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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Gleichrichtung eines von einer hydraulischen Pumpe in einen ersten oder zweiten Pumpenanschluss geförderten Volumenstroms, eine entsprechende Anschlussplatte mit der Ventilanordnung sowie eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einer solchen Anschlussplatte.
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Hydrostatische Pumpen sind häufig so aufgebaut, dass sie in zwei Richtungen angetrieben werden können. Kehrt sich allerdings die Drehrichtung des Antriebs um, so kehrt sich auch die Förderrichtung um. Häufig ist es daher erforderlich, für eine Gleichrichtung des erzeugten Volumenstroms zu sorgen. Dies bedeutet, dass ein saugseitiger Anschluss und ein förderseitiger Anschluss der gesamten Pumpeneinheit ihre Funktion auch bei einem Drehrichtungswechsel der Pumpe beibehalten. Zu diesem Zweck ist es bekannt, vier Ventile in einer sog. Grätzschaltung anzuordnen. Dabei werden, wie es in der
DE 42 34 139 C2 gezeigt ist, zwischen einem ersten Pumpenanschluss und dem saugseitigen Anschluss der Pumpeneinheit ein erstes Saugventil und zwischen einem zweiten Pumpenanschluss und dem saugseitigen Anschluss der Pumpeneinheit ein zweites Saugventil angeordnet. Ferner ist zwischen dem zweiten Pumpenanschluss und einem förderseitigen Anschluss der Pumpeneinheit ein erstes Druckventil und zwischen dem ersten Pumpenanschluss und dem förderseitigen Anschluss der Pumpeneinheit ein zweites Druckventil angeordnet. Je nach Förderrichtung fördert nun die Pumpe zu dem ersten Pumpenanschluss oder dem zweiten Pumpenanschluss hin, während sie an dem jeweils anderen Pumpenanschluss Druckmittel ansaugt. Beispielsweise wird bei einer ersten Förderrichtung von dem saugseitigen Anschluss der Pumpeneinheit Druckmittel über das erste Saugventil angesaugt und von der Pumpe an dem ersten Pumpenanschluss angesaugt. Die Pumpe fördert zu dem zweiten Pumpenanschluss hin, so dass das Druckmittel über das erste Druckventil dem förderseitigen Anschluss der Pumpeneinheit zugeführt wird. Aufgrund der entstehenden Druckverhältnisse werden dagegen das zweite Saugventil und das zweite Druckventil in ihre geschlossene Position gebracht und durch den Förderdruck dort gehalten.
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Problematisch an der vorgeschlagenen Ventilanordnung ist es, dass bei einem Klemmen oder Kleben im beschriebenen Fallbeispiel des ersten Saugventils, welches nur durch den Unterdruck geöffnet wird, das von der Pumpe zum förderseitigen Anschluss hin geförderte Druckmittel nicht nachgesaugt werden kann. Dies kann zu Beschädigungen an der Pumpe führen. Die hier beschriebene Ventilanordnung ist vorzugsweise in einer Anschlussplatte einer hydrostatischen Kolbenmaschine angeordnet und bildet mit dieser gemeinsam eine Pumpeneinheit. Um nun sicher das Öffnen des zu öffnenden Saugventils zu ermöglichen, ist es schon bekannt, die Ventilkörper der beiden Saugventile miteinander zu verbinden. Dadurch ist immer eines der beiden Ventile geöffnet. Somit wird die Kraft, welche auf das mit dem förderseitigen Pumpenanschluss verbundene Saugventil durch den Förderdruck in Schließrichtung ausgeübt wird, verwendet, um das mit dem saugseitigen Pumpenanschluss verbundene Saugventil zu öffnen. Allerdings hat diese Variante den Nachteil, dass es zu einem Verklemmen der Verbindungsstange oder der damit verbundenen Ventilkörper kommen kann.
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Es ist daher die Aufgabe, eine Ventilanordnung, eine Anschlussplatte sowie eine hydrostatische Kolbenmaschine zu schaffen, bei der ein sicheres Öffnen des auf der jeweiligen Saugseite befindlichen Saugventils sichergestellt ist.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung, die Anschlussplatte sowie die entsprechende hydrostatische Kolbenmaschine gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung zur Gleichrichtung eines von einer hydraulischen Pumpe einem ersten oder einem zweiten Pumpenanschluss zugeführten Volumenstroms wird hierzu das jeweils auf der Saugseite der Pumpe befindliche Saugventil mittels des von der Pumpe geförderten Druckmittels in seine geöffnete Stellung gebracht. Die Ventilanordnung weist ein erstes, zwischen einem saugseitigen Anschluss der Ventilanordnung und dem ersten Pumpenanschluss angeordnetes Saugventil, ein zweites zwischen dem saugseitigen Anschluss und dem zweiten Pumpenanschluss angeordnete Saugventil, ein erstes, zwischen einem förderseitigen Anschluss der Ventilanordnung und dem zweiten Pumpenanschluss angeordnetes Druckventil und ein zweites, zwischen dem förderseitigen Anschluss und dem ersten Pumpenanschluss angeordnetes Druckventil auf.
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Um die hydraulische Öffnung eines Saugventils zu ermöglichen, ist das erste Saugventil in Öffnungsrichtung mit dem Druck des zweiten Pumpenanschlusses beaufschlagt. Alternativ oder zusätzlich ist das zweite Saugventil in Öffnungsrichtung mit dem Druck des ersten Pumpenanschlusses beaufschlagt. Durch eine solche Beaufschlagung wird erreicht, dass ohne eine mechanische Verbindung der beiden Saugventile eine Kraft durch den erzeugten Hochdruck der Pumpe zum Öffnen des jeweils saugseitig angeordneten Saugventils verwendet wird. Zwar ist die Erzeugung eines Volumenstroms im Grunde erst nach dem Öffnen des entsprechenden, auf der Saugseite befindlichen Saugventils möglich. Zum Öffnen des Ventils ist es aber bereits ausreichend, wenn durch die anlaufende Pumpe eine Druckerhöhung an dem zur Förderseite hin orientierten Pumpenanschluss auftritt. Dieser genügt bereits, um beispielsweise ein Kleben des Ventilkörpers an seinem Ventilsitz zu überwinden und den Ventilkolben des Saugventils sicher zu öffnen.
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Die erfindungsgemäße Ventilanordnung ist mechanisch einfach und kann dennoch eine sichere Funktion gewährleisten. Sie benötigt aufgrund der geringeren mechanischen Bauteile auch einen geringeren Bauraum. Da zudem sämtliche Anschlüsse, die zur Betätigung des jeweils saugseitigen Saugventils erforderlich sind, in der Anschlussplatte einer hydrostatischen Kolbenmaschine ohnehin vorhanden sind, wird bevorzugt die Ventilanordnung in einer Anschlussplatte einer Pumpeneinheit vorgesehen. Die Anschlussplatte bildet vorzugsweise mit der Pumpe gemeinsam eine hydrostatische Kolbenmaschine.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Vorzugsweise wird der an der dem förderseitigen Pumpenanschluss vorhandene Druck einer Fläche eines als Stufenkolben ausgeführten Ventilkörpers zugeführt. Zusätzliche mechanische Komponenten können somit vollständig entfallen und es erfolgt eine direkte Beaufschlagung des Ventilkörpers in Öffnungsrichtung des jeweils saugseitigen Saugventils mit dem Druck des förderseitigen Pumpenanschlusses.
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Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich, wenn die beiden Ventilkörper der beiden Saugventile in der Anschlussplatte einander gegenüberliegen und in einer gemeinsamen Stufenbohrung angeordnet sind. Durch den Entfall der mechanischen Verbindung wird dabei der Strömungsquerschnitt, der sich zwischen den beiden Ventilkörpern im Ansaugbereich ergibt und bisher zu einem Verlust wegen der Erhöhung des Strömungswiderstandes geführt hat, erhöht. Der zwischen den beiden Ventilkörpern ausgebildete Abschnitt der gemeinsamen Stufenbohrung kann somit besonders günstig mit dem saugseitigen Anschluss der Pumpeneinheit verbunden werden. Dies führt zu einer weiteren Verringerung des Bauraums, da die Strömungsquerschnitte nicht durch die mechanische Verbindung weiter reduziert werden.
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Eine noch weitere Verringerung des Bauraums ist dadurch gegeben, dass jeweils ein mit dem ersten Pumpenanschluss bzw. dem zweiten Pumpenanschluss verbundenes Volumen durch einen Abschnitt des Ventilkörpers des ersten Saugventils bzw. des zweiten Saugventils durchdrungen wird. In diesem Abschnitt kann dann der Verbindungskanal zum Zuführen des Drucks zu dem jeweils anderen Ventilkörper angeordnet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung am Beispiel der Verbindung mit einer Steuerplatte einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine; und
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2 einen Schnitt durch eine Anschlussplatte einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Pumpeneinheit 1 mit einer Pumpe 2. Die Pumpe 2 ist hier repräsentiert durch eine Steuerplatte und bildet zusammen mit der dargestellten Ventilanordnung die Pumpeneinheit 1. Die Pumpeneinheit 1 ist zum Fördern von Druckmittel, das über einen saugseitigen Anschluss 3 angesaugt wird, hin zu einem förderseitigen Anschluss 4 der Pumpeneinheit 1 vorgesehen.
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Zum Gleichrichten des durch die Pumpe 2 erzeugten Volumenstroms sind ein erstes Saugventil 6, ein erstes Druckventil 7, ein zweites Saugventil 8 und ein zweites Druckventil 9 vorgesehen. Alle vier Ventile 6–9 sind als Rückschlagventile ausgeführt, welche in Schließrichtung mit einer Feder belastet sind. Das erste Saugventil 6 ist zwischen dem saugseitigen Anschluss 3 der Pumpeneinheit 1 und einem ersten Pumpenanschluss 10 angeordnet. Das zweite Saugventil 8 ist zwischen dem saugseitigen Anschluss 3 und einem zweiten Pumpenanschluss 11 angeordnet. Die Pumpenanschlüsse 10, 11 sind die Schnittstelle zwischen der Pumpe 2 und der Ventilanordnung. Der erste Pumpenanschluss 10 ist mit einer ersten Steuerniere 12 der Steuerplatte der hydrostatischen Kolbenmaschine verbunden. Der zweite Pumpenanschluss 11 ist mit einer zweiten Steuerniere 13 der Steuerplatte verbunden. Die beiden Saugventile 6, 8 sind so angeordnet, dass sie in Richtung auf den jeweils mit ihnen verbundenen Pumpenanschluss 10, 11 hin öffnen.
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Das erste Druckventil 7 ist zwischen dem zweiten Pumpenanschluss 11 und dem förderseitigen Anschluss 4 der Pumpeneinheit 1 angeordnet, wohingegen das zweite Druckventil 9 zwischen dem ersten Pumpenanschluss 10 und dem förderseitigen Anschluss 4 angeordnet ist. Die beiden Druckventile 7, 9 sind so angeordnet, dass sie zu dem förderseitigen Anschluss 4 der Pumpeneinheit 1 hin öffnen.
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Die beiden Saugventile 6, 8 sind so ausgebildet, dass durch Zuführen von Druckmittel die Saugventile 6, 8 in ihre jeweils geöffnete Position gebracht werden können. Um eine solche Öffnung mittels hydraulischer Kraft zu bewirken, ist mit dem ersten Saugventil 6 ein erster Verbindungskanal 14 verbunden, dessen von dem ersten Saugventil 6 abgewandtes Ende mit dem zweiten Pumpenanschluss 11 verbunden ist. In gleicher Weise ist über einen zweiten Verbindungskanal 15 das zweite Saugventil 8 mit dem ersten Pumpenanschluss 10 verbunden.
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Die Funktion der gezeigten Ventilanordnung ist nunmehr wie folgt: Wird durch Antreiben der Pumpe 2 in einer ersten Richtung Druckmittel aus der ersten Steuerniere 12 angesaugt und in die zweite Steuerniere 13 gefördert, so öffnen das erste Saugventil 6 und das erste Druckventil 7. Um den Öffnungsvorgang des ersten Saugventils 6 zu begünstigen, wird der in der zweiten Steuerniere 13 und damit dem zweiten Pumpenanschluss 11 verfügbare Druck über den ersten Verbindungskanal 14 dem ersten Saugventil 6 zugeführt. Der zweite Verbindungskanal 15 ist dagegen drucklos und durch den an dem zweiten Pumpenanschluss 11 herrschenden Druck wird das zweite Saugventil 8 in seiner geschlossenen Position gehalten. Aufgrund des angreifenden Druckgefälles wird das zweite Druckventil 9 ebenfalls in seiner geschlossenen Position gehalten. Die Pumpeneinheit 1 saugt somit aus einem Tankvolumen 5 über den saugseitigen Anschluss 3 Druckmittel an und fördert ihn zum förderseitigen Anschluss 4, der mit einem hydraulischen Verbraucher verbunden sein kann.
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Beim Anhalten der Pumpe schließen die Ventile aufgrund der Federkräfte und kehren damit in Grundstellung zurück.
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Kehrt sich nun die Drehrichtung der Pumpe um, so wechseln die Steuernieren 12, 13 ihre Funktion. Druckmittel wird nunmehr über die zweite Steuerniere 13 und somit den zweiten Pumpenanschluss 11 angesaugt und in die erste Steuerniere 12 und damit den ersten Pumpenanschluss 10 gefördert. Die auftretenden Druckgefälle sorgen nunmehr dafür, dass das erste Saugventil 6 und das erste Druckventil 7 geschlossen gehalten. Dagegen wird das zweite Druckventil 9 geöffnet, und aufgrund des an dem ersten Pumpenanschluss 10 herrschenden Drucks über den zweiten Verbindungskanal 15 auch das zweite Saugventil 8. Im Ergebnis führt dies wieder zu einer Förderung von Druckmittel, welches über den saugseitigen Anschluss 3 angesaugt wird, zu dem förderseitigen Anschluss 4. Die Anschlüsse 3, 4 behalten damit im Hinblick auf die Pumpeneinheit 1 drehrichtungsunabhängig ihre Funktion bei.
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Die 2 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel einer Anschlussplatte 20 der in der 1 schematisch dargestellten hydrostatischen Axialkolbenmaschine. Die Anschlussplatte 20 zeigt das erste Saugventil 6 und gegenüberliegend auf einer gemeinsamen Mittelachse das zweite Saugventil 8. Nebeneinander mit parallelen Mittelachsen sind ferner in der Anschlussplatte 20 das erste Druckventil 7 und das zweite Druckventil 9 angeordnet. Die beiden Druckventile 7, 9 sind in jeweils einer Sackbohrung angeordnet, welche über eine gemeinsame Querbohrung miteinander verbunden sind. Hier ist ein weiterer Kanal 40 vorgesehen, der zu dem förderseitigen Anschluss 4 führt. Diese Anordnung ist an sich bekannt und wird daher nicht vertieft beschrieben. Die Schließkörper der beiden Druckventile 7, 9 trennen in geschlossenem Zustand der beiden Druckventile 7, 9 den Kanal 40 und damit den saugseitigen Anschluss 4 von dem ersten Pumpenanschluss 10 bzw. dem zweiten Pumpenanschluss 11. Der erste Pumpenanschluss 10 ist mit einem stirnseitig des Schließkörpers des zweiten Druckventils 9 ausgebildeten Volumen 10'' verbunden. Der zweite Pumpenanschluss 11 ist dagegen mit einem stirnseitig des Schließkörpers des ersten Druckventils 7 ausgebildeten Volumen 11'' verbunden.
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Nachfolgend werden Aufbau und Anordnung der Saugventile 6, 7 in der Anschlussplatte 20 erläutert. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden die Details lediglich in Zusammenhang mit dem ersten Saugventil 6 erläutert. Die entsprechenden Elemente sind in der 2 für das zweite Saugventil 8 mit gestrichenen Bezugszeichen versehen.
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Das erste Saugventil 6 weist einen Ventilkörper 16 auf. Der Ventilkörper 16 dichtet in geschlossenem Zustand an einem Dichtsitz 17, einer gestuften Durchgangsbohrung 18 ab. Ausgehend von dem Dichtsitz 17 zur Außenseite der Anschlussplatte 20 hin weist die gestufte Durchgangsbohrung 18 eine weitere radiale Stufe auf, die den Durchmesser zur Außenseite der Anschlussplatte 20 hin vergrößert. Korrespondierend zu dieser Stufe ist an dem Ventilkörper 16 beabstandet von seiner zur Mitte der Anschlussplatte 20 hin orientierten Stirnseite eine Stufe 22 ausgebildet. Die axiale Ausdehnung des Ventilkörpers 16 zwischen dem Dichtsitz 17 und der radialen Stufe 22 ist dabei so bemessen, dass die beiden radialen Stufen der Durchgangsbohrung 18 und des Ventilkörpers 16 einen Ringraum einschließen. Dieses eingeschlossene Volumen ist über den ersten Verbindungskanal 14 mit dem zweiten Pumpenanschluss 11 verbunden. Der zweite Pumpenanschluss 11 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem den Ventilkörper 16' des zweiten Saugventils 8 ringförmig umgebenen Volumen 11' verbunden. In gleicher Weise verbindet der zweite Verbindungskanal 15 ein ringförmiges Volumen 10' des ersten Pumpenanschlusses 10, welcher einen Abschnitt des Ventilkörpers 16 umgibt, mit dem vor der radialen Stufe des Ventilkörpers 16' des zweiten Saugventils 8 ausgebildeten Volumen.
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Der Ventilkörper 16 wird in Anlage an dem Dichtsitz 17 mittels einer Spiralfeder 21 gehalten. Die Spiralfeder 21 stützt sich einerseits an dem Ventilkörper 16 und andererseits an einer Verschlussschraube 19 ab. Die Verschlussschraube 19 verschließt die Durchgangsbohrung 18.
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Der erste Pumpenanschluss 10 ist mit der ersten Steuerniere 12 verbunden und der zweite Pumpenanschluss 11 ist mit der zweiten Steuerniere 13 verbunden. Das erste Saugventil 6 ist symmetrisch zu dem zweiten Saugventil 8 aufgebaut. Mit dem zwischen den beiden Ventilkörpern 16, 16' der Saugventile 6, 8 befindlichen Bereich der Durchgangsbohrung 18 ist ein Saugkanal 30 verbunden, der mit dem saugseitigen Anschluss 3 der Pumpeneinheit 1 verbunden ist. Durch das hydraulisch unterstützte Öffnen des ersten Saugventils 6 bzw. des zweiten Saugventils 8 entfällt die aus dem Stand der Technik bekannte Zwangskopplung der beiden Ventilkörper 16, 16' der Saugventile 6, 8. Damit ist der freie Strömungsquerschnitt in dem Saugkanal 30 und der sich anschließenden Durchgangsbohrung 18 vergrößert und die Saugverluste sind reduziert. Insbesondere kann durch die hydraulische Öffnung der Saugventile 6, 8 die genaue Ausrichtung der Mittelachsen der Durchgangsbohrungsteile für das erste Saugventil 6 und das zweite Saugventil 8 entfallen. Diese ist bei einer mechanischen Kopplung unabdingbar, um ein Verklemmen der beiden Ventilkörper, die mechanisch miteinander verbunden sind, zu vermeiden. Durch die mechanisch entkoppelte Öffnungsunterstützung mittels des von der Pumpe 2 geförderten Druckmittels kann die Durchgangsbohrung 18 durch Bohren von zwei Seiten gefertigt werden, ohne dass eine hundertprozentige Flucht der beiden Bohrungen erforderlich wäre. Die Erhöhung einer solchen Lagetoleranz beeinflusst die Funktion bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung, der erfindungsgemäßen Anschlussplatte 20 und der entsprechenden hydrostatischen Kolbenmaschine nicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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