DE2944672A1 - Hydraulischer kreislauf mit einer mit einem verbraucher verbundenen pumpe - Google Patents
Hydraulischer kreislauf mit einer mit einem verbraucher verbundenen pumpeInfo
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Description
DEERE & COMPANY 4672
EUROPEAN OfFlCE
Hydraulischer Kreislauf mit einer mit einem Verbraucher verbundenen
Pumpe
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Kreislauf mit einer mit einem Verbraucher verbundenen Pumpe.
In der Regel werden derartige Pumpen von einem Verbrennungsmotor angetrieben, der über einen Anlasser gestartet werden muß. Beim
Anlassen wird selbstverständlich die Pumpe und, wenn noch eine Ladepumpe vorgesehen ist, auch diese vom Anlasser mitgedreht,
und, wenn das sich im hydraulischen Kreislauf noch befindliche öl relativ kalt ist, treten erhebliche Kräfte auf, so daß der
Anlasser sehr groß ausgelegt werden muß. Verschiedene Möglichkeiten zum Abschalten des hydraulischen Systems sind bereits vorgeschlagen
worden, doch sie haben alle den Nachteil, daß sie sehr komplex oder teuer oder beides sind.
Die mit der Erfindung zu lösende -Aufgabe wird darin gesehen, den
Verbraucher beim Anlaufen der Pumpe abschalten zu können, egal ob das sich im Kreislauf befindliche öl nun kalt oder warm ist.
Diese Aufgabe wird nach einem Vorschlag der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Entlastungsventil an die Verbindung der Pumpe
mit dem Verbraucher angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß es über einen Druckabfall geschlossen wird, der jeweils bei
zwei unterschiedlichen Viskositätswerten auftritt. Hierbei entspricht der eine Viskositätswert dem sich im kalten Zustand befindlichen
Druckmittel für den Kreislauf und der andere Viskositätswert dem sich im warmen Zustand befindlichen Druckmittel.
Ein anderer Lösungsvorschlag für die Aufgabe wird darin gesehen, daß ein Entlastungsventil an die Verbindung der Pumpe mit dem
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Verbraucher angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß es über einen Druckabfall geschlossen wird, der bei einer ersten Durchflußmenge
und bei einer zweiten Durchflußmenge auftritt. Hierdurch wird wieder sichergestellt, daß das Entlastungsventil schließt,
wenn beim kalten System ein bestimmter Viskositätswert erreicht wird, und, wenn beim warmen System die Pumpe zu laufen beginnt,
daß dann auch nach einiger Zeit sich das Entlastungsventil
schließt, so daß der Verbraucher mit der Pumpe verbunden ist.
schließt, so daß der Verbraucher mit der Pumpe verbunden ist.
Ein dritter Lösungsvorschlag für die erfindungsgemäße Aufgabe
ist darin zu sehen, daß wiederum ein Entlastungsventil an die
Verbindung der Pumpe mit dem Verbraucher angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß es über einen Druckabfall geschlossen
wird, der in Abhängigkeit der Durchflußmenge bei einem vorherbestimmten Viskositätswert und in Abhängigkeit der Durchflußnenge ohne Viskositätsbeeinflussung auftritt. Auch hierdruch wird
wiederum gewährleistet, daß das Entlastungsventil kurz nach dem Anlaufen der Pumpe schließt, egal ob nun das Druckmittel im
hydraulischen Kreislauf kalt ist oder bereits erwärmt wurde.
ist darin zu sehen, daß wiederum ein Entlastungsventil an die
Verbindung der Pumpe mit dem Verbraucher angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß es über einen Druckabfall geschlossen
wird, der in Abhängigkeit der Durchflußmenge bei einem vorherbestimmten Viskositätswert und in Abhängigkeit der Durchflußnenge ohne Viskositätsbeeinflussung auftritt. Auch hierdruch wird
wiederum gewährleistet, daß das Entlastungsventil kurz nach dem Anlaufen der Pumpe schließt, egal ob nun das Druckmittel im
hydraulischen Kreislauf kalt ist oder bereits erwärmt wurde.
Was das Entlastungsventil anbelangt, so wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß es einen ersten Kanal, der an die Verbindung
der Pumpe mit dem Verbraucher angeschlossen ist, und einen sich daran anschließenden zweiten Kanal aufweist, der mit einem Ablauf
verbunden ist, wobei in den Kanälen ein Ventilkörper zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position derart verschiebbar
ist, daß er in Abhängigkeit vom Druckabfall entgegen
der Wirkung einer Feder in die Schließstellung verstellbar ist.
der Wirkung einer Feder in die Schließstellung verstellbar ist.
Damit der Druck vor dem Ventilkörper auch auf sein rückwärtiges Ende wirken kann, ist ferner vorgesehen, daß sich an den zweiten
Kanal ein dritter Kanal mit einem an den Ventilkörper anschließbaren Schaftteil anschließt, wobei der Schaftteil eine Entlastungsbohrung
aufweist, über die der dritte Kanal mit dem zweiten Kanal verbindbar ist.
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DEERE ά COMPANY
EUROPEAN OFFICE
Hinsichtlich der Zuordnung und Abmessung der Kanäle und des Ventilkörpers ist nach der Erfindung vorgesehen, daß der erste
Kanal einen größeren Durchmesser als der zweite Kanal aufweist und der Ventilkörper aus einem einen kleineren Durchmesser als
der erste Kanal aufweisenden Zylinderteil und einem sich daran anschließenden Kegelteil besteht, die derart angeordnet sind,
daß der Zylinderteil mit radialem Spiel im ersten Kanal und der Kegelteil im wesentlichen im Übergang zwischen dem ersten und
zweiten Kanal angeordnet sind.
Hierbei bestimmen sich der erste und der zweite Kanal sowie der Zylinderteil und der Kegelteil nach folgender Formel:
ΔΡ = 12 Q U L P ( Q ) 2
TT D C3 2 (KXd sin a) '
wobei: Q = der Durchfluß in Zoll3/see,
μ = die dynamische Viskosität in lbf·sec/Zoll2 ,
L = die Länge des Zylinderteils in Zoll, D = der Durchmesser des Zylinderteils in Zoll,
C = der Radius des ersten Kanals minus dem Radius des Zylinderteils in Zoll,
P = die Flüssigkeitsdichte in lbf«see2/Zoll4,
K = der Auslaßkoeffizient,
X = der Verschiebeweg des Ventilkörpers, und zwar der Abstand zwischen der offenen und der geschlossen
Stellung in Zoll,
d = der Durchmesser des zweiten Kanals in Zoll, a = der halbe Spitzenwinkel des Kegelteils.
In der Zeichnung ist ein nachfolgend näher erläutertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
Mit 10 ist ein Verbrennungsmotor bezeichnet, der über einen Anlasser
11 gestartet wird. Der Verbrennungsmotor 10 selbst ist
mit einer Antriebswelle 12 versehen, die zum Antrieb des hydrau-
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lischen Kreislaufes, insbesondere dessen Pumpen, und zwar der
Ladepumpe 14 und der Pumpe 16, dient.
Der hydraulische Kreislauf ist so angelegt, daß die Ladepumpe 14 Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter 18 ansaugt und sie in einen
Einlaß 20 der Pumpe 16 fördert. Unter Druck stehende Flüssigkeit gelangt dann in eine Verbindung 20, die die Pumpe 16 mit einem
oder mehreren Verbrauchern 24 verbindet, so daß diese, beispielsweise
hydraulisch beaufschlagbare Zylinder und Motore mit den zugehörigen
Ventilen, druckbeaufschlagt werden können, über einen
Rücklauf 26 kann die Flüssigkeit von dem oder den Verbrauchern zu dem Sammelbehälter 18 abfließen.
Eine Auslaßleitung 28 verbindet ein Entlastungsventil 30 mit der Verbindung 22. Im einzelnen besteht das Entlastungsventil 30 aus
einem Ventilkörper 32 mit untereinander verbundenen ersten und zweiten und dritten Kanälen 34, 36 und 38. Ein Anschlagstift 40
ist in dem Ventilkörper 32 im Bereich des ersten Kanals 34 in der Nähe seiner Verbindung mit der Auslaßleitung 28 vorgesehen.
An dem der Verbindung des zweiten Kanals 36 mit dem ersten Kanal 34 abgelegenen Ende des Kanals 36 ist ein Ablauf 44 vorgesehen,
der mit dem Einlaß 20 wiederum in Verbindung steht.
Ein Ventilkörper 46 ist in den Kanälen vorgesehen und weist einen Zylinderteil 48, einen Kegelteil 50 und einen Schaftteil 52 auf.
Der Durchmesser des Zylinderteils 48 ist mit "D" und seine Länge
mit "L" bezeichnet. Der Zylinderteil 48 befindet sich in den ersten Kanal 34, und sein radialer Freiraum, das ist der Radius
des ersten Kanals minus dem Radius des Zylinderteils, ist nit "C bezeichnet. Der Zylinderteil 48 ist derart ausgebildet, daß der
Druckabfall über seine Länge durch folgende Gleichung bestinunt
= 12 Q μ L
ΔΡ1 1TDC3 '
ΔΡ1 1TDC3 '
030020/0849
It/-til
DEERE & COMPANY
OfFICE
wobei: Q = der Durchfluß in Zoll3/see,
μ = die dynamische Viskosität in lbf·sec/Zoll2,
D = der Durchmesser des Zylinderteils 48 in Zoll,
C = der Radius des ersten Kanals 34 minus dem Radius des
Zylinderteils 48 in Zoll,
L = die Länge des Zylinderteils 48 in Zoll.
Der Kegelteil 50, der sich an den Zylinderteil 48 anschließt, arbeitet
mit dem zweiten Kanal 36 zusammen, wobei sich ein Auslaßwinkel ergibt, der in der Zeichnung mit "a" bezeichnet ist und
dem halben Spitzenwinkel des Kegelteils 50 entspricht. Der Ventilkörper 46 ist in Längsrichtung aus einer Offen-Stellung, in der
er gegen den Anschlagstift 40 anliegt, in eine geschlossene Stellung verschiebbar, in der der Kegelteil 50 gegen den zweiten Kanal
36 derart anliegt, daß eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem ersten Kanal 34 und dem zweiten Kanal 36 unterbunden ist.
Der Abstand zwischen diesen Endstellungen ist mit "X" bezeichnet. Der Kegelteil 50 arbeitet somit mit dem zweiten Kanal 36 zusammen,
und auch hier entsteht ein Druckabfall ΔΡ2, der sich nach
folgender Gleichung bemißt:
_ P ( Q )2
2 (KXd sin a) '
wobei: P = die Flüssigkeitsdichte in lbf-see2/Zoll4,
K = der Auslaßkoeffizient,
X = der Verschiebeweg des Ventilkörpers 46, und zwar der
Abstand zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung in Zoll,
d = der Durchmesser des zweiten Kanals 36 in Zoll, a = der halbe Spitzenwinkel des Kegelteils 50.
Der Schaftteil 52 ist in dem dritten Kanal 38 verschiebbar und weist eine Entlastungsbohrung 54 auf, die den dritten Kanal 38
mit dem zweiten Kanal 36 verbindet, wodurch zwischen diesen beiden gleiche Druckverhältnisse herrschen. Zwischen dem geschlos-
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senen Ende des dritten Kanals 38 und dem Ventilkörper 46 bzw. dem Schaftteil 52 ist eine Feder 56 mit einer vorherbestimmten
Federkraft und Länge vorgesehen, über die der Ventilkörper 46 gegen den Anschlagstift 40 gedrückt wird, und zwar so lange, bis
die Addition der Druckabfälle an dem Zylinderteil 48 und an dem Kegelteil 50 einen vorherbestimmten Druckabfallwert annimmt, bei
dem der Ventilkörper 46 in seine geschlossene Stellung verschoben wird.
Im Einsatz, wenn der Anlasser 11 den Verbrennungsmotor bzw. seine
Kurbelwelle zum Starten umdreht, werden auch die Ladepumpe 14 und die Pumpe 16 angetrieben, so daß unter Druck stehende Flüssigkeit
über die Verbindung 22 in einer Menge fließt, die teilweise abhängig ist von der Temperatur der Flüssigkeit.
Zu Anfang wird die Flüssigkeit aus der Verbindung 22 in die Auslaßleitung
28 gelangen und dann weiter in den ersten und zweiten Kanal 34 und 36 am Ventilkörper 46 vorbei. Aus dem zweiten Kanal
36 gelangt dann die Flüssigkeit in den Ablauf 44 und unmittelbar danach wieder in den Einlaß 20, so daß eine minimale Restriktion
auf den Durchfluß und eine minimale Last auf die Pumpe 16 wirken, wenn der Verbrennungsmotor 10 angelassen wird.
Da der gesamte Druckabfall an dem Ventilkörper 46 gleich der Summe der einzelnen Druckabfälle am Zylinderteil 48 und am Kegelteil
50 ist, bemißt sich der gesamte Druckabfall ΔΡ, d.h. ΔΡ-| + ΔΡ2» am Ventilkörper 46 nach folgender Formel:
Ap = 12 Q UL £ ( Q ) 2
"* 1TDC3 2 (KXd sin a)
Aus einem Studium dieser Gleichung ergibt sich, daß der Flüssigkeitsdurchfluß
an dem Zylinderteil 48 eine Funktion der dynamischen Viskosität ist, während der Flüssigkeitsdurchfluß an dem
Kegelteil 50 eine Funktion der Flüssigkeitsdichte ist. Da die
- 10 -
0020/0840
EUROPEAN OFfICE
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dynamische Viskosität in großem Maße temperaturabhängig ist, die Flüssigkeitsdichte aber nicht, kann der Auslaßwinkel "a" in dem
Abstand des Schiebeweges "X" des Kegelteils 50 gewählt werden, so daß der nötige Druckabfall erhältlich ist, um den Ventilkörper 46
bei einem ersten gegebenen höheren Durchfluß für heiße Flüssigkeit zu schließen, wenn die dynamische Viskosität ausreichend niedrig
ist, wodurch die Wirksamkeit des Durchflusses am Zylinderteil 48 verringert wird. Gleichzeitig kann der Freiraum "C" des Zylinderteils
48 gewählt werden, um den erforderlichen Flüssigkeitsabfall bei einem zweiten gegebenen niedrigeren Durchfluß für kalte Flüssigkeit
zu bestimmen, wenn die dynamische Viskosität sehr hoch ist.
Wenn der Verbrennungsmotor 10 anspringt, wird er seine untere
Leerlaufdrehzahl annehmen, wodurch die Pumpe 16 die Durchflußrate
der Flüssigkeit in der Verbindung 22 erhöht. Bei einer ersten gegebenen Menge für heiße Flüssigkeit oder einer zweiten gegebenen
Menge für kalte Flüssigkeit wird der Druckabfall an dem Ventilkörper
46 einen Wert erreichen, wo er die Kraft der Feder 56 überwindet, wodurch der Ventilkörper 4 6 in seine geschlossene
Position verschoben wird. Ist nun das Entlastungsventil 30 geschlossen, so wird Flüssigkeit in der Verbindung 22 zu den Verbrauchern
24 gelangen, so daß diese für den normalen Einsatz druckbeaufschlagt werden können.
Wenn der Verbrennungsmotor 10 angehalten wird, dann hört auch
die Pumpe 16 auf, Druckmedium zu fördern, wodurch das Entlastungsventil 30 öffnet und sich in seine in der Zeichnung dargestellte
Position verschiebt.
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Claims (7)
1. Hydraulischer Kreislauf mit einer mit einem Verbraucher
verbundenen Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entlastungsventil (30) an die Verbindung (22) der
Pumpe (16) mit dem Verbraucher (24) angeschlossen und derart ausgebildet ist, daß es über einen Druckabfall
geschlossen wird, der jeweils bei zwei unterschiedlichen Viskositätswerten auftritt.
2. Hydraulischer Kreislauf mit einer mit einem Verbraucher verbundenen Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Entlastungsventil (30) an die Verbindung (22) der Pumpe (16) mit dem Verbraucher (24) angeschlossen und
derart ausgebildet ist, daß es über einen Druckabfall geschlossen wird, der bei einer ersten Durchflußmenge
und bei einer zweiten Durchflußmenge auftritt.
3. Hydraulischer Kreislauf mit einer mit einem Verbraucher verbundenen Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Entlastungsventil (30) an die Verbindung (22) der Pumpe (16) mit dem Verbraucher (24) angeschlossen und
derart ausgebildet ist, daß es über einen Druckabfall geschlossen wird, der in Abhängigkeit der Durchflußmenge
bei einem vorherbestimmten Viskositätswert und in. Abhängigkeit der Durchflußmenge ohne Viskositätsbeeinflussung auftritt.
4. Hydraulischer Kreislauf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Entlastungsventil (30) einen ersten Kanal (34) , der
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EUROPEAN OFFICE
an die Verbindung (22) der Pumpe (16) mit dem Verbraucher (24) angeschlossen ist, und einen sich daran anschließenden
zweiten Kanal (36) aufweist, der mit einem Ablauf (44) verbunden ist, wobei in den Kanälen ein
Ventilkörper (32) zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position derart verschiebbar ist, daß er in
Abhängigkeit vom Druckabfall entgegen der Wirkung einer Feder (56) in die Schließstellung verstellbar ist.
5. Hydraulischer Kreislauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sich an den zweiten Kanal (36) ein dritter Kanal (38) mit einem an den Ventilkörper (32)
anschließbaren Schaftteil (52) anschließt, wobei der Schaftteil eine Entlastungsbohrung (54) aufweist, über
die der dritte Kanal mit dem zweiten Kanal verbindbar ist.
6. Hydraulischer Kreislauf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Kanal (34) einen größeren Durchmesser als der zweite Kanal (36) aufweist und der Ventilkörper (46)
aus einem einen kleineren Durchmesser als der erste Kanal aufweisenden Zylinderteil (48) und einem sich
daran anschließenden Kegelteil (50) besteht, die derart angeordnet sind, daß der Zylinderteil mit radialem
Spiel im ersten Kanal und der Kegelteil im wesentlichen im Übergang zwischen dem ersten und zweiten
Kanal angeordnet sind.
7. Hydraulischer Kreislauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Kanal (34 und 36) sowie der Zylinderteil (48) und der Kegel-
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030020/0849
2944572
DEERE & COMPANY
EUROPEAN OFFICE
teil (50) sich nach folgender Formel bestimmen:
Λ P - 12 Q μ L P ( Q ) a
Tf D C3 2 (KXd sin a) '
wobei: Q = der Durchfluß in Zoll3/see,
μ = die dynamische Viskosität in lbf«sec/Zoll2,
L = die Länge des Zylinderteils (48) in Zoll,
D = der Durchmesser des Zylinderteils (48) in Zoll,
C = der Radius des ersten Kanals (34) minus dem Radius des Zylinderteils (48) in Zoll,
P = die Flüssigkeitsdichte in lbf-see2/Zoll4,
K = der Auslaßkoeffizient,
X = der Verschiebeweg des Ventilkörpers, und zwar der Abstand zwischen der offenen und der geschlossenen
Stellung in Zoll,
d = der Durchmesser des zweiten Kanals (36) in Zoll, a = der halbe Spitzenwinkel des Kegelteils (50).
030020/0840
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US05/959,239 US4249558A (en) | 1978-11-09 | 1978-11-09 | Bypass valve |
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DE2944672A1 true DE2944672A1 (de) | 1980-05-14 |
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DE (1) | DE2944672A1 (de) |
ES (1) | ES485839A1 (de) |
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GB (1) | GB2036929B (de) |
IT (1) | IT1164011B (de) |
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