DE3605980A1

DE3605980A1 - Proportionalventil mit druckdifferenzwaage

Info

Publication number: DE3605980A1
Application number: DE19863605980
Authority: DE
Inventors: Bernd 5630 Remscheid Henchoz; Ulrich 5600 Wuppertal Kotthaus; Klaas Dipl.-Ing. 2974 Krummhörn Ohling
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Bucher Hydraulics AG
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1986-10-16
Also published as: DE3605980C2

Description

BESCHREIBUNG
Proportionalventil mit Druckdifferenzwaage Die Erfindung betrifft ein Drosselventil mit Druckwaage nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Derartige Ventilkombinationen dienen dazu, mit Hilfe der Druckwaage an dem Drosselventil ein konstantes Druckverhältnis zwischen dem Eingangsdruck des Drosselventils (Pumpendruck) und dem Ausgangsdruck des Drosselventils (Lastdruck) herzustellen.
Dadurch wird das Durchflußverhalten des Drosselventils ausschließlich von der Öffnunq des Drosselventils abhängiq, während der Einfluß der Druckdifferenz am Drosselventil auf den Durchsatz konstant gehalten wird. Daher sind derartige Ventilkombinationen vorzugsweise einsetzbar als Proportionalventil, d.h. als Ventil, dessen aufgesteuerter Volumenstrom dem Eingangssignal des Drosselventils direkt proportional ist. Derartige Ventilkombinationen werden insbesondere in Verbindung mit Konstantpumpen, d.h. Pumpen, die eine zeitlich konstante Fördermenge haben, verwandt.
Zur Energieersparnis werden zunehmend auch Pumpen mit lastabhängiger Fördercharakteristik gewählt. Bei diesen Pumpen ist die Verwendung einer Druckwaage zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Druckdifferenz am Drosselventil nicht erforderlich. Bei derartigen lastabhängigen Pumpen ist jedoch die Verwendung eines Druckbegrenzungsventils notwendig.
Die Aufgabe besteht darin, in der Ventilkombination nach dem Oberbegriff die Druckwaage so auszugestalten, daß sie alternativ als Druckwaage oder als Druckbegrenzungsventil verwendbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Referenzdruck auf die Federseite des Waagekolbens alternativ der Lastdruck oder der Pumpendruck gegeben wird. Im ersten Fall wirkt die Druckwaag normal, d.h. sie steuert einen Bypass zwischen der Pumpleitung und dem Rücklauf zum Tank in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Pumpendruck und Lastdruck und einer einstellbaren Federkraft. Im anderen Fall wird der Federraum über eine Drossel mit der Pumpendruckleitung und über eine Drossel mit dem Tank verbunden. Dann wirkt die Druckwaage als vorgesteuertes Primär-Druckbegrenzungsventil.
In der Verbindungsleitung zwischen Federraum und der Lastdruckleitung des Drosselventils ist vorzuqsweise eine einstellbare Drossel angeordnet. Hierdurch kann insbesondere das dynamische Verhalten beeinflußt werden.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß die Ventilkombination ohne Änderunq der Ventilauslegung alternativ als Proportional-Drosselventil oder als Drosselventil mit Druckbegrenzungsventil für lastabhängig gesteuerte Pumpen ohne konstruktive Änderungen einsetzbar ist. Dabei steht als zusätzliche Alternative offen, daß der Federraum 7 jeweils über eine Drossel sowohl mit der Pumpendruckseite als auch mit der Lastdruckseite des Drosselventils als auch mit dem Tank verbunden wird. Vorteilhaft erhalten die genannten drei Drosseln unterschiedlich große Durchgangswiderstände, wobei der Drosselwiderstand der in der Lastdruckleitung sitzenden Drossel der kleinste und der Drosselwiderstand der zum Tank führenden Drossel der größte ist. Der Widerstand der Drossel zwischen Pumpleitung und Federraum liegt zwischen den Widerstandswerten der beiden anderen Drosseln.
Die zitierten Drosseln sind vorzugsweise einstellbar, und zwar vorzugsweise einzeln und unabhängig voneinander.
Die Drossel in der Leitung zwischen der Pumpendruckseite und dem Federraum liegt vorteilhafterweise in dem Waagekolben.
Die Einstellbarkeit dieser Drossel wird dadurch erreicht, daß die Drossel als austauschbarer Düseneinsatz ausgebildet wird.
Bei der zuletzt genannten Ausgestaltung wird im Federraum der Druckwaage ein zwischen dem Pumpendruck und dem Lastdruck liegender Mischdruck einstellbar. Dabei hat sich gezeigt, daß der Einfluß der Lastdruckpulsationen im Feder raum sehr stark herabgesetzt werden kann. Dadurch können nun auch Hydromotoren mit extrem niedriger Drehzahl betrieben werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben.
Die Druckdifferenzwaage oder Druckwaage 1 weist einen Druckwaagekolben 2 auf. Dieser Druckwaagekolben 2 stützt sich auf einer Druckwaagefeder 8 ab, die in dem Federraum 7 des Druckwaagezylinders angeordnet ist. Die Druckdifferenzwaage verbindet über Pumpendruckanschluß 3 und Ringraum (Pumpendruckkammer 19) die Hydraulikpumpe mit dem Drosselventil 5.
Das Drosselventil 5 ist einstellbar. Durch das Drosselventil 5 wird ein nicht dargestellter Verbraucher über Leitung 4 gesteuert. Der Waagekolben 2 weist einen Steuerbund mit Steuerkante 17 auf. Diese Steuerkante 17 steuert einen Bypass zwischen dem Pumpendruckanschluß 3 und dem Tankanschluß 6 der Druckdifferenzwaage. Dabei ist der Waagekolben 2 an seinem Ende im Pumpendruckraum 10 über Verbindunqskanal 11 im Waagekolben 2 mit dem Pumpendruck beaufschlagt. Auf der anderen Seite ist der Waagekolben 2 durch eine Feder 8 belastet. Der Federraum 7 ist über Leitung 9 und eine einstellbare Drossel 14 mit dem Verbraucherdruck (Lastdruck) beaufschlagbar. Dieser Lastdruck herrscht zwischen dem Drosselventil 5 und dem durch das Drosselventil gesteuerten Verbraucher (nicht dargestellt). werner ist der Federraum 7 über eine Feindrossel 16, die ebenfalls einstellbar ist, mit dem nicht dargestellten Tank verbunden. Ferner ist der Feder raum 7 über ein mechanisches Druckbegrenzungsventil 21 mit dem Tank verbunden. Das Druckbegrenzungsventil 21 wird gegen die Kraft einer einstellbaren Feder durch den im Federraum 7 herrschenden Druck zum Tank hin geöffnet.
Schließlich ist der Federraum 7 durch eine Leitung 12 und einen Drosseleinsatz 18 mit Drossel 13 auch mit dem Pumpendruckanschluß 3 verbunden.
Die drei Drosseln 13, 14, 16 haben unterschiedliche Durchgangswiderstände. Der Durchgangswiderstand der Feindrossel 14 in der Lastdruckleitung 9 ist der kleinste, der Durchgangswiderstand der Feindrossel 16 in der Leitung 15 zum Tank ist der größte, wobei vorteilhaft zwischen beiden ein sehr wesentlicher Unterschied vorgesehen wird. Die beiden Feindrosseln 14 und 16 sind vorzuqsweise einstellbar, und zwar einzeln und unabhängig voneinander. Der Durchgangswiderstand der Feindrossel 13 in der Beruhigungsleitung 12, die bei der dargestellten Ausführung im Druckwaagekolben 2 untergebracht ist, jedoch in beliebig anderer Weise geführt werden kann, liegt zwischen den Werten der beiden Feindrosseln 14 und 16. Eine Einstellung dieser Drossel kann durch Austausch des Drosseleinsatzes erfolgen. Die gegenseitige Abstimmung der drei Feindrosseln 13, 14, 16 dient der Einstellung des Drucks im Federraum 7. Dieser Druck soll zwischen dem Lastdruck 9 und dem Pumpendruck 3 liegen. Der Durchgangswiderstand der Feindrossel 13 kann hierzu u.U.
auch außerhalb des angegebenen Bereichs liegen.
Die Funktion ist nun wie folgt: Wenn alle drei Drosseln 13, 14, 16 mit der geschilderten Dimensionierung in Betrieb sind, so stellt sich in dem Federraum 7 ein Mischdruck ein, der zwischen dem Pumpendruck und dem Verbraucherdruck liegt. Daher können sich Schwankungen des Verbraucherdrucks nicht mit voller Amplitude und nur mit Verzögerung auf die Federseite des Druckwaagekolbens auswirken. Damit wird die Funktion der Druckwaage wesentlich gedämpft. Das ist insbesondere bei stark pulsierenden Verbrauchern, wie z.B. Kolbenmotoren mit niedriger Drehzahl, von Vorteil.
Wenn die Drossel 13 und vorzugsweise auch die Drossel 16 außer Betrieb gesetzt wird, so wirkt die Druckdifferenzwaage normal. Das heißt: Die Druckdifferenzwaage reagiert auf die volle Amplitude der Verbraucherdruckschwankungen und ungedämpft. Am steuerbaren Drosselventil 5 wird eine konstante Druckdifferenz zwischen dem Druck vor dem Drosselventil (Pumpendruck) und dem Druck hinter dem Drosselventil (Lastdruck) hergestellt.
Wenn das Drosselventil 14 zwischen dem Verbraucherkanal 4 und dem Federdruckraum7 geschlossen wird, so wirkt die Druckdifferenzwaage als Primär-Druckbegrenzungsventil. In dem Federraum 7 stellt sich der Pumpendruck des Pumpendruckraums 3 ein und dieser Druck wirkt auch im Pumpendruckraum 10 auf den Druckwaagekolben 2. Wenn nun der Pumpendruck die am Druckbegrenzungsventil 21 eingestellte Federkraft überwiegt, so öffnet dieses Druckbegrenzungsventil den Federraum zum Tank hin. Dadurch fällt der Druck im Federraum 7 ab, da die Nachströmgeschwindigkeit durch Drossel 13 begrenzt ist.
Infolgedessen ist der Druckwaagekolben 2 nicht mehr druckausgeglichen, so daß der Druckwaagekolben 2 nach links hin verschoben wird. Dadurch wird der Pumpendruckkanal 3 durch Steuerkante 17 zum Tank hin geöffnet, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt. Dieser Gleichgewichts zustand ist durch die Einstellung der Feder am Druckbegrenzungsventil 21 sowie durch Einstellung der Drossel 13 gegeben.
BEZUGSZEICHENAUFSTFLLUNG 1 Druckwaage, Druckdifferenzwaage 2 Druckwaagekolben 3 Pumpendruck, Pumpendruckanschluß 4 Lastdruck, Lastdruckleitung 5 Hauptdrossel 6 Abfluß zum Tank 7 federraum 8 Feder, Druckwaagefeder 9 Lastdruck, Lastdruckleitung 10 Pumpendruckraum 11 Pumpendruckkanal, Verbindunqskanal 12 Beruhigungsleitung 13 Feindrossel 14 Feindrossel 15 Leitung zum Tank, Leitung 16 Feindrossel 17 Steuerkante 18 Feindrosseleinsatz 19 Pumpendruckkammer 20 Radialkanal 21 Druckbegrenzungsventil

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Drosselventil mit federbelasteter Druckdifferenzwaage, deren Waagekolben einerseits mit dem Druck vor dem Drosselventil (Pumpendruck) und andererseits durch einen Referenzdruck und zusätzlich durch die Waagefeder beaufschlagt ist, wobei der Feder raum mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beaufschlagung mit dem Referenzdruck der Federraum (7) alternativ über eine Drossel (13) mit dem Pumpendruck oder - vorzugsweise über eine weitere Drossel (14) - mit dem Lastdruck beaufschlagt ist.
2. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum (7) mit dem Tank über eine Feindrossel (16), die kleiner ist als die Drosseln (14) bzw. (13), verbunden ist.
3. Drosselventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federraum über eine einstellbare Drossel (14) mit dem Lastdruck beaufschlagt ist.
4. Drosselventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der federraum (7) über eine Leitung (12), die in dem Druckwaagekolben angelegt ist, mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist und daß die Drossel (13) als austauschbarer Drosseleinsatz (18) ausgebildet ist.