DE2838940B2

DE2838940B2 - Druckbeeinflussungsvorrichtung für ein hydraulisches System

Info

Publication number: DE2838940B2
Application number: DE19782838940
Authority: DE
Inventors: Svend Erik Nordborg Thomsen; Jes Valdemar Soenderborg Vogler
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DK367479A; DE2838940C3; DE2838940A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckbeeinflussungsvorrichtung für ein hydraulisches System nach dem Oberbegriii des Anspruchs 1.

Eine bekannte Druclcheeinflu jungsvorrichtung dieser Art (DE-GM 75 \87BP) hat die Aufgabe, den von einer Diruckmittelpumpe erzeugte Druck verzögernd aufzubauen, insbesondere um beim Schalten großer Massen stoßartige Belastungen zu vermeiden. Dies geschieht dadurch, daß das Verschlußstück des Druckventils nicht nur durch eine Rückstellfeder, sondern auch durch den Druck im Speicherraum belastet ist, der über eine Drossel mit dem Pumpendruck in Verbindung steht. Die nachgiebige Wand des Druckspeichers ist durch eine zylindrische Schraubenfeder mit konstanter Federdrahtstärke belastet, die eine gerade Kennlinie hat.

Bei einer solchen Druckbeeinflussungsvorrichtung öffnet das Druckventil auch, wenn bei einem gegebenen Druckniveau plötzlich Druckspitzen auftreten, so daß sich diese Druckspitzen nicht in voller Größe beim Verbraucher bemerkbar machen. Diese Wirkung, auf die in der Entgegenhaltung überhaupt nicht hingewiesen wird, ist aber sehr unvollkommen, weil der Stabilisierungs- oder Dämpfungseffekt auf einem niedrigen Druckniveau völlig anders ist als auf einem hohen Druckniveau.

Es ist auch bekannt (»Konstruktion« 16, 1964, Heft 1, Seite 12 bis 21) an einen hydraulischen Kreis einen hydropneumatischen Energiespeicher anzuschließen, dessen verschiebbare Wand (Membran, Blase oder Kolben) auf der dem Druckmittel gegenüberliegenden Seite durch eine Gasfeder belastet ist, die eine progressive Kennlinie hat. Solche hydropneumatischen Energiespeicher werden in ölhydraulischen Anlagen eingesetzt, wenn der Druckflüssigkeitsbedarf schwankt oder fine Betätigungsreserve gefordert wird. Sie können auch als Windkessel zur Glättung von Piimpenpulsationen und/oder Schaltdruckstößcn oder als den hydraulischen Kreis beladende Feder verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckbeeinfiussungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die im gesamten Arbeitsbereich eine einwandfreie Stabilisierung des hydraulischen ^r> Systems und insbesondere eine sichere Dämpfung von Druckschwingungen beim Auftreten von Druckschwankungen bewirkt.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

ίο Bei Verwendung einer linearen Speicherfeder führt jede Druckerhöhung mit vorgegebener Amplitude zu einem vorgegebenen Öffnungsquerschnitt des Druckventils, gleichgültig welches Druckniveau in der druckführenden Leitung herrscht Ist das Druckniveau

is niedrig, fließt eine bestimmte Druckmittelmenge in den Systemteil geringen Drucks. Ist das Druckniveau dagegen hoch, also die am Druckventil liegende Druckdifferenz groß, fließt beim gleichen Öffnungsquerschnitt eine wesentlich größere Druckmittelmenge

ab. Gleiche Druckerhöhungen führen daher zu unterschiedlichen Ablaufmengen. Das bedeutet, daß man dem System optimale Stabilisierungs- oder Dämpfungseffekte nur für ein bestimmtes Druckniveau geben kann. Wenn dagegen die Speicherfeder eine progressive

r> Kennlinie hat, führt eine vorgegebene Druckänderung auf einem kleineren Druckniveau zu einer größeren öffnung des Druckventils als auf einem höheren Druckniveau. Daher läßt sich wenigstens annähernd erreichen, daß gleiche Druckschwankungen unabhängig

ι» vom jeweiligen Druckniveau zu annähernd gleichen Ablaufmengen führen, so daß auf jedem Druckniveau annähernd die gleiche Beeinflussung des Systems möglich ist.

Als Speicherfeder mit progressiver Kennlinie kom-

!■> men die verschiedensten Konstruktionen in Betracht, beispielsweise eine Gasfeder, eine Schraubenfeder mit sich änderendem Durchmesser oder ein Stapel von Tellerfedern mit unterschiedlicher Steifigkeit

Die Erfindung wird nachstehenii unhand der in der

■ι» Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer hydraulischen Hubeinrichtung,

■>'> Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der e.findungsgemäßen Vorriduung bei einem hydraulischen Servomotor.

F i g. 3 eine dritte Ausführunpsforrn der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

V) Fig. 4 die Dri'ck-Volumencharakteristik eines Druckspeichers und

F i g. 5 die zugehörige Kennlinie über dem Druck.
Bei der Ausführungsform nach Fig. I kann hydraulische Flüssigkeit aus einem Behälter 1 von einer Pumpe 2

^r'^r' in einer Arbeitsstellung eines Steuerventils 3 über eine Arbeitsleitung 4 zu einer Hubvorrichtung 5 derart geleitet werden, daß deren Kolben 6 angehoben wird. In der anderen Arbeitsstellung des Steuerventils 3 senkt sich der Kolben 6 unter Rückführung der Druckflüssig- ^h" keit in den Behälter I ab.

Mit der Arbeitsleitung 4 ist der Kingang 7 einer Druckbeeinflussungsvorrichtung 8 verbunden. Diese weist ein Druckventil 9 auf, das den umgang mit einem zum Behälter I führenden Ausgang 10 /u verbinden ^()Γ> gestattet. Das Druckventil 4 weist als Verschluöstüek einen kolbenförmigen Schieber Il auf. der mit seiner Stirnseite eine Kante 12 übersteuert und dadurch die Verbindung zwischen Eingang 7 und Ausgang 10 sperrt

bzw. herstellt. Die Stirnfläche des Kolbens Il an der Eingangsseite hat eine Querschnittsfläche A\, die gegenüberliegende Stirnfläche hat eine größere Querschnittsfläche /I₂. Sie ist außerdem durch eine Rückstellfeder 13 belastet Diese stützt sich an einer mittels einer Schraube 14 verstellbaren Platte 15 ab. Die Fläche A\ kann aber auch größer als die Fläche A₂ sein, wenn die Vorspannung der Rückstellfeder 13 genügend groß ist. In der Ruhestellung liegt der Schieber 11 an einem einstellbaren Anschlag 16 an, mit dem dasjenige Maß a einstellbar ist, um das der Schieber 11 bis zum öffnen des Leckpfades verschoben werden muß. Die hintere Stirnfläche 17 des Schiebers 11 bildet eine bewegliche Wand einer Kammer 18, die über eine Leitung 19 mit dem Eingang 7 verbunden ist. In dieser Leitung liegt eine verstellbare Drossel 20, die von einem zum Eingang hin öffnenden Rückschlagventil 21 mit einstellbarer Feder 22 überbrückt ist Ein Druckspeicherraum 23, der zusammen mit der Kammer 18 einen Druckspeicher 24 bildet, besitzt eine bewegliche Wand 25 in der Form eines Kolbens, der rückseitig durch einen Stapel 26 von Tellerfedern mit unteschiedlicher Steifigkeit belastet ist Dieser Stapel stützt sich an einer einstellbaren Platte 27 ab.

Die durch den Tellerfederstapel 26 gebildete Speicherfeder hat eine progressive Chrakteristik, wie sie in Fig.4 dargestellt ist Mit steigendem Hub der beweglichen Wand 25, also mit steigendem Volumen V des Druckspeicherraumes 23, ist für gleiche Volumenänderungen eine größere Druckänderung erforderlich. Oder, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, je höher der Druck Pa im Druckspeicherraum 23, um so kleiner ist die für eine bestimmte Druckänderung erforderliche Volumenänderung.

Mit dieser Konstruktion ergibt sich die folgende Arbeitsweise: Im Ruhezustand ist Ρ_Λ = P. Der Schieber 11 wird daher von einem Kraftüberschuß, der durch die Rückstellfeder 13 und das Produkt (A₁ - -4,) Ρ_Λ gebildet wird, gegen den einstellbaren Anschlag 16 gedrückt. Wenn nun ein plötzlicher Anstieg des Eingangsdruckes P erfolgt, der den beschriebenen Kraftüberschuß übersteigt, wird der Schieber 11 nach rechts geschoben, worauf sich nach dem Weg a das Druckventil 9 öffnet. Der Öffnungsquerschnitt hängt von der Höhe des Druckstoßes bzw. der Druckspitze ab. die wegen der Abfuhi der Leckflüssigkeit sehr rasch abgebaut wird. Die beim Bewegen des Schiebers 11 aus der Kammer 18 verdrängte Druckflüssigkeit wird vom Speicherraum 23 aufgenommen, wodurch der Druck Pa in diesem Speicherraum und in der Kammer 18 ansteigt. Dieser Druckanstieg hat seinerseits Rückwirkungen auf den Hub des Schiebers 11 und damit auf den Öffnungsquerschnitt des Druckventils 9. Erfolgt der Druckstoß von ein?m hohen Niveau des Eingangsdrukkes P aus, so ergibt sich wegen der Charakteristik der Speicherfeder gemäß Fig.4 ein geringerer öffnungsquerschnilt als wenn der Druckstoß bei einem niedrigen Niveau des Eingangsdruckes P beginnen würde. Da die Leckflüssigkeitsmenge von dem Öffnungsquerschnitt und der Druckdifferenz zwischen Eingang 7 und Ausgang 10 abhängt, kann man es erreichen, daß gleiche Druckstöße unabhängig vom Niveau des Eingangsdnikkes P annähernd gleiche Lcckölmengen hervorrufen. Das bedeutet, daß die Dämpfungsvorrichtung linear arbeitet.

Gleichzeitig mit der beschriebenen Arbeitsweise gelangt Druckflüssigkeit über die einstellbare Drossel 20 in den Druckspeicher 24, so daß sich dort der Druck

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allmählich erhöht Hat der Druckstoß eine sehr steile Flanke, spielt diese Drucknachführung praktisch keinz Rolle; ist dagegen die Flanke weniger steil, macht sich diese Drucknachführung bezüglich der Öffnungsbewegung des Druckventils 9 bemerkbar. Die Feder 13 kann so eingestellt sein, daß sich das Druckventil 9 unterhalb eines Grenzwerts der Druckanstiegsgeschwindigkeit überhaupt nicht öffnet Das Rückschlagventil 21 erlaubt es, bei einem Absinken des Eingangsdrucks P den Speicherdruck Pa sehr rasch zurückzuführen, sobald die Schließkraft der Feder 22 überwunden ist. Der Druckspeicher 24 steht daher sehr rasch für den Abbau der nächsten Druckspitze zur Verfügung. Es sind zahlreiche Möglichkeiten zur Einstellung vorgesehen: Rückstellfeder 13, Speicherfeder 26, Anschlag 16, Drossel 20, Rückschlagventilfeder 22. Demzufolge ist eine Anpassung an die Daten des jeweiligen hydraulischen Systems möglich.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 werden für gleiche Teile dieselben Bezugszeiclvii und für gleichartige Teile um 100 erhöhte Bezugszeicht <i wie in Fig. I verwendet. In diesem Fall ist ein Servomotor 105 vorgesehen, dessen Kolben 106 in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils 103 unter Krafteinwirkung in beiden Richtungen bewegt werden kann. Zu diesem Zweck sind zwei Arbeitsleitungen 130 und 131 vorgesehen. Diese stehen über ein Wechselventil 132 mit dem Eingang 107 der Vorrichtung 108 zur Druckbeeinflussuiig in Verbindung. Das bedeutet, daß der Eingang 107 jeweils mit derjenigen Arbeitsleitung verbunden ist, welche den höheren Druck führt.

Das Druckventil 109 weist ein kugelförmiges Verschlußstück Hi auf, das mit einem Sitz 112 zusammenwirkt. Es ist durch eine Rückstellfeder 113 und eine Speicherfeder 133 belastet und liegt vollständig im Bereich des Ausgangs 10. Die Speicherfeder 133 stützt sich an einer beweglichen Wand 117 einer Kammer 118 ab. Diese steht mit einem Speicherraum 123 in Verbindung, der eine als Membran ausgebildete nachgiebige Wand 125 besitzt, welche durch eine Gasfeder 126 belastet ist. Die Bewegung der beweglichen Wand 117 ist durch einen Anschlag 134 begrenzt

Bei Verwendung einer progressiven Charakteristik der Speicherfeder 133 kann der Spe'cherraum 123 entfallen. Die Vorrichtung arbeitet dann wie folgt: Bei einem höheren Druck in der Arbeitsleitung 130 als in der Arbeitsleitung 131, wechselt daj Verschlußstück des Wechselventils 132 zum anderen Ventilsitz, so daß am Eingang 107 eier Druck P der Arbeitsleitung 130 herrscht. Dieser wrkt auf das Verschlußstück 111 und führt dieses unter Zusammendrückung der Rückstellfeder 113 und der Speicherfeder 133 in eine öffnungsstelluig. Hierbei bleibt die bewegliche Wand 117 der Kammer 118 ortsfest, so daß die in ihr entha'tene Druckflüssigkeit nicht entweichen kann. Gleichzeitig — bei steiler Flanke des Druckstoßes praktisch anschließend — gelangt Druckflüssigkeit vom Eingang 107 über die Drossel 20 in die Kammer 118, wodurch das Druckventil 109 wieder geschlossen wird. Bleibt der Eingangsdruck P auf einem höheren Niveau, so ist die •Speicherfeder 133 im Ruhezustand stärker zusammengedrückt als zuvor. Fs ergibt sich daher dasselbe Verhalten wie in !" i g. I.

Steigt der Einganfsdruck /'über einen vorgegebenen Wert an, so legt sich die bewegliche Wand 117 ^egen den Anschlag 134. Damit ist die maximale Belastung des Verschlußstücks 11! durch die beiden Federn 113 und 133 gegeben. Das Druckventil 109 arbeitet nunmehr als

Überdruckventil.

Wird der Speicherraum 123 verwendet, überlagert sich die soeben beschriebene Arbeitsweise mit der in Verbindung mit F i g. I beschriebenen Arbeitsweise, so daß sich eine besonders gute Anpassung an die Verhältnisse einer bestimmten hydraulischen Anlage ergibt. Die Speicherräume 118 und 123 bilden dann den Druckspeicher 124.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 werden für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen und für entsprechende Teile mit 200 beginnende Bezugszeichen verwendet. Das Druckventil 209 besitzt einen Schieber 211 in der Form eines zylindrischen Kolbens. LIs sind zwei Teilringnuten 237 und 238 vorhanden, die je über eine Leitung 235 und 236 mit einer der Arbeitsleitungcn 130 bzw. 131 verbunden sind. Bei einer Verlagerung des Schiebers 211 nach rechts entgegen der Kraft der Rückstellfeder 21.1 wird Hpmnarh der über das Wechselventil 132 mit der einen Arbeitsleitung verbundene Eingang 107 der Vorrichtung 208 mit der jeweils anderen Arbeitsleitung verbunden, so daß sich im Servomotorsystem ein inicrner Bypass ergibt. Der Druckspeicher 224 weist nur noch einen einzigen Raum 239 auf, der sowohl die Kammer mit der vcrlagerbaren

-, Wand 217 als auch den Druckspeicherraum mit der nachgiebigen Wand 225 bildet. Die letztgenannte Wand ist durch eine Schraubenfeder 226 mit sich änderndem Durchmesser gebildet, die wiederum eine progressive Chrakieristik gemäß Fig. 4 hat. Die Drossel 220 ist im

in Innern des Schiebers 211 angeordnet. Die Stirnseite 217 des Schiebers vermag eine Kante 240 zu übersteuern, die über eine Leitung 241 mit dem Eingang 107 verbunden ist. Bei der Rückbewegung des Schiebers 211 bewegt sich dieser unier Zusammendrückung der Feder

ι ι 242 mit seiner Stirnseite 217 über die Kante 240 hinweg, so daß sofort ein Druckausgleich zwischen dem Eingang 107 und dem Raum 239 erfolgt. Die hierdurch bewirkte Druckabsenkung im Raum 239 führt zu einer Rückbewegung des Schiebers 211 und damit zu der

.'Ii veranschaulichten Ruhelage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckbeeinflussungsvorrichtung für ein hydraulisches System, bei der ein Druckventil in einer Verbindungsleitung zwischen einer druckführenden Leitung des Systems und einem Systemteil geringen Drucks liegt und sein Verschlußstück unter dem Druck des Systems gegen eine Rückstellkraft öffnet, die zumindest teilweise mit Hilfe des Drucks eines eine Speicherfeder aufweisenden Druckspeichers erzeugt ist, der von der druckführenden Leitung über eine Drossel aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfeder (26, 126, 133,226) eine progressive Kennlinie hat

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Speicherfeder eine Gasfeder (126) ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Speicherfeder eine Schraubenfeder (226) miteich änderndem Durchmesser ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfeder durch einen Stapel (26) von Tellerfedern mit unterschiedlicher Steifigkeit gebildet ist