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Die
Erfindung geht aus von einer Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Verstellvorrichtungen,
die einen Stellkolben aufweisen, der auf das Verdrängungsvolumen
einer hydrostatischen Maschine einwirkt sind bekannt. Durch eine
Druckdifferenz zwischen zwei Stelldruckkammern, die an jeweils einem
Ende den Stellkolben mit Druck beaufschlagen, lenken den Stellkolben
aus seiner Neutralstellung aus und verändern so das Verdrängungsvolumen.
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Aus
der
DE 195 40 654
C1 ist beispielsweise eine Verstellvorrichtung der eingangs
angegebenen Art bekannt, bei der die Auslenkung des Stellkolbens über einen
Rückführhebel
eine der Stellrichtung entgegenwirkende Kraft erzeugt.
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Die
Position wird durch einen drehbar gelagerten Rückführhebel je nach Richtung der
Auslenkung auf einen von zwei gegenüberliegend angeordneten Kipphebeln übertragen.
Die Kipphebel sind federbelastet und erzeugen so eine der Auslenkung des
Steuerkolbens entgegengerichtete Kraft. In den Steuerkolben ist
eine Ausnehmung zur Aufnahme der Kipphebel eingebracht, durch die
die Rückstellkraft
auf den Steuerkolben übertragen
wird. Zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen den Stelldruckkammern
wird der Steuerkolben durch einen Steuerdruck, der in den Steuerdruckkammern
auf die Stirnseite des Steuerkolbens einwirkt, ausgelenkt und gibt
den Strömungsweg
von einer Speisedruckleitung zu einer der beiden Stelldruckkammern
frei.
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Die
Verstellvorrichtung weist weiterhin ein Zentrierventil und ein daran
angegliedertes Schaltventil auf. Bei einem Druckabfall in beiden
Steuerleitungen unter einen durch das Schaltventil vorgegebenen
Wert wird durch Öffnen
einer Entspannungsleitung das Zentrierventil aktiviert. Dadurch
wird der jeweils höhere
Druck in der Zuleitung zu den Stelldruckkammern entlastet, bis ein
Druckgleichgewicht erreicht ist. Der Stellkolben wird in seine Neutralstellung
zurückgeführt und
das Verdrängungsvolumen der
hydrostatischen Maschine ist Null.
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Nachteilig
an der angegebenen Verstellvorrichtung ist der hohe technische Aufwand.
Zusätzlich zu
dem Steuerventil ist ein Zentrierventil und ein Schaltventil erforderlich.
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Die
Gelenke, die erforderlich sind, um die lineare Stellkolbenbewegung
auf die Kipphebel zu übertragen
sind ebenfalls von Nachteil. Die Drehbewegung mit der sich die Kipphebel
bewegen muß anschließend wieder
auf den sich linear bewegenden Steuerkolben übertragen werden. Die Fertigung
verschleißarmer
Gelenkverbindungen und Lagerstellen verursacht Kosten und erhöht die Anzahl
möglicher Fehlerquellen.
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Darüber hinaus
ist der Steuerkolben an seinen entgegengesetzten Enden in dem Ventilgehäuse geführt. Die
hohen Drücke
erfordern eine präzise Verarbeitung,
damit durch Bauteiltoleranzen keine unerwünschten Leckagespalte auftreten.
Die Fertigung zueinander winkeltreuer Bohrungen in dem Ventilgehäuse und
der korrespondierenden Dicht- und Lagerflächen an dem Steuerkolben erhöhen ebenfalls
den Fertigungsaufwand.
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Weiterhin
weist der Steuerkolben keine Möglichkeit
zur Zentrierung auf. Das Einbaumaß ist durch die Fertigungsmaße der Bauteile
bestimmt. Eine nachträgliche
Justage am vollständig
montierten Ventil ist nicht vorgesehen.
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Aus
DE 44 43 178 C1 ist
ein direktgesteuertes Wegeschieberventil mit einer Schubstange beschrieben,
die in ihrer Längsrichtung
hin und her verschiebbar ist und an ihrem einen Ende mit einer sie umgebenden
Steuerhülse
verbunden ist und an ihrem anderen Ende mit einem schwenkbar gelagerten Betätigungselement
verbunden ist, bei dem es sich um einen Steuerhebel für den Hauptrotor
eines Hubschraubers handelt. Die Steuerhülse ist folglich mit der Schubstange
in einer Gehäusebuchse
hin und her verschiebbar, wobei dazwischen Steuerkanalabschnitte
und Steuerkanten zum wahlweisen Verbinden und/oder Trennen von Steuerkanälen vorgesehen
sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung zu
schaffen, bei der größere Toleranzen
bei der Fertigung der Bauteile möglich sind,
ohne daß dies
zu einer Funktionsbeeinträchtigung
führt.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
mehrteilige Steuerkolben kann Winkelfehler die in den Lagerbereichen
auftreten durch seine kurze Führungslänge auf
der Seite des Steuerventils ausgleichen.
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Weiterhin
ist die Beaufschlagung nur eines Steuerkolbenteils allein mit der
durch den Rückführhebel
erzeugten Gegenkraft vorteilhaft. Die Gegenkraft wird von dem ersten
Steuerkolbenteil auf den zweiten Steuerkolbenteil durch einen Steuerkolbenstößel übertragen,
wodurch ausschließlich
Schubkräfte übertragen
werden. Der zweite Steuerkolbenteil, der die Einstellung des Drosselventils
vornimmt, ist dadurch vollkommen frei von Querkräften, die zu vorzeitigem Verschleiß führen können.
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Gemäß den in
den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung möglich.
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Von
Vorteil ist die Vorspannung, die durch Zentrierfedern und Einstellfedern
auf den Steuerkolben gebracht wird. Der Steuerkolben befindet sich somit
immer in einer durch ein Kräftegleichgewicht definierten
Ausgangslage, die durch die Einstellmöglichkeit der Federspannung
einstellbar ist und dadurch auf die exakten Einbaubedingungen der
verwendeten Bauteile abstimmbar.
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Ebenso
vorteilhaft ist die unabhängige
Einstellmöglichkeit
der Neutralstellung des Steuerventils durch eine in axialer Richtung
veränderbare
Steuerbuchse. Dadurch kann entsprechend der Gesamtlänge des
Steuerkolbens und der damit verbundenen Stellung der Steuernuten
die Position des Steuerventils angepaßt werden. Die daraus resultierende
größere Tolerierung
bei der Herstellung der Bauteile senkt wiederum die Kosten.
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Die
Verstellvorrichtung kann sowohl mit einer hydraulischen Steuerung
als auch mit Hilfe von Proportionalmagneten betrieben werden. Dadurch
ist ein Einsatz, der an bereits bestehende Systeme mit Steuerleitungen
anknüpft,
möglich.
Durch die Verwendung von elektrischen Steuerungen mit Proportionalmagneten
oder Vorsteuerventilen ist eine zusätzliche Präzisierung des Stellvorgangs
durch die Integration eines Wegaufnehmers an dem Stellkolben möglich. Durch
eine Korrektur des Steuersignals wird eine höhere Stellgenauigkeit erreicht.
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Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung
sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 einen
schematischen Teilschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung;
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2 einen
schematischen Teilschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung;
und
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3 einen
Ausschnitt eines hydraulischen Schaltplans des ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung.
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1 zeigt
schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 1 mit
einem Steuerventil 2 und einem Stellkolben 3.
Durch einen fest mit dem Stellkolben 3 verbundenen Rückführhebel 4 steht
der Stellkolben 3 mit dem Steuerventil 2 mechanisch
in Wirkverbindung. Bevor die Funktion der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 1 näher beschrieben
wird, soll anhand von 1 zunächst der Aufbau der Verstellvorrichtung 1 in
Neutralstellung erläutert
werden.
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Der
Stellkolben 3 ist mit seinen beiden zylindrischen Enden
in einer ersten bzw. zweiten Stelldruckkammerausnehmung 5a bzw. 5b geführt, die
in ein erstes bzw. zweites Stelldruckkammergehäuse 6a bzw. 6b eingebracht
sind. Das von dem Stellkolben 3 und der ersten bzw. zweiten
Stelldruckkammerausnehmung 5a bzw. 5b ausgebildete
Volumen bildet eine erste bzw. zweite Stelldruckkammer 7a bzw. 7b.
Der Stellkolben 3 weist eine Ausnehmung 79 auf,
in der eine erste und zweite Rückstellfeder 8a und 8b angeordnet
sind. Die Rückstellfedern 8a und 8b sind
als spiralförmige
Druckfedern ausgeführt, stützen sich
mit ihren Enden auf einem ersten und zweiten Federlager 9a und 9b ab
und sind ineinander angeordnet. Der Stellkolben 3 weist
stirnseitig einen Stellkolbendeckel 10 auf, der in den
Stellkolben 3 eingeschraubt und durch einen Sicherungsring
fixiert ist. Durch die Kraft der Rückstellfedern 8a und 8b wird das
erste Federlager 9a gegen den Grund der Ausnehmung 79 des
Stellkolbens 3 gedrückt,
das gegenüberliegende
zweite Federlager 9b gegen den Stellkolbendeckel 10.
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Die
Federlager 9a und 9b weisen jeweils eine durchgängige, gestufte
Aufnahmeöffnung 82a und 82b auf,
in die jeweils eine Abstandsstange 11a und 11b hineinragen,
die an der radialen Stufe der Aufnahmeöffnung 82a und 82b eine
korrespondierende Vergrößerung ihrer
radialen Ausdehnung aufweisen. Die Abstandsstangen 11a und 11b durchdringen
den Stellkolben 3 bzw. den Stellkolbendeckel 10 und
liegen an jeweils einem Einsteller 12 an, dessen axiale
Position über
eine mit einer Kontermutter 14 fixierte Einstellhülse 13 veränderbar
ist. Zum Schutz ist eine Abdeckkappe 85 auf die Einstellhülse 13 aufgeschraubt.
Durch die axiale Position der Einsteller 12 wird die relative
Neutralstellung des Stellkolbens 3 bezüglich der in einem gemeinsamen
Gehäuse
befestigten Stelldruckkammergehäusen 6a und 6b festgelegt.
Das Gehäuse
ist in der Darstellung durch die strichpunktierten Linien angedeutet.
Die Abstandsstangen 11a und 11b sind in dem Stellkolben 3 und
dem Stellkolbendeckel 10 in axialer Richtung verschiebbar.
In der dargestellten Neutralstellung der Stellvorrichtung 1 liegen
die beiden Abstandsstangen 11a und 11b sowohl
an dem jeweiligen Einsteller 12 als auch an der jeweiligen
Stufe in der Aufnahmeöffnung 82a bzw. 82b des
Federlagers 9a bzw. 9b an, wobei die Federlager 9a und 9b gleichzeitig
mit dem Stellkolbendeckel 10 und dem Grund der Ausnehmung 79 des
Stellkolbens 3 in Anlage stehen.
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Der
zum Stellen des Stellkolbens 3 in den Stelldruckkammern 7a und 7b erforderliche
Druck wird durch Stelldruckleitungen 16a und 16b von
dem Steuerventil 2 eingestellt. Das Steuerventil 2 weist
einen Steuerkolben 17 auf, der aus einem ersten Steuerkolbenteil 18 und
einem zweiten Steuerkolbenteil 19 besteht, die in axialer
Richtung aufeinanderfolgend angeordnet sind und durch einen Steuerkolbenstößel 20 miteinander
in Wirkverbindung stehen. In die aufeinander zu gerichteten Enden
der Steuerkolbenteile 18 und 19 sind Ausnehmungen
zur Aufnahme des Steuerkolbenstößels 20 eingebracht,
wobei zumindest eine Ausnehmung, z. B. in dem ersten Steuerkolbenteil 18,
als eine Ausgleichsausnehmung 15 ausgelegt ist und eine
größere radiale
Ausdehnung als der Steuerkolbenstößel 20 aufweist, so
daß zwischen
dem Steuerkolbenteil 18 und dem Steuerkolbenstößel 20 keine
Kräfte
senkrecht zur Mittelachse 21 des Steuerkolbens 17 übertragbar
sind.
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Der
erste Steuerkolbenteil 18 ist einerseits in einem Steuerventildeckel 22 und
auf der gegenüberliegenden
Seite in einer Führungsausnehmung 25 einer
Steuerbuchse 23 geführt.
Die Steuerbuchse 23 ist in ein Steuerventilgehäuse 24 eingeschraubt
und mit einer Kontermutter 14 fixiert. Die Steuerbuchse 23 weist
zumindest drei Bohrungen auf, mit denen jeweils ein umlaufender
Kanal 26a bis 26c mit der Führungsausnehmung 25 verbunden
ist. Eine in das Steuerventilgehäuse 24 eingebrachte
Speiseleitung 27 mündet
in einen ersten umlaufenden Kanal 26a aus, eine Verbindungsleitung 28 in
einen zweiten umlaufenden Kanal 26b und ein dritter umlaufender
Kanal 26c ist über
eine Rücklaufleitung 29 mit
einem Tank verbunden, der z.B. durch das innere Volumen des Gehäuses ausgebildet ist.
Die Speiseleitung 27 weist in jedem Betriebszustand der
Verstellvorrichtung einen Mindestdruck auf, der durch eine nicht dargestellte
Einrichtung erzeugt wird, und auf die bei der Beschreibung von 3 noch
eingegangen wird.
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Der
zweite Steuerkolbenteil 19 bildet zusammen mit der Steuerbuchse 23 ein
Drosselventil 47 aus und ist in der Führungsausnehmung 25 der
Steuerbuchse 23 geführt
und weist zwei in den Umfang eingebrachte Steuernuten 30a und 30b auf,
die in axialer Richtung so beabstandet sind, daß der zwischen den Steuernuten 30a und 30b ausgebildete Teil
in Neutralstellung des Drosselventils 47 die zu dem mittleren
umlaufenden Kanal 26b führende
Bohrung symmetrisch verschließt.
Die axiale Ausdehnung der Steuernuten 30a und 30b ist
so groß,
daß durch
axiales Verschieben des zweiten Steuerkolbenteils 19 eine
Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 28 und der Speiseleitung 27 bzw.
zwischen der Verbindungsleitung 28 und der Rücklaufleitung 29 herstellbar
ist.
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Der
zweite Steuerkolbenteil 19 ragt mit seiner dem ersten Steuerkolbenteil 18 abgewandten Seite
aus der Führungsausnehmung 25 heraus
in einen ersten Federraum 86a der Steuerbuchse 23 hinein
und weist eine kragenförmige
Erweiterung 32 auf, auf der sich eine Zentrierfeder 33 abstützt. Der
erste Federraum 86a ist auf nicht näher beschriebene Weise mit
dem Tankvolumen verbunden, um einen Druckausgleich zu ermöglichen.
Das zweite Ende der Zentrierfeder 33 stützt sich auf einem Widerlager 34 ab,
der das stirnseitige Ende eines an der Steuerbuchse 23 befestigten
Proportionalmagneten 31 bildet. An dem Widerlager 34 ist
eine Hülse 35 angeordnet,
deren relative axiale Position zu dem Widerlager 34 einstellbar
ist, und die als Begrenzung für
eine Einstellfeder 36 dient, deren zweites Ende sich ebenfalls
an der kragenförmigen
Erweiterung 32 abstützt. In
einer zentralen Ausnehmung des Widerlagers 34 ist ein Magnetstößel 37 geführt, der
eine Steuerkraft auf das stirnseitige Ende des zweiten Steuerkolbenteils 19 überträgt, die
proportional dem elektrischen Steuersignal ist und von dem Proportionalmagneten 31 erzeugt
wird.
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An
dem gegenüberliegenden
Ende des ersten Steuerkolbenteils 18 befindet sich eine
Steuereinrichtung 38, die in ihrem Aufbau der vorstehenden Beschreibung
der Seite des zweiten Steuerkolbenteils 19 entspricht.
Die Führung
des ersten Steuerkolbenteils 18 und die Ausbildung des
zweiten Federraums 86b werden durch den Steuerventildeckel 22 übernommen.
Zur Montage ist anstelle der kragenförmigen Erweiterung 32 eine
Scheibe 39 auf den ersten Steuerkolbenteil 18 aufgeschoben,
die sich an einer radialen Abstufung des ersten Steuerkolbenteils 18 abstützt. Durch
die Summe der Federkräfte der
Zentrierfedern 33 und der Einstellfedern 36 werden
der erste und der zweite Steuerkolbenteil 18 und 19 und
der Steuerkolbenstößel 20 zusammengedrückt und
der Steuerkolben 17 in Neutralstellung gehalten.
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Auf
den ersten Steuerkolbenteil 18 sind ein erster Federsitzkörper 40a und
ein zweiter Federsitzkörper 40b aufgeschoben.
Die beiden Federsitzkörper 40a und 40b werden
durch eine zwischen ihnen angeordnete Steuerfeder 45 auseinandergedrückt, bis
der erste Federsitzkörper 40a an
einer auf den ersten Steuerkolbenteil 18 aufgesetzten Begrenzungshülse 41 anliegt,
die beispielsweise durch einen Schnappverschluß in einer Nut 87 des
ersten Steuerkolbenteils 18 gegen axiales Verschieben gesichert
ist. Der zweite Federsitzkörper 40b wird
durch die Federkraft gegen eine Anschlagfläche 42 gedrückt, die
von einer radialen Erweiterung des ersten Steuerkolbenteils 18 gebildet
wird.
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Gleichzeitig
stützen
sich die voneinander abgewandten Flächen der Federsitzkörper 40a und 40b an
der Innenseite des Bodens 88 einer Federhülse 43 einerseits
und andererseits an einer Anschlagscheibe 44 ab, welche
bis zu einem Absatz in die Federhülse 43 eingesetzt
ist und durch einen Sicherungsring gegen axiale Bewegung geschützt ist.
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Der
Boden 88 der Federhülse 43 und
die Anschlagscheibe 44 weisen zentrale Ausnehmungen auf,
die größer als
die radialen Ausdehnungen der Anschlagfläche 42 bzw. der Begrenzungshülse 41 und
kleiner als die größte radiale
Ausdehnung der Federsitzkörper 40a und 40b sind.
Die Federhülse 43 ist
gegen die Federkraft der Steuerfeder 45 relativ zu dem
ersten Steuerkolbenteil 18 in beide Richtungen verschiebbar.
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Die
Federhülse 43 weist
eine näherungsweise
zylindrische Außengeometrie
auf und durchdringt eine Klemmvorrichtung 46, die an dem
von dem Stellkolben 3 abgewandten Ende des Rückführhebels 4 angeordnet
ist. Bei gelöster
Klemmvorrichtung 46 ist der Rückführhebel 4 auf der
Federhülse 43 verschiebbar
und damit die relative Position von Rückführhebel 4 und Federhülse 43 zueinander
einstellbar. An dem anderen Ende ist der Rückführhebel 4 fest an
dem Stellkolben 3 fixiert. Die Klemmvorrichtung 46 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
als geschlitztes Auge ausgeführt.
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Ausgehend
von der vorstehend beschriebenen Neutralstellung der Stellvorrichtung 1 soll
nun ebenfalls anhand von 1 die Funktionsweise erläutert werden.
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In
Neutralstellung erhalten die beiden Proportionalmagnete 31 über ihren
elektrischen Steckkontakt 48 zwei gleiche Steuersignale,
so daß die durch
den Magnetstößel 37 auf
den Steuerkolben 17 wirkenden Kräfte sich aufheben und der Steuerkolben 17 in
seiner durch die Einstellfedern 36 und die Zentrierfedern 33 vorgegebenen
Neutralstellung verbleibt. Zur Auslenkung des Steuerkolbens 17 wird zwischen
den beiden Steuersignalen eine Differenz erzeugt, beispielsweise
durch Vergrößern des
Signals für
den drosselventilseitigen Proportionalmagneten 31. Durch
den drosselventilseitigen Proportionalmagneten 31 wird
eine Steuerkraft über
den Magnetstößel 37 auf
den Steuerkolben 17 übertragen, der
entgegen der Federkraft der gegenüberliegenden Zentrierfeder 33 und
Einstellfeder 36 ausgelenkt wird. Der Stellkolben 3 befindet
sich noch in Neutralstellung und über den starr mit dem Stellkolben 3 verbundenen
Rückführhebel 4 wird
die Federhülse 43 ebenfalls
in ihrer Ausgangsposition gehalten.
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Durch
die Bewegung des Steuerkolbens 17 hebt der Federsitzkörper 40a von
dem Boden 88 der Federhülse 43 ab.
Der zweite Federsitzkörper 40b stützt sich
an der Anschlagscheibe 44 ab und hebt durch den sich relativ
zu der Federhülse 43 verschiebenden
Steuerkolben 17 von der Anlagefläche 42 ab. Die zwischen
den beiden Federsitzkörpern 40a und 40b gespannte
Steuerfeder 45 baut eine Gegenkraft auf, die entgegen der
Steuerkraft des auslenkenden Proportionalmagneten 31 ist,
bis die Kräfte
sich in einem neuen Gleichgewichtszustand befinden.
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Durch
die Verschiebung des zweiten Steuerkolbenteils 19 verbindet
die Steuernut 30a die Speiseleitung 27 mit der
Verbindungsleitung 28 und sorgt damit für einen Druckausgleich in den
beiden Stelldruckkammern 7a und 7b. Entsprechend
den beiden unterschiedlichen Querschnitten der Stelldruckkammern 7a und 7b wirkt
durch die entsprechend unterschiedlichen Kolbenflächen auf
den Stellkolben 3 eine resultierende Stellkraft, die den
Stellkolben 3 in Richtung der ersten Stelldruckkammer 7a verschiebt. Aufgrund
der sich in Anlage mit dem Einsteller 12 befindlichen Abstandsstange 11a kann
das Federlager 9a, welches sich mit der Stufung der Aufnahmeöffnung 82 an
der Änderung
der radialen Ausdehnung der Abstandsstange 11a abstützt der
Bewegung nicht folgen und hebt von dem Grund der Ausnehmung 79 des
Stellkolbens 3 ab. Das gegenüberliegende Federlager 9b stützt sich
an dem Stellkolbendeckel 10 ab. Die Kompression der Rückstellfedern 8a und 8b bewirkt
eine Rückstellkraft
auf den Stellkolben 3. Zum Volumenausgleich, der durch
die in den Stellkolben 3 eintauchenden Abstandsstange 11a oder 11b erforderlich
ist, ist eine Ausgleichsbohrung 89 in den Stellkolben 3 eingebracht,
durch den ein Druckausgleich zwischen der Ausnehmung 79 des
Stellkolbens 3 und dem Innenraum des Gehäuses stattfindet.
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Die
Auslenkung des Stellkolbens 3 wird durch die starre Anbindung
des Rückführhebels 4 auf die
Federhülse 43 übertragen.
Die Bewegungsrichtung der Federhülse 43 ist
der Auslenkung des Steuerkolbens 17 entgegengesetzt. Die
relative Position der Federhülse 43 zu
dem Steuerkolben 3 ändert sich
gleichsinnig zur vorstehend beschriebenen relativen Bewegung des
Steuerkolbens 3 durch die Steuerkraft des Proportionalmagneten 31.
Die Steuerfeder 45 wird dadurch weiter gestaucht und die
entgegen der Steuerkraft des Proportionalmagneten 31 wirkende
Gegenkraft vergrößert sich.
Mit größer werdendem
Stellweg des Stellkolbens 3 wird daher die Gleichgewichtslage
des Steuerkolbens 3 in Richtung seiner Neutralstellung
verschoben. Das Drosselventil 47 wird weiter geschlossen.
Das Schließen
des Drosselventils 47 reduziert die pro Zeiteinheit in
die zweite Stelldruckkammer 7b nachgeförderte Menge an Hydraulikfluid,
wodurch sich mit zunehmendem Stellweg des Stellkolbens 3 die
Bewegung des Stellkolbens 3 verlangsamt. Die Bewegung des
Stellkolbens 3 ist beendet, wenn die von der Steuerfeder 45 erzeugte
Kraft zwischen der Federhülse 43 und
dem Steuerkolben 17 so groß ist, daß die resultierende Gegenkraft
auf den Magnetstößel 37 gleich
groß der Steuerkraft
ist. Der Steuerkolben 17 bewegt sich dann durch die Zentrierfedern 33 und
Einstellfeder 36 in seine Neutralstellung und das Drosselventil 47 ist geschlossen.
Der Stellkolben 3 erreicht seine dem Differenzsteuersignal
proportionale Auslenkung ohne Überschwingen.
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Die
Auslenkung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt analog durch
ein Differenzsteuersignal umgekehrten Vorzeichens, wobei der erste
Steuerkolbenteil 18 durch den Proportionalmagneten 31 mit
eine Stellkraft beaufschlagt wird, die durch den Steuerkolbenstößel 20 auf
den zweiten Steuerkolbenteil 19 übertragen wird. Die Steuernut 30 verbindet
die Verbindungsleitung 28 mit der Rücklaufleitung 29 und
entspannt so die zweite Stelldruckkammer 7b in den Tank.
Der Druck in der ersten Stelldruckkammer 7a ist größer als
der in der zweiten Stelldruckkammer 7b, so daß die resultierende
Stellkraft den Stellkolben 3 in Richtung der zweiten Stelldruckkammer 7b auslenkt.
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Zur
Rückkehr
des Stellkolbens 3 in seine Neutralstellung ist das Differenzsteuersingal
Null, so daß auf
den Steuerkolben 17 keine Kraft durch die Proportionalmagnete 31 wirkt.
Durch die von der Federhülse 43 bei
noch ausgelenktem Stellkolben 3 auf den Steuerkolben 17 übertragene
Kraft wird der Steuerkolben 17 so ausgelenkt, daß die entsprechende
Stellung des Drosselventils 47 die Auslenkung des Stellkolbens 3 verringert.
Die Verringerung der Auslenkung des Stellkolbens 3 führt dabei
zu einer Verringerung der Federkraft der Steuerfeder 45 auf
den Steuerkolben, so daß sich
die Stellbewegung des Stellkolbens 3 in Richtung seiner
Neutralstellung wiederum verlangsamt und diese ohne Überschwingen
erreicht.
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Der
Steuerkolben 17 weist eine nicht beeinflußbare Gesamtlänge auf,
die durch Fertigungstoleranzen schwanken kann. Damit beide Proportionalmagnete 31 in
ihrem idealen Hubbereich arbeiten können, ist ihr Abstand einstellbar.
Der Proportionalmagnet 31 auf seiten des ersten Steuerkolbenteils 18 ist
hierzu über
eine Gewindeverbindung mit dem Steuerventildeckel 22 verbunden
und mit einer Kontermutter 14 zu fixieren. Die Position
des drosselventilseitigen Proportionalmagneten 31, der
mit der Steuerbuchse 23 verbunden ist, relativ zu dem Steuerkolben 17 ist
durch die Position der Steuerbuchse 23 relativ zu dem Steuergehäuse 24 durch
eine Gewindeverbindung einstellbar. Das Ausgleichen der Federkräfte für die Neutralstellung
erfolgt durch Einstellen der relativen Position der Hülsen 35 zu
den Widerlagern 34, so daß sich für eine durch Einstellen des
Hubbereichs der Proportionalmagente 31 veränderte Federspannung
der Zentrierfedern 33 eine ausgleichende Korrektur der
Vorspannung der Enstellfedern 36 erreichen läßt. Zum
Ausgleichen von Bauteiltoleranzen des zweiten Steuerkolbenteils 19 und
der Steuerbuchse 23 die einen Einfluß auf die Neutralstellung des
Drosselventils 47 haben, kann die Verbindung zwischen dem
drosselventilseitigen Proportionalmagneten 31 und der Steuerbuchse 23 ebenfalls
einstellbar ausgeführt
sein.
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Durch
die Schraubverbindung der Steuerbuchse 23 mit dem Steuerventilgehäuse 24 ist
eine winkelrichtige und versatzfreie Positionierung der Mittelachse
der Führungsausnehmung 25 mit
der Führungsausnehmung
des Steuergehäusedeckels 22 nicht
sicherzustellen. Durch die Teilung des Steuerkolbens 17 in
einen ersten und zweiten Steuerkolbenteil 18 und 19 wird
ein Klemmen zuverlässig
verhindert. Der erste Steuerkolbenteil 18 ist in der Führungsausnehmung 25 nur
auf einer kurzen Länge
geführt,
so daß ein
Ausgleich von Lagetoleranzen möglich
ist. Zur Betätigung
des Steuerventils 2 sind nur Schubkräfte von einem Steuerkolbenteil 18 oder 19 auf
das jeweils andere Steuerkolbenteil 19 oder 18 zu übertragen.
Die beiden Steuerkolbenteile 18 und 19 sind mittels
des Steuerkolbenstößels 20 verbunden. Die
beiden zueinander weisenden Enden der Steuerkolbenteile 18 und 19 weisen
hierzu Ausnehmungen auf, wobei die Addition der Längen der
Ausnehmungen kleiner ist als die Länge des Steuerkolbenstößels 20.
Zumindest eine der Ausnehmungen ist als Ausgleichsaufnahme 15 ausgeführt und
weist eine radiale Ausdehnung auf, die groß genug ist, um den Winkelfehler
und den Versatz der Mittelachsen der beiden Steuerkolbenteile 18 und 19 ausgleichen
zu können,
ohne daß zwischen
den beiden Steuerkolbenteilen 18 und 19 Querkräfte übertragen
werden.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt,
wobei anstelle der Steuereinrichtungen 38 mit Proportionalmagneten 31 eine
hydraulische Lösung
vorgesehen ist. In der 2 nicht bezeichnete Bauteile
entsprechen in Ausgestaltung und Funktion den in 1 beschriebenen.
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Zur
Beaufschlagung des einteilig ausgeführten Steuerkolbens 17 mit
einer auslenkenden Steuerkraft ist an dem drosselventilseitigen
Ende des Steuerkolbens 17 eine Steuerdruckkammer 51 angeordnet.
Die Steuerdruckkammer 51 wird von einer Ausnehmung der
Steuerbuchse 23 gebildet, die von einem eingeschraubten
Federspanner 53 verschlossen ist. Zur Führung der Zentrierfeder 33 weist
der Federspanner 53 einen zylindrischen Fortsatz auf, der
in das Innere der Zentrierfeder 33 hineinragt. Auf der
gegenüberliegenden
Seite ist eine analog aufgebaute Steuereinrichtung 38 in
dem Steuerventildeckel 22 angeordnet. Durch Verändern der
axialen Position des Federspanners 53 wird die Vorspannung der
beiden Zentrierfedern 33 in Neutralstellung des Steuerkolbens 17 eingestellt.
Die Steuerdruckkammer 51 ist durch eine nicht dargestellte
Bohrung mit einer Versorgungsnut 52 verbunden.
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Zum
Erzeugen des geforderten Steuerdrucks in der Steuerdruckkammer 51 ist
ein Vorsteuerventil 49 mit einer Versorgungsbohrung 50 verbunden.
Das Vorsteuerventil 49 ist elektrisch ansteuerbar und kann
beispielsweise aus zwei Proportional-Druckbegrenzungsventilen oder
einem Servo-Vorsteuerventil
nach Düse-Prallplatteprinzip
bestehen. Die an dem von dem Drosselventil 47 abgewandten
Ende des Steuerkolbens 17 entsprechend aufgebaute Steuereinrichtung 38 ist über eine
Steuerdruckleitung 54 mit dem Vorsteuerventil 49 verbunden.
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Das
Vorsteuerventil 49 erzeugt zwischen den Steuerdruckkammern 51 eine
Druckdifferenz, die einem von dem Vorsteuerventil 49 erhaltenen elektrischen
Signal entspricht. Durch die an den Stirnseiten des Steuerkolbens 17 anliegende
Druckdifferenz wird der Steuerkolben 17 mit einer axialen Steuerkraft
beaufschlagt, die zu einer Auslenkung des Steuerkolbens 17 und
einer Öffnung
des Drosselventils 47 führt.
Die Stellbewegung des Stellkolbens 3 und der Aufbau rückstellender
Kräfte
entspricht der in 1 beschriebenen Funktionalität der Verstellvorrichtung 1.
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Zusätzlich ist
bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Wegaufnehmer 55 an der Verstellvorrichtung 1 angeordnet.
Der Wegaufnehmer 55 ist fest mit dem Gehäuse der
Verstellvorrichtung 1 verbunden und weist eine federbelastete
Tastspitze 56 auf, welche aus dem Gehäuse des Wegaufnehmers 55 herausragt
und in axialer Richtung verschieblich ist. Die Tastspitze 56 wird
durch die Federkraft in Anlage zu einer Tastfläche 57 gehalten, die mit
der Mittelachse des Stellkolbens 3 einen von Null verschiedenen
Winkel einschließt.
Eine Auslenkung des Stellkolbens 3 aus seiner Neutralstellung
führt somit
zu einer relativen Änderung
der Position der Tastspitze 56 in Bezug auf den Wegaufnehmer 55. Die Änderung
der Position wird von dem Wegaufnehmer 55 in ein elektrisches
Signal umgewandelt.
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Durch
einen Vergleich des vorgegebenen Steuersignals mit dem Signal des
Wegaufnehmers 55 ist eine Korrektur des Steuersignals möglich. Das Steuersignal
gibt eine Sollposititon für
den Stellkolben 3 vor. Durch Reibungskräfte und Hysterese kann die
tatsächlich
von dem Stellkolben 3 eingenommene Position jedoch von
der Sollposition geringfügig
abweichen. Diese Abweichung wird durch den Vergleich der Signale
detektiert und ein von einer nicht dargestellten Steuereinheit entsprechend
korrigiertes zweites Steuersignal an das Vorsteuerventil 49 übermittelt
werden. Die Stellgenauigkeit der Verstellvorrichtung 1 wird
damit erhöht.
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In
dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die beiden
Abstandstangen 11a und 11b näherungsweise zylindrisch und
weisen keine Änderung
der radialen Ausdehnung auf. Als Anlagefläche für die Federlager 9a und 9b dienen
die stirnseitigen Enden der Abstandsstangen 11a und 11b,
die sich an dem Grund der Aufnahmeöffnungen 82a und 82b abstützen. Zum
Druckausgleich ist jeweils eine Ausgleichsbohrung 89. in
die Federlager 9a und 9b eingebracht, die die
Aufnahmeöffnungen 82a und 82b mit
dem Innenraum des Stellkolbens 3 verbinden.
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In 3 ist
ein Ausschnitt eines hydraulischen Schaltplans einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 1 dargestellt.
Für Bauteile,
die bereits beschriebenen Funktionen entsprechen, werden die eingeführten Bezugszeichen
aus den 1 und 2 verwendet.
Mit einer Antriebswelle 90 ist eine Pumpe 58 verbunden,
die für
zwei Förderrichtungen vorgesehen
ist und deren Verdrängungsvolumen
mit Hilfe des Stellkolbens 3 verstellbar ist. An die Pumpe 58 ist
eine erste und eine zweite Hauptleitung 61 bzw. 62 angeschlossen,
wobei jeweils eine Hauptleitung 61 oder 62 für jeweils
eine Förderrichtung
vorgesehen ist. Über
jeweils ein Rückschlagventil 63 und 64 sind
eine erste und zweite Zuleitung 74 und 81, die an
den beiden Hauptleitungen 61 bzw. 62 angeschlossen
sind, mit einer Speiseleitung 65 verbunden, wobei die Rückschlagventile 63 und 64 bei
positiver Druckdifferenz der jeweiligen Zuleitung 74 und 81 gegenüber der
Speiseleitung 65 öffnen.
Die Speiseleitung 65 ist über die Stelldruckleitung 16a mit
der ersten Stelldruckkammer 7a und mit einem ersten Anschluß 126a des
Steuerventils 2 verbunden, der dem ersten umlaufenden Kanal 26a aus 1 entspricht.
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Die
zweite Stelldruckkammer 7b ist über die Verbindungsleitung 28,
eine Zwischenleitung 78 und die Stelldruckleitung 16b mit
einem zweiten Anschluß 126b des
Steuerventils 2 verbunden, der dem zweiten umlaufenden
Kanal 26b entspricht. Die Verbindungsleitung 28 ist
mit der Zwischenleitung 78, die Zwischenleitung 78 wiederum
mit der Stelldruckleitung 16b über die Regelventile 67 bzw. 66 verbunden.
Zunächst
soll von einer ersten Endposition der Regelventile 66 und 67 ausgegangen
werden, in der die o. g. Verbindungen durchgeschaltet sind und jede weitere
mögliche
Verbindung geschlossen ist. Funktion und Wirkungsweise der Regelventile 66 und 67 werden
später
detailliert erläutert.
Das Steuerventil 47 weist einen dritten Anschluß 126c auf,
der über eine
Rücklaufleitung 29 mit
einem Tank 60 verbunden ist und dem dritten umlaufenden
Kanal 26c entspricht.
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Zum
Druckausgleich bei Auslenkung des Steuerkolbens 17 sind
die beiden Federräume 86a und 86b,
in denen die Zentrierfedern 33 angeordnet sind, ebenfalls
mit der Rücklaufleitung 29 verbunden. Mit
der Speiseleitung 65 ist eine Hilfsspeiseleitung 68 über ein
Speiseleitungsrückschlagventil 69 verbunden.
Die Hilfsspeiseleitung 68 wird von einer für lediglich
eine Förderrichtung
geeigneten Hilfspumpe 59 bedrückt und versorgt bei positiver
Druckdifferenz zwischen Hilfsspeiseleitung 68 und Speiseleitung 65 die
Speiseleitung 65 mit Hydraulikfluid.
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Wird
ein beispielsweise positives Differenzsignal zwischen den beiden
Proportionalmagneten 31 erzeugt, wird durch die Auslenkung
des Steuerkolbens 17 in dem Drosselventil 47 z.B.
der Anschluß 126a mit
dem Anschluß 126b und
somit die Speiseleitung 65 mit der Verbindungsleitung 28 verbunden. In
der zweiten Stelldruckkammer 7b wird dadurch der gleiche
Druck wie in der durch die Stelldruckleitung 16a ebenfalls
mit der Speiseleitung 65 verbundenen ersten Stelldruckkammer 7a erzeugt
und auf den Stellkolben 3 wirkt eine den unterschiedlichen
bedrückten
Flächen
entsprechende Stellkraft, die ihn ausgelenkt. Durch das Auslenken
des Stellkolbens 3 in Richtung der ersten Stelldruckkammer 7a wird
das Verdrängungsvolumen
der Pumpe 58 erhöht
und die erste Hauptleitung 61 bedrückt.
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Übersteigt
der Druck in der ersten Hauptleitung 16 und damit in der
ersten Zuleitung 74 den in der Speiseleitung 65 durch
die Hilfspumpe 59 erzeugten Druck, so öffnet das Rückschlagventil 63, der
Druck in der Speiseleitung 65 wird auf das Niveau der ersten
Hauptleitung 61 angehoben und in der Folge das Speiseleitungsrückschlagventil 69 geschlossen.
Die Rückkopplung
des Stellweges des Stellkolbens 3 auf das Steuerventil 2 ist
in der Beschreibung zu 1 ausführlich erläutert worden und soll nicht noch
einmal wiederholt werden.
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Um
ein zu hohes Ansteigen des Drucks in der ersten Hauptleitung 61 zu
verhindern ist für
die vorstehend beschriebene Förderrichtung
der Pumpe 58 das Regelventil 66 vorgesehen. Das
Regelventil 66 arbeitet kontinuierlich zwischen zwei Endstellungen.
Dabei wird der Druck in der ersten Zuleitung 74 mit dem
Druck in einer ersten Vergleichsdruckleitung 70 verglichen,
dessen Kraft auf das Regelventil 66 durch eine einstellbare
Feder unterstützt
ist. In der ersten Zuleitung 74 zu dem Regelventil 66 ist
ein Filter 75 angeordnet. Zwischen dem Filter 75 und
dem Regelventil 66 ist die erste Zuleitung 74 über eine erste
Vergleichsdruckdrossel 76 mit der ersten Vergleichsdruckleitung 70 verbunden.
Weiterhin ist die Vergleichsdruckleitung 70 mit einem 3/2-Wege Wechselventil 72 verbunden,
dessen weitere Anschlüsse
mit einer zweiten Vergleichsdruckleitung 71 für das zweite
Regelventil 67 und einer Druckbegrenzerleitung 77 verbunden
sind. Dabei wird durch das Wechselventil 72 jeweils diejenige
Vergleichsdruckleitung 70 oder 71 mit der Druckbegrenzerleitung 77 verbunden,
in der der größere Druck
vorliegt. Zum Aufrechterhalten eines konstanten maximalen Vergleichsdrucks
wird die Druckbegrenzerleitung 77 durch ein Druckbegrenzungsventil 73 gegen
den Tank 60 entspannt, mit dem das Druckbegrenzungsventil 73 über die
Rücklaufleitung 29 verbunden
ist. Das Druckbegrenzungsventil 73 ist einstellbar ausgeführt.
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Solange
der in der ersten Zuleitung 74 herrschende Druck einen
durch die Federvorspannung und den Vergleichsdruck festgelegten
Wert nicht überschreitet,
sind die Zwischenleitung 78 und die Stelldruckleitung 16b in
dem Regelventil 66 miteinander verbunden. Bei deutlichem Überschreiten
des festgelegten Druckwertes in der ersten Zuleitung 74 befindet
sich das Regelventil 66 in seiner zweiten Endposition,
in der die Stelldruckleitung 16b mit einer Entspannungsleitung 80 verbunden
ist. Bei zu großem
Druck in der ersten Hauptleitung 61 wird ein Strömungsweg
von der zweiten Stelldruckkammer 7b über die Stelldruckleitung 16b,
das Regelventil 66 und die Entspannungsleitung 80 zu
dem Tank 60 geöffnet.
Die dadurch erreichte Entspannung in der zweiten Stelldruckkammer 7b führt zu einem
Rückgang
der Auslenkung des Stellkolbens 3. Das Verdrängungsvolumen
der Pumpe 58 wird reduziert und als Folge sinkt der Druck
in der ersten Hauptleitung 61.
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Wird
an die beiden Proportionalmagnete 31 ein Steuersignal umgekehrten
Vorzeichens gegeben, so wird der Steuerkolben 17 in die
der vorstehenden Beschreibung entgegengesetzte Richtung ausgelenkt
und durch das Steuerventil 2 eine Verbindung zwischen den
Anschlüssen 126b und 126c geöffnet. Damit
wird der Druck in der zweiten Stelldruckkammer 7b über die
Stelldruckleitung 16b, die Zwischenleitung 78,
die Verbindungsleitung 28 und die Rücklaufleitung 29 in
den Tank 60 entspannt, wobei zunächst wiederum die Funktion
der Regelventile 66 und 67 vernachlässigt werden
soll. An dem Stellkolben 3 wirkt eine Stellkraft, die den
Stellkolben 3 in Richtung der zweiten Stelldruckkammer 7b bewegt. Die
damit verbundene Verstellung der Pumpe 58 bewirkt eine
Förderung
des Hydraulikfluids in die zweite Hauptleitung 62. Übersteigt
der Druck in der zweiten Zuleitung 81 den Druck in der
Speiseleitung 65, der wie im vorangegangenen Beispiel zunächst durch
die Hilfspumpe 59 erzeugt wird, öffnet das Rückschlagventil 63 und
das Speiseleitungsrückschlagventil 69 schließt. Die
Speiseleitung 65 wird von der Pumpe 58 und der
zweiten Hauptleitung 62 über die zweite Zuleitung 81 versorgt.
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Die
zweite Zuleitung 81 verbindet die zweite Hauptleitung 62 mit
dem zweiten Regelventil 67, wobei in der zweiten Zuleitung 81 ein
zweiter Filter 82 angeordnet ist und die zweite Zuleitung 81 über eine zweite
Vergleichsdruckdrossel 83 mit der zweiten Vergleichsdruckleitung 71 verbunden
ist. Über
das Wechselventil 72 und das Druckbegrenzungsventil 73 wird
in der Vergleichsdruckleitung 71 wiederum ein konstanter
maximaler Druck erzeugt, der zusammen mit einer Federkraft einen
Vergleichswert für den
Druck in der zweiten Zuleitung 81 und damit der zweiten
Hauptleitung 62 erzeugt.
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Die
erste Endposition des zweiten Regelventils 67 verbindet
die Verbindungsleitung 28 mit der Zwischenleitung 78,
wenn der Druck in der zweiten Zuleitung 81 unterhalb des
festgelegten Vergleichswertes liegt. Wird dieser wert überschritten,
verschiebt sich das zweite Regelventil 67 in Richtung der
zweiten Endposition und verbindet eine Druckaufbauleitung 84 mit
der Zwischenleitung 78. Dadurch wird eine Verbindung von
der Speiseleitung 65 über
die Druckaufbauleitung 84 und die Zwischenleitung 78 durch
das erste Regelventil 66 und die Stelldruckleitung 16b zu
der zweiten Stelldruckkammer 7b hergestellt. Die daraus
resultierende Druckerhöhung
in der zweiten Stelldruckkammer 7b erzeugt eine der Stellkraft
entgegengerichtete Kraft, die die Auslenkung des Stellkolbens 3 und
damit das Verdrängungsvolumen
der Pumpe 58 reduziert. Als Folge fällt der Druck in der zweiten
Hauptleitung 62.
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Zur
Entspannung der Verbindungsleitung 28 bzw. der Zwischenleitung 78 bei
einem vollständig
in der zweiten Endposition befindlichen Regelventil 66 bzw. 67 ist
zwischen der Verbindungsleitung 28 und der Zwischenleitung 78 eine
erste Drossel 91 als Bypass zu dem Regelventil 67 und
eine zweite Drossel 92 als Bypass zu dem Regelventil 66 zwischen
der Zwischenleitung 78 und der Stelldruckleitung 16b angeordnet.