Regelungseinrichtung für indirekte Regelung der Fürdermenge regelbarer Pumpen bzw. der Schluckmenge von Motoren mittels eines Servomotors Der Gegenstand dieser Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung für indirekte Regelung der Förder menge regelbarer Pumpen bzw. der Schluckmenge von Motoren mittels eines Servomotors.
Zur Erreichung einer gegebenen Abhängigkeit der Fördermenge von dem Arbeitsdruck werden bei den bisher bekannten Regelungseinrichtungen verschiedene Steuersysteme verwendet. Diese Systeme bestehen aus einem Kolben, auf welchen der Arbeitsdruck wirkt, und aus einer Feder, welche die auf den Kolben wirkende Kraft ausgleicht. Der Kolbenhub dient dabei zur Verstellung des Fördervolumens, und zwar entweder auf eine direkte oder auf eine indirekte Art (mit Servosteue- rung). Zur Erreichung einer nichtlinearen Beziehung zwischen der Fördermenge und dem Arbeitsdruck, insbesondere für die Regelung auf eine konstante Leistung, wird zum Ausgleich der auf den Kolben wirkenden Kraft ein Federpaket verwendet.
Der Nach teil dieser Anordnungen besteht darin, dass nicht die Fördermenge, sondern das Fördervolumen der Pumpe in Abhängigkeit von dem Druck geändert wird, so dass folglich die gewünschte Abhängigkeit der Fördermenge von dem Arbeitsdruck bloss bei gewissen und unverän derlichen Umdrehungen erreicht werden kann und die nichtlineare Abhängigkeit durch das Federpaket nur angenähert gesichert wird. Ein anderer Nachteil dieser Anordnung besteht in der Tatsache, dass die Pumpe bereits beim Anlassen auf volles Fördervolumen einge stellt wird.
Im Falle der direkten Steuerung haben die bisher üblichen Einrichtungen noch einen anderen Nachteil, und zwar die grossen Abmessungen und Gewicht der Regelungseinrichtung, langsames Anspre chen und direkten Einfluss der zum Verstellen der Pumpe nötigen Kräfte auf die Genauigkeit der Rege lung. Die oben angeführten Nachteile der bisher bekann ten Regelungseinrichtungen sollen durch den Gegen stand der vorliegenden Erfindung beseitigt werden.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Messblende zur Messung der Fördermenge der Pumpe oder der Schluckmenge des Motors und ein Verteilungs schieber vorgesehen sind, der durch Druckgefälle an der Messblende gesteuert wird und seinerseits den Durch- fluss der Regelflüssigkeit zum Servomotor steuert, wobei ein auf den Austrittsdruck der Pumpe bzw. auf den Eintrittsdruck des Motors ansprechbares Messglied derart bezüglich der Messblende angeordnet ist,
dass bei seiner Verschiebung der Wirkquerschnitt der Messblen- de in Abhängigkeit des Austrittsdruckes der Pumpe bzw. des Eintrittsdruckes des Motors veränderlich ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann bei der Regelungseinrichtung der mit einer Feder belastete Verteilungsschieber koaxial mit dem druckmessenden Glied angeordnet sein, wobei der Raum vor seiner Stirnwand auf der Seite der Feder mit dem Druckraum hinter der Blende und der Raum hinter seiner Stirnwand mit dem Druckraum vor der Blende verbunden sein kann.
Die Regelungseinrichtung kann hierbei derart ausge bildet sein, dass sich die Messblende in dem zylindri schen Gehäuse des druckmessenden Gliedes befindet, wobei dieses Glied die Form eines mit einer Feder belasteten Differentialkolbens haben kann, der dann mit einem Dämpfungsansatz mit Dämpfungsnut versehen ist.
Der Verteilungsschieber, der zum Verstellen des Servomotors dient, kann eine Zugstange haben, die mit einem Kopf versehen ist, wobei die Zugstange so lang ist, dass in der Mittellage des Verteilungsschiebers und in solch eine Lage des druckmessenden Gliedes, welche dem Maximum des zulässigen Druckes entspricht, der oben erwähnte Kopf der Zugstange die Stirnwand des druckmessenden Gliedes berührt.
Im weiteren können die Kraft der Feder des Verteilungsschiebers, die Kraft der Feder des druckmes senden Gliedes und der Grundquerschnitt der Blende einstellbar sein.
Ein Beispiel der erfindungsgemässen Regelungsein richtung ist in den beigefügten Zeichnungen schematisch veranschaulicht, wobei Fig. 1 den Servomotor mit der Pumpe schematisch darstellt, in Fig. 2, 3 und 4 das druckmessende Glied mit dem Verteilungsschieber in verschiedenen Arbeitslagen ge zeigt ist, Fig. 5 den Vorsprungsmechanismus der Feder des Verteilungsschiebers darstellt, in Fig. 6 die Form der Messblende gezeigt ist und schliesslich in Fig. 7 das Diagramm der Abhängigkeit des Druckes von der Menge dargestellt ist.
Der Körper 1 des Servomotors hat den Stutzen 2 zur Zufuhr der Regelungsflüssigkeit in den Hubraum 3 des Regelungskolbens, dessen Kolbenstange 5 mit dem Fördervolumen verstellenden Glied einer Pumpe oder eines Motors, z. B. mit dem schwenkbaren Körper einer Axialkolbenpumpe verbunden ist. Durch den Einlauf stutzen 8 drängt der Arbeitsdruck in den inneren Raum 9 des Servomotors hinein, wobei in den Raum 9 die Stabilisierfeder 6 angeordnet ist. Der Körper 10 der Regelungseinrichtung 22 ist in zwei koaxialen und einander verbundenen Teile getrennt.
In einem Teil befindet sich der Verteilungsschieber 11, welcher den Durchfluss der Regelungsflüssigkeit zu dem Eintritt 2 des Servomotors steuert und mit der Feder 12 belastet ist. Auf dem Umfang des Verteilungsschiebers 11 befinden sich zwei kreisringförmige Räume. Die Öffnun gen 15 verbinden den ersten kreisringförmigen Raum 13 mit dem Innenraum des Verteilungsschiebers, d. h. mit dem Arbeitsdruck, während der zweite kreisringförmige Raum 14 mit dem drucklosen Raum, d. h. mit dem Behälter verbunden ist, und zwar mittels der Öffnung 16.
Der Ansatz 17 zwischen den oben erwähnten kreisring förmigen Räumen bzw. seine Kanten, zusammen mit der Öffnung 18 steuern den Durchfluss der Regelungsflüssig keit zu dem Servomotor. Der Eintritt 19 ist mit dem Austritt der Pumpe verbunden. Hinter dem Stutzen 19 befindet sich die Blende 20 zum Messen der Fördermen ge der Pumpe, wobei die Form 21 der Blende je nach Bedarf gewählt wird. In Fig. 2 ist die für die Regelung auf eine konstante Leistung geeignete Form veranschau licht. Der Austrittsstutzen 25 ist mit dem Verbraucher verbunden.
Der vor der Blende 20 bestehende Druck wird mittels der Öffnungen 29 und 30 auf eine Seite des Verteilungsschiebers 11 angelegt, während der Druck hinter der Blende 20, d. h. der Druck im Inneren des Körpers 10 auf die andere Seite wirkt, woraus sich ergibt, dass das Druckgefälle auf der Blende, das dem Durchfluss proportional ist, auf den Verteilungsschieber 11 gegen die Feder 12 wirkt. Zur Änderung des wirksamen Querschnittes der Blende 20 in Abhängigkeit von dem Arbeitsdruck dient das druckmessende Glied 22, welches die Form eines Differentialkolbens hat. Das druckmessende Glied 22 ist in dem zweiten Teil des Körpers 10 angebracht und zu seiner Belastung dient die Feder 23.
Der Austrittsstutzen 25 verbindet den Differenzraum 24 des druckmessenden Gliedes 22 mit dem drucklosen Raum, d. h. mit dem Behälter.
Der Verteilungsschieber 11 ist ferner mit der Zugstange 26 versehen, welche den Kopf 27 trägt, der zur Steuerung des Schiebers 11 mittels des druckmessen den Gliedes 22 nach der Erreichung des höchsten zulässigen Druckes dient.
Der Stand der Regelungseinrichtung vor dem Anlas sen der Pumpe ist in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht. Der Regelungskolben 4 des Servomotors befindet sich in der Ausgangslage und die Pumpe ist auf den minimalen Nullhub eingestellt. Auch der Verteilungsschieber 11 und das druckmessende Glied 22 sind in den betreffen den Ausgangslagen, so dass der Querschnitt der Blende 20 völlig geöffnet ist und die Regelöffnung 18 mit dem ersten kreisringförmigen Raum 13 des Verteilungsschie bers 11 verbunden ist.
Nach dem Anlassen der Pumpe bewirkt der auf der Austrittsseite der Pumpe entstehende Druck die Auslenkung des drehbaren Körpers 7 auf ein grösseres Fördervolumen. Soweit die Grösse des Arbeits druckes, die durch die gewünschte Abhängigkeit p = f (wo p den Druck und Q die Fördermenge bedeutet) gegebene untere Grenze des zu regelnden Bereiches nicht übersteigt, wird die Pumpe auf solch ein Fördervolumen ausgelenkt, welches dem maximalen geregelten Durch- fluss entspricht, und der Schieber 11 erreicht seine mittlere Lage, die durch die Bedingungen des konstan ten, d. h. nominalen Gefälles an der Blende 20 gegeben ist.
Falls die Grösse des Arbeitsdruckes die untere Grenze des geregelten Bereiches übersteigt, beginnt das druckmessende Glied 22 die Blende 20 zu schliessen, das Druckgefälle auf der Blende wird erhöht und folglich verschiebt sich der Verteilungsschieber 11 aus der Mittellage gegen die Feder 12, die Regelungsöffnung 18 wird mit dem zweiten kreisringförmigen Raum 14 verbunden und die Flüssigkeit wird aus dem Servomotor ausgelassen. Dieser Vorgang dauert so lange, bis die Fördermenge dem konstanten (nominalen) Druckgefälle an der Blende 20 entspricht. Ein umgekehrter Vorgang findet bei der Abnahme des Arbeitsdruckes statt.
Auf eine ähnliche Art reagiert die erfindungsgemässe Ein richtung auf die durch veränderliche Umdrehungen der Pumpe verursachten Durchflussänderungen. Der statio näre Zustand des druckmessenden Gliedes in dem geregelten Bereich ist in Fig. 3 veranschaulicht, wo sich der Regelungsschieber 11 in seiner Mittellage befindet, wobei das druckmessende Glied 22 die Blende 20 teilweise schliesst.
Falls die Grösse des Arbeitsdruckes zufällig den maximalen zulässigen Wert erreicht, zum Beispiel bei einer plötzlichen Überlastung der Pumpe oder beim langsamen Ansprechen des Verteilungsschie bers 11, wird der Verteilungsschieber 11 unmittelbar durch das druckmessende Glied 22 gesteuert, so dass der Schieber 11 zwangsläufig gegen die Feder 12 verschoben wird, wodurch eine beschleunigte Einstellung auf ein kleineres Fördervolumen verursacht wird. Dieser Zu stand ist in Fig. 4 veranschaulicht. Zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Reglers kann das druckmessende Glied 22 gedämpft werden, z. B. durch den Dämpfungsansatz 34, der mit einer freien Nut 35 versehen ist.
Auf diese Art entsteht der Dämpfungsraum 36.
In der beschriebenen Anordnung zur Änderung der geregelten Parameter, z. B. bei der Regelung auf eine konstante Leistung, wird die geregelte Leistung durch die veränderliche Grösse des Druckgefälles an der Blende verändert, und zwar mittels der veränderlichen Vorspannung der Feder des Verteilungsschiebers 11 (siehe Fig. 5). Die Vorspannung der Feder 12 wird von Hand eingestellt, und zwar mittels der Spindel 31, deren äusseres Ende mit Gewinde und mit Betätigungsgrad 32 versehen ist, während sich auf ihrer inneren Seite die Stutzscheibe 33 befindet.
Das druckmessende Glied 22 kann auf eine andere Weise ausgelegt werden, z. B. kann der Querschnitt der Blende derart geändert werden, dass in die kreisförmige Blende ein profilierter Dorn axial hineinragt, wobei der Dorn durch die Wirkung des Ausgangsdruckes verstellt werden kann. Durch geeignete Wahl der Form des profilierten Dorns kann die gewünschte Abhängigkeit der gelieferten Menge von dem Arbeitsdruck erreicht werden. Auch die gegenseitige Anordnung der Lage des Regelungsschiebers und des druckmessenden Gliedes kann auf eine andere Art gelöst werden, z. B. können diese zwei Elemente parallel angeordnet werden.
Die Speisung des Servomotors mit der Regelungsflüssigkeit geschieht in dem beschriebenen Beispiel unmittelbar von der Druckseite der Pumpe und der Einfluss des veränderlichen Ausgangsdruckes wird durch seine dau ernde Wirkung auf den Kolben des Servomotors eliminiert. Der Servomotor kann aber aus einer Hilfs quelle des konstanten Druckes gespeist werden, wobei natürlich die Einrichtung zur Beseitigung des Einflusses des veränderlichen Druckes weggelassen werden kann.
Die beschriebene Regelungseinrichtung kann auch für die Regelung von hydrostatischen Motoren verwen det werden. In diesem Falle ist der Einlasstutzen 19 des druckmessenden Gliedes 22 mit der Druckseite der Pumpe verbunden, während der Austrittsstutzen 37 mit dem Eintrittsstutzen des Motors verbunden ist.
In Fig. 6 ist die zur Erreichung der in Fig. 7 gezeigten typischen Abhängigkeit p = f (Q) nötige Form der Blende 21 veranschaulicht. Die Fig. 6 zeigt zugleich die Kennlinie Z der Feder 23 mit den entsprechenden Kräften PA, PL, PC der Feder 23 in den Punkten A, B, C, wobei diese Punkte die charakteristischen Lagen des druckmessenden Gliedes bedeuten.
Die in Fig. 7 dargestellte Abhängigkeit verläuft von dem Punkt A in B längs der Hyperbel der konstanten Leistung (p0 = konst.) und von dem Punkt B in C längs einer gerade, die einem angenähert konstanten Druck p entspricht. Der Punkt D entspricht dem Maximum des zulässigen Druckes, der durch die unmittelbare Wirkung der Zugstange 26 und des Kopfes 27 gesichert wird. Der Druck p und die Menge Q in Fig. 7 sind in Prozenten .des maximalen geregelten Druckes bzw. der Menge gegeben.
Die vorbeschriebene Einrichtung eignet sich insbe sondere für hydrostatische Antriebe wie z. B. im Maschinenwesen, für den Mineralenabbau, für das Bauwesen, für die Hebezeuge und für ähnliche Zwek- ke.