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Hydr aul ikanlage Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer
Hydraulikanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Um Hydraulikanlagen wirtschaftlich
betreiben zu können, ist es bekannt, die Pumpe so einzustellen, daß sie gerade den
vom Verbraucher benötigten Druck und den von ihm benötigten Förderstrom erbringt.
Zu diesem Zweck wird der am Verbraucher herrschende Lastdruck einem Stromregelventil
zugeleitet, das beispielsweise eine Stelleinrichtung für die Pumpe so steuert, daß
die obengenannte Forderung erfüllt wird. Solche bekannten Anlagen und Einrichtungen
sind zum Teil sehr aufwendig, wenn z. B. eine Verstellpumpe verwendet werden muß,
oder sie arbeitet noch nicht wirtschaftlich optimal.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Hydraulikanlage mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie
verhältnismäßig einfach und kompakt ausgebildet ist und einen besonders wirtschaftlichen
Betrieb erlaubt. Mit dieser Einrichtung ist es insbesondere nöglich, die Drehzahl
der Pumpe nur so hoch einzustellen, daß gerade der benötigte.DruckmitteIstrom gefördert
wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen
der im Hauptanspruch. angegebenen Merkmale möglich. Erfindungsgemäße Einrichtungen
können bei Anlagen mit oder ohne verstellbare Pumpe angewendet werden.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 einen erfindungswesentlichen Teil einer Hydraulikanlage in schematischer Darstellung,
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein LS-Wegeventil, Figur 3 ein Diagramm, Figur
4 einen Teilschnitt durch eine Abwandlung eines ebensolchen Ventils, Figur 5 ein
Diagramm, Figuren 6 und 7 weitere Abwandlungen der Ausführungsbeispiele nach den
Figuren 2 und 4.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 1 ist mit 10 eine Pumpe
bezeichnet, die Druckmittel aus einem Behälter 11 ansaugt und dieses in eine Förderleitung
12 verdrängt. An die Förderleitung 12 ist ein Wegeventil 13 in load-sensing-Ausführung
mit einer Druckwaage angeordnet. Vom Wegeventil 13 führt die Förderleitung zu Mehrwegeventilen
für hydraulische Verbraucher, die - da nicht erfindungswesentlich - nicht dargestellt
sind. An diesen Wegeventilen wird der höchste, an einem Verbraucher herrschende
Lastdruck abgenommen und über eine Steuerleitung 114 ins Wegeventil .13 zurückgemeldet.
Derartige Anlagen sind an sich bekannt und infolgedessen nicht weiter dargestellt.
Von den nicht dargestellten Wegeventilen führt eine Rücklaufleitung 15 zum Behälter
zurück, Die Pumpe 10 ist von einer Antriebsmaschine
16, z. B. einem
Dieselmotor, angetrieben, deren Drehzahl mittels eines Drehzahlreglers 17 einstellbar
ist, und der selbst wiederum durch einen hydraulisch beaufschlagten Stellzylinder
18 betätigbar ist. Der Stellzylinder nimmt einen Kolben 19 auf, auf den einerseits
von einem Druckraum 20 her ein Flüssigkeitsdruck über eine Leitung 21 einwirkt,
welche an das Wegeventil 13 angeschlossen ist. Entgegen dem Flüssigkeitsdruck wirkt
auf den Kolben 19 eine Druckfeder 22.
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Die Figur 2 zeigt das Wegeventil 13 im einzelnen. Dieses weist ein
Gehäuse 24 auf, in dem eine durchgehende Längsbohrung 25 ausgebildet ist. Diese
ist von einer das Gehäuse 24 quer durchdringenden Bohrung 26 geschnitten, an welche
die Förderleitung 12 angeschlossen ist. An das Ende der Längsbohrung 25 ist der
letzte Teil der Rücklaufleitung 15 angeschlossen. Im Gehäuse 24 ist ein Ringkanal
27 ausgebildet, welcher die Längsbohrung 25 zweimal schneidet, nämlich in ihrem
mittleren Teil und nahe der Auslaßbohrung 28.
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In der Längsbohrung 25 ist ein Steuerschieber 30 - der eine sogenannte
Druckwaage darstellt - gleitend geführt.
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Er hat an seinem rechten Ende einen Kolbenteil 31, an dessen vorderem
und hinterem Ende zwei Steuerbunde 32, 33 ausgebildet sind. Den Kolbenteil 31 durchdringt
in seiner Längsrichtung eine Bohrung 34 (sie ist nur gestrichelt dargestellt), in
der eine Dämpfdrossel 35 angeordnet ist. Auf dieser Seite des Steuerschiebers 30
ist die Längsbohrung durch eine Verschlußschraube 36 versch.lossen, und dieser Teil
der Längsbohrung bildet einen Druckraum 37t Parallel zur Bohrung 26 verläuft im
Bereich des Kolbenteils 31 des Steuerschiebers 30 aus eine Bohrung 39 bis zum Äußeren
des Gehäuses, wo sie verschlossen ist.
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Die Bohrung 39 mündet in eine quer zu ihr verlaufende Bohrung 40,
an welche die Leitung 21 angeschlossen ist, Nahe der Verschlußschraube 36 ist an
diesem Teil der Längsbohrung eine Ringnut 41 ausgebildet, von der eine parallel
zur Längsbohrung 25 verlaufende, die Bohrung 26 nicht schneidende Bohrung 42 ausgeht
und in den Kanal 27 mündet, An den Kolbenteil 31 des Steuerschiebers 30 schließt
sich eine relativ lang ausgebildete Ringnut 43 an, auf welche ein Kolbenteil 44
folgt, der etwa im mittleren Teil der Längsbohrung 25 geführt ist. Der Kolbenteil
44 hat noch einen Fortsatz 45, der sich zur Auslaßbohrung 28 hin erstreckt. An der
durch den Kolbenteil 44 und den Fortsatz 45 gebildete Ringschulter 46 legt sich
das eine Ende einer Druckfeder 47 an, deren anderes Ende an eine die Längsbohrung
25 verschließenden Schraube 48 anliegt An der dem Kolbenteil 31 zugewandten Stirnseite
des Kolbenteils 44 sind mehrere Feinsteuerkerben 44' ausgebildet.
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An den die Druckfeder 47 aufnehmenden Ringraum 50 schließt sich eine
Ausnehmung 51 an, in welche die Steuerleitung 14 mündet. Nahe der Schraube 48 mündet
in die Längsbohrung 25 eine Ausnehmung 53, in welche das Endteil des Gehäuses 54
eines Druckbegrenzungsventils 55 ragt, das in eine Bohrung 56 des Gehäuses eingeschraubt
ist. Das Druckbegrenzungsventil 55 ist von üblicher Bauart, so daß es nicht weiter
beschrieben ist. Es sei lediglich erwähnt, daß sein Schließkörper 57 vom Druck im
Ringraum 50 beaufschlagt ist, welcher Druck dem höchsten herrschenden Verbraucherdruck
entspricht.
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Wenn die Pumpe 10 Druckmittel in die Förderleitung 12 verdrängt, so
gelangt dieses über die Bohrung 26 im Gehäuse 24 zu den Wegeventilen und zu den
Verbrauchern, Der in der Förderleitung 12 herrschende Druck pflanzt sich über die
Bohrung
34 im Steuerschieber 30 auch in den Druckraum 37 fort. Hier wirkt er auf den Kolbenteil
31 des Steuerschiebers. Der Verbraucherdruck wird an einem Wegeventil abgegriffen
und gelangt über die Steuerleitung 14 in die Ausnehmung 51 und herrscht auch im
Druckraum 50, wo er auf das Kolbenteil 44 bzw. den Fortsatz 45 zusammen mit der
Feder 47 auf den Steuerschieber 30 einwirkt. Herrscht Kräftegleichgewicht zwischen
dem Druck im Druckraum 37 und den eben genannten Kräften, dann befindet sich der
Steuerschieber etwa in der in der in Figur 2 dargestellten Position. In Neutralstellung
der Wegeventile herrscht im Druckraum 50 kein Druck, so daß der im Druckraum 37
herrschende Druck den Steuerschieber 30 weit entgegen der Kraft der Druckfeder 47
nach links verschiebt. Dadurch wird Verbindung hergestellt von der Bohrung 26 zum
Kanal- 27 und zur Rücklaufleitung 15, Damit ist die Pumpe völlig entlastet. Wird
nun ein Wegeventil für den Verbraucher betätigt, so baut sich nach und nach im Druckraum
50 ein Druck auf, welcher dem Verbraucherdruck entspricht. Der Steuerschieber wird
dadurch allmählich nach rechts verschoben. Der Förderstrom der Pumpe 10 bleibt so
lange unverändert,-bis der Kolbenteil 44 die Verbindung von der Bohrung 26 zum Kanal
27 unterbricht und bis weiterhin Verbindung hergestellt wird über den Steuerbund
32 am Kolbenteil 31 von der Bohrung 26 zur Bohrung 39. Nun baut sich in der Leitung
21 Druck auf, welcher den Kolben 19 im Stellzylinder 28 so verschiebt, daß der DrehzaLlregler
17 die Antriebsmaschine 16 auf eine höhere Drehzahl einstellt. Damit wird der Förderstrom
der Pumpe 10 mit zunehmendem Druckmittelstrom zum Verbraucher vergrößert.
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Wird das Wegeventil wieder in Richtung seiner Neutralstellung verschoben,
dann wird der Druck im Druckraum 50 geringer und der Steuerschieber 30 wird wieder
entgegen
der Kraft der Feder 47 nach links versch.oben, Es wird
wieder Verbindung hergestellt von der Bohrung 26 zum Kanal 27, so daß der Druck
in der Förderleitung 12 sinkt, Damit wird der Druck im Druckraum 20 des Stellzylinders
18 über die Bohrungen 40, 39 und über den Steuerbund 32 ebenfalls entlastet, so
daß die Feder .22 den Kolben 19 des Stellzylinders in entgegengesetzter Richtung
verstellt wie zuvor. Die Drehzahl der Antriebsmaschine sinkt, der Förderstrom der
Pumpe 10 wird geringer, Die Fördermenge der Pumpe wird dadurch immer gerade so eingestellt,
wie sie von den Verbrauchern benötigt wird. Dies zeigt das Diagramm nach Figur 3.
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Im Diagramm nach Figur 3 ist auf der Abszisse der Druck p im Druckraum
20 des Stellzylinders 18 aufgetragen, auf der Ordinate der Zylinderhub des Stellzylinders
bzw. rechts die Drehzahl der Antriebsmaschine von der Leerlauf- bis zur vollen Motordrehzahl.
Mit einem Wegeventil nach Figur 2 ist demnach keine angehobene Grunddrehzahl realisierbar.
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Eine solche Möglichkeit ergibt sich jedoch durch das Ausführungsbeispiel
nach Figur 4. Es sind nur die Unterschiede gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach
Figur 2 dargestellt, wobei gleiche Teile wie zuvor mit den selben Bezugsziffern
bezeichnet sind.
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Der Steuerschieber ist jetzt mit 60 bezeichnet und weist an seinem
dem Druckraum zugewandten Ende eine Sackbohrung 61 auf, in der ein Steuerkölbehen
62 eines Strombegrenzungsventil 63 entgegen der Kraft einer Reglerfeder 64 geführt
ist. Die Sackbohrung 61 ist an ihrem freien Ende durch eine Verschlußschraube 65
verschlossen, an der sich die Reglerfeder 64 abstützt. In das Ende der Sackbohrung
dringt eine Querbohrung 66 ein, die mit der Bohrung 26 in Verbindung steht, Damit
kann der Druck in dieser Bohrung in die Sackbohrung 61 eindringen. Das Steuerkölbchen
62
hat einen Bund 68, der von einer Bohrung 69 durchdrungen ist, in der eine Drossel
70 angeordnet ist.
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Dadurch sind die beiden Seiten der Sackbohrung über die Bohrung 69
miteinander verbunden, In den die Reglerfeder 64 aufnehmenden Teil der Sackbohrung
61 mündet noch eine Bohrung 71, die von der Oberfläche des Kolbenabschnitts 72 ausgeht.
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In die Bohrung 39 dringt, von der Oberfläche des Gehäuses 24 ausgehend,
eine Stufenbohrung 75 ein, wobei der Übergang der beiden Stufen einen Ventilsitz
76 für einen Ventilkörper 77 eines Druckbegrenzungsventils 78 bildet, der durch
eine Druckfeder 79 auf den Sitz gedrückt wird. Hinter dem Ventilsitz mündet in die
Stufenbohrung 75 eine Bohrung 81, die zur Längsbohrung 25 führt. Am Kolbenabschnitt
72 ist eine Ringnut 82 ausgebildet.
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Wenn die Wegeventile nicht zugeschaltet sind, d, h. sich in Neutralstellung
befinden, ist der Steuerschieber 60 weit nach links verschoben, so daß das von der
Pumpe geförderte Druckmittel unmittelbar von der Bohrung 26 über die Längsbohrung
25 in den Kanal 27 und zum Behälter fließt. Wird ein Wegeventil betätigt, dann verschiebt
der Lastdruck den Steuerschieber 16 nach rechts, so daß der zuvor geschilderte Durchflußquerschnitt
wesentlich kleiner wird. Dabei kommt die Bohrung 71 im Steuerschieber mit der Bohrung
39 in Verbindung, und zwar über die Bohrung 66, die Sackbohrung 61 und die Bohrung
69 im Steuerschieber. Dabei befindet sich das Steuerkölbchen 62 in der in Figur
4 gezeichneten Lage, d,h, sein Bund 68 schließt die Bohrung 71 nicht, Im Diagramm
nach Figur 5 - in dem dieselben Parameter aufgetragen sind - ergibt sich nun eine
Drehzahlanh.ebung, was durch die schräge Linie gekennzeichnet ist, da Druckmittel
über die Bohrung
39 und die Leitung 21 zum Stellzylinder 18 fließen
kann.- Ist ein bestimmter Druck erreicht, dann öffnet sich das Druckbegrenzungsventil
77, worauf der Steuerölstrom über die Bohrung 81, den Ringkanal 82 und die Bohrung
42 zum Kanal 27 und zum Rücklauf fließt. Dieser Druckmittelstrom wird durch das
Strombegrenzungsventil 63 begrenzt.
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Wird die Verbindung von der Bohrung 26 über den Steuerschieber 60
zum Kanal 27 durch Zusteuern der Bohrung 81 mehr und mehr geschlossen, wird auch
der abfließende Ölstrom am Druckbegrenzungsventil 77 angedrosselt, Um diese Druckdifferenz
wird das Ansaugdrucksignal in der Leitung 21 über den Wert des Druckbegrenzungsventils
angehoben, d. h. es fließt verstärkt Druckmittel über die Leitung 21 zum Stellzylinder
18, was eine Drehzahlerhöhung der Pumpe bewirkt, wodurch auch der Förderstrom weiter
ansteigt; die Kurve im Diagramm nach Figur 5 steigt wiederum an. Mit dieser Ausbildung
erhält man ein der Stellung des Stromregelschiebers 60 zugeordnetes Drucksignal
in der Leitung 21.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 stellt eine Abwandlung desjenigen
nach Figur 2 dar, wobei die Beaufschlagung des Stellzylinders 18 nunmehr nicht vom
Förderdruck der Pumpe über die Bohrung 26 erfolgt, sondern vom Verbraucherdruck
her. Zu diesem Zweck ist im Steuerschieber - nunmehr mit 90 bezeichnet, eine längsverlaufende
Sackbohrung 91 ausgebildet, die vom linken Ende desselben ausgeht und bis zum rechtsliegenden
Kolbenabschnitt 92 verläuft, Vom Ende der Sackbohrung 91 geht eine durchgehende
Querbohrung 93 aus, die bis zur Oberfläche des Kolbenabschnitts verläuft. Wenn der
Steuerschieber durch entsprechenden Druckanstieg am Verbraucher und damit im Druckraum
50 entsprechend weit nach rechts verschoben ist, kommt die
Querbohrung
93 mit der Bohrung 39 in Verbindung, so daß nun Druckmittel aus der Steuerleitung
14 in die Leitung 21 und damit zum Stellzylinder 18 gelangen kann, Das Ausführungsbeispiel
nach Figur 7 hat wiederum Ähnlichkeit mit demjenigen nach Figur 4, jedoch mit dem
Unterschied, daß das Strombegrenzungsventil nun nicht im Steuerschieber ausgebildet
ist, sondern im Gehäuse selbst.
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Der Steuerschieber trägt die Bezeichnung 100 und weist wiederum eine
längsverlaufende Sackbohrung 101 auf, die nunmehr aber von seinem rechten Ende ausgeht
und bis zum mittleren Kolbenabschnitt 102 verläuft. Die Sackbohrung 101 ist an ihrem
rechten Ende verschlossen, und kurz vor diesem verläuft eine Querbohrung 103 von
der Sackbohrung 101 nach außen. Die Querbohrung wirkt mit einer Bohrung 104 im Gehäuse
26 zusammen, in dem ein Druckbegrenzungsventil 105 angeordnet ist, das dem Druckbegrenzungsventil
77 nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 entspricht.
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Der Ventilkörper 106 des Druckbegrenzungsventil liegt auf einem eingeschraubten
Ventilsitz 107 auf. Die Bohrung 104 mündet in eine Gehäusebohrung 109, an welche
die Leitung 21 angeschlossen ist. Vom Grund der Bohrung 109 geht eine Bohrung~110
aus, welche in eine parallel zur Bohrung 10h verlaufende Bohrung 112 mündet, in
welcher nunmehr das Strombegrenzungsventil 113 angeordnet ist, das demjenigen 63
nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 entspricht.
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Die Bohrung 112 mündet an der Längsbohrung 25 und hat in der rechten
Endstellung des Steuerschiebers 100 Verbindung zu einer Ringnut 114 am Kolbenteil
115 des Steuerschiebers 100.
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Im Kolbenabschnitt 115 ist eine zweite Sackbohrung 216 aus gebildet,
von der eine Querbohrung 117 zur Ringnut J14 verläuft. Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels
ist genau dieselbe wie diejenige nach der Figur 14, d, h, durch das Druckbegrenzungsventil
105 wird der waagrechte Ast der Kurve nach dem Diagramm 5 erreicht, während bei
weiterem
Druckanstieg die Motordrehzahl erhöht wird.
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Denkbar ist auch die Weiterbildung der Hydraulikanlage durch eine
Verstellpumpe, die bei Erreichen eines Maximaldrucks in der Anlage auf den Förderstrom
0 zurückgestellt wird.
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