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Leistungsregler für regelbare Öldruckpumpen In Hydraulikanlagen zum
Betrieb von beliebigen Verbrauchern mit hin- und herschwingenden, hydraulisch angetriebenen
Kolben verwendet man im allgemeinen in der Leistung regelbare Öldruckpumpen, insbesondere
sogenannte Nullhubpumpen, z. B. Hochdruck-Kolbenpumpen, die ein Verstellglied, z.
B. eine verschwenkbare Birne, besitzen, durch dessen Verstellung die Fördermenge
der Pumpe verkleinert oder vergrößert werden kann. Hierzu verwendet man bisher Regler
mit einem vom Drucköl ständig belasteten Kolben, der eine Feder oder ein Federpaket
zusammendrückt und dadurch den Kolbenhub der Ölpumpe verringert. Diese Regler besitzen
gewöhnlich eine Dämpfung, die die Verstellgeschwindigkeit der Pumpe beim Verstellen
auf größere Födermenge begrenzt. Durch mechanische Hubbegrenzer kann dabei die maximale
Fördermenge der Ölpumpe nach Belieben verringert werden. Diese Regler haben vor
allem dann, wenn eine Regelkurve maximaler Abtriebsleistung angestrebt wird, große
Abmessungen. Weiter ist die Masse der bewegten Reglerteile, die zusätzlich zur Pumpenmasse
beim Regelvorgang beschleunigt werden muß, im Verhältnis zu den vorhandenen Federkräften
sehr groß, so daß auch gehindert durch die Dämpfung nicht mehr als etwa 50 volle
Regelhübe je Minute möglich sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die großen bewegten Massen
des Reglers und große umfangreiche Federungen oder Federpakete zu vermeiden, und
vor allem darin, zur Erzielung einer hohen Frequenz der Kolbenhübe der Arbeitsmaschine
die Öldruckpumpe sehr schnell durch große Kräfte auf die jeweils z. B. bei Rücklauf
und Vorlauf des Kolbens benötigte unterschiedliche Fördermenge zur Aufrechterhaltung
des erforderlichen oder gewünschten Öldruckes in Abhängigkeit von dem im Betrieb
der Hydraulikanlage durch den Verbraucher sich ändernden Öldruck einregeln zu können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung für regelbare Öldruckpumpen
von Hydraulikanlagen ein Leistungsregler vorgeschlagen, der sich dadurch kennzeichnet,
daß in einem feststehenden Zylinder ein Doppelkolben mit ungleichen Kolbendurchmessern
verschiebbar ist, der mit dem Verstellteil der Pumpe gekuppelt ist, wobei beide
Kolben mit dem Lieferdruck der Pumpe beaufschlagt sind und der Zylinderraum des
größeren Kolbens mit einem mit dem Doppelkolben mitlaufenden Regelventil derart
in Verbindung steht, daß bei konstant bleibendem Lieferdruck der Pumpe der Flächendruck
auf den größeren Kolben durch Abströmung des Öls aus dem Zylinder des größeren Kolbens
über das Regelventil gleich dem Flächendruck auf dem kleineren Kolben ist, daß bei
kleiner werdendem Lieferdruck durch Drosseln oder Schließen des Ventils der Flächendruck
auf den Kolben größeren Durchmessers den Flächendruck auf den Kolben kleineren Durchmessers
überwiegt und daß bei größer werdendem Lieferdruck infolge verstärkten Abströmens
des Öls aus dem Zylinder des größeren Kolbens über das Regelventil der Flächendruck
auf den kleineren Kolben den Flächendruck auf den größeren Kolben überwiegt.
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Durch entsprechende Wahl der Durchmesser der beiden Kolben des Doppelkolbens
und durch die Ausbildung des mit dem Doppelkolben mitlaufenden Regelventils ist
es möglich, beliebig große Differenzflächendrucke auf den größeren oder kleineren
Kolben des Doppelkolbens auszuüben, so daß durch die Verbindung des Doppelkolbens
mit dem Verstellglied der Öldruckpumpe auf dieses Verstellglied in beide Richtungen
zur Erhöhung oder Herabsetzung der Förderleistung große Kräfte ausgeübt werden können,
die eine schnelle Einregelung der Pumpenleistung gewährleisten. Das zum Absperren,
zum Drosseln oder zum Ablauf des Öls aus dem Zylinderraum des größeren Kolbens des
Doppelkolbens verwendete Regelventil besteht vorteilhaft aus einem starr mit dem
Doppelkolben verbundenen, an den Zylinder des größeren Kolbens des Doppelkolbens
angeschlossenen Gehäuse und einem in ihm parallel zum Doppelkolben geführten Steuerschieber,
z. B. einer Ventilnadel, die den Gehäuseraum mit einer mindestens teilweise ständig
dem Druck im Gehäuseraum ausgesetzten Ventilringfläche gegen Abströmöffnungen durch
eine Federung abzuschließen sucht, die sich gegen ein feststehendes Widerlager abstützt.
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Damit dabei die über das Regelventil abströmende Ölmenge klein gehalten
werden kann, ist der Zufiuß des Drucköls in den Zylinder des größeren Kolbens des
Doppelkolbens durch eine Drosselung begrenzt: Dabei kann die Drosselung einen Teil
eines an beliebiger Stelle anzuordnenden D:ruckbegrenzungsventils bilden, dessen
Ventilsitz zur Einstellung eines maximalen
Öldruckes durch eine
in der Spannung einregelbare Federung gegen den Ventilsitz gehalten wird und dadurch
einen Abströmkanal schließt. Um trotz der vorerwähnten Drosselung bei einem sehr
plötzlichen Druckabfall des Drucköls, z. B. durch hohen Druckölbedarf bei der Umschaltung
von Eilhub auf den Arbeitshub einer Maschine, eine schnelle Regelung auf höhere
Fördermenge zu erreichen, wird der Regler mit einem Beschleuniger ausgestattet.
Dieser Beschleuniger besteht vorteilhaft aus einem Zylinderraum, in dem unter dem
Druck einer kräftigen Feder ein Druckölvorrat gespeichert wird, der bei plötzlichem
Druckabfall der Pumpe als Energiespeicher zur Verfügung steht und dem Verstelldoppelkolben
einen hohen Kraftimpuls in Richtung der Fördermengenerhöhung der Pumpe erteilt.
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Die Federung der Ventilnadel des Regelventils und die gegen die Federung
mit Öldruck aus dem größeren Zylinderraum des Doppelkolbens beaufschlagte Ringfläche
der Ventilnadel gemeinsam mit dem Durchtnesserv erhältnis der beiden Kolben des
Doppelkolbens sind maßgebend für die erreichten Verstellkräfte des Doppelkolbens,
die an dem Verstellglied der Ölpumpe wirksam werden sollen. Die Abfederung der Ventilnadel
kann verhältnismäßig schwach sein und wird durch die vorstehend erwähnten maßgeblichen
Größen beliebig hoch hydraulisch verstärkt, wie nachstehend noch erläutert wird.
Die Federung der Ventilnadel kann eine lineare Charakteristik, besser aber eine
hyperbolische besitzen, wie noch beschrieben wird. In der Praxis genügt eine Annäherung
an die hyperbolische Charakteristik und wird dadurch erreicht, daß ein kleines Federpaket
aus mehreren Federn benutzt wird, die bei Verstellung des Doppelkolbens in Richtung
der Fördermengenverminderung der Öldruckpumpe stufenweise nacheinander wirksam werden.
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Der neue Leistungsregler arbeitet ohne große Massen bei schwachen
Federn bzw. kleinen Federpaketen mit hoher Geschwindigkeit und großen Verstellkräften
und kann daher besonders vorteilhaft bei hydraulisch betriebenen Maschinen verwendet
werden, deren schwingender Kolben mit hoher Frequenz arbeitet. Die einzige Vorbedingung
für das Arbeiten des Leistungsreglers ist, daß der Pumpendruck nicht auf Null absinken
darf. Diese Bedingung kann in anderer Weise, z. B. durch spezielle Schaltventile,
erfüllt werden.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles nach den Zeichnungen
näher erläutert, und zwar zeigen Fig. 1 und 2 den erfindungsgemäßen Leistungsregler
im Längs- und Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 ein Druckbegrenzungsventil
im Längsschnitt, Fig. 4 zwei Druckreduzierventile zur Begrenzung der Fördermenge
im Längsschnitt, Fig. 5 schematisch in einem Ölplan den Leistungsregler mit den
Begrenzungsorganen nach Fig. 3 und 4, Fig. 6 ein Regeldiagramm.
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Der Leistungsregler nach Fig. 1 und 2 arbeitet gewissermaßen mit hydraulischer
Verstärkung einer Federung. Er ist nur dann betriebsbereit, wenn der Pumpendruck
nicht unter einen Mindestwert abfallen kann. Durch eine spezielle Ausbildung der
Hydraulikanlage, z. B. ein besonderes Schaltventil nach der vorerwähnten Patentanmeldung,
wird dieser Mindestpumpendruck, der beispielsweise 10 atü beträgt, gesichert, da
das erwähnte Schaltventil erst bei Überschreiten dieses Druckes öffnen kann. Der
Leistungsregler ist nach Fig. 1 und 2 mit einer angedeuteten Nullhubpumpe, z. B.
Axial-Kolbenpumpe P, zusammengebaut, deren Förderleistung durch Schwenkung um die
Achse A-B von der bei einem Schwenkwinkel von etwa 2,5° vorhandenen sogenannten
Nullförderung bis zur Höchstleistung bei einem Schwenkwinkel von etwa 25° ansteigt.
Es können aber auch andere regelbare Druckölpumpen mit einem Verstellglied Verwendung
finden.
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Ein an einem feststehenden Teil der Pumpe, durch einen angeschweißten
Steg verschraubter Zylindermantel 1 verbindet sämtliche Teile des Leistungsreglers.
Der Leistungsregler besteht im wesentlichen aus diesem Zylindermantel 1, zwei in
den Zylindermantel eingefügten Zylinderbuchsen 2 und 3, dem in den Zylinderbuchsen
geführten Verstelldoppelkolben a, einem Regelventil b, dem Federpaket c, einem Beschleuniger
d, dem Fördermengenbegrenzer e und den beiden Zylinderdeckeln 4 und 5.
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Der Verstelldoppelkolben a führt sich mit zwei verschieden großen
Kolben 6 und 7 in den beiden Zylinderbuchsen 2 und 3. Er hat in der Mitte einen
verstärkten Bund 8, dessen Stirnflächen durch Anschlag an den Zylinderbuchsen vorgelegten
Gummiringen 9 und 10 od. dgl. den Hub in beiden Richtungen begrenzen. In einer Radialbohrung
dieses Bundes 8 wird das Regelventil b befestigt. Eine in Fig. 2 sichtbare Nut 11
des Bundes 8 überträgt die Bewegungen des Verstelldoppelkolbens a über den in die
Nut eingreifenden, einen Längsschlitz des Zylinders durchgreifenden Zapfen 12 auf
die Birne bzw. das Verstellglied der Axialpumpe P bzw. einer anderen Nullhubpumpe.
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Durch eine im Deckel 5 gestrichelt angedeutete Bohrung wird der Kolben
7 in der Zylinderbuchse 3 dauernd mit dem vollen Druck der Pumpe beaufschlagt. Die
sich aus Öldruck und Stirnfläche des Kolbens 7 ergebende Kraft (Flächendruck) bewirkt
ein Zurückschwenken des Verstellgliedes auf geringste Fördermenge der Pumpe durch
entsprechende Verschiebung des Verstelldoppelkolbens. Der größere Kolben 6 wird
über die Bohrungen des Deckels 4 in der Zylinderbuchse 2 ebenfalls durch den Pumpendruck
beaufschlagt, der eine Verstellung des Doppelkolbens und des Verstellgliedes der
Pumpe auf volle Förderleistung der Pumpe anstrebt. Die Zuleitung zu diesem zweiten
Zylinderraum erfolgt über eine Drossel und weiter vorteilhaft über ein Druckbegrenzungsventil
nach Fig. 3, dessen Wirkungsweise noch beschrieben wird.
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Das Regelventil b ist mit einem zylindrischen Ansatz 13, durch zwei
Gummiringe gedichtet, in eine Radialbohrung des Bundes 8 gesteckt und wird durch
eine Schraube 14 festgehalten. Im Gehäuse des Regelventils b und in einer in dieses
Gehäuse eingelöteten Buchse 17 wird eine nach außen dichtende gestufte Ventilnadel
15, 16 geführt. Diese Ventilnadel wird unter der Wirkung einer Federung, vorteilhaft
des Federpaketes c, gegen einen ringscheibenförmigen Ventilsitz 18 gedrückt. Der
durch die Bohrung der Scheibe 18 gegebene Ventilsitzdurchmesser ist größer als der
Durchmesser des Ventilnadelkolbens 16. Das vor dem Kolben 6 des Verstelldoppelkolbens
a lastende Drucköl durchfließt die Bohrung 6" dieses Kolbens und tritt durch die
Bohrungen 13" im Gehäuse des Regelventils b in den durch eine Ausdrehung der Buchse
17 gebildeten Ringraum 17, Durch den Durchmesserunterschied zwischen Ventilnadelkolben
16 und Bohrung im Ventilsitz 18 belastet das Drucköl die Ventilnadel gegen die Wirkung
des Federpaketes c.
Das Federpaket c besteht in dem Ausführungsbeispiel
aus drei bei Verstellung des Doppelkolbens a in Richtung Fördermengenverringerung
der Pumpe gestuft nacheinander wirksam werdenden Schraubenfedern 19, 20, 21, die
zwischen einem an der Ventilnadel 15, 16 befestigten Teller 22 und einem zur Einregulierung
der Federspannung verstellbaren im Deckel 4 geführten Teller 23 wirken. Diese Federn
üben je nach Stellung des Ventildoppelkolbens a auf die Ventilnadel 15, 16 eine
größere oder geringere Kraft aus. Damit bestimmen sie den im Regelventil b herrschenden
Druck auf folgende Weise: Überwindet der Druck im Regelventil die Federkraft durch
Wirkung auf die vorbeschriebene kleine Differenzfläche, so hebt sich der Ventilnadelkolben
15 mit seiner als Ventil ausgebildeten konischen Ringfläche 15a vom Ventilsitz 18,
so daß das Drucköl aus dem Ventilraum 17a über den Ventilsitz durch eine Bohrung
b1 des Regelventilgehäuses abströmen kann. Der im Regelventil b auf die beschriebene
Weise durch Drosselung einer Abströmung geregelte Druck wirkt auch vor dem Kolben
6 des Verstelldoppelkolbens a, da der Zufluß des Drucköls in den Zylinder 2 vor
dem Kolben 6 und damit zum Regelventil durch eine Drossel des noch zu beschreibenden
Druckbegrenzungsventils nach Fig. 3 so beschränkt wird, daß eine Entspannung des
Druckes im Zylinder 2 durch den Abfluß über das Regelventil erfolgen kann.
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Die beiden durch das Drucköl der Pumpe belasteten Stirnflächen des
Verstelldoppelkolbens a sind verschieden groß. Nach der Zeichnung Fig. 1 ist die
Stirnfläche des Kolbens 7 beispielsweise nur halb so groß gewählt wie die entgegenwirkende
Stirnfläche des Kolbens 6. Die gegen die Kraft des Federpakets c wirkende, durch
das Drucköl belastete Differenzringfläche der Ventilnadel 15, 16 und die Federn
19, 20, 21 sind entsprechend ausgelegt. Die hydraulische Verstärkung der Federkraft
des Paketes c beträgt in diesem Fall 30 : 1.
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In der gezeichneten Stellung nach Fig. 1 ist das Verstellglied der
Pumpe auf Nullförderung der Pumpe zurückgeschwenkt. Der Kolben 7 ist mit dem Druck
der Pumpe belastet. Auf dem Kolben 6, der die doppelte Fläche besitzt, soll in dieser
Stellung der halbe Pumpendruck, der sich durch Abströmung von Öl über das Regelventil
b einstellt, lasten, weil das Federpaket c und die Differenzringfläche der Ventilnadel
15, 16 entsprechend errechnet sind. Sinkt jetzt durch Entnahme von Öl durch den
Verbraucher, z. B. zum Vor- oder Rücklauf des Kolbens einer Maschine, der Öldruck
in der Anlage, so wird die auf den Kolben 7 wirkende Druckkraft geringer. Die auf
den Kolben 6 wirkende Kraft bleibt bestehen, da sich durch den sinkenden Pumpendruck
nur die Abströmung im Regelventil b verringert bzw. aufhört, und damit wird der
Verstelldoppelkolben a in Fig. 1 nach rechts verschoben, weil der Flächendruck auf
den Kolben 6 größer ist als auf dem Kolben 7, und damit steigt die Förderleistung
der Pumpe durch Verschieben des Doppelkolbens a und Mitnahme des Pumpenstellgliedes
nach rechts. Gleichzeitig wird durch diese Verschiebung, der auch das fest mit dem
Verstelldoppelkolben a verbundene Regelventil b folgt, das Federpaket c entspannt,
so daß sich durch Öffnen des Regelventils und Abströmen von Öl ein geringerer Druck
im Regelventil und damit vor dem Kolben 6 einspielt. Die Wirkung ist also die gleiche,
die eine um das Maß der hydraulischen Verstärkung stärkere Feder bei direkter Einwirkung
auf den Verstelldoppelkolben a haben würde. Durch die hohe Übersetzung der Federkraft
des Paketes c wirken einmal am Verstelldoppelkolben sehr große Kräfte, die eine
sehr schnelle Verstellung der Pumpe ermöglichen, und zum anderen sind die bewegten
Massen des Reglers sehr gering. Mit kleinen, bequem auswechselbaren Federn des Federpaketes
c läßt sich somit jede gewünschte Regelcharakteristik der Öldruckpumpe einstellen.
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Im Ausführungsbeispiel wird durch drei nacheinander zur Wirkung kommende
Federn 19, 20, 21 eine angenähert hyperbolische Regelcharakteristik der Öldruckpumpe
erreicht, wie sich aus dem Diagramm nach Fig. 6 ergibt. Diese Charakteristik regelt
die Pumpenfördermenge mit großer Annäherung nach der Beziehung p₧Q = konstant,
wenn mit p der Pumpendruck und mit Q die Fördermenge bezeichnet wird. Da die Aufnahmeleistung
der Pumpe sich als Funktion des vorgenannten Produktes p₧Q errechnet, kann
mit einem kleinen Federpaket die maximale Ausnutzung einer gegebenen Antriebsleistung
erreicht werden. Ohne Schwierigkeiten kann bei dieser Reglerkonstruktion ein aus
mehr als drei Federn bestehendes Federpaket eingebaut werden, wie auch eine geringere
Anzahl Federn möglich ist. Damit ist von der einfachen linearen Regelcharakteristik
der Pumpe, bei der sich die Fördermenge umgekehrt proportional zum auftretenden
Druck ändert, bis zu einer willkürlichen Charakteristik jede Auslegung möglich.
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Wie schon erwähnt, arbeitet der erfindungsgemäße Leistungsregler nur,
wenn der Pumpendruck durch die plötzliche Entnahme einer großen Ölmenge nicht auf
Null absinken kann. Zum Beispiel ist durch ein besonderes Schaltventil zur Umsteuerung
hin- und herschwingender Kolben ein Absinken des Pumpendruckes unter einen fesgelegten
Mindestdruck P1min unmöglich, und dadurch ist die vorbeschriebene hydraulische Verstärkung
der Federkraft der Federung c zur schnellen Pumpenverstellung gewährleistet.
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Um bei einem sehr plötzlichen Druckabfall eine besonders schnelle
Schwenkbewegung des Stellgliedes der Öldruckpumpe in Richtung auf höhere Förderleistung
zu erzielen, besitzt der Leistungsregler einen Beschleuniger d. Dieser Beschleuniger
besteht aus einem mit dem Zylinderdeckel 4 verschweißten Rohrkolben 24, einem Rohrzylinder
25 und einer Feder 26. Der durch die Bohrung des Deckels 4 eintretende Druck, der
über das Regelventil b eingestellt wird und den Kolben 6 des Verstelldoppelkolbens
a zur Fördermengenerhöhung der Pumpe beaufschlagt, wirkt auch im Zylinderraum des
Beschleunigers d. In diesem Zylinderraum speichert sich unter Spannung der Feder
26 ein bestimmtes druckabhängiges Volumen. Bei plötzlichem Druckabfall drückt die
Feder 26 diesen Ölvorrat mittels des Rohrzylinders unter Spannung in den Leistungsregler
und beschleunigt damit die Schwenkung der Pumpe auf höhere Förderleistung, und zwar
durch Verschiebung des Verstelldoppelkolbens nach rechts. Durch ein Rücksc.hlagventil,
welches beispielsweise im Druckbegrenzungsventil nach Fig.3 angeordnet ist, kann
diese Olmenge nur in der gewollten Richtung strömen. Der Zylinderraum und die Feder
des Beschleunigers d sind so bemessen, daß auch bei plötzlicher Entspannung vom
vollen Pumpendruck auf den Mindestdruck kein Aufprallen des Kolbenbundes 8 auf die
Gummischeibe 10 erfolgt. Dies wird z. B. dadurch gewährleistet, daß der Zylinderraum
24 kleiner ist als der Zylinderraum 2.
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Die Fördermenge der Pumpe soll durch hydraulische Übertragung mit
einem vom Leistungsregler getrennt angeordneten Betätigungsorgän begrenzt
werden
können, um dadurch eine Anpassung der Pumpenleistung an den unterschiedlichen Bedarf
des Verbrauchers, z. B. beim Vor- und Rücklauf eines hydraulisch betriebenen Kolbens,
zu erreichen. Der Fördermengenbegrenzer e besteht aus einem am Zylinderdeckel 5
des Leistungsreglers befestigten Zylinder 27, einem in diesem Zylinder geführten
Anschlagkolben 28, der mit einer als Anschlag dienenden Kolbenstange 29 durch einen
in den Zylinder 27 eingepreßten Anschlagring 30 greift, und einer anschlagenden
Nadel 31, die in einer durchlaufenden Bohrung der Ventilnadel 15, 16 dichtend geführt
ist. Die Nadel 31 ist an ihrem einen Ende als Federteller ausgebildet. Sie ist durch
eine schwache Schraubenfeder 32 belastet, die diurch eine in einem Innengewinde
des Tellers 23 verstellbare Schraube 33 in der Spannung eingestellt werden kann.
Der Kalben 28 wird an seiner dem Deckel 5 zugekehrten Stirnseite durch den Druck
eines oder auch zweier noch zu erläuternder Druckreduzierventile nach Fig. 4 beaufschlagt.
Je nach Höhe des eingestellten Druckes verschiebt der Kolben 28 die Nadel 31 gegen
die Wirkung der Feder 32 um einen bestimmten Betrag und bringt damit die Steuerkante
34 der Nadel 31 in eine bestimmte Stellung. Wird die Pumpe auf größere Förderleistung
durch Verschieben des Verstelldoppelkolbens a und des an diesem Kolben befestigten
Regelventils b gesteuert, so werden schließlich Radialbohrungen 35 der rohrförmigen
Ventilnadel 15, 16 durch die Steuerkante 34 der Nadel 31 aufgesteuert, so daß das
Öl aus dem Regelventil b abströmt und der Druck im Regelventil und damit vor dem
Kolben 6 sinkt, so daß ein weiterer Vorlauf des Verstelldoppelkolbens a zur Erhöhung
der Pumpenförderung unmöglich wird. Die geringe Masse der vorbeschriebenen Teile
der Fördermengenbegrenzung erlaubt eine außerordentlich schnelle Einstellung. Es
ist daher eine selbstschaltende doppelte Einstellmöglichkeit für die Fördermengenbegrenzung,
die nachstehend noch beschrieben wird, vorteilhaft vorgesehen. Grundsätzlich ist
es aber auch möglich, die Anschlagstange 29 oder ein anderes Glied durch eine mechanische
Vorrichtung zu verstellen und damit die Stellung der Steuerkante 34 festzulegen.
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Der Leistungsregler arbeitet durch dauernde Abströmung einer geringen
Ölmenge über das Regelventil b. Das mag zunächst als Nachteil erscheinen, da eine
auf höheren Druck gebrachte Ölmenge entspannt wird. Die meisten der heute in Öldruckpressen
oder ähnlichen Maschinen mit hin- und herschwingenden Kolben verwendeten Regler
arbeiten so, daß einem durch das Drucköl belasteten Rückführkolben direkt eine Feder
oder ein Federpaket entgegenwirkt, welches durch eine Schraubenspindel gespannt
oder entspannt wird. Zur Regelung eines bestimmten Druckes ist in die Hauptpumpenleitung
ein federbelastetes Abströmventil eingebaut. Da dieser Regler nur träge arbeitet,
muß bei hoher Hubfolge eine Überregelung durch die Reglerfeder erfolgen und ein
größeres Abspritzvolumen durch das Abströmventil in Kauf genommen werden. Leistungsmessungen
an verschiedenen Öldruckpressen ergaben, daß bei Hubfolgen über 40 pro Minute durch
das Abströmventil Leistungsverluste bis zu 20% der Antriebsleistung unvermeidbar
waren. Die dauernde Abströmung durch das Regelventil nach der Erfindung verursacht
einen Leistungsverlust von weniger als 3% bei den bisher erreichten Hubfolgen, die
in praktischen Versuchen mit 100 pro Minute noch nicht die Leistung des Reglers
erschöpften. Das Federpaket c des beschriebenen Leistungsreglers kann während des
Betriebes durch eine äußere Handhabe nicht geändert werden. Um den Druck der Pumpe
auf ein bestimmtes Maß zu beschränken, erfolgt die Druckölzuleitung zum Kolben 6
und zum Regelventil b daher durch ein Druckbegrenzungsventil nach Fig. 3. Dieses
besteht im wesentlichen aus einem unterteilten Gehäuse 40, einem gestuften Ventilkolben
41, dem Ventilsitz 42, zwei auswechselbaren Drosseln 43 und 44, einem eingebauten
Rückschlagventil 45, einer Feder 46 und dem Einstellhandgriff 47. Das Drucköl der
Pumpe tritt über das Rückschlagventil 45, welches auch an beliebig anderer Stelle
vor dem Anschluß an den Zylinder 2 (Fig. 1) liegen kann, durch Bohrungen des Gehäuses
40 vor die Stufe 41a des Ventilkolbens 41. Durch Bobrungen des Ventilkolbens kann
das Drucköl über die Drossel 43 in einen im Innern des Ventilsitzes 42 liegenden
Raum 42a fließen. Von dort fließt es über die Drossel 44 durch eine nicht dargestellte
Rohrleitung zur Bohrung im Zylinderdeckel 4 des Leistungsreglers nach Fig. 1. Durch
die Drossel 44 wird die Zuflußmenge des Drucköls zum Leistungsregler beschränkt,
wodurch, wie schon erwähnt, die Menge des Ablauföls aus dem Regelventil b gering
bleibt und eine schnelle Absenkung oder Erhöhung des Druckes in der Zylinderbuchse
2 zur schnellen Verstellung des Doppelkolbens a erfolgen kann. Das Drucköl der Pumpe
belastet den Ventilkolben 41 vor seiner Stufe 41a in Schließrichtung. Diese Schließkraft
wird durch die mit dem Einstellhandgriff 47 regelbare Feder 46 verstärkt. Der Pumpendruck
wirkt nach Durchfließen der Drossel 43 im Innenraum 42a des Ventilsitzes 42 in entgegengesetzter
Richtung auf den Ventilkolben 41. Bei Anstieg des Druckes auf das durch die Feder
46 eingestellte Maß hebt sich der Ventilkolben 41 gegen die Wirkung der Feder 46
vom Ventilsitz 42, so daß Öl über Querbohrungen 48 des Gehäuses abströmen kann.
Damit wird der im Leistungsregler zur Fördermengenerhöhung wirkende Druck begrenzt,
und eine Drucksteigerung der Pumpe über diese Einstellung ist nicht möglich, da
der Verstelldoppelkolben a nach Fig. 1 nicht weiter in Richtung einer Fördermengenerhöhung
und damit verbundener Druckerhöhung verschoben werden kann. Die Druckbegrenzung
ist im Diagramm nach Fig. 6 durch die Linie 49 angedeutet, die sieh durch Änderung
der Federspannung 46 im Diagramm parallel nach links oder rechts verschiebt. Eine
Drucksteigerung der Pumpe über die Einstellung des Druckbegrenzungsventils wäre
nur in der Nullstellung der Pumpe denkbar. Die Drossel 43 ist nun aber so bemessen,
daß die sogenannte Nullförderung der Pumpe, die zur Schmierung und Kühlung eine
bestimmte Fördermenge betragen muß, über das Druckbegrenzungsventil abfließen kann.
Damit ersetzt das Druckbegrenzungsventil auch ein besonderes bei vielen Reglerkonstruktionen
bisher erforderliches Sicherheitsventil.
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Durch das Rückschlagventil 45 kann ein Abfluß von Drucköl aus dem
Leistungsregler nur über den Ventilsitz 42 erfolgen. Wird der Pumpendruck plötzlich
entspannt, so kann der vorbeschriebene Beschleunige:r c/ nach Fig. 1 sich gegen
dieses Druckbegrenzungsv entil mit dem Rücksehlagv entil 45 nicht in Richtung der
Pumpe entladen. Dieses Druckbegrenzungsventil kann, da es nur durch ein dünnes Rohr
mit dem Leistungsregler verbunden ist, an einer beliebigen Stelle der Maschine angeordnet
werden. Die Drossel 44, die den Durchfluß und damit die Abströmung
aus
dem Regelventil b nach Fig. 1 begrenzt, wird je nach der gewünschten Regelgeschwindigkeit
errechnet, um einen unnötigen Abströmverlust und eine Überregelung des Leistungsreglers
zu vermeiden.
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Zur Betätigung der erwähnten Fördermengenbegrenzung 27 bis 33 ist
ein Druckreduzierventil nach Fig. 4 erforderlich. Da die Fördermengenbegrenzung
der Pumpe praktisch trägheitslos arbeitet, können die Eilbewegungen eines Kolbens
(Eilrücklauf und Eilvorlauf) und die Arbeitsbewegung (Arbeitsvorlauf) getrennt durch
eine unterschiedliche Begrenzung der Fördermengen der Pumpe in der Geschwindigkeit
geregelt werden. Zu diesem Zweck werden zwei dieser Druckreduzierventile vorgesehen,
die sich in einer noch zu erläuternden Schaltung gegenseitig hydraulisch verriegeln.
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Die Fig. 4 zeigt zwei Druckreduzierventile. Der Pumpendruck wird auf
eine durch eine Feder einstellbare Spannung, beispielsweise auf 2 bis 6,5 atü, reduziert.
Mit diesem reduzierten Druck wird der Kolben 28 nach Fig. 1 belastet. Er verkürzt
die Feder 32 um einen bestimmten Betrag, und die Steuerkante 34 erhält dadurch die
gewollte Stellung zur Begrenzung einer weiteren Schwenkung des Stellgliedes der
Pumpe. Der Kolben 28 besitzt eine in der Mitte als Drossel verengte Bohrung, aus
der dauernd eine kleine Ölmenge strömt, damit bei Herunterregelung des Druckes am
Druckreduzierventil der Kolben 28 unter Wirkung der Feder 32 zurücklaufen kann.
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Das Druckreduzierventil nach Fig. 4 besteht aus einem unterteilten
Gehäuse 50, einem Ventilkolben 51 mit Ventilteller 52, dem Ventilsitz 53, einem
mit dem Ventilkolben 51 verschraubten Schließkolben 54, einer Feder 55, einem Einstellhandgriff
56 und einer Drossel 57. Der Pumpendruck tritt über die Leitung 58 durch die Drossel
57 in das Gehäuseinnere vor den Ventilsitz 53. Der vor dem Schließkolben 54 befindliche
Ringraum 58 steht über Gehäusebohrungen 59 und durch ein dünnes Rohr 60 mit dem
Zylinderraum 27 nach Fig. 1 in Verbindung. Der Druck in diesem Ringraum 58 wird
durch den Durchmesserunterschied zwischen Ventilsitz 53 und Schließkolben 54 sowie
durch den Druck der Feder 55 bestimmt. Durch den Ventilsitz 53 strömt nur die Menge
Öl, die nötig ist, den durch Einstellung der Feder 55 bestimmten Druck im Ringraum
vor dem Schließkolben 54 aufrechtzuerhalten. Mit diesem Druck wird, wie schon beschrieben,
der Kolben 28 nach Fig. 1 zur Regelung der Pumpenfördermenge verstellt und eingestellt.
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Damit wird die Fördermenge der Pumpe begrenzt, und diese Begrenzungslinie
63 ist im Diagramm nach Fig. 6 eingezeichnet. Die Begrenzungslinie 63 verschiebt
sich parallel nach oben oder unten entsprechend der eingestellten Spannung der Feder
55 des Druckreduzierventils.
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Um eine unterschiedliche Fördermengenbegrenzung für den Eilgang und
Arbeitsgang eines durch Drucköl betätigten Kolbens einstellen zu können, sind zwei
dieser beschriebenen Druckreduzierventile A und B erforderlich. Der reduzierte Druck
des Druckreduzierventils B, der die Eilgangfördermenge einstellt, wird hinter den
Ventilkolben 51 des Druckreduzierventils A geführt. Durch den Flächendruck auf den
Kolben 51 wird die Kraft der Feder 55 überwunden, und damit wird dieses Reduzierventil
A auch bei stärkster Federspannung geschlossen gehalten. Das im Druckreduzierventil
B auf Niederdruck reduzierte Öl fließt außerdem über ein Rückschlagventil 61 zum
Fördermengenbegrenzer e. Wird die Maschine durch Umschaltung, z. B. durch ein spezielles
Schaltventil, von Eilgang auf Arbeitsgang umgeschaltet, so wird der Ventilkolben
51 des Druckreduzierventils B durch eine vom Schaltventil kommende Leitung S gegen
die Wirkung der Feder 55 mit dem Pumpendruck beaufschlagt. Damit läßt dieses Reduzierventil
B kein Drucköl mehr durch, so daß auch der vorbeschriebene Druck auf die Rückseite
des Ventilkolbens des Reduzierventils A aufhört. Durch eine eingesetzte Düse 62
kann sich nun der Raum hinter diesem Ventilkolben entspannen, die Feder 55 des Ventils
A wird wieder wirksam und damit ist der Druck dieses Ventils A für die Stellung
der Fördermengenbegrenzung am Leistungsregler wirksam, und zwar zur Einstellung
der für den Arbeitsgang erforderlichen Fördermenge. Das Rückschlagventil 61 verhindert,
daß das Reduzierventil A Druck hinter seinen eigenen Ventilkolben speist. Die Abströmung
durch die Düse 62 des Reduzierventils A erfolgt während der gesamten Wirkungszeit
des Reduzierventils B. Da die Ventilkolben 51 sich nur um Bruchteile eines Millimeters
bewegen, wird die Entspannung des Raumes hinter den Ventilkolben sehr schnell herbeigeführt.
Es kann eine Düse 62 mit sehr enger Bohrung, durch die kaum Ölverlust eintritt,
eingebaut werden.
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Die drei Betätigungsorgane für den Leistungsregler, nämlich das Druckbegrenzungsventil
(Fig. 3) und die beiden Druckreduzierventile (Fig. 4), werden vorteilhaft auf einer
gemeinsamen Grundplatte, die für die Durchführung der Ölleitungen Bohrungen besitzt,
befestigt. Man kann also diese Betätigungsorgane an beliebiger, von der Pumpe unabhängiger
Stelle anordnen.
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Die Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Gesamtschaltplan
der Öldruckpumpe mit Leistungsregler und den vorerwähnten Betätigungsorganen.
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Schließlich sei noch angeführt, daß in die Birne der Pumpe P nach
Fig. 1 und 2 ein Stift 36 eingesetzt ist, der bei Nullstellung der Pumpe einen im
Maschinengehäuse befestigten, in Längsrichtung einstellbaren, öldicht gekapselten
Endschalter 37 betätigt. Es ist heute üblich, die Druckumschaltung von durch Öldruck
betätigten Maschinen mit Manometern vorzunehmen, die einstellbare Ruhe- oder Arbeitsstromkontakte
besitzen. Diese Kontakte können bei hoher Schalthäufigkeit nur für sehr geringe
Ströme ausgelegt werden, so daß z. B. die Schaltung eines Steuerschützes nur unter
Zwischenschaltung eines empfindlichen Relais möglich wird. Da die mit dem beschriebenen
Leistungsregler ausgerüstete Pumpe bei Anstieg auf den eingestellten Pumpendruck
sofort in Nullstellung geregelt wird und damit über den Stift 36 den Endschalter
37 betätigt, kann ein robuster, für hohe Schaltleistung ausgelegter Endschalter
die Funktion der Manometerkontakte übernehmen. In die Maschine wird nur ein anzeigendes
Manometer eingebaut. Dieses Manometer kann durch eine starke Dämpfung betriebssicher
ausgeführt werden, da eine verzögerungsfreie Anzeige zum Zweck einer schnellen Kontaktbetätigung
nicht mehr erforderlich ist.