DE3410071C2 - Hydraulikanlage - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Hydraulikanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine derartige Hydraulikanlage ist aus der DE 30 02 172 A1 bekannt. Bei dieser Hydraulikanlage werden zwei Verbraucher über ein Prioritätsventil von einer verstellbaren Pumpe beaufschlagt. Die Verstellung der Pumpe erfolgt in Abhängigkeit der Arbeitsdrücke der Verbraucher. Das Prioritätsventil ist so ausgelegt, daß ein Primärverbraucher bevorzugt mit Druckmittel versorgt wird. Der Sekundärkreis bzw. der Sekundärverbraucher wird über ein Regel- bzw. Steuerventil beaufschlagt, das zur Veränderung und Aktivierung der Arbeitsgeschwindigkeit des Verbrauchers dient. Die Verstellung des Regel- bzw. Steuerventils erfolgt manuell. Die Verstelleinrichtung der Pumpe wird durch die Drücke des Primär- und Sekundärkreises bzw. der entsprechenden Verbraucher beaufschlagt. Die Verstellung der Pumpe erfolgt also in Abhängigkeit von der Summe der Arbeitsdrücke. Im Betrieb einer derartigen Hydraulikanlage kann es in Abhängigkeit der Arbeitsdrücke zu hohen Verlusten kommen, darüber hinaus kann es auch beim Verstellen der Pumpe zu deutlichen Verlusten kommen.

Aus der EP 42 682 A1 ist darüber hinaus eine Hydraulikanlage bekannt, bei der mehrere in Reihe geschaltete Verbraucher von einer Konstantpumpe versorgt werden. Dabei erfolgt die Versorgung des letzten Verbrauchers über ein Steuerventil, dessen Schaltstellung von einem durch die Temperatur einer Flüssigkeit beeinflußten Element veränderbar ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches so auszubilden, daß der Förderstrom der Pumpe lastdruckabhängig eingestellt wird, daß die Verstellung besonders verlustarm erfolgt und daß der über das Prioritätsventil gesteuerte, im Sekundärkreis liegende Verbraucher zusätzlich in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe, insbesondere der Temperatur eines vom Verbraucher beeinflußbaren Kühlkreislaufes, steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß anhand der kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Damit wird eine lastdruckabhängige Hydraulikanlage geschaffen, die äußerst verlustarm arbeitet und bei der auch die Verstellung mit geringen Verlusten erfolgt. Das Steuerventil des Sekundärkreises wird von einem temperaturgesteuerten Element beaufschlagt.

Eine solche Anlage eignet sich besonders zur Begrenzung und Konstanthaltung der Temperatur der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine, wobei der Sekundärverbraucher ein einen Ventilator antreibender Hydromotor ist und der Ventilator einem von der Kühlflüssigkeit durchströmten Wärmetauscher zugeordnet ist.

Mit einer derartigen Anlage wird vorteilhafterweise eine temperaturabhängige Drehzahländerung des Ventilators er­ reicht. Bei Ausfall des Verbrauchers im Sekundärkreis gibt das Prioritätsventil den vollen Durchflußquer­ schnitt zum Primärkreis frei, so daß der dortige Ver­ braucher stets betriebsbereit ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gehen aus Unteransprüchen hervor.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Hydraulikan­ lage in schematischer Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Hydraulikanlage weist eine verstellbare Pumpe 10 auf, die durch eine Brennkraftmaschine 11 angetrieben ist. Diese saugt über eine Leitung 12 Druckmittel aus einem Behälter 13 an und verdrängt dieses in eine Druck­ leitung 14. Die Druckleitung 14 führt zu einem soge­ nannten Prioritätsventil 15, das als 3/3-Wegeventil mit stetigen Übergängen zwischen den Schaltstellungen a, b, c ausgebildet ist. In Mittelstellung b weist das Ventil 15 eine Verzweigung 16 auf. Vom Priori­ tätsventil führt in Verlängerung der Druckleitung 14 eine Leitung 18 in einen Kreis A, in dem ein Hydro­ motor 20 angeordnet und über die Leitung 18 gespeist wird. In der Leitung 18 ist eine verstellbare Drossel 21 angeordnet. Der Ausgang des Hydromotors 20 führt zu einer Rücklaufleitung 22.

Von einer Stelle der Leitung 18, die vor der Drossel 21 liegt, zweigt eine Steuerleitung 23 ab, die an die eine Stirnseite des Prioritätsventils führt. Von einer Stelle hinter der Drossel 21 zweigt eine Steuerleitung 24 ab, die zu einem Wechselventil 25 führt. Von der Steuerlei­ tung 24 geht eine Steuerleitung 26 aus, die an die andere Seite des Prioritätsventils führt; von dieser Seite her wirkt auch eine Reglerfeder 27 auf das Priori­ tätsventil ein. Die Steuerleitung 26 mündet in eine Steuerleitung 28, die von der ebengenannten Stirn­ seite des Prioritätsventils zu einem Vorsteuerventil 29 führt.

Vom Prioritätsventil 15 führt weiterhin eine Leitung 31 zu einem Steuerventil 32, das als 4/2-Wegeventil mit den Schaltstellungen a und b ausgebildet ist und das ebenfalls stetige Übergänge zwischen diesen beiden Schaltstellungen hat. Die Einstellung des Steuerventils 32 erfolgt unter anderem durch ein Dehnstoffelement 33, das an einer Leitung 34 liegt, durch welche eine Kühlflüssigkeit fließt. Dies kann das Kühlwasser der Brennkraftmaschine 11 sein. In der Leitung 34 befindet sich ein Wärmetauscher 35, durch welchen ein Ventilator 36 Kühlluft bläst. Der Ventilator 36 ist angetrieben von einem Hydromotor 37, welcher in einem Sekundärkreis B liegt. Der Hydromotor 37 wird versorgt über eine Leitung 38, die vom Steuerventil 32 ausgeht. Der Auslaß des Hydro­ motors 37 ist an die Rücklaufleitung 22 angeschlossen.

Entgegen der auf das Steuerventil 32 wirkenden Kraft z. B. des Dehnstoffelements 33 wirkt auf das Steuerventil eine Reglerfeder 39 ein; es ist aber auch mechanisch mittels eines Stößels 40 betätigbar. Vom Steuerventil 32 führt eine Steuerleitung 42 zu einem Wechselventil 43, von dem die Steuerleitung 42 weiterführt zum Wechselventil 25. An die Steuerleitung 42 ist am Steuerventil 32 eine Rücklaufleitung 44 angeschlossen, die in eine Rücklauf­ leitung 45 mündet, welche zum Behälter führt. Die Rück­ laufleitung 45 geht aus vom Wechselventil 43.

Das Steuerventil 32 mit seinen Schaltstellungen a und b stellt in der Schaltstellung b eine Verbindung her von der Leitung 31 zur Leitung 38. In dieser Schaltstellung kann durch entsprechendes Einstellen des Steuerventils ein drosselnder Durchgang geschaffen werden, was durch das Drosselsymbol 46 (Meßdrossel) angedeutet ist. In dieser Stellung ist dann Verbindung hergestellt von der Leitung 31 zur Leitung 38. Das Prioritätsventil 15, das Steuerventil 32, die Drossel 21 und die Wechselventile 25, 43 sind in einem Block C zusammengefaßt, der strich­ punktiert dargestellt ist und eine lastdruckabhängige Steuerung bildet; diese ist auch unter der Bezeichnung Load-sensitives System geläufig.

Die Steuerleitung 42 führt an die eine Seite eines Strom­ regelventils 48, von welcher Seite nach eine Regler­ feder 49 auf das Stromregelventil einwirkt. Von der entgegengesetzten Seite wirkt auf letzteres der Druck aus einer Steuerleitung 50 ein, die von einer Leitung 51 ausgeht, welche an die Förderleitung 14 angeschlossen ist; d. h. daß in der Leitung 51 und der Steuerleitung 50 der Förderdruck der Pumpe 10 herrscht. Die Leitung 51 führt an das Stromregelventil 48 heran, von diesem führt eine erste Leitung 52 zu einem Stellzylinder 53 für die verstellbare Pumpe 10 und eine zweite Leitung 54 zu einer Rücklaufleitung 55.

An die Leitung 51 ist außerdem über eine Leitung 58 noch ein Druckregelventil 59 angeschlossen, das als 3/2-Wege­ ventil ausgebildet ist. Auf dessen eine Stirnseite wirkt über eine Steuerleitung 60 der Druck aus der Leitung 51 ein, auf seine andere Seite eine Druckfeder 61. Vom Druckregelventil 59 führt eine erste Leitung 62 zur Leitung 52 und eine zweite Leitung 63 zur Rücklauflei­ tung 55. Auf den Kolben 53′ des Stellzylinders 53 wirkt entgegen dem Flüssigkeitsdruck eine jeder 64 ein. An die Leitung 14 ist über eine Leitung 65 ein Druckbe­ grenzungsventil 66 angeschlossen, das den Höchstdruck in der Anlage festlegt und begrenzt.

Das Stromregelventil 48, das Druckregelventil 59 und der Stellzylinder 53 bilden eine Pumpenverstelleinrichtung D, die durch einen strichpunktierten Kasten gekennzeichnet ist.

Die Hydraulikanlage wird wie folgt betrieben: Wenn die Pumpe 10 Druckmittel in die Druckleitung 14 fördert und der Drossel 21 eine bestimmte Durchflußmenge vorgegeben ist, so nimmt das Prioritätsventil 15 seine Schaltstellung b ein. Das Druckmittel wird nun aufgeteilt und fließt einerseits über die Leitung 18 in den Primärkreis A zum Hydromotor 20 und andererseits über die Leitung 31 und das sich in Schaltstellung b befindliche Steuerventil 32 sowie die Leitung 38 in den Sekundärkreis B und somit zum Motor 37. Der am Hydromotor 20 wirkende Lastdruck wird über die Steuerleitung 24 zum Wechselventil 25 fort­ gepflanzt. Dasselbe geschieht am Hydromotor 37. Das Steuerventil 32 befindet sich dabei in Schaltstellung b, wobei der Drosselspalt 46 mehr oder weniger stark geöffnet ist. Der Lastdruck am Hydromotor 37 wird dabei über die Steuerleitung 42 zum Wechselventil 43 fortgepflanzt. Nur der höhere der beiden Drücke wird dabei durch entsprechende Stellung der Wechselventile 25, 43 über die Leitung 42 zum Stromregelventil 48 fortgepflanzt. Ist beispiels­ weise der Arbeitsdruck am Hydromotor 37 größer als am Hydromotor 20, so wird das Wechselventil 25 geschlossen, so daß kein Druckmittel über die Steuerleitung 24 in die Steuerleitung 42 eindringen kann. Durch den Druck in der Steuerleitung 42 wird nun das Stromregelventil 48 gerade so eingestellt, daß die Pumpe 10 den Druck­ mittelstrom erbringt, der gerade benötigt wird. Wird z. B. der Durchflußquerschnitt an der Drossel 46 des Steuer­ ventils 32 vergrößert, so wird der Druckabfall an dieser kleiner. Damit ändert sich auch der Differenzdruck am Stromregelventil 48 infolge eines geänderten Druckes in der Steuerleitung 42′ und die Pumpe 10 wird so lange auf größere Fördermenge eingestellt, bis der zunehmende För­ derstrom den erforderlichen Druckabfall an der Drossel 46 erreicht hat.

Die Auslegung des Prioritätsventils 15 ist derart, daß sich die Durchflußquerschnitte zum Primär- und Sekundär­ kreis im Verhältnis der gewünschten Druckmittelströme aufteilen. Beim Betätigen beider Hydromotoren 20, 37 und einer bestimmten Einstellung der Drossel 21 tritt die weiter oben erwähnte Stromteilungsfunktion am Prioritätsventil in Kraft und es regelt den Druck­ mittelstrom zum Primär- und Sekundärkreis.

Die Drücke in den beiden Kreisen können unterschiedlich sein:

Es sei angenommen, daß der Druck im Primärkreis A, d. h. am Hydromotor 20 niedriger ist als im Sekundärkreis B. Dadurch kommt das Steuerdrucksignal für die Verstellung der Pumpe 10 aus dem Sekundärkreis über das Steuerventil 32 in die Steuerleitung 42. Da im Sekundärkreis bzw. im Steuerventil 32 die Meßdrossel 46 liegt, wird der Förder­ strom der Pumpe um den in den Primärkreis abgezweigten Verbraucherstrom nachgeregelt (vergrößert). Beide Ver­ braucher werden nun voll befriedigt.

Es sei nun angenommen, daß der Druck im Primärkreis A größer ist als im Sekundärkreis B. In diesem Fall kommt das Steuerdrucksignal für die Verstellung der Pumpe 10 über die Steuerleitung 24 zum Wechselventil 25. Dieses wird so geschaltet, daß vom Wechselventil 43 her kein Druckmittel in die Leitung 42 gelangen kann. Die Ver­ sorgung des Hydromotors 20 wird am Prioritätsventil 15 geregelt. Auf die eine Seite desselben wirkt über die Steuerleitung 23 der Druck vor der Drossel 21, auf seine entgegengesetzte Seite über die Steuerleitungen 24, 26 der Druck hinter der Drossel 21; außerdem wirkt von hier noch die Reglerfeder 27. Das Prioritätsventil 15 nimmt dabei wieder seine Mittelstellung ein. In dieser auch als Stromteilerstellung bezeichneten Regelstellung fließt der Restförderstrom über das Steuerventil 32 zum Hydromotor 37. Der im Primärkreis absinkende Druck be­ wirkt eine zusätzliche Verstellung des Prioritätsven­ tils 15, so daß der Druckabfall zum Primärkreis kleiner und der zum Sekundärkreis größer wird.

Hat die Kühlflüssigkeit in der Leitung 34 einen bestimmten oberen Grenzwert erreicht, so tritt das Dehnstoffelement 33 in Aktion. Dadurch wird das Steuerventil 32 so einge­ stellt, daß der Durchflußquerschnitt von der Leitung 31 zur Leitung 38 größer wird und der Hydromotor 37 mehr Druckmittel erhält. Der Ventilator dreht sich schneller, so daß die Kühlflüssigkeit im Wärmetauscher 35 so weit abgekühlt wird, bis das Dehnstoffelement 33 wieder außer Aktion tritt und die Feder 39 das Steuerventil 32 in seine vorherige Stellung bringt. Durch die hierdurch entstandene neue Druckdifferenz an der Drossel 21 wird die Pumpe 10 dann wieder so eingestellt, daß sie mehr Druckmittel fördert, so daß der Hydromotor 20 stets bevorzugt mit Druckmittel versorgt wird.

Wenn die Drossel 21 vollkommen geschlossen würde, was in der Praxis nicht der Fall ist, dann wird das Priori­ tätsventil in seine Schaltstellung c gebracht, da nun in der Steuerleitung 26 kein Druck mehr herrscht. Alles von der Pumpe 10 geförderte Druckmittel würde in die Leitung 31 und zum Hydromotor 37 fließen.

Wenn in der Steuerleitung 28 ein oberer Druckgrenzwert erreicht ist, öffnet sich das Vorsteuerventil 29, wo­ durch Verbindung hergestellt wird von der Steuerleitung 28 zur Rücklaufleitung 45. Das Prioritätsventil gelangt dann in seine Schaltstellung c, in welcher alles Druck­ mittel in den Sekundärkreis B fließt.

Bei Ausfall des Dehnstoffelements 33 kann über den Stößel 40 das Steuerventil 32 so eingestellt werden, daß stets noch ein bestimmter Druckmittelstrom zum Hydromotor 37 fließt.

Das Druckregelventil 59 tritt in Aktion, wenn in der Leitung 51 ein durch die Feder 61 vorgegebener Druck erreicht ist. Dann wird das Druckregelventil in seine Schaltstellung b gebracht, in welcher Druckmittel aus der Leitung 51 in die Leitung 62 und zum Stellzylinder 53 fließt. Die Pumpe wird nun auf Nullfördermenge ein­ gestellt.

Anstatt des Dehnstoffelements 33 am Steuerventil 32 ist auch die Verwendung eines elektrisch ansteuerbaren Ma­ gneten, z. B. Proportionalmagnet, getakteter Schalt­ magnet, mit entsprechender Regelelektronik möglich. Die Signale liefert ein auf wechselnde Temperaturen an­ sprechender Sensor.

Mit der erfindungsgemäßen Anlage erreicht man also eine energieverlustarme Steuerung der Pumpe 10 und eine stetige temperaturabhängige Drehzahländerung des Ventilators 36. Eine Geräuschbelästigung durch schlagartige Drehzahl­ erhöhung des Ventilators unterbleibt, da die Drehzahl­ erhöhung stetig erfolgt. Bei Ausfall des Dehnstoffele­ ments 33 wird über eine Handverstellung eine bestimmte Drehzahl des Ventilators eingestellt (Notfunktion). Bei Ausfall des Hydromotors 20 gibt das Prioritätsventil 15 den Durchfluß zum Sekundärkreis frei; der Ventilator ist weiterhin betriebsbereit.

Claims (9)

1. Hydraulikanlage mit einem von einer verstellbaren Pumpe (10) über ein Prioritätsventil (15) versorgten Primärkreis (A) und einem parallel dazu geschalteten Sekundärkreis (B) mit zugehörigen Verbrauchern (20, 37), deren Arbeitsdrücke an eine Verstelleinrichtung (D) der Pumpe (10) heranführbar sind und wobei der Primärkreis (A) bevorzugt über das Prioritätsventil (15) versorgt wird und im Sekundärkreis (B) zwischen dem Prioritätsventil (15) und dem Verbraucher (37) ein Steuerventil (32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der höhere der Arbeitsdrücke der Verbraucher (20, 37) mittels zwischengeschalteter Wechselventile (25, 43) auswählbar und über eine Steuerleitung (42) an ein Stromregelventil (48) der Verstelleinrichtung (D) herangeführt ist, daß die Schaltstellung des Steuerventils (32) von einem durch die Temperatur einer Flüssigkeit beeinflußten Element (33) veränderbar ist und daß in Durchflußstellung des Steuerventils (32) eine stetige Verbindung vom Verbraucher (37) des Sekundärkreises (B) zum in der Steuerleitung (42) angeordneten zugehörigen Wechselventil (43) hergestellt ist.

2. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Temperatur der Flüssigkeit beeinflußte Element (33) ein Dehnstoffelement ist.

3. Hydraulikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Prioritätsventil (15) und dem Primärkreis (A) eine Drossel (21) angeordnet ist.

4. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prioritätsventil (15) einerseits vom Druck stromauf der Drossel (21) beaufschlagt ist, andererseits vom Druck stromab der Drossel und dort zusätzlich von einer Feder (27) belaset ist.

5. Hydraulikanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Prioritätsventil (15) ein Druckventil (29) zugeordnet ist, das vom Druck stromab der Drossel (21) beaufschlagt ist.

6. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prioritätsventil als 3/3-Wege-Ventil mit verzweigter Mittelstellung ausgebildet ist.

7. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das einerseits vom Druck in der Steuerleitung (42) beaufschlagte Stromregelventil (48) dort zusätzlich von einer Regelfeder (49) belastet ist und daß andererseits das Stromregelventil vom Förderdruck der Pumpe beaufschlagt ist.

8. Hydraulikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpe (10) ein Druckregelventil (59) zugeordnet ist, das ebenso wie das Stromregelventil (48) mit einem Verstellzylinder (53) der Pumpe (10) in Wirkverbindung steht.

9. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Temperatur der Flüssigkeit beeinflußte Element (33) ein elektrischer Temperaturfühler ist, der einen Elektromagneten für die Betätigung des Steuerventils (32) steuert.