EP2941571A1 - Ventil zur temperaturabhängigen ansteuerung mindestens eines hydraulischen verbrauchers - Google Patents
Ventil zur temperaturabhängigen ansteuerung mindestens eines hydraulischen verbrauchersInfo
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- EP2941571A1 EP2941571A1 EP13826733.1A EP13826733A EP2941571A1 EP 2941571 A1 EP2941571 A1 EP 2941571A1 EP 13826733 A EP13826733 A EP 13826733A EP 2941571 A1 EP2941571 A1 EP 2941571A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D25/00—Pumping installations or systems
- F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/004—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
- G05D23/02—Control of temperature without auxiliary power with sensing element expanding and contracting in response to changes of temperature
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
Definitions
- the invention relates to a valve for the temperature-dependent activation of at least one hydraulic consumer, comprising a valve housing with at least one tank connection, at least one working connection and at least one supply connection, a displaceably arranged in the valve housing, by an energy storage, such as a working spring, biased control piston for controlling the connections and a pressurizable by a fluid with a predetermined temperature thermocouple, which is operatively coupled to the control piston.
- an energy storage such as a working spring, biased control piston for controlling the connections and a pressurizable by a fluid with a predetermined temperature thermocouple, which is operatively coupled to the control piston.
- a hydraulic system that includes at least one such valve. In hydraulic systems, energy is converted and transported, with this energy conversion and energy transport losses occur. It converts mechanical and hydraulic energy into heat. The task of a cooling device is to dissipate this heat from the hydraulic system.
- the fan of a cooling device is typically drivable hydraulically, wherein the drive hydraulics for an associated hydraulic motor can be designed as a separate circuit, independently of the circuit of the fluid to be cooled.
- a valve of the type mentioned is known.
- the known valve is used to control a hydraulic drive of a fan in dependence on the temperature of the fluid to be cooled, more precisely to specify the fan speed.
- the valve and controlled by this fan drive are arranged in a common hydraulic circuit.
- the use of the known valve in inert hydraulic systems with low Verstel ldynamik leaves room for improvement. Further, it would be desirable to limit the control pressure imposed by the valve and thus protect the thermocouple from overloading.
- the object of the invention is to expand the field of use of the valve, in particular to expand to sluggish hydraulic systems with low Verstelldynamik, and make the valve to improve its operation further functions accessible.
- thermocouple and the control piston are two separate components, which may be arranged in the valve housing in a common fluid space.
- the thermocouple also called a thermo-working element, is connected to the fluid, for example a medium to be cooled, flows around or flows through it and assumes its temperature.
- the thermocouple effects movement, compression or expansion of the energy accumulator and, correspondingly, a change in its preload, which predetermines the pressure to be regulated by the control piston, also called main control piston.
- the energy accumulator which is typically designed as a compression spring, that is to say a working spring
- the use of a valve according to the invention in particular for the regulation of carrier hy- giene, is possible.
- drauliksysteme achieved with low Verstelldynamik.
- the solution according to the invention can also be used for higher dynamic applications.
- a throttle piston displaceable in the valve housing is arranged between the thermocouple and the control piston, which on the one hand is in operative connection with the thermocouple, preferably via an actuating element and on the other hand is in operative connection with the energy store, in particular wherein the energy storage is at its end facing away from the throttle piston end with the control piston in operative connection, in particular connected to it.
- an adjusting element for example a plunger, is formed on the thermocouple, which with increasing temperature of the fluid generates a stroke, ie a movement in the direction of action, also called an actuating path, with a simultaneous increase in force at the throttle piston.
- the actuator is located on the throttle piston and moves it according to its temperature-dependent travel. The travel and the associated force are transferred to the energy storage via the throttle piston.
- a PT fluid connection controllable by the throttle piston is formed from the supply connection to the tank connection in the valve housing, and that the throttle piston obstructs or at least partially releases the PT fluid connection in accordance with a travel of the thermocouple.
- the throttle piston is on the Stell away, in other words on the stroke of the thermocouple, an increasing throttle cross section from the supply to the tank connection free.
- a PA fluid connection from the supply port to the working port, at which the working pressure to be controlled, is typically formed on the control spool serving as the main spool.
- at least one inlet throttle which is assigned to the supply connection and is preferably arranged in at least one fluid arm assigned to the supply connection in the valve housing is provided.
- thermoelement is at its end remote from the control piston in operative connection with an overload element, such as an overload spring, preferably with a compression spring is, in particular connected to this, wherein the overload element over the energy storage on the control piston force or bias limited.
- an overload element such as an overload spring
- a compression spring is, in particular connected to this, wherein the overload element over the energy storage on the control piston force or bias limited.
- control piston of the Venti ls the arrangement is preferably made such that the control piston as a differential piston on common piston rod has a main piston part and a second Kol- benteil with respect to the main piston part of different effective piston area, the one between them first fluid space in which the supply port terminates, wherein the main piston part with control edges or control notches controls the passage cross-section between the first fluid space and the working port.
- a connecting line from the first fluid chamber to the throttle piston and a branch line leading from this to the tank connection may be provided in the valve housing, wherein the fluid passage between connecting line and branch line is controllable by means of the throttle piston.
- valve according to the invention can operate independently, that is without external fluid lines. Further, it is advantageous to provide a leading from the thermocouple to the tank connection fluid return, which preferably also extends in the valve housing.
- the fluid supply and the fluid return form a kind of internal flushing fluid channel for the temperature of the thermal element.
- thermocouple predetermining fluid for the temperature of the thermocouple predetermining fluid, a fluid path between external fluid ports may be formed in the valve housing, wherein the thermocouple is disposed in the fluid path.
- thermocouple for the temperature of the thermocouple predetermining fluid, a fluid path between external fluid ports may be formed in the valve housing, wherein the thermocouple is disposed in the fluid path.
- recourse is made to an external fluid connection, wherein the return of the fluid or of the flushing fluid does not take place internally via the valve or pump housing, but externally.
- thermocouple Irrespective of the design of the fluid admission or temperature turbocharging of the thermocouple can at least in the valve housing an external fluid inlet associated with the thermocouple may be formed.
- the invention also relates to a hydraulic system with at least one hydraulic consumer and at least one valve according to the invention for the temperature-dependent activation of the at least one connected to the working port of the valve hydraulic consumer, the control piston according to the temperature of the thermocouple a PA fluid connection from the supply connection at least partially releases or obstructs the work connection.
- At least one hydraulic consumer may be associated with a hydraulic motor which forms a hydraulic system, in particular a motor-pump unit, with a variable displacement pump, the respective hydraulic consumer, preferably via feedback of the working pressure, influencing the delivery volume of the variable displacement pump, in particular its Specifies swivel angle.
- a temperature-dependent control of the hydraulic motor and consequently its engine power is realized. Due to the functional use of at least one, advantageously more, springs, more preferably compression springs in series, a temperature-dependent control of a sluggish system is achieved with low Verstelldynamik.
- the corresponding hydraulic consumer is expediently designed as an actuating cylinder which is connected on the working side to the working port of the valve and whose piston defines the pivoting angle of the variable displacement pump.
- the hydraulic motor drives a fan of a cooling device with a fan speed predetermined by the hydraulic system.
- an axial piston pump with integrated temperature control valve is provided for a fan drive, without the use of electrical or electronic components.
- Fig. 1 is a sectional view of a first embodiment of the valve according to the invention and a symbol shown in the associated, associated hydraulic system, wherein the active operating state of the system is shown in a cold state of the fluid;
- Fig. 2 is a travel-temperature characteristic of a thermocouple as
- FIG. 3 shows a system pressure-temperature characteristic of a valve according to the invention
- FIG. 4 is an illustration, which is drawn in a more schematically simplified manner than in FIG. 1, showing the inactive operating state of the first exemplary embodiment
- Fig. 5 is a representation corresponding to FIG. 4, showing the active
- Operating state with warm, to be cooled fluid shows; a representation corresponding to Figures 4 and 5, showing the operating state of the pressure cut-off in case of overload.
- a second embodiment of the valve according to the invention wherein the inactive operating state is shown; a representation of the second embodiment shown schematically further simplified compared to Figure 7, wherein the active operating state is shown with cold fluid.
- a corresponding representation of the second embodiment wherein the operating state is shown with hot, to be cooled fluid
- a corresponding representation of the second embodiment, wherein the operating state with pressure cut in case of overload is shown.
- a first embodiment of the valve solution according to the invention is shown partly in section, partially in symbol representation.
- the designated as a whole with 10 valve has a valve housing 1 2, which consists of three parts 14, 16 and 18, which allow a meaningful assembly of the valve housing 12 along corresponding vertically extending separation points 20.
- a simplified representation of the connection solution is not shown in detail.
- a supply or pump connection P on the underside of the valve housing 12 there is a supply or pump connection P, a working or utility connection A as well as a tank connection T, which forms a tank or a surrounding tank. has printing pressure.
- two fluid connections 22, 24 which can be flowed through in the direction of the arrow by a fluid, for example in the form of hydraulic oil.
- valve housing part 18 two successively arranged fluid chambers 26, 28 are present in the longitudinal direction extending.
- a control piston 30 is present in the two fluid spaces 26, 28 and guided longitudinally displaceably within the inner wall of the valve housing 12.
- On its piston rod 32 are according to the presen- tation of FIG. 1 in the axial direction spaced from each other three in diameter relative to the piston rod 32 widened piston parts 34, 36 and 38 available.
- the two annular or cylindrical piston parts 34, 36 have the same outer diameter, whereas the piston part 38 is correspondingly reduced in diameter, in order to be able to move in the fluid chamber 28, which is correspondingly reduced from its outer diameter with respect to the fluid space 26 ,
- the fluid chamber 28 forms a type of spring chamber, in which an energy store in the form of a compression spring 40 is accommodated.
- the solution according to the invention can also manage completely without the compression spring 40.
- piston rod 32 projects axially on the piston part 38 on its right-hand side, as shown in FIG. 1, it forms a stop surface 39 on its free end side for possible engagement with the inner wall of the valve housing 1 2 in alignment at this point.
- the piston rod 32 passes directly into the piston part 34, which, according to the illustration of FIG.
- a further piston part 46 connects to the reduced diameter in relation to the piston member 30 reduced in the other fluid space 44 is guided longitudinally movable.
- the further piston part 46 is an integral part of the piston part 30 and reduced along a shoulder 20 in diameter; but it would also be possible to perform the piston rod 32 and the two piston parts 38 and 46 integral with each other to design.
- the further piston part 46 has a stop part 48 on its left side, which can be brought into abutment with the travel positions of the piston assembly within the valve housing with a frontal abutment surface of a designated 50 throttle piston.
- the throttle piston 50 is guided longitudinally movable within the fluid chamber 44 and has two annular piston parts 52, 54 which, viewed in the axial direction, are held at a distance from one another via a piston rod part 56 arranged centrally.
- the pertinent throttle piston 50 is preferably formed in one piece.
- the throttling piston 50 with the free end side of the left piston 52 bears against a further stop 58, which in turn results from a reduction in diameter caused by a fourth fluid space 60, which is in the axial direction
- the piston assembly is limited on its right side from the end face of the piston member 52 of the throttle piston 50 and on its other opposite side of a thermocouple 62.
- the fourth fluid chamber 60 in the axial direction of the valve 10th seen penetrated by an associated to a thermocouple 62 actuator 64.
- thermocouple 62 is received in an element receptacle 66 within the valve housing part 16; depending on the operating state of the valve 10 but the thermocouple 62 is able to move against the action of another energy storage in the form of another compression spring 68 in the direction of FIG. 1 to the left, in which case the thermocouple 62 at its right free end face occupies a distance to a stop surface 70, which will be described in more detail below. Otherwise, the further compression spring 68 is supported at its one free end on the thermocouple 62 and at its other free end on the inside of the valve housing part 14, which closes the valve housing 12 to the outside in the manner of an end cap. Furthermore, the thermocouple 62 is surrounded by an annular chamber 72 into which the fluid connections 22, 24 open.
- a further third energy storage extends in the form of a compression spring, which is referred to below with working spring 74.
- the supply or pump connection P and the working connection A open at least partially into the first fluid space 26, which is bounded on the edge by the two piston parts 36, 38.
- the tank connection T in turn leads into the first fluid space 26 into the region between the two piston parts 34 and 36 of the control piston 30.
- connection line 76 a which passes through the valve housing 12 in its upper region in the longitudinal direction and which opens out with its other end in the third fluid chamber 44 and that in the region which is limited by the two Kolbentei ⁇ len 52 and 54 of the throttle piston 50.
- the connection line may be arranged in a rear region (not shown) of the valve housing 12.
- a further second connecting line 78 is provided, which opens with its one free end in the tank port T and with its other free end in the fourth fluid chamber 60.
- transverse branch lines 80, 82 are present, which, starting from the second connecting line 78 once via the branch line 80 into the working spring chamber 84, in which the working spring 74 extends, and once via the branch line 82 in the direction of the third fluid chamber 44, wherein in the cold Operating state of the valve according to the illustration of FIG. 1, the pertinent second branch line 82 is completely covered by the piston part 54 of the throttle piston 50.
- an adjusting cylinder 86 designed as a differential cylinder is connected to the valve 10, which will be explained in more detail below, wherein the piston 88 of the adjusting cylinder 86 within the cylinder housing has a piston chamber 90 from a rod space 92 separated in a fluid-tight manner in the usual way.
- a control rod 94 which in turn is preferably controlled as an integral part of the piston 88 of this, a return spring 96 is provided, the piston 88 in the direction of its relaxed state in the direction of FIG seeks to move right to left.
- Control rod 94 in conjunction with the adjusting or adjusting cylinder 98, the adjusting device (pivot angle SW) of a variable displacement pump 98, which may be formed, for example, as an axial piston machine.
- a variable displacement pump 98 may serve an electric motor 100, which may be a constant but also a variable speed motor. Instead of an electric motor can also occur another source of power.
- an electric motor can also occur another source of power.
- variable displacement pump 98 removes the hydraulic fluid from the tank T and can deliver this output via a crossing point 102 in the direction of the pump port P and thus to the valve, wherein in the pertinent feed line 104, a diaphragm or throttle 106 is connected as a pressure difference or input throttle.
- a hydraulic motor 108 connects, which serves as a fan drive and a fan blade 1 10 drives in the manner of a rotor.
- the fluid transported by the variable displacement pump 98 through the hydraulic motor 108 in turn drains to the tank side T.
- the amount of air flow generated by the fan blade 1 10 in a conventional manner flows through a heat exchanger 1 12, for example formed as a plate heat exchanger, to which a hydraulic circuit 1 14 is connected, for example, serves to actuate a hydraulic working equipment, not shown, and the fluid by means of another not shown in detail by the heat exchanger 1 12 is conveyed, to temper, in particular to cool.
- the hydraulic circuit 1 14 may be connected via not shown fluid guides on the input side to the first fluid port 22 and the output side to the second fluid port 24 of the valve 10; However, it is also possible to remove the temperature in a separated fluid circuit via the first and second fluid connections 22 and 24, which only indirectly reflects the operating temperature situation in the hydraulic circuit 14.
- the piston chamber 90 of the adjusting cylinder 86 is connected via a further connecting line 1 16 to the working port A.
- the compression spring 40 in the second fluid space 28 can also be omitted for an obvious function and that, in a basic representation, a damping throttle 1 18 in a fluid connection between the user port A and tank port T within the valve housing 12 is connected.
- the fluid space 28 should be relieved against the tank side T out, which is not shown.
- FIG. 4 an inactive operating state of the valve 10 and the associated hydraulic system is shown.
- the system pressure po o, because when the drive or electric motor 100, the drive speed of the control pump 98nAn-o.
- the variable displacement pump 98 is set to a full volume flow, ie, the pivot angle SW of the variable displacement pump 98 is maximized. Trained as a differential surface piston control piston 30 is held by the working spring 74 in the right-hand AT position, so that the Schwarzdale A and thus the piston chamber 90 of the actuating cylinder 86 are connected to the tank port T.
- the system pressure p 0 which builds up on the supply connection P is thus not lowered via the connecting line 76 and therefore acts in a prescribable magnitude on the differential pressure surfaces of the control piston 30, which is displaced by the resulting total hydraulic force against the working spring 74 and thereby releases the PA connection as shown in FIG.
- the volume flow resulting from the pressure gradient between the supply connection P and the working connection A, together with the adjusting piston 88 on the differential piston, causes a force on the large piston surface.
- the adjusting piston 88 experiences a displacement in the direction of its end position seen in FIG. 1 on the right-hand side.
- the rod-side volume of the adjusting cylinder 86 is brought to a minimum, whereby the delivery volume of the variable displacement pump 98 is first reduced to a minimum, in that the piston 88 of the Stel lzylinders 86 changes the pivot angle SW toward small values.
- the self-adjusting system pressure po corresponds essentially to the sum of the forces from the relatively weakly biased working spring and the required actuating forces of the pump adjusting mechanism and is ideally below that for starting the fan 1 10 driving Hydraulic motor 108 erforderl minimum pressure.
- Fmin is the force resulting from the minimum setting length, which acts on the throttle piston 50 and which can be assumed to be approximately zero in the unspecified cold state of the fluid. This means for the throttle piston 50 that it does not change its starting position with respect to the inactive operating state according to FIG. 4 when the fluid is cold, so that the lines 76 and 78 are separated from one another by the closed control edge as described above. A change of state occurs only due to an incoming temperature increase of the fluid.
- thermocouple 62 is intended to illustrate the function of the thermocouple 62 and shows a first range with a regular travel Sre g , which has a first slope, here almost 1, linear with the temperature Tn_id of the fluid increases, and a subsequent second region having a non-regular travel Sover, which rises linearly with the temperature TF CI of the fluid up to a maximum value with a second pitch reduced from the first pitch.
- the regular travel Sre g corresponds to one
- Swivel angle SW of the variable displacement 98 increasingly increased to increase the delivery volume accordingly.
- the throttle piston 50 with the control edge located on the piston part 54 increasingly releases the connection between the connecting line 76 and the second connecting line 78, which leads to the tank connection T.
- the control pressure acting on the control piston 30 behind the input throttle 106 in the fluid chamber 26 is lowered, which means that the system pressure po given on the pressure side of the variable displacement pump 98 must increase disproportionately in order to maintain the equilibrium of forces at the control piston 30.
- the actually linear pressure-temperature characteristic is thereby, as illustrated in FIG. 3, not linear, but is adapted to the fan power curve increasing in the third power, see FIG. 3.
- I is the operating point of the inactive system
- II indicates the operating point of the active system with cold fluid
- III indicates an operating point within the control range with warm fluid.
- an additional pressure P2 for maintaining the control pressure prevailing in the control range is required in relation to a control pressure Pi corresponding to the linear pressure because of the pressure reduction via the throttle piston 50.
- a corresponding increase in the system pressure Po results with a corresponding increase in the fan speed generated by the hydraulic motor 108.
- Fig. 6 shows an operating state in which the system pressure Po has risen to a value corresponding to an overload condition.
- the hereby 6 in the fluid space 26, acting on the control piston 30 generates a pressure in Fig.
- thermocouple 62 An overload of the thermocouple 62 is, however, avoided in that the further spring 68 supporting the thermocouple 62 serves as an overload protection, which allows a yielding movement of the thermocouple 62.
- FIGS. 7 to 9 show a second embodiment. This differs from the first example in that in the valve housing 12, an internal fluid supply via a fluid line 27 from engineerssungsansehl uss P to 22 on the thermocouple 62 and from this via a return line 29 to the second connecting line 78 and thus to the tank connection T is provided. Since an internal flushing fluid line is thus provided for the fluid predetermining the temperature of the thermocouple, it would alternatively be possible to dispense with the external connection 22 of the thermoelement per se, as shown in the drawing. In this respect, the internal fluid connection represents an alternative to the external connection if a completely self-sufficient operation of the fan drive is desired.
- the internal fluid line 27 is connected to the supply port P via an input throttle 31, and a second input throttle 33 is located between the supply port P and the fluid space connected to the Piston part 38 adjacent.
- a separation of control fluid and actuating fluid is formed by the control piston 30 between the end-side piston member 38 and the piston member 36 has an intermediate piston part 35, which has the same effective piston area the piston part 36 has.
- In the fluid space 26 between the piston member 36 and the intermediate piston part 35 opens a branching from the supply port P fluid arm 37.
- the mode of operation of the second embodiment corresponds to that of the first exemplary embodiment, so that it is not necessary to go into detail here.
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Abstract
Ventil (10) zur temperaturabhängigen Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers, umfassend ein Ventilgehäuse (12) mit mindestens einem Tankanschluss (T), einem Arbeitsanschluss (A) und einem Versorgungsanschluss (P), einem im Ventilgehäuse (12) verschiebbar angeordneten, durch einen Energiespeicher, wie eine Arbeitsfeder (74), vorgespannten Steuerkolben (30) zur Ansteuerung der Anschlüsse (A, P, T) und ein von einem Fluid mit einer vorgebbaren Temperatur (TFluid) beaufschlagbares Thermoelement (62), das mit dem Steuerkolben (30) wirkungsmäßig gekoppelt ist, wobei dieser durch am Versorgungsanschluss (P) herrschenden Steuerdruck bewegbar ist und wobei das Thermoelement (62) mit dem Energiespeicher (74) derart zusammenwirkt, dass es eine temperaturabhängige Änderung der am Steuerkolben (30) angreifenden Vorspannkraft bewirkt.
Description
Ventil zur temperaturabhängigen Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers
Die Erfindung betrifft ein Ventil zur temperaturabhängigen Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers, umfassend ein Ventilgehäuse mit mindestens einem Tankanschluss, mindestens einem Arbeitsanschluss und mindestens einem Versorgungsanschluss, einen im Ventilgehäuse verschiebbar angeordneten, durch einen Energiespeicher, wie eine Arbeitsfeder, vorgespannten Steuerkolben zur Ansteuerung der Anschlüsse und ein von einem Fluid mit einer vorgebbaren Temperatur beaufschlagbares Thermoelement, das mit dem Steuerkolben wirkungsmäßig gekoppelt ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Hydrauliksystem, das zumindest ein derartiges Ventil beinhaltet. In Hydrauliksystemen wird Energie umgewandelt und transportiert, bei dieser Energieumwandlung und dem Energietransport entstehen Verluste. Dabei wird mechanische und hydraulische Energie in Wärme umgewandelt. Die Aufgabe einer Kühlvorrichtung ist es, diese Wärme aus dem Hydrauliksystem abzuführen. Der Lüfter einer Kühlvorrichtung ist typischerweise hy- draulisch antreibbar, wobei die Antriebshydraulik für einen zugeordneten Hydromotor als eigener Kreislauf, unabhängig vom Kreislauf des zu kühlenden Fluids, ausgeführt sein kann.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2012 008 480.3 ist ein Ventil der eingangs genannten Art bekannt. Das bekannte Ventil ist dazu eingesetzt, einen hydraulischen Antrieb eines Lüfters in Abhängigkeit von der Temperatur des zu kühlenden Fluids anzusteuern, genauer die Lüfterdrehzahl vor- zugeben. Das Ventil und der von diesem angesteuerte Lüfterantrieb sind in einem gemeinsamen hydraulischen Kreislauf angeordnet. Der Einsatz des bekannten Ventils in trägen Hydrauliksystemen mit geringer Verstel ldynamik lässt noch Raum für Verbesserungen. Weiter wäre es wünschenswert, den von dem Ventil vorgegebenen Steuerdruck begrenzen und somit das Thermoelement vor Überlastungen schützen zu können.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Einsatzbereich des Ventils zu erweitern, insbesondere auf träge Hydrauliksysteme mit geringer Verstelldynamik auszuweiten, und das Ventil zur Verbesserung seiner Betriebsweise weiteren Funktionen zugänglich zu machen.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe gelöst durch ein Ventil, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist. Demgemäß sieht die Erfindung vor, dass das Thermoelement und der Steuerkolben zwei separate Bauteile sind, welche im Ventilgehäuse in einem gemeinsamen Fluidraum angeordnet sein können. Das Thermoelement, auch Thermoarbeitselement genannt, wird mit dem Fluid, beispielsweise einem zu kühlenden Medium, an-, um- oder durchströmt und nimmt des- sen Temperatur an. Mit zunehmender Temperatur des Fluids bewirkt das Thermoelement eine Bewegung, Kompression oder Expansion, des Energiespeichers und entsprechend eine Änderung von dessen Vorspannung, welche den durch den Steuerkolben, auch Haupt-Steuerkolben genannt, zu regelnden Druck vorgibt. Durch den Einsatz des typischerweise als Druck- feder ausgebildeten Energiespeichers, also einer Arbeitsfeder, ist ein Einsatz eines erfindungsgemäßen Ventils insbesondere für die Regelung träger Hy-
drauliksysteme mit geringer Verstelldynamik erreicht. Die erfindungsgemäße Lösung ist aber durchaus auch für höherdynamische Anwendungen einsetzbar. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist zwischen dem Thermoelement und dem Steuerkolben ein im Ventilgehäuse verschiebbarer Drosselkolben angeordnet, der einerseits mit dem Thermoelement, vorzugsweise über ein Stellelement, in Wirkverbindung steht und andererseits mit dem Energiespeicher in Wirkverbindung steht, insbesonde- re verbunden ist, wobei der Energiespeicher an seinem vom Drosselkolben abgewandten Ende mit dem Steuerkolben in Wirkverbindung steht, insbesondere mit ihm verbunden ist. Vorteilhafterweise ist am Thermoelement ein Stellelement, beispielsweise ein Stößel, ausgebildet, welcher mit zunehmender Temperatur des Fluids einen Hub, d.h. eine Bewegung in Wirk- richtung, auch Stellweg genannt, bei gleichzeitiger Kraftzunahme am Drosselkolben generiert. Genauer ausgedrückt liegt vorteilhafterweise das Stellelement am Drosselkolben an und verschiebt diesen entsprechend seines temperaturabhängigen Stellweges. Der Stellweg und die zugehörige Kraft werden über den Drosselkolben auf den Energiespeicher übergeben.
Weiter ist es vorteilhaft, dass eine vom Drosselkolben ansteuerbare P-T- Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss zum Tankanschluss im Ventilgehäuse ausgebildet ist, und dass der Drosselkolben entsprechend eines Stellweges des Thermoelements die P-T-Fluidverbindung versperrt oder zumindest teilweise freigibt. Der Drosselkolben gibt über den Stell weg, anders ausgedrückt über den Hub des Thermoelements, einen steigenden Drosselquerschnitt vom Versorgungs- zum Tankanschluss frei. Eine P-A- Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss zum Arbeitsanschluss, an welchem der zu regelnde Arbeitsdruck herrscht, ist typischerweise am als Hauptsteuerkolben dienenden Steuerkolben ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils ist mindestens eine dem Versorgungsanschluss zugeordnete, vorzugsweise in mindestens einem dem Versorgungsanschluss zugeordneten Fluidarm im Ventilgehäuse angeordnete Eingangsdrossel vorgesehen. Die Druckdiffe- renz über der Eingangsdrossel wird entsprechend einem steigenden Drosselquerschnitt des Drosselkolbens erhöht, und der Systemdruck im dem hydraulischen Verbraucher zugeordneten hydraulischen System muss überproportional ansteigen, um ein Kräftegleichgewicht am Steuerkolben aufrecht zu erhalten. Daher kann eine eigentlich lineare Druck-Temperatur- Kennlinie der geforderten Verbraucherkennlinie, beispielsweise einer überproportional, wie mit der dritten Potenz, ansteigenden Lüfterkennl inie, an- gepasst werden.
Weiter ist es vorteilhaft, dass das Thermoelement an seinem vom Steuer- kolben abgewandten Ende in Wirkverbindung mit einem Überlastelement, wie einer Überlastfeder, vorzugsweise mit einer Druckfeder, steht, insbesondere mit dieser verbunden ist, wobei das Überlastelement die über den Energiespeicher am Steuerkolben angreifende Kraft bzw. Vorspannung begrenzt. Auf diese Weise ist eine Art Druckbegrenzung derart real isiert, dass bei einem einen maximal zulässigen Wert übersteigenden Systemdruck der Steuerkolben über den Drosselkolben mit dem Thermoelement auf Block geht und der zu regelnde Druck auf das Überlastelement am Thermoelement wirkt. Der zu regelnde Druck wird auf den von dem Überlastelement vorgegebenen Wert begrenzt und somit das Thermoelement vor Überlas- tung geschützt.
Hinsichtlich der Ausbildung des Steuerkolbens des Venti ls ist die Anordnung mit Vorzug so getroffen, dass der Steuerkolben als Differentialkolben auf gemeinsamer Kolbenstange ein Haupt-Kolbenteil und ein zweites Kol- benteil mit einer gegenüber dem Haupt-Kolbenteil unterschiedlicher wirksamer Kolbenfläche aufweist, die zwischen sich einen ersten Fluidraum
begrenzen, in den der Versorgungsanschluss einmündet, wobei das Haupt- Kolbenteil mit Steuerkanten oder Steuerkerben den Durchlassquerschnitt zwischen dem ersten Fluidraum und dem Arbeitsanschluss steuert. Weiterhin können im Ventilgehäuse eine Verbindungsleitung vom ersten Fluidraum zum Drosselkolben sowie eine von diesem zum Tankanschluss führende Abzweigleitung vorgesehen sein, wobei der Fluiddurchgang zwischen Verbindungsleitung und Abzweigleitung mittels des Drosselkolbens steuerbar ist.
Wenn im Ventilgehäuse zudem für das die Temperatur am Thermoelement vorgebende Fluid ein Fluidweg zwischen externen Fluidanschlüssen im Ventilgehäuse ausgebildet ist und das Thermoelement in diesem Fluidweg angeordnet ist, ergibt sich die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Ventil autark, das heißt ohne externe Fluidleitungen, betreiben zu können. Weiter ist es vorteilhaft, eine vom Thermoelement zum Tankanschluss führende Fluidrückführung vorzusehen, welche vorzugsweise ebenfalls im Ventilgehäuse verläuft. Die Fluidzuführung und die Fluidrückführung bilden eine Art interner Spülfluidkanal für die Temperaturbeaufschlagung des Thermo- elements.
Alternativ kann für das die Temperatur des Thermoelements vorgebende Fluid ein Fluidweg zwischen externen Fluidanschlüssen im Ventilgehäuse ausgebildet sein, wobei das Thermoelement im Fluidweg angeordnet ist. Bei dieser Alternative wird auf einen externen Fluidanschluss zurückgegriffen, wobei die Rückführung des Fluids bzw. des Spülfluids nicht intern über das Ventil- bzw. Pumpengehäuse, sondern extern erfolgt.
Unabhängig von der Ausgestaltung der Fluidbeaufschlagung bzw. Tempera- turbeaufschlagung des Thermoelements kann im Ventilgehäuse zumindest
ein dem Thermoelement zugeordneter externer Fluidansc luss ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 10 auch ein Hydrauliksystem mit mindesten einem hydraulischen Verbraucher und mindestens einem erfindungsgemäßen Ventil zur temperaturabhängigen Ansteuerung des mindesten einen an den Arbeitsanschluss des Ventils angeschlossenen hydraulischen Verbrauchers, wobei der Steuerkolben entsprechend der Temperatur des Thermoelements eine P-A-Fluidverbindung vom Versorgungsan- schluss zum Arbeitsanschluss zumindest teilweise freigibt oder versperrt.
Hierbei kann zumindest ein hydraulischer Verbraucher einem Hydromotor zugeordnet sein, welcher mit einer Verstellpumpe ein hydraulisches System, insbesondere eine Motor-Pumpen-Einheit, bildet, wobei der jeweilige hydraulische Verbraucher, bevorzugt über eine Rückkopplung des Arbeitsdrucks, das Fördervolumen der Verstellpumpe beeinflusst, insbesondere deren Schwenkwinkel vorgibt. Im bevorzugten erfindungsgemäßen Hydrauliksystem ist eine temperaturabhängige Ansteuerung des Hydromotors und folglich dessen Motorleistung realisiert. Aufgrund des funktionsbedingten Einsatzes mindestens einer, vorteilhafterweise mehrerer, Federn, besonders bevorzugt Druckfedern in Reihenschaltung, ist eine temperaturabhängige Regelung eines trägen Systems mit geringer Verstelldynamik erreicht. In dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist der entsprechende hydraulische Verbraucher zweckmäßigerweise als Stellzylinder ausgebildet, der arbeitsseitig an den Arbeitsanschluss des Ventils angeschlossen ist und dessen Kolben den Schwenkwinkel der Verstellpumpe vorgibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems treibt der Hydromotor einen Lüfter einer Kühlvorrichtung mit einer von dem hydraulischen System vorgegebenen Lüfterdrehzahl an.
Erfindungsgemäß ist hierbei eine Axialkolbenpumpe mit integriertem Temperaturregelventil für einen Lüfterantrieb bereitgestellt, ohne dass elektrische oder elektronische Komponenten zum Einsatz kommen. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die weiter angeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander realisiert sein. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ventils sowie eines in Symboldarstellung gezeigten, zugeordneten Hydrauliksystems, wobei der aktive Betriebszustand des Systems bei kaltem Zustand des Fluids dargestellt ist;
Fig. 2 eine Stellweg-Temperatur-Kennlinie eines Thermoelements als
Teil des erfindungsgemäßen Ventils;
Fig. 3 eine Systemdruck-Temperatur-Kennlinie eines erfindungsgemäßen Ventils;
Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1 stärker schematisch vereinfacht gezeichnete Darstellung, die den inaktiven Betriebszustand des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung, die den aktiven
Betriebszustand bei warmem, zu kühlenden Fluid zeigt;
eine den Fig. 4 und 5 entsprechende Darstellung, die den Betriebszustand der Druckabschneidung bei Überlast zeigt; teilweise im Schnitt und teilweise in Symboldarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils, wobei der inaktive Betriebszustand gezeigt ist; eine gegenüber Fig. 7 weiter schematisch vereinfacht gezeichnete Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei der aktive Betriebszustand bei kaltem Fluid dargestellt ist; eine entsprechende Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei der Betriebszustand mit warmem, zu kühlenden Fluid dargestellt ist, und eine entsprechende Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei der Betriebszustand mit Druckabschneidung bei Überlast dargestellt ist.
In der Fig. 1 ist teilweise im Schnitt, teilweise in Symboldarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventillösung gezeigt. Das als Ganzes mit 10 bezeichnete Ventil weist ein Ventilgehäuse 1 2 auf, das aus drei Teilen 14, 16 und 18 besteht, die einen sinnfälligen Zusammenbau des Ventilgehäuses 12 entlang entsprechender vertikal verlaufender Trennstellen 20 ermöglichen. Im Hinblick auf eine vereinfachte Darstellung ist die Verbindungslösung im Detail nicht aufgezeigt. In Blickrichtung auf das Ventil 10 nach der Fig. 1 gesehen befindet sich auf der Unterseite des Ven- tilgehäuses 12 ein Versorgungs- oder Pumpenanschluss P, ein Arbeits- oder Nutzanschluss A sowie ein Tankanschluss T, der einen Tank oder Umge-
bungsdruck aufweist. Des Weiteren sind in Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen auf der linken Seite des Ventilgehäuseteiles 16 zwei Fluidanschlüsse 22, 24 vorhanden, die von einem Fluid, beispielsweise in Form von Hy- drauliköl, in Pfeilrichtung durchströmbar sind.
Innerhalb des Ventilgehäuseteiles 18 sind in dessen Längsrichtung verlaufend zwei hintereinander angeordnete Fluidräume 26, 28 vorhanden. In den beiden Fluidräumen 26, 28 und innerhalb der Innenwandung des Ventilgehäuses 12 längs verschiebbar geführt ist ein Steuerkolben 30 vorhan- den. Auf seiner Kolbenstange 32 sind gemäß der Darstel lung nach der Fig. 1 in axialer Richtung voneinander beabstandet drei im Durchmesser gegenüber der Kolbenstange 32 verbreiterte Kolbenteile 34, 36 und 38 vorhanden. Die beiden ring- oder zylinderförmig ausgebildeten Kolbenteile 34, 36 weisen denselben Außendurchmesser auf, wohingegen das Kolbenteil 38 demgegenüber im Durchmesser entsprechend reduziert ist, um im Fluid- raum 28 verfahren zu können, der entsprechend von seinem Außendurchmesser her gegenüber dem Fluidraum 26 gleichfalls reduziert ist. Der Fluid- raum 28 bildet eine Art Federraum aus, in der ein Energiespeicher in Form einer Druckfeder 40 aufgenommen ist. Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch völlig ohne die Druckfeder 40 auskommen.
Während die Kolbenstange 32 gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 auf ihrer rechten Seite über das Kolbenteil 38 axial vorsteht, bildet sie insoweit an ihrer freien Stirnseite eine Anschlagfläche 39 aus für eine mögliche An- läge mit der in Flucht liegenden Innenwand des Ventilgehäuses 1 2 an dieser Stelle. Auf der gegenüberliegenden Seite geht die Kolbenstange 32 jedoch unmittelbar in das Kolbenteil 34 über, das gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 , die einem kalten Betriebszustand der Ventillösung entspricht, an einem Anschlag 42 anliegt, der dadurch gebildet ist, dass ein weiterer Fluidraum 44 vom Durchmesser kleiner ausgebildet ist als der benachbarte Fluidraum 26, so dass insoweit ein Durchmessersprung im Ven-
tilgehäuseteil 16 vorhanden ist, der gegenüber dem Ventilgehäuseteil 18 an der genannten vertikal verlaufenden Trennstelle 20 einen Absatz ausbildet, der als Anschlag 42 für den gesamten Steuerkolben 30 dient, sofern dieser wie in Fig. 1 gezeigt in seiner linken Anschlagstellung sich befindet.
An das linke Kolbenteil 34 des Steuerkolbens 30 schließt sich ein weiteres Kolbenteil 46 an, das im Durchmesser entsprechend gegenüber dem Kolbenteil 30 reduziert im weiteren Fluidraum 44 längs verfahrbar geführt ist. Im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist das weitere Kolbenteil 46 einstückiger Bestandteil des Kolbenteils 30 und entlang eines Absatzes 20 im Durchmesser reduziert; es wäre aber auch denkbar, die Kolbenstange 32 durchzuführen und die beiden Kolbenteile 38 und 46 einstückig miteinander auszugestalten. In Blickrichtung auf die Fig. 1 gesehen, weist das weitere Kolbenteil 46 auf seiner linken Seite ein Anschlagteil 48 auf, das in Ab- hängigkeit der Verfahrstellungen der Kolbenanordnung innerhalb des Ventilgehäuses in Anlage bringbar ist mit einer stirnseitigen Anlagefläche eines mit 50 bezeichneten Drosselkolbens. Der Drosselkolben 50 ist innerhalb des Fluidraumes 44 längs verfahrbar geführt und weist zwei ringförmige Kolbenteile 52, 54 die in axialer Richtung gesehen über ein mittig angeord- netes Kolbenstangenteil 56 auf Abstand zueinander gehalten sind. Der dahingehende Drosselkolben 50 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.
Im in der Fig. 1 gezeigten kalten Betriebszustand der Ventilanordnung ist der Drosselkolben 50 mit der freien Stirnseite des linken Kolbens 52 an ei- nem weiteren Anschlag 58 anliegend, der sich wiederum aus einer Durchmesserreduzierung ergibt, hervorgerufen durch einen vierten Fluidraum 60, der in Axialrichtung der Kolbenanordnung gesehen auf seiner rechten Seite von der Stirnseite des Kolbenteils 52 des Drosselkolbens 50 begrenzt ist und auf seiner anderen gegenüberliegenden Seite von einem Thermoele- ment 62. Ferner ist der vierte Fluidraum 60 in Axialrichtung des Ventils 10
gesehen von einem zu einem Thermoelement 62 zugehörigen Stellelement 64 durchgriffen.
Das Thermoelement 62 ist in einer Elementaufnahme 66 innerhalb des Ven- tilgehäuseteils 16 aufgenommen; in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Ventiles 10 ist aber das Thermoelement 62 in der Lage, sich entgegen der Wirkung eines weiteren Energiespeichers in Form einer weiteren Druckfeder 68 in Blickrichtung auf die Fig. 1 nach links zu verschieben, wobei dann das Thermoelement 62 an seiner rechten freien Stirnseite einen Ab- stand zu einer Anschlagfläche 70 einnimmt, was im Folgenden noch näher beschrieben werden wird. Ansonsten stützt sich die weitere Druckfeder 68 an ihrem einen freien Ende an dem Thermoelement 62 ab und an ihrem anderen freien Ende an der Innenseite des Ventilgehäuseteiles 14, das das Ventilgehäuse 12 nach außen hin in der Art einer Abschlusskappe ab- schließt. Des Weiteren ist das Thermoelement 62 von einer Ringkammer 72 umfasst, in die die Fluidanschlüsse 22, 24 einmünden.
Zwischen dem Drosselkolben 50 und dem weiteren Kolbenteil 46 erstreckt sich ein weiterer dritter Energiespeicher in Form einer Druckfeder, die im Folgenden mit Arbeitsfeder 74 bezeichnet ist. Wie die Fig. 1 weiter verdeutlicht, münden der Versorgungs- oder Pumpenanschluss P sowie der Ar- beitsanschluss A zumindest teilweise in den ersten Fluidraum 26 ein, der von den beiden Kolbenteilen 36, 38 randseitig begrenzt ist. Der Tankan- schluss T mündet wiederum in den ersten Fluidraum 26 in den Bereich zwischen den beiden Kolbenteilen 34 und 36 des Steuerkolbens 30. Zwischen demjenigen Teil des ersten Fluidraums 26, der sich zwischen den beiden Kolbenteilen 36 und 38 erstreckt, mündet eine Verbindungsleitung 76 ein, die das Ventilgehäuse 12 in ihrem oberen Bereich in Längsrichtung durchgreift und die mit ihrem anderen Ende in den dritten Fluidraum 44 ausmündet und zwar in denjenigen Bereich, der von den beiden Kolbentei¬ len 52 und 54 des Drosselkolbens 50 begrenzt ist. Die Verbindungsleitung
76 kann jedoch je nach konstruktiver Ausgestaltung anstelle im oberen Bereich in einem hinteren Bereich (nicht dargestellt) des Ventilgehäuses 12 angeordnet sein. Auf der Unterseite des Ventilgehäuses 12 und in axialer Richtung parallel zu der Verbindungsleitung 76 verlaufend ist eine weitere zweite Verbindungsleitung 78 vorgesehen, die mit ihrem einen freien Ende in den Tankanschluss T ausmündet und mit ihrem anderen freien Ende in den vierten Fluidraum 60. Des Weiteren sind quer verlaufende Abzweigleitungen 80, 82 vorhanden, die ausgehend von der zweiten Verbindungsleitung 78 einmal über die Abzweigleitung 80 in den Arbeitsfederraum 84 ausmünden, in der sich die Arbeitsfeder 74 erstreckt, und einmal über die Abzweigleitung 82 in Richtung des dritten Fluidraumes 44, wobei im kalten Betriebszustand des Ventiles gemäß der Darstellung nach der Fig. 1 die dahingehende zweite Abzweigleitung 82 von dem Kolbenteil 54 des Drosselkolbens 50 völlig überdeckt ist.
Wie die Fig. 1 weiter zeigt, ist an das Ventil 10 ein als Differentialzyl inder ausgebildeter Einstellzylinder 86 angeschlossen, was im Folgenden noch näher erläutert werden wird, wobei der Kolben 88 des Einstellzylinders 86 innerhalb des Zylindergehäuses einen Kolbenraum 90 von einem Stangen- räum 92 in üblicher Weise fluiddicht separiert. Innerhalb des Stangenraumes 92, der von einer Steuerstange 94 durchgriffen ist, die wiederum vorzugsweise als einstückiger Bestandteil des Kolbens 88 von diesem angesteuert wird, ist eine Rückstellfeder 96 vorgesehen, die in Richtung ihres entspannten Zustandes den Kolben 88 in Blickrichtung auf die Fig. 1 von rechts nach links zu bewegen sucht. Die als Kolbenstange ausgebildete
Steuerstange 94 bildet in Verbindung mit dem Einstell- oder Verstellzylinder 98 die VerStelleinrichtung (Schwenkwinkel SW) einer Verstellpumpe 98 aus, die beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgebildet sein kann. Als Antrieb für die Verstellpumpe 98 kann ein Elektromotor 100 dienen, der ein konstant- aber auch ein drehzahlveränderlicher Motor sein kann. Anstelle eines Elektromotors kann auch eine sonstige Antriebsquelle treten. Für die
vorliegende Funktionsbeschreibung der Regelung wird von einer konstanten Antriebsdrehzahl der Pumpe ausgegangen, wobei das im tatsächlichen Betrieb keine unbedingte Voraussetzung ist. Die Verstellpumpe 98 entnimmt das Hydraulikfluid aus dem Tank T und kann dieses ausgangs über eine Kreuzungsstelle 102 in Richtung des Pumpenanschlusses P liefern und mithin an das Ventil, wobei in die dahingehende Zulaufleitung 104 eine Blende oder Drossel 106 als Druckdifferenz- oder Eingangsdrossel geschaltet ist. Ausgehend von der Kreuzungsstelle 102 ist der Stangenraum 92 des Einstellzylinders 86 fluidführend angeschlossen und auf der gegenüberlie- genden Seite der Kreuzungsstelle 102 schließt sich ein Hydromotor 108 an, der als Lüfterantrieb dient und ein Lüfterblatt 1 10 in der Art eines Rotors antreibt. Das von der Verstellpumpe 98 durch den Hydromotor 108 transportierte Fluid läuft wiederum auf die Tankseite T ab. Die von dem Lüfterblatt 1 10 in üblicher Weise erzeugte Luftstrommenge durchströmt einen Wärmetauscher 1 12, beispielsweise ausgebildet als Plattenwärmetauscher, an den ein Hydraulikkreis 1 14 angeschlossen ist, der beispielsweise zum Betätigen einer nicht näher dargestellten hydraulischen Arbeitsgerätschaft dient und dessen Fluid, das mittels einer weiteren nicht näher dargestellten Pumpeinrichtung durch den Wärmetauscher 1 12 gefördert wird, zu tempe- rieren, insbesondere zu kühlen ist. Der Hydraulikkreis 1 14 kann über nicht näher dargestellte Fluidführungen eingangsseitig an den ersten Fluidanschluss 22 und ausgangsseitig an den zweiten Fluidanschluss 24 des Ventils 10 angeschlossen sein; es besteht aber auch die Möglichkeit, in einem separierten Fluidkreis die Temperatur über den ersten und zweiten Fluidan- schluss 22 und 24 abzunehmen, der nur indirekt die Betriebstemperatursituation im Hydraulikkreis 1 14 widerspiegelt. Neben diesen angesprochenen Fluidführungen ist der Kolbenraum 90 des Einstellzylinders 86 über eine weitere Verbindungsleitung 1 16 an den Arbeitsanschluss A angeschlossen.
Bevor die Funktion der gezeigten Ventillösung näher erläutert wird, sei noch darauf hingewiesen, dass für eine sinnfällige Funktion die Druckfeder 40 im zweiten Fluidraum 28 auch entfallen kann und dass in prinzipieller Darstellung gezeigt eine Dämpfungsdrossel 1 18 in eine Fluidverbindung zwischen Nutzanschluss A und Tankanschluss T innerhalb des Ventilgehäuses 12 geschaltet ist. Der Fluidraum 28 sollte gegen die Tankseite T hin entlastet sein, was nicht dargestellt ist.
Zur Erläuterung der Funktionsweise wird zunächst auf Fig. 4 Bezug ge- nommen, in der ein inaktiver Betriebszustand des Ventils 10 und des zugeordneten Hydrauliksystems gezeigt ist. Dabei ist der Systemdruck po=o, weil bei ausgeschaltetem Antriebs- oder Elektromotor 100 die Antriebsdrehzahl der Stellpumpe 98nAn-o. Wie Fig. 4 zeigt, ist dabei die Verstellpumpe 98 auf einen vollen Volumenstrom eingestellt, d.h. der Schwenkwinkel SW der Verstellpumpe 98 ist maximiert. Der als Differenzflächenkolben ausgebildete Steuerkolben 30 ist dabei durch die Arbeitsfeder 74 in der rechtsseitigen A-T-Stellung gehalten, so dass der Arbeitsanschuss A und damit der Kolbenraum 90 des Stellzylinders 86 mit dem Tankanschluss T verbunden sind. Aufgrund der hergestellten Tankverbindung zum Kolbenraum 90 wird der im Stellzylinder 90 geführte Kolben 88 durch die Rückstellfeder 96 in seiner einem maximalen Schwenkwinkel SW entsprechenden Stellung gehalten. Das Vorhandensein der Rückstellfeder 96 im Stellzylinder 86 ist für die Funktion nicht zwingend erforderlich, da auch Stellsysteme ohne Federrückstellung durchaus realisierbar sind. Im Übrigen besteht eine permanen- te Verbindung zwischen Arbeitsanschluss A und Tankanschluss T über die im Ventilgehäuse 12 über die Dämpfungsdrossel 1 18 gebildete Verbindung. Entsprechend der minimalen Temperatu Γ Tpluid = min des Fluids sind der Stellweg S = min des Stellelements 64 des Thermoelements 62 sowie die am Drosselkolben 50 wirkende Kraft F = min minimiert, optimalerweise gleich Null. Folglich verbleibt der Steuerkolben 30 im Wesentlichen unverändert in seiner A-T-Stellung. An der dem Thermoelement 62 zugeordneten
Seite liegt der Drosselkolben 50 im inaktiven Betriebszustand an einem Anschlag 58 (s. Fig. 5) in Form einer Durchmesserreduzierung im Inneren des Ventilgehäuses 12 an. Wird das System aus dem inaktiven Zustand in den aktiven Betriebszustand überführt, dann wird die Verstellpumpe 98 mit Nenndrehzahl ΠΑΝ angetrieben. Aufgrund des noch kalten Fluids wirkt über das Thermoelement 62 im Wesentlichen keine Kraft F = f(Smin) auf den Drosselkolben 50, so dass dieser die Verbindungsleitungen 76 und 78 über die geschlossene Steuerkante voneinander trennt. Der sich am Versorgungsanschluss P aufbauende Systemdruck p0 wird somit nicht über die Verbindungsleitung 76 abgesenkt und wirkt daher in vorgebbarer Stärke auf die Differenzdruckflächen des Steuerkolbens 30 ein, welcher durch die entstehende hydraulische Gesamtkraft gegen die Arbeitsfeder 74 verschoben wird und dadurch die P-A- Verbindung freigibt, wie in Fig. 1 gezeigt. Der aus dem Druckgefälle zwischen dem Versorgungsanschluss P und dem Arbeitsanschluss A resultierende Volumenstrom bewirkt gemeinsam mit dem am Differentialkolben ausgeführten Verstellkolben 88 eine Kraft auf die große Kolbenfläche.
Übersteigt diese Kraft die Kraftwirkung der stangenseitig druckbeaufschlag- ten, und somit kleineren Kolbenringfläche, erfährt der Verstellkolben 88 eine Verschiebung in Richtung seiner in Fig. 1 rechtsseitig gesehenen Endposition. Als Folge davon wird zunächst das stangenseitige Volumen des Einstellzylinders 86 auf ein Minimum gebracht, wodurch das Fördervolumen der Verstellpumpe 98 zunächst auf ein Minimum verringert wird, in- dem der Kolben 88 des Stel lzylinders 86 den Schwenkwinkel SW in Richtung auf kleine Werte verändert.
Der sich einstellende Systemdruck po entspricht im Wesentlichen der Summe der Kräfte aus der relativ schwach vorgespannten Arbeitsfeder sowie der erforderlichen Stellkräfte des Pumpenverstellmechanismus und liegt idealerweise unterhalb des für ein Anlaufen des den Lüfter 1 10 antreibenden
Hydromotors 108 erforderl ichen Mindestdrucks. Bei eine geringe Temperatur aufweisendem Fluid besitzt das Stel lelement 64 des Thermoelements 62 seine minimale Stelllänge, d.h. es ist komplett eingefahren. Fmin ist die aus der minimalen Stelllänge resultierende Kraft, die auf den Drosselkolben 50 wirkt und die im nicht näher definierten kalten Zustand des Fl uids annähernd mit Null angenommen werden kann. Das bedeutet für den Drosselkolben 50, dass er bei kaltem Fluid seine Ausgangsposition gegenüber dem inaktiven Betriebszustand gemäß Fig. 4 nicht ändert, so dass die Leitungen 76 und 78 wie oben beschrieben durch die geschlossene Steuerkante von- einander getrennt sind. Eine Änderung des Zustands erfolgt erst aufgrund einer eintretenden Temperaturerhöhung des Fluids.
Dieser Zustand ist in Fig. 5 dargestellt. Entsprechend ansteigender Temperatur TFiuid des Fl uids ergibt sich ein erhöhter Stellweg des Thermoelements 62 bzw. dessen Stellelements 64 und damit eine entsprechende Verschiebung des Drosselkolbens 50.
Die in Fig. 2 gezeigte Stellweg-Temperatur-Kennl inie des Thermoelements 62 soll die Funktion des Thermoelements 62 verdeutl ichen und zeigt einen ersten Bereich mit einem regulären Stellweg Sreg, welcher mit einer ersten Steigung, hier nahezu 1 , linear mit der Temperatur Tn_id des Fluids ansteigt, und einen sich anschließenden zweiten Bereich mit einem nicht-regulären Stellweg Sover, welcher mit einer gegenüber der ersten Steigung verringerten zweiten Steigung linear mit der Temperatur TF CI des Fluids bis zu einem Maximalwert ansteigt. Der reguläre Stellweg Sreg entspricht dabei einem
Hub des Thermoelements 62 oder seines Stellelements 64 im Regelbereich, entsprechend entspricht der nicht-reguläre Stellweg Sover einem Überhub des Thermoelements 62 oder seines mit ihm verbundenen Stellelements 64. Entsprechend der durch eine Temperaturerhöhung des Flu ids bewirkten Verlängerung des Stellweges des Stellelements 64 des Thermoelements 62
ergibt sich eine Verschiebung des Drosselkolbens 50, so dass sich über die Arbeitsfeder 74 eine erhöhte Vorspannung am Steuerkolben 30 ergibt. Die zunehmende Kraft der Arbeitsfeder 74 verschiebt den Steuerkolben 30 in Fig. 5 nach rechts, wodurch die Steuerkante am Kolbenteil 36 die P-A- Fluidverbindung vom Versorgungsanschluss P zum Arbeitsanschluss A und weiter zum Kolbenraum 90 des Stellzylinders 86 zunehmend verringert, wodurch eine Bewegung des Kolbens 88 des Stellzylinders 86 den
Schwenkwinkel SW der Verstellpumpe 98 zunehmend vergrößert, um das Fördervolumen entsprechend zu erhöhen. Gleichzeitig gibt der Drosselkol- ben 50 mit der am Kolbenteil 54 befindlichen Steuerkante die Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 76 und der zweiten Verbindungsleitung 78, die zum Tankanschluss T führt, zunehmend frei. Dadurch wird der hinter der Eingangsdrossel 106 im Fluidraum 26 auf den Steuerkolben 30 einwirkende Steuerdruck abgesenkt, was bedeutet, dass der an der Druckseite der Verstellpumpe 98 gegebene Systemdruck po überproportional ansteigen muss, um das Kräftegleichgewicht am Steuerkolben 30 aufrecht zu erhalten. Die eigentlich lineare Druck-Temperatur-Kennlinie wird dadurch, wie in Fig. 3 verdeutlicht, nicht linear, sondern ist an die in der dritten Potenz steigende Lüfterkennlinie angepasst, siehe Fig. 3. In dieser sind mit I der Ar- beitspunkt des inaktiven Systems, mit II der Arbeitspunkt des aktiven Systems bei kaltem Fluid und mit III ein Arbeitspunkt innerhalb des Regelbereichs bei warmem Fluid angegeben. Wie ersichtlich, ist gegenüber einem dem linearen Druck entsprechenden Steuerdruck Pi wegen des Druckabbaus über den Drosselkolben 50 ein zusätzlicher Druck P2 zur Aufrechter- haltung des im Regelbereich herrschenden Steuerdrucks erforderlich. Mit zunehmender Temperatur des Fluids ergibt sich ein entsprechender Anstieg des Systemdrucks Po mit entsprechender Erhöhung der vom Hydromotor 108 erzeugten Lüfterdrehzahl. Die Fig. 6 zeigt einen Betriebszustand, bei dem der Systemdruck Po auf einen Wert angestiegen ist, der einem Überlastzustand entspricht. Der hierbei
im Fluidraum 26 herrschende, auf den Steuerkolben 30 einwirkende Druck erzeugt eine in Fig. 6 nach links gerichtete Kolbenkraft einer Stärke, bei der der Kolben mit seinem Anschlagteil 48 (s. Fig. 1 ) mit dem Drosselkolben 50 auf Block geht, anders ausgedrückt am Drosselkolben 50 anliegt, so dass der Druck über den Drosselkolben 50 auf das Stellelement 64 und damit auf das Thermoelement 62 einwirkt. Eine Überlastung des Thermoelements 62 ist jedoch dadurch vermieden, dass die das Thermoelement 62 abstützende weitere Feder 68 als Überlastsicherung dient, die eine nachgebende Bewegung des Thermoelements 62 ermöglicht. Gleichzeitig ist bei der dem Überlastzustand entsprechenden Stellung des Steuerkolbens 30 die P-A- Verbindung am Ventilgehäuse 12 praktisch ungedrosselt, so dass für eine Druckabschneidung der Kolben 88 des Stellzylinders 86 bewegt wird, um den Schwenkwinkel SW der Stellpumpe 98 in Richtung auf minimales Fördervolumen zu bewegen und dadurch eine Druckabschneidung zu bewir- ken. In Fig. 3 ist auf der Druck-Temperatur-Kennlinie mit IV der Arbeitspunkt bei Erreichen des Überlastzustandes angegeben.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel. Dieses unterscheidet sich vom ersten Beispiel dadurch, dass im Ventilgehäuse 12 eine inter- ne Fluidzuführung über eine Fluidleitung 27 vom Versorgungsansehl uss P zum Anschluss 22 am Thermoelement 62 und von diesem über eine Rück- leitung 29 zur zweiten Verbindungsleitung 78 und damit zum Tankan- schluss T vorgesehen ist. Da somit eine interne Spülfluidleitung für das die Temperatur des Thermoelements vorgebenden Fluids vorgesehen ist, könn- te alternativ auf den externen Anschluss 22 des Thermoelements an sich verzichtet werden, wie er in der Zeichnung dargestellt ist. Die interne Fl u- idverbindung stellt insoweit eine Alternative zum externen Anschluss dar, falls ein völlig autarker Betrieb des Lüfterantriebes gewünscht ist. Die interne Fluidleitung 27 ist mit dem Versorgungsanschluss P über eine Eingangs- drossel 31 verbunden, und eine zweite Eingangsdrossel 33 befindet sich zwischen dem Versorgungsanschluss P und dem Fluidraum, der an das
Kolbenteil 38 angrenzt. Ein weiterer Unterschied gegenüber dem ersten Beispiel besteht darin, dass hinter dem Versorgungsanschluss P eine Trennung von Steuerfluid und Stellfluid gebildet ist, indem der Steuerkolben 30 zwischen dem endseitigen Kolbenteil 38 und dem Kolbenteil 36 ein Zwi- schenkolbenteil 35 aufweist, das die gleiche wirksame Kolbenfläche wie das Kolbenteil 36 besitzt. In den Fluidraum 26 zwischen dem Kolbenteil 36 und dem Zwischenkolbenteil 35 mündet ein vom Versorgungsanschluss P abzweigender Fluidarm 37. Diese Trennung zwischen dem im Fluidraum 26 als Steuerkraft am Steuerkolben 30 wirksamen Steuerdruck und dem Stelldruck, der über den abzweigenden Fluidarm 37 in der vom Kolbenteil 36 gesteuerten Weise am Arbeitsansehl uss A ansteht, eröffnet die Möglichkeit, mit einem Steuerdruck zu arbeiten, der unterhalb des erforderlichen Mindeststelldruckes des Einstellzylinders 86 liegt. Ein entsprechend niederer Steuerdruck mit geringen, erforderlichen Federhärten am Steuerkolben 30 ermöglicht einen geringeren Steuerölverbrauch und insoweit geringeren Wirkungsgradverlust am Regelventil.
Im Übrigen entspricht die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass hierauf nicht näher ein- gegangen werden muss.
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e
Ventil (10) zur temperaturabhängigen Ansteuerung mindestens eines hydraulischen Verbrauchers, umfassend ein Ventilgehäuse (1 2) mit mindestens einem Tankanschluss (T), einem Arbeitsansehl uss (A) und einem Versorgungsanschluss (P), einem im Ventilgehäuse (12) verschiebbar angeordneten, durch einen Energiespeicher, wie eine Arbeitsfeder (74), vorgespannten Steuerkolben (30) zur Ansteuerung der Anschlüsse (A, P, T) und ein von einem Fluid mit einer vorgebbaren Temperatur (Tnuid) beaufschlagbares Thermoelement (62), das mit dem Steuerkolben (30) wirkungsmäßig gekoppelt ist, wobei dieser durch am Versorgungsanschluss (P) herrschenden Steuerdruck bewegbar ist und wobei das Thermoelement (62) mit dem Energiespeicher (74) derart zusammenwirkt, dass es eine temperaturabhängige Änderung der am Steuerkolben (30) angreifenden Vorspannkraft bewirkt.
Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselkolben (50) im Ventilgehäuse (12) durch eine temperaturabhängige Stellbewegung des Thermoelements (62) bzw. eines Stellelements (64) desselben derart verschiebbar ist, dass er in Abhängigkeit von der Stellbewegung einen mit steigender Temperatur zunehmenden Durchlassquerschnitt zwischen den Anschlüssen (P und T) freigibt.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkolben (50) einerseits am Stellelement (64) des Thermoelements (62) und andererseits an einem Ende der Arbeitsfeder (74) anliegt, die mit ihrem anderen Ende zur Erzeugung der Vorspannkraft am Steuerkolben (30) anliegt.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Eingangsdrossel (106; 31 , 33) zur
Drosselung von über den Versorgungsanschluss (P) strömenden Fluids vorgesehen ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (62) an seinem vom Steuerkolben (30) abgewandten Ende durch ein Überlastelement, vorzugsweise eine Druckfeder (68), abgestützt ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (30) als Differentialkolben auf gemeinsamer Kolbenstange (32) ein Haupt-Kolbenteil (36) und ein zweites Kolbenteil (38) mit gegenüber dem Haupt-Kolbenteil (36) unterschiedlicher wirksamer Kolbenfläche aufweist, die zwischen sich einen ersten Fluidraum (26) begrenzen, in den der Versorgungsanschluss (P) einmündet, und dass das Haupt-Kolbenteil (36) mit Steuerkanten oder Steuerkerben den Durchlassquerschnitt zwischen dem ersten Fluidraum (26) und dem Arbeitsanschluss (A) steuert.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (12) eine Verbindungsleitung (76) vom ersten Fluidraum (26) zum Drosselkolben (50) sowie eine von diesem zum Tankanschluss (T) führende Abzweigleitung (78, 82) vorgesehen sind und dass der Fluiddurchgang zwischen Verbindungsleitung (76) und Abzweigleitung (78, 82) mittels des Drosselkolbens (50) steuerbar ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das die Temperatur (TFiu.d) am Thermoelement (62) vorgebende Fluid ein Fluidweg zwischen externen Fluidanschlüssen (22, 24) im Ventilgehäuse (12) ausgebildet ist und dass das Thermoelement (62) in diesem Fluidweg angeordnet ist.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (12) zwischen dem Versorgungsan- schluss (P) und dem ersten Fluidanschluss (22) am Thermoelement (62) eine Fluidleitung (27) vorgesehen ist.
Hydrauliksystem mit mindestens einem hydraulischen Verbraucher (86) und mindestens einem Ventil (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur temperaturabhängigen Ansteuerung des mindestens einen an den Arbeitsanschluss (A) des Ventils (10) angeschlossenen hydraulischen Verbrauchers (86), wobei der Steuerkolben (30) des Ventils (10) entsprechend der Temperatur (TFiuid) am Thermoelement (62) eine P-A-Verbindung vom Versorgungsanschluss (P) zum Arbeitsanschluss (A) zumindest teilweise freigibt oder versperrt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine dem Verbraucher (86) zugeordnete Motor-Pumpeneinheit mit einer Verstellpumpe (98) und einem Hydromotor (108) aufweist, wobei der hydraulische Verbraucher (86) über eine Rückkopplung des am Arbeitsanschluss (A) herrschenden Arbeitsdrucks das Fördervolumen der Verstellpumpe (98) beeinflusst, indem er deren Schwenkwinkel (SW) vorgibt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Verbraucher als Stellzylinder (86) ausgebildet ist, dessen Kolben (88) den Schwenkwinkel (SW) der Verstellpumpe (98) vorgibt, wobei der Kolbenraum (90) des Stellzylinders (86) mit dem Arbeitsanschluss (A) verbunden ist und der Stangenraum (92) des Stellzylinders (86) mit der Druckseite der Verstellpumpe (98) verbunden ist, die den Systemdruck führt, der über den Versorgungsan-
schluss (P) und die Eingangsdrossel (106) im ersten Fluidraum (26) des Ventils (10) als Steuerdruck wirksam ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydromotor (108) den Lüfter (1 10) für die Kühlung eines einem Hydraulikkreis (1 14) zugehörigen Wärmetauschers (1 12) antreibt.
Hydrauliksystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Erhalt niedriger erforderlicher Steuerdr cke und dadurch optimiertem Wirkungsgrad durch einen geringen Steuerölverbrauch das Ventil (10) mit einer getrennten Steuer- und Stelldrucknutzung versehen ist
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