EP2256350B1

EP2256350B1 - Hydraulische Dämpfungsvorrichtung und Regelsystem

Info

Publication number: EP2256350B1
Application number: EP09007166A
Authority: EP
Inventors: Georg Jemüller
Original assignee: Hawe Hydraulik SE
Current assignee: Hawe Hydraulik SE
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2029-05-28
Also published as: EP2256350A1; US8511081B2; US20100310386A1; ATE516443T1; ES2367544T3

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Regelsystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Es ist in Hochdruck-Hydrauliksystemen bekannt, zur Dämpfung von Druckschwingungen eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung vorzusehen, die in zwei Strömungswegen angeordnete Drosseln aufweist. Es können dies zwei Festdrosseln sein, oder eine Festdrossel und eine Verstelldrossel, oder zwei Verstelldrosseln. Solche Dämpfungsvorrichtungen sind beispielsweise für Lasthalteventile von Hydraulikverbrauchern bekannt, oder in Regelsystem von Verstellpumpen. Im letztgenannten Fall beeinflusst die hydraulische Dämpfungsvorrichtung das dynamische Verhalten der Verstellpumpe, beispielsweise um ein Überschießen zu minimieren oder zu eliminieren.
In einem aus der Praxis bekannten Regelsystem einer Verstellpumpe sind eine Verstelldrossel in einem Abströmweg vom Stellkolben der Verstellpumpe zur Niederdruckseite und eine Verstelldrossel in einem Abströmweg von einem 3/2-Wegeschieberventil zur Niederdruckseite angeordnet. Das 3/2-Wegeschieberventil regelt aus dem Versorgungsdruck beispielsweise lastdruckabhängig die Beaufschlagung des Stellkolbens und die Entlastung des Stellkolbens zur Niederdruckseite. Die Dämpfung erfolgt aufgrund interner Leckagen über die Verstelldrosseln. Jede Verstelldrossel besitzt ein Verstellelement, um den Drosselquerschnitt bedarfsgerecht einstellen zu können. Ein optimale Dämpfung von Druckschwingungen im Regelsystem der Verstellpumpe erfordert es beispielsweise, den systembedingten Zusammenhang zwischen der internen Leckage an der Abströmseite des Stellkolbens und der internen Leckage an der Abströmseite des 3/2-Wegeschieberventils zu berücksichtigen, d. h., bei Verkleinerung des einen Drosselquerschnitts den anderen Drosselquerschnitt zu vergrößern. Wenn Einstellarbeiten an den beiden Verstellelementen beider Verstelldrosseln vorzunehmen sind, ist es schwierig, die Verstellungen relativ genau entsprechend der systembedingten Gesetzmäßigkeit im Regelsystem auszuführen. Solche Einstellungen erfordern große Sachkenntnis und viel Geschick, sind zeitaufwendig, da die Auswirkung einer vorgenommenen Einstellung erst wieder im Betrieb feststellbar ist, und führen eigentlich nur zu einem Kompromiss zwischen den endgültigen Drosselquerschnitten beider Verstelldrossein. Denn der Hersteller des Regelsystems, der die systembedingte Gesetzmäßigkeit kennt, hat auf vom Benutzer ausgeführte Einstellungen keinen Einfluss mehr. Zudem ist der bauliche Aufwand für zwei Verstelldrosseln mit eigenen Verstellelementen hoch.
Aus EP 0 084 835 A ist ein Regelsystem einer Verstellpumpe bekannt, wobei zur Druckvorsteuerung eines Mehrwegeventils für zwei Stellzylinder der Verstellpumpe ein 4/3-Feedback-Wegeventil vorgesehen ist, das abhängig vom Druck eines der Stellzylinder betätigbar ist. In dem Feedback-Wegeventil ist eine Nullstellung einstellbar, in der die beiden Vorsteuerdruckseiten für das Mehrwegeventil gemeinsam über zwei Festdrosseln zum Tank entlastet sind. Bei einer Verstellung des Feedback-Wegeventils aus der Nullstellung werden die Festdrosseln durch das Ventilelement des Feedback-Wegeventils blockiert.
Bei einer aus JP 50-132501 A bekannten Steuervorrichtung, die von einer Verstellpumpe gespeist wird, ist parallel zu einem die Druckbeaufschlagung eines Hydroverbrauchers aus der Verstellpumpe steuernden Mehrwegeventils eine entweder manuell über einen Handhebel oder druckvorgesteuert betätigbare Druckwaage vorgesehen, in der ein Kolben mit zwei Bunden wechselseitig blendenartig mit Auslässen zusammenarbeitet, um einen Druckanschluss entweder mit dem Tank oder einem weiterführenden Steuerkanal zu verbinden.
Aus EP 1 577 563 A ist eine Hydrauliksteuervorrichtung für eine Arbeitsmaschine bekannt, die von einer Verstellpumpe gespeist wird. Zwischen der Verstellpumpe und dem Tank ist ein Haupt-Umlaufventil vorgesehen, das über ein Magnetventil betätigbar ist, um das Druckmittel entweder direkt zum Tank abzulassen oder einer Gruppe von Mehrwegeventilen für unterschiedliche Verbraucher zuzuführen. Jedes Mehrwegeventil der Gruppe enthält einen Durchgangskanal zum Tank, der in der Neutralstellung des Mehrwegeventils direkt zum Tank geöffnet ist und bei einer Verstellung des Mehrwegeventils aus der Neutralstellung rasch abgesperrt wird.
GB 1 095 347 A betrifft einen Fluiddruck-Servomechanismus mit einem Ventil, in welchem ein drehbares Ventilelement bei seiner Drehbewegung zwei Verstelldrosseln gleichzeitig gegensinnig verstellt.
Aus DE 32 27 452 A ist eine Steuer- und Regeleinrichtung für eine einstellbare hydrostatische Einheit bekannt, in welcher ein hydrostatischer Motor als Antriebsquelle einer Drucknetzleitung für möglichst konstanten Druck vorgesehen ist, der über eine Abtriebswelle eine als Drehzahlsignalgeber dienende Steuerhilfspumpe treibt. Eine Steuerdruckförderleitung der als Konstantpumpe ausgelegten Steuerhilfspumpe ist über eine Verstelldrossel mit dem Tank verbunden. Eine Ausgangsleitung des die Steuerhilfspumpe antreibenden Hydromotors ist zum Betätigen eines Verstellzylinders des Hydromotors über ein Mehrwege-Regelventil und eine weitere Verstelldrossel ebenfalls an den Tank angeschlossen. Die beiden Verstelldrosseln können zu einer gegensinnigen Betätigung miteinander verbunden sein. Die Verstelldrosseln dienen allerdings nicht zur Dämpfung von Druckschwingungen, sondern zur Vorgabe der Solldrehzahl des Hydromotors in beiden Drehrichtungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung sowie ein Regelsystem anzugeben, in denen auf baulich einfache Weise, rasch und ohne besondere Sachkenntnis eine jeweils optimale Dämpfung einstellbar ist.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 12 gelöst.
Unter der Voraussetzung, dass zwischen den beiden, über die zwei Verstelldrosseln veränderbaren Regelparametern des Regelsystems eine systembedingte Gesetzmäßigkeit vorliegt, die bei Einstellungen berücksichtigt werden sollte, wird durch die mechanische Kopplung der beiden Verstelldrosseln in der Dämpfungsvorrichtung über das gemeinsame Verstellelement das jeweilige Verhältnis zwischen Drosselquerschnitten konstruktiv festgelegt, und zwar bereits vom Hersteller der Komponenten der Dämpfungsvorrichtung. Die beiden Verstelldrosseln, die Abströmwege und der Anschluss an die Niederdruckseite sowie das Verstellelement sind in einem Gehäuse untergebracht. Die beiden Abströmwege werden an einem Abströmweg-Knoten zusammengeführt, von dem, vorzugsweise, ein einziger Anschluss zur Niederdruckseite führt. Die beiden Verstelldrosseln sind beim Abströmweg-Knoten miteinander kommunizierend angeordnet, und nutzen dieselbe Verbindung zur Niederdruckseite. Als positiven Nebenaspekt können die Drosseleffekte beider Verstelldrosseln am Abströmweg-Knoten einander sogar überlagern. Ein Abströmweg zur Niederdruckseite ist eine gerade Durchgangsbohrung im Gehäuse. Der andere Abströmweg schneidet am Abströmweg-Knoten die Durchgangsbohrung mit einer quer, vorzugsweise senkrecht, dazu verlaufenden Bohrung, die in die Durchgangsbohrung einmündet. Das Verstellelement ist in der Bohrung oder einer Verlängerung dieser Bohrung angeordnet und in Richtung der Bohrungsachse verstellbar. Es lässt sich rasch eine optimale Dämpfung erzielen, da eine Veränderung eines Drosselquerschnitts zum Größeren gleichzeitig die Veränderung des anderen Düsenquerschnitts zum Kleineren erzwingt, und die Abläufe der Veränderungen der systembedingten Gesetzmäßigkeit Rechnung tragen. Eine Verstellung ist komfortabel und rasch durchführbar, da nur an einem Verstellelement zu manipulieren ist, und die Verstellung zumindest innerhalb eines Abschnitts des gesamten Verstellhubes den einen Drosselquerschnitt verkleinert und den anderen Drosselquerschnitt entsprechend der systembedingten Gesetzmäßigkeit vergrößert, bzw. umgekehrt. Die mechanische Kombination der beiden Verstelldrosseln zur gegensinnigen gleichzeitigen Veränderung der Drosselquerschnitte resultiert in einer erheblichen baulichen Vereinfachung. Der Benutzer findet leicht eine optimale Einstellung, da er nur einen Drosselquerschnitt zu verändern braucht, und dann automatisch der andere Drosselquerschnitt die richtige Größe hat.
Das Regelsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das dynamische Verhalten der Verstellpumpe bei Verstellungen, z. B. lastdruckabhängigen Verstellungen, günstig gedämpft wird. Mittels der Dämpfungsvorrichtung lässt sich ein Überschießen genauso minimieren oder vermeiden, wie pendelnde Reaktionen bei der Verstellung der Verstellpumpe.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform sind die Drosselquerschnitte gegensinnig linear veränderbar. Dabei können die jeweils positiven bzw. negativen Gradienten bei der linearen Veränderung gleich oder ungleich sein, z. B. jeweils in Anpassung an die systembedingte Gesetzmäßigkeit zwischen den beiden internen Leckagen im Regelsystem. Dieser Vorteil ist gepaart mit einer raschen Einstellbarkeit einer optimalen Dämpfung, selbst ohne besonderen Sachverstand des Bedieners, der nur an einem einzigen Verstellelement zu manipulieren braucht. Änderungen der Drosselquerschnitte erfolgen zwangsweise wie vom Hersteller der Dämpfungsvorrichtung bzw. des Regelsystems vorgegeben.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Drosselquerschnitte gleichzeitig und gegensinnig, jedoch entlang nichtlinearer gleicher oder ungleicher Kurven mit gleichen oder ungleichen positiven bzw. negativen Gradienten erfolgen. Auf diese Weise kann der systembedingten Gesetzmäßigkeit zwischen den beiden Regelparametern gegebenenfalls noch besser Rechnung getragen werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist zumindest der Drosselquerschnitt einer Verstelldüse in einem Anfangs- und/oder Endabschnitt des Verstellhubes auf einer Minimal- oder Maximalgröße im Wesentlichen konstant haltbar, so dass sich in der Kurve der Veränderung des Drosselquerschnitts über den Verstellhub wenigstens ein Plateau ergibt. Im Plateaubereich wird eine bestimmte interne Leckage aufrechtgehalten, selbst wenn gegebenenfalls der Drosselquerschnitt der anderen Verstelldrossel weiter vergrößert oder verkleinert wird. Ein Plateau ist für eine oder für beide Verstelldrosseln konstruktiv vorgebbar, und entweder nur am Anfang oder nur am Ende oder am Anfang und am Ende des Verstellhubs. Ein solches Plateau kann sogar, falls zu der systembedingten Gesetzmäßigkeit passend, innerhalb des Verstellhubes, z. B. in einem mittleren Bereich, für eine oder die andere oder für beide Verstelldrosseln vorgegeben sein.
Der Drosselquerschnitt der einen Verstelldrossel ist zumindest durch den Außenumfang eines aus der Bohrung in die Durchgangsbohrung eintauchenden Kopfes und der Innenwand der Durchgangsbohrung definiert, wobei der Kopf am Verstellelement angebracht oder Teil desselben sein kann. Der Kopf wirkt als Drosselkörper, der abhängig von der Position des Verstellelements innerhalb des Verstellhubes die Durchgangsbohrung zunehmend abdrosselt oder freigibt.
Der Drosselquerschnitt der anderen Verstelldrossel wird zu einem Teil in einem in die Durchgangsbohrung mündenden Auslasskanal im Kopf und zu seinem anderen Teil durch einen den Kopf durchsetzenden Querkanal und der Innenwand der Durchgangsbohrung definiert. Dabei arbeitet zumindest innerhalb eines Abschnittes des Verstellhubes des Verstellelements wenigstens eine Mündung des Querkanals im Kopf blendenartig mit der Innenwand der Durchgangsbohrung oder der Verschneidungskante zwischen der Bohrung und der Durchgangsbohrung zusammen. Die blendenartige Zusammenarbeit ermöglicht eine feinfühlige Veränderung dieses Drosselquerschnitts.
Um beispielsweise bei der anderen Verstelldrossel ein Plateau bei der Veränderung des Drosselquerschnitts zu erzielen, kann im Kopf zwischen der Mündung des Auslasskanals und einer Kommunikationsverbindung mit dem Querkanal eine Festdrossel angeordnet sein, deren Querschnitt kleiner ist als der Querschnitt des Querkanals. Diese Festdrossel und der verstellbare Drosselquerschnitt der anderen Verstelldrossel wirken zueinander parallel. Solange die Mündung des Querkanals durch die Innenwand der Bohrung abgedeckt ist, wirkt nur die Festdrossel, so dass unabhängig von einer weiteren Veränderung des Drosselquerschnitts der einen Verstelldrossel die Festdrossel einen weitestgehend gleichbleibenden Drosselquerschnitt aufrechthält.
Für den Fall, dass auch für die eine Verstelldrossel ein Plateau zweckmäßig ist, kann zwischen dem Außenumfang des Kopfes und der Innenwand der Durchgangsbohrung ein Drosselquerschnitt vorgesehen sein, der z. B. kleiner ist als der Querschnitt des Querkanals. Dieser freibleibende Drosselquerschnitt bleibt auch in maximaler Endstellung des Verstellelementes offen. Teil dieses freibleibenden Drosselquerschnitts kann auch der dann für die eine Verstelldrossel wirkende Querkanal der anderen Verstelldrossel sein.
Zweckmäßig bildet innerhalb zumindest eines Teilabschnitts des Verstellhubes des Verstellelementes der zwischen dem Querkanal und der Innenwand der Durchgangsbohrung geöffnete Blendenquerschnitt gleichzeitig einen Teil der Drosselquerschnitte beider Verstelldrossel. Dadurch wird eine vollständige Absperrung eines Abströmweges vermieden, sofern dies wünschenswert sein sollte.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Drosselquerschnitt der anderen Verstelldrossel durch die Innenwand einer zwischen dem in die Bohrung mündenden Abströmweg und der Durchgangsbohrung vorgesehenen Bohrung und mindestens zwei, vorzugsweise drei, in Reihe geschaltete Drosselstellen am Kopf des Stellelementes definiert, vorzugsweise durch wenigstens eine Längsnut, vorzugsweise mehrere in Umfangsrichtung verteilte Längsnuten, im Kopf, und zwei durch eine Einschnürung separierte, durch die Längsnut unterbrochene, am Kopf geformte Bunde, deren Außendurchmesser annähernd dem Innendurchmesser der Bohrung entspricht. Diese Ausführungsform ist herstellungstechnisch günstig, weil sowohl die Bohrung als auch die Bunde und die Einschnürung sowie die wenigstens eine Längsnut mit einfachen Werkzeugen und hoher Präzision fertigbar sind, zweckmäßig bei einer Ausbildung der Dämpfungsvorrichtung aus stählernen Komponenten. Die in Reihe geschalteten Drosselstellen erzeugen einen kombinatorischen Drosseleffekt, bis der in Stellrichtung vordere Bund in die Durchgangsbohrung eingetreten ist und nurmehr die hintere Drosselstelle wirkt. Es lässt sich auf diese Weise ein konstruktiv vorgegebener nicht linearer Verlauf der Veränderung des Drosselquerschnitts der anderen Verstelldrossel erzielen. Falls erwünscht, kann bis zum Austreten des vorderen Bundes aus der Bohrung in die Durchgangsbohrung trotz der Stellbewegung des Stellelementes der Drosselquerschnitt im Wesentlichen konstant bleiben, um einen Plateaueffekt zu erzielen.
Baulich einfach ist das Verstellelement eine in der Bohrung verschraubbare Stellschraube, die zwischen dem Kopf und einem Gewindeabschnitt eine im Mündungsbereich des Abströmwegs in die Bohrung liegende Einschnürung aufweist, wobei diese Einschnürung in der Bohrung einen Durchgangsquerschnitt offenhält, der größer sein kann als beispielsweise der Durchgangsquerschnitt des Querkanals und/oder des Auslasskanals bzw. der dort angeordneten Festdrossel.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird das Verstellelement mechanisch, z. B. manuell mittels eines Werkzeuges oder eines Drehknopfes verstellt. Alternativ kann hierfür auch ein Aktuator benutzt werden, der die Stellschraube verdreht. Alternativ kann das Verstellelement hydraulisch oder elektrisch oder elektromagnetisch und direkt linear innerhalb des Verstellhubes fernverstellt werden. Hierfür kann ein Kolben, ein Proportionalmagnet, oder ein Schrittmotor Verwendung finden.
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild eines Regelsystems einer Verstellpumpe mit einer eingeglie- derten hydraulischen Dämpfungsvorrichtung,
Fig. 2: einen Längsschnitt einer Ausführung der Dämpfungsvorrichtung,
Fig. 3: einen Längsschnitt einer anderen Ausführung der Dämpfungsvorrichtung,
Fig. 4: ein Schaubild zur Verdeutlichung der gegensinnigen Veränderungen der Dros- selquerschnitte der Dämpfungsvorrichtung von Fig. 2, und
Fig. 5: eine symbolische Darstellung der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung.

Fig. 1 verdeutlicht als einen von verschiedenen möglichen Anwendungsfällen für eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung D gemäß der Erfindung ein Regelsystem S einer hydraulischen Verstellpumpe P. Die Verstellpumpe P fördert in eine Druckleitung 1 und über einen Knoten 2 zu beispielsweise einer Ventilanordnung 3 zum Steuern wenigstens eines nicht gezeigten Hydroverbrauchers, wobei dessen Lastdruck über eine Steuerleitung 6 abgegriffen wird. Vom Knoten 2 zweigt eine Leitung 4 zu einem 3/2-Wegeschieberventil 7 ab, mit dem über eine Leitung 9 ein Stellkolben 10 beaufschlagbar ist, der die Verstellpumpe P (entgegen dem Uhrzeigersinn) zu einer minimalen Fördermenge und (im Uhrzeigersinn) zu einer maximalen Fördermenge verstellt, unterstützt durch einen gegensinnig arbeitenden weiteren Federstellkolben 10'. Das 3/2-Wegeschieberventil 7 wird aus einer von der Leitung 4 abzweigenden Steuerleitung 5 mit einem Vorsteuerdruck in Richtung zu einer Steuerstellung beaufschlagt, in der die Leitung 4 mit der Leitung 9 verbunden und der Stellkolben 10 voll beaufschlagt wird. In der entgegengesetzten Vorsteuerrichtung wird das 3/2-Wegeschieberventil 7 über die Steuerleitung 6 und eine vorzugsweise einstellbare Feder 8 in Richtung zu einer Steuerstellung beaufschlagt, in der die Leitung 9 mit einem Abströmweg 13 zu einer Niederdruckseite 17 (einem Reservoir R) verbunden ist, um die Druckbeaufschlagung des Stellkolbens 10 abzubauen. Von der Leitung 9 zweigt an einem Knoten 11 ein Abströmweg 12 ebenfalls zur Niederdruckseite 17 ab.
Die Abströmwege 12, 13 führen über die hydraulische Dämpfungsvorrichtung D, in welcher eine Verstelldrossel D1 im Abströmweg 13 und eine Verstelldrossel D2 im Abströmweg 13 angeordnet sind, zu einem Reservoir R. Wie durch die Pfeile 15, 16 angedeutet, sind die Drosselquerschnitte der beiden Verstelldrosseln D1, D2 verstellbar, und zwar mittels eines allgemein angedeuteten, gemeinsamen Verstellelements 14. Über das Verstellelement 14 werden die beiden Verstelldrossel D1, D2 mechanisch gekoppelt, derart, dass (siehe Richtungen der Pfeile 15, 16) ein Drosselquerschnitt verkleinert wird und gleichzeitig der anderen Drosselquerschnitt vergrößert wird, und umgekehrt, und zwar zumindest innerhalb eines Teilabschnitts des Verstellhubs des Verstellelements 14. Über die hydraulische Dämpfungsvorrichtung D treten interne Leckagen auf, die eine Dämpfung von Druckschwingungen im Regelsystem S bewirken, und somit ein Überschießen oder ein pendelndes Ansprechverhalten von Verstellungen der Verstellpumpe P minimieren oder ausschließen.
Die internen Leckagen über die beiden Verstelldrosseln D1, D2 sind zwei Regelparameter des Regelsystems S, zwischen denen eine systembedingte Gesetzmäßigkeit herrscht, der auf konstruktivem Weg in der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung D Rechnung getragen wird.
Fig. 2 verdeutlicht in einem Längsschnitt eine konkrete Ausführungsform der hydraulischen Dämpfungsvorrichtung D, die, beispielsweise, in dem Regelsystem S von Fig. 1 verwendbar ist, und bei der zum Teil Bezugszeichen verwendet werden, die bereits in Fig. 1 aufscheinen.
Die beiden Verstelldrosseln D1, D2 sind baulich in einem Gehäuse 18 untergebracht, das eine Durchgangsbohrung 19 durchsetzt. Beispielsweise am hintenliegenden Ende der Durchgangsbohrung 19 ist der Abströmweg 13 vom 3/2-Wegeschieberventil 7 in Fig. 1 angeschlossen, während das in der Zeichnung vorneliegende Ende der Durchgangsbohrung 19 die Leitung 17 oder die Niederdruckseite definiert.
Ferner ist im Gehäuse 18 quer zur Durchgangsbohrung 19, vorzugsweise senkrecht dazu, eine Bohrung 40 vorgesehen, die an einem Abströmweg-Knoten K die Durchgangsbohrung 19 schneidet bzw. in diese einmündet. In der Bohrung 40 ist das gemeinsame Verstellelement 14 beider Verstelldrosseln D1, D2, beispielsweise in Form einer Stellschraube 21, untergebracht. Die Stellschraube 21 ist mit einem Gewindeabschnitt 24 in der Bohrung 40 in Richtung der Bohrungsachse verschraubbar, beispielsweise mittels eines Innensechskants 22 oder eines nicht gezeigten Drehknopfes. Alternativ kann ein Aktuator 23 vorgesehen sein, der an der Verstellschraube 21 angreift, z. B. ein Elektromotor oder Schrittmotor, ein Proportionalmagnet, oder ein Hydraulikzylinder, um die hydraulische Dämpfungsvorrichtung D fernbetätigbar einzustellen. Anstelle der Stellschraube 21 könnte direkt ein linearer Aktuator fungieren oder das linear bewegbare Stellelement 14 betätigen.
Die Stellschraube 21 weist anschließend an den Gewindeabschnitt 24 eine Einschnürung 25 auf, in deren Bereich im Gehäuse 18 eine weitere Bohrung 20 einmündet, an die der Abströmweg 12 angeschlossen ist. Anschließend an die Einschnürung 25 weist die Stellschraube 21 einen Kopf 26 auf, der, beispielsweise, einen kugeligen oder gerundeten Außenumriss 27 besitzt, und der im Bereich des Abströmweg-Knotens K in die Durchgangsbohrung 19 eintaucht. Der Außenumriss 27 des Kopfes 26 definiert mit einer Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 den Drosselquerschnitt der einen Verstelldrossel D2. Je weiter die Stellschraube 21 in Fig. 2 eingeschraubt wird, desto kleiner wird der Drosselquerschnitt der Verstelldrossel D2.
Von der Einschnürung 25 führen Stichkanäle 29 zu beispielsweise zwei einander unter 90° kreuzenden Querkanälen 30 im Kopf 26. Zumindest eine Mündung eines Querkanals 30 kann mit der Verschneidungskante an der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 blendenartig zusammen, abhängig von der Einschraubtiefe der Stellschraube 21. Von den Querkanälen 30 verläuft hier, als eine Option, ein annähernd axialer Auslasskanal 32 zum freien Stirnende des Kopfes 26.
Bei einer Ausführungsform (wie gezeigt) ist zwischen den Querkanälen 30 und der Mündung des Auslasskanals 32 in der Stirnseite des Kopfes 26 eine Festdrossel 31 vorgesehen, deren Drosselquerschnitt kleiner ist als der Querschnitt der Querkanäle 30. Der axiale Abstand der Querkanäle 30 vom Stirnende des Kopfes 26 ist so gewählt, dass bei weiter nach oben verschraubter Stellschraube 21 als in Fig. 2 gezeigt, die Mündungen der Querkanäle 30 durch die Wand der Bohrung 40 verschlossen sind, und nur ein Strömungsweg durch die Festdrossel 31 in die Durchgangsbohrung 19 offen ist. Wird die Stellschraube 21 innerhalb eines Bereiches verstellt, in welchem die Mündungen der Querkanäle 30 verschlossen sind, wird zwar der Drosselquerschnitt der einen Verstelldrossel D2 variiert, bleibt jedoch der Drosselquerschnitt der Festdrossel 31 unverändert (Plateaueffekt) bzw. allein wirksam, wie später erläutert. Ferner kann innerhalb des Verstellhubes der Stellschraube 21 durch die blendenartige Zusammenarbeit zwischen wenigstens einer Mündung der Querkanäle 30 und der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 28 der Drosselquerschnitt der anderen Verstelldrossel D1 verändert, z. B. vergrößert werden. Der Drosselquerschnitt der einen Verstelldrossel D2 kann hierbei verkleinert werden oder wird dadurch zumindest im Wesentlichen konstant gehalten, dass mit einer Verkleinerung oder Vergrößerung des Drosselquerschnitts zwischen dem Außenumfang 27 des Kopfes 26 und der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 gleichzeitig eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Blendenquerschnitts zwischen den Querkanälen 30 und der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 stattfindet, d. h., dass dann die eine Verstelldrossel D2 auch die an sich für die andere Verstelldrossel D2 vorgesehenen Querkanäle 30 mitbenutzt.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der Dämpfungsvorrichtung D. Die Bohrung 40 zur Durchgangsbohrung 19 enthält das als Stellschraube mit einer Kontermutter sicherbare gemeinsame Verstellelement 14 beider Verstelldrosseln D1, D2 und ist über eine im Durchmesser kleinere Bohrung 39 mit der Durchgangsbohrung 19 verbunden. Der Abströmweg 12 mündet in die Bohrung 40 zwischen dem abgedichteten Schaft 25 und der Bohrung 39. Eine quer die Bohrung 40 schneidende Schraube 44 bildet einen Anschlag für das Stellelement 14. Die Durchgangsbohrung 19 in dem Block 18, der beispielsweise der Block des 3/2-Wegeschieberventils 7 von Fig. 1 ist, ist als Blindbohrung ausgebildet, die direkt von der Schieberbohrung ausgeht. Der Kopf 26 mit seinem gerundeten Außenumriss 27 definiert mit der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 die eine Verstelldrossel D2 im Abströmweg 13. Der Schaft 25 verjüngt sich zum Kopf 26 und enthält mindestens eine Längsnut 38, vorzugsweise mehrere, z.B. drei, in Umfangsrichtung verteilte Längsnuten einer bestimmten Tiefe und Weite. Am Kopf ist ein in Eintauchrichtung des Verstellelementes14 in die Durchgangsbohrung 19 vorneliegender, schmalerer Bund 41 geformt, der durch eine Einschnürung 42 von einem dahinterliegenden, breiteren Bund 43 separiert ist. Beide Bunde 41, 43 werden durch die wenigstens eine Längsnut 38 unterbrochen. Die Außendurchmesser der Bunde 41, 43 sind nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Bohrung 39. Es werden auf diese Weise bei der gezeigten Ausführungsform zwei in Reihe geschaltete Drosselstellen gebildet, die in der in Fig. 3 gezeigten Position des Verstellelementes 14 kombinatorisch wirken. Das aus dem Abströmweg 12 eintretende Druckmittel wird zunächst in der ersten Drosselstelle der Längsnut 38 zwischen dem Bund 43 und der Innenwand der Bohrung 39 gedrosselt, kann sich dann im Bereich der Einschnürung 42 expandieren, und wird dann in der zweiten Drosselstelle in der Längsnut 38 zwischen dem Bund 41 und der Innenwand der Bohrung 39 gedrosselt, ehe es in die Durchgangsbohrung 19 eintritt. Dies ist eine Stellung des Verstellelementes 14 mit maximaler Drosselung in der einen Verstelldrossel D1. Die andere Verstelldrossel D2 hat einen maximalen Drosselquerschnitt.
Wird das Verstellelement 14 weiter als in Fig. 3 gezeigt eingeschraubt, dann tritt der Kopf 26 mit dem Bund 41 weiter in die Durchgangsbohrung 19 ein. Es wirkt dann nur noch die Drosselstelle in der Längsnut 38 zwischen dem Bund 43 und der Innenwand der Bohrung 39, und gegebenenfalls auch noch die Drosselstelle im Bereich der Einschnürung 42. Der nutzbare Drosselquerschnitt der einen Verstelldrossel D1 ist somit vergrößert, während der wirksame Drosselquerschnitt der anderen Verstelldrossel D2 verkleinert ist.
Wir das Verstellelement 14 noch weiter in die Bohrung 40 eingeschraubt, dann tritt schließlich der Bund 43 in die Mündung der Bohrung 39 ein, so dass nur noch die Drosselstelle in der Längsnut 38 zwischen dem Bund 43 und der Innenwand der Bohrung 39 wirksam bleibt. Der wirksame Drosselquerschnitt ändert sich bei weiterer Verstellung nicht mehr, selbst wenn der Drosselquerschnitt der anderen Verstelldrossel D2 noch mehr verengt werden sollte. Die Abdichtung des Schaftes 25 in der Bohrung 40 stellt sicher, dass kein Druckmittel aus der Bohrung 40 nach außen austreten kann.
Fig. 4 verdeutlicht ein Schaubild des Verlaufs der Änderungen der Drosselquerschnitte A der beiden Verstelldrossel D1, D2 über den Verstellhub h des Verstellelements 14. Die Drosselquerschnitte A werden gleichzeitig gegensinnig verändert, d. h., mit einer Verkleinerung des Drosselquerschnitts der einen Verstelldrossel D2 geht eine Vergrößerung des Drosselquerschnitts der anderen Verstelldrossel D1 einher, und umgekehrt. Die Änderungen der Drosselquerschnitte der beiden Verstelldrosseln D1, D2 sind in Fig. 4 als Geraden 33, 35 gezeigt, wobei deren positive bzw. negative Gradienten gleich oder ungleich sein können. Die Lage des Schnittpunktes der Geraden 35, 33 innerhalb des Verstellhubes h ist konstruktiv vorgebbar. Alternativ können die Drosselquerschnitte A beider Verstelldrosseln D1, D2 oder nur der Drosselquerschnitt A einer der Verstelldrosseln D1 oder D2 (gestrichelt angedeutet) nach konstruktiv vorgegebenen Kurven 35', 33' gleicher oder ungleicher Formen und gleicher oder ungleicher positiver bzw. negativer Gradienten geändert werden.
Als Option oder Alternative ist ferner in Fig. 4 angedeutet, dass zumindest eine der Geraden 35, 33 oder der Kurven 33', 35'ein Plateau 36 oder 37, hier an einem Endabschnitt, aufweist. Dieses Plateau bedeutet, dass sich der jeweilige Drosselquerschnitt A bei einer Verstellung nicht mehr ändert. Das Plateau 37 resultiert aus der Festdrossel 31 in Fig. 2, wenn die Querkanäle 30 verschlossen sind. Ein Plateau bei der Geraden oder der Kurve 33, 33' der Verstelldrossel D1 kann beispielsweise durch das Zusammenspiel zwischen der Verkleinerung des Querschnitts zwischen dem Außenumfang 27 des Kopfes 26 und der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 und der gleichzeitigen Verkleinerung oder Vergrößerung der Blendenöffnung zwischen wenigstens einer Mündung eines Querkanals 30 und der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 erzeugt werden.
Alternativ oder Additiv (nicht gezeigt) kann ein Plateau auch in einem Zwischenbereich des Verstellhubes h bei der einen oder der anderen oder bei beiden Verstelldrosseln D1, D2 konstruktiv vorgegeben werden.
Fig. 5 verdeutlicht die hydraulische Dämpfungsvorrichtung D in symbolischer Darstellung. Es handelt sich eigentlich um eine Art 3/2-Wegeventil zwischen den Abströmwegen 12, 13 und der Niederdruckseite 17. Dieses Ventil wird durch das gemeinsame Verstellelement 14 (die Stellschraube 21) zwischen drei Stellungen betätigt.
In der untersten Stellung ist der Abströmweg 12 in Fig. 2 mit stärkerem Drosseleffekt mit der Niederdruckseite 17 über den Querschnitt zwischen dem Außenumfang 27 des Kopfes 26 und der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 und der Blendenöffnung zwischen wenigstens einer Mündung eines Querkanals 30 und der Innenwand 28 des Durchgangskanals 19 verbunden. Der Abströmweg 13 ist mit der Niederdruckseite 17 über die den Drosselquerschnitt zwischen der Mündung wenigstens eines Querkanals 30 und der Innenwandung 28 der Durchgangsbohrung 19 verbunden. Die parallelgeschaltete Festdrossel 31, falls vorhanden, spielt solange keine Rolle, als der Blendenquerschnitt größer ist als der Querschnitt der Festdrossel 31.
In der mittleren Stellung ist der Abströmweg 12 mit geringerem Drosseleffekt über den Querschnitt zwischen dem Außenumfang 27 des Kopfes 26 der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 mit der Niederdruckseite 17 verbunden. Der Abströmweg 13 ist hingegen nur über die offenen Querkanäle 30 mit der Niederdruckseite 17 verbunden.
In der obersten Schaltstellung ist der Abströmweg 12 mit noch geringerer Abdrosselung über den Querschnitt zwischen dem Außenumfang 27 des Kopfes 26 und der Innenwand der Durchgangsbohrung 19 mit der Niederdruckseite 17 verbunden, während der Abströmweg 13 nur über die Festdrossel 31 mit der Niederdruckseite 17 verbunden ist (Plateau).
In den untersten und obersten Stellungen können jeweils definierte minimale Drosselquerschnitte für den Abströmweg 12 bzw. den Abströmweg 13 vorgegeben sein. Die mittlere Stellung ist ein Steuerbereich, in welchem die Drosselquerschnitte zueinander gegensinnig verändert werden. In den untersten und obersten Stellungen können der Abströmweg 13 mit minimaler Drosselung oder ohne nennenswerte Drosselung bzw. der Abströmweg 12 mit minimaler oder ohne Drosselung wirksam sein.
Die Querkanäle 30 könnten bei einer alternativen Ausführungsform in einer umlaufenden Umfangsnut (nicht gezeigt) des Kopfes 26 münden, um unabhängig von der relativen Drehposition des Kopfes 26 bzw. der Stellschraube 21 eine genau definierte blendenartige Zusammenarbeit mit der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 bzw. der Verschneidungskante zwischen der Bohrung 40 und der Durchgangsbohrung 19 zu erzielen, die strikt von der Einschraubtiefe der Stellschraube 21 abhängt. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform könnte der Kopf 26 mit der Stellschraube 21 über eine drehbare Verbindung gekoppelt sein, und beispielsweise durch einen in eine axiale Führungsnut eingreifenden Stift linear verschiebbar geführt und gegen Mitdrehen gehindert werden, so dass nur ein beispielsweise koaxial zur Durchgangsbohrung 19 liegender Querkanal 30 mit seiner Mündung nur abhängig von der Einschraubtiefe der Stellschraube 21 genau definiert mit der Innenwand 28 der Durchgangsbohrung 19 bzw. der Verschneidungskante zwischen der Bohrung 40 und der Durchgangsbohrung 19 blendenartig zusammenarbeitet. Als weitere Alternative könnte die Festdrossel 31 eine austauschbar eingeschraubte Einschraubdrossel ersetzt sein, die sich gegen eine andere Schraubdrossel mit anderem Drosselquerschnitt austauschen lässt. Schließlich könnten die Mündungen der Querkanäle 30 und/oder der Außenumfang 27 des Kopfes 26 mit einer speziellen geometrischen Form ausgebildet werden, um den jeweiligen Drosselquerschnitt beim Verschrauben der Stellschraube 21 nach vorbestimmten Kriterien zu verändern, beispielsweise um die in Fig. 4 gezeigten Verläufe und/oder die Plateaus zu erzielen.

Claims

Hydraulische Dämpfungsvorrichtung (D) für Regelparameter eines Regelsystems (S), insbesondere für ein Verstellpumpen-Regelsystem (S), mit zwei in getrennten Abströmwegen (12, 13) zu einer Niederdruckseite angeordneten Drosseln (D1, D2), wobei der wirksame Drosselquerschnitt (A) zumindest einer Drossel innerhalb eines Verstellhubes (h) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verstelldrosseln (D1, D2), die zwei Abströmwege (12, 13), die Niederdruckseite und ein für beide Verstelldrosseln (D1, D2) gemeinsames, über den Verstellhub (h) verstellbares Verstellelement (14) in einem Gehäuse (18) untergebracht sind, in welchem die zwei Abströmwege (12, 13) an einem Abströmweg-Knoten (K) zusammengeführt sind, von dem ein einziger Abströmweg (17) zur Niederdruckseite verläuft, dass die beiden Verstelldrosseln (D1, D2) im Abströmweg-Knoten (K) miteinander kommunizieren, wobei der eine Abströmweg (13, 17) eine Durchgangsbohrung (19) im Gehäuse (18) ist und der andere Abströmweg (12) am Abströmweg-Knoten (K) mit einer die Durchgangsbohrung (19) quer schneidenden Bohrung (40) einmündet, dass das die Verstelldrosseln (D1, D2) mechanisch koppelnde Verstellelement (14) in der Bohrung (40) oder einer Bohrungsverlängerung in Richtung der Bohrungsachse verstellbar angeordnet ist, und zumindest innerhalb eines Abschnittes des Verstellhubes (h) gleichzeitig die Drosselquerschnitte (A) beider Verstelldrosseln (D1, D2) gegensinnig verändert.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselquerschnitte (A) gegensinnig linear veränderbar sind, vorzugsweise mit positiv und negativ gleichen oder ungleichen Gradienten.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselquerschnitte (A) gegensinnig entlang nichtlinearer gleicher oder ungleicher Kurven (33', 35') veränderbar sind.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verstellung des Verstellelementes (14) zumindest der Drosselquerschnitt (A) einer Verstelldrossel (D1, D2) in einem Anfangs- und/oder Endabschnitt des Verstellhubes (h) zumindest im Wesentlichen entlang eines Plateaus (36, 37) auf einer Minimal- oder Maximalgröße im Wesentlichen konstant haltbar ist.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselquerschnitt (A) einer Verstelldrossel (D2) der bei den Verstelldrosseln (D1, D2) zumindest durch den Außenumfang eines aus der Bohrung (40) in die Durchgangsbohrung (19) eintauchenden Kopfes (26) und der Innenwand (28) der Durchgangsbohrung (19) definiert ist, wobei der Kopf (26) am Verstellelement (14) angebracht oder Teil des Verstellelements ist, und dass der Drosselquerschnitt (A) einer anderen Verstelldrossel (D1) der beiden Verstelldrosseln (D1, D2) zu einem Teil in einem die Durchgangsbohrung (19) mündenden Auslasskanal (32) und zu einem anderen Teil durch wenigstens einen den Kopf (26) durchsetzenden Querkanal (30) und der Innenwand (28) der Durchgangsbohrung (19) definiert ist, wobei wenigstens eine Mündung des mit dem Auslasskanal (32) kommunizierenden Querkanals (30) blendenartig mit der Innenwand (28) der Durchgangsbohrung (19) zusammenwirkt.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopf (26) zwischen der Mündung des Auslasskanals (32) und einer Kommunikationsverbindung mit dem Querkanal (30) eine Festdrossel (31) angeordnet ist, deren Querschnitt kleiner ist als der Querschnitt des Querkanals (30).
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenumfang (27) des Kopfes (26) und der Innenwand (28) der Durchgangsbohrung (19) bei maximal tief in die Durchgangsbohrung (19) eintauchendem Kopf (26) ein freibleibender Drosselquerschnitt bildbar ist, der, vorzugsweise, kleiner ist als der Querschnitt des Querkanals (30).
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb zumindest eines Teilabschnitts des Verstellhubes (h) der zwischen dem Querkanal (30) und der Innenwand (28) der Durchgangsbohrung (19) offene Blendenquerschnitt gleichzeitiger Teil der Drosselquerschnitte (A) beider Verstelldrosseln (D1, D2) ist.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselquerschnitt (A) der anderen Verstelldrossel (D1) durch die Innenwand einer zwischen dem in die Bohrung (40) mündenden Abströmweg (12) und der Durchgangsbohrung (19) vorgesehenen Bohrung (39) und mindestens zwei, vorzugsweise drei, in Reihe geschaltete Drosselstellen am Kopf (26) definiert ist, vorzugsweise in wenigstens einer Längsnut (38), vorzugsweise mehreren in Umfangsrichtung verteilten Längsnuten (38), im Kopf (26), und zwei durch eine Einschnürung (42) separierte, durch die Längsnut (38) unterbrochene, am Kopf (26) geformte Bunde (41, 43), deren Außendurchmesser annähernd dem Innendurchmesser der Bohrung (39) entspricht.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (14) eine in der Bohrung (40) verschraubbare Stellschraube (21) ist, die zwischen dem Kopf (26) und einem Gewindeabschnitt (24) eine im Mündungsbereich des Abströmwegs (13) in die Bohrung (40) liegende Einschnürung (25) aufweist.
Hydraulische Dämpfungsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (14) mechanisch, z. B. manuell oder motorisch, beispielsweise durch einen Aktuator (23), verstellbar, oder hydraulisch oder elektrisch oder elektromagnetisch fernverstellbar ist.
Regelsystem (R) für eine durch wenigstens einen Stellkolben (10) verstellbare Verstellpumpe (P), wobei der Stellkolben (10) durch einen vom Förderdruck der Verstellpumpe (P) über ein druckvorgesteuertes 3/2-Wegeschieberventil (7) abgeleiteten Stelldruck beaufschlagbar ist, und zur Beeinflussung des dynamischen Verhaltens der Verstellpumpe (P) eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung (D) vorgesehen ist, die in einem Abströmweg (12) vom Stellkolben (10) und einem Abströmweg (13) vom 3/2-Wegeschieberventil (7) jeweils zu einer Niederdruckseite (17) je eine Drossel (D1, D2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drosseln (D1, D2) Verstelldrosseln und durch ein gemeinsames, über einen Verstellhub (h) linear verstellbares Verstellelement (14) mechanisch gekoppelt sind, und dass die Drosselquerschnitte (A) der beiden Verstelldrosseln (D1, D2) über zumindest einen Teilabschnitt des Verstellhubes (h) gleichzeitig und gegensinnig veränderbar sind.