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Druckregler für eine verstellbare Pumpe
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Druckregler für
eine verstellbare Pumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Derartige bekannte Druckregler haben die Aufgabe, den von einer Pumpe
erzeugten Flüssigkeitsdruck unabhängig von äußeren Einflüssen konstant zu halten.
Das hat den Nachteil, daß der Einsatz von Pumpen mit derartigen Druckreglern für
Sonderzwecke ungeeignet ist.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Druckregler mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit ihm eine Beeinflussung
des Förderstroms der Pumpe durch die Temperatur einer Flüssigkeit möglich ist. Insbesondere
erzielt man mit diesem Druckregler eine energieverlustarme Steuerung der Anlage
(Verbraucher wie Hydromotor), unabhängig von den unterschiedlichen Drehzahlen der
Pumpe durch ihre Antriebseinheit, z.B.
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eines Dieselmotors.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn der von der Pumpe gespeiste Hydromotor
zum Antrieb eines Lüfters in einer Kühleinrichtung dient. Es wird dafür gesorgt,
daß die erforderliche Lüfterdrehzahl auch bei wechselnden Antriebsdrehzahlen der
Pumpe erhalten bleibt. Deren Volumenstrom wird verlustarm dem jeweils erforderlichen
Bedarf durch Änderung des Fördervolumens angepaßt.
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Durch weitere Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
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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, teilweise im Schnitt, teilweise in schematischer
Darstellung, Figur 2 ein Diagramm, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel, Figur
4 ebenfalls wieder ein Diagramm, Figur 5 ein drittes Ausführungsbeispiel in schematischer
Darstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist mit 10 eine verstellbare
Pumpe bezeichnet, deren den Hub der Förderelemente bestimmendes Stellglied 11 mit
Hilfe zwei eineinander entgegenwirkender Kolben 12, 13 eingestellt wird. Das Stellglied
kann beispielsweise der Hubring einer Radialkolbenpumpe sein. Die Fläche des druckbeaufschlagten
Kolbens 13 ist doppelt so groß wie diejenigen des Kolbens 12. Die Pumpe 11 saugt
Druckmittel aus einem Behälter 14 an und fördert es über eine Verbraucherleitung
15 zu einem Hydromotor 16; von dort
fließt das Druckmittel zum Behälter
14 zurück, Von der Verbraucherleitung zweigen zwei Leitungen J7, 18 nach entgegengesetzten
Seiten ab; die Leitung 18 führt zum Kolben 12, die Leitung 17 führt zu einem Ventilgehäuse
20' eines Druckreglers 20, Im Ventilgehause ist eine Längsbohrung 21 ausgebildet,
in dem ein Steuerschieber 22 gleitend geführt ist. Auf den Steuerschieber 22 wirkt
von der einen Seite her eine Reglerfeder 23 ein, die sich an einem Kolben 24 abstützt,
dessen oberer Teil an einem Dehnstoffelement 25 anliegt. Das Dehnstoffelement befindet
sich in einem Raum 26 eines an das Ventilgehäuse 20 angeschraubten Gehäuses 27.
In den Raum 26 mündet eine das Gehäuse durchdringende Querbohrung 28, wobei an den
Eingang und Ausgang der Querbohrung eine Leitung 29 angeschlossen ist. Diese kommt
beispielsweise vom Kühler einer Brennkraftmaschine und enthält eine Kühlflüssigkeit,
die durch einen Wärmetauscher 30 fließt. Der Hydromotor 16 treibt ein Gebläse 19
an, das Kühlluft durch den Wärmetauscher 30 saugt.
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Das Dehnstoffelement 25 hat einen Stößel 32, an den sich der Kolben
24 anlegt. Die Position des Dehnstoffelements kann mit Hilfe eines Handrads 33 verändert
werden. Hierdurch kann der Sollwert der Kühltemperatur verändert werden oder es
kann eine Not funktion bei Ausfall des Dehnstoffelements durchgeführt werden.
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Am Steuerschieber 22 sind verschiedene Ringnuten zum Steuern des Druckmittels
zu drei im Gehäuse ausgebildeten Kanälen 20 ausgebildet. Diese Kanäle tragen die
Bezeichnungen 34 bis 36; der Kanal 34 ist mit der Leitung 17 verbunden, vom Kanal
35 führt eine Leitung 37 zum Kolben 13 und vom Kanal 36 führt eine Leitung 38 zum
Behälter
14. Im Steuerschieber 22 ist ein von dessen unterem Teil ausgehende Sackbohrung
39 ausgebildet, von der eine Querbohrung ausgeht, die an der Oberfläche des Steuerschiebers
mündet und Verbindung zu den Kanälen 34 und 35 herzustellen vermag. Über die Sackbohrung
39 besteht Verbindung zu einer Kammer 41 an der Unterseite der Längsbohrung 21,
die dort durch eine Verschlußschraube 42 verschlossen ist.
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Wenn die Pumpe 10 Druckmittel fördert, so gelangt dieses nicht nur
zum Hydromotor 16, sondern auch über die Leitung 18 zum Stellkolben 12 und über
die Leitung 17 in den Kanal 34 des Gehäuses 20. Befindet sich der Steuerschieber
in der in Figur 1 gezeichneten Lage, so dringt dieses über eine Ringnut am Steuerschieber
in den Kanal 35 und von hier weiter in die Leitung 37 zum Kolben 13.
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Da dessen Fläche doppelt so groß ist, wird die Stellkraft am Kolben
12 überwunden und das Stellglied 11 der Pumpe 10 auf maximale Fördermenge eingestellt.
Der Förderdruck gelangt nun über die Querbohrung 40 und die Sackbohrung 39 im Steuerschieber
22 auch in die Kammer 41. Bei Erreichen des an der Reglerfeder 23 eingestellten
Förderdrucks wird der Steuerschieber 22 durch den Flüssigkeitsdruck in der Kammer
41 gegen die Kraft der Feder 23 verschoben. Dadurch wird die Verbindung vom Kanal
34 zum Kanal 35 unterbrochen, während Verbindung über den Steuerschieber vom Kanal
35 zum Kanal 36 hergestellt wird. Druckmittel kann jetzt vom Kolben 13 zum Behälter
14 abströmen, Da am Kolben 12 nach wie vor der Förderdruck herrscht, wird nun die
Pumpe 10 auf kleinere Fördermenge eingestellt. Dies geschieht so lange, bis der
Druck so weit gefallen ist, daß die Reglerfeder 23 den Steuerschieber entweder in
Neutralstellung oder seine vorherige Stellung bringt.
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Durch die Leitung 29 strömt Kühlflüssigkeit, beispielsweise vom Kühler
einer Brennkraftmaschine. Hat die Kühlflüssigkeit einen oberen Grenzwert von beispielsweise
800C erreicht, so wird das Dehnstoffelement 25 aktiviert.
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Dadurch fährt sein Stößel 32 aus und verstellt den Kolben 24 in Richtung
des Steuerschiebers 22. Dadurch wird die Reglerfeder 23 stärker vorgespannt, wodurch
ein neuer Abregeldruck für die Pumpe 10 eingestellt wird, das heißt die Zurückstellung
der Pumpe erfolgt nun bei einem höheren Druck, als weiter oben geschildert. Hierdurch
wird auch die Drehzahl des Hydromotors 16 vergrößert, und der Lüfter saugt mehr
Luft durch den Wäremtauscher 30, so daß die Kühlflüssigkeit stärker gekühlt wird.
Ist die oben erwähnte Temperatur der Flüssigkeit unterschritten, dann drückt die
Feder 23 über den Kolben 24 den Stößel 32 des Dehnstoffelements 25 wieder nach innen,
so daß die Reglerfeder 23 wieder ihre frühere Vorspannung erhält.
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Dann wird die Drehzahl der Pumpe 10 wieder gesenkt und der Hydromotor
16 dreht sich auch wieder langsamer. Diese Vorgänge sind im Diagramm nach Figur
2 dargestellt, wo auf der Abszisse der Druck p aufgetragen ist, auf der Ordinate
der von der Pumpe 10 geförderte Volumenstrom Q. Die beiden parallel zur Abregellinie
a verlaufenden gestricheleten Linien b und c bzw. die Strecke d zeigen die Druckänderung
durch die Aktion des Dehnstoffelements 25, die innerhalb des Bereiches d stetig
ist, d.h. proportional zur Temperatur. Die Arbeitsweise des Druckregelventils hat
den Vorteil, daß die erforderliche Drehzahl des Lüfters von der Antriebsdrehzahl
der Pumpe e 10 unabhängig ist, wenn diese z. B. von der zu kühlenden Brennkraftmaschine
angetrieben ist. Die Pumpe liefert dadurch auch stets nur so viel Volumenstromnwie
gerade benötigt wird.
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Anstatt Veränderung der Position des Dehnstoffelements 25 durch das
Handrad 33 kann auch eine Fernverstellung z.B, über einen Bowden-Zug vorgenommen
werden. Die Einstellung des Dehnstoffelements 25 wird normalerweise nur einmal vorgenommen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind gleiche Teile wie beim
Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit denselben Ziffern bezeichnet. Es unterscheidet
sich im wesentlichen von letzterem dadurch, daß dem Druckregler 50 ein Vorsteuerventil
51 vorgeschaltet ist. Das Vorsteuerventil 51 besteht aus den Gehäuseteilen 52, 53,
in denen eine Längsbohrung 54 ausgebildet ist. Im Oberteil der Längsbohrung 54 ist
wiederum das Dehnstoffelement 25 angeordnet, das durch einen das Gehäuse 52 verschließenden
Deckel 55 geschützt ist bzw. direkt in die Rohrleitung des Kühlmittelstromes (29)
ragt. Die Reglerfeder 23 stützt sich einerseits wieder am Kolben 24 ab, andererseits
am kegeligen Ventilköryer 56 eines Druckbegrenzungsventils 57.
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Das Druckbegrenzungsventil 57 ist im Gehäuseteil 53 angeordnet, und
der untere Teil der Bohrung 54, der sich dort zu einer Kammer 59 erweitert, steht
über eine Leitung 60 mit dem Gehäuse 61 des Druckregelventils 50 in Verbindung.
Die Leitung 60 mündet am Gehäuse 61 in einer Einlaßbohrung 63, welche in eine in
einem Gehäuse 61 ausgebildete Längsbohrung 64 mündet, die in ihrem oberen Teil zu
einer Kammer 65 erweitert ist. In der Längsbohrung 64 ist ein SteueEschieber 66
gleitend geführt, auf den von oben her eine in der Kammer 65 angeordnete Druckfeder
67 einwirkt. Im Steuerschieber 66 ist eine durchgehende Längsbohrung 66 " ausgebildet,
die oben in einer Düse 68 endet. Von der Längsbohrung 66' verläuft eine Querbohrung
66' nach außen. Im Gehäuse
61 sind wiederum Kanäle 70, 71, 72 ausgebildet,
die in dieser Reihenfolge mit den Leitungen 17, 37, 38 verbunden sind. Am Steuerschieber
66 und an der diesen aufnehmenden Längsbohrung 64 sind wieder verschiedene Ringnuten
ausgebildet, die die Druckmittelsteuerung von den Kanälen zu den Leitungen übernehmen
- wie es im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 der Fall ist. In der Leitung 60 ist
ein 3/2-Wegeventil 73 angeordnet, mit dem die Leitung 60 über eine Leitung 74 zum
Behälter entlastet werden kann. In der Leitung 74 ist eine einstellbare Drossel
75 angeordnet, mit der von Hand eine gewünschte Drehzahl eingestell werden kann
(Notfunktion).
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Der Druckregler nach Figur 3 arbeitet im Prinzip genauso wie der Druckregler
nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß das Vorsteuerventil
51 mit in Aktion tritt. Das von der Pumpe 10 geförderte Druckmittel gelangt - wie
schon weiter oben beschrieben - in die diversen Leitungen und weiterhin über den
Kanal 70 und die Querbohrung 66' in die Längsbohrung 66" des Steuerschiebers 66.
Von dort fließt das Druckmittel in die Kammer 65 und dann weiter über die Auslaßbohrung
63 und die Leitung 60 in die Kammer 59 des Vorsteuerventils 51. Hat die Pumpe 10
ihren Maximaldruck erreicht, dann öffnet sich das Druckbegrenzungsventil 57 entgegen
der Kraft der Reglerfeder 23, so daß Druckmittel über das Druckbegrenzungsventil
57 und die Auslaßbohrung zum Tank abfließen kann. Dadurch wird auch die Kammer 65
entlastet und durch den Druckabfall des durch die Düse 68 am Steuerschieber 66 fließende
Druckmittels verschiebt sich der Steuerschieber entgegen der Kraft der schwachen
Druckfeder 67, Dadurch wird
der Kolben 13 über den Kanal 72 und
die Bohrung 38 zum Behälter entlastet, so daß der Kolben 12 das Stellglied 11 der
Pumpe 10 auf kleinere Fördermenge einstellt. Ist der Druck entsprechend abgebaut,
dann drückt die Reglerfeder 23 den Ventilkörper 56 wieder auf seinen Ventilsitz
und der Steuerschieber 66 kann entweder eine neutrale Stellung oder seine vorherige
Stellung einnehmen.
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Hat die Temperatur der Kühlflüssigkeit in der Leitung 29 einen oberen
Grenzwert erreicht, dann bewegt der Stößel 32 den Kolben 24 in Richtung Ventilkörper
56, so daß hierdurch die Reglerfeder 23 stärker vorgespannt wird. Damit ist - wie
schon im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben - ein neuer Abregeldruck für
die Pumpe 10 eingestellt. Bei Ausfall des Dehnstoffelements 25 oder bei Bruch der
Reglerfeder 23 wird das 3/2-Wegeventil 73 in Schaltstellung I gebracht, in welcher
das von der Pumpe 10 geförderte Druckmittel über die Leitung 74 gedrosselt zum Behälter
abströmt. Entsprechend dem Querschritt der Drossel 75 stellt sich ein bestimmter
Abregeldruck ein.
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Das Diagramm nach Figur 4 zeigt den Zusammenhang zwischen Drehzahl
n des Ventilators (Abszisse) und dem Betriebsdruck p (Ordinate).
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Durch das thermostatisch gesteuerte Vorsteuerventil 51 wird dafür
gesorgt, daß die erforderliche Drehzahl des Ventilators auch bei wechselnden Antriebsdrehzahlen
der Pumpe (z.B. Dieselmotorantrieb) erreicht wird. Der Förderstrom der Pumpe wird
dem jeweils erforderlichen Bedarf durch Änderung des Fördervolumens angepaßt. d.h.
man erhält eine stetige, temperaturabhängige und energiesparende Drehzahländerung
des Ventilators.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sind gleiche Teile wie zuvor
mit denselben Ziffern bezeichnet. An die Leitung 29 ist diesmal ein elektrischer
Temperatursensor 80 angeordnet, der an ein elektronisches Regelgerät 81 eine der
Flüssigkeitstemperatur in der Leitung 29 proportionale Spannung liefert, Von einer
Anlage 82, z. B, einer Brennkraftmaschine oder einer Kühlanlage wird ebenfalls über
einen Temperatursensor 83 eine der dortigen Temperatur proportionale Spannung an
das Regelgerät 81 geliefert. Diesem wird außerdem noch über eine Eingabe 84 ein
Sollwert eingegeben, um damit bestimmte Druckwerte am Vorsteuerventil 85 zu erreichen,
d.h. bestimmte Grenzwerte der Pumpe 10. Das Vorsteuerventil entspricht im übrigen
prinzipiell dem Steuerventil 20 bis 23 des Ausführungsbeispiels nach Figur 1. Die
Vorspannung der Reglerfeder 23 wird durch einen Elektromagneten 86, z. B. einen
Proportionalmagneten oder einen getakteten Magneten eingestellt, der selbst wieder
vom Regelgerät 81 gesteuert ist. Das Steuerventil 85 steuert Druckmittel zum Stellkolben
13 der Pumpe 10 über die Leitung 37. Die Funktion ist dann dieselbe, wie weiter
oben beschrieben, nur daß hier die Meßwerte auf elektrische Weise gewonnen und verarbeitet
werden.