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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kreislauf mit einer Austausch-
und/oder Spülvorrichtung
und wenigstens einem Hydraulikmotor mit einem Gehäuse, das
einen Innenraum begrenzt, in dem der Zylinderblock des Motors angeordnet
ist, und zwei Hauptleitungen, die mit einer Hauptpumpe verbunden
sind und eine Hauptzulaufleitung bzw. eine Hauptablaufleitung für den Hydraulikmotor
bilden, wobei die Austauschvorrichtung ein Austauschventil aufweist,
das mit wenigstens einer der Hauptleitungen verbunden ist und eine
geöffnete
Stellung, in der es eine Verbindung zwischen der Hauptleitung, mit
der es verbunden ist, und einem druckfreien Behälter herstellt, und eine geschlossene
Stellung einzunehmen vermag, in der es diese Verbindung unterbricht.
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Die
Aufgabe einer derartigen Austauschvorrichtung besteht darin, aus
dem Hauptkreislauf Fluid zu entnehmen, um das Abkühlen des
Fluids vor dessen Ableitung zu einem druckfreien Behälter und dessen
Wiedereinspritzen in den Kreislauf zu ermöglichen. Mittels einer Spülvorrichtung
läuft das
entnommene Fluid durch das Motorgehäuse und/oder die Hauptpumpe,
bevor es zu einem druckfreien Behälter abgeleitet und in den
Kreislauf zurückgeführt wird,
im Allgemeinen mittels einer Hilfspumpe.
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Bekannte
Austauschvorrichtungen weisen einen Wähler auf, der es erlaubt, eine
Verbindung zwischen der Hauptleitung, die unter dem niedrigsten Druck
steht, und einem Ventil herzustellen, das das Ableiten des Fluids
nur ab einer Druckgrenze gestattet. Bei derartigen Vorrichtungen
kann die entnommene Fluidmenge begrenzt sein.
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Das
Dokument DE-195 22 448 zeigt zum Beispiel eine Austauschvorrichtung
mit einem Austauschwähler
und einem Ventil, die beide nacheinander in dem Austauschkreislauf
angeordnet sind.
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In
dem Dokument
US 6,339,928 ist
eine Austauschvorrichtung für
einen geschlossenen Kreislauf offenbart, der einen Wähler der
oben genannten Art und ein Austauschventil umfasst, das so gesteuert wird,
dass das Ableiten des Fluids unter bestimmten Betriebsumständen gestattet
wird oder nicht. Hierzu wird das Austauschventil in Abhängigkeit
von Betriebsparametern wie der Geschwindigkeit des durch den Hydraulikmotor
angetriebenen Fahrzeugs, der Drehzahl eines Verbren nungsmotors,
der die Hauptpumpe antreibt, und der Temperatur des Fluids in dieser
Pumpe gesteuert.
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Das
Austauschventil der Vorrichtung aus der
US 6,339,928 wird durch einen Prozessor
vollständig elektrisch
gesteuert, der anhand von Parametern, die für einen Zustand des Kreislaufs
repräsentativ
sind, einen Steuerbefehl bestimmt.
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In
zahlreichen Fällen
bleibt es jedoch vorteilhaft, den Druck in der Hauptleitung, mit
der das Austauschventil verbunden ist, zu berücksichtigen, um einen Austausch
zuzulassen oder nicht. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn die
Fluidmenge, die von der Fluidquelle geliefert wird, mit der der
Austausch verbunden ist, abbnimmt, da durch den Austauschabfluss
die Gefahr besteht, dass es in der Hauptleitung, mit der das Austauschventil
verbunden ist, zu einem Druckabfall kommt, so dass die Speisung
des Motors nicht sichergestellt werden kann.
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Die
Vorrichtung aus der
US 6,339,928 kann diesen
Druck nur berücksichtigen,
wenn in beiden Hauptleitungen oder am Ausgang eines an diese Leitungen
angeschlossenen Wählers
Drucksensoren angeordnet sind, so dass die von diesen Sensoren gemessenen
Drücke
vom Prozessor bei der Bestimmung seines Befehls verwendet werden.
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Es
bedarf daher einer bestimmten Anzahl elektronischer Bauteile, was
die Fertigungskosten der Vorrichtung erhöht. Ferner erweist sich der
vollkommen elektrische Befehl nicht immer als der am besten geeignetste,
wenn, wie im vorliegenden Fall, dieser Befehl auf hydraulische Bauteile
angewandt wird, deren Öffnen
und Schließen
den hydraulischen Zustand des Kreislaufs verändern.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des oben genannten
Standes der Technik zu beheben, indem für den Austausch der Druck in
der Leitung, mit der das Austauschventil durch eine hydraulische
Steuerung verbunden ist, zusätzlich
zu einem Parameter berücksichtigt
wird, der nicht diesem Druck entspricht.
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Gelöst wird
diese Aufgabe dadurch, dass das Austauschventil in dem erfindungsgemäßen Kreislauf
ein Element aufweist, das zwischen einer ersten Position und einer
zweiten Position beweglich ist, die der geschlossenen bzw. der geöffneten
Stellung des Austauschventils entspricht, dass die Vorrichtung ein
Steuerventil aufweist, das in Abhängigkeit von dem wenigstens
einen Steuerparameter betätigt
wird, um das Verschieben des beweglichen Elements zu gestatten,
dass sie einen Öffnungssteuerraum
umfasst, der in der Lage ist, durch eine erste Verbindungsleitung
mit einer der Hauptleitungen verbunden zu werden, um das bewegliche
Element in seine zweite Position zu drängen, in der die Hauptleitung
mit dem druckfreien Behälter
verbunden ist, sowie einen Schließsteuerraum, der in der Lage
ist, mit einem unter Druck stehenden Raum verbunden zu werden, um
das bewegliche Element in seine erste Position zu drängen, und
dass das Steuerventil in Abhängigkeit
von dem wenigstens einen Steuerparameter betätigt wird, um den Schließsteuerraum
mit dem druckfreien Behälter
zu verbinden oder um diesen Raum von diesem Behälter abzusperren.
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Mit
der Erfindung wird das Steuerventil durch den Parameter gesteuert,
der nicht dem Druck in der Leitung entspricht, mit der das Austauschventil
verbunden ist, während
durch die geeignete Anordnung des Öffnungs- und des Schließsteuerraums
des Austauschventils dieses durch den Druck in der Hauptleitung
gesteuert wird, mit der es verbunden ist.
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Der
Austausch kann unter bestimmten speziellen Umständen nicht erwünscht sein,
zum Beispiel beim Starten des Hydraulikmotors.
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Wird
für den
Austausch eine Fluidmenge entnommen, besteht nämlich die Gefahr, dem Kreislauf eine
Fluidmenge zu entziehen, die zur Steuerung anderer Zusatzfunktionen
wie dem Lösen
der Feststellbremse benötigt
wird. Die Entnahme einer Austauschabflussmenge kann somit einen
Druckabfall bewirken und die Steuerung einer anderen Funktion verhindern.
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Umfasst
die Vorrichtung einen Austauschwähler
mit Schieber, kann es zudem vorkommen, dass das Verschieben des
Schiebers zum Herstellen der Verbindung zwischen der unter dem niedrigsten
Druck stehenden Hauptleitung und dem Austauschventil zu langsam
erfolgt, wenn das Fluid kalt ist und eine hohe Viskosität aufweist.
Kehrt sich der Druck in den Leitungen um, kann der Schieber nämlich momentan
in der Position verbleiben, in der er sich vor dieser Umkehrung
befand, und somit die Hauptleitung, die vorher unter niedrigem Druck
stand und nun unter hohem Druck steht, mit dem Austauschventil verbinden,
wodurch somit dem Motor ein Teil seiner Leistung entzogen wird.
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Ergibt
sich durch den Wert des wenigstens einen Steuerparameters, dass
der Austausch nicht erwünscht
ist, wird das Steuerventil so betätigt, dass der Schließsteuer raum
von dem Behälter
abgesperrt ist. Aufgrund dieser Absperrung kann der Druck in dem
Schließsteuerraum
derart sein, dass der Druck in dem mit einer der Hauptleitungen
verbundenen Öffnungssteuerraum
nicht ausreicht, um das Öffnen des
Austauschventils zu steuern.
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Dadurch
kann verhindert werden, dass unter ungünstigen Bedingungen, die durch
diesen Steuerparameter zum Ausdruck gebracht werden, Fluid durch
die Austauschvorrichtung aus der Hauptleitung entnommen wird. Wie
im Folgenden noch zu sehen ist, kann es sich bei diesen ungünstigen
Bedingungen um einen Kaltstart des Motors oder um spezielle Betriebphasen
handeln, wie zum Beispiel eine Beschleunigung, eine Bremsung, einen
die gesamte Leistung des Motors erfordernden Vorgang usw. Im Folgenden
wird der nicht dem Fluiddruck in der Hauptleitung entsprechende
Parameter als erster Steuerparameter bezeichnet. Es ist anzumerken, dass
unter diesen ungünstigen
Bedingungen, bei denen der Austausch nicht erwünscht ist, der Druck in dem
Schließraum
des Austauschventils derart ist, dass Leckagen zwischen dem Eingang
des Austauschventils und dem Behälter
verhindert werden.
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Werden
diese ungünstigen
Bedingungen nicht mehr festgestellt, das heißt der Zustand des Kreislaufs
erlaubt theoretisch den Austausch, verbindet das Steuerventil den
Schließsteuerraum
jedoch mit dem Behälter,
und das Austauschventil führt
den Austausch durch, wenn es der Druck in der Hauptleitung, mit
der dieses verbunden ist, gestattet.
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Vorteilhafterweise
ist der einen Zustand des Kreislaufs darstellende Steuerparameter
aus dem Fluiddruck in einer Nebenleitung des Kreislaufs (zum Beispiel
dem Speisedruck), der Fluidtemperatur in einem Bereich des Kreislaufs,
der Rotorgeschwindigkeit des Motors, der Rotorbeschleunigung oder
der Rotorverzögerung
und dem aktiven Hubvolumen des Motors ausgewählt.
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Es
kann sich auch um den Einschlagwinkel eines durch den Hydraulikmotor
angetriebenen Fahrzeugs, die Nutzung der Fördermenge einer Hilfspumpe
zur Betätigung
eines Hilfsgeräts,
die Laufrichtung des Motors, eine Bremssituation usw. handeln.
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Der
erste Steuerparameter kann von jeder beliebigen Art sein, solange
sein Wert für
einen Zustand des Kreislaufs repräsentativ ist, der es erlaubt, die
Betätigung
der Austauschvorrichtung zu bewirken.
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Vorteilhafterweise
weist die Vorrichtung einen Steller auf, der in der Lage ist, das
Steuerventil in Abhängigkeit
von einem Grenzwert des ersten Steuerparameters zu betätigen.
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Erreicht
der erste Steuerparameter den Grenzwert, gestattet zum Beispiel
der Steller dem Steuerventil, den Schließsteuerraum mit dem druckfreien
Behälter
zu verbinden, wodurch somit die Durchführung des Austausches durch
das Austauschventil ermöglicht
wird, das durch den Druck in der Hauptleitung, mit der es verbunden
ist, hydraulisch gesteuert wird. Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung
einen Austauschwähler,
der in der Lage ist, eine Verbindung zwischen der unter dem niedrigsten
Druck stehenden Hauptleitung und dem Austauschventil herzustellen.
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Dieser
Wähler
erlaubt es somit in bekannter Weise, das Austauschventil mit der
Leitung zu verbinden, die unter dem niedrigsten Druck steht. Die Erfindung
eignet sich jedoch auch für
eine Auswahlvorrichtung ohne einen derartigen Wähler, insbesondere der Art,
wie in der französischen
Patentanmeldung Nr. 2 819 023 beschrieben.
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Bei
dem Austauschventil kann es sich um einen nicht proportionalen Wähler mit
zwei Stellungen handeln, in diesem Fall ist die in der geöffneten
Stellung entnommene Fluidmenge durch eine Drosselung begrenzt. Vorteilhafterweise
handelt es sich jedoch um ein Proportionalventil wie ein Druckbegrenzungsventil
bzw. einen Druckbegrenzer, das bzw. der es erlaubt, den Druck in
der Leitung, mit der es verbunden ist, ungeachtet der Durchflussmenge
zu regulieren.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform umfasst
das Austauschventil einen Ventilkörper mit einem Eingang, der
mit einer der Hauptleitungen verbunden ist, und mit einem Ausgang,
der mit dem drucklosen Behälter
verbunden zu werden vermag, und ein Element, das zwischen einer
ersten und einer zweiten Position beweglich ist, die der geschlossenen
bzw. der geöffneten
Stellung des Austauschventils entspricht, wobei das bewegliche Element
in seiner ersten Position den Eingang von dem Ausgang absperrt und
in seiner zweiten Position beide miteinander verbindet.
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Vorteilhafterweise
ist der Schließsteuerraum elastischen
Austauschrückstellmitteln
zugeordnet, die das bewegliche Element ständig in seine erste Position
drängen.
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Vorteilhafterweise
ist der Öffnungssteuerraum
an einem Ende des beweglichen Elements angeordnet, das dem Eingang
des Ventilkörpers
benachbart ist, während
der Schließsteuerraum
an dem anderen Ende des beweglichen Elements angeordnet ist und
mit dem Öffnungssteuerraum über eine Bohrung
des beweglichen Elements in Verbindung steht.
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Der
Ventilkörper
ist vorteilhafterweise in einer Bohrung des Gehäuses angeordnet.
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Das
Austauschventil ist daher vorteilhafterweise in eine Kartusche integriert,
die unmittelbar auf dem Gehäuse
des Motors befestigt ist, wodurch es ausgehend von einem Standardmotoraufbau
möglich ist,
den geeignetsten Austausch- und Spülmodus auszuwählen, indem
lediglich die Kartusche geändert
wird.
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Ist
das Steuerventil wenigstens zum Teil in dem Ventilkörper des
Austauschventils angeordnet, kann der erste Steuerparameter zudem
unmittelbar mit einem Zustand des Motors, wie dessen Temperatur,
der Temperatur des diesen durchfließenden Fluids, dessen Hubvolumen
usw. in Zusammenhang stehen.
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Zum
Anpassen des Kreislaufs an die gewünschte Steuerart genügt es somit,
eine Austauschventil/Steuerventil-Einheit (die in ein und demselben
hydraulischen Bauteil integriert ist, das die oben genannte Kartusche
bildet) auszuwählen
und diese in das Gehäuse
des betreffenden Motors einzusetzen. Das Spektrum der vorgeschlagenen
Motoren ist deshalb ausgehend von einer begrenzten Anzahl von Motor-
und Austauschvorrichtungstypen sehr vielfältig.
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Vorteilhafterweise
ist das Austauschventil mit dem drucklosen Behälter durch den Innenraum des
Motorgehäuses
verbunden.
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In
dieser Stellung wird das zum Austausch entnommene Fluid zum Spülen des
Innenraums des Motors verwendet. Das durch das Austauschventil entnommene
Fluid wird nämlich
in das Gehäuse
eingespritzt, während
das in dem Gehäuse
vorhandene Fluid über
die übliche
Leckagerücklauföffnung abgeleitet
wird.
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Vorteilhafterweise
ist das Steuerventil ein Proportionalventil.
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Die
zur Vornahme des Austauschs entnommene Fluidmenge kann demnach in
Abhängigkeit der
Situation des Kreislaufes variieren, insbesondere in Abhängigkeit
der Veränderung
des ersten Steuerparameters.
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Verdeutlicht
werden die Erfindung und ihre Vorteile durch die nachfolgende detaillierte
Beschreibung von Ausführungsformen,
die beispielhaft in nicht einschränkender Weise wiedergegeben
sind.
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Die
Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 schematisch
einen Kreislauf zum Antrieb eines Hydraulikmotors mit einer erfindungsgemäßen Austauschvorrichtung
zeigt;
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2A einen
Längsschnitt
durch eine Austauschventil/Steuerventil-Einheit gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung in einer Position zeigt, die keinen Austausch zulässt;
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2B eine
Schnittansicht analog der aus 2A ist,
die eine Austauschventil/Steuerventil-Einheit in einer Austauschposition
zeigt;
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3 eine
Schnittansicht analog der aus 2A für eine Variante
zeigt.
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1 zeigt
einen geschlossenen Kreislauf, bei dem die Öffnungen der Hauptpumpe 10 mit
zwei Hauptleitungen 12 bzw. 14 verbunden sind,
die als Zulauf- bzw. Ablaufleitung für einen Hydraulikmotor 16 dienen,
mit dem sie verbunden sind.
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Der
Kreislauf weist ferner eine Austauschvorrichtung auf, die einen
Austauschwähler 20 mit zwei
mit den beiden Hauptleitungen 12 bzw. 14 verbundenen
Eingangswegen 20A und 20B und einem Ausgangsweg 20C umfasst,
der über
eine Leitung 22 das durch den Wähler 20 entnommene
Fluid zum Eingang 24A eines Austauschventils 24 ableitet,
das den Ausgang 20C des Wählers 20 über einen
Kühler 28 mit
einem druckfreien Behälter 26 zu
verbinden vermag, wenn der Eingang des Austauschventils mit dessen
Ausgang 24B verbunden ist. Das durch den Wähler 20 entnommene
Fluid wird somit unter gegebenen Betriebsbedingungen abgekühlt, bevor
es durch eine Zwischenpumpe 30 wieder in den Hauptkreislauf
einspritzt wird. Der Behälter
wird als "druckfrei" bezeichnet, da er
unter Atmosphärendruck
oder einem geringen Druck steht, der höchstens dem Speisedruck entspricht.
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Der
Ausgang 24B des Austauschventils 24 kann über eine
Ausgangsleitung 32 direkt mit dem druckfreien Behälter 26 verbunden
und somit nur für den
Austausch vorgesehen sein oder auch über den Innenraum des Motors 16 mit
dem Behälter 26 verbunden
sein, um auch zum Spülen
des Innenraums, wie in 1 dargestellt, vorgesehen zu
werden, bevor über
die Leckagerücklaufleitung
des Motors 34 die Ableitung zu dem Behälter erfolgt. In letzterem Fall
spricht man von einer Spülvorrichtung.
Da beide Arten von Vorrichtungen auf die gleiche Weise funktionieren,
wird im Folgenden, abgesehen von den vorstehend genannten Unterschieden,
nur auf die Beschreibung einer Austauschvorrichtung eingegangen.
Der Motor 16 ist nicht im Detail dargestellt, es handelt
sich jedoch zum Beispiel um einen Radialkolbenmotor der gleichen
Art wie in der FR-A-2 673 684 beschrieben.
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Der
Austauschwähler 20 wird
durch Steuermittel 36 und 38 ausgehend von seiner
in 1 wiedergegebenen neutralen Position gesteuert,
in der keine Verbindung zwischen den Hauptleitungen 12 und 14 und
der Leitung 22 weder zu der einen noch zu der anderen seiner
beiden Austauschpositionen besteht, in denen er die Hauptleitung 12 oder 14,
die unter dem niedrigsten Druck steht, mit der Leitung 22 verbindet.
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Das
Austauschventil 24 wird durch ein Steuerventil 46 gesteuert,
das, wie in 1 dargestellt, zwischen einer
Verbindungsleitung 48 und dem Leckagerücklauf 34 des Motors
angeordnet ist.
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Das
Austauschventil 24 weist ein Element auf, das zwischen
einer ersten und einer zweiten Position beweglich ist, die einer
geschlossenen bzw. einer geöffneten
Stellung des Ventils entsprechen. Das Austauschventil 24 ist
ein Druckbegrenzungsventil bzw. ein Druckbegrenzer, dessen bewegliches
Element die Klappe oder der Schieber ist. Dieses bewegliche Element
wird nachstehend als Schieber bezeichnet.
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Die
Steuermittel 60 des Austauschventils 24 umfassen
das Steuerventil 46 und Mittel 140, um das Verschieben
des Schiebers zu steuern, wenn dies durch den Zustand des Steuerventils 46 ermöglicht ist.
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Die
in 2 dargestellten Steuermittel 140 des
Schiebers sind Mittel zur hydraulischen Betätigung und umfassen eine Verbindungsleitung 142,
die mit der Leitung 22 verbunden ist und auf einer Seite des
Schiebers in einen (in 1 nicht dargestellten) Öffnungssteuerraum
mündet,
derart, dass der Fluiddruck in der Verbindungsleitung 142 dazu
tendiert, den Schieber in seine Öffnungsstellung
zu drücken. Die
Steuermittel 140 umfassen ferner Mittel zum Rückstellen
in die Schließstellung,
die im vorliegenden Fall eine Feder 145 und eine Verbindungsleitung 52A umfassen,
die mit der Leitung 22 über
eine Drossel 54 verbunden ist und auf einer Seite des Schiebers
in einen (in 1 nicht dargestellten) Schließsteuerraum
mündet,
derart, dass der Fluiddruck in der Leitung 52A und die
Feder 145 dazu neigen, das bewegliche Element gegen die
durch den Fluiddruck in der Verbindungsleitung 142 ausgeübte Kraft
in seine Schließstellung
zu drücken.
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Der
Fluiddruck in der Hauptleitung 12 oder 14, die
unter dem niedrigsten Druck steht (mit der der Eingang des Austauschventils 24 verbunden
ist), wird somit bei der Steuerung des Ventils berücksichtigt.
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Die
Drossel 54 ist in dem Abschnitt 52B, der die Verbindungsleitung 52A mit
der Leitung 22 verbindet, derart angeordnet, dass ein Druckverlust
zwischen der Leitung 22 und dem Schließsteuerraum entsteht, der durch
die Verbindungsleitung 52A gespeist wird.
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In
dem dargestellten Beispiel sind der Öffnungssteuerraum und der Schließsteuerraum
des Austauschventils mit derselben Hauptleitung verbunden, da beide
mit der Leitung 22 verbunden sind. Es kann vorgesehen werden,
den Öffnungssteuerraum mit
der Hauptleitung verbunden zu lassen, mit der der Eingang des Austauschventils
verbunden ist, den Schließsteuerraum
jedoch mit einem anderen unter Druck stehenden Raum, zum Beispiel
mit einer zusätzlichen
Druckquelle wie einer Zwischenpumpe, zu verbinden.
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Das
Steuerventil 46 selbst wird zwischen einer geöffneten
Stellung, in der es zulässt,
dass das von der Verbindungsleitung 52A und somit von dem Schließsteuerraum
des Austauschventils 24 kommende Fluid zu dem druckfreien
Behälter 26 fließt, und
einer geschlossenen Stellung, in der es diese Kammer von dem Behälter 26 absperrt,
durch Steuermittel 50 gesteuert.
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Diese
Steuermittel 50 weisen eine Betätigung 144 jeder geeigneten
Art auf (hydraulisch, elektrisch, pneumatisch, thermisch, mechanisch
usw.), die in Abhängigkeit
eines ersten, einen Zustand des Kreislaufs wiedergebenden Parameters
P betätigt wird,
um den Wechsel des Steuerventils 46 zwischen seiner geschlossenen
Stellung und seiner geöffneten Stellung
zu bewirken.
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Dieser
erste Parameter P stellt einen Zustand des Kreislaufs dar, und sein
Wert gibt an, ob der Austausch stattfinden kann oder ob vielmehr
eine Fluidentnahme zur Durchführung
des Austausch besser zu vermeiden ist, um die Fluidmenge und den Fluiddruck
im Kreislauf beizubehalten und somit dessen einwandfreien Betrieb
zu gewährleisten.
Dieser erste Parameter P ist zum Beispiel ausgewählt, um eine Kaltstartsituation
des Motors oder auch spezielle Betriebsphasen wie eine Beschleuni gung,
eine Bremsung, einen die gesamte Leistung des Motors erfordernden
Vorgang usw. wiederzugeben. Der erste Steuerparameter kann aus dem
Fluiddruck in einer Nebenleitung des Kreislaufs, der Fluidtemperatur
in einem Bereich des Kreislaufs, der Rotorgeschwindigkeit, der Beschleunigung
oder Verzögerung
des Rotors und dem aktiven Hubvolumen des Motors usw. ausgewählt werden.
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Das
Steuerventil 46 kann zum Beispiel ein Magnetventil sein,
das durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert wird, die in
Abhängigkeit
von dem festgestellten Wert des ersten Steuerparameters P, der an
diese Einheit übertragen
und mit einem Referenzwert verglichen wird, einen Öffnungs-
oder Schließbefehl
gibt.
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Das
Ventil 46 weist vorteilhafterweise ein bewegliches Element
wie einen Schieber auf, das sich zwischen zwei Positionen, die der
geöffneten
Stellung bzw. der geschlossenen Stellung des Ventils 46 entsprechen,
zu bewegen vermag, wobei das Verschieben des beweglichen Elements
in Abhängigkeit von
dem ersten Steuerparameter P gesteuert wird.
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Im
vorliegenden Fall ist die in 1 dargestellte
Betätigung 144 für das Steuerventil 46 ein Steller,
der das bewegliche Element des Steuerventils 46 in Abhängigkeit
von der Temperatur zu verschieben vermag.
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Das
Steuerventil 46 wird durch den Steller 144 in
seine Öffnungsstellung
gebracht, während
es durch elastische Betätigungsrückstellmittel
in seine Schließstellung
gelangt, in diesem Fall eine Feder 55, zu deren Kräften noch
die hinzukommen, die aus dem Druck des Fluids resultieren, das von
der Verbindungsleitung 48 kommt, die mit der Verbindungsleitung 52A verbunden
ist.
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Im
Folgenden wird nun die Funktionsweise des Austauschventils 24 beschrieben,
die verständlicherweise
einerseits vom Druck in der Hauptleitung 12 oder 14,
mit der des verbunden ist, und andererseits von dem ersten Steuerparameter
P, der das Steuerventil 46 zu betätigen vermag, abhängt.
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Befindet
sich das Steuerventil 46 in Schließstellung, lässt es nicht
zu, dass das von den Leitungen 52A und 52B und
dem Schließsteuerraum
kommende Fluid zum druckfreien Behälter 26 fließt, so dass
der Druck in der Verbindungsleitung 52A (und erst recht
in dem Schließsteuerraum)
dem Druck in der Leitung 22 und in der Leitung 142 entspricht,
und zwar ungeachtet der Höhe
des Drucks in der Leitung 22. Hieraus folgt, dass die durch
die Feder 145 bedingten Rückstellkräfte in Verbindung mit dem Fluiddruck
in der Verbindungsleitung 52A also größer sind als die Kräfte, die
durch den Druck des in der Verbindungsleitung 142 enthaltenen
Fluids wirken, so dass das Austauschventil 24 seine geschlossene
Stellung einnimmt, durch die somit die Ableitung einer Austauschabflussmenge
zum druckfreien Behälter 26,
wie in 1 dargestellt, unterbunden wird.
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Befindet
sich das Steuerventil 46 hingegen in Öffnungsstellung, so lässt es zu,
dass das von der Verbindungsleitung 52A und dem Schließsteuerraum kommende
Fluid zum druckfreien Behälter 52A abfließt, so dass
der Fluiddruck in der Verbindungsleitung 52A (und erst
recht in dem Schließsteuerraum) aufgrund
des Vorhandenseins der Drossel 54 geringer ist als der
des in der Verbindungsleitung 142 (und erst recht in dem Öffnungssteuerraum)
enthaltenen Fluids. Ist der Fluiddruck in der Verbindungsleitung 142 größer als
ein Grenzwert, wird eine größere Kraft als
die Kraft der Feder 145 erzeugt, woraus folgt, dass das
Austauschventil 24 seine geöffnete Stellung einnimmt, die
somit einen Austauschabfluss zum druckfreien Behälter 26 zulässt, indem
eine Verbindung zwischen der Leitung 22 und der Ausgangsleitung 32 hergestellt
wird. Ist hingegen der Fluiddruck in der Verbindungsleitung 142 niedriger
als dieser Grenzwert, erzeugt dieser eine geringere Kraft als die Kraft
der Feder 145, und das Austauschventil nimmt seine geschlossene
Stellung ein, die einen Austauschabfluss unterbindet.
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2A und 2B zeigen
beispielhaft ein Austauschventil 24 und ein Steuerventil 46 der
vorstehend genannten Art im Detail.
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Das
in 2A in Schließstellung
dargestellte Austauschventil 24 weist einen Ventilkörper 62 auf, mit
einem Eingang 62A, der mit einer der Hauptleitungen 12 oder 14 oder
der Leitung 22 aus 1 verbindbar
ist, und einem Ausgang 62B, der mit dem druckfreien Behälter 26 verbindbar
ist. Das bewegliche Element des Austauschventils 24, in
diesem Fall ein Ventilschieber 64, ist in dem Ventilkörper 62 zwischen
einer ersten Öffnungsstellung,
in der es den Eingang 62A des Austauschventils 24 von
dessen Ausgang 62B absperrt, und einer zweiten (in 2B dargestellten)
Stellung verschiebbar, in der es den Eingang 62A und den
Ausgang 62B miteinander verbindet. Der Eingang 62A und
der Ausgang 62B des Körpers 62 bilden
den im Zusammenhang mit 1 erwähnten Eingang 24A und
Ausgang 24B.
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Die
Feder 145 tendiert dazu, den Schieber 64 gegen
einen in dem Ventilkörper 62 ausgebildeten Absatz 62C in
Richtung des Pfeils F1 in seine Schließstellung zu drücken, in
der er den Ausgang 62B versperrt.
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Der Öffnungssteuerraum 66A des
Austauschventils 24 ist an dem Ende 64A des Schiebers 64 angeordnet,
das dem Eingang 62A des Ventilkörper 62 benachbart
ist, während
der Schließsteuerraum 66B an
dem anderen Ende 64B des Schiebers 64 angeordnet
ist.
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Die
beiden Steuerräume 66A und 66B kommunizieren
miteinander durch eine Bohrung des Schiebers 64, in diesem
Fall eine Verbindungsleitung 68. Diese Verbindungsleitung 68 weist
eine Drossel 54 auf, die es gestattet, die Menge des in
den Schließsteuerraum 66B eintretenden
Fluids zu begrenzen und somit einen Druckverlust zwischen dem Öffnungsraum 66A und
dem Schließraum 66B zu
erzeugen. Die Leitung 68 bildet somit die im Zusammenhang
mit 1 genannten Leitungen 142, 52A und 52B.
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Das
Steuerventil 46 weist eine Steuerklappe mit einer Kugel
und einem Sitz auf, die es gestattet, den Schließsteuerraum 66B des
Austauschventils 24 mit dem druckfreien Behälter zu
verbinden oder diesen Raum 66B von dem Behälter abzusperren.
Diese Klappe umfasst eine Kugel 70, die in dem Ventilkörper 62 derart
angeordnet ist, dass sie mit einem Sitz 72, der einen mit
dem Ventilkörper 62 fest
verbundenen Anschlag bildet, zusammenwirken kann. In diesem Fall
ist der Sitz 72 am Ende einer Muffe 72' gebildet, die
in dem Ventilkörper 62 durch
einen Sicherungsring 73 fest gehalten wird. Eine mit der
Kugel 70 zusammenwirkende Stange 74 vermag die
Kugel 70 in Abhängigkeit
von einem Grenzwert des Parameters P in die durch den Pfeil F1 angegebene
Richtung zu drängen,
um die Kugel 70 aus ihrem Sitz 72 zu entfernen,
während
elastische Betätigungsrückstellmittel,
in diesem Fall die Feder 55, die Kugel 70 ständig zu
ihrer Schließstellung
in die mit dem Pfeil F2 angegebene entgegengesetzte Richtung drängen. Die Feder 55 ist
vorteilhafterweise eine Kegelfeder, deren Spitze 55A die
Kugel 70 trägt.
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Die
Kugel 70 befindet sich somit in Anlage an der Spitze 55A der
Feder 55, während
das die Basis bildende andere Ende 55B der Feder 55 an
einem Element 76 anliegt, das in dem Ventilkörper 62 durch einen
Sicherungsring 76' fest
gehalten wird. Das Element 76 ist mit einer Bohrung 76A versehen,
die es dem von der Verbindungsleitung 68 kommenden Fluid
gestattet, bis zu dem Raum zu fließen, in dem sich die Kugel 70 befindet.
Hieraus folgt, dass der Schließsteuerraum 66B beiderseits
der Bohrung 76A verläuft.
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In 2A wirkt
die Stange 74 mit einem temperaturempfindlichen Organ 84 zusammen,
und die Stange 74 und das Organ 84 bilden im vorliegenden Fall
den Steller 144, wobei die Stange 74 in Richtung der
Pfeile F1 oder F2 in Abhängigkeit
von dem Wert des ersten Steuerparameters P verschoben werden kann,
bei dem es sich in diesem Fall um eine in einer Kammer 144' gemessene Temperatur
handelt, um den Wechsel des Steuerventils 46 zwischen seiner geschlossenen
Stellung und seiner geöffneten
Stellung zu bewirken. Der Steller ist somit in diesem Fall ein wärmeempfindliches
Element 144, zum Beispiel ein Thermostellantrieb. Es kann
sich auch um einen elektrischen oder elektromechanischen Stellantrieb handeln,
der durch eine elektromechanische Steuereinheit gesteuert wird.
Es ist anzumerken, dass die Kammer 144' natürlich mit dem im Motorgehäuse vorhandenen
Fluid gefüllt
ist. Der Steller kann auf einen Parameter reagieren, der nicht der
Temperatur und insbesondere nicht der Temperatur eines Fluids entspricht,
zum Beispiel den Fluiddruck in einem anderen Teil des Kreislaufs
als der Hauptleitung, die unter dem niedrigsten Druck steht, die
Temperatur des Motorgehäuses,
das aktive Hubvolumen des Motors usw.
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Der
Steller 144 ist mit dem Ventilkörper 62 fest verbunden.
Im vorliegenden Fall wird er durch die Muffe 72' und einen Deckel 78,
der in einer im Gehäuse
des Hydraulikmotors (nicht dargestellt) angeordneten Hülse 80 dicht
befestigt ist, gegen den Ventilkörper 62 gehalten.
Das heißt,
die Hülse 80 ist
an einem der Enden 80A durch den Deckel 78 geschlossen,
während
sie an ihrem anderen Ende 80B eine Bohrung 80' aufweist, in
der der Ventilkörper 62 mit einem
Spiel e angeordnet ist, das den Durchfluss des Fluids zwischen dem
Gehäuseraum
des Motors und der Kammer 144' gestattet.
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Die
Muffe 72' weist
eine Bohrung 72A, in der die Stange 74 verschiebbar
ist, und einen Durchgang 72B auf, der die Bohrung 72A mit
der Kammer 144' verbindet.
Der Sitz 72 der Kugel 70 ist an dem Ende der Bohrung 72A an
der Seite des Schließsteuerraums 66B derart
angeordnet, dass die Position der Kugel 70 die Verbindung
zwischen dem Durchgang 72B und dem Raum 66B unterbindet
oder gestattet. Der Durchgang 72B selbst steht über die
Kammer 144' und
das zwischen der Hülse 80 und
dem Ventilkörper 62 bestehende
Spiel e mit dem (in 1 dargestellten) druckfreien
Behälter 26 in
Verbindung, wodurch es dem in dem Schließsteuerraum 66B enthaltenen
Fluid möglich
ist, zu diesem Behälter
abzufließen,
wenn die Kugel 70 durch die Stange 74 aus dem
Sitz 72 entfernt ist.
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Ist
die Kugel 70 durch die Feder 55 gegen den Sitz 72 arretiert,
kann somit das in dem Schließsteuerraum 66B enthaltene
Fluid nicht zu diesem Behälter
abfließen
und die durch die Feder 145 bedingten Kräfte sind
in Verbindung mit dem Druck in diesem Raum 66B größer als
die durch den Druck in dem Öffnungssteuerraum 66A bedingten
Kräfte,
wodurch der Schieber 64 in Richtung des Pfeils F1 in seine
Schließstellung
geschoben wird. Folglich ist keine Verbindung zwischen dem Eingang 62A und dem
Ausgang 62B des Ventilkörpers
möglich,
so dass der Austausch nicht zu dem druckfreien Behälter erfolgen
kann.
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Erreicht
die Temperatur des in der Kammer 144' enthaltenen Fluids einen gegebenen
Grenzwert, verschiebt sich die Stange 74 unter der Einwirkung des
wärmeempfindlichen
Stellantriebs 144 gegen die Feder 55, die in der
mit dem Pfeil F1 angegebenen Richtung zusammengedrückt wird
und hierbei die Kugel 70 aus ihrem Sitz 72 entfernt,
wie in 2B dargestellt. In diesem Fall
fließt
das in dem Schließsteuerraum 66B enthaltene
Fluid über
die Bohrung 72A und den Durchgang 72B zu dem Behälter ab, wie
durch die Pfeile F angegeben.
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Ist
der Druck am Eingang 62A des Austauschventils 24 größer als
ein gegebener Grenzwert, folgt daraus, dass die durch den Druck
des in dem Öffnungssteuerraum 66A enthaltenen
Fluids bedingten Kräfte
größer werden
als die Kräfte,
die durch die Feder 145 und den Druck in dem Schließsteuerraum 66B bedingt
sind, so dass der Schieber 64 des Ventils, das das Austauschventil 24 bildet,
gegen die Rückstellkraft
der Feder 145, die zusammengedrückt wird, in die Öffnungsstellung
des Austauschventils in Richtung von Pfeil F2 geschoben wird, wodurch
der Eingang 62A des Körpers 62 des
Austauschventils mit dem Ausgang 62B dieses Körpers verbunden wird
und somit der Austausch zum druckfreien Behälter möglich ist. Ist hingegen der
Druck des Fluids am Eingang 62A geringer als der Grenzwert,
ist die Rückstellkraft
der Feder 145 ausschlaggebend, so dass der Schieber 64 in
die Schließstellung
des Austauschventils in Richtung des Pfeils F1 geschoben wird, wodurch
ein Austauschabfluss unterbunden wird.
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3 zeigt
eine Variante des Steuerventils aus 2A in
geschlossener Stellung. Der Schieber 64 und der Steller 144 sind
mit den vorstehend beschriebenen identisch und funktionieren auf
die gleiche Weise, so dass sie nicht Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sind. Alle Bauteile, die 3 und 2A und 2B gemeinsam
sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Variante aus 3 unterscheidet sich von der
aus 2A und 2B dadurch,
dass die Austauschrückstellfeder,
die es erlaubt, den Schieber 64 des Austauschventils 224 vorzuspannen,
und die Steuerungsrückstellfeder
durch ein und dieselbe Feder 245 gebildet sind. Die Einheit
aus Kugel 70, Kegelfeder 55 und feststehendem
Element 76 wird hier durch ein einziges bewegliches Element 270 ersetzt, das
sich in Richtung des Pfeils F1 zu einer Öffnungsposition, in der es
dem in dem Schließsteuerraum 266B enthaltenen
Fluid das Abfließen
zum druckfreien Behälter
gestattet, oder in Richtung des Pfeils F2 zu einer Schließstellung,
in der das in dem Raum 266B enthaltene Fluid von dem Behälter abgesperrt ist,
zu verschieben vermag. 3 zeigt die Schließstellung
des beweglichen Elements 270.
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Das
bewegliche Element 270 weist einen Absatz 270A,
an dem die Feder 245 durch eines ihrer Enden 245A anliegt
(ihr anderes Ende 245B liegt an dem Schieber 64 an),
und eine Dichtungsfläche 270B auf,
die dem Absatz 270A entgegengesetzt ist und gegen den Sitz 272 zur
Anlage zu kommen vermag, der am Ende einer Muffe 272' ausgebildet
ist, die durch einen Sicherungsring 73 in dem Ventilkörper 262 befestigt
ist. Die Wirkung der Feder 245 und des Drucks des in dem
Schließsteuerraum 266B enthaltenen
Fluids tendiert dazu, das Verschieben des beweglichen Elements 270 in
Richtung der Schließstellung
des Steuerventils in Richtung des Pfeils F2 zu bewirken.
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Die
Muffe 272' weist
wie in 2A und 2B einen
Durchgang 272B auf, der den Schließsteuerraum 266B mit
der Bohrung 272A der Muffe 272' und durch das Spiel e somit auch
mit dem Behälter
zu verbinden gestattet, wenn das bewegliche Element 270 durch
die Stange 74 des Stellers 144 aus dem Sitz entfernt
ist.
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Sobald
die Temperatur einen gegebenen Grenzwert erreicht, schiebt demnach
die Stange 74 das bewegliche Element 270 in seine Öffnungsstellung
in Richtung des Pfeils F1, bis ein Absatz 270C, der auf
diesem Element 270 ausgebildet ist, gegen einen im Ventilkörper 262 befestigten
Ring 276' zum Anschlag
kommt. Dieses Verschieben des beweglichen Elements 270 bewirkt
ein Zusammendrücken der
Feder 245.
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Eine
mit einer Verbindungsleitung 276A verbundene Entnahmeleitung 271,
die beide in dem beweglichen Element 270 ausgebildet sind,
gestattet es, eine Verbindung zwischen dem Schließsteuerraum 266B und
dem druckfreien Behälter über die Bohrung 272A,
den Durchgang 272B und das Spiel e, das zwischen der Hülse 80 und
dem Ventilkörper 262 besteht,
herzustellen.
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In
der Schließstellung
ist der Absatz 270C von dem Ring 276' einen Abstand
E entfernt, der gewählt
ist, um die Verschiebbarkeit des beweglichen Elements 270 von seinem
Sitz 272 mit einem ausreichenden Abstand zu ermöglichen,
um das Abfließen des
in dem Schließsteuerraum 266B enthaltenen Fluids
zu gestatten.
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Ausgehend
von der in 3 dargestellten Schließstellung
ist die Funktionsweise wie folgt: Ungeachtet der Höhe des Drucks
in dem Öffnungssteuerraum 66A bewirkt
das Gleichgewicht der Fluiddrücke
in den Räumen 66A und 266B,
dass die durch die Feder 245 auf den Schieber 64 ausgeübten Kräfte Letzteren
dazu zwingen, sich nicht zu bewegen. Schiebt die Stange 74 das
bewegliche Element 270 in der Richtung F1, wird die Feder
leicht zusammengedrückt,
verringert sich der Druck im Raum 266B, wobei das Fluid
wie vorstehend beschrieben abfließt. Ist der Druck im Raum 66A größer als
ein gegebener Grenzwert, folgt daraus, dass die durch diesen Druck erzeugten
Kräfte
also größer sind
als die der Feder 245 und den Schieber 64 in Richtung
des Pfeils F2 schieben und hierbei die Feder 245 stärker zusammendrücken, bis
eine Verbindung zwischen dem Eingang 62A und dem Ausgang 62B des
Austauschventils 62 besteht. Ist der Druck des Fluids im
Raum 66A hingegen niedriger als der Grenzwert, überwiegen die
auf den Schieber 64 wirkenden Kräfte der Feder 245 und
schieben den Schieber in die Schließstellung, wodurch jeder Austauschabfluss
unterbunden wird.
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Um
jegliches Risiko einer Beschädigung
des Steuerventils 246 in der geöffneten Stellung auszuschließen und
um zu vermeiden, die umliegenden Bauteile sehr genau dimensionieren
zu müssen, kann
der Körper 84 des
Stellers 144 beweglich sein. Es kann daher eine Ausgleichsfeder 82 in
Anlage an einer Abdeckkappe 278B und gegen den Körper 84 des
Stellers 144 vorgesehen werden, die Letzteren ständig gegen
einen Absatz 272" der
Muffe 272' zurückschiebt
und die relative Verschiebung des Körpers 84 des Stellers 144 bezüglich der
Stange 74 ermöglicht.
Genauer gesagt kommt diese Ausgleichsfeder 82 an einem
ihrer Enden 82A gegen eine Scheibe 86 zur Anlage,
die ihrerseits am Körper 84 des
Stellers 144 anliegt, während
ihr anderes Ende 82B gegen einen in der Abdeckkappe 278 ausgebildeten
Absatz 279A zur Anlage kommt.
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Hat
die Stange 74 in der Öffnungsstellung des
Steuerventils 246 (in 3 nicht
dargestellt) das bewegliche Element 270 in Richtung des
Pfeils F1 soweit geschoben, das dessen Absatz 270C gegen den
Ring 276' in
Anschlag kommt, und tendieren bestimmte Gegebenheiten (Anstieg der
Temperatur, Ausdehnung der Bauteile usw.) dazu, die Stange 74 weiter
aus dem Körper 84 zu
schieben, widersetzt sich Letzterer somit den Kräften und bewegt sich entgegengesetzt
zur Ausgleichsfeder 82 in Rich tung des Pfeils F2. Die Ausgleichsfeder 82 lässt sich
natürlich nicht
so leicht wie die Feder 245 zusammendrücken.
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Wie
vorstehend bei 2A, 2B und 3 erwähnt, ist
die Hülse 80,
die den Steller 144, das Steuerventil und das Austauschventil
enthält, zum
Beispiel durch Verschrauben in einer Bohrung des Gehäuses des
Hydraulikmotors befestigt. Ebenso kann der Wähler 20 im Hydraulikmotor
integriert sein, wobei sein Ausgang 22 direkt mit dem Eingang 62A des
Austauschventils verbunden ist. Alternativ können die gleichen Anordnungen
auf das Gehäuse der
Hauptspeisepumpe des Hydraulikmotors angewandt werden.