例的液压线路的补充，设置了第二3/2换向阀76a以及第二逻辑阀74a。经由第二逻辑阀76a可以平行于或者说替代第一逻辑阀74打开紧急关闭管路72。

按本发明的四腔缸的立即的调节准备在第二实施例中通过以下方法实现，即平行于第二主管道58的第二截止阀64设置管道92，在该管道中设置了从第三腔室20朝容积式机器60敞开的止回阀94以及从容积式机器60朝第三腔室20敞开的弹簧预张紧的止回阀96。弹簧预张紧的止回阀96可以经由连接到第一主管道56上的控制管道98根据容积式机器60与第一截止阀62之间的压力来开启。

公开了一种具有紧急关闭功能的四腔缸，其具有两个活塞装置，这两个活塞装置分别具有一个活塞以及一个活塞杆。每个活塞限制了两个相互反向作用的腔室，在调节运行中所述腔室中的一个腔室用于将活塞装置顶压到另外的活塞装置上，而相应另外的腔室用于沿着两个调整方向之一移动相互抵靠的活塞装置。所述两个活塞杆相互指向，其中一个活塞杆可以伸缩套叠式地伸入另外的活塞杆的导引空隙中。在四腔缸的调节运行中将紧急弹簧保持在预应力之下，其中相互顶压两个活塞装置。由此实现紧凑的四腔缸，其用于调整对其提出较高安全要求的阀门、涡轮机或处理设备。用按本发明的四腔缸也可以在供给失灵时经由紧急弹簧进行调整运动，其中所述四腔缸双向安装并且可以运行。