DE102006004311B4

DE102006004311B4 - Hydrauliksystem mit einem Volumenstromregelventil

Info

Publication number: DE102006004311B4
Application number: DE200610004311
Authority: DE
Inventors: Johannes 73527 Schmid
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Pump Technology Solutions Ps De GmbH
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: DE102006004311A1

Abstract

Hydrauliksystem mit einem Volumenstromregelventil (21), das eine zwischen Zulauf und Ablauf eines Förderstromes liegende Messdrossel (22) und einen Differenzdruckregler (23) mit in einem Gehäuse geführten Stromregelkolben (24), insbesondere als Stellgrößengeber, umfasst, der zwischen Druckräumen (31, 32) liegt, deren einer zum Zulauf auf die Messdrossel (22) und deren anderer zum Ablauf von der Messdrossel (22) jeweils einen Versorgungsanschluss (29, 30) aufweist, der entgegen seiner zulaufseitigen Beaufschlagung federnd abgestützt und der in seiner Stelllage von der Druckdifferenz zwischen den Druckräumen (31, 32) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem in der Grundauslegung des Stromregelventiles (21) lastkraftunabhängig eingeregelten Volumenstrom eine Lastkraftabhängigkeit dadurch überlagert ist, dass mindestens einer der Druckräume (31, 32) zusätzlich zum jeweiligen Versorgungsanschluss (29, 30) einen abströmseitigen Anschluss in Form eines Spaltquerschnittes (47, 48) zur Saugseite des Hydrauliksystemes aufweist und dass der jeweilige zulaufseitige Versorgungsanschluss (29, 30) und der abströmseitige Anschluss (47, 48) jeweils als Drosselstrecke mit Drosselstellen (41, 42; 45,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einem Volumenstromregelventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Hydrauliksysteme mit einem Volumenstromregelventil sind beispielsweise aus der DE 199 42 466 A1 bekannt. Dies in Verbindung mit Kraftfahrzeugen zur Bereitstellung der hydraulischen Energie für deren Servolenkung über eine volumenstromgeregelte, einhubige Flügelzellenpumpe. Angestrebt wird bei einem solchen System, dass über die Pumpe ein möglichst drehzahlunabhängiger Volumenstrom gefördert wird, und dies unter Verwendung eines Stromregelventiles, dessen Differenzdruckregler als Druckwaage arbeitet. Das Stromregelventil ist in seiner Grundauslegung bezüglich des eingeregelten Volumenstromes unabhängig von dem anliegenden Arbeitsdruck und arbeitet somit prinzipiell lastkraftunabhängig.
Auch wenn eine solche Auslegung, bei der der Volumenstrom unabhängig von dem an ihm anliegenden Arbeitsdruck ist und somit eine konstante Geschwindigkeit an einem Verbraucher unabhängig von der Last zumindest bereichsweise erreichbar ist, einer häufig gegebenen Grundforderung entspricht, sind fallweise auch Lösungen gesucht, bei denen eine gewisse Lastabhängigkeit gegeben ist, der eingeregelte Volumenstrom in Abhängigkeit von dem Arbeitsdruck, also zum Beispiel bei steigendem Arbeitsdruck, nicht gleichbleibt, sondern anwächst oder abfällt. Die Aufgabe der Erfindung ist es, einem lastkraftunabhängig eingeregelten Volumenstrom eine Lastkraftabhängigkeit zu überlagern, beispielsweise um das Ansprechverhalten einer Servolenkung zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hydrauliksystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Eine solche Ausgestaltung gibt die Möglichkeit, ohne Eingriff in den Innenaufbau der Druckwaage diese derart zu verstimmen, dass sich ein fallweise gewünschter, über der Last veränderlicher, insbesondere ansteigender oder abfallender Kennlinienverlauf ergibt.
Eine besonders einfache Seeinflussmöglichkeit besteht darin, zumindest einem der Druckräume einen in der Verbindung zur Saugseite, also zur Niederdruckseite liegenden, gedrosselten Abströmanschluss und einen gedrosselten Versorgungsanschluss Zuzuordnen, und zwar bei unterschiedlichem Strömungswiderstand in den jeweiligen Anschlüssen.
Insgesamt bietet die Erfindung durch die Verwendung eines Volumenstromregelventiles mit zwischen Zulauf und Ablauf einer Stromführung liegender Messdrossel und einem Differenzdruckregler, über den als Widerstandsbrücke der Verlauf der Volumenstromkennlinie über dem Druck bestimmt ist, die Möglichkeit, durch asymmetrische Auslegung der Widerstandsbrücke einen über dem Druck ansteigenden oder abfallenden Verlauf der Volumenstromkennlinie einzustellen, so dass sich für derartige Volumenstromregelventile vielfältige Einsatzgebiete ergeben.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
1 zeigt als Ausschnitt aus einem Hydrauliksystem eine einhubige, volumenstromgeregelte Flügelzellenpumpe mit einem Volumenstromregelventil, in das – zur Verstimmung des als Druckwaage arbeitenden Differenzdruckreglers – gedrosselte zulauf- und abströmseitige Anschlüsse integriert sind,
2 bis 4 in Schemadarstellung das Volumenstromregelventil und Varianten zur Verstimmung des als ”Druckwaage” arbeitenden Differenzreglers durch gedrosselte zu- und abströmseitige Anschlüsse zu den über den Stromregelkolben getrennten Druckräumen des Differenzdruckreglers, und
5 und 6 anhand eines Ausschnitts aus 1 weitere Möglichkeiten für die Gestaltung des gedrosselten abströmseitigen Anschlusses.
Dargestellt ist eine Flügelzellenpumpe 1 mit einem Gehäuse 2, in dem ein Rotor 3 mit Drehachse 4 angeordnet ist. Der Innenraum 5 des Gehäuses 2 ist seitlich durch Wände 6 begrenzt. Der Rotor 3 trägt in Umfangsrichtung zueinander beabstandete, zum Rotor 3 radial verschiebliche Rotorflügel 7 und ist von einem Kurvenring 8 umschlossen. Jeweils aufeinander folgende Rotorflügel 7, der Rotor 3, der Kurvenring 8 und die Wände 6 bestimmen die Größe in Umfangsrichtung aufeinander folgender, gegeneinander abgegrenzter Arbeitskammern 9, die beim Umlaut des Rotors 3 volumenveränderlich sind.
Der Kurvenring 8 ist im Gehäuse 2 relativ zum Rotor 3 in Richtung der Längswand 12 des Gehäuses 2 abrollend oder verschieblich verstellbar. Die Achse 11 des Kurvenringes 8 wandert dabei längs einer Ebene 10, in der sich die Drehachse 4 des Rotors 3 erstreckt. Zur Drehachse 4 des Rotors 3 ist die Mittelachse 11 des Kurvenringes 8 längs der Ebene 10 versetzt. Quer zur Verstellung des Kurvenringes 8 liegt eine Dichtgrenze 13, deren bezogen auf die Ebene 10 einander gegenüberliegende Dichtzonen als Dichtungen 14, 15 veranschaulicht sind. Über die Dichtgrenze 13 werden im Innenraum 5 Verstellkammern 16, 17 gegeneinander abgegrenzt.
Im vom Rotor 3 mit dessen Rotorflügeln 7 überstrichenen Bereich liegen Arbeitskammeranschlüsse 18, 19, von denen, bezogen auf die Drehrichtung 20 des angetriebenen Rotors 3, der Arbeitskammeranschluss 18 einen saugseitigen und der Arbeitskammeranschluss 19 einen druckseitigen Anschluss bildet.
Mit 21 ist das Volumenstromregelventil bezeichnet, das eine Messdrossel 22, in der Funktion einer Messblende, und einen als Druckwaage arbeitenden Differenzdruckregler 23 umfasst, der einen Stromregelkolben 24 aufweist.
Die saugseitige Versorgung der Flügelzellenpumpe 1 erfolgt über einen Anschluss 25 zu einem Vorratsbehälter 26 als Bestandteil der Niederdruckseite des Hydrauliksystems. Druckseitig ist über eine Leitung 27 die Verbindung des druckseitigen Arbeitskammeranschlusses 19 zu einem angedeuteten Verbraucher 28 symbolisiert. In der Leitung 27 liegt die Messdrossel 22, anströmseitig, das heißt stromauf der Messdrossel 22, zweigt von der Leitung 27 eine Leitung 29 ab, abströmseitig, das heißt stromab der Messdrossel 22, eine Leitung 30. Die Leitungen 29, 30 bilden zulaufseitige Versorgungsanschlüsse für Druckräume 31, 32 des Differenzdruckreglers 23, die über den dazwischen liegenden Stromregelkolben 24 gegeneinander abgegrenzt sind. Der Stromregelkolben 24 ist in Richtung auf den stromauf der Messdrossel 22 mit der Leitung 27 verbundenen Druckraum 31 federbelastet, die diesbezügliche Feder ist, im Druckraum 32 liegend, mit 33 bezeichnet.
Der Stromregelkolben 24 weist, abgrenzend zu den Druckräumen 31 bzw. 32, Kolbenbunde 34, 35 auf, die zueinander beabstandet sind und im vorliegenden Fall durch einen Kolbensteg 36 verbunden sind. Zwischen den Kolbenbunden 34, 35 liegt der Ringraum 37, und in der gezeigten Stelllage des Stromregelkolbens 24 liegen die Kolbenbunde 34, 35 überdeckend zu Leitungen 39, 40, die als Steueranschlüsse auf die Verstellkammern 16, 17 ausmünden und denen Drosseln 43, 44 zugeordnet sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zulaufseitigen Versorgungsanschlüsse zum Differenzdruckregler 23, die durch die Leitungen 29, 30 gebildet sind, als Drosselstrecken ausgebildet, in denen Drosselstellen vorgesehen sind, die bevorzugt durch Drosseln oder Blenden gebildet sind und die mit 41 und 42 bezeichnet sind. Ferner weisen die Kolbenbunde 34, 35 im Differenzdruckregler 23 zu der gehäuseseitigen Führung ein vorgegebenes Spaltspiel auf. Dadurch ergeben sich zwischen den Kolbenbunden 34 bzw. 35 und der gehäuseseitigen Führung Drosselstrecken in Form von Spaltquerschnitten 47 bzw. 48 als drosselnden abströmseitigen Anschlüssen der Druckräume 31, 32 zum zur Saug- oder Niederdruckseite angeschlossenen Ringraum 37. Die Spaltquerschnitte 47 bzw. 48 bilden somit Drosselstellen 45 bzw. 46.
Die Drosselquerschnitte der Drosseln 43, 44 in den Steueranschlösse bildenden Leitungen 39, 40 sind kleiner als die Drosselquerschnitte der zulaufseitig vorgesehenen Drosseln 41, 42 und beeinflussen insbesondere die Dynamik des Systems.
In der Grundauslegung des Differenzdruckreglers 23 als Druckwaage wird die sich an der Messdrossel 22 einstellende Druckdifferenz als Druckdifferenz zwischen den Druckräumen 31, 32 wirksam und bezüglich der daraus resultierenden unterschiedlichen Stellkräfte über die Feder 33 ausgeglichen, derart, dass der dem Verbraucher 28 eingeregelt zugeführte Volumenstrom von der Druckdifferenz unabhängig ist. Eine solche, von der verbrauchseitig anliegenden Last unabhängige, gleichmäßige Versorgung des Verbrauchers ist im Regelfall angestrebt, je nach Einsatzzweck sind teilweise aber auch abgewandelte, abweichende Kennlinienverläufe erwünscht, so beispielsweise über der Druckdifferenz steigend oder abfallend.
Diesbezügliche Beeinflussungsmöglichkeiten sind durch die angesprochenen Drosselstellen 41, 42; 45, 46 eröffnet, die, insbesondere bezogen auf den jeweiligen Druckraum, unterschiedliche Strömungswiderstände aufweisen und in unterschiedlichen Kombinationen vorgesehen sein können, wobei entsprechende Drosseleffekte bezüglich der Leitungen 29, 30 in einfachster Weise schon durch die Geometrie der Leitungen, die Leitungsquerschnitte, Leitungslängen und auch die Leitungsführungen erreicht werden können. Entsprechende Drosseleffekte bezüglich der Drosselstellen 45, 46 zwischen den Druckräumen 31, 32 und dem Ringraum 37, der an die Niederdruckseite bzw. den Vorratsbehälter 26 angeschlossen ist, lassen sich durch die spaltbehaftete Führung für die Kolbenbunde 34, 35 erreichen. Eine spaltbehaftete Führung stellt eine besonders einfache und den Bearbeitungsaufwand sogar reduzierende Maßnahme dar.
Für eine entsprechende Verstimmung des Differenzdruckreglers 23 als Druckwaage sind auch Lösungen möglich, beispielsweise derart, dass lediglich bezogen auf einen Druckraum, beispielsweise der Druckraum 31, eine Drosselstelle 41 in der Leitung 29 und eine Drosselstelle 45 im Übergang zwischen dem Druckraum 31 und dem Ringraum 37 vorgesehen wird.
Dargestellt ist das Stromregelventil 21 im Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer als Flügelzellenpumpe 1 ausgebildeten Verstellpumpe, der Einsatz eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stromregelventiles 21 mit einem Stromregelkolben 24 als Stellgrößengeber ist auf diesen Einsatzfall aber nicht beschränkt.
Insbesondere bezogen auf einen isolierten Einsatz, also einen Einsatz ohne Rückkopplung auf die Flügelzellenpumpe 1, können den Druckräumen 31 bzw. 32 gedrosselte abströmseitige Anschlüsse zugeordnet sein, so dass über die jeweiligen, einem Druckraum 31 bzw. 32 zulauf- und abströmseitig zugeordneten Drosselstellen eine entsprechende Beeinflussung der Volumenstromkennlinie möglich ist. Eine diesbezüglich bevorzugte Lösung ist erfindungsgemäß die Nutzung der Spaltquerschnitte 47 bzw. 48 in der Führung der Kolbenbunde 34, 35 als Drosselstellen 45 bzw. 46.
Anstelle von durch die Spaltquerschnitte 47 bzw. 48 gebildeten Drosselstellen können, wie 5 beispielhaft für den den Druckraum 31 abgrenzenden Kolbenbund 34 zeigt, auch Drosselbohrungen 49 in den jeweiligen Kolbenbunden, hier im Kolbenbund 34 vorgesehen sein.
6 zeigt eine weitere Möglichkeit für den Druckräumen, insbesondere dem anströmseitig zur Drosselstelle 22 über die Leitung angeschlossenen Druckraum 31, zugeordnete abströmseitige Anschlüsse in der gehäuseseitigen Begrenzung der Druckräume. Dem anströmseitigen Druckraum 31 ist als abströmseitiger Anschluss, also als Anschluss zur Saug- und Niederdruckseite, symbolisiert durch den Vorratsbehälter 26, eine Leitung 50 zugeordnet, in der ein Druckbegrenzungsventil 51 und eine Drosselstelle 52 liegen, wobei die Drosselstelle 52, auch abweichend von der Darstellung, zulaufseitig, und nicht ablaufseitig zum Druckbegrenzungsventil 51 angeordnet sein kann. Das Druckbegrenzungsventil 51 ist über die Steuerleitung 52 mit dem Druckraum 31 verbunden und in Abhängigkeit vom Druck im Druckraum 31 angesteuert.
2 bis 4 zeigen zur Veranschaulichung der Erfindung im Schema – in isolierter Darstellung und unter Rückgriff auf die bisher verwendeten Bezugszeichen – ein Volumenstromregelventil 21 mit in der zum Verbraucher führenden Leitung 27 liegender Messdrossel 22 und mit dem Differenzdruckregler 23 und dessen Stromregelkolben 24. Von der Leitung 27 sind zulaufseitige Versorgungsanschlüsse zu den Druckräumen 31 und 32 des Differenzdruckreglers 23 abgezweigt, die durch die Leitungen 29 und 30 gebildet sind, in denen Drosselstellen 41 und 42 liegen. Entsprechend der Erläuterung zu 1 sind, etwa analog zu den in 1 und 5 gezeigten Lösungen, gedrosselte abströmseitige Anschlüsse vorgesehen, in denen Drosselstellen 45 und 46 liegen, die, wie im Beispiel gemäß 1, zum Beispiel durch Spaltquerschnitte 47, 48, gebildet sein können.
Über diese abströmseitigen Drosselstellen, zum Beispiel 45 und 46, oder auch in der Ausbildung als Drosselbohrungen 49 gemäß 5, erfolgt der Anschluss an die Niederdruckseite, symbolisiert durch den Vorratsbehälter 26.
4 veranschaulicht eine Lösung, bei der den Druckräumen 31, 32 kein gemeinsamer, zum Beispiel über den Ringraum 37 führender Ablauf auf die Niederdruck- oder Saugseite, also beispielsweise zum Vorratsbehälter 26 zugeordnet ist, sondern jeweils ein eigenständiger Anschluss, wie er sich beispielsweise bei gehäuseseitigen Abströmanschlüssen bevorzugt verwirklichen lässt. Die abströmseitigen Anschlüsse stehen bei dieser Lösung nicht miteinander in Verbindung. Vielmehr laufen über die Druckräume 31, 32 jeweils eigenständige und voneinander unabhängige Verbindungen zur Niederdruck- oder Saugseite, wobei die in 4 in den abströmseitigen Anschlüssen liegenden Drosselstellen mit 54 und 55 bezeichnet sind und wobei für die abströmseitigen Anschlüsse beispielsweise Lösungen der in 6 veranschaulichten Art zumindest für den über den zulaufseitigen Versorgungsanschluss versorgten Druckraum 31 bevorzugt Verwendung finden können.

Claims

Hydrauliksystem mit einem Volumenstromregelventil (21), das eine zwischen Zulauf und Ablauf eines Förderstromes liegende Messdrossel (22) und einen Differenzdruckregler (23) mit in einem Gehäuse geführten Stromregelkolben (24), insbesondere als Stellgrößengeber, umfasst, der zwischen Druckräumen (31, 32) liegt, deren einer zum Zulauf auf die Messdrossel (22) und deren anderer zum Ablauf von der Messdrossel (22) jeweils einen Versorgungsanschluss (29, 30) aufweist, der entgegen seiner zulaufseitigen Beaufschlagung federnd abgestützt und der in seiner Stelllage von der Druckdifferenz zwischen den Druckräumen (31, 32) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem in der Grundauslegung des Stromregelventiles (21) lastkraftunabhängig eingeregelten Volumenstrom eine Lastkraftabhängigkeit dadurch überlagert ist, dass mindestens einer der Druckräume (31, 32) zusätzlich zum jeweiligen Versorgungsanschluss (29, 30) einen abströmseitigen Anschluss in Form eines Spaltquerschnittes (47, 48) zur Saugseite des Hydrauliksystemes aufweist und dass der jeweilige zulaufseitige Versorgungsanschluss (29, 30) und der abströmseitige Anschluss (47, 48) jeweils als Drosselstrecke mit Drosselstellen (41, 42; 45, 46) ausgebildet sind.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstellen (41, 42; 45, 46) in ihren Strömungswiderständen unterschiedlich ausgeführt sind.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Drosselstrecke zumindest eine Drosselstelle (41, 42; 45, 46) vorgesehen ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine abströmseitige Drosselstelle durch eine Drosselbohrung (49) in der Begrenzung eines Druckraumes (31) gebildet ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine abströmseitige Drosselstelle (52) durch eine Drosselbohrung (49) im Stromregelkolben (24) gebildet ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine abströmseitige Drosselstelle (52) der gehäuseseitigen Begrenzung eines Druckraumes (31) zugeordnet ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine abströmseitige Drosselstelle (52) zu einem Druckraum, insbesondere einem Druckraum (31), dessen Versorgungsanschluss vom Zulauf auf die Messdrossel (22) ausgeht, vorgesehen ist, und dass diese Drosselstelle (52) in Reihe zu einem druckabhängig angesteuerten Druckbegrenzungsventil (51) liegt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (51) in Abhängigkeit von dem Druck im angeschlossenen Druckraum (31) gesteuert ist.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer volumenstromgeregelten, einhubigen Flügelzellenpumpe (1), mit einem Gehäuse (2), mit einem Rotor (3) mit zum Gehäuse (2) lagefester Drehachse (4), mit einem den Rotor (3) umschließenden, quer zur Drehachse (4) des Rotors (3) verstellbaren Kurvenring (8), mit zwischen dem Kurvenring (8) und dem Gehäuse (2) liegenden, über eine Dichtgrenze getrennten Verstellkammern (16, 17), mit in der druckseitigen Verbindung der Flügelzellenpumpe (1) zu einem Verbraucher (28) liegender Messdrossel (22) eines Stromregelventiles (21), das einen Differenzdruckregler (23) mit einem in einem Gehäuse geführten Stromregelkolben (24) umfasst, der zwischen Druckräumen (31, 32) liegt, deren einer Druckraum stromab und deren anderer Druckraum stromauf der Messdrossel (22) einen Versorgungsanschluss zur druckseitigen Verbindung zwischen Pumpe (1) und Verbraucher (28) aufweist, und der in Richtung auf den stromauf der Messdrossel (22) angeschlossenen Druckraum federnd abgestützt ist, und bei dem der Differenzdruckregler (23) den Druckräumen zugeordnete Steueranschlüsse aufweist, die jeweils mit einer der Verstellkammern (16, 17) verbunden sind und die, in Abhängigkeit von der Stellung des Stromregelkolbens (24), jeweils den einen der Druckräume (31, 32) mit der einen Verstellkammer und die andere der Verstellkammern mit der Saugseite verbinden, wobei einer Druckbeaufschlagung der einen, mit dem stromauf angeschlossenen Druckraum verbundenen Verstellkammer eine Verstellung des Kurvenringes (8) zur Verringerung des Fördervolumens entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass über den Differenzdruckregler (23) durch Drosselung (Drosselstellen 41, 42; 45, 46) eines Versorgungsanschlusses (29, 30) und eines in der Verbindung zur Saugseite liegenden abströmseitigen Anschlusses in Form eines Spaltquerschnittes (47, 48) zu einem Druckraum (31, 32) die Volumenstromkennlinie über dem Lastdruck lastkraftabhängig einstellbar ist.