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Die Erfindung betrifft eine verstellbare Hydropumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei verstellbaren Hydropumpen kann ein so genannter Nullhubbetrieb zu Problemen führen, insbesondere wenn dieser längere Zeit andauert. Dieser Nullhubbetrieb ergibt sich z. B., wenn ein von der Hydropumpe versorgter Verbraucher länger Zeit nicht betrieben werden soll, und dabei die Hydropumpe weiter drehend angetrieben wird.
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Zur Sicherstellung eines minimalen Druckmitteldurchsatzes zur Schmierung einer Hydropumpe ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Hydropumpe mit einem Minimalhub zur minimalen Förderung von Druckmittel zu betreiben. Diese Lösung ist toleranzbehaftet und von Temperatur und Leckage abhängig.
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In den Druckschriften
DE 198 50 611 C1 und
DE 10 2008 038 435 A1 ist eine verstellbare Hydropumpe gezeigt, bei der die Steuerdruckversorgung der Verstellvorrichtung einerseits über eine Arbeitsleitung der Hydropumpe oder andererseits über eine weitere „externe” Steuerdruckversorgung erfolgen kann. Die wechselweise Verbindung zu der jeweiligen druckhöheren Steuerdruckquelle erfolgt dabei über ein Wechselventil. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der Zustand des Wechselventils bei Druckgleichheit an seinen beiden Eingängen undefiniert ist. Dabei kann das Wechselventil verscheißen und beschädigt werden. Dies wiederum kann zu einem Ausfall der Verstellvorrichtung und zu einem Ausfall der Hydropumpe führen.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verstellbare Hydropumpe zu schaffen, die im Nullhub betreibbar ist, und deren Verstellvorrichtung über ein Wechselventil an zwei verschiedene Einheiten zur Steuerdruckmittelversorgung angeschlossen ist, wobei die oben genannten Nachteile vermeiden sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine verstellbare Hydropumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Hydropumpe hat eine Verstellvorrichtung zur Verstellung des Fördervolumens. Dazu ist die Verstellvorrichtung über ein Wechselventil mit einer Steuerdruckversorgung und mit einer von der Hydropumpe versorgten Arbeitsleitung verbindbar. Dem entsprechend ist die Verstellvorrichtung wechselweise von der Steuerdruckversorgung oder der Hydropumpe mit Steuerdruck versorgbar. In oder an einem Ventilkörper des Wechselventils ist eine Düse ausgebildet, über die die Arbeitsleitung stets mit der Steuerdruckversorgung verbunden ist. Im Nullhubbetrieb der Hydropumpe fällt der Druck in der Arbeitsleitung derart ab, dass der Druck der Steuerdruckversorgung überwiegt, und dass das Wechselventil die Steuerdruckversorgung mit der Verstellvorrichtung verbindet. Erfindungsgemäß wird dabei über die Düse Druckmittel von der Steuerdruckversorgung über die offen Verbindung des Wechselventils zu dessen Ausgangsanschluss und weiter über die Düse in die Arbeitsleitung gefördert, so dass sich in dieser ein Staudruck aufbaut, der die Hydropumpe belastet. Damit wird ihre Leckage gesättigt und die Hydropumpe geschmiert. So nimmt die Hydropumpe auch bei länger andauerndem Nullhubbetrieb keinen direkten Schaden durch Schmiermangel und keine indirekten Schaden durch Verschleiß und Ausfall des Wechselventils nach längerem undefiniertem Schaltzustand.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei einer ersten Variante ist die Düse durch eine Bohrung im Ventilkörper gebildet. Ein derartige Düse lässt sich leicht fertigen und nachträglich in einem bereits bestehen Ventilkörper eines Wechselventils aus dem Stand der Technik nachrüsten.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat der Ventilkörper eine Längsbohrung, wobei die Düse durch eine Radialbohrung gebildet ist, die in einen mittleren Abschnitt des Ventilkörpers angeordnet ist, und die in der Längsbohrung mündet. Ein derartige Düse lässt sich leicht fertigen und nachträglich in einem bereits bestehen Ventilkörper eines Wechselventils aus dem Stand der Technik nachrüsten.
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Bei einer Ausgestaltung hat der Ventilkörper einen ersten Kegelabschnitt zur Steuerung eines ersten Eingangsanschlusses, an den die Steuerdruckversorgung angeschlossen ist, und einen dazu benachbarten ersten Führungsbund. Nach dem gleichen Prinzip hat der Ventilkörper einen zweiten Kegelabschnitt zur Steuerung eines zweiten Eingangsanschlusses, an den die Arbeitsleitung angeschlossen ist, und einen dazu benachbarten zweiten Führungsbund. Über die beiden Kegelabschnitte sind Sitzventile gebildet, die eine sichere Abdichtung des jeweils geschlossenen Eingangsanschlusses gewährleisten. Zwischen den beiden Führungsbunden ist der mittlere Abschnitt angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung hat der erste Führungsbund zumindest eine radiale Abflachung (Ausnehmung), über die in einer ersten Schaltstellung des Ventilkörpers eine erste Druckmittelverbindung von der Steuerdruckversorgung zum mittleren Abschnitt und damit zu einem Ausgangsanschluss des Wechselventils gebildet ist. Dem entsprechend hat der zweite Führungsbund zumindest eine radiale Abflachung (Ausnehmung), über die in einer zweiten Schaltstellung des Ventilkörpers eine Druckmittelverbindung von der Arbeitsleitung zum mittleren Abschnitt und damit zum Ausgangsanschluss des Wechselventils gebildet ist.
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Vorzugsweise sind an jedem Führungsbund drei radiale Abflachungen vorgesehen, wobei sich dazwischen jeweils drei Führungsabschnitte ergeben, die in einer Ventilbohrung des Wechselventils gleitend anliegen. Damit ist ein widerstandsfreies Strömen vom jeweiligen geöffneten Eingangsanschluss zum Ausgangsanschluss möglich, und gleichzeitig ist eine sichere verkantungsfreie Führung des Ventilkörpers in der Ventilbohrung gewährleistet.
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Bei einer zweiten Variante ist die Düse durch zumindest eine Kerbe am Ventilkörper – insbesondere am zweiten Kegelabschnitt – gebildet.
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Vorzugsweise hat Steuerdruckversorgung eine Speisepumpe beziehungsweise Fremdversorgerpumpe und eine Steuerdruckversorgungsleitung. Über die Steuerdruckversorgungsleitung ist die Speisepumpe an den ersten Eingangsanschluss des Wechselventils angeschlossen.
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Die Speisepumpe beziehungsweise Fremdversorgerpumpe ist vorzugsweise mechanisch an die Hydropumpe gekoppelt, so dass die beiden Pumpen zusammen von einem externen Antrieb, z. B. von einem Verbrennungsmotor, angetrieben werden können.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung der Steuerdruckversorgung ist an die Steuerdruckversorgungsleitung ein Druckbegrenzungsventil angeschlossen, das zum Beispiel auf 30 bar eingestellt ist, und die Speisepumpe ist eine Zahnradpumpe.
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Gemäß einer zweiten energiesparenden Weiterbildung der Steuerdruckversorgung ist die Speisepumpe eine Verstellpumpe mit Druckregelung.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Verstellvorrichtung hat diese einen ersten Stellzylinder, der in Richtung einer Vergrößerung des Fördervolumens (insbesondere eines Schwenkwinkels) der Hydropumpe wirkt, und einen zweiten Stellzylinder, der in Richtung einer Verkleinerung des Fördervolumens (insbesondere des Schwenkwinkels) der Hydropumpe wirkt. Dabei ist der erste Stellzylinder stets mit dem Ausgangsanschluss des Wechselventils verbunden, während der zweite Stellzylinder über ein Regelventil mit dem Ausgangsanschluss des Wechselventils verbindbar ist.
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Bei einer bevorzugten elektro-proportionalen Regelung ist ein Stellkolben des ersten Stellzylinders über eine Koppelfeder an einen Ventilkörper des Regelventils gekoppelt. Damit ist eine mechanische Rückführung des aktuellen Schwenkwinkels und damit des aktuellen Fördervolumens der Hydropumpe zum Regelventil geschaffen.
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Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben.
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Es zeigen
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1 einen Schaltplan des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen verstellbaren Hydropumpe und
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2 ein Wechselventil des erfindungsgemäßen Hydropumpe gemäß 1 in einer teils geschnittenen Darstellung.
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1 zeigt einen Schaltplan des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hydropumpe. Diese wird in einem offenen hydraulischen Kreislauf betrieben. Dabei saugt die verstellbare Hydropumpe 1 Druckmittel aus einem Tank T über einen Sauganschluss 2 an und fördert es über eine Arbeitsleitung A und über ein (nicht gezeigtes Ventil) in einen (ebenfalls nicht gezeigten) Verbraucher. Der Verbraucher kann zum Beispiel ein Arbeitszylinder oder ein Motor sein. Die Hydropumpe hat eine Verstellvorrichtung, die einen ersten Stellzylinder 4 und einen zweiten Stellzylinder 6 aufweist. Der erste Stellzylinder 4 wirkt in Richtung einer Vergrößerung eines Schwenkwinkels der Hydropumpe 1 und ist dazu über eine Drossel 8 an eine Steuerdruckleitung S angeschlossen. Der zweite Stellzylinder 6 wirkt dem entgegen in Richtung einer Verringerung des Schwenkwinkels der Hydropumpe 1 und ist dazu über ein Regelventil 10 und eine Drossel 12 an die Steuerdruckleitung S angeschlossen. Das Regelventil 10 hat einen Elektromagneten 14, über den die Verbindung der Steuerdruckleitung S zum zweiten Stellzylinder 6 elektroproportional verstellbar ist. Dabei ist eine mechanische Rückkopplung des aktuellen Schwenkwinkels über einen Stellkolben 16 des ersten Stellzylinders 4 und über eine Koppelfeder 18 zu einem Ventilkörper 20 des Regelventils 10 vorgesehen. Damit ist die vom Elektromagneten 14 aufzubringende Stellkraft abhängig vom aktuellen Schwenkwinkel der Hydropumpe 1.
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Die Versorgung der Steuerdruckleitung S mit Steuerdruckmittel erfolgt über einen Ausgangsanschluss S' eines Wechselventils 22. Eingangsseitig ist das Wechselventil 22 über einen ersten Eingangsanschluss G' an eine externe Steuerdruckversorgung G und über einen zweiten Eingangsanschluss A' an die Arbeitsleitung A angeschlossen. Die Steuerdruckversorgung G hat eine Zahnradpumpe 24, die über eine Steuerdruckversorgungsleitung 26 an den ersten Eingangsanschluss G' des Wechselventils 22 angeschlossen ist. Die Zahnradpumpe 24 ist über eine (nur unvollständig gezeigte) Welle 28 an die Hydropumpe 1 gekoppelt und wird somit synchron mit dieser über einen (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor angetrieben. Die Zahnradpumpe 24 saugt Druckmittel aus dem Tank T an. Die Steuerdruckversorgungsleitung 26 ist über ein Druckbegrenzungsventil 30 z. B. auf 30 bar abgesichert.
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Das Wechselventil 22 hat einen Ventilkörper 32, der in 1 in einer zweiten Schaltstellung gezeigt ist. Diese Stellung ergibt sich, wenn der Druck in der Arbeitsleitung A höher ist, als der Druck in der Steuerdruckversorgungsleitung 26. In diesem Fall wird der erste Eingangsanschluss G' des Wechselventils 22 abgesperrt, während sein zweiter Eingangsanschluss A' mit dem Ausgangsanschluss S' verbunden wird.
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2 zeigt das Wechselventil 22 gemäß 1. In einer Ventilbohrung 34 eines Gehäuses 36 ist der Ventilkörper 32 verschiebbar aufgenommen. Dieser hat einen ersten Kegelabschnitt 38 und einen ersten Führungsbund, der drei am Umfang verteilten Führungsabschnitte 40 und aus drei am Umfang verteilte radiale Abflachungen 42 hat. Der erste Kegelabschnitt 38 dient zum Öffnen und Verschließen des ersten Eingangsanschlusses G'. Dem entsprechend hat der Ventilkörper 32 einen zweiten Kegelabschnitt 40 und eine zweiten Führungsbund, der ebenfalls in drei Führungsabschnitte 46 und in drei radiale Abflachungen 48 unterteilt ist. Zwischen den beiden Führungsbunden hat der Ventilkörper 32 einen mittleren Abschnitt 50, der radial zurückgestuft ist und in dessen Bereich der Ausgangsanschluss S' des Wechselventils 22 angeordnet ist. Im Bereich des Ausgangsanschlusses S' ist eine Radialbohrung in den mittleren Abschnitt 50 eingebracht, die eine Düse 52 bildet. Sie mündet in eine sacklochartige Längsbohrung 54, die ausgehend vom zweiten Kegelabschnitt 42 konzentrisch in den Ventilkörper 32 des Wechselventils 22 eingebracht ist.
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2 zeigt eine erste Schaltstellung des Wechselventils 22 bzw. seines Ventilkörpers 32. Diese wird dadurch erreicht beziehungsweise geschaltet, dass der Druck in der Arbeitsleitung A bzw. am zweiten Eingangsanschluss A' geringer ist als der Druck der Steuerdruckversorgungsleitung 26 bzw. der Druck am ersten Eingangsanschluss G'. In diesem Fall ist der zweite Eingangsanschluss A' im Westlichen abgesperrt. Trotzdem wird erfindungsgemäß vergleichsweise wenig Druckmittel von der Zahnradpumpe 24 über die Steuerdruckversorgungsleitung 26, den ersten Eingangsanschluss G', die drei Abflachungen 42, die Düse 52, die Längsbohrung 54, den zweiten Eingangsanschluss A' und über die Arbeitsleitung A zur Hydropumpe 1 gefördert. Dadurch steht auch in diesem Fall Druck am Eingang der Hydropumpe 1 an, so dass sie auch im Nullhubbetrieb geschmiert und eine Beschädigung vermieden werden kann.
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Wird nun das in der Arbeitsleitung A angeordnete (nicht gezeigte) Ventil geöffnet, um den an die Arbeitsleitung A angeschlossenen (ebenfalls nicht gezeigten) Verbraucher zu versorgen, bricht der erfindungsgemäß in der Arbeitsleitung A aufgebaute Druck (von z. B. 30 bar) wegen der Düse 52 im Ventilkörper 32 zusammen, so dass der Verbraucher darauf hin feinfühlig angefahren werden kann. Wenn der – vom Verbraucher abhängende – Druck in der Arbeitsleitung A denjenigen der Steuerdruckversorgung übersteigt, schaltet das Wechselventil 22 von der ersten zur zweiten Schaltstellung um und öffnet eine (weitere) drosselfreie Verbindung von der Arbeitsleitung A zu Verstellvorrichtung. Dabei bleibt die dazu parallele Verbindung über die Düse 52 bestehen, allerdings ist diese in der zweiten Schaltstellung vergleichsweise bedeutungslos.
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Offenbart ist eine Hydropumpe mit Verstellvorrichtung zur Verstellung des Fördervolumens. Die Verstellvorrichtung ist über ein Wechselventil mit einer Steuerdruckversorgung und mit einer von der Hydropumpe versorgten Arbeitsleitung verbindbar. Dem entsprechend ist die Verstellvorrichtung wechselweise von der Steuerdruckversorgung oder der Hydropumpe mit Steuerdruck versorgbar. In oder an einem Ventilkörper des Wechselventils ist eine Düse ausgebildet, über die die Arbeitsleitung im Nullhubbetrieb mit der Steuerdruckversorgung verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19850611 C1 [0004]
- DE 102008038435 A1 [0004]
