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Die Erfindung betrifft eine Versorgungseinrichtung zur Versorgung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers mit unter Druck stehendem Fluid, das von einer Druckmittelfördereinrichtung von einer Fluidversorgungsstelle stammend zu dem Verbraucher über eine Zuführleitung gelangt und mit einer Rücklaufleitung für die Rückführung des Fluids vom Verbraucher zur Fluidversorgungsstelle, wobei in die Rücklaufleitung eine Vorspanneinrichtung geschaltet ist, die zumindest den zwischen Verbraucher und Vorspanneinrichtung herrschenden Fluiddruck im Sinne einer Vorspannung erhöht, wobei die Vorspanneinrichtung ein Vorspannventil aufweist und parallel zum Vorspannventil ein Fluidmengenregler in die Rücklaufleitung geschaltet ist, und wobei das Vorspannventil als Drossel oder Blende ausgebildet und der Fluidmengenregler als Druckbegrenzungsventil ausgestaltet ist. Eine derartige Versorgungseinrichtung ist aus
JP 60-129402 A bekannt.
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Die zwischen Verbraucher und Vorspanneinrichtung in der Rücklaufleitung eingeschlossene „Fluidsäule” ist vorgespannt, so dass dergestalt Blasen- oder Schaumbildung, beispielsweise durch eingebrachte Umgebungsluft oder dynamikbedingte Kavitation, vermieden wird, mit der Folge, dass schädliche Kavitationswirkungen ganz oder zumindest teilweise beseitigt sind. Des weiteren wird über die Vorspannung eine Aussteifung der Drucksäule zwischen Vorspanneinrichtung und Verbraucher erreicht, wobei sich der jeweils angeschlossene Verbraucher im Betrieb an der dahingehenden Drucksäule abstützen kann, was wiederum dem Leistungsvermögen des Verbrauchers zugute kommt, insbesondere wenn es sich hierbei um einen hydraulischen Schwenkmotor oder einen hydraulischen Linearzylinder handelt.
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Mit der Drossel oder Blende lässt sich dann in Abhängigkeit von deren freien Durchström-Querschnitten die Drucksäule in der Rücklaufleitung zwischen Verbraucher und Vorspanneinrichtung auf einen vorgebbaren Druck einstellen und bei Überschreiten dieses Druckwertes gibt das Druckbegrenzungsventil die damit einhergehenden „überschüssigen” Fluidmengen über den ausgangsseitigen Teil der Rücklaufleitung an die jeweilige Fluidversorgungsstelle, insbesondere in Form eines Vorratstanks, zurück. Dergestalt ist eine kombinierte Druck-Mengenregelung auf der Rücklaufseite der Versorgungseinrichtung erreicht. Ferner besteht die Möglichkeit die jeweilige Drossel oder Blende einstellbar zu gestalten.
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Durch die
DE 42 11 551 C2 ist eine Ventilanordnung für eine Verstellpumpe bekannt, mit einem in deren Förderleitung angeordneten Druckzuschaltventil, dessen federbelasteter Schließkörper bei einer Abnahme des Förderdrucks der Pumpe durch eine Drosselung des Druckfluids einen Mindestdruck zwischen dem Schließkörper und der Pumpe sicherstellt, und mit einem Druckbegrenzungsventil zwischen der Förderdruck- und Saugseite der Pumpe.
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Dadurch, dass bei der bekannten Lösung das Druckbegrenzungsventil und das Druckzuschaltventil als eine bauliche Einheit ausgebildet sind, wobei die Schließkörper des Druckzuschaltventils und des Druckbegrenzungsventils von einer gemeinsamen Feder in Schließrichtung beaufschlagt sind und die in Öffnungsrichtung druckbeaufschlagten Flächen der Schließkörper, des Druckzuschaltventils und des Druckbegrenzungsventils durch ihren jeweiligen Ansprechdruck bestimmt sind, ist eine Ventilanordnung geschaffen, die im Rahmen einer Versorgungseinrichtung für einen anschließbaren hydraulischen Verbraucher sicherstellt, dass unabhängig vom Verbraucherdruck stets der zur Verstellung der Pumpe notwendig Minimaldruck geschaffen ist. Des weiteren ist eine kompakte Ventilanordnung bestehend aus Druckbegrenzungsventil und Druckzuschaltventil gebildet.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Versorgungseinrichtungen zur Versorgung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers mit unter Druck stehendem Fluid, nicht nur eine kompakt aufbauende Ventillösung zu schaffen, die funktionssicher im Gebrauch ist, sondern auch sicherzustellen, dass schädliche Kavitationswirkungen sicher vermieden sind. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Versorgungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch, dass gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Vorspannventil unter Bildung einer Baueinheit Bestandteil des Fluidmengenreglers ist und dass die Baueinheit in der Art eines Einschraubventils in ein Ventilgehäuse der Vorspanneinrichtung einsetzbar ist, in das ein- und ausgangsseitig die Fluidanschlüsse der Rücklaufleitung münden, lässt sich besonders platzsparend das Vorspannventil in einem zugehörigen Ventilgehäuse unterbringen. Dadurch, dass der Eingang der Rücklaufleitung in eine Vorkammer des Einschraubventils mündet, die, in Fluidströmungsrichtung gesehen, in einen Ventilsitz für die Sperrlage eines Staukörpers des Fluidmengenreglers übergeht, wobei im Staukörper ein Querkanal angeordnet ist, in den das Vorspannventil mündet und der in jeder Verfahrstellung des Staukörpers eine fluidführende Verbindung mit dem Ausgang der Rücklaufleitung herstellt, dass der Eingang und der Ausgang der Rücklaufleitung innerhalb des Ventilgehäuses, in Verschieberichtung des Staukörpers gesehen, versetzt zueinander angeordnet, und dass sowohl der Eingang als auch der Ausgang, jeweils in Richtung des Einschraubventils gesehen, in jeweils einen Ringraum ausmünden, wobei in den eingangsseitigen Ringraum die Vorkammer fluidführend mündet und in den ausgangsseitigen Ringraum der Querkanal ausmündet, hat sich gezeigt, dass durch die dahingehende Art der Fluidführung mit Versatz in der Rücklaufleitung und durch Einschalten einer Vorkammer innerhalb der Vorspanneinrichtung sich etwaige schädigende Kavitationswirkungen weiter verringern lassen.
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In Abhängigkeit des angeschlossenen Verbrauchers, beispielsweise wenn es sich hierbei um einen Schwenkmotor handelt, lässt sich in einer geschlossenen Kreislaufführung die Vorspannung über den Verbraucher hinweg bis zur Druckmittelfördereinrichtung zurückführen, die regelmäßig aus einer Hydropumpe, insbesondere in Form einer Verstellpumpe, gebildet ist, die regelmäßig das Druckfluid aus einem Tank als Fluidversorgungsstelle entnimmt. Sofern als hydraulischer Verbraucher ein Linearzylinder zum Einsatz kommt, wird über die Vorspannung im Stangenraum im Sinne einer Wirkverbindung auch eine Vorspannung im Kolbenraum erreicht, so dass grundsätzlich die vorstehend genannten Ausführungen auch dann gelten, wenn keine durchgehend fluidführende Verbindung zwischen Druckmittelfördereinrichtung und Vorspanneinrichtung vorhanden ist.
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Bei einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungseinrichtung ist vorgesehen, dass der Fluidmengenregler einen Staukörper aufweist, der mittels eines Energiespeichers in Richtung einer Sperrlage zur teilweise fluidischen Trennung der beiden Fluidanschlüsse der Rücklaufleitung voneinander bringbar ist und dass jedenfalls in der Sperrlage eine teilweise fluidische Verbindung zwischen den genannten Fluidanschlüssen über die Drossel oder Blende als Vorspannventil realisiert ist, die am freien, dem Energiespeicher gegenüberliegenden Ende des Staukörpers angeordnet, diesen durchgreift. Auf diese Art und Weise wird die Vorspannung von der Fluidmengenregelung überlagert, sobald ein vorgebbarer Vorspanndruck überschritten ist, wobei die Anströmrichtung in der Rücklaufleitung sowohl für das Vorspannventil als auch für den Fluidmengenregler gleich ist, obwohl diese parallel zueinander geschaltet sind, was insoweit der Funktionssicherheit zugute kommt und Einbauraum sparen hilft.
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Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass zwischen der Druckmittelfördereinrichtung und dem Verbraucher sowie dem Verbraucher und der insoweit eine Ventilanordnung bildenden Vorspanneinrichtung eine weitere Ventilanordnung geschaltet ist, mit der sich der hydraulische Kreis, insbesondere der angeschlossene hydraulische Verbraucher, über die Versorgungseinrichtung sinnfällig ansteuern lässt. Dahingehende Steuerventilanordnungen sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungsformen nachweisbar.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungseinrichtung ist zur dichtenden Trennung der beiden Ringräume eine Dichtungseinrichtung zwischen dem Außenumfang des Einschraubventils und der Innenseite des Ventilgehäuses vorgesehen. Weiter ist es vorteilhaft, wenn eine weitere Dichtungseinrichtung zur Abdichtung der Vorkammer mit dem eingangsseitigen Ringraum gegenüber der Umgebung vorgesehen ist, wobei das Einschraubventil über eine freie Gewindestrecke in das Ventilgehäuse einsetzbar ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil einer wirksamen dichtenden Abtrennung der beiden Ringräume und ein verbessertes Betriebsverhalten, insbesondere eine erhöhte Betriebssicherheit, der Versorgungseinrichtung.
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Im folgenden wird die erfindungsgemäße Versorgungseinrichtung anhand eines Ausführungsbeispieles nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 die erfindungsgemäße Lösung in der Art eines hydraulischen Schaltplans und
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2 in der Art eines Längsschnitts eine Ventilanordnung gemäss der mit X bezeichneten Kastendarstellung in der 1.
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Die Versorgungseinrichtung gemäss der Darstellung nach der 1 dient der Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers 2 mit unter Druck stehendem Fluid, das von einer Druckmittelfördereinrichtung 3 von einer Fluidversorgung 4 stammend, zu dem Verbraucher 2 über eine Zuführleitung 5 gelangt und mit einer Rücklaufleitung 6 für die Rückführung des Fluids vom Verbraucher 2 zur Fluidversorgungsstelle 4. Letztere kann in der Art eines üblichen Versorgungstanks gemäss der Darstellung nach der 1 ausgestaltet sein.
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In die Rücklaufleitung 6 ist eine Vorspanneinrichtung 1 geschaltet, die zumindest den zwischen Verbraucher 2 und Vorspanneinrichtung 1 herrschenden Fluiddruck im Sinne einer Vorspannung erhöht. Ferner kann gemäss der Darstellung nach der 1 in der Art einer geschlossenen Kreislaufführung 8 (Loop-Gestaltung) die Vorspanneinrichtung 1 den Fluiddruck auch im Verbraucher 2 und in der Zuführleitung 5 bis zur Druckmittelfördereinrichtung 3 erhöhen. Letztere kann in der Art einer einstellbaren üblichen Hydropumpe ausgebildet sein. Eine geschlossene Kreislaufführung 8 wird immer dann anzunehmen sein, wenn der Verbraucher 2, beispielsweise in der Art eines hydraulischen Schwenkmotors oder dergleichen ausgebildet, die über die Zuführleitung 5 bereitgestellte Fluidmenge in der Art einer kontinuierlichen Fluidverbindung an die Rücklaufleitung 6 mit der Vorspanneinrichtung 1 weiter leitet. Wird anstelle eines Schwenkmotors als Verbraucher ein hydrostatischer Arbeitszylinder oder dergleichen angeschlossen, findet insoweit eine Fluidtrennung über den Kolben zwischen der Zuführleitung 5 und der Rücklaufleitung 6 statt, wobei im Sinne einer hydraulischen Wirkverbindung dann die vorgespannte Fluiddrucksäule in der Rücklaufleitung 6 auf den Kolben des Arbeitszylinders einwirkt, der insoweit wiederum eine Rückwirkung entfaltet auf die Fluidversorgung in der Zuführleitung 5. Da die dahingehenden Verbraucher 2 im Stand der Technik nachweisbar sind, sind diese in der 1 nur als Blockschaltbild angedeutet und von ihren technischen Einzelheiten her, der Einfachheit halber nicht wiedergegeben.
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Die Vorspanneinrichtung 1 weist ein Vorspannventil 9 auf und parallel zum Vorspannventil 9 ist ein Fluidmengenregler 10 in die Rücklaufleitung 6 geschaltet. Das Vorspannventil 9 ist als Drossel oder Blende ausgebildet und der Fluidmengenregler 10 bildet in der vorliegenden Ausführungsform ein Druckbegrenzungsventil üblicher Bauart aus. Mit dem Vorspannventil 9 wird der freie Fluidquerschnitt in der Rücklaufleitung 6 begrenzt, so dass insoweit im Sinne eines Vorspanndruckes zumindest der Fluiddruck zwischen Verbraucher 2 und Vorspanneinrichtung 1 erhöht ist. Wird bei einer Betätigung des Verbrauchers 2 der Vorspanndruck der Vorspanneinrichtung 1, von beispielsweise ½ bar oder 1 bar überschritten, wird um eine Schädigung des Hydraulikkreislaufes zu vermeiden über den Fluidmengenregler 10 in Form des Druckbegrenzungsventils sichergestellt, dass überschüssiges Fluid unter erhöhtem Druck an dem Vorspannventil 9 vorbei über den verbleibenden Teil der Rücklaufleitung 6 in den Tank, sprich zur Fluidversorgungsstelle 4, rückgeführt wird. Da der Fluidmengenregler 9 sehr rasch nachsteuern kann, können insoweit auch impulsartig auftretende Druckstöße in der Rücklaufleitung 6 sicher beherrscht und auf dem vorgegebenen Druckniveau, einstellbar über das Vorspannventil 9, gehalten werden.
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Des weiteren kann zwischen der Druckmittelfördereinrichtung 3 und dem Verbraucher 2 sowie dem Verbraucher 2 und der eine Ventilanordnung bildenden Vorspanneinrichtung 1 eine weitere Ventilanordnung 11 geschaltet sein, die eine sinnfällige Ansteuerung des jeweils an den Nutzanschlüssen A, B angeschlossenen Verbrauchers 2 erlaubt. Des weiteren ist die Ventilanordnung 11 auf ihrer Eingangsseite über einen Druckanschluss P an die Zuführleitung 5 angeschlossen und über den Ausgang T in fluidführender Wirkverbindung mit der Rücklaufleitung 6. Der einfacheren Darstellung wegen ist die weitere Ventilanordnung 11 in der Art einer Blackbox dargestellt, bei der die fluidführenden Verbindungen direkt vom Pumpenanschluss P zu Nutzanschluss A und vom Nutzanschluss B zum Tankanschluss T führen, ohne im Einzelnen die Ventilkomponenten wiederzugeben, die beispielsweise aus elektromagnetisch ansteuerbaren Steuerventilen oder dergleichen gebildet sind.
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Im Folgenden wird anhand der 2 der nähere Aufbau der Vorspanneinrichtung 1 im Einzelnen erläutert. Dabei gibt die 2 den in 1 mit X bezeichneten kastenförmigen Bildausschnitt wieder. Das Vorspannventil 9 ist unter Bildung einer Baueinheit Bestandteil des Fluidmengenreglers 10, wobei die Baueinheit in der Art eines Einschraubventils 12 in ein Ventilgehäuse 13 der Vorspanneinrichtung 1 einsetzbar ist, in das ein- und ausgangsseitig die Fluidanschlüsse 14, 15 der Rücklaufleitung 6 münden. Der Fluidmengenregler 10 weist einen Staukörper 16 auf, der mittels eines Energiespeichers in Form einer Druckfeder 17 in Richtung einer Sperrlage, zur teilweisen fluidischen Trennung der beiden Fluidanschlüsse 14, 15 der Rücklaufleitung 6 voneinander, bringbar ist, wobei jedenfalls in der in 2 gezeigten Sperrlage eine teilweise fluidische Verbindung nach wie vor zwischen den genannten Fluidanschlüssen 14, 15 über die Drossel oder Blende als Vorspannventil 9 realisiert ist. Die dahingehende Drossel oder Blende ist mit reduziertem Durchmesser gegenüber dem Eingangsdurchmesser D des Staukörpers 16 an dessen freiem Ende 18 angeordnet.
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Der Eingang 14 der Rücklaufleitung 6 mündet in eine Vorkammer 19 des Einschraubventils 12 aus, die in Fluidströmungsrichtung gesehen in einen Ventilsitz 20 für die gezeigte Sperrlage des Staukörpers 16 übergeht, wobei im Staukörper 16 ein Querkanal 22 angeordnet ist, in den das Vorspannventil 9 mit seinem reduzierten Fluiddurchmesserquerschnitt mündet, wobei wiederum der Querkanal 22 in jeder Verfahrstellung des Staukörpers 16 eine fluidführende Verbindung mit dem Ausgang 15 der Rücklaufleitung 6 herstellt. Insoweit ist also der Eingang 14 und der Ausgang 15 der Rücklaufleitung 6 innerhalb des Ventilgehäuses 13 in Verschieberichtung des Staukörpers 16 parallel zur Längsachse 23 des Einschraubventils 12 gesehen, versetzt zueinander angeordnet, wobei die Vorkammer 19 in Richtung der Längsachse 23 des Einschraubventils 12 geführt ist und der Querkanal 22 sowie der Eingang 14 und der Ausgang 15 verlaufen, in Blickrichtung auf die 2 gesehen, horizontal und senkrecht zu der genannten Längsachse 23 des Einschraubventils 12.
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Sowohl der Eingang 14 als auch der Ausgang 15 münden, jeweils in Richtung des Einschraubventils 12 gesehen, in einen Ringraum 24, 25 aus, wobei in den Ringraum 24 die Vorkammer 19 fluidführend mündet und in den Ringraum 25 mündet der Querkanal 22 aus. Um die beiden Ringräume 24, 25 dichtend voneinander zu trennen ist eine nicht naher dargestellte Dichteinrichtung 26 zwischen dem Außenumfang des Einschraubventils 12 und der Innenseite des Ventilgehäuses 13 vorhanden. Eine weitere Dichteinrichtung 27 dichtet die Vorkammer 19 mit dem Ringraum 24 gegenüber der Umgebung ab, wobei das Einschraubventil 12 über eine freie Gewindestrecke 28 in das Ventilgehäuse 13 einsetzbar ist. Zur Einstellung der Federrate der Druckfeder 17 kann, in Blickrichtung auf die 2 gesehen, an der Unterseite des Staukörpers 16 in einer zugeordneten Aufnahme im Ventilgehäuse 13 eine Einstellplatte 29 eingesetzt sein, deren Höhe entsprechend vorgebbar ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Versorgungseinrichtung lässt sich in Abhängigkeit von der Art des eingesetzten Verbrauchers 2 zumindest eine Vorspannung an der in der Rücklaufleitung 6 herrschenden Fluiddrucksäule erreichen, so dass schädigenden Kavitationswirkungen vorgebeugt ist, und insgesamt ist ein drucksteifer Aufbau für den gesamten hydraulischen Arbeitskreis erreicht.
