DE102014202412A1

DE102014202412A1 - Elektrisch angesteuertes Druckregelventil für eine verstellbare hydrostatische Pumpe und verstellbare hydrostatische Pumpe mit einem Druckregelventil

Info

Publication number: DE102014202412A1
Application number: DE102014202412.9A
Authority: DE
Inventors: Carola Diebold; Fabian Ruethschilling; Andreas Apperger; Nadine Klausmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-08-13
Also published as: US20150226204A1; US10180130B2; CN104929927B; CN104929927A

Abstract

Offenbart ist ein elektroproportionales Druckregelventil in Patronenbauweise, das in eine Gehäusebohrung einer hydrostatischen Pumpe eingeschraubt werden kann. Am Außenumfang der Patrone sind ein Stelldruckanschluss und ein Tankanschluss vorgesehen. An einer Stirnseite der Patrone ist ein Pumpenanschluss angeordnet. In einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung eines Ventilkolbens des Druckregelventils ist der Stelldruckanschluss zum Tankanschluss entlastet. Über eine Erhöhung eines Stroms eines Elektromagneten, der dem Pumpenanschluss gegenüber liegt, und über eine Erhöhung des Pumpendrucks am Pumpenanschluss ist eine Verbindung vom Pumpenanschluss zum Stelldruckanschluss gegen die Kraft der Feder aufsteuerbar. Vom stirnseitigen Pumpenanschluss erstreckt sich eine konzentrische Öffnung zu einer kleineren Druckfläche des Ventilkolbens. Von der kleineren Druckfläche erstreckt sich ein im Ventilkolben gebildeter Kanal zu eine ersten Pumpendruckraum. Weiterhin erstreckt sich vom stirnseitigen Pumpenanschluss ein in der Patrone gebildeter Kanal zu einem Federraum, der zwischen dem Pumpenraum und dem Elektromagneten angeordnet ist. In dem Federraum wirkt der Pumpendruck über eine gesamte Druckfläche am Ventilkolben gegen den Pumpendruck der kleineren Druckfläche. Damit ist das Druckregelventil ein direkt gesteuertes Differenzdruckventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch angesteuertes Druckregelventil für eine in ihrem Fördervolumen verstellbare hydrostatische Pumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine entsprechende Axialkolbenpumpe.
Die Verstellung des Fördervolumens von hydrostatischen Pumpen kann mit einem Stelldruckmittel realisiert werden, mit dem zum Beispiel ein Stellzylinder einer Schwenkwiege einer Axialkolbenpumpe beaufschlagt und befüllt wird. Ein Regeventil steuert dabei die Verbindung des Stellzylinders mit einer Stelldruckmittelquelle und mit einer Stelldruckmittelsenke, zum Beispiel einem Tank.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, am Regelventil einen Sollwert für die Position der Verstelleinrichtung vorzugeben und eine Weg- oder Kraftrückkopplung der Position der Verstelleinrichtung (zum Beispiel des Stellzylinders) zum Regelventil vorzusehen. Dadurch wird bei einer Verstellung das Regelventil derart beeinflusst, dass es beim Erreichen der gewünschten Position wieder in seine Neutralstellung zurückkehrt, in der der Stellzylinder von der Stelldruckmittelquelle und der Stelldruckmittelsenke getrennt ist.
Die Druckschriften DE 100 01 826 C1 und DE 199 49 169 C2 zeigen derartige Regelventile, deren Gehäuse jeweils als Patronen ausgestaltet sind und deren jeweilige Längsachse mit der Längsachse eines Stellkolbens des Stellzylinders zusammenfällt. Dabei ist eine Rückkopplung des Weges des Stellkolbens, der über eine zwischengeschaltete Feder in eine Kraft umgewandelt wird, realisiert.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Druckregelungen für verstellbare hydrostatische Pumpen ist das Druckregelventil mit der Hochdruckseite der zu regelnden Pumpe verbunden, um deren Pumpendruck zu erfassen und ihn an das Druckregeventil „zurückzumelden“. Dabei wirkt der Pumpendruck am Ventilkörper des Druckregelventils gegen eine Feder in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens.
Weiterhin kann das Stelldruckmittel, das zur Versorgung der Verstelleinrichtung der Pumpe nötig ist und vom Druckregelventil gesteuert wird, von der Arbeitsleitung der Pumpe abgegriffen werden und über das Druckregelventil in Abhängigkeit der gewünschten Verstellung der Pumpe dem Stellzylinder zugeführt werden.
Die Veröffentlichung der Anmelderin RD 9 2711/01.12 A10VSO zeigt auf Seite 11/48 ein derartiges Druckregelventil mit einer Rückkopplung des Arbeitsdrucks der zu regelnden Pumpe. Das Druckregelventil wirkt als Druckbegrenzer des Arbeitsdrucks der Pumpe. Eine Feder wirkt dazu auf den Ventilkörper des Druckregelventils in Richtung einer Vergrößerung des Fördervolumens der Pumpe. Über eine vorbereitende Einstellung der Vorspannung der Feder kann der maximale Arbeitsdruck der Pumpe eingestellt werden.
Die gleiche Veröffentlichung der Anmelderin zeigt auf Seite 15/48 eine Druckregelventil-Anordnung, bei der zum Haupt-Druckregelventil ein elektrisch verstellbares Druckbegrenzungsventil mit fallender Kennlinie als Vorsteuerventil hinzu kommt, über das ein Steuerdruck eingestellt werden kann, der zusammen mit der Feder am Ventilkörper des Haupt-Druckregelventils in Richtung einer Vergrößerung des Fördervolumens einer Pumpe wirkt. Damit ist eine elektrisch angesteuerte Druckregelventil-Anordnung geschaffen, bei der eine Erhöhung des Stroms eines Elektromagneten ein Druckabbau des Steuerdrucks und damit ein Verschieben des Ventilkörpers des Haupt-Druckregelventils in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens und damit einer Verringerung des Arbeitsdrucks der Pumpe bewirkt. Somit hat die elektrisch betätigte Druckregelventil-Anordnung eine negative Kennlinie, die bei einem Stromausfall am Elektromagneten den eingestellten maximalen Druckregelwert der Pumpe einstellt (fail safe).
Ein Druckregler für eine Pumpe mit einem Haupt-Druckregelventil und einem elektromagnetisch verstellbaren vorsteuernden Druckbegrenzungsventil mit fallender Kennlinie ist auch aus der DE 43 29 164 A1 bekannt.
Nachteilig an den letztgenannten elektrisch angesteuerten Druckregelventil-Anordnungen ist, dass der vorrichtungstechnische Aufwand und der Bauraumbedarf hoch sind, da es sich um eine Kombination des Haupt-Druckregelventils und des zusätzlichen elektrisch angesteuerten Vorsteuerventils handelt.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein elektrisch angesteuertes Druckregelventil für hydrostatische Pumpen und eine hydrostatische Axialkolbenpumpe zu schaffen, dessen beziehungsweise deren vorrichtungstechnischer Aufwand und Bauraumbedarf verringert sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisch angesteuertes Druckregelventil für eine hydrostatische Pumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine hydrostatische Axialkolbenpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Das beanspruchte Druckregelventil ist zur Druckregelung einer im Hubvolumen verstellbaren hydrostatischen Pumpe geeignet und als stetig verstellbares 3/2-Wegeventil ausgebildet, das einen Stelldruckanschluss, einen Pumpenanschluss und einen Tankanschluss aufweist. In einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung eines an einem Ventilkolben gebildeten Steuerbundes ist der Stelldruckanschluss mit dem Tankanschluss verbunden. Durch die Summe der Kraft eines Proportional-Elektromagneten und der vom Pumpendruck am Pumpenanschluss an einer effektiven Druckfläche am Ventilkolben erzeugten Kraft ist der Ventilkolben gegen die Kraft der Feder in Schaltstellungen bewegbar, in denen eine Verbindung vom Pumpenanschluss zum Stelldruckanschluss aufgesteuert wird. Bei einem Stromausfall wird maximaler Pumpendruck eingeregelt beziehungsweise eingestellt (negative oder fallende Kennlinie des Druckregelventils). Das Druckregelventil ist erfindungsgemäß direkt gesteuert, wodurch der vorrichtungstechnische Aufwand, insbesondere die Anzahl der Bauteile, und der Bauraumbedarf verringert sind. Weiterhin sind der Standby-Druck und der Verbrauch an Stelldruckmittel und Steuerdruckmittel verringert. In den Schaltstellungen wird ein Druckmittelströmungspfad vom Pumpenanschluss über einen im Innern des Ventilkolbens angeordneten Kanal und über einen Pumpensteuerraum und über den Steuerbund zum Stelldruckanschluss geöffnet, wobei der Pumpensteuerraum an einer vom Pumpenanschluss abgewandten Seite des Steuerbundes angeordnet ist. Durch den Kanal wird der Pumpendruck durch den Tankanschluss und den Stelldruckanschluss auf die vom Pumpenanschluss abgewandte Seite des Ventilkolbens geführt.
Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich, wenn der Pumpensteuerraum von dem Steuerbund begrenzt ist.
Bei einer bevorzugten kompakt bauenden Weiterbildung hat der Ventilkolben eine in Richtung zur Grundstellung wirkende kleinere Druckfläche und eine in Richtung zu den Schaltstellungen wirkende größere Druckfläche, wobei beide Druckflächen vom Pumpendruck beaufschlagt sind. Damit ist das Druckregelventil bezüglich des Pumpendrucks ein Differenzdruckventil, an dessen als Stufenkolben ausgebildeten Ventilkolben sich eine resultierende vom Pumpendruck erzeugte (Steuer)Kraft ergibt, die gemeinsam mit der Kraft des Elektromagneten gegen die Kraft der Feder wirkt. Damit bewirkt die Erhöhung des Stroms des Elektromagneten – zumindest über einen Teilbereich der möglichen Stromwerte – eine proportionale Verringerung des Pumpendrucks der mit dem erfindungsgemäßen Druckregelventil geregelten Pumpe.
Vorzugsweise wirken die Kraft der Feder, die resultierende Kraft des Pumpendrucks und die Kraft des Elektromagneten entlang einer Längsachse des Ventilkörpers. Damit ergeben sich Rotationssymmetrien, die fertigungstechnisch und montagetechnisch von Vorteil sind.
Das Druckregelventil kann einen durch den Steuerbund und einen Führungsbund begrenzten Pumpensteuerraum und einen über einen zweiten Führungsbund vom Pumpensteuerraum getrennten Pumpendruckraum aufweisen. Der zweite Führungsbund hat bevorzugt denselben Durchmesser wie der Steuerbund. Es wird bevorzugt, wenn der Pumpensteuerraum über einen im Ventilkolben verlaufenden Kanal mit dem Pumpenanschluss verbunden ist, während der Pumpendruckraum über einen im Gehäuse angeordneten exzentrischen Axialkanal mit dem Pumpenanschluss verbunden ist. Damit ist sichergestellt, dass beide Pumpenräume stets ausreichend mit Druckmittel versorgt werden. Damit ist weiterhin die Versorgung der Steuerkante, die in Wirkverbindung mit dem Steuerbund steht, und dem Pumpendruckraum getrennt, so dass sich insbesondere bei einer schnellen Bewegung des Ventilkolbens keine gegenseitige Beeinflussung ergibt. Der Pumpendruckraum kann gleichzeitig als Federraum dienen.
Die Druckflächen können unterteilt sein und eine am Führungsbund gebildete ringförmige Teilfläche haben.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist der im Ventilkolben verlaufende Kanal eine konzentrische Längsbohrung auf, die sich von einer im Bereich des Pumpenanschlusses angeordneten Stirnfläche des Ventilkolbens zum Pumpensteuerraum erstreckt. Weiterhin weist der Kanal eine oder mehrere Radialbohrungen auf, über die die Längsbohrung mit dem Pumpensteuerraum verbunden ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Ventilgehäuse eine Einschraubpatrone (Cartridge-Bauweise), an deren vom Elektromagneten abgewandten Endabschnitt – vorzugsweise in der Stirnseite des Endabschnitts – der Pumpenanschluss angeordnet ist. Zwischen der Stirnseite und dem Elektromagneten sind ein erster Mantelabschnitt der Einschraubpatrone mit dem Stelldruckanschluss und ein zweiter Mantelabschnitt mit dem Tankanschluss vorgesehen, wobei der erste Mantelabschnitt näher an dem Endabschnitt angeordnet ist, als der zweite Mantelabschnitt. Vorzugsweise ist der Pumpenanschluss über eine Dichtung vom Stelldruckanschluss und dieser über eine weiter Dichtung vom Tankanschluss getrennt. Damit kann das erfindungsgemäße Druckregelventil in Aufnahmen von Pumpen eingeschraubt werden, die dementsprechende Anschlüsse aufweisen.
Bei der Weiterbildung mit der Einschraubpatrone und mit dem exzentrischen Kanal wird es bevorzugt, wenn der Pumpenanschluss an einer Stirnseite der Einschraubpatrone angeordnet ist und dort ein direkt mit der kleinen Druckstirnfläche über einen konzentrischen Axialkanal verbundenes konzentrisches Loch und eine exzentrischen Mündung des exzentrischen Axialkanals aufweist.
Der Steuerbund öffnet in der Grundstellung des Ventilkolbens eine Verbindung eines Stelldruckraums mit einem Tankdruckraum oder steuert in Schaltstellungen des Ventilkolbens eine Verbindung des Stelldruckraums mit dem Pumpendruckraum auf. Der Tankdruckraum ist an der vom ersten Pumpendruckraum abgewandten Seite des Steuerbundes angeordnet.
Bei der Weiterbildung des Ventilkolbens als Stufenkolben wir es bevorzugt wenn eine radiale Stufe der Ventilbohrung im Tankdruckraum angeordnet ist.
Der Stelldruckraum kann fertigungstechnisch einfach als durchgehende Querbohrung der Einschraubpatrone ausgebildet sein. Diese kann beidseitig verschossen sein, oder sie wird erst dadurch verschlossen, dass das erfindungsgemäße Druckregelventil in ein Pumpengehäuse eingebaut wird.
Exzentrisch und vorzugsweise parallel zu einer Ventilbohrung der Einschraubpatrone kann ein Stelldruckkanal angeordnet sein, der sich vom Stelldruckraum bis zum Stelldruckanschluss erstreckt. Damit erstreckt er sich durch den zweiten Mantelabschnitt. Es können zwei zum Beispiel symmetrische Stelldruckkanäle vorgesehen sein. Der oder die Stelldruckkanäle können über einen in die Stirnseite eingesetzten Verschluss verschlossen und damit zum Pumpenanschluss abgesperrt sein.
Es wird bevorzugt, wenn zwischen dem Stelldruckkanal und dem Stelldruckanschluss eine Düse vorgesehen ist. Diese kann als separates Bauteil in radialer Richtung zum Ventilkolben in die Einschraubpatrone eingesetzt (zum Beispiel eingeschraubt) sein.
Bevorzugt ist die Feder im zweiten Pumpendruckraum angeordnet und als Druckfeder ausgebildet, die zwischen einem ersten an der Einschraubpatrone abgestützten Federteller und einem zweiten am Ventilkolben abgestützten Federteller eingespannt ist, wobei sich der zweite Federteller am Ventilkolben im Bereich dessen weiteren Stirnfläche abstützt. Bei einer kompakten Weiterbildung ist die Feder mit den Federtellern der im zweiten Pumpendruckraum.
Um das erfindungsgemäße Druckregelventil an verschiedene Pumpen und Einsatzzwecke anpassen zu können und um Fertigungstoleranzen ausgeglichen zu können wird es besonders bevorzugt, wenn die Vorspannung der Feder durch eine Einstellvorrichtung einstellbar ist, die zwischen dem dritten Mantelabschnitt und dem Elektromagneten am Außenumfang der Einschraubpatrone zugänglich ist, wenn die Einschraubpatrone nicht ein eine Pumpe eingeschraubt ist, oder wenn die Einschraubpatrone in einen Prüfblock eingeschraubt ist.
Bei einer vorrichtungstechnisch einfachen Ausgestaltung hat die Einstellvorrichtung einen radial in die Einschraubpatrone eingeschraubten Einstellstift, dessen radiale Position damit einstellbar ist, und der an einer kegeligen Anlage des ersten Federtellers anliegt, der hülsenartig oder buchsenartig ausgebildet und im Pumpendruckraum verschiebbar ist.
Die erfindungsgemäße hydrostatische Axialkolbenpumpe ist in Schrägscheibenbauweise ausgeführt, so dass ein Schwenkwinkel der Schrägscheibe durch einen Stellzylinder einstellbar ist, dessen Stelldruckraum mit dem Stelldruckanschluss eines vorbeschriebenen Druckregelventils verbunden ist.
Die Pumpe kann insbesondere einen hydrostatischen Lüftermotor einer mobilen Arbeitsmaschine oder eines Busses antreiben.
Wenn die Patrone in das Pumpengehäuse eingeschraubt ist, ist der dritte Mantelabschnitt nicht mehr zugänglich, so dass die Einstellung der Federkraft nicht mehr versehentlich geändert werden kann.
Eine erfindungsgemäße hydrostatische Pumpe und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckregelventils für eine Pumpe sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
1 das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe mit einem erfindungsgemäßen Druckregelventil in einer geschnittenen Darstellung,
2 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Druckregelventils,
3 eine Draufsicht auf Stirnseite eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckregelventils,
4 das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckregelventils in einem Schnitt in der Ebene B-B aus 3 und
5 das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckregelventils in einem Schnitt in der Ebene A-C aus 3.
1 zeigt eine verstellbare hydrostatische Axialkolbenpumpe 1 in Schrägscheibenbauweise in einem Längsschnitt mit einem erfindungsgemäßen direkt gesteuerten Druckregelventil 2 in einem Querschnitt, das zur Versorgung eines an eine Schrägscheibe 4 gekoppelten Stellzylinders 6 dient. Dazu ist ein Stelldruckanschluss A, der am Außenumfang eines als Einschraubpatrone 8 gebildeten Gehäuses des Druckregelventils 2 und am Innenumfang einer Gehäusebohrung 10 des Gehäuses 12 der Axialkolbenpumpe 1 angeordnet ist, über einen Stelldruckkanal 14 mit einem Stelldruckraum 16 des Stellzylinders 6 verbunden. Eine Befüllung des Stelldruckraums 16 mit Stelldruckmittel bewirkt ein Ausfahren eines Stellkolbens 18 gegen die Kraft des Triebwerks und einer Stellfeder 20, wodurch die Schrägscheibe 4 ausgeschwenkt und damit das Fördervolumen und indirekt der Arbeitsdruck der Axialkolbenpumpe 1 erhöht werden. Eine Entleerung des Stelldruckraums 16 bewirkt ein Einfahren eines Stellkolbens 18 unterstützt durch die Kraft der Stellfeder 20, wodurch die Schrägscheibe 4 zurückgeschwenkt und damit das Fördervolumen und indirekt der Arbeitsdruck der Axialkolbenpumpe 1 verringert werden.
In der aus dem Stand der Technik bekannten Weise wird die Axialkolbenpumpe 1 über eine Antriebswelle 22 angetrieben und fördert Druckmittel aus einem Tank in eine Arbeitsleitung. Die Axialkolbenpumpe 1 hat dazu eine mit der Antriebswelle 22 umlaufende Zylindertrommel 24, in deren Zylinderbohrungen 26 jeweilige Kolben 28 geführt sind, von denen in 1 nur zwei einander gegenüber liegende Zylinderbohrungen 26 mit Kolben 28 gezeigt sind. Da die Kolben 28 über ihre Kolbenfüße 30 während ihres Umlaufs mit der Zylindertrommel 24 gegen die schräg zur Antriebswelle 22 angestellte nicht umlaufende Schrägscheibe 4 gespannt sind, führen sie jeweilige Arbeitshübe aus und fördern Arbeitsdruckmittel in die Arbeitsleitung. Über eine Verschwenken der Schrägscheibe 4 aus der in 1 gezeigten Null-Lage wird das Fördervolumen der Zylinder(bohrungen) 26 erhöht.
2 zeigt ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2. Über einen ersten Abschnitt eines Steuer- und Stelldruckkanals ist die Arbeitsleitung (beide nicht gezeigt) der Axialkolbenpumpe 1 mit einem Pumpenanschluss P des Druckregelventils 2 verbunden. Über eine Kanalanordnung 35/61 im Innern der Einschraubpatrone 8 ist der Pumpenanschluss P derart mit einem Ventilkolben 32 verbunden, dass der Pumpendruck p_P zusammen mit einem elektrisch betätigten Elektromagneten 34 gegen die einstellbare Kraft einer Feder 36 am Ventilkolben 32 des Druckregelventils 2 wirkt. In einer durch die Feder 36 vorgespannten Grundstellung a des Ventilkolbens 32 ist der Stelldruckanschluss A über eine Düse 38 mit einem Tankanschluss T verbunden, so dass das Triebwerk und die Stellfeder 20 (vgl. 1) die Axialkolbenpumpe 1 auf maximales Fördervolumen stellen können. Bei zunehmender Kraft des Elektromagneten 34 und/oder bei zunehmendem Pumpendruck am Pumpenanschluss P wird der Ventilkolben 32 in eine der Schaltstellungen b verschoben, so dass Stelldruckmittel vom Pumpenanschluss P über die Kanalanordnung 35/61 und über die Düse 38 zum Stelldruckanschluss A durchgelassen wird. Damit wird der Stelldruckraum 16 des Stellzylinders 6 befüllt und die Axialkolbenpumpe 1 zurückgeschwenkt.
3 zeigt eine Stirnseite 58 der Einschraubpatrone 8 des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2 gemäß den 1 und 2. Darin sind ein Pumpendruck führender konzentrischer Axialkanal 35 und ein ebenfalls Pumpendruck führender exzentrischer Axialkanal 61 gebildet. Zu erkennen sind die jeweiligen Mündungen der Kanäle 35, 61 in der Stirnseite 58 der Einschraubpatrone 8. Der konzentrische Axialkanal 35 verbindet die Stirnseite 58 mit einer Stirnfläche des Ventilkolbens 32, die als kleinere Druckstirnfläche 60 dient. Der exzentrische Axialkanal 61 verbindet die Stirnseite 58 mit einem zweiten Pumpendruckraum 64. Dieser ist durch eine aus Teilflächen des Ventilkolbens 32 zusammengesetzte größere Druckfläche begrenzt. Damit ist das Druckbegrenzungsventil als Differenzdruckventil ausgebildet, dessen in Richtung der Schaltstellungen b wirkende Druckkraft vom Größenunterschied der Druckflächen definiert ist.
In der kleineren Druckfläche 60 des Ventilkolbens 32 ist eine Mündung eines Kanals 37 angeordnet, der sich konzentrisch im Innern des Ventilkolbens 32 erstreckt. Dieser Kanal 37 verbindet die Stirnfläche 60 über Radialbohrungen 72 mit einem auf der einen Seite eines am Ventilkolben 32 ausgebildeten Steuerbunds 62 am Außenumfang des Ventilkolbens 32 gebildeten ringförmigen Pumpensteuerraum 70.
3 und 5 zeigen das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils 1 jeweils in einer teilweise geschnittenen Darstellung. Die Einschraubpatrone 8 hat an ihrem Endabschnitt 40 ein Schraubgewinde 44, über das sie in die Gehäusebohrung 10 des Gehäuses 12 der Axialkolbenpumpe 1 eingeschraubt werden kann. Benachbart zum Schraubgewinde 44 ist eine Dichtung 46 vorgesehen, die den Endabschnitt 40, an dem auch der Pumpenanschluss P vorgesehen ist, von einem ersten Mantelabschnitt der Einschraubpatrone 8 trennt, an dem der Stelldruckanschluss A angeordnet ist. Der erste Mantelabschnitt mit dem Stelldruckanschluss A ist über eine weitere Dichtung 46 von einem zweiten Mantelabschnitt getrennt, an dem der Tankanschluss T angeordnet ist. Der zweite Mantelabschnitt mit dem Tankanschluss T ist über eine weitere Dichtung 46 von einem dritten Mantelabschnitt getrennt, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Querbohrung 47 von Stelldruckmittel beaufschlagt ist, wobei dieser dritte Mantelabschnitt und das dortige Stelldruckmittel im eingebauten Zustand wegen einer im Gehäuse 12 der Axialkolbenpumpe 1 vorgesehene Absperrung verbindungs- und wirkungslos wird.
An einem äußeren Endabschnitt der Einschraubpatrone 8 ist der Elektromagnet 34 vorgesehen, über den der Ventilkolben 32 gegen die Feder 36 (in den 4 und 5 nach unten) entlang einer Längsachse 49 bewegt werden kann. Die Feder 36 ist als Druckfeder ausgebildet und zwischen einem buchsenartigen ersten Federteller 48 und einem zweiten Federteller 50 eingespannt. Der erste Federteller 48 stützt sich über eine Einstellvorrichtung 52 an der Einschraubpatrone 8 ab, während sich der zweite Federteller 50 an einem Endabschnitt 54 des Ventilkolbens 32 abstützt, und somit den Ventilkolben 32 (in den 3 und 4 nach oben) spannt.
Gegen die Kraft der Feder 36 (in den 4 und 5 nach unten) wirkt neben der Magnetkraft des Elektromagneten 34 auch eine resultierende Kraft des Pumpendrucks p_P. Dazu beaufschlagt der Pumpendruck p_P über eine zentrale Öffnung der Stirnseite 58 der Einschraubpatrone 8 und über den konzentrischen Axialkanal 35 die kleinere Druckstirnfläche 60 des Ventilkolbens 32. Weiterhin wird über den exzentrischen Axialkanal 61 Pumpendruckmittel von deren Stirnseite 58 zu dem in der Nähe des Elektromagneten 34 angeordneten Pumpendruckraum 64 geführt, in dem auch die Feder 36 mit den beiden Federtellern 48, 50 aufgenommen ist. In diesem Druckraum 64 wirkt der Pumpendruck p_P auf eine gesamte Druckfläche des Ventilkolbens 32, die größer ist als die kleinere Druckstirnfläche 60 des Ventilkolbens 32. Aus diesem Größenunterschied ergibt sich die resultierende Kraft des Pumpendrucks p_P in Richtung der Schaltstellungen b des als Stufenkolben ausgebildeten Ventilkolbens 32 (vgl. 2). Aus diesem Größenunterschied ergibt sich weiterhin ein Größenunterschied der Ventilbohrung, der sich in einer Stufe 66 in der Ventilbohrung zeigt.
Im Inneren des dritten Mantelabschnitts ist der Steuerbund 62 des Ventilkolbens 32 angeordnet, über den ein als durchgehende Querbohrung 47 ausgebildeter Stelldruckraum entweder mit dem Pumpenanschluss P oder mit dem Tankanschluss T verbunden werden kann. In den 4 und 5 ist der Steuerbund 62 in einer Lage gezeigt, in der er gerade beide Verbindungen absperrt. Benachbart zum Steuerbund 62 ist einerseits der Pumpensteuerraum 70 vorgesehen, der durch eine radiale Einschnürung des Ventilkolbens 32 gebildet ist, und der über den Kanal 37 des Ventilkolbens 32 und über dessen Radialbohrungen 72 mit Pumpendruckmittel versorgt wird. Benachbart zum Steuerbund 62 ist andererseits ein ringförmiger Tanksteuerraum 74 angeordnet, der über eine radiale Bohrung 76 mit dem zweiten Mantelabschnitt und mit dem Tankanschluss T des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2 verbunden ist. Der Pumpensteuerraum 70 ist an der vom Steuerbund 62 abgewandten Seite über einen Führungsbund 78 vom Pumpendruckraum 64 getrennt. Der Tanksteuerraum 74 ist an seiner vom Steuerbund 62 abgewandten Seite über einen dichtenden Führungsbund 80 von der Druckstirnfläche 60 des Ventilkolbens 32 getrennt. Der Durchmesser des Führungsbunds 80 ist kleiner als der Durchmesser des Steuerbunds 62 und des Führungsbunds 78. Die Stufe 66 in der Ventilbohrung befindet sich dementsprechend im Bereich des Tanksteuerraums 74, in dem Tankdruck oder jedenfalls ein sehr niedriger Druck herrscht, so dass trotz der unterschiedlichen Durchmesser von Führungsbund 80 und Steuerbund 62 keine oder nur eine sehr geringe Druckkraft entgegen der Magnetkraft und der vom Pumpendruck erzeugten Kraft erzeugt wird. Die unterschiedlichen Durchmesser bestimmen die unterschiedliche Größe der ersten Druckfläche und der zweiten Druckfläche, die vom Pumpendruck beaufschlagt sind.
In 4 ist dargestellt, dass der als Querbohrung 47 ausgebildete Stelldruckraum über zwei Stelldruckkanäle 82 und über eine jeweilige Düse 38 mit dem ersten Mantelabschnitt der Einschraubpatrone 8 und somit mit dem Stelldruckanschluss A verbunden ist. Genauer gesagt sind die beiden Stelldruckkanäle 82 exzentrisch und parallel zur Längsachse 49 symmetrisch zueinander angeordnet. Sie wurden als Bohrungen von der Stirnseite 58 in die Einschraubpatrone 8 eingebracht und danach mit einer jeweiligen Verschlussschraube 84 verschlossen. Die beiden Düsen 38 sind beim ersten Ausführungsbeispiel als vergleichsweise dünne radiale Kanäle ausgebildet und erstrecken sich jeweils vom ersten Mantelabschnitt bis zum zugeordneten Stelldruckkanal 82. Die Düsen können auch als Einschraubdüsen ausgeführt werden, so dass die Möglichkeit zum Austausch zum Beispiel bei Inbetriebnahme besteht.
Die beiden Stelldruckkanäle 82, die Querbohrung 47, die beiden Düsen 38 und die Einstellvorrichtung 52 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die mit der Schnittebene B-B der 4 zusammenfällt. Der als Steuer- und Stelldruckkanal dienende exzentrische Axialkanal 61 verläuft hingegen in einer Ebene C, die um 45° zur Schnittebene B-B der 4 gekippt ist. Die radiale Bohrung 76 des Tankanschlusses T verläuft in einer weiteren Ebene A, die um 90° gegenüber der Schnittebenen der 4 gekippt ist.
Die Einstellvorrichtung 52 ist erfindungsgemäß entlang der Längsachse 49 betrachtet an einer Stelle angeordnet, die in einem in eine Axialkolbenpumpe 1 eingebauten Zustand verdeckt und damit nicht zugänglich ist, während sie in einem in einen (nicht gezeigten) Prüfblock eingebauten Zustand zugänglich bleibt, so dass die Vorspannung der Feder 36 und damit das Regelverhalten des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2 eingestellt werden können.
Der Federteller 48 ist mit seinem Außenumfang gleitend im Pumpendruckraum 64 aufgenommen. Die Feder 36 taucht abschnittsweise in den Federteller 48 ein. Am Außenumfang des Federtellers 48 ist eine kegelige Anlage ausgebildet, an der eine kegelige Anlage eines Gewindestiftes 90 anliegt. Der Gewindestift 90 ist über eine Dichtmutter 92 dichtend und in radialer Richtung zur Längsachse 49 einstellbar gehalten. Durch ein Herein- oder Herausschrauben des Gewindestiftes 90 wird die Position des Federtellers 48 relativ zur Einschraubpatrone 8 und damit die Kraft, die die Feder 36 über den zweiten Federteller 50 auf den Ventilkolben 32 ausübt, eingestellt.
Damit ergibt sich am Ventilkolben 32 folgende Kräftebilanz: F_Feder36 = F_P + F_{Elektromagnet34} = p_P·A_Diff + F_{Elektromagnet34}
Dabei sind F verschiedene Kräfte, p_P der Pumpendruck und A_Diff die Differenzfläche der Druckflächen.
Offenbart ist ein elektroproportionales Druckregelventil in Patronenbauweise, das in eine Gehäusebohrung einer hydrostatischen Pumpe eingeschraubt werden kann. Am Außenumfang der Patrone sind ein Stelldruckanschluss und ein Tankanschluss vorgesehen. An einer Stirnseite der Patrone ist ein Pumpenanschluss angeordnet. In einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung eines Ventilkolbens des Druckregelventils ist der Stelldruckanschluss zum Tankanschluss entlastet. Über eine Erhöhung eines Stroms eines Elektromagneten, der dem Pumpenanschluss gegenüber liegt, und über eine Erhöhung des Pumpendrucks am Pumpenanschluss ist eine Verbindung vom Pumpenanschluss zum Stelldruckanschluss gegen die Kraft der Feder aufsteuerbar. Vom stirnseitigen Pumpenanschluss erstreckt sich eine konzentrische Öffnung zu einer kleineren Druckfläche des Ventilkolbens. Von der kleineren Druckfläche erstreckt sich ein im Ventilkolben gebildeter Kanal zu einem Pumpensteuerraum. Weiterhin erstreckt sich vom stirnseitigen Pumpenanschluss ein in der Patrone gebildeter Kanal zu einem Federraum, der zwischen dem Pumpenraum und dem Elektromagneten angeordnet ist. In dem Federraum wirkt der Pumpendruck über eine gesamte Druckfläche am Ventilkolben gegen den Pumpendruck der kleineren Druckfläche. Damit ist das Druckregelventil ein direkt gesteuertes Differenzdruckventil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10001826 C1 [0004]
DE 19949169 C2 [0004]
DE 4329164 A1 [0009]

Claims

Druckregelventil (2) für eine druckgeregelte verstellbare hydrostatische Pumpe (1), das als stetig verstellbares 3/2-Wegeventil ausgebildet ist, das ein Gehäuse (8) mit einem stirnseitigen Pumpenanschluss (P), einem seitlichen Stelldruckanschluss (A) und einem seitlichen Tankanschluss (T) und einen Ventilkolben (32) aufweist, der in einer Ventilbohrung des Gehäuses (8) axial verschiebbar aufgenommen ist, wobei in einer durch eine Feder (36) vorgespannten Grundstellung (a) des Ventilkolbens (32) der Stelldruckanschluss (A) mit dem Tankanschluss (T) verbunden ist und wobei der Ventilkolben (32) an einer ersten Druckfläche vom am Pumpenanschluss (P) anstehenden Pumpendruck (p_P) gegen die Kraft der Feder (36) in Richtung von Schaltstellungen (b) des Ventilkolbens (32) beaufschlagbar ist, in denen eine fluidische Verbindung vom Pumpenanschluss (P) zum Stelldruckanschluss (A) offen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Pumpendruck (p_P) beaufschlagte in Richtung zu der Grundstellung (a) wirkende zweite Druckfläche (60), die kleiner ist als die erste Druckfläche, im Bereich des Pumpenanschlusses (P) am Ventilkolben (32) ausgebildet ist, dass am Ventilkolben (32) auf der einen Seite eines Steuerbunds (62) ein in Richtung zum Pumpenanschluss (P) hin durch einen ersten Führungsbund (80) begrenzter und fluidisch mit dem Tankanschluss (T) verbundener Tanksteuerraum (74) und auf der anderen Seite des Steuerbunds (62) ein mit dem Pumpenanschluss (P) fluidisch verbundener Pumpensteuerraum (70) ausgebildet sind, dass mit dem Steuerbund (62) die fluidische Verbindung des Stelldruckanschlusses (A) zum Tankanschluss (T) und zum Pumpenanschluss (P) steuerbar ist und dass der Ventilkolben (32) gegen die Kraft der Feder (36) auch von einem Elektromagneten (34) beaufschlagbar ist.
Druckregelventil nach Anspruch 1, wobei der erste Führungsbund (80) einen kleineren Durchmesser als der Steuerbund (62) hat, wobei die Größe der ersten Druckfläche (60) durch den Durchmesser des ersten Führungsbunds (80) und die Größe der zweiten Druckfläche durch den Durchmesser des Steuerbunds (62) bestimmt ist und wobei sich die Ventilbohrung im Bereich des Tanksteuerraums (74) von einem dem Durchmesser des ersten Führungsbunds (80) entsprechenden Durchmesser auf einen dem Durchmesser des Steuerbunds (62) entsprechenden Durchmesser erweitert.
Druckregelventil (2) nach Anspruch 2, wobei der Pumpensteuerraum (70), zwischen dem Steuerbund (62) und einem zweiten Führungsbund (78) gebildet ist, wobei ein Pumpendruckraum (64) vorhanden ist, der durch den zweiten Führungsbund (78) vom Pumpensteuerraum (70) getrennt ist und wobei der Pumpensteuerraum (70) über einen ersten Kanal (37) und der Pumpendruckraum (64) über einen zweiten Kanal (61) mit dem Pumpenanschluss verbunden sind.
Druckregelventil (2) nach Anspruch 3, wobei der eine Kanal, vorzugsweise der erste Kanal (37), im Innern des Ventilkolbens (32) verläuft und der andere Kanal, vorzugsweise der zweite Kanal (61) im Gehäuse (8) im Wesentlichen parallel zur Ventilbohrung verläuft.
Druckregelventil nach Anspruch 4, wobei der erste Kanal (37) eine konzentrische Längsbohrung, die sich von der kleineren Druckfläche (60) zum Pumpensteuerraum (70) erstreckt, und eine oder mehrere Radialbohrungen (72) aufweist, über die die Längsbohrung mit dem Pumpensteuerraum (70) verbunden ist.
Druckregelventil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse eine Einschraubpatrone (8) ist, an deren vom Pumpenanschluss (P) abgewandten Seite der Elektromagneten (34) angeordnet ist, wobei an einem Mantel der Einschraubpatrone (8) der Stelldruckanschluss (A) und der Tankanschluss (T) vorgesehen sind, und wobei der Stelldruckanschluss (A) näher an dem Endabschnitt (40) angeordnet ist, als der Tankanschluss (T).
Druckregelventil nach Anspruch 6, wobei der Pumpenanschluss (P) an einer Stirnseite (58) der Einschraubpatrone (8) angeordnet ist und dort ein direkt mit der kleinen Druckfläche (60) verbundenes zur Ventilbohrung konzentrisches Loch und eine zur Ventilbohrung exzentrische Mündung des Axialkanals (61) hat.
Druckregelventil nach Anspruch 6 oder 7, mit einem Stelldruckraum, der eine durchgehende Querbohrung (47) der Einschraubpatrone (8) hat.
Druckregelventil nach Anspruch 8, wobei in der Einschraubpatrone (8) exzentrisch zur Ventilbohrung ein Stelldruckkanal (82) vorgesehen ist, der sich vom Stelldruckraum bis zum Stelldruckanschluss (A) erstreckt.
Druckregelventil nach Anspruch 9, wobei zwischen dem Stelldruckkanal (82) und dem Stelldruckanschluss (A) eine Düse (38) vorgesehen ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Feder (36) in dem Pumpendruckraum (64) angeordnet ist und als Druckfeder ausgebildet ist, die zwischen einem am Gehäuse abgestützten ersten Federteller (48) und einem am Ventilkolben (32) abgestützten zweiten Federteller (50) eingespannt ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannung der Feder (36) durch eine Einstellvorrichtung (52) einstellbar ist.
Druckregelventil nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei die Einstellvorrichtung (52) einen radial in das Gehäuse eingeschraubten Gewindestift (90) hat, dessen radiale Position einstellbar ist, und der an einer kegeligen Anlage des ersten Federtellers (48) anliegt, der hülsenartig ausgebildet und im Gehäuse verschiebbar ist.
Hydrostatische Axialkolbenpumpe (1) in Schrägscheibenbauweise, wobei ein Schwenkwinkel der Schrägscheibe (4) durch einen Stellzylinder (6) einstellbar ist, dessen Stelldruckraum (16) mit dem Stelldruckanschluss (A) eines Druckregelventils (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden ist.