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Die
Erfindung betrifft eine Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 und eine mit einer derartigen Ventilanordnung ausgeführte Doppelpumpe
zur Versorgung von hydraulischen Verbrauchern.
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Eine
derartige, beispielsweise in der
DE 196 22 518 A1 offenbarte Ventilanordnung
wird beispielsweise zur Ansteuerung eines mobilen Arbeitsgerätes verwendet.
Dabei wird über
eine Pumpe die Arbeitshydraulik und über eine andere Pumpe ein Prioritätsverbraucher,
beispielsweise eine Lenkung versorgt. Der von der Lenkung nicht
benötigte
Druckmittelvolumenstrom wird in die Druckleitung zur Versorgung der
Arbeitshydraulik eingespeist. Hierzu wird die Ventilanordnung mit
einem Stromregelventil und einem Rückschlagventil ausgeführt. Die
bekannte Ventilanordnung hat desweiteren auch ein Umschaltventil, über das
bei Überschreiten
einer Druckdifferenz über
einer der zweiten Pumpe nachgeschalteten Blende ein Steuersignal
an einen hydraulischen Verbraucher abgegeben werden kann.
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Bei
der bekannten Lösung
sind das Wegeventil und das Stromregelventil in Ventilbohrungen des
Pumpengehäuses
ausgeführt,
zu deren Ausbildung ein erheblicher fertigungstechnischer Aufwand erforderlich
ist.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ventilanordnung und eine
mit einer derartigen Ventilanordnung ausgeführte Doppelpumpe derart weiterzubilden,
daß deren
Herstellung vereinfacht ist.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich der Ventilanordnung durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Doppelpumpe durch die
Merkmale des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
die Ventilkörper des
Stromregelventils und des Wegeventils in einer gemeinsamen Ventilbohrung
geführt,
so daß lediglich eine
Bohrung ins Ventilgehäuse
eingebracht werden muß,
um beide Ventile auszubilden. Im Gegensatz dazu waren bei der bekannten
Lösung
zwei parallele Ventilbohrungen erforderlich, die durch geeignete Kanäle miteinander
verbunden werden mußten,
so daß deren
Herstellung einen wesentlich größeren Aufwand
erforderte, als dies bei der Erfindung der Fall ist.
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Das
Aufsteuern des Steuerkanals zur Abgabe eines Steuersignals ist vereinfacht,
da das Wegeventil als Druckwaage ausgeführt ist, wobei die beiden Stirnseiten
des Wegeventilkolbens mit den Drücken
stromaufwärts
bzw. stromabwärts
einer Blende im Druckkanal der zweiten Pumpe verbunden sind.
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Das
Ventilgehäuse
für die
Ventilanordnung läßt sich
besonders kompakt ausführen,
wenn die Ventilachse des die Rückströmung von
der ersten Pumpe zur zweiten Pumpe verhindernden Rückschlagventils
um etwa 90° zur
Ventilachse des Stromregelventils/Wegeventils versetzt ist.
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Der
Druckkanal mündet
in der Ventilbohrung vorzugsweise im Bereich zwischen dem Stromregelventil
Lind dem Wegeventil, so daß der
Druck stromaufwärts
der Blende dem Eingangsdruck des Stromregelventils entspricht, der
auch auf die benachbarten Stirnfläche des Kolbens des Wegeventils
wirkt.
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Der
Aufbau des Stromregelventils ist besonders einfach, wenn die einer
Druckwaage des Stromregelventils zugeordnete Meßblende im Druckwaagenkolben
ausgebildet wird.
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Die
erfindungsgemäße Ventilanordnung
wird vorzugsweise mit einem eigenen Ventilgehäuse versehen, das an das Pumpengehäuse angesetzt
wird. Diese Zweiteilung der Gehäuse
ermöglicht
es, das Pumpengehäuse
aus einer Leichtmetallegierung herzustellen, während das Ventilgehäuse aus
Grauguß hergestellt
ist.
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Der
fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung der Ventilanordnung
läßt sich
weiter verringern, wenn der Druckwaagenkolben gegen einen Sicherungsring
vorgespannt ist, an dem auch eine Steuerfeder des Wegeventils abgestützt ist.
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Der
Wegeventil-Kolben wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
gegen eine Verschlußschraube
in seine Anlageposition vorgespannt, die zum Axialabschluß der Ventilbohrung
des Ventilgehäuses
eingeschraubt ist.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren
Unteransprüche.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer hydraulischen Schaltung mit einer Doppelpumpe
und einer zugeordneten Ventilanordnung;
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2 einen
Schnitt durch ein die Ventilanordnung aus 1 aufnehmendes
Ventilgehäuse und
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3 eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A in 2.
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1 zeigt
ein Hydraulik-Schaubild einer Einrichtung 1 zur Versorgung
eines nicht dargestellten mobilen Arbeits gerätes mit Druckmittel. Diese Einrichtung 1 hat
zwei Konstantpumpen, beispielsweise eine Doppelinnenzahnradpumpe 2,
der eine doppelpunktiert angedeutete Ventilanordnung 4 zugeordnet
ist. Die Einrichtung 1 hat zumindest einen Tankanschluß T, einen
ersten Druckanschluß P1, einen zweiten Druckanschluß P2 und einen Steueranschluß P3.
An dem Druckanschluß P1 sind hydraulische Verbraucher des mobilen
Arbeitsgerätes,
beispielsweise ein Hubzylinder oder ein Hydromotor angeschlossen. Über den
als Prioritätsanschluß ausgeführten Druckanschluß P2 wird ein bevorzugter Verbraucher, beispielsweise
die Lenkung des Arbeitsgerätes
mit Druckmittel versorgt. Über
den Steueranschluß P3 kann beispielsweise ein Signal zur Ansteuerung
des Dieselmotors des mobilen Arbeitsgerätes abgegeben werden.
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Die
Doppelinnenzahnradpumpe
2 hat zwei miteinander gekoppelte
Zahnradpumpen
6,
8, durch die Druckmittel über den
gemeinsamen Tankanschluß T
ansaugbar ist. Hinsichtlich der Konstruktion derartiger Doppelinnenzahnradpumpen
sei der Einfachheit halber auf die Offenbarung der eingangs genannten
DE 196 22 518 A1 verwiesen.
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Das
von den Pumpen 6, 8 druckbeaufschlagte Druckmittel
wird über
Druckleitungen 10, 12 zu den zugeordneten Druckanschlüssen P1 bzw. P2 geführt.
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Über die
erfindungsgemäße Ventilanordnung 4 wird
sichergestellt, dass der Volumenstrom zu dem an den Druckanschluß P2 angeschlossenen Prioritätsverbraucher weitgehend druck-
und temperaturunabhängig
konstant gehalten wird. Der von dem Prioritätsverbraucher nicht benötigte Überschußvolumenstrom
wird in die Druckleitung 10 eingespeist. Die Konstanthaltung
des Volumenstroms zum Anschluß P2 erfolgt über ein in die Druckleitung 12 geschaltetes
Stromregelventil 14, dessen einer Ausgang mit dem Druckanschluß P2 verbunden ist und dessen anderer Ausgang
in einer zur Druckleitung 10 führenden Verbindungsleitung 16 mündet. In
die ser ist ein Rückschlagventil 18 vorgesehen,
das eine Rückströmung von
Druckmittel von der Druckleitung 10 in die Druckleitung 12 verhindert.
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Stromaufwärts des
Stromregelventils 14 ist in der Druckleitung 12 eine
Blende 20 vorgesehen. Da die beiden Pumpen 6, 8 als
Konstantpumpen ausgeführt
sind, ist der Druckmittelvolumenstrom nahezu proportional zur Antriebsdrehzahl.
Entsprechend ist auch die über
der Blende 20 entstehende Druckdifferenz proportional zur
Drehzahl. Zwischen der Blende 20 und dem Druckanschluß der zweiten
Pumpe 8 zweigt eine Steuerleitung 22 ab, über die
eine Stirnfläche
eines Kolbens eines Wegeventils 26 mit dem Druck stromaufwärts der
Blende 20 beaufschlagbar ist. Zwischen der Blende 20 und
dem Stromregelventil 14 zweigt eine weitere Steuerleitung 24 ab, über die
die andere Stirnfläche
des Wegeventil-Kolbens mit dem Druck stromabwärts der Blende 20 oder
dem Eingangsdruck des Stromregelventils 14 beaufschlagbar
ist.
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Das
in 1 dargestellte Wegeventil 26 ist als
von einem Differenzdruck gesteuertes Ventil ausgeführt, das über eine
Steuerfeder 28 in seine Sperrposition vorgespannt ist und
in Abhängigkeit
von der Druckdifferenz über
der Blende 20 in eine mehr oder weniger geöffnete Position
bringbar ist. Der Eingangsanschluß des Wegeventils 26 ist über eine
Leitung 30 mit der Steuerleitung 24 verbunden,
während der
Ausgangsanschluß über eine
Signalleitung 32 an den Signalanschluß P3 angeschlossen
ist. In dieser Signalleitung 32 ist eine Drosselblende 34 vorgesehen.
Die Drosselblende 34 dient zur Begrenzung des Volumenstroms
zum Steueranschluß P3.
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Beim
Ansteigen des von der zweiten Pumpe 2 geförderten
Volumenstromes steigt der Druckabfall über der Blende 20 an,
so dass das Wegeventil 26 aus seiner federvorgespannten
Grundposition in eine geöffnete
Position gebracht wird und ein Steuersignal über den Steueranschluß P3 an den angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise
den Dieselmotor des mobilen Arbeitsgerätes ab gegeben wird. Bei einer
bestimmten Antriebsdrehzahl der beiden gekoppelten Pumpen 8, 6 wird
somit ein Steuerölstrom
zum Steueranschluß P3 geschaltet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird die Ventilanordnung 4 in einem eigenen Ventilgehäuse ausgebildet,
das an das Pumpengehäuse
der beiden Pumpen 2, 6 angeflanscht ist. In den 2 und 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines derartigen Ventilgehäuses 36 zur
Aufnahme der Ventilanordnung dargestellt.
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Die 2 und 3 zeigen
Schnitte durch das Ventilgehäuse 36,
das an dem nicht dargestellten Pumpengehäuse befestigt ist. Das Ventilgehäuse 36 hat
eine als Durchgangsbohrung ausgeführte Ventilbohrung 38,
in der ein Druckwaagen-Kolben 40 des Stromregelventils 14 und
ein Kolben 42 des Wegeventils 26 geführt sind.
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Der
Druckwaagen-Kolben 40 des Stromregelventils 14 ist über eine
Druckfeder 44 gegen einen in der Ventilbohrung 38 aufgenommenen,
radial vorstehenden Sicherungsring 46 vorgespannt.
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An
der vom Druckwaagen-Kolben 40 abgewandten Ringfläche des
Sicherungsrings 46 ist die Steuerfeder 28 des
Wegeventils 26 abgestützt, über die
der Kolben 42 in seine Grundposition (Sperrposition gemäß 1)
gegen eine Anlageschulter einer Verschlußschraube 48 vorgespannt
ist. Diese bildet den in 2 rechten Axialabschluß der Ventilbohrung 38.
Die Druckfeder 44 ist ihrerseits an einer weiteren Verschlußschraube 50 abgestützt, die
in den in 2 linken Endabschnitt der als
Durchgangsbohrung ausgebildeten Ventilbohrung 38 eingeschraubt ist.
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In
der Ventilbohrung 38 mündet
ein einen Abschnitt der Druckleitung 12 ausbildender Kanal 52,
in den die Blende 20 eingesetzt ist. Dieser Kanal 52 mündet in
dem an den Druckanschluß der
zweiten Pumpe 8 angeschlossenen Arbeitsanschluß A. Der andere
Arbeitsanschluß B
ist über
einen weiteren Kanal 54, der einen Abschnitt der Steuerleitung 22 bildet,
mit einem Raum 56 der Ventilbohrung 38 verbunden,
in den der Boden des tassenförmig
Ausgebildeten Kolbens 42 eintaucht.
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Der
Kanal 52 mündet
im Bereich zwischen den Druckwaagen-Kolben 40 und dem Kolben 42 des Wegeventils 26 in
der Ventilbohrung 38.
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Der
in 1 dargestellte Steueranschluß P3 ist
an einen zwischen den Kanälen 54 und 52 ausgebildeten
Ringraum 58 angeschlossen.
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Ein
Ausgangsanschluß des
Stromregelventils 14 ist über einen Ringraum 60 mit
dem zweiten Druckanschluß P2 verbunden, während der andere Ausgangsanschluß des Stromregelventils 14 mit
einem in der Darstellung gemäß 2 rechts
vom Ringraum 60 angeordneten Ringraum 62 verbunden
ist.
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3 zeigt
einen Schnitt entlang der Schnittebene A-A in 2.
Aus dieser Schnittdarstellung geht hervor, dass im Ringraum 62 die
als Radialkanal ausgebildete Verbindungsleitung 16 mündet, in
der das Rückschlagventil 18 angeordnet
ist. Dieses Rückschlagventil 18 hat
einen Ventilkörper 64,
der von einer Feder 66 gegen einen Ventilsitz 65 vorgespannt
ist. Die als Radialkanal ausgebildete Verbindungsleitung 16 mündet in
einer Umfangswandung des Ventilgehäuses 36 und ist mit
einer weiteren Verschlußschraube 68 axial
abgedichtet. Stromabwärts des
Ventilsitzes 65 ist ein Druckmittelraum 70 ausgebildet,
der mit dem ersten Druckanschluß P1 verbunden ist.
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Gemäß den 2 und 3 hat
der Kolben 42 in seinem Ringmantel einen Radialdurchbruch 72, der
in der dargestellten Grundposition durch den Radialbund zwischen
dem Ringraum 58 und dem Raum 56 versperrt ist.
Bei einer Axialverschiebung des Kolbens 42 aus der dargestellten
Grundposition nach links (2) wird
der Radialdurchbruch 72 durch eine Steuerkante 74 des
Ringraums 58 aufgesteuert, so dass die Verbindung zwischen
dem Kanal 52 und dem Ringraum 58 geöffnet wird
und ein Steuerölvolumenstrom
zum Steueranschluß P3 ermöglicht
ist.
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Der
Druckwaagen-Kolben 40 ist ebenfalls als Hohlkolben ausgeführt und
hat im Bereich des Ringraums 60 einen Radialbohrungsstern 76,
der in einer Axialbohrung 78 mündet. Diese ist über eine stirnseitige
Drosselbohrung 80 mit einem Federraum 82 für die Druckfeder 44 verbunden.
Dieser Federraum 82 ist im wesentlichen in der Verschlußschraube 50 ausgebildet.
In einen radial erweiterten Abschnitt der Axialbohrung 78 ist
die Meßblende 84 des Stromregelventils
eingesetzt.
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Der
Druckwaagen-Kolben 40 ist an seinem sicherungsscheibenseitigen
Endabschnitt mit Radialdurchbrüchen 86 versehen, über die
bei Axialverschiebung des Druckwaagen-Kolbens 40 eine Verbindung
zwischen dem Kanal 52 und dem Ringraum 62 aufsteuerbar
ist.
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Das
Ventilgehäuse 36 der
in den 2 und 3 dargestellten Ventilanordnung
wird beispielsweise aus Grauguß hergestellt,
während
das Gehäuse
der Doppelzahnradpumpe aus einer Aluminiumlegierung hergestellt
ist. Die Ventilanordnung 4 wird in geeigneter Weise an
das Pumpengehäuse
angeflanscht.
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Bei
nicht durchströmter
Ventilanordnung 4 wird der Druckwaagen-Kolben 40 durch
die Kraft der Druckfeder 44 gegen den Sicherungsring 46 vorgespannt,
so dass die Verbin dung vom Eingangsanschluß A über die Axialbohrung 78,
den Radialbohrungsstern 76 und den Ringraum 60 zum
zweiten Druckanschluß P2 geöffnet
ist. Bei Durchströmung der
Ventilanordnung stellt sich über
der Meßblende 84 eine
Druckdifferenz ein, wobei der stromabwärts der Meßblende 84 herrschende
Druck über
die Drosselbohrung 80 in den Federraum 82 eingespeist
wird und somit die in 2 linke Stirnfläche des
Druckwaagen-Kolbens 40 beaufschlagt, während der Druck stromaufwärts der
Meßblende 84 auf
die andere Stirnfläche
des Druckwaagen-Kolbens wirkt. Die aus der Druckdifferenz über der
Meßblende 84 resultierende
Druckkraft wirkt gegen die Kraft der Druckfeder 44, so
dass der Druckwaagen-Kolben 40 bei Überschreiten der Kraft der
Druckfeder in eine Regelposition gebracht wird, bis sich ein Kräftegleichgewicht
einstellt. In der Regelposition wird die Verbindung zwischen der
Axialbohrung 78 und dem Ringraum 60 zugesteuert,
indem eine Steuerkante 88 des Ringraums 60 den
Radialbohrungsstern 76 zusteuert. Bei Ansteigen des Druckes
im Kanal 42 wird der Druckwaagen-Kolben 40 solange
in Schließrichtung
bewegt, bis das Kräftegleichgewicht
wieder eingestellt ist. Durch das ständige Nachregeln der Druckwaage
wird ein konstanter Volumenstrom am Druckanschluß P2 erreicht,
so dass der Prioritätsverbraucher
druck- und temperaturunabhängig
mit Druckmittel versorgt wird.
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Bei
der Bewegung des Druckwaagen-Kolbens 40 in Schließrichtung
wird die Verbindung zwischen dem Kanal 52 und dem Ringraum 62 über die Radialdurchbrüche 86 aufgesteuert,
so dass der vom Prioritätsverbraucher
nicht benötigte
Druckmittelvolumenstrom in die Verbindungsleitung 16 (Radialkanal 16 in 3)
eintreten kann. Bei Überschreiten des
durch die Feder 66 vorbestimmten Öffnungsdruckes des Rückschlagventils 18 wird
der Ventilkörper 64 von
seinem Ventilsitz 65 abgehoben, so dass der Überschußvolumenstrom
in den mit der Druckleitung 10 verbundenen Druckmittelraum 70 eintreten
kann. Der nicht benötigte
Druckmittel volumenstrom wird somit den an den Druckanschluß P1 angeschlossenen Verbrauchern zugeführt.
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Wie
bereits vorstehend ausgeführt,
wird der Kolben 42 des Wegeventils 26 durch den
Druck stromabwärts
der Blende 20 in Schließrichtung und den Druck stromaufwärts der
Blende 20 gegen die Kraft der Steuerfeder 28 in Öffnungsrichtung
beaufschlagt. Bei Überschreiten
einer vorbestimmten Druckdifferenz wird der Kolben 42 in
eine geöffnete Position
verschoben, wobei die Radialdurchbrüche 72 durch die Steuerkante 74 aufgesteuert
werden, so dass die Verbindung zwischen dem Ringraum 58 und dem
Kanal 52 geöffnet
wird – es
entsteht ein Steuerölvolumenstrom,
der über
den Steueranschluß P3 zur Ansteuerung eines weiteren Verbrauchers
oder eines Dieselmotors abgegeben wird.
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Die
erfindungsgemäße Ventilanordnung zeichnet
sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus, da zur Aufnahme
des Wegeventils 26 und des Stromregelventils 14 lediglich
eine einzige, gemeinsame Ventilbohrung 38 erforderlich
ist. Das Rückschlagventil 18 und
die Eingangsanschlüsse
A, B sind durch Radialbohrungen ausgebildet, die jeweils in der
Ventilbohrung münden.
Die vorgenannten Bohrungen und deren Führungs- und Sitzflächen lassen
sich auf einfache Weise von außen
her in das Ventilgehäuse 86 einbringen,
so dass der fertigungstechnische Aufwand gegenüber den vorbeschriebenen Lösungen mit
parallel angeordneten Ventilbohrungen und komplexen Verbindungskanälen wesentlich
verringert ist.
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Durch
den zweiteiligen Aufbau des Pumpengehäuses und des Ventilgehäuses 36 kann
die Materialwahl in Abhängigkeit
von den Belastungen der zugeordneten Bauelemente erfolgen.
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Offenbart
ist eine Ventilanordnung für
eine Doppelpumpe, wobei ein Stromregelventil zum Konstanthalten
des Volumenstroms zu einem Prioritätsverbraucher und ein Wegeventil zum
Aufsteuern einer Signalleitung in einer gemeinsamen Ventilbohrung
aufgenommen sind.