DE2453782A1

DE2453782A1 - Regelventil fuer hydraulische leistungsbremsen

Info

Publication number: DE2453782A1
Application number: DE19742453782
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Dipl Ing Dodt
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1974-11-13
Publication date: 1976-05-26
Also published as: FR2291415B1; GB1520518A; JPS5159171A; DE2453782B2; JPS5330871B2; FR2291415A1

Description

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Carl Schenck AG . 245378.

11. November 1974

Regelventil für hydraulische Leistungsbremsen.

Die Erfindung betrifft ein Regelventil für hydraulische Leistungsbremsen mit einem dem Austrittsquerschnitt für die aus der Leistungsbremse ausströmende Arbeitsflüssigkeit verändernden Stellventil in der Bremsenauslaßleitung.

Es ist bekannt, zur Regelung von hydraulischen Leistungsbremsen den Austrittsquerschnitt zu verändern, so daß sich in der Leistungsbremse unabhängig vom Druck jeweils ein anderer Füllungsstand einstellt. Leistungsbremsen, die auf diese Weise geregelt werden, zeigen jedoch in verschiedenen Betriebspunkten unterschiedliches Regelverhalten, insbesondere wenn die Belastung oder Entlastung sehr rasch erfolgt. Als Stellventile werden üblicherweise Schieber verwendet, die jedoch gegenüber den durch die dynamischen Strömungsvorgänge auftretenden Drücke nicht druckentlastet sind, so daß verhältnismäßig große Stelleinrichtungen für die Stellventile vorgesehen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei geringem Kraftaufwand ein gleichmäßig günstiges Regelverhalten über den ganzen Leistungsbereich erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein bewegliches Verdrängerbauteil auf einer Fläche mit dem auf der Austrittsseite des Stellventils herrschenden Druck beaufschlagt wird und auf einer kleineren Fläche in entgegenge-

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setzter Richtung mit dem am Bremsenauslaß herrschenden Druck, und daß das Verdrängerbauteil den Austrittsquerschnitt des sich in Strömungsrichtung an das Stellventil anschließenden Teils der Bremsenauslaßleitung verändert.

Da in Strömungsrichtung hinter dem Stellventil noch einmal ein den Austrittsquerschnitt verstellendes Bauteil angeordnet ist, ist die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Stellventils erheblich herabgesetzt, so daß die auf das Stellventil wirkenden Kräfte und damit die zur Verstellung des Stellventils erforderlichen Kräfte erheblich herabgesetzt sind. Da das Verdrängerbauteil mit dem am Bremsenauslaß herrschenden Druck beaufschlagt wird, wird auch in Betriebspunkten mit geringer Bremsenfüllung und hohem Druck am Bremsenauslaß ein im Vergleich zu anderen Betriebspunkten zu schneller Entlastungsvorgang dadurch verhindert, daß das Verdrängerbauteil den Austrittsquerschnitt nicht viel schneller freigibt als in einem Betriebspunkt mit großer Bremsenfüllung und geringerem Bremseninnendruck. Damit erhält man ein gleichmäßiges Regelverhalten über den ganzen Leistungsbereich·

Gemäß einer in ihrem Aufbau besonders günstigen Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist das Verdrängerbauteil ein schwimmender Kolben mit unterschiedlich großen druckbeaufschlagten Flächen auf beiden Seiten, der bei seiner Bewegung den Querschnitt von in seiner Zylinderwand liegenden Austrittsöffnungen verändert. Der Kolben bildet dabei zugleich das Verdrängerbauteil und den den Austrittsquerschnitt verändernden Schieber.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens ist es möglich,das Auslaßventil als eine um eine Achse schwenkbare Drosselklappe auszuführen, deren Verstellbewegung im Gegensatz zu einem Schieber eine Drehbewegung ist, so daß besonders rasch arbeitende und einfach aufgebaute Stellantriebe, insbesondere elektrische Gleichstrommotoren, gewählt werden können. Die Lagerbelastung und damit die Reibung der Drosselklappenachse ist

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durch den geringen Druckunterschied beiderseits der Drosselklappe gering, so daß der Leistungsbedarf des Stellenantriebes niedrig ist.

Eine besonders raumsparende Ausführungsform ergibt sich in Weiterbildung des Erfindungsgedankens dadurch, daß die Drosselklappe und der Kolben in einem gemeinsamen Zylindlergehäuse hintereinander angeordnet sind, daß der Kolben eine stirnseitig aus dem Gehäuse dichtend herausgeführte Kolbenstange aufweist, und daß der kolbenstangenseitige Raum des Zylindergehäuses mit dem in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe liegenden Abschnitt der Austrittsleitung verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in vereinfachter Darstellungsweise ein Regelventil im Schnitt, das an eine hydraulische Leistungsbremse angeschlossen ist,

Figur 2 Linien konstanten Drucks und konstanter Füllung einer hydraulischen Leistungsbremse in einem Drehmoment-Drehzahl-Diagramm und

Figur 3 in einem Diagramm den Kolbenweg in Abhängigkeit vom Druck am Austritt der Leistungsbremse.

Eine in Figur 1 nur angedeutete und teilweise aufgebrochen dargestellte hydraulische Leistungsbremse 1 mit einem Doppelrotor 2 und zwei Statoren 3 weist an ihrem Auslaß ein Regelventil auf, das den Druck p, am Auslaß der Leistungsbremse 1 steuert oder regelt.

In einem zylinderförmigen Ventilgehäuse 4 ist eine Drosselklappe 5 angeordnet, deren Achse 5.1 drehbar im Gehäuse 4 gelagert ist und von einem (nicht dargestellten) Stellantrieb . verschwenkt werden kann.

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In Strömungsrichtung gesehen hinter der Drosselklappe 5 ist in dem Zylindergehäuse 4 ein schwimmender Kolben 6 angeordnet, der mit einer Kolbenstange 6.1 verbunden ist, die aus einer Stirnwand 4.1 des Gehäuses 4 herausgeführt ist. In der Zylinderwand des Gehäuses 4 sind Austrittsöffnungen 4.2 vorgesehen, die den zwischen der Drosselklappe 5 und dem Kolben 6 liegenden Raum 4.3 mit einer Abflußleitung 4.4 verbinden. Eine Verbindungsleitung 7 verbindet den kolbenstangenseitigen Raum 4.5 des Zylindergehäuses 4 mit dem Auslaß der Leistungsbremse 1.

Die der Leistungsbremse zugeführte Arbeitsflüssigkeit, üblicherweise Wasser, wird über Kanäle in den Zwischenwänden der Statoren 3 zugeführt (nicht dargestellt) und strömt durch die von der Drosselklappe 5 in Abhängigkeit von ihrer Stellung freigegebene Querschnittsfläche A. und durch die Austrittsöffnungen 4.2 ab, deren jeweilige Gesamtfläche mit A₄ bezeichnet ist. Je nach der Stellung der Drosselklappe 5 wird im Rotorraum ein unterschiedlicher Druck ρ. erzeugt, dem an den Übergängen von den Rotoren zu den Statoren 3 von dem in den Wirbelkammern rotierenden Wasser das Gleichgewicht gebildet wird.

Die größere, der Drosselklappe 5 zugekehrte Fläche des Kolbens 6 ist mit A„, die um die Querschnittsfläche der Kolbenstange 6.1 verminderte, durch die Verbindungsleitung 7 mit dem Druck p. beaufschlagte Kolbenfläche ist mit A„ bezeichnet. Im Gleichgewichtszustand ist die Querschnittsfläche A₄ der Austrittsöffnungen 4.2 so groß, daß in dem Raum 4.3 zwischen der Klappe 5 und dem Kolben 6 der Druck p₇ so groß ist, daß ein Gleichgewicht der auf den Kolben 6 wirkenden Kräfte nach der Gleichung p„ ■ A„ a p, . A~ herrscht. Das Flächenverhältnis A₉ : Ao bestimmt das konstante Druckverhältnis p. ; p₉; dieses Verhältnis wird beispielsweise mit 1,3 festgelegt. Bei einem maximal notwendigen Druck p. = 6,0 bar ist hinter der Klappe 5 der Druck P₉ = 4,6 bar. Der Weg S des Kolbens 6 ist maximal; die Austrittsöffnungen 4.2 sind bis auf ein Minimum der Querschnittsfläche A„ abgedeckt.

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Wenn die Drosselklappe 5 etwas mehr geöffnet wird, steigt zunächst der Druck p„ hinter der Klappe 5 geringfügig an, wodurch etwas mehr Wasser ausströmt. Der Bremsendruck p, fällt ab. Dadurch ist das Gleichgewicht der auf den Kolben 6 wirkenden Kräfte gestört; der Kolben 6 bewegt sich von der Klappe 5 solange weg, bis eine so große Querschnittsflache A. der Austrittsöffnungen 4.2 freigegeben ist, daß sich wieder das festgelegte Druckverhältnis p, : p„ eingestellt hat.

Bei einem kleinsten erforderlichen Druck p. = D,06 bar ist der kleinste Druck p„ = 0,046 bar. Für diese Drücke und für die zu erwartende größte durchströmende Wassermenge werden der Ventilquerschnitt und die Austrittsoffnungen 4.2 ausgelegt- Unter diesen Bedingungen hat der Kolben 6 die Austrittsöffnungen 4.2 vollständig freigegeben.

Anhand der Diagramme der Figuren 2 und 3 wird erläutert, daß ein gleichmäßiges Regelverhalten, insbesondere bei Entlastungsvorgängen, für unterschiedliche Betriebspunkte erreicht wird.

In Figur 2 sind die Bremsendrücke p. mit durchgezogenen Linien und die parabelförmigen Linien konstanter Füllung gestrichelt dargestellt. Es sollen zwei Betriebspunkte I und II miteinander verglichen-werden. Zu dem Betriebspunkt I gehört ein niedriger Druck p. und eine große Füllung G; zum Betriebspunkt II gehören ein hoher Druck p. und eine kleine Füllung G. Während der Belastungsvorgang unter der Annahme, daß die gleiche Wassermenge in die Leistungsbremse fließt, bei schneller Verstellung der ■ Klappe 5 in beiden Betriebspunkten I und II annähernd gleich ist, auch wenn der Kolben 6 nicht vorhanden ist, würde die Entlastung im Betriebspunkt II sehr viel schneller erfolgen als im Betriebspunkt I, wenn der Kolben 6 nicht vorhanden wäre,da im Betriebspunkt II eine geringe Wassermenge mit sehr viel höherem Druck ausströmt als im Betriebspunkt I, wo eine große Wassermenge mit verhältnismäßig geringem Druck vorhanden ist, die demzufolge auch nur langsam nach Freigabe des Austrittsquerschnitts ausströmen würde.

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Der den Austrittsquerschnitt A- verändernde, mit dem Bremsen^ druck p. beaufschlagte Kolben beeinflußt das Regelverhalten der Leistungsbremse so, daß auch im Betriebspunkt II (geringe Füllung, jedoch hoher Druck) der zeitliche Verlauf des Entlastungsvorganges ebenso ist wie im Betriebspunkt I.

Figur 3 zeigt den Kolbenweg S in Abhängigkeit von dem Druck p., wobei für das dargestellte Beispiel angenommen ist, daß die Austrittsöffnungen 4.2 Rechteckquerschnitt haben. Im Betriebspunkt I sind die Austrittsöffnungen 4.2 sehr weit freigegeben [große Austrittsfläche A-), im Betriebspunkt II sind die Austrittsöffnungen 4.2 nahezu bis auf einen kleinsten Wert von A. geschlossen. Im Betriebspunkt II wird der Entlastungsvorgang durch die Trägheit des Kolbens B und die Drosselwirkung der Verbindungsleitung 7 verzögert. Dieser Verzögerungsvorgang kann außer durch die geeignete Wahl der Masse des Kolbens 6 und des Querschnitts der Leitung 7 auch durch die Form der Austrittsöffnungen 4.2 beeinflußt werden. Außerdem ist es möglich, die aus dem Gehäuse 4 austretende Kolbenstange 6.1 des Kolbens B mit einer Dämpfungseinrichtung zu verbinden, um die Kolbengeschwindigkeit insbesondere bei Entlastungsvorgängen zu beeinflussen.

Um einen besonders schnellen Entlastungsvorgang zu erzielen, wie er beispielsweise zur Untersuchung des Abregelverhaltens von Motoren erwünscht ist, kann zusätzlich zu dem Regelventil ein besonderes, mit Druckluft oder elektromagnetisch betätigtes Schnellventil vorgesehen sein, das für eine rasche Entleerung der Leistungsbremse sorgt. Eine für viele Anwendungsfälle ausreichende Beschleunigung des Entlastungsvorganges kann bei dem dargestellten Regelventil dadurch erzielt werden, daß der kolbenstangenseitige Zylinderraum 4.5 beim Entlastungsvorgang mit einem gewissen Vorlauf druckmäßig entlastet wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Schnellentlastung ist dadurch gegeben, daß etwa gleichzeitig der Kolben nach unten gezogen wird und das Stellventil geöffnet wird.

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Claims

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Patentansprüche :

Regelventil für hydraulische Leistungsbremsen mit einem den Austrittsquerschnitt für die aus der
Leistungsbremse ausströmende Arbeitsflüssigkeit
verändernden Stellventil in der Bremsenauslaßleitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegliches ■ Verdrängerbauteil (6) auf einer Fläche' (A„3 mit
dem auf der Austrittsseite des Stellventils (5)
herrschenden Druck Cp₇) beaufschlagt wird und auf einer kleineren Fläche (A^) in entgegengesetzter
Richtung mit dem am Bremsenauslaß herrschenden
Druck Cp^) und daß das Verdrängerbauteil C6) den
Austrittsquerschnitt CA„) des sich in Strömungsrichtung an das Stellventil (5) anschließenden
Teiles (4.3) der Bremsenauslaßleitung verändert.
2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängerbauteil ein schwimmender
Kalben (6) mit unterschiedlich großen druckbeaufschlagten Flächen CA-, A„) auf beiden Seiten ist, und daß der Kolben bei seiner Bewegung den Querschnitt CA-) von in seiner Zylinderwand liegenden Austrittsöffnungen C4.2) verändert.
3..- Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil eine um eine Achse C5.1) schwenkbare Drosselklappe (5)-ist.
4. Regelventil nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe C5) und der Kolben CB) in einem gemeinsamen Zylindergehäuse C.4) hintereinander angeordnet sind, daß der Kolben C6) eine

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stirnseitig aus dem Gehäuse (4) dichtend herausgeführte Kolbenstange C6.1) aufweist, und daß der kolbenstangenseitige Raum C4.5D des Zylindergehäuses (4) mit dem in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe (5) liegenden Abschnitt der Austrittsleitung verbunden ist.

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