DE2838940C3

DE2838940C3 - Druckbeeinflussungsvorrichtung für ein hydraulisches System

Info

Publication number: DE2838940C3
Application number: DE19782838940
Authority: DE
Inventors: Svend Erik Nordborg Thomsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1978-09-07
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1981-05-27
Also published as: DE2838940A1; DK367479A; DE2838940B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckbeeinflussungsvorrichtung für ein hydraulisches System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Druckbeeinflussungsvorrichtung dieser Art (DE-GM 75 18 782) hit die /.afgabe, den von einer Druckmittelpumpe erzeugten Druck verzögernd aufzubauen, insbesondere um beim i" halten großer Massen stoßartige Belastungen zu vermeiden. Dies geschieht dadurch, daß das Verschlußstück des Druckventils nicht nur durch eine Rückstellfeder, sondern auch durch den Druck im Speicherraum belastet ist der über eine Drossel mit dem Pumpendruck in Verbindung steht Die nachgiebige Wand des Druckspeichers ist durch eine zylindrische Schraubenfeder mit konstanter Federdrahtstärke belastet die eine gerade Kennlinie hat.

Bei einer solchen Druckbeeinflussungsvorrichtung öffnet das Druckventil auch, wenn bei einem gegebenen Druckniveau plötzlich Druckspitzen auftreten, so daß sich diese Druckspitzen nicht in voller Größe beim Verbraucher bemerkbar machen. Diese Wirkung, auf die in der Entgegenhaltung überhaupt nicht hingewiesen wird, ist aber sehr unvollkommen, weil der Stabilisierungs- oder Dämpfungseffekt auf einem niedrigen Druckniveau völlig anders ist als auf einem hohen Druckniveau.

Es ist auch bekannt (»Konstruktion« 16, 1964, Heft 1, Seite 12 bis 21) an einen hydraulischen Kreis einen hydropneumatischen Energiespeicher anzuschließen, dessen verschiebbare Wand (Membran, Blase oder Kolben) auf der dem Druckmittel gegenüberliegenden Seite durch eine Gasfeder belastet ist, die eine progressive Kennlinie hat. Solehe hydropneumatisehen Energiespeicher werden in ölhydraulischen Anlagen eingesetzt, wenn der Druckflüssigkeitsbedarf schwankt oder eine Betätigungsreserve gefordert wird. Sie können auch als Windkessel zur Glättung von Pumpenpulsalionen und/oder Schaltdruckstößen oder als den hydraulischen Kreis belastende Feder verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckbeeinflussungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die im gesamten Arbeitsbereich eine einwandfreie Stabilisierung des hydraulischen Systems und insbesondere eine sichere Dämpfung von Druckschwingungen beim Auftreten von Druckschwankungen bewirkt

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst

Bei Verwendung einer linearen Speicherfeder führt jede Druckerhöhung mit vorgegebener Amplitude zu einem vorgegebenen Öffnungsquerschnitt des Druckventils, gleichgültig welches Druckniveau in der druckführenden Leitung herrscht Ist das Druckniveau niedrig, fließt eine bestimmte Druckmittelmenge in den Systemteil geringen Drucks. Ist das Druckniveau dagegen hoch, also die am Druckventil liegende Druckdifferenz groß, fließt beim gleichen Öffnungsquerschnitt eine wesentlich größere Druckmittelmenge ab. Gleiche Druckerhöhungen führen daher zu unterschiedlichen Ablaufmengen. Das bedeutet daß man dem System optimale Stabilisierungs- oder Dämpfungseffekte nur für ein bestimmtes Druckniveau geben kann. Wenn dagegen die Speicherfeder eine progressive Kennlinie hat führt eine vorgegebene Druckänderung auf einem kleineren Drackniveau zu einer größeren Öffnung des Druckventils als auf einem höheren Druckniveau. Daher läßt sich wenigstens annähernd erreichen, daß gleiche Druckschwankungen unabhängig vom jeweiligen Druckniveau zu annähernd gleichen Ablaufmengen führen, so daß auf jedem Druckniveau annähernd die gleiche Beeinflussung des Systems möglich ist

Als Speicherfeder mit progressiver Kennlinie kommen die verschiedensten Konstruktionen in Betracht beispielsweise eine Gasfeder, eine Schraubenfeder mit sich änderendem Durchmesser oder ein Stapel von Tellerfedern mit unterschiedlicher Steifigkeit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer hydraulischen Hubeinrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem hydraulischen Servomotor,

F i g. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 die Druck-Volumencharakteristik eines Druckspeichers und

F i g. 5 die zugehörige Kennlinie über dem Druck.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 kann hydraulische Flüssigkeit aus einem Behälter 1 von einer Pumpe 2 in einer Arbeitsstellung eines Steuerventils 3 über eine Arbeitsleitung 4 zu einer Hubvorrichtung 5 derart geleitet werden, daß deren Kolben 6 angehoben wird. In der anderen Arbeitsstellung des Steuerventils 3 senkt sich der Kolben 6 unter Rückführung der Druckflüssigkeit in den Behälter 1 ab.

Mit der Arbeitsleitung 4 ist der Eingang 7 einer Druckbeeinflussungsvorrichtung 8 verbunden. Diese weist ein Druckventil 9 auf, das den Eingang mit einem zum Behälter I führenden Ausgang 10 zu verbinden

f>5 gestaltet. Das Druckventil 9 weist als Verschlußstuck einen kolbenförmigen Schieber 11 auf, der mit seiner Stirnseite eine Kante 12 übersteuert und dadurch die Verbindung zwischen Eingang 7 und Ausgang 10 sperrt

bzw. herstellt Die Stirnfläche des Kolbens 11 an der Eingangsseite hat eine Querschnittsfläche Au die gegenüberliegende Stirnfläche hat eine größere Querschnittsfläche A₂. Sie ist außerdem durch eine Rückstellfeder 13 belastet Diese stützt sich an einer mittels einer Schraube 14 verstellbaren Platte 15 ab. Die Räche A\ kann aber auch größer als die Fläche Ai sein, wenn die Vorspannung der Rückstellfeder 13 genügend groß ist In der Ruhestellung liegt der Schieber 11 an einem einstellbaren Anschlag 16 an, mit dem dasjenige Maß a einstellbar ist, um das der Schieber 11 bis zum Offnen des Leckpfades verschoben werden muß. Die hintere Stirnfläche 17 des Schiebers 11 bildet eine bewegliche Wand einer Kammer 18, die über eine Leitung 19 mit dem Eingang 7 verbunden ist In dieser Leitung liegt eine verstellbare Drossel 20, die von einem zum Eingang hin öffnenden Rückschlagventil 21 mit einstellbarer Feder 22 aberbrückt ist Ein Druckspeicherraum 23, der zusammen mit der Kammer 18 einen Druckspeicher 24 bildet besitzt eine bewegliche Wand 25 in der Fern eines Kolbens, der rückseitig durch einen Stapel 26 von Tellerfedern mit unteschied'icher Steifigkeit belastet ist Dieser Stapel stützt sich an einer einstellbaren Platte 27 ab.

Die durch den Tellerfederstapel 26 gebildete Speicherfeder hat eine progressive Chrakteristik, wie sie in Fig.4 dargestellt ist Mit steigendem Hub der beweglichen Wand 25, also mit steigendem Volumen V des Druckspeicherraumes 23, ist für gleiche Volumenänderungen eine größere Druckänderung erforderlich. Oder, wie es in F i g. 5 dargestellt ist je höher der Druck Pa im Druckspeicherraum 23, um so kleiner ist die für eine bestimmte Druckänderung erforderliche Volumeninderung.

Mit dieser Konstruktion ergibt sich die folgende Arbeitsweise: Im Ruhezustand ist Pa = P- Der Schieber 11 wird daher von einem Kraftüberschuß, der durch die Rückstellfeder 13 und das Produkt (A₇ — A₁) P_A gebildet wird, gegen den einstellbaren Anschlag 16 gedrückt. Wen" nun ein plötzlicher Anstieg des Eingangsdruckes P erfolgt, der den beschriebenen Kraftüberschuß übersteigt wird der Schieber 11 nach rechts geschoben, worauf sich nach dem Weg a das Druckventil 9 öffnet. Der Öffnungsquerschnitt hängt von der Höhe des Druckstoßes bzw. der Druckspitze ab, die wegen der Abfuhr der Leckflüssigkeit sehr rasch abgebaut wird. Die beim Bewegen des Schiebers 11 aus der Kammer 18 verdrängte Druckflüssigkeit wird vom Speicherraum 23 aufgenommen, wodurch der Druck Pa in diesem Speicherraum und ^:.n der Kammer 18 ansteigt Dieser Druckanstieg hat seinerseits Rückwirkungen auf den Hub des Schiebers i* und damit auf den Öffnungsquerschnitt des Druckventils 9. Erfolgt der Druckstoß von einem hohen Niveau des Eingangsdnikkes P aus, so ergibt sich wegen der Charakteristik der Speicherfeder gemäß F i g. 4 ein geringerer Öffnungsquerschnitt als wenn der Druckstoß bei einem niedrigen Ni •eau des Eingangsdruckes Pbeginnen würde. Da die Leckflüssigkeitsmenge von dem Öffnungsquerschnitt und der Druckdifferenz zwischen Eingang 7 und «> Ausgang IO abhängt, kann man es erreichen, daß gleiche Druckstöße unabhängig vom Niveau des Eingangsdrakkes P annähernd gleiche Leckölmengen hervorrufen. Das bedeutet, daß die Dämpfungsvorrichtung linear •rbeitet.

Gleichzeitig mit der beschriebenen Arbeitsweise gelangt Druckflüssigkeit über die einstellbare Drossel JO in den Druckspeicher 24, so daß sich dort der Druck allmählich erhöht Hat der Druckstoß eine sehr steile Flanke, spielt diese Drucknachführung praktisch keine Rolle; ist dagegen die Flanke weniger steil, macht sich diese Drucknachführung bezüglich der Öffnungsbewegung des Druckventils 9 bemerkbar. Die Feder 13 kann so eingestellt sein, daß sich das Druckventil 9 unterhalb eines Grenzwerts der Druckanstiegsgeschwindigkeit überhaupt nicht öffnet Das Rückschlagventil 21 erlaubt es, bei einem Absinken des Eingangsdrucks P den Speicherdruck Pa sehr rasch zurückzuführen, sobald die Schließkraft der Feder 22 überwunden ist Der Druckspeicher 24 steht daher sehr rasch für den Abbau der nächsten Druckspitze zur Verfügung. Es sind zahlreiche Möglichkeiten zur Einstellung vorgesehen: Rückstellfeder 13, Speicherfeder 26, Anschlag 16, Drossel 20, Rückschlagventilfeder 22. Demzufolge ist eine Anpassung an die Daten des jeweiligen hydraulischen Systems möglich.

Bei der Ausführungsform nach Fig.2 werden für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen und für gleichartige Teile um 100 erhöhte Bezugszeicht.« wie in Fig. 1 verwendet In diesem Fall ist ein Servomotor 105 vorgesehen, dessen Kolben 106 in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerventils 103 unter Krafteinwirku"g in beiden Richtungen bewegt werden kann. Zu diesem Zweck sitJ zwei Arbeitsleitungen 130 und 131 vorgesehen. Diese stehen über ein Wechselventil 132 mit dem Eingang 107 der Vorrichtung 108 zur Druckbeeinflussung in Verbindung. Das bedeutet daß der Eingang 107 jeweils mit derjenigen Arbeitsleitung verbunden ist welche den höheren Druck führt

Das Druckventil 109 weist ein kugelförmiges Verschlußstück 111 auf, das mit einem Sitz 112 zusammenwirkt Es ist durch eine Rückstellfeder 113 und eine Speicherfeder 133 beizstet und liegt vollständig im Bereich des Ausgangs IU. Die Speicherfeder 133 stützt sich an einer beweglichen Wand 117 einer Kammer 118 ab. Diese steht mit einem Speicherraum 123 in Verbindung, der eine als Membran ausgebildete nachgiebige Wand 125 besitzt welche durch eine Gasfeder 126 belastet ist Die Bewegung der beweglichen Wand 117 ist durch einen Anschlag 134 begrenzt

Bei Verwendung einer progressiven Charakteristik der Speicherfeder 133 kann der Speicherraura 123 entfallen. Die Vorrichtung arbeitet dann wie folgt: Bei einem höheren Druck in der Arbeitsleitung 130 als in der Arbeitsleitung 131. wechselt das Verschlußstück des Wechselventils 132 zum anderen Ventilsitz, so daß am Eingang 107 der Druck P der Arbeitsleitung 130 herrscht Dieser wirkt auf das Verschlußstück 111 und führt dieses unter Zusammendrückung der Rückstellfeder 113 und der Speicherfeder 133 in eine Öffnungsstellung. Hierbei bleibt die bewegliche Wand 117 der Kammer 1t8 ortsfest so daß die in ihr enthaltene Druckflüssigkeit nicht entweichen kann. Gleichzeitig — bei steiler Ranke des üruckstoßes praktisch anschließend - gelangt Druckflüssigkeit vom Eingang 107 über die Drossel 20 in die Kammer 118, wodurch das Druckventil 109 wieder geschlossen wird Bleibt der Eingangsdruck P auf einem höheren Niveau, so ist die Speieherfeder 113 im Ruhezustand stärker zusammengedrückt als zuvor. Es ergibt sich daher dasselbe Verhalten wie in F i g. i.

Steigt der Eingangsdruck Püber einen vorgegebenen Wert an, so legt sich di? bewegliche Wand 117 gegen den Anschlag 134. Damit ist die maximale Belastung des Verschlußstücks 111 durch die beiden Federn 113 und 133 gegeben. Das Druckventil 109 arbeitet nunmehr als

Oberdruckventil.

Wird der Speicherraum 123 verwendet, überlagert sich die soeben beschriebene Arbeitsweise mit der in Verbindung mit F i g. t beschriebenen Arbeitsweise, so daß sich eine besonders gute Anpassung an die Verhältnisse einer bestimmten hydraulischen Anlage ergibt. Die Speicherräume 118 und 123 bilden dann den Druckspeicher 124.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 werden für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen und für entsprechende Teile mit 200 beginnende Bezugszeichen verwendet. Das Druckventil 209 besitzt einen Schieber 211 in der Form eines zylindrischen Kolbens. Es sind zwei Teilringnuten 237 und 238 vorhanden, die je über eine Leitung 235 und 236 mit einer der Arbeitsleitungen 130 bzw. 131 verbunden sind. Bei einer Verlagerung des Schiebers 211 nach rechts entgegen der Kraft der Rückstellfeder 213 wird demnach der über das Wechselventil 132 mit der einen Arbeitsleitung verbundene Eingang iö7 der Vorrichtung 2ÖÖ mit der jeweils anderen Arbeitsleitung verbunden, so daß sich im Servomotorsystem ein interner Bypass ergibt. Der Druckspeicher 224 weist nur noch einen einzigen Raum 239 auf, der sowohl die Kammer mit der venagerbaren Wand 217 als auch den Druckspeicherraum mit der nachgiebigen Wand 225 bildet. Die letztgenannte Wand ist durch eine Schraubenfeder 226 mit sich änderndem Durchmesser gebildet, die wiederum eine progressive Chrakteristik gemäß Fig.4 hat. Die Drossel 220 ist im

ίο Innern des Schiebers 211 angeordnet. Die Stirnseite 217 des Schiebers vermag eine Kante 240 zu übersteuern, die Ober eine Leitung 24t mit dem Eingang 107 verbunden ist. Bei der Rückbewegung des Schiebers 211 bewegt sich dieser unter Zusammendrückung der Feder

r> 242 mit seiner Stirnseite 217 über die Kante 240 hinweg, so dall sofort ein Druckausgleich zwischen dem Eingang 107 und dem Raum 239 erfolgt. Die hierdurch bewirkte Druckabsenkung im Raum 239 führt zu einer Rückbewegung des Schiebers 211 und damit zu der veranschaulichten Ruhetage.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckbeetnflussungsvorrichtung für ein hydraulisches System, bei der ein Druckventil in einer Verbindungsleitung zwischen einer dnckführenden Leitung des Systems und einem Systemteil geringen Drucks liegt und sein Verschlußstück unter dem Druck des Systems gegen eine Rückstellkraft öffnet, die zumindest teilweise mit Hilfe des Drucks eines eine Speicherfeder aufweisenden Druckspeichers erzeugt ist, der von der druckführenden Leitung über eine Drossel aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfeder (26,126, 133,226) eine progressive Kennlinie hat

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfeder eine Gasfeder (126) ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfeder eine Schraubenfeder (226) mit sich änderndem Durchmesser ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherfeder durch einen Stapel (26) von Tellerfedern mit unterschiedlicher Steifigkeit gebildet ist