DE19627438A1 - Anordnung zur Einstellung des Ausgangsdrucks einer durch einen rotierenden Motor angetriebenen Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ein­ stellung des Ausgangsdrucks einer durch einen rotieren­ den Motor angetriebenen Pumpe, bei der von einer Aus­ gangsleitung der Pumpe eine Rückführleitung über ein Stellventil, das mit einer zur Drehzahl der Pumpe pro­ portionalen Folgefrequenz vollständig öffnet und schließt und dessen maximale Öffnungsweite einstellbar ist, zur Niederdruckseite abzweigt und in der Ausgangs­ leitung hinter der Abzweigstelle ein zur Ausgangsseite öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (US-PS 3 316 846) enthält das Stellventil einen von Hand ver­ stellbaren Axialschieber und einen mit der Antriebswel­ le der Pumpe kuppelbaren Drehschieber. Beide Ventil­ schieber sind mit sich in Abhängigkeit von der Ver­ schiebung des Axialschiebers mehr oder weniger überlap­ penden Steueröffnungen versehen. Bei der Drehung des Drehschiebers durch die Antriebswelle der Pumpe wird daher der Rückfluß von der Ausgangsleitung zur Nieder­ druckleitung der Pumpe bei jeder Überlappung der Steu­ eröffnungen freigegeben und anschließend wieder unter­ brochen. Je größer die maximale Öffnungsweite im Über­ lappungsbereich ist, um so größer ist der Durchfluß zur Niederdruckseite. Wegen des bereits unabhängig von dem Öffnen und Schließen des Stellventils pulsierenden Pum­ pendrucks kann sich die Welligkeit des Pumpendrucks durch das Öffnen und Schließen des Stellventils zusätz­ lich erhöhen, wenn ein Impuls der Pumpe mit einem Schließvorgang des Stellventils zusammentrifft. Dies kann sich störend auswirken, sei es dahingehend, daß das Rückschlagventil zumindest zeitweise periodisch öffnet und schließt und/oder ein auf Druckimpulse emp­ findlicher Verbraucher zu Schwingungen angeregt wird. Bei der bekannten Anordnung ist zwar ein Akkumulator als Schwingungsdämpfer im Verbraucherkreis vorgesehen, doch stellt dieser Akkumulator einen zusätzlichen Auf­ wand dar. Darüber hinaus verzögert er das Ansprechen des Verbrauchers, beispielsweise eines Arbeitsgeräts, bei einer Verstellung des Pumpendrucks. Die Verstellung des Pumpendrucks von Hand gewährleistet darüber hinaus nicht in jedem Fall eine rasche Anpassung des Ausgangs­ drucks der Pumpe an den jeweils geforderten Verbrauch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord­ nung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine raschere Einstellung des Ausgangsdrucks in Abhängigkeit von der Belastung gestattet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die maximale Öffnungsweite des Stellventils in Ab­ hängigkeit von der Differenz des Ausgangsdrucks der Pumpe nach dem Rückschlagventil und eines Belastungs­ drucks auf seiten eines Verbrauchers steuerbar ist.

Bei dieser Ausbildung stellt sich der gewünschte Aus­ gangsdruck beziehungsweise die gewünschte Verdrängung in der Ausgangsleitung selbsttätig in Abhängigkeit vom augenblicklichen Ausgangsdruck der Pumpe und dem Bela­ stungsdruck auf seiten des Verbrauchers ein.

Um ferner zu erreichen, daß der Ausgangsdruck bei einer Pumpe, der eine Welligkeit aufweist, mit möglichst ge­ ringer Welligkeit einstellbar ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Öffnen und Schließen des Stellven­ tils derart synchron zur Drehung der Pumpe gewählt ist, daß das Erreichen der Maxima der Öffnungsweite des Stellventils mit den Maxima der Welligkeit des Pumpen­ drucks zusammenfällt. Hierbei wird die Welligkeit des Pumpendrucks verringert, weil die Maxima der Welligkeit durch das Öffnen des Stellventils beschnitten oder be­ grenzt werden und umgekehrt die Minima der Welligkeit durch das Schließen des Stellventils angehoben werden.

Im einzelnen kann dafür gesorgt sein, daß das Stellven­ til in einem Gehäuse zwei koaxiale Ventilschieber mit zusammenwirkenden Steueröffnungen aufweist, daß die Ausgangsleitung der Pumpe über die Steueröffnungen mit der Niederdruckseite verbindbar ist, und daß die Lage des einen Ventilschiebers relativ zum Weg des anderen Ventilschiebers durch die erwähnte Differenz bestimmt ist und der andere Ventilschieber über ein Getriebe durch die Antriebswelle der Pumpe betätigbar ist. Diese Ausbildung ermöglicht auf einfache Weise die gewünschte Einstellung des Durchflusses des Stellventils und der Synchronität zwischen der Drehung der Antriebswelle der Pumpe und den Öffnungszeiten des Stellventils.

Eine weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, daß die Ventilschieber Axialschieber sind, daß der eine Ventil­ schieber eine koaxiale Sackbohrung aufweist, in der der andere Ventilschieber gegen die Kraft einer Feder ver­ schiebbar gelagert ist, wobei er mit seinem einen Ende aus der Sackbohrung herausragt und durch einen Nocken einer über das Getriebe angetriebenen Nockenwelle axial verschiebbar ist. Durch den Nocken der Nockenwelle wer­ den die Öffnungs- und Schließzeiten in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle beziehungsweise der Drehung einer Antriebswelle der Pumpe und durch die Verschie­ bung des die Sackbohrung aufweisenden Schiebers die Öffnungsweite des Stellventils bestimmt.

Hierbei ist insbesondere dafür gesorgt, daß die Dreh­ zahl und Drehwinkellage jedes Nockens relativ zu denen der Antriebswelle der Pumpe so gewählt sind, daß das Erreichen der Maxima der Öffnungsweite des Stellventils mit den Maxima einer Welligkeit des Pumpendrucks zusam­ menfällt.

Sodann kann der eine Ventilschieber in einer Bohrung des Gehäuses angeordnet sein und mit seinem einen Ende eine mit der Ausgangsleitung verbundene Kammer und mit seinem anderen Ende eine durch einen Belastungsmeßdruck beaufschlagte Kammer begrenzen und an einer Druckfeder anliegen. Auf diese Weise wirkt der Ausgangsdruck der Pumpe in der einen Richtung auf den einen Ventilschie­ ber und der Belastungsmeßdruck zusammen mit der Kraft der Druckfeder in der anderen Richtung auf den einen Ventilschieber, so daß sich der Ventilschieber in Ab­ hängigkeit von der Differenz aus Ausgangsdruck und Be­ lastungsmeßdruck verschiebt.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der beigefügten Zeichnungen eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung, teilweise im Schnitt, und

Fig. 2-5 schematische Schnittdarstellungen eines Steu­ erventils der Anordnung in verschiedenen Be­ triebsstellungen von Ventilschiebern der An­ ordnung in Abhängigkeit von der Belastung.

Nach Fig. 1 enthält die Anordnung eine Pumpe 1, hier eine Zahnradpumpe mit weitgehend konstanter Verdrän­ gung, deren Ausgangsdruck und Durchfluß eine Welligkeit aufweist. Anstelle einer Zahnradpumpe kann auch eine andere pulsierend arbeitende Pumpe, z. B. eine Kolben­ pumpe, vorgesehen sein. Die Pumpe 1 wird über eine Wel­ le 2 durch einen Motor 3 angetrieben und hat ein kon­ stantes Verdrängungsvolumen. Sie fördert aus einem Be­ hälter 4 ein Fluid, beispielsweise Öl, über eine Aus­ gangsleitung 5 zu einem (nicht dargestellten) Verbrau­ cher, z. B. einem Hydraulikzylinder. In der Ausgangslei­ tung 5 liegt ein federbelastetes Rückschlagventil 6, das zur Ausgangsseite öffnet. Allerdings könnte die Federbelastung auch entfallen. Zwischen der Pumpe 1 und dem Rückschlagventil 6 zweigt von der Ausgangsleitung 5 eine Rückführleitung 7 über ein Stellventil 8 zur Niederdruckseite beziehungsweise zum Behälter 4 ab. Das Rückschlagventil verhindert in energiesparender Weise, daß, wenn der Druck auf seiten des Verbrauchers höher als der Pumpendruck werden sollte, das Fluid vom Ver­ braucher über die Rückführleitung 5 zu dem Behälter 4 zurückströmt.

Das Stellventil 8 enthält in einem Gehäuse 9 zwei koa­ xiale Ventilschieber 10 und 11. Bei den Ventilschiebern 10 und 11 handelt es sich um Axialschieber. Der eine Ventilschieber 10 ist in einer axialen Bohrung 12 des Gehäuses 9 abgedichtet, axial verschiebbar und enthält seinerseits eine koaxiale Sackbohrung 13, in der der andere Ventilschieber 11 abgedichtet gegen die Kraft einer Feder 14 verschiebbar gelagert ist. Das eine Ende des Ventilschiebers 11 ragt aus der Sackbohrung 13 her­ aus und ist durch einen Nocken 15 axial verschiebbar. Der Nocken 15 sitzt auf einer nicht dargestellten Wel­ le, die aus dem Gehäuse 9 abgedichtet herausgeführt und über ein (nicht dargestelltes) Getriebe, zum Beispiel ein Zahnradgetriebe, durch die Welle 2 der Pumpe 1 an­ getrieben wird.

Das Gehäuse 9 hat eine Eingangsöffnung 16, die über den hochdruckseitigen Abschnitt der Rückführleitung 7 mit der Ausgangsleitung 5 verbunden ist, und eine Ausgangs­ öffnung 17, die über den niederdruckseitigen Abschnitt der Rückführleitung 7 mit dem Behälter 4 verbunden ist. Das Gehäuse 9 hat ferner auf seiner Innenseite zwei Ringkanäle 18 und 19. Der Ringkanal 18 steht mit der Eingangsöffnung 16 und der Ringkanal 19 mit der Aus­ gangsöffnung 17 in Verbindung.

Der Ventilschieber 10 hat auf seiner Außenseite zwei eingangsseitige Steueröffnungen 20 und auf seiner In­ nenseite einen Ringkanal 21. Die Steueröffnungen 20 stehen einerseits mit dem Ringkanal 18 und andererseits mit dem Ringkanal 21 in Verbindung. Auch ausgangsseitig hat der Ventilschieber 10 auf seiner Außenseite zwei Steueröffnungen 22 und auf der Innenseite einen Ringka­ nal 23. Die Steueröffnungen 22 stehen einerseits mit dem Ringkanal 19 und andererseits mit dem Ringkanal 23 in Verbindung.

Der Ventilschieber 11 enthält eine Steueröffnung 24 in Form eines axial langgestreckten Schlitzes, der den Ventilschieber 11 radial durchsetzt und die Ringkanäle 21 und 23 axial in Abhängigkeit von seiner axialen Stellung relativ zum Ventilschieber 10 überlappt. Die Steueröffnungen 20 fluchten radial mit dem Ringkanal 21, während die Steueröffnungen 22 radial mit dem Ring­ kanal 23 fluchten. Die axiale Breite der Ringkanäle 18 und 19 ist größer als die der Steueröffnungen 20 und 22 beziehungsweise der Ringkanäle 21 und 23, wobei die Ringkanäle 18 und 19 die Steueröffnungen 20 und 22 je­ weils in jeder Stellung des Ventilschiebers 10 relativ zum Gehäuse 9 axial überdecken.

Der Ventilschieber 10 begrenzt mit seinem einen Ende eine Kammer 25 im Gehäuse 9. Die Kammer 25 ist mit der Ausgangsleitung 5 stromunterhalb des Rückschlagventils 6 über eine Leitung 26 verbunden, in der ein Drossel­ ventil 27 liegt. Das Drosselventil 27 hat eine dämpfen­ de Wirkung, so daß ein langsamer Druckaufbau in der Kammer 25 erfolgt. Mit dem anderen Ende begrenzt der Ventilschieber 10 eine weitere Kammer 28 im Gehäuse 9, in der eine Druckfeder 29 angeordnet ist, die sich ei­ nerseits am Ventilschieber 10 und andererseits an der dem Ventilschieber 10 gegenüberliegenden Wand der Kam­ mer 28 abstützt. Der Kammer 28 wird ferner ein den Be­ lastungsdruck des Verbrauchers darstellendes Meßsignal LS (Load-Sensing-Signal) über eine Leitung 30 zuge­ führt. Die Lage des Ventilschiebers 10 ist daher rela­ tiv zum Weg des anderen Ventilschiebers 11 durch die Differenz des Ausgangsdrucks der Pumpe 1 und des Bela­ stungsdrucks auf seiten des Verbrauchers bestimmt.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Anordnung anhand der Fig. 2 bis 5 näher erläutert, bei denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur in Fig. 2 Bezugszahlen einge­ tragen sind.

Die Fig. 2 und 3 stellen einen Fall dar, in dem ein hoher Verbrauch auf seiten des Verbrauchers und ein dementsprechend hoher Druck in der Kammer 28 vorliegt, so daß der Ventilschieber 10 nahezu seine obere Endlage einnimmt. Der Ventilschieber 11 sperrt dann in der in Fig. 2 dargestellten Lage des Nockens 15 den Rückfluß über die Rücklaufleitung 7 zum Behälter 4. Dagegen läßt der Ventilschieber 11 in der Lage nach Fig. 3, in der der Nocken 15 um 90° weitergedreht worden ist, nur ei­ nen geringfügigen Rückfluß des Druckfluids vom Ausgang der Pumpe 1 zur Niederdruckseite über die Eingangsöff­ nung 16, den Ringkanal 18, die Steueröffnungen 20, den Ringkanal 21, die Steueröffnung 24, den Ringkanal 23, die Steueröffnungen 22, den Ringkanal 19 und die Aus­ gangsöffnung 17 zu.

Die Fig. 4 und 5 stellen dagegen einen Fall dar, in dem der Verbrauch des Druckfluids gering und dementspre­ chend der Druck in der Kammer 28 niedriger ist als der Ausgangsdruck der Pumpe in der Kammer 25, so daß der Ventilschieber 10 relativ zum Ventilschieber 11 weiter nach unten verschoben ist und der Nocken 15 in der Lage nach Fig. 4 den Rückfluß des Druckfluids vom Ausgang der Pumpe 1 zur Niederdruckseite weiterhin sperrt, je­ doch in der Lage nach Fig. 5, in der der Nocken 15 ge­ genüber der Lage nach Fig. 4 wiederum um 90° weiterge­ dreht ist, das Stellventil 8 weiter öffnet als in Fig. 3. Hierbei sind die Drehzahl und Drehwinkellage des Nockens 15 relativ zu denen der Antriebswelle 2 der Pumpe 1 so gewählt, daß das Erreichen der Maxima der Öffnungsweite des Stellventils 8 in den Fig. 3 und 5 mit den Maxima einer Welligkeit des Pumpendrucks zusam­ menfällt. Dadurch wird erreicht, daß die Welligkeit des Pumpendrucks von vornherein, unabhängig von eventuellen zusätzlichen Verzögerungs- und Dämpfungsgliedern, sehr gering ist. Diese Synchronisation kann durch entspre­ chende Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes und der relativen Drehwinkellage zwischen der Antriebs­ welle 2 der Pumpe 1 und der Ausgangswelle des Getriebes beziehungsweise der Nockenwelle erreicht werden. Die relative Drehwinkellage kann hierbei beispielsweise durch eine Kupplung erreicht werden, deren Kupplungs­ hälften vor dem Einkuppeln relativ zueinander auf den gewünschten relativen Drehwinkel eingestellt werden.

Claims (6)

1. Anordnung zur Einstellung des Ausgangsdrucks einer durch einen rotierenden Motor (3) angetriebenen Pumpe (1), bei der von einer Ausgangsleitung (5) der Pumpe (1) eine Rückführleitung (7) über ein Stellventil (8), das mit einer zur Drehzahl der Pumpe (1) proportionalen Folgefrequenz vollständig öffnet und schließt und dessen maximale Öffnungs­ weite einstellbar ist, zur Niederdruckseite ab­ zweigt und in der Ausgangsleitung (5) hinter der Abzweigstelle ein zur Ausgangsseite öffnendes Rück­ schlagventil (6) angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die maximale Öffnungsweite des Stell­ ventils (8) in Abhängigkeit von der Differenz des Ausgangsdrucks der Pumpe (1) nach dem Rückschlag­ ventil (6) und eines Belastungsdrucks auf seiten eines Verbrauchers steuerbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Pumpe (1), deren Ausgangsdruck eine Welligkeit aufweist, das Öffnen und Schließen des Stellventils (8) derart synchron zur Drehung der Pumpe (1) gewählt ist, daß das Erreichen der Maxima der Öffnungsweite des Stellventils (8) mit den Ma­ xima der Welligkeit des Pumpendrucks zusammenfällt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellventil (8) in einem Gehäuse (9) zwei koaxiale Ventilschieber (10, 11) mit zu­ sammenwirkenden Steueröffnungen (20, 24) aufweist, daß die Ausgangsleitung (5) der Pumpe (1) über die Steueröffnungen mit der Niederdruckseite verbindbar ist, und daß die Lage des einen Ventilschiebers (10) relativ zum Weg des anderen Ventilschiebers (11) durch die erwähnte Differenz bestimmt ist und der andere Ventilschieber (11) über ein Getriebe durch die Antriebswelle (2) der Pumpe (1) betätig­ bar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschieber (10, 11) Axialschieber sind, daß der eine Ventilschieber (10) eine koaxiale Sackbohrung (13) aufweist, in der der andere Ven­ tilschieber (11) gegen die Kraft einer Feder (14) verschiebbar gelagert ist, wobei er mit seinem ei­ nen Ende aus der Sackbohrung (13) herausragt und durch einen Nocken (15) einer über das Getriebe angetriebenen Nockenwelle axial verschiebbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl und Drehwinkellage jedes Nockens (15) relativ zu denen einer Antriebswelle (2) der Pumpe so gewählt sind, daß das Erreichen der Maxima der Öffnungsweite des Stellventils (8) mit den Ma­ xima einer Welligkeit des Pumpendrucks zusammen­ fällt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ventilschieber (10) in einer Bohrung (12) des Gehäuses (9) angeordnet ist und mit seinem einen Ende eine mit der Ausgangslei­ tung (5) verbundene Kammer (25) und mit seinem an­ deren Ende eine durch einen Belastungsmeßdruck (LS) beaufschlagte Kammer (28) begrenzt und an einer Druckfeder (29) anliegt.