DE4007073A1 - Hydraulikanlage - Google Patents
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
- F04C14/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
- F04C14/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
- F04C14/265—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels being obtained by displacing a lateral sealing face
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage mit einer ihren Förder
strom regelnden Zahnradpumpe. Bei einer derartigen bekannten Pumpe
beaufschlagt der Lastdruck, welcher an einem Verbraucher herrscht,
unmittelbar ein Druckfeld, welches auf die Dichtplatte einwirkt.
Eine derartige Steuerung der Dichtplatte ist nicht besonders genau.
Die Hydraulikanlage mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptan
spruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Fördermenge der in der
Hydraulikanlage verwendeten Zahnradpumpe sehr genau geregelt werden
kann. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung und Zeichnung wiedergegeben. Letztere zeigt in Fig. 1
eine Hydraulikanlage in schematischer Darstellung, in Fig. 2 eine
Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, in Fig. 3 eine
Anwendung bei einem Zahnradmotor, in Fig. 4 eine weitere Variante,
in Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Zahnradpumpe und in Fig. 6
einen Schnitt längs II-II nach Fig. 5.
In Fig. 1 ist mit 10 eine Zahnradpumpe bezeichnet, die Druckmittel
über eine Saugleitung 11 aus einem Behälter 12 ansaugt und dieses in
eine Förderleitung 13 verdrängt. An die Förderleitung können mehrere
Wegeventile 14, 15 angeschlossen sein, von denen Verbraucher
leitungen 16, 17 zu Verbrauchern 18 und nicht weiter dargestellten
führen. Jedes Wegeventil hat am Steuerschieber in bekannter Weise
eine Meßblende 19 bzw. 20, welche mit nicht weiter dargestellten
Kammern in Verbindung stehen, an die eine Steuerleitung 21 ange
schlossen ist. An die Förderleitung 13 ist eine Steuerleitung 23
angeschlossen, welche an die eine Stirnseite 24A einer Druckwaage
24 heranführt. Von der Steuerleitung 21 zweigt eine Stichleitung 25
ab, die in eine Steuerleitung 26 eindringt, welche einerseits an der
der Stirnseite 24A gegenüberliegenden Stirnseite 24B der Druck
waage 24 mündet, andererseits an einem Druckbegrenzungsventil 27.
Auf die Stirnseite 24B wirkt auch eine Regelfeder 28 ein. Von der
Steuerleitung 23 zweigt eine Leitung 29 ab, welche in eine Leitung
30 mündet, die von der Druckwaage 24 zur Zahnradpumpe führt und dort
an einer Dichtplatte 31 mündet, auf welche weiter hinten näher ein
gegangen ist. In der Leitung 29 ist eine Drossel 32 angeordnet. Vom
Innenraum der Zahnradpumpe 10 führt eine Rückleitung 34 zum Behäl
ter. In diese Rückleitung mündet auch die von der Druckwaage 24 aus
gehende Ablaufleitung 35, in welche wiederum die Ablaufleitung 36
des Druckbegrenzungsventils 27 eindringt. In der Steuerleitung 21
ist vor der Leitungsabzweigung 25 noch eine Drossel 37 angeordnet.
Wenn die Pumpe 10 eingeschaltet wird und wenn sich die Wegeventile
14, 15 in Neutralstellung befinden, fließt das geförderte Druck
mittel über die von den Zahnrädern abgehobene Dichtplatte 31 und
Leitung 34 zurück zum Behälter. Die Druckwaage ist dabei über die
Leitung 21 (Y) entlastet, so daß die Pumpe nur gegen einen sehr
geringen Druck fördert.
Wird beispielsweise das Wegeventil 14 zugeschaltet, dann schließt
die Druckwaage durch den Signaldruck in Leitung 21, der dem in
Leitung 13 entspricht, so daß aus der Leitung 30 kein Druckmittel
über die Druckwaage 24 in die Rückleitung 35 fließen kann. Der in
den Leitungen 13, 23, 29 und 30 herrschende Druck drückt die Dicht
platte 31 an die Zahnradseitenflächen, das heißt es kann kein Druck
mittel im Inneren von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der
Zahnradpumpe abströmen. Dadurch steigt nun der Druck in der Förder
leitung 13 und der Verbraucherleitung 16, und der Lastdruck am Ver
braucher, das heißt derjenige hinter der Drossel 19, wird über die
Steuerleitung 21 auf die Stirnseite 24B der Druckwaage übertragen.
Übersteigt die Druckkraft einschließlich der Kraft der Ringfeder 28
die Druckkraft aus der Druckleitung 23 auf die Stirnseite 24A, so
öffnet sich die Druckwaage, worauf der Druck in der Leitung 30
absinkt, das heißt in dieser Leitung wird ein Steuerdruck für die
Dichtplatte 31 gebildet, der aber so ausgelegt ist, daß er wesent
lich niedriger ist als der Druck in der Leitung 23. Herrscht in der
Förderleitung beispielsweise ein Druck von 153 bar, in der Steuer
leitung 21 ein Druck von 150 bar - die Druckdifferenz entsteht an
der Drossel 19 - so bildet die Druckwaage in der Leitung 30 bei
spielsweise einen Druck von 120 bar. Auf diese Weise erhält man eine
Druckabsenkung in der Leitung 30, was zur Verbesserung der Steuer
empfindlichkeit beiträgt. Entsprechend der Steuerschiebereinstellung
und damit dem geöffneten Querschnitt der Blende 19 wird nun stets in
der Leitung 30 ein solcher Druck gebildet, daß die Dichtplatte 31
entweder an den Zahnradseitenflächen anliegt oder etwas von diesen
abgehoben wird. In letzterem Falle kann Druckmittel unmittelbar von
der Hochdruck- zur Niederdruckseite abströmen. Daraus ist zu
erkennen, daß man hiermit auf einfachste Weise, das heißt mit nur
einer Druckwaage und einer Dichtplatte 31, eine exakte Förderstrom
regelung einer Zahnradpumpe erhält. Das intern in diese abströmende
Druckmittel fließt über die Leitung 34 zum Behälter 12. Die Drossel
32 dient zur Begrenzung des der Druckwaage zu- bzw. an dieser ab
fließenden Druckmittels.
Das Druckbegrenzungsventil 27 ist ein Maximaldruckventil. Ist bei
spielsweise der maximale Druck in der Hydraulikanlage erreicht und
öffnet das Druckbegrenzungsventil 27, so geht auch sofort die Druck
waage 24 in geöffnete Stellung und entlastet damit die Dichtplatte
31 vollständig, so daß sämtliches von der Zahnradpumpe 10 geförderte
Druckmittel sofort von der Hochdruck- zur Niederdruckseite abströmt.
Damit erhält man also eine interne Druckbegrenzung. Die Drossel 37
dient dabei der Differenzdruckerzeugung für die Druckwaagenan
steuerung.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von Obigem
lediglich dadurch, daß es sich hier um eine Hydraulikanlage handelt,
bei welcher Wegeventile in open-center-Konstruktion verwendet sind.
Im Prinzip funktioniert jedoch diese Anlage auf dieselbe Weise.
Hier arbeitet die Druckwaage jedoch nicht zur Stromregelung für den
Verbraucher 18, sondern nur als Maximaldruckbegrenzung zusammen mit
dem Vorsteuerventil 27.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 handelt es sich gewissermaßen
um die Umkehrung oben genannter Beispiele, das heißt hier findet
eine Förderstromregelung eines Zahnradmotors mit Dichtplatte und
Druckwaage statt. Die für die Regelung notwendige Druckdifferenz
wird erzeugt durch eine verstellbare Drossel 40, welche in der Rück
leitung 41 vom Zahnradmotor 42 zum Behälter angeordnet ist. Der
Druckabfall an der Drossel 40 wirkt an der Druckwaage 24. Der
Steuerdruck wird in einer Leitung 45 erzeugt, welche an eine Leitung
29 angeschlossen ist, die von der Druckleitung ausgeht, und zwar an
einer Stelle stromaufwärts der Drossel 32. Um ein leichtes Anfahren
des Zahnradmotors 42 zu erreichen, wird die Druckwaage über die
Drossel 40 so gesteuert, daß in der Steuerleitung 45 bei geöffneter
Druckwaage ein geringer Steuerdruck herrscht, so daß die Dichtplatte
31 sich von den Zahnradseitenflächen abgehoben hat. Diese übt nun
keine Reibungskraft auf die Zahnräder aus, so daß der Zahnradmotor
leicht anlaufen kann. Bei zunehmender Belastung des Zahnradmotors
wird die Dichtplatte mehr und mehr an die Zahnradseitenflächen
angelegt, so daß die interne Hochdruck- Niederdruckverbindung unter
brochen wird und der Zahnradmotor sein volles Drehmoment erreicht.
Je nach den Bedingungen am Verbraucher bzw. Einstellung der Drossel
40 kann nun die Drehzahl des Zahnradmotors 42 mit Hilfe der Druck
waage 24 leicht geregelt werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weicht insofern gegenüber den
vorherigen ab, als hier zwei Zahnradpumpen 10, 50 vorgesehen sind,
die von einer gemeinsamen Welle angetrieben sind. Die Dichtplatte 31
ist an der Zahnradpumpe 50 angeordnet, die über ihre Förderleitung
51 an die Förderleitung 13 der Pumpe 10 angeschlossen ist. Die Wege
ventile 14, 15 sind wiederum so ausgebildet wie im Ausführungsbei
spiel nach Fig. 1, wo die lastdruckführende Steuerleitung 52 an
eine Druckwaage 53 herangeführt ist, deren andere Seite über eine an
die Förderleitung 13 angeschlossene Leitung 54 beaufschlagt ist. Von
der Druckwaage 53 führt eine Steuerleitung 55 an die Dichtplatte 31.
Man erreicht auf diese Weise, daß die abschaltbare Zahnradpumpe 50
über die Dichtplatte 31 gesteuert wird, das heißt deren Fördermenge,
und die das Steuersignal von der Druckwaage 53 erhält. Es handelt
sich also um eine Anlage, in der die Pumpe 10 stets den vollen För
derstrom in die Anlage fördert, während die fördermengengeregelte
Pumpe 50 je nach Bedarf vom Lastdrucksignal eine entsprechende Druck
mittelmenge zusteuert, die zwischen Null und maixmal liegt.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 5 und 6 zeigen die in der
Hydraulikanlage verwendete Zahnradpumpe 10. Diese ist jedoch nicht
in allen kontruktiven Einzelheiten gezeigt. Sie weist ein Gehäuse 60
auf, das beidseitig durch Deckel 61, 62 verschlossen ist. Im Inneren
des Gehäuses kämmen zwei Zahnräder 63, 64 im Außeneingriff miteinan
der, deren Wellen 65, 66 in Lagerkörpern 67, 68 angeordnet sind.
Zwischen dem Lagerkörper 68 und den Zahnrädern ist die Dichtplatte
31 angeordnet, welche die Kontur des Innenraums aufweist und die
Zahnräder überdeckt. Die Lagerkörper 67, 68 sowie die Dichtplatte 31
und auch die Zahnräder sind mit geringem axialem Spiel im Gehäuse 60
gelagert. Zwischen der Dichtplatte 31 und dem Lagerkörper 68 sind
zwei Druckfelder A und B ausgebildet, von denen das Druckfeld A
dauernd vom Hochdruck beaufschlagt ist, welcher in einer Gehäuseboh
rung 70 herrscht, welche in Höhe der Zahnräder von außen her in eine
Ausnehmung 71 eindringt, welche sich entlang des Gehäuseinnenraums
erstreckt. An der Bohrung 70 liegt die Hochdruckseite HD, an welche
die Förderleitung 13 angeschlossen ist. Ihr gegenüber und achsgleich
ist im Gehäuse eine Bohrung 72 ausgebildet, welche in eine Ausneh
mung 73 mündet, welche ebenfalls entlang des Innenraums verläuft.
Die Bohrung 72 ist die Niederdruckseite ND, von ihr führt die
Leitung 11 zum Behälter 12, aus welcher die Zahnradpumpe Druckmittel
ansaugt.
Das Druckfeld B ist das gesteuerte Druckfeld, an welches die Lei
tung 30 nach Fig. 1 angeschlossen ist. Sie ist in Fig. 6 als kurze
strichpunktierte Bohrung gekennzeichnet. Durch entsprechende Beauf
schlagung des Druckfelds B kann die Dichtplatte an die Zahnräder 63
angedrückt werden bzw. bei Entlastung des Druckfelds B wird die
Dichtplatte 31 von den Zahnrädern abgehoben, da unterhalb dieser der
Hochdruck der Maschine herrscht. Wie oben ausgeführt, ist die Dicht
platte in axialer Richtung etwas beweglich. Wenn sie von den Zahn
radseitenflächen abgehoben hat, fließt das geförderte Druckmittel
unmittelbar von der Hochdruckseite HD entlang der Zahnräder und
unterhalb der Dichtplatte zur Tankseite. Die Zahnradpumpe fördert
dann im Neutralumlauf. Je stärker die Dichtplatte an die Zahnräder
angelegt wird, desto weniger Druckmittel kann diesen internen Kurz
schluß benutzen und desto mehr des geförderten Druckmittels fließt
in die Förderleitung 13. Auf diese und die oben geschilderte Weise
erhält man also eine ziemlich exakte Förderstromregelung einer Zahn
radpumpe bzw. Drehzahlregelung eines Zahnradmotors mit Hilfe einer
ein Druckfeld steuernden Druckwaage.
Claims (5)
1. Hydraulikanlage mit einer den Förderstrom regelnden Zahnradpumpe
(10) mit Hilfe einer sich an die Zahnradseitenflächen anlegenden,
axial geringfügig beweglichen und von einem Steuerdruck, insbeson
dere dem Lastdruck an Verbrauchern beaufschlagten Dichtplatte (31),
die je nach Entfernung von den Zahnradseitenflächen einen mehr oder
weniger großen Teil des von ihr erzeugten Förderstroms unmittelbar
von der Hochdruck- (HD) zur Niederdruckseite (ND) abströmen läßt,
dadurch gekennzeichnet, daß parallel an die Förderleitung (13) der
Zahnradpumpe eine Druckwaage (24) angeschlossen ist, die einerseits
vom Förderdruck der Zahnradpumpe beaufschlagt ist, andererseits vom
Steuerdruck bzw. Lastdruck von an die Förderleitung angeschlossenen
Verbrauchern, wobei der Lastdruck in bekannter Weise an einer
Steuerkante (19, 20) des dem betreffenden Verbraucher vorgeschal
teten Wegeventils (14, 15) abgenommen wird, und daß die Druckwaage
einen Steuerdruck zum Beaufschlagen der Dichtplatte erzeugt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck
waage (24) ein Druckbegrenzungsventil (27) für Maximaldruckein
stellung zugeordnet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
von der Druckwaage (24) eine Steuerleitung (30) zu einem Druckfeld
(B) in der Zahnradpumpe führt, in welcher die Andrückkraft für die
Dichtplatte (31) erzeugt wird.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zahnrad
pumpen (10, 50) vorgesehen sind, von denen eine mit Hilfe der Dicht
platte (31) förderstromgeregelt ist und entsprechend den Anforde
rungen bzw. dem Lastdruck an Verbrauchern eine entsprechende Druck
mittelmenge in den Hydraulikkreis einbringt, wobei die Druckwaage
(53) in den Wegeventilblock integriert ist.
5. Hydraulikanlage mit einem Zahnradmotor, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahl des Zahnradmotors (42) mit Hilfe einer Dichtplatte
(31) regelbar ist, die über eine Steuerleitung (45) von einer Druck
waage (24) gesteuert wird, und daß die Druckwaage (24) selbst wieder
vom Differenzdruck einer verstellbaren Drossel (40) gesteuert ist,
welche sich in der Rückleitung (41) des Zahnradmotors befindet.
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