DE3041873C2

DE3041873C2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Steuerdrucks

Info

Publication number: DE3041873C2
Application number: DE3041873A
Authority: DE
Inventors: Josef 7240 Horb Riedhammer
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-11-06
Filing date: 1980-11-06
Publication date: 1982-12-23
Also published as: DE3041873A1; IT1145705B; JPS57108906A; IT8168437A0; GB2087051B; GB2087051A; FR2493424B1; US4388941A; DK478981A; JPS6053881B2; FR2493424A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Steuerdrucks, mit einer mit der Drehzahl angetriebenen Hilfspumpe, einer in einer Hauptleitung angeordneten festen Meßdrossel, einer Kolbenanordnung mit zwei einander entgegengerichteten Druckflächen, welche dem Druck vor bzw. hinter der Meßdrossel ausgesetzt sind, und einer dem erstgenannten Druck entgegenwirkenden Feder, einer von der Kolbenanordnung gesteuerten Drossel, die in einer von der Hauptleitung abzweigenden Nebenleitung in Reihe mit einer Ablaufdrossel liegt, und mit einem Abgriff für den Steuerdruck zwischen den beiden letztgenannten Drosseln.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise bei hydrostatischen Getrieben dazu benutzt, eine verstellbare Hauptpumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl des sie antreibenden Dieselmotors zu steuern. Sie läßt sich aber auch für andere Zwecke anwenden, beispielsweise wenn die Drehzahl einer Maschine oder die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs durch einen Druck angezeigt werden soll.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 20 08 078) weist die Kolbenanordnung einen Hohlkolben auf, in dessen ausgangsseitig angeordnetem Boden die Meßdrossel angeordnet ist. Stromaufwärts dieser Meßdrossel befindet sich in der Umfangswand des Hohlkolbens eine Bohrung, die mit einer Bohrung im Gehäuse zur Bildung der gesteuerten Drossel zusammenwirkt. Ein bestimmter Druckabfall an der Meßdrossel führt zu einem definierten Querschnitt an der gesteuerten Drossel. Die gesteuerte Drossel und die Ablaufdrossel bilden einen Druckteiler, an dem der Steuerdruck abgegriffen werden kann.

Bei dieser Konstruktion ist der Steuerdruck nur ein sehr ungenaues Abbild der Drehzahl. Da dem Druckabfall allein die Feder entgegenwirkt vollführt der Hohlkolben innerhalb des Drehzahlbereichs einen verhältnismäßig großen Hub mit der Folge, daß die gesteuerte Drossel und damit auch die Ablaufdrossel verhältnismäßig kleine Widerstände haben, der abgezweigte Nebenstrom groß ist und entsprechende Verluste entstehen. Da der gesamte Förderstrom der Hilfspumpe durch die Kolbenanordnung verläuft, treten außerhalb der Meßdrossel zusätzliche Drosselverluste auf. Außerdem wird die Meßdrossel nur von einem Teil des Fördervolumens der Hilfspumpe durchflossen. Der andere Teil fließt vorher über die Nebenleitung ab.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (DE-AS 22 47 437) ist der Hohlkolben zusätzlich mit einer kleineren, vom Steuerdruck beaufschlagten Druckfläche versehen, welche gleichsinnig mit der Feder wirkt. Hierbei wird der Steuerdruck durch eine Zweipunkt-Regelung aufrechterhalten, indem die den Steuerdruck führende Leitung abwechselnd mit der Hauptleitung vor der Meßdrossel und mit einer Ablaufleitung verbunden wird. Der Bewegungshub des Hohlkolbens ist gering. Es ergibt sich aber ein unruhiges Steuerdrucksignal, das zu Instabilitäten führen kann. Es ist auch schon bekannt, bei einer Vorrichtung der letztgenannten Art die Steuerleitung mit der Hauptleitung hinter der Meßdrossel in Verbindung zu bringen (Verstellpumpenregelung DA der Fa. Hydromatik GmbH, Ulm).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die möglichst geringe Verluste hat und ein glattes Steuerdrucksignal abgibt, das Änderungen des Druckabfalls an der Meßdrossel proportional folgt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß die Meßdrossel außerhalb der Kolbenanordnung

liegt und die Kolbenanordnung zusätzlich eine kleinere, vom Steuerdruck beaufschlagte Druckfläche aufweist, welche gleichsinnig mit der Feder wirkt.

Bei dieser Konstruktion sorgt die vom Steuerdruck beaufschlagte zusätzliche Druckfläche dafür, daß eine enge Proportionalität zwischen Änderungen des Druckabfalls an der Meßdrossel und Änderungen des Steuerdrucks gegeben ist. Der erforderliche Bewegungshub der Kolbenanordnung ist klein demzufolge kann die gesteuerte Drossel und daher auch die Ablaufdrossel einen hohen Widerstand erhalten mit der Folge, daß die Nebenstromverluste gering sind. Da der Hauptstrom außerhalb der Kolbenanordnung verläuft, sind auch die Hauptstromverluste infolge unnötiger Drosselung gering. Das Drucksignal ist glatt, weil kontinuierlich ein kleiner Nebenstrom über die gesteuerte und die Ablaufdrossel fließt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Meßdrossel völlig unabhängig von der Koibenanordnung vorgesehen werden kann. Hierdurch können Rohrverbindungen für die Hauptleitung eingespart werden. Wenn die Drehzahl eines Brennkraftmotors durch den Steuerdruck nachgebiidet werden soll, kann eine beliebige mit diesem Motor verbundene Hilfspumpe mit konstantem Fördervolumen pro Umdrehung zur Erzeugung des Druckabfalls an der Meßdrossel herangezogen werden.

Die Drehzahl der Hilfspumpe wird sehr genau berücksichtigt, wenn das gesamte von dieser Hilfspumpe geförderte Volumen über die Meßdrossel fließt. Dies wird bereits erreicht, wenn die Nebenleitung bereits vor der Meßdrossel von der Hauptleitung abzweigt, weil die Nebenstrommengen gering sind. Günstiger ist es jedoch, wenn die Nebenleitung erst hinter der Meßdrossel von der Hauptleitung abzweigt. Es besteht auch die Möglichkeit, die Nebenleitung von einer anderen Pumpe als der Hilfspumpe speisen zu lassen.

Insbesondere kann die Kolbenanordnung einen Vollkolben aufweisen. Ein solcher Vollkolben läßt sich leichter herstellen als ein Hohlkolben und erfordert auch einen geringeren Platz.

Wenn bei der Vorrichtung zur Bildung der gesteuerten Drossel die Kolbenanordnung mit einer ersten Steueröffnung und die zugehörige Gehäusebohiung mit einer zweiten Steueröffnung versehen ist, die sich mit steigendem Druckabfall an der Meßdrossel zunehmend überdecken, ist es günstig, wenn die erste Steueröffnung durch eine Ringnut des Vollkolbens gebildet ist. Eine solche Ringnut läßt sich leicht herstellen und leicht mit der Nebenstromleitung verbinden.

Die Kolbenanordnung setzt sich mit Vorteil zusammen aus einem Stufenkolben, der eine dem Druck vor der Meßdrossel ausgesetzte Stirnfläche, eine hiervon durch einen Bund getrennte Ringnut, die mit dem Druck hinter der Meßdrossel versorgt ist, und einen weiteren Bund aufweist, dessen der Ringnut abgewandle Ringfläche dem Steuerdruck ausgesetzt ist, und aus einem Zusatzkolben, der kraflschlüssig am Stufenkolben anliegt und auf der gegenüberliegenden Stirnfläche vom Druck hinter der Meßdrossel und von der Feder belastet ist. Die Aufteilung in zwei Kolben erleichtert die Herstellung der Bohrung und den Zusammenbau der Vorrichtung.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß eine gemeinsame Gehäuseöffnung zur Versorgung der Ringfläche mit Steuerdruck und als Steueröffnung zur Bildung der gesteuerten Drossel vorgesehen ist.

Eventuelle Leckflüssigkeit kann leicht dadurch beseitigt werden, daß der Raum zwischen Stufenkolben und Zusatzkolben an den Ablauf angeschlossen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild mit einem schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Eine Hilfspumpe 1 mit nur von der Drehzahl

abhängigen Fördermenge ist mit einem Brennkraftmotor 2 verbunden, dessen Drehzahl durch einen Steuerdruck p_s, dargestellt werden soll. Die Hilfspumpe fördert Druckflüssigkeit aus einem Tank 3 über eine in einer Hauptleitung 5 angeordnete als Meßblende ausgebildete Meßdrossel 4. Der Druck vor der Meßdrossel sei p\, der Druck hinter der Meßdrossel p?.

!Der Druckabfall (p\ — pi) über der Meßdrossel 4 ist von der Fördermenge der Hilfspumpe 1 abhängig und daher ein Maß für die Drehzahl dieser Pumpe.

In einem Gehäuse 6 ist eine Koibenanordnung 7 vorgesehen, die aus einem als Stufenkolben ausgebildeten Vollkolben 8 und einem Zusatzkolben 9 besteht, die sich je in einem von zwei durch einen Innenbund 10 getrennten Bohrungsabschnitten 11 und 12 befinden. Der Bohrungsabschnitt 11 ist durch eine Schraube 13 unter Verwendung einer Dichtung 14 verschlossen. Der Bohrungsabschnitt 12 ist durch eine Schraube 15 mit einer Dichtung 16 verschiossen. Die Schraube 15 dient als Widerlager für eine die Kolbenanordnung 7 belastende Feder 17 und kann zur Festlegung einer vorgegebenen Federvorspannung axial verstellt werden.

Der als Stufenkolben ausgebildete Vollkolben 8

besitzt eine Stirnfläche 18 von der Größe Au die einem mit dem Druck p\ versorgten Raum 19 zugewandt ist, der Zusatzkolben 9 besitzt eine Stirnfläche 20 gleicher Größe, welche einem mit dem Druck pt versorgten Raum 21 zugewandt ist. Der Raum 22 zwischen den beiden Kolben steht über eine Leitung 23 mit dem Tank 31 in Verbindung. Im Vollkolben 8 ist zwischen zwei Bunden 24 und 25 eine Ringnut 26 vorgesehen, die über einen Kanal 27 ebenfalls mit dem Druck P₂ versorgt wird. Im Gehäuse 6 ist eine Steueröffnung 28 vorgesehen, die zusammen mit dem Bund 25 eine gesteuerte Drossel 29 bildet. Diese Steueröffnung 28 liegt in einer zum Tank 3 führenden Nebenleitung 30 in Reihe mit einer Ablaufdrossel 31. Diese ist vorzugsweise fest, kann aber auch verstellbar sein. Zwischen den beiden Drosseln 29 und 31 ist ein Abgriff 32 vorgesehen, an dem der Steuerdruck p_s, abgenommen werden kann.

Die Steueröffnung 28 versorgt außerdem einen Raum 3i3 mit dem Steuerdruck p_s(, so daß eine kleinere Druckfläche 34, die in der gleichen Richtung wie die Feder 17 wirkt, vom Steuerdruck p_s, belastet ist.

Anschläge 35 und 36 an den Kolben 8 und 9 sorgen für eine definierte Ruhestellung.

Durch die Zweiteilung der Kolbenanordnung 7 ergibt sich eine leichte Herstellung, weil nämlich der Bohrungsabschnitt 11 von links und der Bohrungsabschnitt 12 von rechts gebohrt werden kann. In beide Bohrungsabschnitte können dann, auch wenn sie nicht absolut genau koaxial verlaufen, der als Stufenkolben ausgebildete Vollkolben 8 bzw. der Zusatzkolben 9 eingeführt werden. Alsdann werden die beiden Bohrungsabschnitte 13 und 15 verschlossen.
Wenn im Betrieb die Hilfspumpe 1 mit einer vorgegebenen Drehzahl läuft, nimmt die Kolbenanordnung 7 eine Gleichgewichtsstellung ein, bei der die folgende Gleichung gilt

_b5 (P\ - P2) · -4t « Pst(A\ - A₂) + F

wobei A\ der Größtdurchmesser beider Kolben 8 und 9, Ai der Durchmesser des als Stufenkolben ausgebildeten Vollkolbens 8 innerhalb des Bundes 10, p\ der Druck vor

der Meßdrossel 4, pi der Druck hinter der Meßdrossel 4, Pttder Steuerdruck und Fdie Kraft der Feder 17 ist.

Solange der Druckabfall mal der Kolbenfläche A\ die Vorspannkraft der Feder 17 nicht überwinden kann, bleibt die gesteuerte Drossel 29 geschlossen und der Steuerdruck entspricht dem Tankdruck. Wenn jedoch der Druckabfall wächst, erfolgt bei einer durch die Vorspannkraft der Feder 17 vorgegebenen Drehzahl das Öffnen der gesteuerten Drossel 29, worauf der Steuerdruck ansteigt, bis der obige Gleichgewichtszustand erreicht ist. Änderungen des Druckabfalls führen zu proportional verstärkten Änderungen des Steuerdruckes. Wenn die Vorspannkraft der Feder 17 verstellt wird, kann man erreichen, daß sich derselbe Steuerdruck bei einer anderen Drehzahl einstellt.

Die Hauptleitung 5 kann mit Abstand vom Gehäuse 6 vorgesehen sein. Es brauchen lediglich Leitungen 35 und 36 mit kleinem Querschnitt von den Abzweigpunkten 37 und 38 zum Gehäuse 6 verlegt zu werden. Es besteht auch die Möglichkeit, den Kanal 27 von der Leitung 36 abzutrennen und durch eine andere Pumpe als die Hilfspumpe 1 zu speisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspriiche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Steuerdrucks, mit einer mit der Drehzahl angetriebenen Hilfspumpe, einer in einer Hauptleitung angeordneten festen Meßdrossel, einer Kolbenanordnung mit zwei einander entgegengerichteten Druckflächen, welche dem Druck vor bzw. hinter der Meßdrossel ausgesetzt sind, und einer dem erstgenannten Druck entgegenwirkenden Feder, einer von der Kolbenanordnung gesteuerten Drossel, die in einer von der Hauptleitung abzweigenden Nebenleitung in Reihe mit einer Ablaufdrossel liegt, und mit einem Abgriff für den Steuerdruck zwischen den beiden letztgenannten Drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdrossel (4) außerhalb der Kolbenanordnung (7) liegt und die Kolbenanordnung zusätzlich eine kleinere, vom Steuerdruck (p_sl) beaufschlagte Druckfläche (34) aufweist, welche gleichsinnig mit der Feder (17) wirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelverbindung (36,27,28) zur Nebenleitung (30) hinter der Meßdrossel (4) von der Hauptleitung (5) abzweigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung (7) einen Vollkolben (8) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der zur Bildung der gesteuerten Drossel die Kolbenanordnung mit einer ersten Steueröffnung und die zugehörige Gehäusebohrung mit einer zweiten Steueröffnung versehen ist, die sich mit steigendem Druckabfall an der Meßdrossel zunehmend überdecken, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steueröffnung durch eine Ringnut (26) des Vollkolbens (8) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Stufenkolben (8), der eine dem Druck (p\) vor der Meßdrossel (4) ausgesetzte Stirnfläche (18), die hiervon durch einen Bund ^24) getrennte Ringnut (26), die mit dem Druck (P₂) hinter der Meßdrossel versorgt ist, und einen weiteren Bund (25) aufweist, dessen der Ringnut abgewandte Druckfläche (34) als Ringfläche ausgebildet und dem Steuerdruck (p_sl) ausgesetzt ist, und durch einen Zusatzkolben (9), der kraftschlüssig am Vollkolben (8) anliegt und auf der der kraftschlüssig anliegenden Seite gegenüberliegenden Stirnfläche (20) vom Druck hinter der Meßdrossel (4) und von der Feder (17) belastet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Gehäuseöffnung zur Versorgung der Druckfläche (34) mit Steuerdruck (psi) und als Steueröffnung (28) zur Bildung der gesteuerten Drossel (29) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (22) zwischen Vollkolben (8) und Zusatzkolben (9) an den Ablauf angeschlossen ist.