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Selbsttätige Druckregelvorrichtung mit einem verschiebbaren Kolben
Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Druckregelvorrichtung für ein einem Verbraucher
zugeleitetes Druckmittel, bei der die Verschiebung eines Kolbens, der einerseits
vom Druck der Zuleitung und andererseits von einer Gegenkraft belastet wird; eine
Änderung des Drosselwiderstandes einer über eine in der Zylinderwand angeordnete
öffnung führende Abzweigleitung derart bewirkt, daß eine mit steigendem Druck größer
werdende Druckmittelmenge aus der Zuleitung abgezweigt wird und abfließt.
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Derartige Druckregelvorrichtungen sollen den Druck beim Verbraucher
konstant halten, auch wenn Druckschwankungen im Pumpensystem auftreten. Es ist bekannt,
den Drosselwiderstand der Abzweigleitung dadurch zu ändern, daß an einer vorgegebenen
Drosselstelle der Drosselquerschnitt geändert wird. Dies geschieht beispielsweise
dadurch, daß eine Steuerkante am Kolben den kreisförmigen Querschnitt einer Anschlußöffnung
in der Zylinderwand übersteuert, daß eine Steuerkante am Kolben mit einer Ringnut
in der Zylinderwand zusammenwirkt oder daß eine Steuerkante an der Zylinderwand
zusammen mit Einkerbungen einsinnig wachsenden Querschnitts im Kolben den Drosselquerschnitt
definiert. Gemeinsaar ist all diesen Konstruktionen, daß bereits kleine Änderungen
der Kolbenlage, wie sie bei Druckschwankungen leicht auftreten können, zu relativ
großen Änderungen der abgezweigten Rückflußmenge führen, so daß die Gefahr von Pendelungen
besteht. Des weiteren muß eine sehr steife Gegenkraft, z. B. Gegenfeder, verwendet
werden. Es ist nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten möglich, an einer vorgegebenen
Druckregelvorrichtung eine Pumpe mit anderer Fördermenge oder einen Verbraucher
mit anderen Verbrauchsmengen anzuschließen, als es bei der Auslegung der Vorrichtung
beabsichtigt war. Letzteres steht einer Rationalisierung entgegen, die zum Ziel
hat, einen einzigen Typ einer Druckregelvorrichtung in Verbindung mit Pumpen verschiedener
Größe und/oder mit Verbrauchern verschiedener Größe verwenden zu können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Druckregelvorrichtung
anzugeben, die wenig Neigung zu Pendelungen zeigt und an die ohne Schwierigkeiten
Pumpen und/oder Verbraucher verschiedener Größe angeschlossen werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drosselwiderstand
durch einen Drosselspalt veränderlicher Länge zwischen den Umfangsflächen von Kolben
und Zylinder gebildet wird, dessen Spaltlänge sich mit steigendem Druck verkürzt.
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Der wesentliche Teil des Drosselwiderstandes wird erfindungsgemäß
daher nicht durch eine Querschnittsänderung einer Drosselstelle, sondern durch eine
Längenänderung eines Drosselkanals erzielt. Es bereitet keine Schwierigkeiten, diesem
Drosselkanal einen solchen Querschnitt zu geben, daß relativ große Kolbenverschiebungen
erforderlich sind, um eine vorgegebene Änderung der abgezweigten Rückflußmenge zu
erzielen. Die dadurch erreichte flache Kolbenrück8.ußmengen-Charakteristik läßt
Pendelurgen kaum auftreten. Sie führt auch zu einer relativ weichen Gegenkraft,
mit deren Hilfe man die Druckregelvorrichtung mühelos an verschieden großen Pumpen
und/oder verschieden große Verbraucher anpassen kann. In allen Fällen ist wegen
der Geradlinigkeit der Charakteristik sichergestellt,- daß sowohl bei kleiner Rückflußmenge
als auch bei großer Rück-$ußmenge gleiche Druckänderungen zu gleichen Änderungen
der Rückflußmenge führen.
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Gemäß einem sehr einfachen Ausführungsbeispiel ist der Drosselspalt
ein an sich bekannter Ringspalt. Vorzugsweise ist die jeweilige Länge des Drosselspalts
durch den Abstand zwischen der Kolbenstirnfläche und der Rückfiußbohrung bestimmt.
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Es ist zwar bei Drosselventilen mit fest einstollbarem Drosselwiderstand
bekannt,- die Drosselung in einem Ringspalt zwischen einem axial verstellbaren Schaft
und der Umfangswand einer Bohrung zu bewirken. Dieser jeweils fest eingestellte
Drosselwiderstand hat jedoch keinen Einfluß auf das hier vorliegende Problem, eine
möglichst pendelfreie, den verschiedensten Pumpen und Verbrauchern anpaßbare Druckregelvorrichtung
zu schaffen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Rückflußmenge
q von dem Kolbenhub (h) bei einer bekannten Vorrichtung (A) und bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung (B), F i g. 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung und F i g. 3 eine Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels.
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Bei F i g.1 sei angenommen, daß man bei der gleichen Pumpenanordnung
und der gleichen Druckregelvorrichtung in einer ölfeuerungsanlage sowohl größere
als auch kleinere Düsen verwenden wolle. Es ist klar, daß im letztgenannten Fall
die Rückflußmenge wesentlich größer sein muß. Die Kurve A in F i g. 1 zeigt die
Abhängigkeit der Rückflußmenge q vom Kolben h bei einer bekannten Vorrichtung, bei
der eine Steuerkante des Kolbens den kreisförmigen Querschnitt der Anschlußstelle
in der Kolbenwand übersteuert. Man erkennt sofort, daß für den gesamten Regelbereich
zwischen der Rückflußmenge O und der maximalen Rückflußmenge nur ein relativ kleiner
Kolbenhub zur Verfügung steht. Man benötigt daher recht steife Federn. Ferner ist
bei großer Rückflußmenge einer bestimmten Mengenänderung A q1 ein kleinerer
Kolbenhub a1 zugeordnet als bei kleinerer Rückflußmenge der gleichen Mengenänderung
A q2, bei der der Kolbenhub den Betrag a2 ausmacht. Dieses letztgenannte Problem
tritt bei solchen bekannten Konstruktionen nicht auf, bei denen die Charakteristik
A geradlinig ist. Es bleibt jedoch der Nachteil, daß wegen der großen Steilheit
dieser Charakteristik Pendelungen auftreten und die Anpaßbarkeit an verschiedenen
Pumpen und/oder Verbraucher auf Schwierigkeiten stößt.
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Erfindungsgemäß läßt sich die im Diagramm gezeigte mögliche Gesamtänderung
der Rückflußmenge über einen sehr viel größeren Kolbenhub verteilen. In dem veranschaulichten
Ausführungsbeispiel kann man die Drosselwirkung als lineare Funktion der Länge des
Drosselspaltes ansehen. In Kurve B in F i g. 1 ergeben sich daher für die gleichen
Rückflußmengenänderungen A q, und A q2 wesentlich größere Hubänderungen bi für eine
kleine Düse und b2 für eine große Düse, wobei die beiden Hubänderungen noch dazu
gleich groß sind. Es bereitet keine Schwierigkeiten, einen großen Kolbenhub zu benutzen,
da für die Länge des Drosselspaltes der größte Teil der Kolbenlänge ausgenutzt werden
kann. Man kann daher einer gegebenen Rückflußmengenänderung eine größere Kolbenverschiebung
als bisher zuordnen, wodurch man eine größere Ansprechempfindlichkeit erreicht.
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Die Druckregelvorrichtung der F i g. 2 besitzt ein Gehäuse 1 mit der
Verbraucherleitung 2 zur Düse, der Ölzuleitung 3 und der Ölabzweigleitung 4. Der
Kolben 5 besitzt einen Fortsatz 6, der die Verbraucherleitung 2 abzuschließen vermag.
Er wird mittels der Feder 7, deren Vorspannung durch die Schraube 8 einstellbar
ist, nach oben gepreßt.
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Sobald die Pumpe zu arbeiten beginnt und sich im Raum 9 ein Druck
aufbaut, der den Druck der Feder 7 zu überwinden vermag, öffnet der Kolben 5, so
daß Öl mit dem durch die Feder 7 festgelegten Druck durch die Verbraucherleitung
2 ausströmt. Erhöht sich der Druck im Raum 9, sei es, daß die Pumpe wegen einer
Spannungserhöhung am Antriebsmotor schneller umläuft, sei es, daß eine kleine Düse
verwendet wird, wird der Kolben 5 gegen die Feder 7 weiter zurückgeschoben, bis
die Abzweigleitung 4 freigegeben wird und eine mehr oder weniger große Ölmenge durch
diese Öffnung abfließt.
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Erfindungsgemäß wird diese Ölmenge im wesentlichen durch den als Ringspalt
ausgebildeten Drosselkanal 10 bestimmt, der durch Abdrehen eines Stücks der Zylinderumfangsfläche
um Bruchteile eines Millimeters, z. B. 0,2 mm, entstanden ist. Die wirksame Länge
dieses Drosselkanals 10 nimmt linear ab, je tiefer der Kolben 5 nach unten gedrückt
wird; im gleichen Maße nimmt die rückfließende-Ölmenge zu. Die wirksame Länge wird
zu Null, sobald die Stirnfläche 11 des Kolbens die Oberkante der Abzweigleitung
4 überstreicht. Die wirksame Maximallänge des Drosselkanals ist vorhanden, wenn
die untere Kante 12 des Ringspaltes 10 die obere Kante der Abzweigleitung 4 übersteuert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 3 ist der Drosselkanal ebenfalls
als Ringspalt 13 ausgebildet, der diesmal aber durch eine Ausdrehung der Innenwand
des zylindrischen Gehäuses 1 entstanden ist. Ferner ist in Höhe der Abzweigleitung
4 eine zum Kolben koaxiale Ringnut 14 vorgesehen, die das untere Ende des Drosselkanals
13 mit der Abzweigleitung 4 verbindet. Die wirksame Länge des Drosselkanals 13 beginnt
jeweils in Höhe der Stirnfläche 11 des Kolbens 5 und endet an der oberen Kante der
Ringnut 14.
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Durch eine Verlängerung des Drosselkanals 10 bzw. 13 und eine entsprechende
Vergrößerung des Abstandes zwischen den beiden Leitungen 3 und 4 kann man den Widerstand
des Drosselkanals erhöhen oder einer bestimmten Rückflußmengenänderung eine größere
Kolbenverschiebung zuordnen.
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Es besteht auch die Möglichkeit, den Drosselkanal inForm einer oder
vorzugsweise mehrerer symmetrisch. am Kolben- oder Zylinderumfang verteilter Nuten
auszubilden. Der Drosselkanal kann auch teilweise im Kolben und teilweise im Zylinder
vorgesehen sein, wobei sich dann jeweils die wirksamen Längen der Drosselkanäle
addieren. Hinsichtlich der Bemessung des Drosselkanals oder der Drosselkanäle ist
daräuf zu achten, daß die Drosselung über den größten Teil der Kolbenverschiebung
hauptsächlich in diesem Kanal erfolgt, der Widerstand also größer ist als der Widerstand
in der Abzweigleitung 4. Im allgemeinen läßt sich diese Forderung erfüllen, wenn
der gesamte Querschnitt des Drosselkanals kleiner ist als der Querschnitt der Abzweigleitung
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