EP0078861A1

EP0078861A1 - Druckregeleinrichtung

Info

Publication number: EP0078861A1
Application number: EP81109581A
Authority: EP
Inventors: Walter Wimmer
Original assignee: Vickers Systems GmbH; Sperry Vickers Zweigniederlassung Der Sperry GmbH
Current assignee: Vickers Systems GmbH
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1983-05-18
Also published as: EP0078861B1; DE3169441D1

Abstract

Ein Druckregelventil (1) oder Kompensator ist auf der einen Seite (7a) mit Pumpendruck und auf der anderen Seite (7b) mit gedrosseltem Pumpendruck sowie mit der Ventilfederkraft (14) beaufschlagt. Der gedrosselte Pumpendruck wird durch einen Verschiebestrom über die Drossel (25) erzeugt, indem die Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit in einem Zusatzvolumen (15) bzw. die Expansion dieses Zusatzvolumens (15) bei Druckanstieg ausgenutzt wird. Das Druckregelventil (1) spricht so auf die Druckanstiegsgeschwindigkeit an, wenn diese einen bestimmten Wert übersteigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregeleinrichtung, insbesondere durch Verstellung des Förderstroms einer Pumpe, die einen hydraulisch beaufschlagbaren Stellkolben aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Druckregelventil, auch als Kompensator bezeichnet, führt einen Steuerdruck zum Stellkolben der Pumpe, deren Förderstrom dadurch so eingestellt wird, daß dem Verbraucher immer ein bestimmter Druck zur Verfügung steht. Beim Anlauf der Pumpe sowie bei Änderungen des Verbrauchs kann es jedoch zu erhöhten Druckspitzen (oberhalb des Nenndrucks) kommen, die gewöhnlich mit einem Druckbegrenzungsventil abgeschnitten werden. Wegen der Trägheit derartiger Druckbegrenzungsventile gelingt es jedoch nicht, ein gewisses Überschwingen über den Nenndruck zu vermeiden.
Durch die DE-OS 23 50 766 ist eine Druckregeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden, mit welcher die Druckanstiegsgeschwindigkeit erkannt und der Regelvorgang noch vor Erreichen des Nenndrucks in Gang gesetzt wird. Hierzu wird ein ständig fließender Ablaufstrom über'eine Drossel benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckregeleinrichtung zu schaffen, welche für diesen Anwendungsfall der frühzeitigen Regelung geeignet sein soll, ohne einen ständig fließenden Ablaufstrom vorauszusetzen.
Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruchs gelöst und die Lösung durch die weiteren Merkmale der Unteransprüche ausgestaltet und weitergebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Regelventils im Längsschnitt;
Fig. 2 eine Schaltung unter Einbezug des Regelventils;
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Regelverhaltens der Schaltung nach Fig. 2;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des Regelventils und
Fig. 5 eine Schaltung mit dem Regelventil.

Das Druckregelventil 1 weist ein Gehäusehauptteil 1a und ein Federgehäuse 2 auf, die druckmitteldicht ineinandergefügt und beispielsweise durch Verschraubung aneinander gehalten sind. Das Gehäusehauptteil 1a weist einen abgestuften Zylinderraum 3, 4, 5 auf, wobei der Teilraum 3 durch eine Schraube 6 druckmitteldicht abgeschlossen ist, der Teilraum 4 einen Schieberkolben 7 aufnimmt und der Teilraum 5 mit dem Inneren 13 des Federgehäuses 2 in Verbindung steht. In den Teilraum 3 führt ein Druckmittelanschluß 8, und in den Teilraum 4 führen gewöhnlich drei Anschlußkanäle 9, 10, 11, wovon der Anschluß 9 den Pumpedruck, der Anschluß 10 den Steuerdruck und der Anschluß 11 den Tankdruck führen.
Es ist ein weiterer Anschluß 12 in die Federkammer 13 des Federgehäuses 2 vorgesehen. Bei üblichen Regelventilen ist die Federkammer 13 unmittelbar mit dem drucklosen Tank verbunden und gewöhnlich 5 bis 8 cm³ groß, wie zur Aufnahme der Ventilfeder 14 benötigt wird. Bei der Erfindung jedoch ist ein Zusatzvolumen 15 von etwa 50 bis 150 cm³ mit der Federkammer 13 verbunden. Das Federgehäuse 2 weist ferner einen Verschlußstopfen 16 auf, der zur Führung und Abdichtung des'Federsitzes 17 dient. Der Federsitz 17 kann mittels einer Stellschraube 18 verschoben werden, um die Vor- . spannung der Ventilfeder 14 passend einzustellen. Das Federgehäuse 2 ist als stufenförmige Steckhülse ausgebildet, um einerseits in ein übliches Ventilgehäuse 1a eingefügt zu werden und andererseits das Zusatzvolumen 15 zu beherbergen. Auch Anflanschen ist möglich.
Fig. 2 zeigt eine Regelschaltung, in welcher das Regelventil 1 zweckdienlich angewendet wird. Eine von einem Motor angetriebene, verstellbare Pumpe 20 liefert einen Förderstrom in eine Pumpenleitung 21, welche zum Verbraucher 22 führt. Von der Pumpenleitung 21 wird außerdem ein Stellkolben 23 beaufschlagt, ferner das Regelventil 1 über die Anschlußkanäle 8, 9, 12, wobei in den Anschlüssen 9 und 12 jeweils eine Drossel 24, 25 vorgesehen ist. Der Anschluß 12 ist mit einer Tankleitung 26 verbunden, und zwar über ein Druckbegrenzungsventil 27, welches das Regelventil 1 vorsteuert und etwa 7 bar unterhalb des Nenndrucks geöffnet ist. Im Nenndruckbetrieb fließt deshalb ein ständiger Ablaufstrom über die Drossel 25 und das Ventil 27, so daß den beiden Kolbenseiten 7a, 7b des Regelventils 1 bzw, den Räumen 3 und 13 herrscht. Die Ventilfeder 14 ist deshalb relativ leicht vorgespannt, d.h. es wird keine kräftige Feder verwendet.
Hydraulikflüssigkeit ist in bestimmtem Maße kompressibel, und zwar bei einer Druckänderung von 0 auf 160 bar um et- w_a 4 %. Bei einer angenommenen Hochlaufzeit t₁ von etwa ¹5 ms (Fig. 3) führt dies zu einem Verschiebestrom von 266 cm³/s oder 16 l/min in das Zusatzvolumen von 100 cm³ hinein. Dieser Verschiebestrom ist ausreichend, an der Drossel 25 kurzzeitig ein Druckgefälle von 7 bis 10 bar zu erzeugen, wodurch der Schieberkolben 7 in Fig. 1 nach oben entgegen der Feder 14 verschoben wird und kurzzeitig der Stellkolben 23 mit dem Druckkanal 9 verbunden wird. Wie in Fig. 3 dargestellt, können diese Vorgänge vor Erreichen des Nenndrucks P bzw. des Pilotdruckes P_p ablaufen, wodurch das gefürchtete starke Überschwingen des Pumpendruckes über den Nennwert vermieden wird.
Je größer die Druckanstiegsgeschwindigkeit und damit die Steigung der Geraden P1 in Fig. 3 ist, umso stärker bleibt die Steigung der Geraden P2 zurück und umso eher wird ein Differenzdruck P1- P2 von 7 bis 10 bar erreicht und damit der Förderstrom der Pumpe 20 zurückgestellt. Auf diese Weise wird vermieden, daß hohe Druckanstiegsgeschwindigkeiten zu einem Überschwingen des erreichten Drucks über den Nenndruck P führen.
Wenn man aus Platzgründen das Zusatzvolumen 15 möglichst klein machen will, ist es auch möglich, den Verschiebestrom über die Drossel 25 durch elastische Behälterwände auf den erforderlichen Wert zu bringen. Hierzu kann eine schlauchartige Membran 19 (Fig. 1) zwischen den Gehäuseteilen 2 und 16 gespannt werden, wodurch der äußere, ringförmige Raum außerhalb der Ventilfeder 14 in das eigentliche Zusatzvolumen 15 und einen Expansionsraum 15a unterteil wird. Bei Druckanstieg legt sich die Membran 19 an die Wandung des Federgehäuses 2 an, wonach schließlich der Expansionsraum 15a weitgehend vom Druckmittel eingenommen wird. Der Verschiebestrom resultiert somit sowohl durch die Kompression des Druckmittels als auch die Vergrößerung des Zusatzvolumens 15 bei einem starken Druckanstieg.
Mit Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform des Druckregelventils 1 dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile zu Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen belegt sind. Die Ventilfeder 14 ist einstellbar, ohne daß die Einstellmittel 17, 18 im einzelnen gezeigt sind. Das Zusatzvolumen 15 ist lediglich schematisch angedeutet. Die Bohrung zur Aufnahme des Schieberkolbens 7 ist abgestuft und weist die Teilräume 4a und 4b auf, wobei der Querschnitt des Teilraumes 4a um 50% größer ist als der des Teilraumes 4b. Das gleiche gilt hinsichtlich der Kolbenflächen 7a und 7b des Schieberkolbens 7.
Die Regelschaltung nach Fig. 5 entspricht in ihrem Aufbau der Regelschaltung nach Fig. 2, jedoch ist das Vorsteuerventil 27 fortgelassen.
Die Regelschaltung arbeitet wie folgt: Bei langsamen Änderungen des Druckes der Pumpenleitung 21 sind die Drücke P₁ und P₂ praktisch gleich, so daß die Größe der auf den Schieberkolben 7 einwirkenden hydraulischen Kraft von der Flächendifferenz der Kolben 7a - 7b und der absoluten Höhe des Druckes abhängt. Die Kraft wird von der Ventilfeder 14 aufgenommen. Wenn die Kraft einen bestimmten Wert überschreitet, kommt es zu der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Schieberkolbens 7, bei welchem Hydraulikflüssigkeit über die Steuerleitung 10 zum Stellkolben 23 geleitet wird, so daß dieser die Pumpe 20 im Sinne einer Verringerung des Förderstromes verschwenkt. Dadurch sinkt der Druck in der Pumpenleitung 21 ab, bis das Gleichgewicht an dem Druckregelventil 1 erzielt ist, wobei dem Stellkolben 23 weder Druckmittel zu- noch abgeführt wird. Bei niedrigem Pumpendruck überwiegt die Kraft der Ventilfeder 14, der Schieberkolben 7 verbindet die Kanäle 10 und 11 miteinander, so_'daß es zu einer Druckentlastung beim Verstellkolben 23 kommt und die Pumpe auf einen größeren Förderstrom verschwenkt wird.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel erläutert, kommt es bei raschen Druckänderungen zu einem Verschiebestrom über die Drossel 25, was zu einem Differenzdruck P₁- P₂ führt, der zusätzlich auf dem Schieberkolben 7 lastet und diesen entgegen der Kraft der Ventilfeder 14 verschiebt. Es kommt so zu einer vorzeitigen Beaufschlagung des Stellkolbens 23 im Sinne der Förderstromverminderung, d.h. die Pumpe 20 schwenkt auf eine niedrigere Förderung zurück, bevor der Nenndruck des Druckregelventils 1 erreicht ist. Auf diese Weise werden rasche Druckerhöhungen mit einer Förderverminderung der Pumpe 20 beantwortet, bevor diese Druckerhöhungen zu den gefürchteten Überschwingvorgängen über den Nenndruck führer,
Das neue Druckregelventil kann- abwechend von der Darstellung in Fig. 2 und 5 - auch für einseitig beaufschlagte Stellkolben 23 verwendet werden. Als verstellbare Pumpen kommen vor allem Flügelzellenpumpen in Betracht.
Eine passende Größe für die Drossel 25 ist 0,8 mm bei einem Verschiebestrom von 16 l/min.

Claims

1. Druckregeleinrichtung, insbesondere durch Verstellen des Förderstroms einer Pumpe (20), die einen hydraulisch beaufschlagten Stellkolben (23) aufweist, mit folgendem Aufbau:

a)ein Druckregelventil (1) weist eine Ventilfeder (14) in einer Federkammer (13) und einen Schieberkolben (7) mit zwei druckbeaufschlagten Seiten (7a, 7b) auf, wovon die eine Seite (7a) mit der Pumpenleitung (21) und die andere Seite (7b) mit der Federkammer (13) in Verbindung steht und beide Seiten (7a, 7b) miteinander über eine Drossel (25) hydraulisch verbunden sind;.

b)bei Ungleichgewicht der Kräfte am Schieberkolben (7) kommt eine Druckleitung (9) oder eine Tankleitung (11) mit einer Steuerleitung (10) in Verbindung, die zu und von dem Stellkolben (23) führt; gekennzeichnet durch:

c) die Federkammer (13) steht mit einem Zusatzvolumen (15) in Verbindung, welches bei Pumpendruck erhöhungen einen über die Drossel (25) fließenden, ausreichend großen Verschiebestrom erzeugt, dessen Größe von der Anstiegsgeschwindigkeit des Pumpendrucks abhängt und der einen Druckabfall (P_i- P₂) zwischen den beiden Schieberkolbenseiten (7a, 7b) erzeugt, wodurch weit unterhalb des Nenndrucks (_Pn) ein Kräfteungleichgewicht am Schieberkolben (7) entsteht, was zu einer vorzeitigen (t₁) Druckabsenkung führt.

2. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzvolumen (15) etwa 50 bis 150 cm³ beträgt.

3. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzvolumen (15) in einem Behälter (2) mit elastischen Wänden (19) untergebracht ist.

4. Druckregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzvolumen (15) unmittelbar in die Federkammer (13) des Druckregelventils (1) übergeht.

5. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer (13) und das Zusatzvolumen (15) von einer stufenförmigen Steckhülse (2) umschlossen ist, die abgedichtet im Ventilgehäuse (1a).eingeschraubt ist.

6. Druckregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Wände durch eine Membran (19) gebildet werden, welche einen Expansionsraum (15a) vom eigentlichen Zusatzvolumen (15) trennt.

7. Druckregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckbegrenzungsventil (27) zum Vorsteuern des Druckregelventils (1) mit dessen Federkammer (13) verbunden ist.

8. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (1) eine Stufenbohrung (4a, 4b, Fig. 4) aufweist, deren Querschnittsfläche auf der einen, mit der Pumpenleitung (24) verbundenen Seite (7a) des Schieberkolbens (7) größer ist als auf der anderen, mit der Federkammer (13) verbunden Seite (7b).

9. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Größenverhältnis 1 zu 1,5 beträgt.