DE1453580C3 - Fördermengenregeleinrichtung für ein zweistufiges Pumpenaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördermengenregeleinrichtung für ein zweistufiges Pum-penaggregat, wobei zwischen den beiden Stufen eine Ventileinrichtung angeordnet ist, die aus einem Druckbegrenzer-Ventil und einem vom Hochdruck aus gegen eine vorgegebene Kraft gesteuerten Drosselschieber für die zweite Stufe besteht.

Derartige Fördermengenregeleinrichtungen sind seit langem in verschiedenen Aus-führungsformen bekannt. In einem bekannten Fall einer solchen Fördermengenregel-einrichtung (vergleiche britische Patentschrift 681 625) besteht die erste Stufe des zweistufigen Pumpenaggregats aus einer zwangsläufig fördernden Zahnradpumpe, während als zweite Stufe eine Radialkolbenpumpe vorgesehen ist. Die Druckseite der Zahnradpumpe ist über ein durch eine Feder vorgespanntes Rückschlagventil mit der Saugseite verbunden. Dieses Rückschlagventil dient als Druckbegrenzer-Ventil. Das auf diese Weise auf einen vorbestimmten Druck eingestellte Druckmittel, das von der ersten Stufe geliefert wird, gelangt zu einem Ventilschieber, der den Eintritts-querschnitt einer zu der zweiten Stufe führenden Leitung steuert. In einer Richtung wird der Ventilschieber durch eine vorgespannte Feder beaufschlagt, während an dem anderen Ende ein Kolben von kleinerem Durchmesser angreift, auf dessen Rückseite der Hochdruck der Ausgangsseite der zweiten Stufe des Pumpenaggrega-tes einwirkt. In diesem bekannten Falle öffnet der Schieber die Eintrittsöffnung einer auf die Saugseite der ersten Stufe führenden Ablaufleitung in gleichem Maße, wie er die Eintrittsöffnung der zu der zweiten Stufe führenden Druckleitung vermindert.

Bei einer anderen bekannten Fördermengenregeleinrichtung dieser Art dienen als er-ste und zweite Stufe zwei Kolben unterschiedlichen Durchmessers. Der Kolben von größerem Durchmesser saugt aus dem Sumpf an und drückt das Druckmittel über einen Drosselschieber in die Zylinderkammer der Hochdruckpumpe (vergleiche französische Patentschrift 703 569). Zwischen dem Drosselschieber und der ersten Pumpenstufe ist ein Rückschlagventil in Reihe mit einem Sperrschieber in einer zum Sumpf führenden Leitung angeordnet. Der Sperrschieber wird in die Absperrstellung durch eine Feder gedrängt, während der Feder entgegen der Hochdruck auf der Aus-gangsseite der zweiten Pumpenstufe einwirkt. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes des Hochdruckes die Ausgangsseite der ersten Pumpenstufe mit dem Sumpf verbunden wird. Das Drosselventil wird in der die Verbindung zwischen den beiden Stufen freigebenden Stellung durch eine Feder gehalten, während der Feder der Hochdruck auf der Ausgangsseite der zwei-ten Pumpenstufe entgegenwirken kann. Die Verbindung zur Hochdruckseite ist je-doch normalerweise durch einen nach Art eines Nadelventils ausgebildeten Schieber geschlossen und stattdessen die betreffende Seite des Drosselschiebers über eine gedrosselte Leitung mit der Verbindungsleitung zwischen der ersten Pumpenstufe und dem Drosselschieber verbunden. Übersteigt der Druck auf der Hochdruckseite einen vorbestimmten Wert, so öffnet das Nadelventil und läßt den Hochdruck auf den Drosselschieber einwirken, der die Verbindung zwischen den beiden Stufen des Pumpenaggregates entgegen der Wirkung der Federvorspannung entsprechend drosselt, bis der Hochdruck wieder unter den vorgegebenen Maximalwert absinkt und das Nadelventil schließt. Der auf den Drosselschieber einwirkende Hochdruck kann sich über die gedrosselte Verbindungsleitung auf den niedrigeren Druck zwischen den beiden Pumpenstufen abbauen.

In den bekannten Fällen von Fördermengenregeleinrichtungen steht der Drossel-schieber stets in einer Richtung unter der Vorspannkraft einer Feder, die dem in der entgegengesetzten Richtung wirkenden Hochdruck eine solche Kraft entgegensetzt, daß der Drosselschieber die Verbindung zwischen den beiden Pumpenstufen norma-lerweise freigibt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fördermengenregeleinrichtung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß der zweiten oder Hoch-druckstufe des Pumpenaggregats das Druckmittel unter dem Druck der ersten Stufe mengenmäßig mit größerer Genauigkeit als bisher und unabhängig von der Vorspan-nung durch eine Feder so zugespeist werden kann, daß auch bei stark variirendem Bedarf der an die Hochdruckpumpe angeschlossenen Verbrauchsstellen der Druck auf der Hochdruckseite der zweiten Stufe des Pumpenaggregats auf einen vorbe-stimmten Wert gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drosselschieber ein Differenzialkolben ist, dessen größere Fläche dem durch das Druckbegrenzer-Ventil vorgegebenen Druck ausgesetzt ist. Bei dieser Anordnung wirkt der durch das Druckbegrenzer-Ventil vorgegebene Druck dem in entgegengesetzter Richtung auf den Drosselschieber einwirkenden Hochdruck des Pumpenaggregats entgegen und bildet damit eine konstante vorgegebene Bezugs- kraft, welche die Verschiebebewegungen des Drosselschiebers bei Änderungen des Bedarfs der Verbrauchsstellen und den dadurch bedingten Änderungen des Druckes auf der Hochdruckseite des Pumpenaggregats bestimmt. Die Stellung des Drossel-schiebers ist damit direkt proportional dem Verhältnis zwischen dem sich ändernden Hochdruck auf der Ausgangsseite der zweiten Stufe und dem konstanten Druck zwi-schen den beiden Stufen des Pumpenaggregates. Dadurch erhält man eine sehr große Genauigkeit in der Arbeitsweise der Fördermengenregeleinrichtung, und zwar unabhängig von den Einflüssen irgendwelcher Federkräfte, die sich bekanntlich in Abhängigkeit von der Änderung der Federlänge ebenso wie von Ermüdungserschei-nungen verändert.

Die Genauigkeit der Regelung läßt sich noch verbessern, wenn der Ringfläche am Übergangsbereich vom größeren zum kleineren Durchmesser des Differenzialkol-bens eine feste Wand gegenübersteht und die zwischen diesem gebildete Kammer über ein in Richtung auf diese Kammer öffnendes Rückschlagventil vom Hochdruck beaufschlagbar ist und wenn die Kammer weiterhin über eine Drosselstelle in ständi-ger Verbindung mit dem Sumpf steht. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß auch bei geringer Verstellkraft auf Grund der unterschiedlichen Einwirkung des Druckes zwischen den beiden Stufen einerseits und des Hochdruckes am Ausgang der Stufe andererseits eine genaue und sichere Verstellung des Drosselschiebers erreicht wird, indem durch diese Anordnung einem Hängenbleiben des Drosselschie-bers durch entsprechende und kurzzeitige Verstärkung der Einwirkung des Hoch-druckes auf den Schieber zuverlässig entgegengewirkt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Fördermengenregelung ist bei dem Ausführungsbeispiel einem hydraulischen Kreis mit bei 60 schematisch angedeuteten Verbraucherstellen zugeordnet, die ent-weder in einen geschlossenen oder in einen offenen oder teilweise in geschlossenen und teilweise in offenen hydraulischen Kreisen angeordnet sein können. Soweit es sich um offene Kreise handelt, fließt das von der zugehörigen Verbraucherstelle ab-gegebene Druckmittel über die Leitung 63 zurück in den Sumpf 10. Soweit es sich um geschlossene Kreise handelt, fließt das von den Verbrauchsstellen abgegebene Druckmittel über die Leitung 62 unter vorbestimmten Druck in die Fördermengenre-geleinrichtung zurück. Bei einem offenen System wird die erste Stufe durch eine Nie-derdruckpumpe 14 gebildet, die das Druckmittel aus dem Sumpf 10 über die Leitung 12 ansaugt. Bei einem vollständig geschlossenen System wird die erste Stufe durch die dann als Druckmittelquelle dienende Leitung 62 gebildet, die das von den Ver-brauchsstellen abgegebene Druckmittel unter einem Vordruck zurückführt. In beiden Fällen tritt das Druckmittel unter Niederdruck in die Leitung 16 ein, welche die erste Stufe des Pumpenaggregats mit einer Ventileinrichtung 20 verbindet, die zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe des Pumpenaggregats angeordnet ist.

Die Leitung 16 von der ersten Stufe mündet in einer ersten Kammer 18 eines Ventil-gehäuses, das aus einem ersten Abschnitt 26 rechts in der Figur und einem damit in Fluchtung stehenden zweiten Abschnitt 38 links in der Figur besteht. Die Nieder-druckkammer 18 wird auf der einen Seite durch den Kolben 24 eines Druckbegren-zerventils 22 abgeschlossen. Der Kolben 24 steht auf der Rückseite unter der Wir-kung einer Feder 28, die sich auf einem verschiebbaren Widerlager 30 abstützt. Die-ses Widerlager ist einstellbar mit Hilfe der Einstellschraube 32. Der Kolben 24 steuert eine Ablauföffnung 34 aus der Kammer 18, welche Öffnung über die Leitung 36 mit dem Sumpf in Verbindung steht.

Dem Kolben 24 des Druckbegrenzerventils 22 gegenüber ist ein Differenzialkolben 40, 46 in dem Gehäuseabschnitt 38 angeordnet. Im dargestellten Beispiel besteht der Differenzialkolben aus zwei freibeweglichen Kolbenabschnitten, nämlich dem mit der Stirnfläche 42 an die Kammer 18 angrenzenden Kolbenabschnitt 40 von größe-rem Durchmesser und dem schlanken Kolben 46, der in einer Trennwand 48 ver-schiebbar geführt ist. Die von der größeren Kolbenfläche 42 abgewandte kleinere Kolbenfläche 50 mündet in eine Kammer 42 am Ende des Gehäuseabschnittes 38. Die Rückseite 44 des Kolbenabschnittes 40 von größerem Querschnitt begrenzt mit der zugewandten Stirnfläche der Trennwand 48 eine dritte Druckmittelkammer 42 in dem Ventilgehäuse.

Der Abschnitt 40 von größerem Durchmesser des Differnzialkolbens steuert die Ein-trittsöffnung 64 einer Leitung 66, die zu der zweiten Stufe des Pumpenaggregates führt. Diese zweite mit 58 bezeichnete Stufe ist im dargestellten Beispiel eine Einkol-benpumpe, deren Kolben 74 in einem Zylinder 70 spielt und in diesem durch einen um die Welle 78 umlaufenden Exzenter 76 verschiebbar ist. Während des Ansaughu-bes des Kolbens 74 öffnet das Eintrittsventil 68, so daß aus der Leitung 66 Druckmit-tel in den Zylinder 70 eintreten kann, und zwar unter dem durch das Druckbegrenzer-Ventil 22 eingestellten Druck und in einer Mengenströmung, die durch das Zusam-menwirken des Kolbenabschnittes 40 mit der Eintrittsöffnung 64 bestimmt wird. Wäh-rend des Druckhubes des Kolbens 74 schließt das Rückschlagventil 68, während das Rückschlagventil 80 öffnet und das Druckmittel unter dem durch die zweite Stufe be-stimmten Hochdruck aus der Wand 72 des Zylinders 70 in die Hochdruckleitung 56 eintreten kann. Aus dieser strömt das Druckmittel dem Verbraucher 60 zu.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, wirkt der Hochdruck auf der Ausgangsseite der zweiten Pumpenstufe über die Leitung 54 auch innerhalb der Kammer 52 auf die Stirnfläche 50 des Kolbenabschnittes 46 des Differenzialkolbens und sucht diesen in der Figur nach rechts zu schieben. Diesem Druck wirkt entgegen der auf die größere Stirnfläche 42 des Differenzialkolbens einwirkende und über das Druckbegrenzer-Ventil konstant gehaltene Druck in der Kammer 18.

Nimmt also der Verbrauch an den Verbraucherstellen 60 ab, so steigt der Druck auf der Ausgangsseite der Hauptpumpe 58. Durch diesen Druckanstieg wird der Diffe-renzialkolben in der Figur nach rechts verschoben, wobei die Eintrittsöffnung 64 der Leitung 66 teilweise gedrosselt wird. Da nunmehr der Zylinder 70 der zweiten Stufe des Pumpenaggregates bei jedem Zyklus nur eine Teilfüllung erhält, sinkt entspre-chend der Druck in der Leitung 56 ab. Der Differenzialkolben gibt daher unter dem konstanten Druck in der Kammer 18 nach und legt die Eintrittsöffnung 64 wieder et-was weiter frei. Dieses

Spiel setzt sich fort derart, daß der Differenzialkolben stets eine dem jeweiligen Verhältnis des Druckes in der Hochdruckleitung 54 und dem konstanten Druck in der Kammer 18 entsprechende Stellung innerhalb des Ventilgehäuses und gegenüber der Eingangsöffnung 64 einnimmt, und zwar so, daß auch bei stark wechselndem Verbrauch an den Verbraucherstellen 60 der Druck in der Leitung 56 am Ausgang der zweiten Stufe des Pumpenaggregats konstant bleibt, ohne daß eine Verstellung an dem Pumpenaggregat selbst vorgenommen werden muß.

Statt des einen Kolbens 74 in der zweiten Stufe wird man in der Regel eine Mehrkol-benpumpe als zweite Stufe vorsehen. Um zu gewährleisten, daß der Differenzialkol-ben zuverlässig den Änderungen des Druckverhältnisses in den Kammern 18 und 52 folgt und nicht in einer vorbestimmten Stellung hängenbleibt, ist die zuvor beschrie-bene Kammer 82 am Übergang von dem Abschnitt 40 von größerem Durchmesser zu dem Abschnitt 46 von kleinerem Durchmesser des Differenzialkolbens über eine Leitung 84 und ein in Richtung der Kammer 82 öffnendes Rückschlagventil 86 mit der Hochdruckleitung 56 verbunden. Normalerweise ist das Rückschlagventil ge-schlossen. Sollte jedoch bei Abnahme des Verbrauches der Kolbenabschnitt 40 in seinem Gehäuse hängenbleiben, so nimmt der Druck in der Hochdruckleitung 56 über einen bestimmten Wert hinaus zu. Bei Überschreiten des vorbestimmten Wertes öffent das Rückschlagventil 86, so daß nunmehr der Hochdruck nicht nur auf die klei-ne Kolbenfläche 50, sondern zusätzlich auch auf die größere Kolbenfläche 44 des Kolbenabschnittes 40 einwirken kann. Dadurch wird zuverlässig der Kolben 40 nach rechts verschoben und die Strömung in der Leitung 66 gedrosselt, so daß der Druck in der Hochdruckleitung 56 wieder über den vorbestimmten Wert absinkt und das Rückschlagventil 86 schließt. Damit sich der Druck in der Leitung 84 und in der Kam-mer 82 wieder abbauen kann, damit der normale Regelvorgang einsetzt, ist die Lei-tung 84 über eine Drosselbohrung 92 und eine Leitung 88 in ständiger Verbindung mit dem Sumpf.

Sollte aus irgendeinem Grunde auch bei Einwirkung des Hochdruckes auf die grös-sere Kolbenfläche 44 die Regeleinrichtung ihre normale Funktion nicht erfüllen kön-nen, so daß der Druck in der Hochdruckleitung 56 weiter ansteigt, so dient das zu-sätzlich gezeigte, in Richtung auf den Sumpf öffnende Rückschlagventil 90 dazu, pa-rallel zu dem Drosselkanal 92 einen Überlauf von größerem Querschnitt zum Sumpf 10 hin zu öffnen, so daß der Überdruck in der Hochdruckleitung 56 rasch abgebaut wird und eine Beschädigung der Anlage, insbesondere auch der Verbraucherstellen, verhindert wird.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

1. Fördermengenregeleinrichtung für ein zweistufiges Pumpenaggregat, wobei zwi-schen den beiden Stufen eine Ventileinrichtung angeordnet ist, die aus einem Druckbegrenzer-Ventil und einem vom Hochdruck aus gegen eine vorgegebene Kraft gesteuerten Drosselschieber für die zweite Stufe besteht, d a d u r c h g e k e n n-

z e i c h n e t, daß der Drosselschieber ein Differenzialkolben (40, 46) ist, dessen größere Fläche (42) dem durch das Druckbegrenzer-Ventil (22) vorgegebenen Druck ausgesetzt ist.

2. Fördermengenregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringfläche (44) am Übergangsbereich vom größeren zum kleineren Durchmes-ser des Differenzialkolbens (40, 46) eine feste Wand (48) gegenübersteht und die zwischen diesen gebildete Kammer (82) über ein in Richtung auf diese Kammer öffnendes Rückschlagventil (86) vom Hochdruck (Leitung 56) beaufschlagbar ist, und daß die Kammer (82) über eine Drosselstelle (92) in ständiger Verbindung mit dem Sumpf (10) steht.

3. Fördermengenregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Drosselstelle (92) ein zum Sumpf (10) öffnendes Rückschlagventil (90) vorgesehen ist.