CH667496A5 - Verstelleinrichtung fuer das verdraengungsvolumen einer verdraengermaschine. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Versteileinrichtung mit den Merkmalen a bis d des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Eine derartige VerStelleinrichtung ist bekannt aus dem Voith-Druck G 1058, Seite 10; sie ist als Förderstromsteuerung mit Druckabschneidung ausgebildet. Dies bedeutet folgendes: Solange der Druck in der Förderleitung einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet, kann der Förderstrom durch Variieren eines Steuerdruckes (zuführbar über einen der Anschlüsse Xi oder X2) auf beliebige Werte eingestellt werden. Überschreitet jedoch der Förderdruck den jeweils zulässigen Wert, so öffnet sich hierdurch ein (als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes) Druckabschneidventil zwecks selbsttätiger Reduzierung des Steuerdruckes. Hierdurch wird bewirkt, dass der Förderstrom so weit zurückgenommen wird, dass der Förderdruck den zulässigen Wert nicht mehr übersteigt. In der bekannten Anordnung wirkt der Steuerdruck auf einen Steuerkolben, der über ein Gestänge die (im Teil c des Anspruchs 1 genannte) Sollkraft auf den Ventilkörper des Steuerventils ausübt.

Es versteht sich, dass die bekannte Einrichtung bei gleicher Wirkung auch mit anderen Bauelementen realisiert werden könnte. Deshalb werden nachfolgend für diese Bauelemente allgemeinere Begriffe verwendet: Der die Sollkraft erzeugende Steuerkolben wird «Sollwert-Geber» genannt. Ausserdem wird das Druckabschneidventil nachfolgend als «Sollwert-Begrenzer» bezeichnet. Dieser Sollwert-Begrenzer hat einen Grenzwertgeber. Mit dessen Hilfe ist der Druck-Grenzwert, der nicht überschritten werden soll, einstellbar. Das Druckabschneidventil der bekannten Vorrichtung hat als Grenzwertgeber eine Druckfeder, deren Federkraft ( = Druck-

Grenzwert) einstellbar ist.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass die Verdrängermaschine unter Umständen bei dem gerade noch zulässigen maximalen Förderdruck einen sehr hohen Förderstrom erzeugt. Dies bedeutet, dass die Förderleistung (das Produkt aus Förderstrom und Förderdruck) einen extrem hohen Wert annimmt. Es ist deshalb schon versucht worden, nicht nur die bekannte Druckabschneidung, sondern auch eine Leistungsbegrenzung vorzunehmen.

Hierzu sind jedoch bis jetzt nur ziemlich aufwendige Zusatzeinrichtungen vorgeschlagen worden. Man kann z.B. die Leistung kontinuierlich messen, den Messwert mit einem zulässigen Grenzwert vergleichen und bei einem Überschreiten des Grenzwertes den Förderstrom zurücknehmen. Das Messen der Leistung kann dadurch erfolgen, dass man Messwerte für den Förderdruck und für den Förderstrom miteinander multipliziert. Dabei ist jedoch zumindest der erforderliche Druckaufnehmer ein verhältnismässig teures Gerät.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene, bekannte VerStelleinrichtung, die als Förderstromsteuerung ausgebildet ist, mit möglichst geringem Aufwand um eine Leistungsbegrenzung zu ergänzen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung macht zunächst von der bekannten Tatsache Gebrauch, dass der Förderstrom einer Verdrängermaschine mit Hilfe eines billigen (sogenannten) Wegaufnehmers ganz einfach gemessen werden kann, wobei eine elektrische Messgrösse gebildet wird. Dieser Wegaufnehmer misst, genauer gesagt, den Ist-Wert des Verdrängungsvolumens. Bei konstant angenommener Drehzahl ist dieser Ist-Wert jedoch auch proportional zum Ist-Wert des Förderstromes. Sodann wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass die maximal zulässige Förderleistung ohne weiteres als eine einstellbare elektrische Grösse vorgegeben werden kann, z. B. mit Hilfe eines Potentiometers. Somit kann nun gemäss der Erfindung aus den beiden elektrischen Grössen mit Hilfe eines einfachen elektrischen Rechners der Quotient «Zulässige Leistung/Förderstrom» gebildet werden, der einen Wert für den augenblicklichen zulässigen Förderdruck, den sogenannten Druck-Grenzwert, darstellt. Man berücksichtigt hierbei die bekannte Formel

Leistung = Förderstrom x Förderdruck.

Schliesslich wird nach einem weiteren Schritt der Erfindung (Merkmal f des Patentanspruchs) der gewonnene Druckgrenzwert dem Sollwert-Begrenzer zugeführt. Mit anderen Worten: Anstelle der (bei der bekannten Vorrichtung) von Hand veränderbaren Federkraft wird nunmehr ein selbsttätig veränderbarer Druck-Grenzwert in Form einer elektrischen Steuer-Grösse benutzt. Ist der Sollwert-Begrenzer in bekannter Weise ein Druckbegrenzungsventil, so wird dessen Druckfeder durch einen Proportionalmagneten ersetzt, der von der genannten elektrischen Steuer-Grösse angesteuert wird.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine als Förderstromsteuerung ausgebildete VerStelleinrichtung.

Eine Verdrängerpumpe, die in beiden Richtungen fördern kann (vorzugsweise eine Radialkolbenpumpe) ist mit 10 bezeichnet. Je nach Förderrichtung ist entweder die Leitung 16 die Druckleitung und die Leitung 17 die Saugleitung oder umgekehrt. Das spezifische Verdrängungsvolumen (Fördervolumen je Umdrehung) kann durch Verschieben eines Stellgliedes (z.B. eines Kolbenführungsringes) verändert werden. Hierzu dient in bekannter Weise ein Verstellkolben 11, dem ein kleinerer Gegenkolben 12 entgegenwirkt. Der Verstellkolben 11 wird über eine Leitung 13 und der Gegenkolben 12 über eine Leitung 14 mit Druckmittel beaufschlagt. Die Leitung 13 ist über ein Steuerventil 20, Leitung 15, Doppelrück5

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schlagventil 45 und Leitung 15' oder 15" an die jeweilige Druckleitung 17 oder 16 angeschlossen. Die Leitung 14 ist über ein Doppelrückschlagventil 44 und Leitung 14' oder 14" ebenfalls an die jeweilige Druckleitung 16 oder 17 angeschlossen.

Das Steuerventil 20 hat in bekannter Weise drei Stellungen. In der dargestellten mittleren Stellung ist die Leitung 13 über je eine Drossel sowohl mit der Leitung 15 als auch über eine Leitung 18 mit dem drucklosen Sumpf 19 verbunden. Die Druckangriffsflächen der Kolben 11 und 12 und die genannten Drosseln sind so bemessen, dass in der mittleren Stellung des Steuerventils 20 am Stellglied der Pumpe 10 Kräftegleichgewicht herrscht. Ist das Steuerventil 20 (in der Zeichnung) nach rechts verschoben, so ist die Leitung 13 mit der Leitung 15 verbunden und vom Sumpf 19 abgesperrt. Im umgekehrten Fall ist die Leitung 13 mit dem Sumpf 19 verbunden und von der Leitung 15 abgesperrt. Beide Steuervorgänge haben Änderungen des Fördervolumens der Pumpe 10 nach oben bzw. nach unten zur Folge.

Das Verstellen des Steuerventils 20 erfolgt mit Hilfe eines Hebels 21, der um einen (beispielsweise etwa in seiner Mitte angeordneten) Drehpunkt 22 verschwenkt werden kann und sich mit seinem einen Ende am Ventilkörper des Steuerventils 20 abstützt, entgegen der Druckkraft einer Feder 29. Diese ist zwischen den Stellkolben 11 und den Ventilkörper des Steuerventils 20 eingespannt, symbolisch dargestellt durch die mechanische Verbindung 31. Die Federkraft ist somit proportional zum augenblicklichen Förderstrom (bei konstanter Pump endrehzahl).

Zum Betätigen des Hebels 21 dienen zwei koaxial angeordnete und aneinander anliegende Kolben 23 und 24. Zwischen einem (23) der beiden Kolben und dem Hebel 21 ist eine gelenkartige Verbindung 9 oder Verzahnung vorgesehen. Die äusseren Stirnflächen («Druckangriffsflächen» 25 bzw. 26) der Kolben sind in entgegengesetzten Richtungen durch variable Steuerdrücke ( = Sollwert) beaufschlagbar. Die Steuerdrücke werden von aussen über die Anschlüsse Xi und X2 und über Leitungen 27 bzw. 28 zugeführt. Die Druckbeaufschlagung der beiden Kolben 23 und 24 erfolgt wechselweise; d.h. die Pumpe 10 fördert bei Beaufschlagung des einen Kolbens 23 in der einen Richtung und bei Druckbeaufschlagung des anderen Kolbens 24 in der anderen Richtung.

Die beiden Steuerleitungen 27 und 28 sind über ein Doppelrückschlagventil 38 und über eine Entlastungsleitung 39 an ein Druckbegrenzungsventil 40 (= Sollwert-Begrenzer) angeschlossen. Dieses kann unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen die Entlastungsleitung 39 mit dem drucklosen Sumpf 19 verbinden. Das Druckbegrenzungsventil 40 kann in Richtung Öffnen verstellt werden durch den Förderdruck in der jeweiligen Druckleitung 16 oder 17. Dieser Druck gelangt über die Leitung 15" oder 15' sowie über das Doppelrückschlagventil 45 und die Leitungen 15 und 15a an den Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils 40. In der entgegenge-

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setzten Richtung wirkt als Grenzwertgeber ein Elektromagnet 41, der über eine Leitung 42 durch einen variablen Steuerstrom gespeist wird. Dieser wird in einem Rechner 43 gebildet. Dem Rechner 43 werden, symbolisch dargestellt durch die Leitungen 46 und 47, feste Werte eingegeben für den maximal zulässigen Förderdruck p und für die maximal zulässige Förderleistung P. Ausserdem wird über die Leitung 48 eine dem jeweiligen Förderstrom Q proportionale elektrische Grösse eingegeben. Diese wird durch einen Wegaufnehmer 49 gebildet, der (symbolisch dargestellt) über die mechanische Verbindung 31 durch den Verstellkolben 11 betätigt wird.

Wie schon oben erläutert, bildet der Rechner 43 den Quotienten aus den Werten P und Q und führt diesen über die Leitung 42 als den sogenannten Druck-Grenzwert dem Druckbegrenzungsventil 40 zu.

Überschreitet der über die Leitung 15a zugeführte Förderdruck den vorgenannten Druck-Grenzwert, so öffnet sich das Druckbegrenzungsventil 40, wodurch der jeweils von aussen zugeführte Steuerdruck (in der Leitung 27 oder 28) reduziert wird. Hierdurch wird die Förderleistung auf den jeweils eingestellten zulässigen Grenzwert P begrenzt.

Die beschriebene Steuerung wirkt in entsprechender Weise, wenn der augenblickliche Förderdruck (in der Leitung 15a) den über die Leitung 46 in den Rechner 43 eingegebenen maximal zulässigen Grenzwert p übersteigt. Der Rechner 43 vergleicht ständig den Quotienten P/Q mit dem vorgenannten Wert p. Der jeweils grössere Wert wird über die Leitung 42 dem Druckbegrenzungsventil 40 zugeführt.

In der Zeichnung ist angenommen, dass für die beiden Förderrichtungen der Pumpe 10 die gleichen maximal zulässigen Grenzwerte (p, P) für den Förderdruck und die Förderleistung gelten. Hiervon abweichend kann man jedoch auch für die beiden Förderrichtungen unterschiedliche Grenzwerte eingeben.

Die erfindungsgemässe Förderstromsteuerung mit Lei-stungsbegrenzung ist erläutert worden anhand eines Beispieles, bei dem der Förderstrom-Sollwertgeber als hydraulisch beaufschlagbare Kolben 23,24 ausgebildet ist. Stattdessen könnten auch ähnliche pneumatisch betätigbare Kolben vorgesehen werden.

Schliesslich kann die erfindungsgemässe Sollwert-Begrenzung auch dann angewandt werden, wenn anstelle der Kolben zwei Elektromagnete mit variabler Magnetkraft vorhanden sind. In diesem Falle wird der Sollwert-Begrenzer 40 nicht als ein Druckbegrenzungs ventil, sondern als ein Strombegrenzer ausgebildet, der die Speiseströme für die Elektromagnete begrenzt. Ausserdem wird an die Leitung 15 anstelle der Leitung 15a ein Drucktransmitter angeschlossen, der eine elektrische Grösse für den Förderdruck an den Strombegrenzer liefert. Dieser vergleicht die vorgenannte elektrische Grösse mit dem in der Leitung 42 anstehenden Wert, der wie erläutert den Quotienten P/Q repräsentiert.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

667 496 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Versteileinrichtung für das Verdrängungsvolumen einer Verdrängermaschine mit folgenden Merkmalen:

a) ein das Verdrängungsvolumen bestimmendes Maschinenbauteil ist mittels eines druckbeaufschlagbaren Verstellkolbens (11) verschiebbar;

b) der auf den Verstellkolben (11) wirkende Druck (13) ist mittels eines Steuerventils (20), das einen beweglichen Ventilkörper aufweist, veränderbar;

c) zum Bewegen des Ventilkörpers (20) greift an diesem entgegen einer Gegenkraft (29), die den jeweiligen Ist-Wert des Verdrängungsvolumens repräsentiert, eine Sollkraft an, die dem jeweiligen Soll-Wert des Verdrängungsvolumens entspricht;

d) ein die Sollkraft erzeugender Sollwert-Geber (23,24) hat einen Sollwert-Begrenzer (40), der dadurch aktivierbar ist, dass der Förderdruck einen einstellbaren Druck-Grenzwert überschreitet;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

e) ein elektronischer Rechner (43) bildet den Quotienten aus dem Ist-Wert (Q) des Förderstromes und aus der maximal zulässigen Förderleistung (P);

f) der Rechner (43) ist über eine Signalleitung (42) mit dem Grenzwert-Geber (41) des Sollwert-Begrenzers (40) verbunden, so dass diesem der Wert des genannten Quotienten als Druck-Grenzwert zuführbar ist.

2. VerStelleinrichtung nach Anspruch 1, worin der Sollwert-Begrenzer (40) als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist, an dessen Ventilkörper der Förderdruck in Richtung Öffnen angreift, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung Schliessen ein Grenzwert-Geber, ausgebildet als Elektromagnet (41), wirkt, dessen Magnetkraft proportional zu dem genannten Quotienten steuerbar ist.