DE2153019A1 - Steuervorrichtung in einer mit einem Strömungsmittel arbeitenden Energieübertragungsvorrichtung - Google Patents

Description

Steuervorrichtung in einer mit einem Strömungsmittel arbeitenden Energieübertragungsvorrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Aufteilung eines Strömungsmittelstromes von einer Eintrittsöffnung zu einem einem Arbeitssystem zugeordneten Arbeitsauslaß und einem einem Bypass-System zugeordneten Bypass-Auslaß.

Mit einem Strömungsmittel arbeitende Energieübertragungsvorrichtungen kommen zur Anwendung, wenn beabsichtigt ist, von einem Strömungsmittelsystem Energie abzunehmen und einem zweiten Strömungsmittelsystem zuzuführen. Dies geschieht, indem 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 in Strömungsmitteldruck für das zweite System umsetzt. Derartige Vorrichtungen werden in Flugzeugen, Kriegsschiffen und anderen Anlagen mit 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. Jedes einzelne System kann entweder ein hydraulisches oder ein pneumatisches sein, und der Erfindungsgegenstand ist auf Systeme anwendbar, wobei das die Pumpe treibende Strömungsmittel ein hydraulisches oder pneumatisches ist, obwohl nachstehend in erster Linie von Flüssigkeiten die Rede ist.

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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- 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, und die Geschwindigkeit ist oft unregelmäßig.

Es ist bekannt, daß durch Umleiten eines Teiles 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.

Um einen unregelmäßigen Lauf zu vermindern, wurde bisher ein Regulier- oder Sperrventil am Pumpenauslaß zwischen Pumpe und von dieser betriebenem Verbraucher angeordnet, wobei auf der Pumpenseite dieses Ventils eine Ablaßleitung zur Niederdruckseite der Pumpe angeordnet wurde. Damit kann der von der Pumpe wahrgenommene Druck auf irgendeinen zum Anlaufen notwendigen Wert gesenkt werden, ohne den Druck in dem von der Pumpe betriebenen System abnehmen zu lassen. Das Regulierventil schließt sich und die Ablaßleitung vermindert den von der Pumpe wahrgenommenen Druck.

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 Geschwindigkeitsberebh.

In anderen Fällen jedoch, wenn der Ausgangsdruck über den gesamten Bereich mit niedrigem Bedarf nahezu konstant bleiben muß,

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ist es manchmal notwendig, einen Bypass-Strom herbeizuführen. Wenn dieser zusätzlicheBypass-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 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 Pumpen wurde überhaupt kein By-pass vorgesehen oder allenfalls ein ungenügender.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Leistung von in einem mit Flüssigkeit arbeitenden Energieübertragungssystem vorhandenen Pumpen gesteigert werden kann.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Steuervorrichtung zur Aufteilung eines Strömungsmittelstromes von einer Eintrittsöffnung zu einem einem Arbeitssystem zugeordneten Arbeitsauslaß und einem einem Bypass-System zugeordneten Bypass-Auslaß vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch ein bewegliches Zumeßventil, das gleichzeitig den durch den Arbeits- und Bypass-Auslaß fließenden Strom bemißt und in Abhängigkeit vom Strömungsmittelbedarf im Arbeitssystem den Strom durch den Arbeitsauslaß ansteigen und den Strom durch den Bypass-Auslaß mit wachsendem Bedarf abnehmen läßt.

Die gestellte Aufgabe wird damit, wie der folgenden Beschreibung zu entnehmen ist, in einfachster und technisch einwandfreier Weise gelöst.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes :

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von Teilen zweier Flüssigkeitssysteme einer mit Flüssigkeit arbeitenden Energieübertragungsvorrichtung, wobei im Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bypass- oder Umgehungsanordnung mit geschlossenem Zumeß-

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-und völlig geöffnetem Bypass-Ventil dargestellt ist.

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

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Änderung der Flüssigkeitsströme durch die Zumeß- und Bypass-Öffnung als Funktion der Lage des beweglichen Ventilelements.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß, obwohl in der folgenden Beschreibung von Flüssigkeit die Rede ist, das Strömungsmittel gleicherweise gasförmig sein kann.

Die Energieübertragungsvorrichtung hat ein erstes Flüssigkeitssystem 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, welcher in einem zweiten Flüssigkeitssystem 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 Auslaß- 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 Zumeß- oder Arbeitsöffnung 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 sein. Die öffnung 28 steht mit einem Kanal 29 in Verbindung, der im Betrieb an einen Verbraucher W in einem Arbeitssystem angeschlossen ist.

Ein beweigliches Ventilelement 35 ist in der Bohrung 25 axial verschiebbar und hat zwei im allgemeinen zylindrische, mit Abstand

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zueinander angeordnete kolbenartige Teile 36 und 37, die durch eine Ausdrehung 38 voneinander getrennt sind. Ein Anschlag 23 am Teil 36 begrenzt die Bewegung des Ventilelements 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 Ventilteils 36 verschlossen ist. Die Kraft einer Feder 40 bringt das Ventilelement 35 zu der in Fig. 1 gezeigten Lage, in der die Zumeßöffnung 28, wie oben erwähnt, durch eine"Linie-inLinie "-Berührung mit dem Ventilteil 36 abgeschlossen ist. Der Kraft der Feder 40 wirkt der Druck in der Kammer 24 entgegen. Auf diese Weise arbeiten das Ventilteil 36 des Ventilelements 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 Ventilelements aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung fortschreitend geöffnet, bis es die in Fig. 2 gezeigte völlige Offenstellung erreicht.

Eine Zweigleitung 47 verbindet den Kanal 29 mit dem hinter dem Teil 37 des Ventilelements 35 (oder in Fig. 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 das bewegliche Ventilelement 35 in die in Fig. 1 gezeigte Lage, in der die Zumeßöffnung 28 verschlossen ist, gebracht wird.

Zusätzlich zu seiner Ausgestaltung als Zumeßventil ist das Ventilteil 36 als Umgehungs- ader 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 Ventilteils 36 die Rille 43 überdeckt, wenn die Linke Stirnseite 39 des Teils 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 Druckflüssig zu. An der Kante der Stirn-

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seite 45 des Ventilsteils 36 ist eine Bypass-Öffnung 42 oder sind deren mehrere ausgebildet, die in Fig. 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 verfügen. 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 Öffnungen 42 im Ventilteil 36 und die Rille 43 bilden somit ein Bypass-Ventil, das die von der Pumpe 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 Ventilteils 36 soeben die Zumeßöffnung 28 verschließt, dann ist der Verbindungs querschnitt zwischenden Bypass-Öffnungen 42 und der Rille 43 am größten. Eine Bewegung des Ventilelements 35 aus der in Fig. 1 gezeigten Lage nach rechts schließt zunehmend die Bypass-Leitung 44, In Fig. 2 ist das Bypass-Ventil in der die Leitung 44 schließenden bezw. in seiner geschlossenen Stellung gezeigt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können die Pumpe und der Motor in einem wirksamen Betriebsbereich arbeiten, so daß der PumpenausgangsdDuck nahezu konstant ist.

In Abhängigkeit von der Größe und Gestalt des Ventils kann dann der Strom durch das Zumeßventil oder Regelorgan proportional zur axialen Verschiebung des Ventilelements 35 sein. Das wird dann der Fall sein, und zwar in bevorzugter Weise, wenn die Zumeßöffnung 28 als vollständig umlaufende Rille, wie gezeigt ist, oder als rechteckige Öffnung ausgebildet ist, und wenn die Vorspannung der Feder 40 ausreichend hoch und die Federkonstante genügend niedrig sind, sodaß der Druckabfall an der Zumeßventilöffnung im wensentlichen über den Strömungsbereich konstant ist. Sind die Bypass-Öffnungen 42 als rechteckige Ausschnitte ausgebildet, so wird in gleicher Weise der Fluß durch diese linear mit der Verschiebung des Ventilelements 35 nach rechts abnehmen, da der

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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 Arbeitesystemauf diese Weise gleich, jedoch entgegengesetzt zum Wechsel im Bypass-Fluß durch das Bypass-Ventil über den Strömungsbereich 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 Kanal 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 Venilelement zum Schließen des 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 zur Ausdrehung 38 des Ventilelements und wird über die Rückleitung 46 zum Behälter 21 zurückgeführt. Benötigt der Verbraucher W Flüssigkeit, so fällt der Druck im Kanal 29 relativ· zum Druck in der Leitung 22 ab, und diese Abnahme wird über die Zweigleitung 47 auf die Kammer X 41 reflektiert, so daß das Ventilelement 35 durch das in den Kammern 24 und 41 herrschende Differential nach rechts bewegt wird. Der vom Verbraucher benötigte Strom fließt durch das Zumeßventil, und gleichzeitig sind die Bypass-Öffnungen 42 teilweise oder völlig geschlossen, wodurch der Bypass-Strom vermindert wird (in Fig. 3 sind die Verhältnisse in der Verschiebung der Ströme gezeigt, wobei das Ansteigen im erforderlichen Strom durch die Öffnung 28 die Abnahme im Bypass-Strom ausgleicht). Eine Bewegung des Ventilelements nach rechts hört auf, wenn der Strom durch die Zumeßöffnung 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.

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Wie zu erkennen ist, ist die Bypass-Anordnung veränderbar. Es handelt sich nicht tun einen Verschluß mit nur offenem oder geschlossenem Ventil, sondern um eine fortschreitende oder anwachsende bezw. abnehmende Einstellung, um einen Bypass-Strom zu erhalten, der sich umgekehrt zum notwendigen Arbeitsstrom verhält. Damit kann eine wirksamer ausgelegte Pumpe 18 zur Anwendung kommen, weil keine Notwendigkeit für einen inneren Pumpenverlust zur Bildung eines Bypass vorliegt. Die Drehmomentleistung wird erhöht, weil eine Drosselung auf niedrige Geschwindigkeit bei geringem Strömungsmittelbedarf für den Verbraucher vermieden wird. Ferner gibt es keinen konstanten Leistungsabfall, da der Bypass-Strom vermindert wird, wenn der Strom zur Arbeitssystem ansteigt.

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Patentansprüche 209818/0770

Claims (1)

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   21. OKT. 1571

   Patentansprüche

   1.I Steuervorrichtung zur Aufteilung eines Strömungsmittel- "~^ stromes von einer Eintrittsöffnung zu einem einem Arbeitssystem zugeordneten Arbeitsauslaß und einem einem Bypass-System zugeordneten Bypass-Auslaß, gekennzeichnet durch ein bewegliches Zumeßventil(36), das gleichzeitig den durch den Arbeite- und Bypass-Auslaß (29 bez. 44) fließenden Strom bemißt und in Abhängigkeit vom Strömungsmittelbedarf im Arbeitssystem (W) den Strom durch den Arbeitsauslaß ansteigen und den Strom durch den Bypass-Auslaß mit wachsendem Bedarf abnehmen läßt.

   2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßventil (36) von einem Druckdifferential zwischen der Eintritts- und der Arbeitsöffnung (24 bezw.29) abhängig ist.

   3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßventil ein zylinderförmiges Teil (36) aufweist, das in einer Bohrung (25) verschiebbar ist, die auf der einen Seite mit der Eintrittsöffnung (24) und auf der anderen Seite mit der Arbeitsöffnung (28,29) in Verbindung steht, daß das zylinderförmige Teil (36) über die Arbeitsund Bypass-Offnung (28 bezw.43) zur Regelung des Strömungsmitteldurchtritts beweglich ist und daß es einer Kraft unterliegt, die es in eine Lage bringt, in der die Arbeitsöffnung (28) geschlossen und die Bypass-Offnung (43) geöffnet ist.

   4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Offnung (43) mit einem rechteckigen, einer maximalen Strömungsquerschnitt durch die Bypass-Offnung bei geschlossener Arbeitsöffnung liefernden Ausschnitt (42) im zylindrischen Teil (36) in Verbindung steht.

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   5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Öffnung eine umlaufende Rille (43) in der Wand der Bohrung (25) ist.

   6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsöffnung eine umlaufende Rille (28) in der Wand der Bohrung (25) ist.

   7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (24) der Steuervorrichtung mit dem Auslaß (22) einer von einem Strömungsmittelmotor (10) angetriebenen Pumpe (18) einer mit einem Strömungsmittel arbeitenden Energieübertragungsvorrichtung (A₁B) in Verbindung steht.

   8. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtstrom durch Arbeite- und Bypass-Öffnung über den Bypass-Strömungsbereich und der Pumpenausalaigsdruek über den

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