DE3733517A1 - Druckbeeinflussungsvorrichtung fuer ein einen motor aufweisendes hydraulisches system - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckbeeinflussungs­ vorrichtung für ein einen Motor aufweisendes hydrauli­ sches System, mit einem Druckventil zum Abbau von Druck­ stößen, dessen Eingang über ein Wechselventil mit beiden Anschlußleitungen des Motors verbunden ist und dessen Stellglied in Öffnungsrichtung von dem in einem ersten Druckraum wirkenden Eingangsdruck und in Schließrichtung von einer Rückstellfeder und einem in einem zweiten Druckraum wirkenden Gegendruck belastet ist, wobei der zweite Druckraum über eine Drossel mit dem ersten Druck­ raum und mit einem Druckspeicher verbunden ist.

Bei einer bekannten Druckbeeinflussungsvorrichtung die­ ser Art (DE-PS 28 38 940) ist der Ausgang des Druckven­ tils mit dem Behälter verbunden. Auf diese Weise können Druckstöße abgebaut werden, wie sie auftreten, wenn auf den Motor äußere Stoßkräfte ausgeübt werden oder wenn im hydraulischen System schlagartige Änderungen, z.B. beim Schließen eines Ventils, auftreten. Im statio­ nären Zustand ist der Gegendruck gleich dem Eingangs­ druck. Wenn ein Druckstoß auftritt, öffnet das Ventil, weil sich der Druckstoß nicht über die Drossel bis in den zweiten Druckraum fortpflanzt. Bleibt die neue Druck­ amplitude aber längere Zeit erhalten, erfolgt über die Drossel ein Druckausgleich, und das Druckventil schließt wieder. Durch das Zusammenwirken von Drossel und Druck­ speicher ergibt sich eine Dämpfung, so daß keine Über­ schwingungen auftreten.

Es ist ferner bei hydraulischen Anlagen bekannt (DE-AS 23 18 942), jede Anschlußleitung eines Motors sowohl über ein Ansaugventil als auch über ein Überdruckventil mit dem Behälter zu verbinden. Das Ansaugventil ist ein in Richtung der Anschlußleitung öffnendes Rückschlag­ ventil. Das Überdruckventil ist ein in Richtung des Behälters öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil. Mit dem Überdruckventil kann lediglich die Spitze eines Druckstoßes abgebaut werden. Wenn aufgrund eines äußeren Stoßes in einem Motor-Hubraum Unterdruck oder Kavitation auftritt, soll Flüssigkeit durch das Nachfüllventil angesaugt werden. Trotzdem ist die Nachfüllung unzurei­ chend, weil das Nachfüllventil erst öffnet, wenn der Druck im Hubraum um einen den Leitungswiderstand berück­ sichtigenden Wert unter den Behälterdruck abgesunken ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckbe­ einflussungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der das Nachfüllen beim Auftreten von äußeren Stoßbelastungen auf den Motor verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Anschlußleitung über je ein zu ihr hin öffnendes Rückschlagventil mit dem Ausgang des Druckventils verbun­ den ist.

Wenn bei einem äußeren Stoß auf das Betätigungsglied des Motors ein Druckstoß in dem einen Hubraum auftritt und infolgedessen das Druckventil öffnet, wird die Druck­ flüssigkeit nicht zum Behälter, sondern über das zugehö­ rige Rückschlagventil zum anderen Hubraum des Motors geführt. Es erfolgt daher eine Zwangsnachfüllung unab­ hängig vom Absolutwert des Druckes. Unterdruck- oder Kavitationserscheinungen sind mit Sicherheit ausgeschlos­ sen. Diese Verbindung zwischen den beiden Anschlußleitun­ gen wird aber nur geöffnet, wenn das Druckventil an­ spricht. Es wird also nicht verhindert, daß im Normal­ betrieb die eine oder die andere Anschlußleitung Unter­ druck führt, um negative Steuerkräfte auf den Motor auszuüben.

Wenn der Druckstoß aufgrund einer Änderung im hydrauli­ schen System auftritt, beispielsweise bei schneller Aussteuerung einer Lenkeinheit, wird die Auswirkung des Druckstoßes auf den Motor herabgesetzt. Denn es wird nicht nur die Drucksteigerung in dem zugangsseiti­ gen Hubraum reduziert, sondern gleichzeitig im anderen Hubraum ein Druckanstieg hervorgerufen. Damit wird die Druckdifferenz zwischen den beiden Anschlußleitungen minimiert und verhindert, daß der Motor zu schnelle oder sprunghafte Bewegungen durchführt.

Besonders günstig ist es, daß die mit den beiden An­ schlußleitungen verbundenen Hubräume des Motors so bemes­ sen sind, daß sie im Motorbetrieb gleich große, aber entgegengesetzte Volumenänderungen erfahren. Beispiels­ weise handelt es sich um einen Axialkolbenmotor mit durchgehender Kolbenstange. Es können auch Motoren mit über Kreuz verbundenen Differentialzylindern oder Rota­ tionsmotoren vorgesehen sein. In diesem Fall ergeben sich besonders günstige Verhältnisse, weil die im einen Hubraum verdrängte Druckflüssigkeitsmenge gleich der vom anderen Hubraum aufzunehmenden Druckflüssigkeitsmenge ist. Man kann dann völlig auf die üblichen, mit dem Behälter verbundenen Ansaug- und Überdruckventile ver­ zichten.

In weitere Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß der zweite Druckraum über ein Überdruckventil mit einem Systemteil geringen Drucks verbunden ist. Es genügt ein einziges Überdruckventil für beide Anschlußleitun­ gen. Zwar wird der Überdruck durch Verkleinerung des zweiten Druckraumes abgebaut. Da dieser aber über die Drossel mit dem ersten Druckraum verbunden ist, kehrt das Druckventil anschließend in die Schließstellung zurück.

Insbesondere kann der Ausgang des Überdruckventils mit dem Ausgang des Druckventils verbunden sein. Die zum Abbau des Überdrucks entweichende Druckflüssigkeitsmenge wird dann über eines der Rückschlagventile abgeführt und unterstützt den Druck in dem nicht durch den Über­ druck belasteten Hubraum des Motors.

Im einfachsten Fall braucht der Druckspeicher lediglich zu gewährleisten, daß das Stellglied des Ventils die zum Öffnen erforderliche Bewegung durchführen kann. Hierfür genügten die üblicherweise im Drucköl enthaltenen Luftbläschen, wenn das Volumen des zweiten Druckraums oder der damit verbundenen Räume eine bestimmte Mindest­ größe, beispielsweise etwa 300 bis 400 cm³, aufweist. Insbesondere kann daher der Druckspeicher eine vollstän­ dig mit Öl gefüllte Speicherdruckkammer aufweisen. Ver­ schiedene andere Ausführungen eines verwendbaren Druck­ speichers sind in DE-PS 28 38 940 gezeigt. Besonders empfehlenswert ist es hierbei, daß der Druckspeicher eine Gasdruckfeder aufweist. Vorzugsweise trennt eine Membran den Druckmittelraum des Druckspeichers von dem Gaspolster. Dies erlaubt eine besonders gute Anspassung zwischen Druckänderungen und Volumenänderungen und daher eine gute Dämpfung.

Günstig ist es auch, daß zumindest der Druckspeicher, das Druckventil, die Drossel, das Wechselventil und die Rückschlagventile in einem Ventilblock zusammengefaßt sind. Vor allem bei Verwendung der vollständig gefüllten Druckspeicherkammer lassen sich die Abmessungen des Ventilblocks in der üblichen Größe halten.

Desweiteren kann die Drossel durch ein zum Eingang hin öffnendes Rückschlagventil überbrückt sein. Mit dieser an sich bekannten Maßnahme wird der zweite Druckraum nach dem Abbau eines Druckstoßes rasch entlastet, so daß er sofort wieder für den Abbau eines weiteren Druck­ stoßes zur Verfügung steht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt das Schalt­ bild einer hydrostatischen Lenkeinrichtung mit der er­ findungsgemäßen Druckbeeinflussungsvorrichtung.

Ein Steuergerät 1 ist durch ein Lenkhandrad 2 betätig­ bar. Sein Pumpenanschluß P ist mit einer Pumpe 3, sein Tankanschluß T mit einem Behälter 4 verbunden. Die bei­ den Arbeitsanschlüsse L und R sind über je eine Anschluß­ leitung 5 und 6 mit den beiden Räumen 7 und 8 eines Lenkmotors 9 verbunden. Dessen in einem Zylinder 10 hin und her bewegbarer Kolben 11 ist mit einer durch­ gehenden Kolbenstange 12 versehen, die zum Lenkgestänge führt. Bei einer Bewegung des Kolbens 11 vergrößert sich das Volumen des einen Hubraums 7 in dem gleichen Maße, wie sich das Volumen des anderen Hubraumes 8 ver­ kleinert.

Ein Druckventil 13 weist einen Kolben 14 auf, der gleich­ zeitig als Stellglied und als Verschlußstück dient. Er wird an seiner einen Stirnseite durch den Eingangs­ druck P _E in einem ersten Druckraum 15 und an seiner anderen Stirnseite durch eine schwache Rückstellfeder 16 und einen Gegendruck P _G in einem zweiten Druckraum 17 mit gleichem Wirkquerschnitt belastet.

Im Ruhezustand ist der Kolben 14 auf einem Anschlag 18 abgestützt. Der erste Druckraum 15 bildet daher den Eingang 19 des Druckventils 13. Der Ausgang 20 wird durch einen Ringraum gebildet. Der Eingang 19 ist mit dem Ausgang 21 eines Wechselventils 22 in einem Zylinder 24 verschiebbar, an dessen Enden je ein mit einer An­ schlußleitung 5 bzw. 6 verbundener Eingang 25 bzw. 26 vorgesehen ist. Da sich der Kolben 23 unter dem Einfluß der Druckdifferenz zwischen den Anschlußleitungen 5 und 6 verschiebt, wird jeweils der Eingang 25 bzw. 26 höheren Drucks mit dem Eingang 19 des Druckventils 13 verbunden.

Außerdem ist die Anschlußleitung 5 über ein zu ihr hin öffnendes Rückschlagventil 27 und die Anschlußleitung 6 über ein zu ihr hin öffnendes Rückschlagventil 28 mit dem Ausgang 20 des Druckventils 13 verbunden.

Der zweite Druckraum 17 steht über eine Drossel 29 und ein hierzu parallelgeschaltetes zum Eingang 19 hin öff­ nendes Rückschlagventil 30 mit dem ersten Druckraum 15 in Verbindung. Die Drossel 29 kann einstellbar sein. Das Rückschlagventil 30 kann durch eine einstellbare Feder belastet sein.

Der zweite Druckraum 17 steht ferner mit einem Druck­ speicher 31 in Verbindung. Dieser besitzt einen Flüssig­ keitsraum 32 und einen mit Druckluft gefüllten Raum 33, die durch eine Membran 34 voneinander getrennt sind. Die beiden Räume 32 und 33 können auch durch eine voll­ ständig mit Öl gefüllte Speicherdruckkammer ersetzt werden. Außerdem steht der zweite Druckraum 17 über ein Überdruckventil 35, das durch eine einstellbare Feder 36 belastet ist, mit dem Behälter 4 in Verbindung. Der Ausgang des Überdruckventils 35 kann stattdessen auch mit dem Ringraum des Ausgangs 20 des Druckventils 13 verbunden sein.

Die Teile 13 bis 36 sind in einem Ventilblock 37 zusam­ mengefaßt. Günstig ist auch, daß die Teile 13, 29, 31 und 35 nur einfach vorhanden sein müssen, um beide An­ schlußleitungen 5 und 6 in gleicher Weise zu überwachen. Zwischen den Anschlußleitungen 5 und 6 können noch wei­ tere bekannte Ventilanordnungen vorgesehen sein, die jedoch für das Verständnis der vorliegenden Erfindung keine Rolle spielen.

Für einen Betriebsfall sei angenommen, daß das Wechsel­ ventil 22 die veranschaulichte Lage hat, weil Druckflüs­ sigkeit über die Anschlußleitung 5 zugeführt und über die Anschlußleitung 6 abgeführt wird; der Kolben 11 des Motors 9 befindet sich daher in der rechten Endlage. Wirkt nun von rechts her eine stoßartige Kraft auf die Kolbenstange 12, entsteht im Hubraum 7 ein Druckstoß und im Hubraum 8 ein entsprechender Unterdruck. Der Druckstoß führt zu einer Erhöhung des Eingangsdrucks P _E , während der Gegendruck P _G zunächst unverändert bleibt. Daher öffnet das Druckventil 13, sobald die Kraft der schwachen Rückstellfeder 16 überwunden ist, und es erfolgt ein Druckmittelausgleich von der Anschluß­ leitung 5 über das Wechselventil 2, das Hauptventil 13 und das Rückschlagventil 28 zur Anschlußleitung 6. Es können daher keine Kavitationserscheinungen auftreten. Vielmehr wird das zum Abbau des Druckstoßes abgeführte Druckmittel unmittelbar zur Auffüllung des Hubraums 8 benutzt.

Erfolgt der Druckstoß im Hubraum 7 durch eine Betätigung im hydraulischen Kreis, so wird eine zu rasche Bewegung des Kolbens 11 nach rechts wiederum durch Druckmittelab­ fuhr auf dem geschilderten Weg zur Anschlußleitung 6 verhindert. Da mit dem Druckabbau im Hubraum 7 ein Druck­ aufbau im Druckraum 8 verbunden ist, ist der Druckabfall am Motor 9 minimiert.

Wenn das Steuergerät 1 eine dauerhafte Druckerhöhung vorsieht, tritt bei plötzlichem Druckanstieg das Druck­ ventil 13 in Tätigkeit. Da sich aber der Druck zwischen dem ersten Druckraum 15 und dem zweiten Druckraum 17 über die Drossel 29 ausgleicht, schließt das Druckventil 13 nach kurzer Zeit, so daß der bleibende Druckanstieg durch das Druckventil 13 nicht beeinträchtigt wird.

Wenn ein Überdruck auftritt, also ein bestimmer Druck­ grenzwert überschritten wird, wirkt dieser infolge der Verschiebung des Kolbens 14 in beiden Druckräumen 15 und 17. Infolgedessen öffnet das Überdruckventil 35, so daß der Überdruck abgebaut wird.

Wenn Druckschwingungen in der druckführenden Anschluß­ leitung 5 bzw. 6 auftreten, wird beim Überschreiten einer bestimmten Amplitude das Druckventil 13 geöffnet. Hierbei wirken der Druckspeicher 31 und die Drossel 29 zusammen, um eine dämpfende Wirkung auf die Schwin­ gungen auszuüben. Daher ist die Drossel 29 und der Druck im Gaspolster 23 vorzugsweise einstellbar.

Sobald der Druck in der Anschlußleitung auf den Normal­ wert zurückkehrt, öffnet das Rückschlagventil 30 und entlastet den zweiten Druckraum 17 schlagartig. Das Druckventil 13 kehrt in die Schließstellung zurück und steht für den Abbau eines erneuten Druckstoßes zur Ver­ fügung.

Die Rückstellfeder 16 hat nur eine schwache Vorspannung und eine geringe Steifigkeit. Ihre Aufgabe ist ledig­ lich, das Druckventil während der statischen Verhält­ nisse geschlossen zu halten.

Das Druckventil 13 öffnet daher entweder, wenn der Ein­ gangsdruck P _E mit zu großer Geschwindigkeit ansteigt oder wenn dessen Wert einen Grenzwert, der durch das Überdruckventil 35 eingestellt ist, überschreitet.

Von der dargestellten Ausführungsform kann in vielfacher Hinsicht abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Druck­ speicher 31 durch einen vollständig mit Druckflüssigkeit gefüllten Behälter ersetzt werden, weil die Luftblasen in der Druckflüssigkeit eine Bewegung des Stellgliedes 14 erlauben. Statt der Membran 34 kann auch ein Kolben benutzt werden, der durch eine Feder belastet ist. Statt des dargestellten Lenkmotors 9 können auch beliebig andere Motoren vorgesehen sein, beispielsweise Antriebs­ motoren, die kontinuierlich drehen können, oder Servo­ motoren.

Claims (7)

1. Druckbeeinflussungsvorrichtung für ein einen Motor aufweisendes hydraulisches System, mit einem Druck­ ventil zum Abbau von Druckstößen, dessen Eingang über ein Wechselventil mit beiden Anschlußleitungen des Motors verbunden ist und dessen Stellglied in Öffnungsrichtung von dem in einem ersten Druckraum wirkenden Eingangsdruck und in Schließrichtung von einer Rückstellfeder und einem in einem zweiten Druck­ raum wirkenden Gegendruck belastet ist, wobei der zweite Druckraum über eine Drossel mit dem ersten Druckraum und mit einem Druckspeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anschlußleitung (5, 6) über je ein zu ihr hin öffnendes Rückschlag­ ventil (27, 28) mit dem Ausgang (20) des Druckventils (13) verbunden ist.

2. Druckbeeinflussungsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die mit den beiden Anschluß­ leitungen (5, 6) verbundenen Hubräume (7, 8) des Motors (9) so bemessen sind, daß sie im Motorbetrieb gleich große, aber entgegensetzte Volumenänderungen erfahren.

3. Druckbeeinflussungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (17) über ein Überdruckventil (35) mit einem System­ teil geringen Drucks verbunden ist.

4. Druckbeeinflussungsvorrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Überdruck­ ventils (35) mit dem Ausgang des Druckventils (13) verbunden ist.

5. Druckbeeinflussungsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck­ speicher (31) eine vollständig mit Öl gefüllte Spei­ cherdruckkammer aufweist.

6. Druckbeeinflussungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Druckspeicher (31), das Druckventil (13), die Drossel (29), das Wechselventil (22) und die Rück­ schlagventile (27, 28) in einem Ventilblock (37) zusammengefaßt sind.

7. Druckbeeinflussungsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (29) durch ein zum Eingang (19) hin öffnendes Rück­ schlagventil (30) überbrückt ist.