DE2153019C3 - Druckwandler zur Übertragung von Drücken zwischen zwei hydraulisch voneinander isolierten Drucksystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckwandler zur Übertragung von Drücken zwischen zwei hydraulisch voneinander isolierten Drucksystemen, die über zwei mechanisch gekoppelte Verdrängermaschinen (Pumpe und Hydromotor) miteinander verbunden sind, wobei der Druckwandler im Bedarfsfalle Energie von einem hydraulischen Kreis des einen Drucksystems auf einen hydraulischen Kreis des anderen Drucksystems überträgt

Bei bekannten Druckwandlern der im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung (US-PS 33 69 491) geschieht die Energieübertragung dadurch, daß ein im ersten System liegender Strömungsmittelmotor zum Antrieb einer Strömungsmittelpumpe im zweiten System dient, so daß der Motor Energie in Form eines mechanischen Drehmoments an die Pumpe überträgt, die die Energie im Strömungsmitteldruck für das zweite System umsetzt Derartige Vorrichtungen werden in Flugzeugen, Kriegsschiffen und anderen Anlagen mit s einem zweifachen Strömungsdrucksystem zur Bildung eines Überschusses oder einer Reserve verwendet, so daß bei Ausfall der Pumpe im ersten System das zweite System zum Antrieb der Pumpe des ersten herangezogen werden kann.

ίο Im mittleren und hohen Geschwindigkeitsbereich treibt der Motor des ersten Systems die Pumpe im zweiten System an, d. h. es wird von System zu System Energie mit einem relativ geringen Verlust durch innere Reibung der Pumpe übertragen. Bei niedrigen Pumpen-

is und Motorgeschwindigkeiten, z. B. 100 Umdrehungen/ Minute, steigt jedoch die innere Reibung der Pumpe an und die Drehmomentleistung ist niedrig. Wenn der Bedarf an Druckflüssigkeit in dem von der Pumpe versorgten Arbeitssystem niedrig ist, so neigt die Pumpe dazu, den Motor abzudrosseln, so daß ein unregelmäßiger Lauf entsteht

Es ist bekannt, daß durch Umleiten eines Teils des Pumpenausgangsstromes zu einer Rückleitung oder einem Vorratsbehälter, ohne diesen Teilstrom dem Arbeitssystem zuzuführen, wirksamere Arbeitsgeschwindigkeiten ermöglicht werden, wenn das System selbst keinen hohen Strömungsmittelbedarf hat

Es wurde auch schon in dem älteren deutschen Patent 21 11 707 vorgeschlagen, bei einem Druckwandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung einen Leckölstrom an der Pumpe des Druckwandlers vorzusehen, der bei jedem Betriebszustand einen

Abstrom erzeugt. Wenn große Schwankungen im Ausgangsdruck bei

niedrigem Bedarf annehmbar sind, so kann der innere Verlust der Pumpe groß genug sein, um den erforderlichen Ausgangsdruck ohne einen zusätzlichen Bypass- oder Umgehungsstrom abzugeben. Diese großen Schwankungen resultieren aus ganz beträchtlichen Leistungsänderungen mit der Geschwindigkeit im niedrigen Geschwindigkeitsbereich.

In anderen Fällen jedoch, wenn der Ausgangsdruck über den gesamten Bereich mit niedrigem Bedarf nahezu konstant bleiben muß, ist es manchmal notwendig, einen Bypass-Strom herbeizuführen. Wenn dieser zusätzliche Bypass-Strom konstant ist, so steigt der Leistungsverlust des Flüssigkeitsmotors über den gesamten Arbeitsbereich an, weil die Flüssigkeit nur im Inneren der Pumpe umläuft und keine nützliche Arbeit

so in dem von der Pumpe versorgten System leistet Daher waren bisherige Einrichtungen für einen Bypass-Strom vorgesehen, und zwar sowohl wenn es notwendig war, wie auch wenn es nicht notwendig war. Bei anderen Druckwandlern wurde Überhaupt kein Bypass vorgesehen oder allenfalls ein ungenügender.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Förderpumpe im zweiten Drucksystem stets mit bestem Wirkungsgrad arbeitet, d. h. auch bei den sonst kritischen niedrigen Drehzahlen.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckwandler der eingangs genannten Gattung durch die Kombination der im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale a) und b) gelöst.

fts Es ist bereits bekannt (US-PS 11 28 077) an die Förderleitung einer Pumpe eine Ventileinheit anzuschließen, die ein Zumeßventil und ein Bypassventil mit einem gemeinsamen Ventilschieber aufweist Die

Ventileinheit, die für ein Motor-Pumpenaggregat vorgesehen ist, dient dazu, beim Anlaufen des Motors für eine Entlastung zu sorgen und die Last dann nach und nach auf den Betriebswert ansteigen zu lassen. Die Pumpe wird dadurch entlastet, daß die Förderflüssigkeit durch eine Entlastungsöffnung fließen kann, die sich nach und nach schließt, während die Austrittsöffnung geöffnet wird. Wenn die Pumpe jedoch läuft, ist die Entlasuingsöffnung geschlossen und die Austrittsöffnung offen.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht Jarin, daß die Förderpumpe stets mit dem besten Wirkungsgrad arbeitet, weil der Pumpenförderstrom in einen Bypass-Strom und in einen Strom zum Arbeitssystem angeforderten Flüssigkeitsmenge eine entsprechende Änderung bei der Aufteilung des Förderstromes bewirkt. Die Änderung in der Aufteilung des Förderstromes kann zu jeder Zeit während des Pumpenbetriebes stattfinden, und sie hängt von den Anforderungen ab, die das Arbeitssystem stellt, & h. sie ist nicht auf den Zeitraum beschränkt, in welchem die Pumpe anläuft

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung von Teilen zweier Flüssigkeitssysteme einer mit Flüssigkeit arbeitenden Energieübertragungsvorrichtung, wobei im Längsschnitt eine Ausführungsform der Bypass- oder Umgehungsanordnung mit geschlossenem Zumeß- und völlig geöffnetem Bypass-Ventil dargestellt ist;

F i g. 2 ist ein Ausschnitt der in F i g. 1 wiedergegebenen Anordnung und zeigt das Zumeßventil in völlig geöffneter, das Bypass-Ventil in vollkommen geschlossener Lage;

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung der Änderung der Flüssigkeitsströme durch die Zumeß- und Bypass-Offnung als Funktion der Lage des beweglichen Ventilelements.

Der Druckwandler hat ein erstes Drucksystem A mit einem durch Druckflüssigkeit angetriebenen Motor 10, die von der Leitung 12 über den Motor zur Leitung 14 strömt Der Motor 10 dreht eine Welle 16, die Energie in Form eines mechanischen Drehmoments an eine Pumpe 18 abgibt, welche in einem zweiten Drucksystem B liegt.

Die Pumpe 18 hat eine Einlaß- oder Saugleitung 20, die Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 21 erhält Diese Druckflüssigkeit wird von der Pumpe 18 über die Auslafi- oder Druckleitung 22 einer Auslaßkammer 24 in einer geschlossenen zylindrischen Bohrung 25 eines Ventilgehäuses 26 zugeführt Das Ventilgehäuse 26 kann ein Teil der Pumpe oder auch ein davon getrenntes Teil sein.

Die Druckleitung 22 tritt in die Auslaßkammer 24 am einen Ende der Bohrung 25 ein. Eine Nutzstromöffnung 28 ist in der Seitenwand der Bohrung 25 ausgebildet und kann aus einer völlig um den Umfang der Bohrung 25 verlaufenden Rille, wie gezeigt ist, bestehen oder sie kann an ihrem Austritt in die Bohrung rechteckig ausgebildet seia Die öffnung 28 steht mit einem t>o Nutzstromkanal 29 in Verbindung, der im Betrieb an einen Verbraucher W in einem Arbeitssystem angeschlossen ist

Ventilschieber 35 ist in der Bohrung 25 axial verschiebbar und hat zwei im allgemeinen zylindrische, <>s mit Abstand zueinander angeordnete kolbenartige Bunde 36 und 37, die durch eine Ausdrehung 38 voneinander getrennt sind. Ein Anschlag 23 am Teil 36 begrenzt die Bewegung des Ventilschiebers 35 auf denjenigen Punkt, an dem die öffnung 28 gerade durch die Kante der dem Druck von der Kammer 24 her ausgesetzten Stirnseite 39 des Ventilbundes 36 verschlossen ist Die Kraft einer Feder 40 bringt den Ventilschieber 35 in die in F i g. 1 gezeigten Lage, in der dar Zumeßventil 28 durch eine »Linie-in-Linie«-Berührung mit dem Ventilbund 36 abgeschlossen ist Der Kraft der Feder 40 wirkt der Druck in der Kammer 24 entgegen. Auf diese Weise arbeiten das Bund 36 des Ventilschiebers 35 und die Zumeßöffnung 28 zusammen, um ein Regelorgan oder Zumeßventil zu bilden, das den Durchfluß vom Pumpenausgang zum Arbeitssystem steuert Dieses Regelorgan wird durch eine nach rechts gerichtete Bewegung des Ventilschiebers aus der in F i g. 1 gezeigten Stellung fortschreitend geöffnet bis es di^-in F i g. 2 gezeigte völlige Offenstellung erreicht

Eine Zweigleitung 47 verbindet den Nutzstromkanal 29 mit dem hinter dem Teil 37 des Ventilschiebers 35 (oder in F i g. 1 rechts) gelegenen Abschnitt der Bohrung 25 und gleicht den Druck in der Kammer 41 der Bohrung, in der die Feder 40 liegt, mit dem im Kanal 29 herrschenden Druck aus. Der Druck in der Kammer 41 bewirkt zusammen mit der Feder 40, daß der Ventilschieber 35 in die in F i g. 1 gezeigte Lage, in der die Zumeßöffnung 28 verschlossen ist, gebracht wird.

Zusätzlich zu seiner Ausgestaltung als Zumeßventil ist Ventilbund 36 als Umgehungs- oder Bypass-Ventil in der Bohrung 25 ausgebildet Eine Bypass-Öffnung in Form einer sich rund um die Bohrung 25 erstreckenden Rille 43 ist an einer solchen Stelle angeordnet daß die rechte Stirnseite 45 des Bundes 36 die öffnung 28 verschließt Die Stirnseite 45 kann auch über die Rille 43 hinausreichen, jedoch ist das nicht notwendig. Ein Durchlaß oder eine Bypass-Leitung 44 führt von der Pumpenauslaßleitung 22 der Rille 43 Druckflüssigkeit zu. An der Kante der Stirnseite 45 des Bundes 36 ist eine Bypass-Öffnung 42 oder sind deren mehrere ausgebildet, die in F i g. 1 als quadratische Ausschnitte gezeigt sind. Es können drei solche Ausschnitte an einen Winkelabstand zueinander aufweisenden Stellen am Außenumfang der Stirnseite 45 ausgebildet sein, um über einen angemessenen Raum für die Bypass-Strömung zu verfugen. Eine Rückleitung 46 führt von demjenigen Teil der Bohrung 25, der zwischen den Teilen 36 und 37 des Ventilelements 35 liegt zum Behälter 21. Die öffnung 42 im Bund 36 und die Rille 43 bilden somit ein Bypass-Ventil, das die von der Pumpe 18 zu dem aus der Ausdrehung 38, der Leitung 46 und dem Behälter 21 bestehenden Bypass-System strömende Flüssigkeit regelt

Wenn die linke Stirnseite 39 des Bundes 36 soeben die Zumeßöffnung 2t verschließt dann ist der Verbindungsquerschnitt zwischen den Bypass-Öffnungen 42 und der Rille 43 am größten. Eine Bewegung des Ventilelements 35 aus der in F i g. 1 gezeigten Lage nach rechts schließt zunehmend die Bypass-Leitung 44. In Fig.2 ist das Bypass-Ventil in der die Leitung 44 schließenden bzw. in seiner geschlossenen Stellung gezeigt

Die Pumpe und der Motor können in einem wirksamen Betriebsbereich arbeiten, so daß der Pumpenausgangsdruck nahezu konstant ist.

In Abhängigkeit von der Größe und Gestalt des Ventils kann dann der Strom durch das Zumeßventil od*r Regelorgan proportional zur axialen Verschiebung des Ventilschiebers 35 sein. Das wird dann der Fall sein. und zwar in bevorzugter Weise, wenn die ZumeU-öffnung 28 als vollständig umlaufende Rille, wie gezeig;

ist, oder als rechteckige öffnung ausgebildet ist, und wenn die Vorspannung der Feder 40 ausreichend hoch und die Federkonstante genügend niedrig sind, so daß der Druckabfall an der Zumeßventilöffnung im wesentlichen über den Strömungsbereich konstant ist. Sind die _s Bypass-Öffnungen 42 als rechteckige Ausschnitte ausgebildet, so wird in gleicher Weise der Fluß durch diese linear mit der Verschiebung des Ventilschiebers 35 nach rechts abnehmen, da der Druckabfall an den rechteckigen öffnungen durch den Pumpenausgangsdruck bestimmt ist, der im wesentlichen konstant ist. Hieraus wird klar, daß der Wechsel im Fluß durch das Zumeßventil zum Arbeitssystem auf diese Weise gleich, jedoch entgegengesetzt zum Wechsel im Bypass-Fluß durch das Bypass-Ventil über den Strömungsbereich ,₅ durch die öffnungen 42 sein kann.

Wenn das Arbeitssystem oder der Verbraucher W keinen Fluß von der Pumpe 18 annehmen will oder benötigt, so ist der Druck im Netzstromkanal 29 im wesentlichen gleich dem Pumpenausgangsdruck in der Druckleitung 22. Der Druck im Arbeitssystem wird durch die Zweigleitung 47 auf die Kammer 41, in der die Feder 40 liegt, reflektiert oder übertragen, wo er zusammen mit der Feder 40 eine (nach links gerichtete) Kraft auf das Ventilelement 35 zum Schließen des _2S Zumeßventils ausübt. Das führt dazu, daß die Zumeßöffnung 28 durch das Ventilteil 36 geschlossen wird; zugleich wird die Bypass-Öffnung 42 in vollem Umfang geöffnet. Dann fließt der Strom von der Pumpendruckleitung 22 durch den Bypass-Durchgang 44, die Rille 43 die Bypass-Öffnungen 42 zur Ausdrehung 38 de: Ventilelements und wird über die Rückleitung 46 zun Behälter 21 zurückgeführt. Benötigt der Verbraucher H Flüssigkeit, so fällt der Druck im Kanal 29 relativ zurr Druck in der Leitung 22 ab, und diese Abnahme wire über die Zweigleitung 47 auf die Kammer 41 reflektiert so daß das Ventilelement 35 durch das in den Kämmen 24 und 41 herrschende Differential nach rechts beweg wird. Der vom Verbraucher benötigte Strom fließ durch das Zumeßventil, und gleichzeitig sind dii Bypass-Öffnungen 42 teilweise oder völlig geschlossen wodurch der Bypass-Strom vermindert wird (in F i g.': sind die Verhältnisse in der Verschiebung der Ström« gezeigt, wobei das Ansteigen im erforderlichen Stron durch die öffnung 28 die Abnahme im Bypass-StroiT ausgleicht). Eine Bewegung des Ventilschiebers 35 nacl· rechts hört auf, wenn der Strom durch die Zumeß öffnung derart ist, daß die nach links gerichteten Kräfte von Druck und Feder in der Kammer 41 gleich der nach rechts gerichteten Druckkraft in der Kammer 24 sind.

Die Bypass-Ventilanordnung weist einstellbare Querschnitte auf; es handelt sich also nicht um ein Ventil mi nur zwei (offen oder geschlossen) Endstellunger sondern um ein Ventil mit veränderlicher Einstellung Damit kann die Pumpe 18 günstiger ausgelegt werden weil keine Notwendigkeit vorhanden ist, einen besonderen inneren Pumpenleckverlust zur Erzeugung eines Bypass-Flüssigkeitsstromes vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Druckwandler zur Übertragung von Drücken zwischen zwei hydraulisch voneinander isolierten Drucksystemen, die über zwei mechanisch gekoppelte Verdrängermaschinen (Pumpe und Hydromotor) miteinander verbunden sind, wobei der Druckwandler im Bedarsfalle Energie von einem hydraulischen Kreis des einen Drucksystems auf einen hydraulischen Kreis des anderen Drucksystems überträgt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,

a) der von der Pumpe (10 bzw. 18) des Druckwandlers (10, 18) erzeugte Druckmittelstrom ist aufgeteilt in einen Bypass-Strom und in einen Nutzstrom, der von einem Zumeßventil (28) gesteuert ist, das in Abhängigkeit vom Energiebedarf im versorgten hydraulischen Kreis bestätigt wird,

b) das Zumeßventil (28) und ein Bypassventil (43) sind zu einer Ventileinheit (35) zusammengefaßt, die mit sinkendem Druck in dem vom Wandler (10, 18) versorgten hydraulischen Kreis das Bypassventil schließt und das Zumeßventil öffnet, so daß der Bypass-Strom mit wachsendem Nutzstrom abnimmt

2. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßventil einen zylinderförmigen Bund (36) an einem Ventilschieber (38) aufweist, der in einer Bohrung (25) verschiebbar ist, die auf der einen Seite mit der Eintrittsöffnung (24) und auf der anderen Seite mit der Nutzstromöffnung (28, 29) in Verbindung sieht und daß der Bund (36) mit einem Ende die Nutzstromöffnung und mit dem anderen Ende die Bypass-Öffnung steuert.

3. Druckwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Öffnung (43) mit einer rechteckigen, einen bei geschlossener Nutzstromöffnung maximalen Strömungsquerschnitt liefernden Auskerbung versehen ist.

4. Druckwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Öffnung mit einer umlaufenden Rille (43) in der Wand der Bohrung (25) zusammenwirkt.

5. Druckwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzstromöffnung mit einer umlaufenden Rille (28) in der Wand der Bohrung (25) zusammenwirkt