DE2600644C3

DE2600644C3 - Hydraulische Einrichtung zur Erzeugung eines einer Drehzahl proportionalen Druckes

Info

Publication number: DE2600644C3
Application number: DE19762600644
Authority: DE
Inventors: Willy 7759 Immenstaad Holdenried
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1976-01-09
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1984-05-30
Also published as: GB1516289A; DE2600644B2; FR2337827B1; FR2337827A1; IT1077947B; DE2600644A1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Einrichtung zur Erzeugung eines einer Drehzahl proportionalen Druckes, mit einer mit dieser Drehzahl — ggfs. mit Übersetzung — angetriebenen Verdrängerpumpe, deren Förderstrom durch eine Drosselstelle geleitet wird, wodurch sich vor der Drosselstelle ein mit der Drehzahl zunehmender Druck aufbaut. Ein solcher Druck wird beispielsweise in der selbständigen Steuerung eines Lastschaltgetriebes oder hydrostatischen Getriebes benötigt, um den Einfluß der Fahrgeschwindigkeit zu berücksichtigen.

Die sich aus der vorstehend beschriebenen Anordnung ergebende Kennlinie des Druckes über der Drehzahl hat die Form einer einfachen quadratischen Parabel, sofern als Drosselstelle eine einfache Blende vorgesehen ist. Von dieser Kennlinie ist nur ein relativ schmaler Bereich für Steuerungszwecke brauchbar, denn im Bereich kleiner Drehzahlen ist die Kennlinie stets so flach, daß die Genauigkeit für eine Getriebesteuerung nicht ausreicht.

Ein ähnliches Problem besteht auch bei hydraulischen Fliehkraftreglern für automatische Lastschaltgetriebe und wird bei diesen mit Hilfe von zwei Fliehgewichten, die eine aus zwei parabelförmigen Teilabschnitten zusammengesetzte geknickte Kennlinie erzeugen, gelöst (z. B. DE-OS 16 73 385).

Eine solche geknickte Kennlinie ist für Steuerungszwecke sehr gut geeignet, bei denen zwei oder mehr Arbeitsbereiche bei unterschiedlichen Drehzahlen vorliegen. Die bekannten Fliehkraftsysteme sind jedoch sehr aufwendig, insbesondere durch die Notwendigkeit, Druckmittel dem sich drehenden Fliehkraftregler zuzuführen bzw. von ihm abzuführen zu müssen.

Aufgabe dieser Erfindung ist, eine hydraulische Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die eine für mehrere Arbeitsbereiche einer Steuerung optimal nutzbare Kennlinie ergibt und dabei insgesamt unkompliziert und leicht herstellbar ist. Die Kennlinie soll dabei iowohl bei niedrigen w.e auch bei höheren Drehzahlen ausreichend steil verlaufen. Diese

ίο Aufgabe wird durch eine hydraulische Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst

Das System mit einer drehzahlabhängigen Verdrängerpumpe und einer einfachen Blende wird damit so erweitert, daß wie beim Zweistufen-Fliehkraftregler mindestens zwei Drehzahlbereiche mit einem für Steuerungszwecke ausreichend steil ansteigenden Abschnitt der Steuerdruck-Kennlinie gegebea sind. Darüber hinaus wirkt die hydraulische Einrichtung auch noch als Druckbegrenzungsventil. Trotzdem läßt sich der Aufwand sehr gering halten, insbesondere auch in den Ausgestaltungen nach Anspruch 2.

Die Erfindung wird anhand der F i g. 1 bis 7 erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine symbolisch dargestellte hydraulische Einrichtung mit einer drehzahlabhängig angetriebenen Verdrängerpumpe sowie einer im Schnitt dargestellten Ventileinrichtung, die zwei hintereinander geschaltete Druckgefälleventile enthält dargestellt im Ruhezustand bzw. bei geringem Förderstrom der Pumpe,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in F i g. 1 durch die Ventilanordnung,

F i g. 3 die hydraulische Einrichtung nach F i g. 1, jedoch bei leicht erhöhter Drehzahl der Verdrängerpumpe,

Fig.4 die gleiche hydraulische Einrichtung, jedoch bei höchster Drehzahl der Verdrängerpumpe,

F i g. 5 ein hydraulisches Schaltschema, das der Anordnung nach F i g. 1 bis 4 ent 'spricht,
F i g. 6 ein ähnliches Schaltschema wie in F i g. 5 dargestellt, jedoch durch ein zusätzliches Druckgefälleventil erweitert,

F i g. 7 ein Diagramm des durch die hydraulische Einrichtung nach F i g. 1 bis 5 erzeugten Druckes, über der Drehzahl der Verdrängerpumpe aufgetragen (Drehzahl-Druck-Kennlinie).

Die hydraulische Einrichtung nach F i g. 1 bis 4, dient zur Erzeugung eines Steuerdruckes, welcher der Drehzahl der Abtriebswelle eines nicht dargestellten Getriebes in etwa proportional sein soll und mit dessen

Mitwirkung die Übersetzung dieses Getriebes an wechselnde Last- und Geschwindigkeitszustände angepaßt wird.

Eine Verdrängerpumpe 10 mit einem konstanten Fördervolumen je Umdrehung wird proportional zu der Drehzahl dieser Abtriebswelle angetrieben und fördert demgemäß eine dieser Drehzahl ebenfalls proportionale Fördermenge aus einem Behälter in eine Steuerleitung 11. Die Steuerleitung 11 führt einer Steuereinrich Hing des Getriebes den mit dieser hydraulischen Einrichtung erzeugten Steuerdruck zu, wozu nur| unbedeutende Druckmittelmengen erforderlich sind Der weitaus überwiegende Teil der Fördermenge den Verdrängerpumpe 10 fließt über eine Ventilanordnung} 12, die über eine Zweigleitung 13 an die Steuerleitung 11 angeschlossen ist, in den Behälter zurück.

Die Ventilanordnung 12 besteht aus zwei hintereinan der geschalteten Druckgefälleventilen 14 und 15, dere Schließkörper als Blendenscheiben 17 bzw. 18 mit al

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Drosselstellen 19 bzw. 20 wirkenden Blendenöffnungen ausgebildet sind und jeweils unter der Kraft einer Schließfeder 21 bzw. 22 stehen. Die Blendenscheiben 17 und 18 werden dabei jeweils auf ihrer stromaufwärts liegenden Vorderseite mit dem vor der als Drosselstelle 19 bzw. 20 wirkenden Blendenöffnung anliegenden Druck und an ihrer stromabwärts liegenden Rückseite mit dem nach der als Drosselstelle wirkenden Blendenöffnung w-rksamen, reduzierten Druck beaufschlagt, so daß insgesamt das durch die Drosselung in der als Drosselstelle 19 bzw. 20 wirkenden Blendenöffnung entstandene Druckgefälle (Druckdifferenz) gegen die Schließfederkraft wirkt Beim Druckgefälleventil 14 sind Blendenöffnung und Schließdruck klein, beim Druckgefälleventil 15 dagegen wesentlich größer.

Wird bei Überschreitung eines bestimmten Druckgefälles die zugeordnete Blendenscheibe 17 bzw. 18 von ihrem Sitz abgehoben, so öffnen sich parallel zur Drosselöffnung zusätzliche Strömungswege 23 (siehe insbes. F i g. 2) bzw. 24, so daß der Druckabfall in dem betreffenden Druckgefälleventil trotz weiter steigendem Druckinittelstrom in etwa konstant bleibt. Dieser begrenzte Druckabfall wird u. a. durch die Kraft der zugeordneten Schließfeder 21 bzw. 22 bestimmt

Die Strömungswiderstände der beiden Blendenscheiben 17 und 18 addieren sich infolge der hintereinanderliegenden Anordnung. In F i g. 7 wird mit der Kurve 50 der Druckabfall P der Blendenscheibe 17 allein, mit der Kurve 51 der Druckabfall der Blendenscheibe 18 allein und mit Kurve 52 der gesamte Druckabfall als Addition der Werte der Kurven 50 und 51 dargestellt, der zugleich den drehzahlabhängigen Steuerdruck bildet (abhängig von der Drehzahl η der Verdrängerpumpe 10).

Die Wirkungsweise der hydraulischen Einrichtung ist wie folgt: Im Ruhezustand und bei geringer Drehzahl der Verdrängerpumpe 10 liegen beide Blendenscheiben 17 und 18 auf ihren Ventilsitzen, angedrückt von ihren Schließfedern 21 und 22. Wirksam sind allein die beiden als Drosselstell.π 19 und 20 wirkenden Blendenöffnungen. Der Druckabfall in Abhängigkeit von den Drehzahlen entspricht dem Kurvenabschnitt 52a in F i g. 7, der durch die Addition der Kurvenabschnitte 50a und 51a in Fig.7 entsteht und die Form einer quadratischen Parabel besitzt. «

Mit steigender Drehzahl und damit proportional steigendem Druckmittelstrom hebt die Blendenscheibe 17 nach Überwindung der Schließfeder 21 von ihrem Dichtsitz ab. Hierdurch werden die zusätzlichen Strömungswege 23 freigegeben. Der Druckabfall an der Blendenscheibe 17 nimmt nun nur noch geringfügig zu, siehe Kurvenubschnitt 50t in F i g. 7. Da der Druckabfall an der Blendenscheibe 18 noch gering ist und relativ langsam ansteigt, steigt auch der gesamte Druck nun wesentlich langsamer an. Auf den ersten, steilen Parabelabschnitt 52a folgt daher von einem Knickpunkt an, der mit dem Abheben der Blendenscheibe 17 zusammenfällt, ein zweiter parabelförmiger Kurvenabschnitt (526 in F i g. 7) mit geringerer Steigung.

Bei großer Drehzahl und entsprechend großem Druckmittelstrom hebt auch die Blendenscheibe 18 von ihrem Ventilsitz ab. In der Kennlinie 52 in Fig.7 entsteht ein zweiter Knickpunkt, dem ein nahezu waagerechter Kurvenabschnitt 52c folgt

Voraussetzung für eine viskositätsunempfindliche Funktion sind genügend kleine Strömungswiderstände in den Leitungen 11 und 13, den Strömungswegen 23 und 24 sowie von der Ventilanordnung 12 bis zum Behälter.

Es ist selbstverständlich möglich, durch Hinzufügen weiterer Druckgefälleventile auch mehr als zwei optimale Arbeitsbereiche in der Kennlinie zu erreichen. Der Aufwand nimmt jedoch nur geringfügig zu.

In Fig.5 ist ein Symbolschema einer hydraulischen Einrichtung dargestellt, das hinsichtlich der Grundfunktion dem bisher beschriebenen Beispiel nach F i g. 1 bis 4 und 7 entspricht Um die Übereinstimmung mit dem bisherigen Beispiel zu verdeutlichen, wurden die in der Funktion übereinstimmenden Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine drehzahlproportional angetriebene Verdrängerpumpe 10 fördert aus einem Bester eine der Antriebsdrehzahl proportionale Druckmit'-eimenge in eine Zweigleitung 13, die zwei hintereinander geschaltete Drosselstellen 19 und 20 aufweist und anschließend zurück in den Behälter führt Vcr der ersten Drosselst« üe zweigt eine Steuerleitung 11 ab, in welcher ein drehzahlabhängiger Druck für Steuerungszwecke abgeführt wird. Bei den Drosselstellen 19 und 20 sind jeweils Druckgefälleventile 14 bzw. 15 parallel geschaltet, die bei Erreichen eines vorgegebenen Druckgefäiles der zugeordneten Drosselstelle einen Nebenstrom parallel zur Drosselstelle freigeben, so daß der Druckabfall dann nicht mehr weiter zunimmt. Der engsten Drosselstelle 19 ist das Druckgefälleventil 14 mit niedrigstem Druckgefälle, der Drosselstelle 20 mit größerem Drosselquerschnitt dagegen das Druckgefälleventil 15 mit höherem Druckgefälle zugeordnet. Mit steigendem Druckmittelstrom der Verdrängerpumpe 10 öffnet zunächst das Druckgefälleventil 14, bei weiter steigendem Druckmittelstrom schließlich das Druckgefälleventil 15. Hierdurch ergibt sich die geknickte Kennlinie 52 gemäß Fig.7 mit zwei parabelförmigen Kurvenabschnitten.

Es ist leicht einzusehen, daß wie in F i g. 6 dargestellt, ohne weiteres weitere Drosselstellen und zugeordnete Druckgefälleventile hinzugefügt werden können, 2. B. eine Drosselstelle 25 und ein Ventil 16, um die Kennlinie mit entsprechend weiteren Parabelabschnitten noch stärker an eine Gerade anzunähern, sofern dieses für den beabsichtigten Anwendungsfall erforderlich ist.

Die Erfindung ist nicht auf hydraulische Einrichtungen begrenzt, bei denen eine eigene Verdrängerpumpe ausschließlich zur Erzeugung des drehzahlabhängigen Druckes vorgesehen ist. Vielmehr kann in günstigen Fällen auch eine reichlich dimensionierte Speisepumpe, die proportional zu der dem Regelungszweck zugrundeliegenden Drehzahl angetrieben wird, mitbenutzt werden, falls die übrigen Verbraucher einen relativ konstanten bzw. g"t abschätzbaren Druckmittelverbrauch haben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Einrichtung zur Erzeugung eines einer Drehzahl proportionalen Druckes, mit einer mit dieser Drehzahl — ggfs. mit Übersetzung — angetriebenen Verdrängerpumpe, deren Förderstrom durch eine Drosselstelle geleitet wird, wodurch sich vor der Drosselstelle ein mit der Drehzahl zunehmender Druck aufbaut, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselstelle (19) noch mindestens eine weitere Drosselstelle (20) nachgeschaltet ist und die Drosselstellen (19, 20) verschiedene Drosselquerschnitte aufweiser, und jeder Drosselstelle ein Druckgefälleventil (14, 15) zugeordnet ist, bei dem jeweils der Druck vor der Drosselstelle (19, 20) im Öffnungssinne und der Druck hinter der Drosselstelle (19, 20) sowie die Kraft einer Schließfeder (21, 22) im Schueßsinne wirken lyid damit bei Überschreiten eines bestimmten Druckgefälles der zugeordneten Drosseisteiie (19,20) zusätzliche Strömungswege ( 23,24) parallel zur Drosselstelle geöffnet werden, und daß das Druckgefälleventil (14) mit dem niedrigsten Druckgefälle der Drosselstelle (19) mit dem kleinsten Drosselquerschnitt, das Druckgefälleventil (15) mit dem nächsthöheren Druckgefälle der Drosselstelle (20) mit dem nächstgrößeren Drosselquerschnitt usw. zugeordnet ist.

2. Hydraulische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen (19, 20) als durchgehende Blendenöffnungen in den als Schließkörper wirkenden flachen Blendenscheiben (17, 18) der Druckgefälievf <uile (14, 15) enthalten sind.