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Hydraulische Steuereinrichtung
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung
zur ganz- oder teilweisen Zuführung der Förderströme zweier Pumpen unveränderlicher
Fördermenge zu wenigstens einem gemeinsamen Verbraucher nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon eine solche Steuereinrichtung aus der DE-OS 27 33 054 bekannt, bei
welcher die Druckmittelströme zweier Pumpen über zwei Druckwaagen, die als 3-Wegeventile
ausgebildet sind und die verstellbare Drossel eines Servolenkventils zu einem ersten
Verbraucher strömen können. Das Druckgefälle dieser verstellbaren Drossel kann über
ein Steuerleitungsystem parallel auf beide Druckwaagen wirken, so daß diese von
den Förderströmen beider Pumpen abgezweigte Nebenströme in unterschiedlicher Weise
ganz, teilweise oder gar nicht in einen Nebenkreis steuern. Ferner ist hier im Steuerkreis
ein Pilotventil vorgesehen, daß abhängig vom Lastdruck im ersten Kreis die Druckwaage
der zweiten Pumpe so steuert, daß deren Förderstrom voll in den Nebenkreis fließt.
Obwohl mit dieser Steuereinrichtung
eine energiesparende und lastdruckkompensierte
Steuerung möglich ist, hat sie doch den Nachteil, daß sie mit zwei voneinander getrennten,
vollständigen Druckwaagen arbeitet. Dieser Umstand und das zusätzliche Pilotventil
im Steuerkreis führen zu einer relativ aufwendigen Bauweise. Zudem ist für die Umschaltung
des Pilotventils ein ständiger Stuerölstrom zum Tank erforderlich, der zu Energieverlusten
führt.
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Ferner ist aus der US-PS 4 002 027 eine hydraulische Steuereinrichtung
bekannt, bei der zwei von einer Brennkraftmaschine angetriebene Konstantpumpen Druckmittel
über ein Steuerventil zu einem gemeinsamen Verbraucher fördern können. Das Steuerventil
kann hier bei ausreichend großem Strom der ersten Pumpe bzw. bei genügend hohem
Druck zur Energieeinsparung die zweite Pumpe zum Tank entlasten. Obwohl das Steuerventil
relativ einfach baut, hat diese Steuereinrichtung doch den Nachteil, daß keine verstellbare
Drosselstelle im Strom der ersten Pumpe vorhanden ist und das Steuerglied des Steuerventils
auch nicht als Druckwaage arbeitet.
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Die Energieverluste bei dieser Steuereinrichtung sind daher relativ
hoch.
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Weiterhin ist aus der DE-OS 31 42 604 eine hydraulische Steuereinrichtung
bekannt, bei der zwei Konstantpumpen über ein Steuerventil in einen gemeinsamen
Verbraucherkreis fördern können. Obwohl hier das Steuerventil mit einer Drosselstelle
im Hauptstrom und mit einer zugeordneten Druckwaage arbeitet, ist doch von Nachteil,
daß der Förderstrom der zweiten Pumpe nur druckabhangig zu- bzw. abgeschaltet werden
kann.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
sie bei einfacher Bauweise einen energiesparenden- Einsatz von Konstantpumpen für
abgestuften Volumenstrombedarf ermöglicht. Die gleichachsige und hintereinander
liegende Anordnung der Schieber beider Druckwaagen führt zu einer besonders kompakten
und einfachen Bauweise, bei der eine Konstantpumpe bei Nichtbedarf ebenfalls abgeschaltet
werden kann. Auch bei stark schwankenden Antriebsdrehzahlen der Pumpen läßt sich
ein lastdruckuna-bhängiger, kontinuierlich veränderlicher Volumenstrom zum Verbraucher
steuern.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung
möglich. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich gemäß Anspruch 3,
wodurch die Steuereinrichtung besonders schwingungsarm arbeitet.
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Weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus de
Beschreibung und der Zeichnung.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 ein erstes Ausführungsbeispiel in vereinfachter Darstellung mit im Hauptstrom
befindlicher Verstelldrossel und Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit im
Nebenstrom angeordneter Verstelldrossel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Figur 1 zeigt eine Steuereinrichtung
10, mit der aus den Förderströmen einer ersten Konstantpumpe 11 und einer zweiten
Konstantpumpe 12 über ein Steuerventil 13 und eine verstellbare Drosselstelle 14
ein lastiruckunabhängiger, kontinuierlich veränderlicher Volumenstrom zu einem gemeinsamen
Verbraucher 15 gesteuert werden kann. Die Pumpen 11, 12 sind untereinander gleich
ausgebildet und können von einer nicht näher gezeichneten Brennkraftmaschine angetrieben
werden.
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Das Steuerventil 13 besteht aus zwei Druckwaagen, von denen die erste
(16) der ersten Konstantpumpe 11 zugeordnet ist, während die zweite (17) der zweiten
Konstantpumpe 12 zugeordnet ist. Beide Druckwaagen 16, 17 sind in einem gemeinsamen
Gehäuse 18 angeordnet, das zu diesem Zweck in einer durchgehenden Längsbohrung 19
die koaxial zueiander und hintereinander liegenden Schieber 21, 22 beider Druckwaagen
16, 17 aufnimmt.
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Beide Druckwaagen 16, 17 sind in gleicher Weise in 3-Wegeausführung
ausgebildet, wozu im Bereich der ersten Druckwaage 16 die Längsbohrung 19 zu einer
ersten Eingangskammer 23 erweitert ist, die über einen Eingang 24 mit der ersten
Konstantpumpe 11 in Verbindung steht.
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Bezogen auf Figur 1 liegt rechts neben der Eingangskammer 23 eine
Hauptstromkammer 25, deren zugeordneter Hauptausgang 26 über eine Hauptstromleitung
27 mit dem Verbraucher 15 in Verbindung steht. Auf der anderen Seite der mittig
liegenden Eingangs kammer 23 liegt eine erste Nebenstromkammer 28, deren zugeordneter
Nebenausgang 29 über eine Nebenleitung 31 mit einem Tank 32 verbunden ist.
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In entsprechender Weise wie bei der ersten Druckwaage 16 ist in der
zweiten Druckwaage 17 ebenfalls eine mittig liegende, zweite Eingangskammer 33 ausgebildet,
deren zugeordnet er Eingang 34 mit der zweiten Pumpe 12 in Verbindung steht. Eine
neben der zweiten Eingangskammer 33 liegende zweite Hauptstromkammer 35 hat in entsprechender
Weise einen zweiten Hauptausgang 36, der über ein die zweite Druckwaage 17 absicherndes
Rückschlagventil 37 mit der Hauptstromleitung 27 verbunden ist und zwar in einem
Bereich stromaufwärts von der verstellbaren Drosselstelle 14. Die zweite Hauptstromkammer
35 liegt somit angrenzend an die erste Nebenstromkammer 28 der ersten Druckwaage
16. Eine entsprechend ausgebildete zweite Nebenstromkammer 38 hat einen zweiten
Neben auslaß 39, der mit der Nebenstromleitung 31 und damit weiter zum Tank 32 entlastet
ist.
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Der Schieber 21 der ersten Druckwaage 16 begrenzt mit seinem rechten
stirnseitigen Ende in der Längsbohrung 19 einen ersten Druckraum 41, der über eine
erste Steuerle-itung 42 mit dem Druck aus der Hauptleitung 27 stromaufwärts der
verstellbaren Drosselstelle beaufschlagt wird. Ferner begrenzen beide Schieber 21,
22 mit ihren einander zugewandten stirnseitigen Enden in der Längsbohrung 19 einen
zweiten Druckraum 43, der über einen im zweiten Schieber 22 verlaufenden Steuer
kanal 44 mit einem dritten Druckraum 45 am anderen Ende des zweiten Schiebers 22
verbunden ist.
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Eine zweite Steuerleitung 46 verbindet den dritten Druckraum 45 mit
der Hauptstromleitung 27 stromabwärts von der verstellbaren Drosselstelle 14, so
daß der dritte Druckraum 45 vom Lastdruck des Verbrauchers 15 beaufschlagbar ist.
Im zweiten Druckraum 43 ist eine
der ersten Druckwaage 16 zugeordnete,
erste Feder 47 angeordnet, die sich mit ihren Enden an den einander zugewandten,
stirnseitigen Enden beider Schieber 21, 22 abstützt. Die erste Feder 47 drückt somit
den ersten Schieber in die gezeichnete Ausgangslage gegen Anschlag am Gehäuse 18,
wobei der erste Schieber 21 die Verbindung vom Eingang 24 zum Hauptausgang 26 aufsteuert,
während er die Verbindung vom Eingang 24 zum Nebenausgang 29 unterbricht. Fernerhin
befindet sich im Bereich des zweiten Druckraums 43 ein gehäusefester Anschlag 48,
an den sich der zweite Schieber 22 unter der Einwirkung der Kraft einer zweiten
Feder 49 anliegt, die im dritten Druckraum 45 angeordnet und der zweiten Druckwaage
17 zugeordnet ist. Der erste Schieber 21 trägt an seinem an den zweiten Druckraum
43 grenzenden,.
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stirnseitigen Ende bolzenartige Mitnehmer 51, die in der gezeichneten
Ausgangslage des ersten Schiebers 21 im Abstand vom zweiten Schieber 22 enden. Der
erste Schieber 21 kann gegen die Kraft der ersten Feder 47 soweit nach links bewegt
werden, bis er mit seinen Mitnehmern 51 an dem in Ausgangsstellung befindlichen
zweiten Schieber 22 anliegt und damit wegabhängig eine formschlüssige Koppelung
zwischen beiden Schiebern 21, 22 erreicht wird. Ferner sind die Federn 47, 49 mit
unterschiedlich großen Federkonstanten ausgebildet und unterschiedlich stark vorgespannt;
dabei ist die stärkere zweite Feder 49 so vorgespannt, daß deren Kraft auf den zweiten
Schieber 22 in dessen Ausgangslage mindestens gleich oder größer ist als die Kraft
der schwächeren ersten Feder 47 bei aneinandergekoppelten Schiebern 21, 22. nterschiedliehe
Federkonstanten begünstigen die Stabilität ier Regelung.
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Der zweite Schieber 22 ist wie der erste Schieber 21 so ausgebildet,
daß er in seiner gezeichneten Ausgangslage die Verbindung vom zweiten Eingang 34
zum zweiten Hauptausgang 36 aufsteuert, während er die Verbindung vom ersten (34)
zum zweiten Nebenausgang (39) unterbricht.
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Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 wird wie folgt erläutert:
Es sei davon ausgegangen, daß die Drosselstelle 14 voll geöffnet ist und die Summe
der Förderströme beider Pumpen 11, 12 dem von der Drosselstelle 14 angeforderten
Volumenstrombedarf entspricht, wobei die beiden Schieber 21, 22 die gezeichneten
Ausgangslagen einnehmen.
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Wird nun durch Verstellen der Drosselstelle 14 mit Hilfe eines äußeren
Signals deren Durchflußquerschnitt verringert, während die Antriebsdrehzahl beider
Pumpen 11, 12 beibehalten wird, so erhöht sich das von der Drosselstelle 14 verursachte
Druckgefälle. Der Druck stromaufwärts der Drosselstelle 14 kann sich über die erste
Steuerleitung 42 im ersten Druckraum 41 aufbauen, während der Druck stromabwärts
der Drosselstelle 14 über die zweite Steuerleitung 46, den dritten Druckraum 45
und den Steuerkanal 44 im zweiten Schieber 22 sich auch im zweiten Druckraum 43
aufbauen kann. Das erhöhte Druckgefälle der Drosselstelle 14 wirkt somit auf den
ersten Schieber 21 und schiebt in gegen die Kraft der ersten Feder 47 soweit nach
links in eine Regelstellung, wobei die Verbindung von dem Eingang 24 zum Hauptausgang
26 zugesteuert und die Verbindung von ersterem (24) zum Nebenausgang 29 aufgesteuert
wird. Der Förderstrom der ersten Pumpe 11 wird somit von der ersten Druckwaage 16
nur noch teilweise über die Hauptstromleitung 27 zum Verbraucher 15 gefördert, während
die zweite Konstantpumpe 12 bei noch in Ausgangsstellung
befindlichem
zweiten Schieber 22 den vollen Strom zum Verbraucher 15 fördert. Über die Drosselstelle
14 fließt somit ein lastdruckunabhängiger Volumenstrom zum Verbraucher 15. Wird
der Durchflußquerschnitt der Drosselstelle 14 noch weiter verringert, so drosselt
der erste Schieber 21 den von der ersten Pumpe 11 zum Verbraucher 15 fließenden
Teilstrom noch stärker ab und entlastet schließlich die Pumpe 11 zum ersten Nebenausgang
29 und damit zum Tank 32. Bei entlasteter erster Pumpe 11 liegt der erste Schieber
21 mit seinen bolzenartigen Mitnehmern 51 am zweiten Schieber 22 an, so daß beide
Schieber 21, 22 nun starr miteinander gekoppelt sind. Wird nun der Durchflußquerschnitt
an der Drosselstelle 14 noch stärker verringert, so wirkt deren Druckdifferenz weiterhin
auf den ersten Schieber 21, der nun den zweiten Schieber 22 gegen die Kraft der
zweiten Feder 49 nach links schiebt und dabei den zweiten Schieber 22 in seine Regelstellung
bringt, wobei entsprechend der Einstellung der Drosselstelle 14 ein entsprechend
großer Volumenstrom lastdruckunabhängig zum Verbraucher 15 gesteuert wird.
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Der beschriebene Vorgang findet in gleicher Weise statt, wenn sich
bei gleichbleibender Einstellung der Drosselstelle 14 die Antriebsdrehzahl der Konstantpumpen
11, 12 erhöht und damit deren Förderströme über den Volumenstrombedarf der Drosselstelle
14 steigen. Auch in diesem Fall wird ein lastdruckunabhängiger, kontinuierlich veränderlicher
Volumenstrom zum Verbraucher 15 gesteuert, wobei bei Bedarf die erste Konstantpumpe
11 abgeschaltet wird.
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Die Figur 2 zeigt eine zweite Steuereinrichtung 60, die sich von der
ersten Steuereinrichtung 10 nach Figur 1
wie folgt unterscheidet,
wobei gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind: In der ersten
Druckwaage 16 sind in bezug auf die mittig liegende Eingangskammer 23 die erste
Hauptstromkammer 25 sowie die erste Nebenstromkammer 28 zueinander vertauscht angeordnet.
Gleiches gilt für die zweite Druckwaage 17.
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Ferner sind beide Schieber 21, 22 so ausgebildet, daß sie in den gezeichneten
Ausgangsstellungen zusätzlich zu der aufgesteuerten Verbindung vom Eingang 24 zum
Hauptausgang 26 nun auch die Verbindung vom Eingang 24 zum Nebenausgang 29 aufsteuern.
Vor allem aber ist die verstellbare Drosselstelle 14 nun in di.e Nebenstromleitung
31 geschaltet und zwar in einen Bereich, in dem die Nebenströme aus beiden Druckwaagen
16, 17 vereinigt sind. Entsprechend dieser Nebenstromschaltung der Drosselstelle
14 führt nun die erste Steuerleitung 42 in die Nebenstromleitung 31 stromaufwärts
von der Drosselstelle 14. Die zweite Steuerleitung 46 kann in entsprechender Weise
nun zum Tank 32 geführt werden.
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Die Wirkungsweise der zweiten Steuereinrichtung 60 ist entsprechend
der Nebenstromschaltung der verstellbaren Drosselstelle 14 nun sinngemäß umgekehrt.
Bei voll geöffneter Drosselstelle 14 fließen'die Förderströme beider -Pumpen 11,
12 über ihre jeweiligen Druckwaagen 16 bzw. 17 und die Nebenstromleitung 31 zum
Tank 32 ab, so daß praktisch kein Volumenstrom zum Verbraucher 15 fließt. Durch
Schließen der Drosselstelle 14 bei gleichbleibenden Förderströmen der Pumpen 11,
12 wird der erste Schieber 21 in seine Regelstellung gebracht und ermöglicht somit
einen lastdruckunabhängigen Volumenstrom zum Motor 15. Bei Bedarf kann hierbei die
Entlastung der ersten Pumpe 11 über die Nebenstromleitung 31 zum Tank 32 ganz unterbunden
werden, während der Förderstrom der zweiten Pumpe 12 noch voll zum
Tank
32 geleitet wird. Das Rückschlagventil 37 verhindert hierbei einen Druckabbau vom
Verbraucher 15 über die zweite Druckwaage 17 zum Tank 32. Wenn die erste Pumpe 11
ihren vollen Förderstrom an den Verbraucher 15 abgibt, legt sich der erste Schieber
21 mit seinen Mitnehmerbolzen 51 an den zweiten Schieber 22 und drückt auch diesen
in seine Regelstellung. Dabei wird die Verbindung vom zweiten Eingang 34 zum zweiten
Nebenausgang 39 zugesteuert und in entsprechend umgekehrter Weise die Verbindung
zum zweiten Hauptausgang 36 aufgesteuert, so daß ein zunehmender Anteil des Förderstroms
der zweiten Pumpe 12 zum Verbraucher 15 fließt. Somit kann auch hier durch Verstellen
der Drosselstelle 14 ein lastdruckunabhängiger, kontinuierlich veränderlicher Volumenstrom
zum Verbraucher 15 gesteuert werden, unabhängig davon, mit welcher Antriebsdrehzahl
die Konstantpumpen 11, 12 angetrieben werden.
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Selbstverständlich sind an den gezeigten AusSührungsformen Änderungen
möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So können die Druckwaagen
anstelle dar gezeigten Vollschieber auch mit Hohlschieber ausgebildet werden. Auch
kann an die Nebenstromleitung ein zusätzlicher Verbraucher angeschlossen werden.