EP0078861B1

EP0078861B1 - Druckregeleinrichtung

Info

Publication number: EP0078861B1
Application number: EP19810109581
Authority: EP
Inventors: Walter Wimmer
Original assignee: Vickers Systems GmbH
Current assignee: Vickers Systems GmbH
Priority date: 1981-11-10
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1985-03-20
Also published as: DE3169441D1; EP0078861A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregeleinrichtung, die einen hydraulisch beaufschlagten Stellkolben aufweist, dessen Verstellung zu einer Änderung des Hydraulikstromes zum Verbraucher führt, 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 Änderung 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-A Nr. 2350766 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 unabhängigen Patentanspruchs gelöst und die Lösung durch die weiteren Merkmale der abhängigen Patentansprüche 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 1 und ein Federgehäuse 2 auf, die druckmitteldicht ineinandergefügt und beispielsweise durch Verschraubung aneinander gehalten sind. Das Gehäusehauptteil 1 a weist einen abgestuften Zylinderraum 3, 4, 5 auf, wobei der Teilraum 3 durch eine Schraube 6 druckmitteldicht abgeschlossen ist, der Teilraum 4 einen Schieber.- kolben 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 Pumpendruck, 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 Vorspannung der Ventilfeder 14 passend einzustellen. Das Federgehäuse 2 ist als stufenförmige Steckhülse ausgebildet, um einerseits in ein übliches Ventilgehäuse 1 a 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 eine Druckdifferenz von 7 bar zwischen 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 bestimmten Masse kompressibel, und zwar bei einer Druckänderung von 0 auf 160 bar um etwa 4%. Bei einer angenommenen Hochlaufzeit t, von etwa 15 ms (Fig. 3) führt dies zu einem Verschiebestrom von 266 cm³/s oder 16 I/min in das Zusatzvolumen von 100 cm³ hinein. Dieser Verschiebestrom ist ausreichend, um 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 Pp ablaufen, wodurch das gefürchtete starke Überschwingen des Pumpendruckes über den Nennwert vermieden wird.
Je grösser die Druckanstiegsgeschwindigkeit und damit die Steigung der Geraden P, in Fig. 3 ist, um so stärker bleibt die Steigung der Geraden P_z zurück und um so eher wird ein Differenzdruck P, - P 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_n 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 unterteilt 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 durch 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 arbeitetwie folgt: Bei langsamen Änderungen des Druckes der Pumpenleitung sind die Drücke P, und P 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 P, - 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 För-

Claims

1. Druckregeleinrichtung, die einen hydraulisch beaufschlagten Stellkolben (23) aufweist, dessen Verstellung zu einer Änderung des Hydraulikstroms zum Verbraucher (22) führt, 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;

dadurch gekennzeichnet, dass

c) die Federkammer (13) mit einem Zusatzvolumen (15) in Verbindung steht, welches bei Pumpendruckerhöhungen einen über die Drossel (25) fliessenden, ausreichend grossen Verschiebestrom erzeugt, dessen Grösse von der Anstiegsgeschwindigkeit des Pumpendrucks abhängt und der einen Druckabfall (P₁―P₂) zwischen den beiden Schieberkolbenseiten (7a, 7b) erzeugt, wodurch weit unterhalb des Nenndrucks (P_n) ein Kräfteungleichgewicht am Schieberkolben (7) entsteht, was zu einer vorzeitigen (t,) 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 (1 a) 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 den Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (1 ) eine Stufenbohrung (4a, 4b, Fig. 4) aufweist, deren Querschnittsfläche auf der einen, mit der Pumpenleitung (21) verbundenen Seite (7a) des Schieberkolbens (7) grösser ist als auf der anderen, mit der Federkammer (13) verbundenen Seite (7b).

9. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Grössenverhältnis 1 zu 1,5 beträgt.
(15a) vom eigentlichen Zusatzvolumen (15) trennt.

8. Druckregeleinrichtung nach den Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (1) eine Stufenbohrung (4a, 4b, Fig. 4) aufweist, deren Querschnittsfläche auf der einen, mit der Pumpenleitung (21) verbundenen Seite (7a) des Schieberkolbens (7) grösser ist als auf der anderen, mit der Federkammer (13) verbundenen Seite (7b).

9. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Grössenverhältnis 1 zu 1,5 beträgt.