EP0078861B1 - Pressure-control system - Google Patents
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- pressure control
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/08—Regulating by delivery pressure
Definitions
- the invention relates to a pressure control device which has a hydraulically actuated actuating piston, the adjustment of which leads to a change in the hydraulic flow to the consumer, according to the preamble of claim 1.
- a pressure control valve also called a compensator, leads a control pressure to the control piston of the pump, the flow of which is adjusted in such a way that a certain pressure is always available to the consumer.
- pressure peaks above the nominal pressure
- pressure relief valve Due to the inertia of such pressure relief valves, however, it is not possible to avoid a certain overshoot over the nominal pressure.
- a pressure control device according to the preamble of claim 1 has become known, with which the pressure rise rate is recognized and the control process is started even before the nominal pressure is reached. This requires a continuously flowing drain current through a choke.
- the invention has for its object to provide a pressure control device which should be suitable for this early control application without requiring a steadily flowing drain current.
- the pressure control valve 1 has a main housing part 1 and a spring housing 2, which are fitted into one another in a pressure-tight manner and are held together, for example by screwing.
- the main housing part 1 a has a stepped cylinder space 3, 4, 5, the partial space 3 being closed by a screw 6 in a fluid-tight manner, the partial space 4 receiving a slide piston 7 and the partial space 5 being connected to the interior 13 of the spring housing 2 stands.
- a pressure medium connection 8 leads into the part space 3, and three connection channels 9, 10, 11 usually lead into the part space 4, of which the connection 9 leads the pump pressure, the connection 10 the control pressure and the connection 11 the tank pressure.
- connection 12 is provided in the spring chamber 13 of the spring housing 2.
- the spring chamber 13 is connected directly to the unpressurized tank and is usually 5 to 8 cm 3 in size, as is required to accommodate the valve spring 14.
- an additional volume 15 of approximately 50 to 150 cm 3 is connected to the spring chamber 13.
- the spring housing 2 also has a sealing plug 16, which is used to guide and seal the spring seat 17.
- the spring seat 17 can be moved by means of an adjusting screw 18 in order to adjust the preload of the valve spring 14 appropriately.
- the spring housing 2 is designed as a stepped plug-in sleeve, on the one hand to be inserted into a conventional valve housing 1 a and on the other hand to accommodate the additional volume 15. Flanging is also possible.
- Fig. 2 shows a control circuit in which the control valve 1 is suitably used.
- An adjustable pump 20 driven by a motor delivers a flow into a pump line 21 which leads to the consumer 22.
- An actuating piston 23 is also acted upon by the pump line 21, and also the control valve 1 via the connection channels 8, 9, 12, a throttle 24, 25 being provided in each of the connections 9 and 12.
- the connection 12 is connected to a tank line 26, specifically via a pressure limiting valve 27, which pilot-controls the control valve 1 and is open about 7 bar below the nominal pressure. In nominal pressure operation, therefore, a constant drain flow flows through the throttle 25 and the valve 27, so that there is a pressure difference of 7 bar between the two piston sides 7a, 7b of the control valve 1 or spaces 3 and 13.
- the valve spring 14 is therefore relatively slightly biased, i.e. no strong spring is used.
- Hydraulic fluid is compressible to a certain extent, namely when the pressure changes from 0 to 160 bar by about 4%. With an assumed ramp-up time t of approximately 15 ms (FIG. 3), this leads to a displacement current of 266 cm 3 / s or 16 l / min into the additional volume of 100 cm 3 . This displacement current is sufficient to briefly generate a pressure drop of 7 to 10 bar at the throttle 25, as a result of which the spool 7 in FIG. 1 is displaced upward against the spring 14 and the actuating piston 23 is briefly connected to the pressure channel 9. As shown in FIG. 3, these processes can take place before the nominal pressure P " or the pilot pressure Pp is reached, as a result of which the feared excessive overshoot of the pump pressure above the nominal value is avoided.
- a tubular membrane 19 (FIG. 1) can be stretched between the housing parts 2 and 16, as a result of which the outer, annular space outside the valve spring 14 is divided into the actual additional volume 15 and an expansion space 15a.
- the membrane 19 rests against the wall of the spring housing 2, after which the expansion space 15a is largely occupied by the pressure medium.
- the displacement current thus results both from the compression of the pressure medium and from the enlargement of the additional volume 15 in the event of a sharp rise in pressure.
- FIG. 4 shows a second embodiment of the pressure control valve 1, parts of the same function as FIG. 1 being assigned the same reference numerals.
- the valve spring 14 is adjustable without the setting means 17, 18 being shown in detail.
- the additional volume 15 is only indicated schematically.
- the bore for receiving the slide piston 7 is stepped and has the subspaces 4a and 4b, the cross section of the subspace 4a being 50% larger than that of the subspace 4b. The same applies to the piston surfaces 7a and 7b of the slide piston 7.
- control circuit according to FIG. 5 corresponds to that of the control circuit according to FIG. 2, but the pilot valve 27 is omitted.
- the control circuit works as follows: With slow changes in the pressure of the pump line, the pressures P, and P are practically the same, so that the magnitude of the hydraulic force acting on the spool piston 7 depends on the area difference between the pistons 7a - 7b and the absolute level of the pressure. The force is absorbed by the valve spring 14. If the force exceeds a certain value, the slide piston 7 is shown in FIG. 4, in which hydraulic fluid is fed via the control line 10 to the control piston 23, so that the latter pivots the pump 20 in the sense of a reduction in the delivery flow. As a result, the pressure in the pump line 21 drops until equilibrium is reached at the pressure control valve 1, the pressure piston 23 neither being supplied nor discharged with pressure medium. When the pump pressure is low, the force of the valve spring 14 predominates. The slide piston 7 connects the channels 10 and 11 to one another, so that pressure is released from the adjusting piston 23 and the pump is pivoted to a larger flow rate.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregeleinrichtung, die einen hydraulisch beaufschlagten Stellkolben aufweist, dessen Verstellung zu einer Änderung des Hydraulikstromes zum Verbraucher führt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a pressure control device which has a hydraulically actuated actuating piston, the adjustment of which leads to a change in the hydraulic flow to the consumer, according to the preamble of claim 1.
Ein Druckregelventil, auch als Kompensator bezeichnet, führt einen Steuerdruck zum Stellkolben der Pumpe, deren Förderstrom dadurch so eingestellt wird, dass dem Verbraucher immer ein bestimmter Druck zur Verfügung steht. Beim Anlauf der Pumpe sowie bei Änderung des Verbrauchs kann es jedoch zu erhöhten Druckspitzen (oberhalb des Nenndrucks) kommen, die gewöhnlich mit einem Druckbegrenzungsventil abgeschnitten werden. Wegen der Trägheit derartiger Druckbegrenzungsventile gelingt es jedoch nicht, ein gewisses Überschwingen über den Nenndruck zu vermeiden.A pressure control valve, also called a compensator, leads a control pressure to the control piston of the pump, the flow of which is adjusted in such a way that a certain pressure is always available to the consumer. When the pump starts up and when the consumption changes, there may be increased pressure peaks (above the nominal pressure), which are usually cut off with a pressure relief valve. Due to the inertia of such pressure relief valves, however, it is not possible to avoid a certain overshoot over the nominal pressure.
Durch die DE-A Nr. 2350766 ist eine Druckregeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekanntgeworden, mit welcher die Druckanstiegsgeschwindigkeit erkannt und der Regelvorgang noch vor Erreichen des Nenndrucks in Gang gesetzt wird. Hierzu wird ein ständig fliessender Ablaufstrom über eine Drossel benötigt.From DE-A No. 2350766, a pressure control device according to the preamble of claim 1 has become known, with which the pressure rise rate is recognized and the control process is started even before the nominal pressure is reached. This requires a continuously flowing drain current through a choke.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckregeleinrichtung zu schaffen, welche für diesen Anwendungsfall der frühzeitigen Regelung geeignet sein soll, ohne einen ständig fliessenden Ablaufstrom vorauszusetzen.The invention has for its object to provide a pressure control device which should be suitable for this early control application without requiring a steadily flowing drain current.
Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Massnahmen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst und die Lösung durch die weiteren Merkmale der abhängigen Patentansprüche ausgestaltet und weitergebildet.The task is solved on the basis of the measures of the independent patent claim and the solution is designed and developed by the further features of the dependent patent claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
- Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Regelventils im Längsschnitt;
- Fig. 2 eine Schaltung unter Einbezug des Regelventils;
- Fig. 3 eine graphische Darstellung des Regelverhaltens der Schaltung nach Fig. 2;
- Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des Regelventils, und
- Fig. 5 eine Schaltung mit dem Regelventil.
- Figure 1 shows a first embodiment of the control valve in longitudinal section.
- 2 shows a circuit including the control valve;
- Fig. 3 is a graphical representation of the control behavior of the circuit of Fig. 2;
- Fig. 4 shows a second embodiment of the control valve, and
- Fig. 5 shows a circuit with the control valve.
Das Druckregelventil 1 weist ein Gehäusehauptteil 1 und ein Federgehäuse 2 auf, die druckmitteldicht ineinandergefügt und beispielsweise durch Verschraubung aneinander gehalten sind. Das Gehäusehauptteil 1 a weist einen abgestuften Zylinderraum 3, 4, 5 auf, wobei der Teilraum 3 durch eine Schraube 6 druckmitteldicht abgeschlossen ist, der Teilraum 4 einen Schieber.- kolben 7 aufnimmt und der Teilraum 5 mit dem Inneren 13 des Federgehäuses 2 in Verbindung steht. In den Teilraum 3 führt ein Druckmittelanschluss 8, und in den Teilraum 4 führen gewöhnlich drei Anschlusskanäle 9,10,11, wovon der Anschluss 9 den Pumpendruck, der Anschluss 10 den Steuerdruck und der Anschluss 11 den Tankdruck führen.The pressure control valve 1 has a main housing part 1 and a
Es ist ein weiterer Anschluss 12 in die Federkammer 13 des Federgehäuses 2 vorgesehen. Bei üblichen Regelventilen-ist die Federkammer 13 unmittelbar mit dem drucklosen Tank verbunden und gewöhnlich 5 bis 8 cm3 gross, wie zur Aufnahme der Ventilfeder 14 benötigt wird. Bei der Erfindung jedoch ist ein Zusatzvolumen 15 von etwa 50 bis 150 cm3 mit der Federkammer 13 verbunden. Das Federgehäuse 2 weist ferner einen Verschlussstopfen 16 auf, der zur Führung und Abdichtung des Federsitzes 17 dient. Der Federsitz 17 kann mittels einer Stellschraube 18 verschoben werden, um die Vorspannung der Ventilfeder 14 passend einzustellen. Das Federgehäuse 2 ist als stufenförmige Steckhülse ausgebildet, um einerseits in ein übliches Ventilgehäuse 1 a eingefügt zu werden und andererseits das Zusatzvolumen 15 zu beherbergen. Auch Anflanschen ist möglich.Another
Fig. 2 zeigt eine Regelschaltung, in welcher das Regelventil 1 zweckdienlich angewendet wird. Eine von einem Motor angetriebene, verstellbare Pumpe 20 liefert einen Förderstrom in eine Pumpenleitung 21, welche zum Verbraucher 22 führt. Von der Pumpenleitung 21 wird ausserdem ein Stellkolben 23 beaufschlagt, ferner das Regelventil 1 über die Anschlusskanäle 8, 9, 12, wobei in den Anschlüssen 9 und 12 jeweils eine Drossel 24, 25 vorgesehen ist. Der Anschluss 12 ist mit einer Tankleitung 26 verbunden, und zwar über ein Druckbegrenzungsventil 27, welches das Regelventil 1 vorsteuert und etwa 7 bar unterhalb des Nenndrucks geöffnet ist. Im Nenndruckbetrieb fliesst deshalb ein ständiger Ablaufstrom über die Drossel 25 und das Ventil 27, so dass eine Druckdifferenz von 7 bar zwischen den beiden Kolbenseiten 7a, 7b des Regelventils 1 bzw. den Räumen 3 und 13 herrscht. Die Ventilfeder 14 ist deshalb relativ leicht vorgespannt, d.h. es wird keine kräftige Feder verwendet.Fig. 2 shows a control circuit in which the control valve 1 is suitably used. An
Hydraulikflüssigkeit ist in bestimmten Masse kompressibel, und zwar bei einer Druckänderung von 0 auf 160 bar um etwa 4%. Bei einer angenommenen Hochlaufzeit t, von etwa 15 ms (Fig. 3) führt dies zu einem Verschiebestrom von 266 cm3/s oder 16 I/min in das Zusatzvolumen von 100 cm3 hinein. Dieser Verschiebestrom ist ausreichend, um an der Drossel 25 kurzzeitig ein Druckgefälle von 7 bis 10 bar zu erzeugen, wodurch der Schieberkolben 7 in Fig. 1 nach oben entgegen der Feder 14 verschoben wird und kurzzeitig der Stellkolben 23 mit dem Druckkanal 9 verbunden wird. Wie in Fig. 3 dargestellt, können diese Vorgänge vor Erreichen des Nenndrucks P" bzw. des Pilotdruckes Pp ablaufen, wodurch das gefürchtete starke Überschwingen des Pumpendruckes über den Nennwert vermieden wird.Hydraulic fluid is compressible to a certain extent, namely when the pressure changes from 0 to 160 bar by about 4%. With an assumed ramp-up time t of approximately 15 ms (FIG. 3), this leads to a displacement current of 266 cm 3 / s or 16 l / min into the additional volume of 100 cm 3 . This displacement current is sufficient to briefly generate a pressure drop of 7 to 10 bar at the
Je grösser die Druckanstiegsgeschwindigkeit und damit die Steigung der Geraden P, in Fig. 3 ist, um so stärker bleibt die Steigung der Geraden Pz zurück und um so eher wird ein Differenzdruck P, - P von 7 bis 10 bar erreicht und damit der Förderstrom der Pumpe 20 zurückgestellt. Auf diese Weise wird vermieden, dass hohe Druckanstiegsgeschwindigkeiten zu einem Überschwingen des erreichten Drucks über den Nenndruck Pn führen.3, the greater the pressure rise rate and thus the slope of the straight line P, the greater the slope of the straight line P z and the sooner a differential pressure P, - P of 7 to 10 bar is reached, and thus the flow rate the
Wenn man aus Platzgründen das Zusatzvolumen 15 möglichst klein machen will, ist es auch möglich, den Verschiebestrom über die Drossel 25 durch elastische Behälterwände auf den erforderlichen Wert zu bringen. Hierzu kann eine schlauchartige Membran 19 (Fig. 1) zwischen den Gehäuseteilen 2 und 16 gespannt werden, wodurch der äussere, ringförmige Raum ausserhalb der Ventilfeder 14 in das eigentliche Zusatzvolumen 15 und einen Expansionsraum 15a unterteilt wird. Bei Druckanstieg legt sich die Membran 19 an die Wandung des Federgehäuses 2 an, wonach schliesslich der Expansionsraum 15a weitgehend vom Druckmittel eingenommen wird. Der Verschiebestrom resultiert somit sowohl durch die Kompression des Druckmittels als auch durch die Vergrösserung des Zusatzvolumens 15 bei einem starken Druckanstieg.If you want to make the
Mit Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform des Druckregelventils 1 dargestellt, wobei funktionsgleiche Teile zu Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen belegt sind. Die Ventilfeder 14 ist einstellbar, ohne dass die Einstellmittel 17, 18 im einzelnen gezeigt sind. Das Zusatzvolumen 15 ist lediglich schematisch angedeutet. Die Bohrung zur Aufnahme des Schieberkolbens 7 ist abgestuft und weist die Teilräume 4a und 4b auf, wobei der Querschnitt des Teilraumes 4a um 50% grösser ist als der des Teilraumes 4b. Das gleiche gilt hinsichtlich der Kolbenflächen 7a und 7b des Schieberkolbens 7.4 shows a second embodiment of the pressure control valve 1, parts of the same function as FIG. 1 being assigned the same reference numerals. The
Die Regelschaltung nach Fig. 5 entspricht in ihrem Aufbau der Regelschaltung nach Fig. 2, jedoch ist das Vorsteuerventil 27 fortgelassen.The structure of the control circuit according to FIG. 5 corresponds to that of the control circuit according to FIG. 2, but the
Die Regelschaltung arbeitetwie folgt: Bei langsamen Änderungen des Druckes der Pumpenleitung sind die Drücke P, und P praktisch gleich, so dass die Grösse der auf den Schieberkolben 7 einwirkenden hydraulischen Kraft von der Flächendifferenz der Kolben 7a - 7b und der absoluten Höhe des Druckes abhängt. Die Kraft wird von der Ventilfeder 14 aufgenommen. Wenn die Kraft einen bestimmten Wert überschreitet, kommt es zu der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Schieberkolbens 7, bei welchem Hydraulikflüssigkeit über die Steuerleitung 10 zum Stellkolben 23 geleitet wird, so dass dieser die Pumpe 20 im Sinne einer Verringerung des Förderstromes verschwenkt. Dadurch sinkt der Druck in der Pumpenleitung 21 ab, bis das Gleichgewicht an dem Druckregelventil 1 erzielt ist, wobei dem Stellkolben 23 weder Druckmittel zu- noch abgeführt wird. Bei niedrigem Pumpendruck überwiegt die Kraft der Ventilfeder 14. Der Schieberkolben 7 verbindet die Kanäle 10 und 11 miteinander, so dass es zu einer Druckentlastung beim Verstellkolben 23 kommt und die Pumpe auf einen grösseren Förderstrom verschwenkt wird.The control circuit works as follows: With slow changes in the pressure of the pump line, the pressures P, and P are practically the same, so that the magnitude of the hydraulic force acting on the
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel erläutert, kommt es bei raschen Druckänderungen zu einem Verschiebestrom über die Drossel 25, was zu einem Differenzdruck P, - P2 führt, der zusätzlich auf dem Schieberkolben 7 lastet und diesen entgegen der Kraft der Ventilfeder 14 verschiebt. Es kommt so zu einer vorzeitigen Beaufschlagung des Stellkolbens 23 im Sinne der Förderstromverminderung, d.h. die Pumpe 20 schwenkt auf eine niedrigere Förderung zurück, bevor der Nenndruck des Druckregelventils 1 erreicht ist. Auf diese Weise werden rasche Druckerhöhungen mit einer För-As explained in the first embodiment, there is a displacement current across the
Claims (12)
characterized in that
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