DE19627438C2 - Anordnung zur Einstellung des Ausgangsdrucks einer durch einen rotierenden Motor angetriebenen Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Glät­ tung von Druckpulsationen bei einer Pumpe, mit einer Byass-Leitung zwischen der Druck- und Saugseite und einem darin angeordneten Steuerventil, dessen Steuer­ öffnung mit einer zur Drehzahl der Pumpe synchronen Frequenz vollständig geöffnet bzw. geschlossen wird, und mit einem in Förderrichtung der Pumpe Öffnenden Rückschlagventil in der Druckleitung.

Eine Anordnung dieser Art ist aus DE 30 07 116 A1 be­ kannt. Bei dieser bekannten Anordnung wird die Wellig­ keit des Ausgangsdrucks der Pumpe durch das in der By­ pass-Leitung zwischen der Druck- und Saugseite der Pum­ pe liegende Steuerventil zur Pumpendrehzahl derart syn­ chron betätigt, daß die Maxima der Druckpulsationen durch ein zeitweises und vollständiges Öffnen des Steu­ erventils verändert werden.

Bei dieser Anordnung sind zur Veränderung des Pumpen­ drucks unterschiedliche Steuerkurven erforderlich. Dies ermöglicht keine rasche Einstellung des Ausgangsdrucks bei sich ändernder Belastung.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (US-PS 3 316 846) enthält das Steuerventil einen von Hand verstellbaren Axialschieber und einen mit der Antriebswelle der Pumpe kuppelbaren Drehschieber. Beide Ventilschieber sind mit sich in Abhängigkeit von der Verschiebung des Axial­ schiebers mehr oder weniger überlappenden Steueröffnun­ gen versehen. Bei der Drehung des Drehschiebers durch die Antriebswelle der Pumpe wird daher der Rückfluß von der Druckleitung zur Saugseite der Pumpe bei jeder Überlappung der Steueröffnungen freigegeben und an­ schließend wieder unterbrochen. Je größer die maximale Öffnungsweite im Überlappungsbereich ist, um so größer ist der Durchfluß zur Saugseite. Wegen des bereits un­ abhängig von dem Öffnen und Schließen des Steuerventils pulsierenden Pumpendrucks kann sich die Welligkeit des Pumpendrucks durch das Öffnen und Schließen des Steuer­ ventils zusätzlich erhöhen, wenn ein Impuls der Pumpe mit einem Schließvorgang des Steuerventils zusammen­ trifft. Dies kann sich störend auswirken, sei es dahin­ gehend, daß das Rückschlagventil zumindest zeitweise periodisch öffnet und schließt und/oder ein auf Druck­ impulse empfindlicher Verbraucher zu Schwingungen ange­ regt wird. Bei der bekannten Anordnung ist zwar ein Akkumulator als Schwingungsdämpfer im Verbraucherkreis vorgesehen, doch stellt dieser Akkumulator einen zu­ sätzlichen Aufwand dar. Darüber hinaus verzögert er das Ansprechen des Verbrauchers, beispielsweise eines Ar­ beitsgeräts, bei einer Verstellung des Pumpendrucks. Die Verstellung des Pumpendrucks von Hand gewährleistet darüber hinaus nicht in jedem Fall eine rasche Anpas­ sung des Ausgangsdrucks der Pumpe an den jeweils gefor­ derten 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 Byass-Leitung zwischen der Pumpe und dem Rück­ schlagventil abzweigt, daß das Steuerventil zwei Ven­ tilschieber aufweist und mit der zur Pumpendrehzahl synchronen Frequenz betätigbar ist, wobei der erste Ventilschieber frequenzabhängig die Steueröffnung voll­ ständig öffnet und schließt und der zweite Ventilschie­ ber gegenüber dem ersten Ventilschieber frequenzunab­ hängig verstellbar ist, und daß der Querschnitt der Steueröffnung dadurch veränderbar ist, daß der zweite Ventilschieber vom Pumpendruck einerseits und von einem der Verbraucherlast entsprechenden Druck in einer ent­ gegengesetzten Richtung anderseits beaufschlagt ist.

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

Im einzelnen kann dafür gesorgt sein, daß die Ventil­ schieber in einem Gehäuse des Steuerventils koaxial an­ geordnet sind und zusammenwirkende Öffnungen aufweisen, daß die Druckleitung über diese Öffnungen mit der Saug­ seite verbindbar ist und daß die Lage des zweiten Ven­ tilschiebers relativ zum Weg des ersten Ventilschiebers durch die Differenz des Ausgangsdrucks der Pumpe nach dem Rückschlagventil und des der Verbraucherlast ent­ sprechenden Drucks bestimmt ist und der erste Ventil­ schieber über ein Getriebe durch die Antriebswelle der Pumpe betätigbar ist. Diese Ausbildung ermöglicht auf einfache Weise die gewünschte Einstellung des Durch­ flusses des Steuerventils und der Synchronität zwischen der Drehung der Antriebswelle der Pumpe und den Öff­ nungszeiten des Steuerventils.

Eine weitere Ausgestaltung kann darin bestehen, daß die Ventilschieber Axialschieber sind, daß der zweite Ven­ tilschieber eine koaxiale Sackbohrung aufweist, in der der erste Ventilschieber gegen die Kraft einer Feder verschiebbar gelagert ist, wobei er mit seinem einen Ende aus der Sackbohrung herausragt und durch einen Nocken einer über das Getriebe angetriebenen Nockenwel­ le axial verschiebbar ist. Durch den Nocken der Nocken­ welle werden die Öffnungs- und Schließzeiten in Abhän­ gigkeit vom Drehwinkel der Nockenwelle beziehungsweise der Drehung einer Antriebswelle der Pumpe und durch die Verschiebung des die Sackbohrung aufweisenden Schiebers die Öffnungsweite des Steuerventils bestimmt.

Sodann kann der zweite Ventilschieber in einer Bohrung des Gehäuses angeordnet sein und mit seinem einen Ende eine mit der Druckleitung 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 zweiten Ventil­ schieber und der Belastungsmeßdruck zusammen mit der Kraft der Druckfeder in der anderen Richtung auf den zweiten Ventilschieber, so daß sich der Ventilschieber in Abhängigkeit von der Differenz aus Ausgangsdruck und Belastungsmeßdruck 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 des Steuerventils in Abhängigkeit von der Bela­ stung.

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 Druck­ leitung 5 zu einem (nicht dargestellten) Verbraucher, z. B. einem Hydraulikzylinder. In der Druckleitung 5 liegt ein federbelastetes Rückschlagventil 6, das in Förderrichtung öffnet. Allerdings könnte die Federbela­ stung auch entfallen. Zwischen der Pumpe 1 und dem Rückschlagventil 6 zweigt von der Druckleitung 5 eine Bypass-Leitung 7 über ein Steuerventil B zur Saugseite beziehungsweise zum Behälter 4 ab. Das Rückschlagventil verhindert in energiesparender Weise, daß, wenn der Druck auf Seiten des Verbrauchers höher als der Pumpen­ druck werden sollte, das Fluid vom Verbraucher über die Byass-Leitung 7 in den Behälter 4 zurückströmt.

Das Steuerventil 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 druckseitigen Abschnitt der Bypass-Leitung 7 mit der Druckleitung 5 verbunden ist, und eine Ausgangsöffnung 17, die über den saugseitigen Abschnitt der Byass-Lei­ tung 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 Ausgangsöffnung 17 in Ver­ bindung.

Der Ventilschieber 10 hat auf seiner Außenseite zwei eingangsseitige Öffnungen 20 und auf seiner Innenseite einen Ringkanal 21. Die Öffnungen 20 stehen einerseits mit dem Ringkanal 18 und andererseits mit dem Ringkanal 21 in Verbindung. Auch ausgangsseitig hat der Ventil­ schieber 10 auf seiner Außenseite zwei Öffnungen 22 und auf der Innenseite einen Ringkanal 23. Die Öffnungen 22 stehen einerseits mit dem Ringkanal 19 und andererseits mit dem Ringkanal 23 in Verbindung.

Der Ventilschieber 11 enthält eine Öffnung 24 in Form eines axial langgestreckten Schlitzes, der den Ventil­ schieber 11 radial durchsetzt und die Ringkanäle 21 und 23 axial in Abhängigkeit von seiner axialen Stellung relativ zum Ventilschieber 10 überlappt. Die Öffnungen 20 fluchten radial mit dem Ringkanal 21, während die Öffnungen 22 radial mit dem Ringkanal 23 fluchten. Die axiale Breite der Ringkanäle 18 und 19 ist größer als die der Öffnungen 20 und 22 beziehungsweise der Ringka­ näle 21 und 23, wobei die Ringkanäle 18 und 19 die Öffnungen 20 und 22 jeweils in jeder Stellung des Ven­ tilschiebers 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 Druckleitung 5 stromunterhalb des Rückschlagventils 6 über eine Leitung 26 verbunden, in der ein Drosselven­ til 27 liegt. Das Drosselventil 27 hat eine dämpfende Wirkung, so daß ein langsamer Druckaufbau in der Kammer 25 erfolgt. Mit dem anderen Ende begrenzt der Ventil­ schieber 10 eine weitere Kammer 28 im Gehäuse 9, in der eine Druckfeder 29 angeordnet ist, die sich einerseits am Ventilschieber 10 und andererseits an der dem Ven­ tilschieber 10 gegenüberliegenden Wand der Kammer 28 abstützt. Der Kammer 28 wird ferner ein den Belastungs­ druck des Verbrauchers darstellendes Meßsignal LS (Load-Sensing-Signal) über eine Leitung 30 zugeführt. Die Lage des Ventilschiebers 10 ist daher relativ zum Weg des anderen Ventilschiebers 11 durch die Differenz des Ausgangsdrucks der Pumpe 1 und des Belastungsdrucks 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 Byass-Leitung 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 Saugseite über die Eingangsöffnung 16, den Ringkanal 18, die Öffnungen 20, den Ringkanal 21, die Öffnung 24, den Ringkanal 23, die Öffnungen 22, den Ringkanal 19 und die Ausgangsöffnung 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 Saugseite weiterhin sperrt, jedoch in der Lage nach Fig. 5, in der der Nocken 15 gegenüber der Lage nach Fig. 4 wiederum um 90° weitergedreht ist, das Steuerventil 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 Steuerventils 8 in den Fig. 3 und 5 mit den Maxima einer Welligkeit des Pumpendrucks zusammenfällt. Da­ durch wird erreicht, daß die Welligkeit des Pumpen­ drucks von vornherein, unabhängig von eventuellen zu­ sätzlichen 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 (4)

1. Anordnung zur Glättung von Druckpulsationen bei einer Pumpe (1), mit einer Byass-Leitung zwischen der Druck- und Saugseite und einem darin angeord­ neten Steuerventil (8), dessen Steueröffnung mit einer zur Drehzahl der Pumpe synchronen Frequenz vollständig geöffnet bzw. geschlossen wird, und mit einem in Förderrichtung der Pumpe (1) öffnenden Rückschlagventil (6) in der Druckleitung (5), da­ durch gekennzeichnet, daß die Byass-Leitung zwi­ schen der Pumpe (1) und dem Rückschlagventil (6) abzweigt, daß das Steuerventil (8) zwei Ventil­ schieber (10, 11) aufweist und mit der zur Pumpen­ drehzahl synchronen Frequenz betätigbar ist, wobei der erste Ventilschieber (11) frequenzabhängig die Steueröffnung vollständig öffnet und schließt und der zweite Ventilschieber (10) gegenüber dem ersten Ventilschieber (11) frequenzunabhängig verstellbar ist, und daß der Querschnitt der Steueröffnung da­ durch veränderbar ist, daß der zweite Ventilschie­ ber (10) vom Pumpendruck einerseits und von einem der Verbraucherlast entsprechenden Druck in einer entgegengesetzten Richtung anderseits beaufschlagt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschieber (10, 11) in einem Gehäuse (9) des Steuerventils (8) koaxial angeordnet sind und zusammenwirkende Öffnungen (20, 24) aufweisen, daß die Druckleitung (5) über diese Öffnungen mit der Saugseite verbindbar ist und daß die Lage des zweiten Ventilschiebers (10) relativ zum Weg des ersten Ventilschiebers (11) durch die Differenz des Ausgangsdrucks der Pumpe (1) nach dem Rückschlag­ ventil (6) und des der Verbraucherlast entsprechen­ den Drucks bestimmt ist und der erste Ventilschie­ ber (11) über ein Getriebe durch die Antriebswelle (2) der Pumpe (1) betätigbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschieber (10, 11) Axialschieber sind, daß der zweite Ventilschieber (10) eine koaxiale Sackbohrung (13) aufweist, in der der erste Ventil­ schieber (11) gegen die Kraft einer Feder (14) ver­ schiebbar gelagert ist, wobei er mit seinem einen Ende aus der Sackbohrung (13) herausragt und durch einen Nocken (15) einer über das Getriebe angetrie­ benen Nockenwelle axial verschiebbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Ventilschieber (10) in einer Bohrung (12) des Gehäuses (9) angeordnet ist und mit seinem einen Ende eine mit der Druckleitung (5) verbundene Kammer (25) und mit seinem anderen Ende eine durch einen Belastungsmeßdruck (LS) be­ aufschlagte Kammer (28) begrenzt und an einer Druckfeder (29) anliegt.