EP0445529B1 - Hydraulic device - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
Definitions
- the invention relates to a hydraulic system with a gear pump regulating its flow.
- the load pressure which prevails at a consumer directly acts on a pressure field which acts on the sealing plate.
- Such control of the sealing plate is not particularly precise.
- the hydraulic system with the characterizing feature of the main claim has the advantage that the delivery rate of the gear pump used in the hydraulic system can be controlled very precisely. Further advantages result from the subclaims.
- FIG. 1 a hydraulic system in a schematic representation, in Figure 2 an application in a gear motor, in Figure 3 another variant, in Figure 4 a longitudinal section through a gear pump and in Figure 5 a section along II-II of Figure 4.
- 10 denotes a gear pump, which sucks pressure medium out of a container 12 via a suction line 11 and displaces it into a delivery line 13.
- Several directional control valves 14, 15 can be connected to the delivery line, of which consumer lines 16, 17 lead to consumers 18 and not shown.
- Each directional valve has a metering orifice 19 or 20 on the control slide, which are connected to chambers (not shown) to which a control line 21 is connected.
- a control line 23 is connected to the delivery line 13, which leads to the one end face 24 A of a pressure compensator 24.
- a branch line 25 branches off from the control line 21 and penetrates into a control line 26, which opens on the one hand on the front side 24 B of the pressure compensator 24 opposite the front side 24 A, and on the other hand on a pressure limiting valve 27.
- a control spring 28 also acts on the front side 24 B.
- a line 29 branches off from the control line 23, which opens into a line 30 which leads from the pressure compensator 24 to the gear pump and opens there at a sealing plate 31, which is discussed in more detail further on.
- a throttle 32 is arranged in line 29.
- a return line 34 leads from the interior of the gear pump 10 to the container.
- the outlet line 35 emanating from the pressure compensator 24 also opens into this return line, into which the outlet line 36 of the pressure limiting valve 27 in turn penetrates.
- a throttle 37 is arranged in the control line 21 before the line branch 25.
- the pressure compensator closes due to the signal pressure in line 21, which corresponds to that in line 13, so that no pressure medium can flow from the line 30 via the pressure compensator 24 into the return line 35.
- the pressure prevailing in the lines 13, 23, 29 and 30 presses the sealing plate 31 against the gear side surfaces, that is to say no pressure medium can flow out from the inside of the high pressure side to the low pressure side of the gear pump.
- the pressure in the delivery line 13 and the consumer line 16 now increases, and the load pressure at the consumer, that is to say that behind the throttle 19, is transmitted via the control line 21 to the end face 24 B of the pressure compensator.
- the pressure compensator opens, whereupon the pressure in the line 30 drops, that is to say a control pressure for the sealing plate 31 is formed in this line, but which is designed so that it is substantially lower than the pressure in line 23. If, for example, a pressure of 153 bar prevails in the delivery line, a pressure of 150 bar in control line 21 - the pressure difference arises at throttle 19 - thus forms the pressure compensator in line 30, for example, a pressure of 120 bar. In this way, a pressure drop in line 30 is obtained, which contributes to improving the control sensitivity.
- the pressure relief valve 27 is a maximum pressure valve. If, for example, the maximum pressure in the hydraulic system is reached and the pressure relief valve 27 opens, the pressure compensator 24 immediately goes into the open position and thus relieves the pressure on the sealing plate 31 completely, so that all pressure medium conveyed by the gear pump 10 immediately flows from the high pressure to the low pressure side . So you get an internal pressure limitation.
- the throttle 37 is used to generate the differential pressure for the pressure compensator control.
- the embodiment according to FIG. 2 is to a certain extent the reverse of the example mentioned above, that is to say here a flow control of a gear motor with a sealing plate and pressure compensator takes place.
- the pressure difference required for the control is generated by an adjustable throttle 40, which is in the return line 41 is arranged from the gear motor 42 to the container.
- the pressure drop across the throttle 40 acts on the pressure compensator 24.
- the control pressure is generated in a line 45 which is connected to a line 29 which starts from the pressure line, specifically at a point upstream of the throttle 32
- the pressure compensator is controlled via the throttle 40 so that there is a low control pressure in the control line 45 when the pressure compensator is open, so that the sealing plate 31 has lifted off the gear side surfaces.
- the exemplary embodiment according to FIG. 3 differs from the previous one in that two gear pumps 10, 50 are provided which are driven by a common shaft.
- the sealing plate 31 is arranged on the gear pump 50, which is connected via its delivery line 51 to the delivery line 13 of the pump 10.
- the directional control valves 14, 15 are again designed as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, where the load pressure-carrying control line 52 is brought to a pressure compensator 53, the other side of which is acted upon via a line 54 connected to the delivery line 13.
- a control line 55 leads from the pressure compensator 53 to the sealing plate 31.
- FIGS. 4 and 5 show the gear pump 10 used in the hydraulic system. However, this is not shown in all its constructive details. It has a housing 60 which is closed on both sides by covers 61, 62. In the interior of the housing, two gearwheels 63, 64 mesh with one another in external engagement, the shafts 65, 66 of which are arranged in bearing bodies 67, 68. Between the bearing body 68 and the gear wheels, the sealing plate 31 is arranged, which has the contour of the interior and covers the gear wheels. The bearing body 67, 68 and the sealing plate 31 and also the gears are mounted in the housing 60 with little axial play.
- two pressure fields A and B are formed, of which the pressure field A is continuously acted upon by high pressure, which prevails in a housing bore 70, which penetrates from the outside into a recess 71 at the level of the gearwheels, which extends along of the housing interior extends.
- the high-pressure side HD to which the delivery line 13 is connected is located at the bore 70.
- a bore 72 is formed in the housing, which opens into a recess 73, which likewise runs along the interior.
- the bore 72 is the low-pressure side ND, from which the line 11 leads to the container 12, from which the gear pump sucks in pressure medium.
- the pressure field B is the controlled pressure field to which the line 30 according to FIG. 1 is connected. It is identified in FIG. 5 as a short, dot-dash hole.
- the sealing plate can be pressed onto the gearwheels 63 by appropriately acting on the pressure field B, or when the pressure field B is relieved, the sealing plate 31 is lifted off the gearwheels, since the high pressure of the machine prevails below it. As stated above, the sealing plate is somewhat movable in the axial direction. When it has lifted off the gearwheel side surfaces, the pressure medium delivered flows directly from the high pressure side HD along the gearwheels and below the sealing plate to the tank side. The gear pump then delivers in neutral circulation.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage mit einer ihren Förderstrom 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.The invention relates to a hydraulic system with a gear pump regulating its flow. In such a known pump, the load pressure which prevails at a consumer directly acts on a pressure field which acts on the sealing plate. Such control of the sealing plate is not particularly precise.
Die Hydraulikanlage mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs 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.The hydraulic system with the characterizing feature of the main claim has the advantage that the delivery rate of the gear pump used in the hydraulic system can be controlled very precisely. Further advantages result from the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung wiedergegeben. Letztere zeigt in Figur 1 eine Hydraulikanlage in schematischer Darstellung, in Figur 2 eine Anwendung bei einem Zahnradmotor, in Figur 3 eine weitere Variante, in Figur 4 einen Längsschnitt durch eine Zahnradpumpe und in Figur 5 einen Schnitt längs II-II nach Figur 4.Exemplary embodiments of the invention are shown in the following description and drawing. The latter is shown in FIG. 1 a hydraulic system in a schematic representation, in Figure 2 an application in a gear motor, in Figure 3 another variant, in Figure 4 a longitudinal section through a gear pump and in Figure 5 a section along II-II of Figure 4.
In Figur 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 Verbraucherleitungen 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 angeschlossen ist. An die Förderleitung 13 ist eine Steuerleitung 23 angeschlossen, welche an die eine Stirnseite 24 A 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 24 A gegenüberliegenden Stirnseite 24 B der Druckwaage 24 mündet, andererseits an einem Druckbegrenzungsventil 27. Auf die Stirnseite 24 B 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 eingegangen ist. In der Leitung 29 ist eine Drossel 32 angeordnet. Vom Innenraum der Zahnradpumpe 10 führt eine Rückleitung 34 zum Behälter. In diese Rückleitung mündet auch die von der Druckwaage 24 ausgehende 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.In FIG. 1, 10 denotes a gear pump, which sucks pressure medium out of a container 12 via a
Wenn die Pumpe 10 eingeschaltet wird und wenn sich die Wegeventile 14, 15 in Neutralstellung befinden, fließt das geförderte Druckmittel 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.When the
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 Dichtplatte 31 an die Zahnradseitenflächen, das heißt es kann kein Druckmittel im Inneren von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Zahnradpumpe abströmen. Dadurch steigt nun der Druck in der Förderleitung 13 und der Verbraucherleitung 16, und der Lastdruck am Verbraucher, das heißt derjenige hinter der Drossel 19, wird über die Steuerleitung 21 auf die Stirnseite 24 B der Druckwaage übertragen. Übersteigt die Druckkraft einschließlich der Kraft der Ringfeder 28 die Druckkraft aus der Druckleitung 23 auf die Stirnseite 24 A, 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 wesentlich niedriger ist als der Druck in der Leitung 23. Herrscht in der Förderleitung beispielsweise ein Druck von 153 bar, in der Steuerleitung 21 ein Druck von 150 bar - die Druckdifferenz entsteht an der Drossel 19 - so bildet die Druckwaage in der Leitung 30 beispielsweise einen Druck von 120 bar. Auf diese Weise erhält man eine Druckabsenkung in der Leitung 30, was zur Verbesserung der Steuerempfindlichkeit 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 Förderstromregelung 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 abfließenden Druckmittels.If, for example, the
Das Druckbegrenzungsventil 27 ist ein Maximaldruckventil. Ist beispielsweise der maximale Druck in der Hydraulikanlage erreicht und öffnet das Druckbegrenzungsventil 27, so geht auch sofort die Druckwaage 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 Druckwaagenansteuerung.The
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 handelt es sich gewissermaßen um die Umkehrung oben genannten Beispiels, 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 Rückleitung 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 unterbrochen 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 Druckwaage 24 leicht geregelt werden.The embodiment according to FIG. 2 is to a certain extent the reverse of the example mentioned above, that is to say here a flow control of a gear motor with a sealing plate and pressure compensator takes place. The pressure difference required for the control is generated by an
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 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 Wegeventile 14, 15 sind wiederum so ausgebildet wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 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 Förderstrom in die Anlage fördert, während die fördermengengeregelte Pumpe 50 je nach Bedarf vom Lasdrucksignal eine entsprechende Druckmittelmenge zusteuert, die zwischen Null und maixmal liegt.The exemplary embodiment according to FIG. 3 differs from the previous one in that two
Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 4 und 5 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 miteinander, 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 Gehäusebohrung 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 Ausnehmung 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.The exemplary embodiments according to FIGS. 4 and 5 show the
Das Druckfeld B ist das gesteuerte Druckfeld, an welches die Leitung 30 nach Figur 1 angeschlossen ist. Sie ist in Figur 5 als kurze strichpunktierte Bohrung gekennzeichnet. Durch entsprechende Beaufschlagung 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 Dichtplatte in axialer Richtung etwas beweglich. Wenn sie von den Zahnradseitenflächen 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 Kurzschluß 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 Zahnradpumpe bzw. Drehzahlregelung eines Zahnradmotors mit Hilfe einer ein Druckfeld steuernden Druckwaage.The pressure field B is the controlled pressure field to which the
Claims (5)
- Hydraulic system with a gear pump (10) controlling the delivery flow with the aid of a sealing plate (31), which comes into contact with the gearwheel side surfaces, which can be moved slightly in the axial direction, which is acted upon by a control pressure which can be influenced by a valve device (24) and which permits a larger or smaller proportion of the delivery flow generated by it to drain directly from the high-pressure side (HP) to the low-pressure side (LP) depending on the distance from the gearwheel side surfaces, characterized in that the valve device is a pressure balance (24) connected in parallel to the delivery conduit (13) of the gear pump, one side of which pressure balance (24) is acted upon by the delivery pressure of the gear pump and the other side of which is acted upon by the load pressure of consumption units connected to the delivery conduit, the load pressure being tapped in known manner at a control edge (19, 20) of the directional valve (14, 15) connected upstream of the relevant consumption unit.
- System according to Claim 1, characterized in that a pressure limiting valve (27) for maximum pressure setting is connected in parallel with the pressure balance (24), in its supply conduit (21, 25), which is subjected to the load pressure.
- System according to Claim 1 and/or 2, characterized in that a pressure field (B) in the gear pump, which pressure field (B) generates the pressure force for the sealing plate (31), is controlled by the pressure balance (24) by means of a control conduit (30).
- System according to Claim 1, characterized in that two gear pumps (10, 50) are provided, the delivery flow of one of them being controlled with the aid of the sealing plate (31) and introducing a corresponding pressure medium quantity into the hydraulic circuit corresponding to the load pressure at consumption units, the pressure balance (53) being integrated in the directional valve block.
- Hydraulic system with a gear motor whose delivery flow can be controlled by means of a valve device (24), it being possible to control the rotational speed of the gear motor (42) with the aid of a sealing plate (31) whose pressure field is controlled by a pressure balance (24) via a control conduit (45), characterized in that the valve device is a pressure balance (24) which is controlled by the differential pressure of an adjustable throttle (40) which is located in the return conduit (41) of the gear motor.
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