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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einseitig verstellbare hydraulische Verstellpumpen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine mit einer derartigen Steuereinrichtung ausgestattete Verstellpumpe nach Anspruch 10. Die Erfindung betrifft insbesondere hydraulische Verstellpumpen, die in einem offenen Hydraulikkreislauf betrieben werden und mittels einen in einem Servozylinder verschiebbaren Servokolben verstellbar sind, der wiederum über eine Steuereinrichtung mit unter Druck stehendem Druckfluid beaufschlagbar ist. Der Servokolben wirkt hierzu auf ein verschiebbares Verstellelement bzw. Übertragungsglied beispielsweise auf die Schrägscheibe, bzw. die Schrägachse, ein und verstellt deren Winkelstellung und somit das Fördervolumen der Verstellpumpe nach Maßgabe der Position des Steuerkolbens in der Steuereinrichtung. Bevorzugt ist hierbei die Verstellpumpe als Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben- oder Schrägachsen-Bauart ausgebildet, wobei der Erfindungsgedanke auch auf Radialkolben- oder Flügelzellenpumpen übertragbar ist, sofern diese in ihrem Förderdruck über eine Servoverstelleinrichtung verstellbar sind.
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Die Erfindung wird anhand von einseitig mittels einer Servoverstelleinrichtung verstellbaren Verstellpumpen beschrieben, die bei einer druck- bzw. kraftlosen Servoverstelleinrichtung eine maximale Förderleistung zeigen. Die umgekehrte Bauweise einer solchen Verstellpumpe ist jedoch ebenfalls vom Erfindungsgedanken umfasst, also auch Verstellpumpen, die bei einer kraftlosen Servovorstelleinrichtung ein minimales Fördervolumen zeigen, d.h. minimal ausgeschwenkt sind. Übt die Servoverstelleinrichtung keine Kraft auf das Fördervolumenverstellelement aus, so werden die zur Erläuterung des Erfindungsgedanken beispielhaft herangezogenen Verstellpumpen in eine maximal ausgelenkte Stellung verbracht, was meist über interne Stellfedern oder dergleichen erfolgt, die auf das Verstellelement wirken. D.h. für den Fall, wenn die Servoverstelleinrichtung eine Kraft auf das Verstellelement der Verstellpumpe ausübt, dass diese aus ihrer maximalen Stellung herausgeschwenkt und in Richtung verminderter Leistung verstellt wird. Bei minimaler Förderleistung, also bei minimalem Hochdruck ist die Verstellpumpe auf einen minimalen Schwenkwinkel eingestellt. Die Servoverstelleinheit übt dann eine maximale Kraft auf das Verstellelement der Verstellpumpe aus, beispielsweise auf eine Schrägscheibe oder eine Schrägachse.
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Eine Steuereinrichtung für derartige Verstellpumpen ist aus
DE 199 49 169 A1 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine Verstellpumpe beschrieben, die als Axialkolbenpumpe mit einer schwenkbaren Schrägscheibe ausgebildet ist und die in einem offenen Hydraulikkreislauf betrieben wird. Die Verstelleinrichtung für die Winkelstellung der Schrägscheibe besitzt einen in einem Servozylinder verschiebbaren Servokolben, der über eine Steuereinrichtung mit unter Druck stehendem Druckfluid beaufschlagbar ist, wobei die Steuereinrichtung zur Begrenzung des maximalen Arbeitsdrucks durch ein weiteres Druckbegrenzungsventil abgesichert ist. Die Steuereinrichtung weist einen Steuerkolben mit zwei Steuerkanten auf, der in einem Gehäuse längsverschieblich gelagert ist. Das Gehäuse des Steuerkolbens weist einen Einlass für mit unter Hochdruck der Verstellpumpe stehendem Druckfluid, einen Auslass, der mit einem Tank verbindbar ist, sowie einen hydraulischen Anschluss auf, der mit einem Einlass des Servozylinders verbunden ist. Über eine erste Steuerkante ist eine Verbindung zwischen dem Einlass und dem Anschluss herstellbar und über eine zweite Steuerkante eine Verbindung zwischen dem Anschluss an den Servozylinder und dem Auslass zum Tank. Die Steuereinrichtung gemäß
DE 199 49 169 A1 hat einen komplizierten Aufbau mit einer Vielzahl von Elementen, die auch mehrere Federn und einen direkt auf den Servokolben wirkenden Proportionalmagneten als Stellglied umfassen.
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Nachteilig bei der aus
DE 199 49 169 A1 gezeigten Steuereinrichtung ist, dass viele Bauteile und ein zusätzliches, aufwendiges Druckbegrenzungsventil, welches zwischen dem Auslass zum Tank und dem Gehäuse des Steuerkolbens liegt, erforderlich sind und dass der Steuerkolben und der Servokolben über eine Feder miteinander in Wechselwirkung stehen. Zudem ist eine Justierung der Neutralstellung des Servokolbens über eine exzentrisch angebrachte Scheibe vorgesehen, die einen Anschlag für eine Ventilhülse bildet.
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In
DE 41 07 977 C2 wird ein Pumpenregelventil durch zweiseitige Beaufschlagung des Regelkolbens mit Hydraulikdruck gesteuert. Dabei wirkt auf einer ersten Seite des Regelkolbens ein vor einem Verbraucherwegeventil wirkender Druck gegen einen hinter dem Verbraucherwegeventil abgegriffenen Druck, der auf eine zweite Seite des Regelkolbens wirkt. Über die Druckdifferenz in den Verbindungsleitungen wird über eine Stelleinrichtung die Fördermenge der Verstellpumpe eingestellt.
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DE 195 38 649 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Leistungsregelung von wenigstens einer von einem Motor angetriebenen in eine Arbeitsleitung fördernden Verstellpumpe durch Verstellung ihres Fördervolumens mittels einer mit einem Stelldruck beaufschlagbaren in Richtung maximalen Fördervolumens vorgespannten Stelleinrichtung. Ein der Stelleinrichtung zugeordnetes Regelventil ist dabei von einem dem Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung entsprechenden Gegendruck beaufschlagt. Das Regelventil spricht dann an, wenn der Steuerdruck größer ist als der Gegendruck. Die Stelldruckbeaufschlagung der Stelleinrichtung regelt in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens der Verstellpumpe, sodass das Produkt aus Arbeitsdruck und Fördervolumen konstant ist.
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DE 689 04 998 T2 zeigt ein hydraulisches Antriebssystem mit einer Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung und einem hydraulischen Stellglied, das von einem von der Hydraulikpumpe abgegebenen Hydraulikfluid angetrieben wird. Das hydraulische Antriebssystem kann in einem Normalmodus und in einem Feinbetriebsmodus betrieben werden. Im Normalmodus wird die Abgaberate einer Hydraulikpumpe so gesteuert, dass ein Differenzdruck zwischen einem Abgabedruck der Hydraulikpumpe und einem Ladedruck eines Verstellgliedes auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
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DE 690 28 913 T2 betrifft eine hydraulische Schaltkreisvorrichtung für die Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid zu Hydraulikzylindern, das von einer Hydraulikpumpe ausgegeben wird, um ein Arbeitsgerät einer Baumaschine, wie einen Schaufelbagger oder dergleichen zu betreiben. Die Schaltkreisvorrichtung hält die Differenz zwischen dem Abgabedruck der Pumpe und dem Ladungsdruck konstant. Dabei wird lastabhängig einer von zwei Stellmechanismen über ein Regelventil so gesteuert, dass die gewünschte Leistungsabgabe der verstellbaren Hydraulikmaschine erzielt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für einseitig verstellbare hydraulische Verstellpumpen der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und robust aufgebaut und einfach justierbar ist. Dabei soll die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit einer geringen Teileanzahl auskommen und sowohl eine Zunahme als auch eine Abnahme der Förderleistung der Verstellpumpe gleichmäßig in ihrem Verlauf steuern können, wobei gleichzeitig eine lastabhängige Leistungsregelung der Verstellpumpe erhalten bleibt. Dabei sollen unterschiedliche Leistungsniveaus für die Verstellpumpe vorgebbar sein, die von der erfindungsgemäßen selbsttätig regelnden Steuereinrichtung zuverlässig gehalten werden, ohne dass hierbei von außen steuernd eingegriffen werden muss. Darüberhinaus soll die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für die Begrenzung des maximalen Hochdrucks ohne zusätzliche Druckbegrenzungsventile auskommen. Weiterhin soll die Ausgangsstellung bei inaktiver Steuereinheit einfach und zuverlässig einstellbar sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch, dass der Steuerkolben der Steuereinheit an einem ersten Ende, das dem Einlass benachbart ist, von einer ersten Feder vorgespannt und mit unter Hochdruck einer Verstellpumpe stehendem Druckfluid zum Erzeugen einer Hydraulikkraft beaufschlagt ist, sodass der Steuerkolben in Richtung auf das entgegengesetzte, zweite Ende des Steuerkolbens, das dem Auslass benachbart ist, verschiebbar ist. An dem zweiten Ende des Steuerkolbens greift eine zweite Feder an, die der Hydraulikkraft und der Vorspannung der ersten Feder entgegenwirkt. Zusätzlich an einem der beiden Enden des Steuerkolbens ist ein von einer Steuereinheit ansteuerbarer Aktuator angeordnet, über den eine Zug- oder Druckkraft auf das jeweilige Ende des Steuerkolbens, an dem der Aktuator angeordnet ist, übertragbar ist.
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Somit sind über die Einspannung des Steuerkolbens durch die beiden Federn mittels des Aktuators vorgebbare Leistungsniveaus einstellbar, die vom Hochdruck der Verstellpumpe selbsttätig lastabhängig geregelt werden. Erzeugt beispielsweise die erste Feder auf der Hochdruck-/Einlassseite des Steuerkolbens zusammen mit dem Hochdruck eine höhere Kraft als die zweite Feder auf der Auslassseite des Steuerkolbens, so wird der Steuerkolben, bei kraftlos geschalteten Aktuator, in eine maximal ausgelenkte Stellung auf der Auslassseite verbracht, die der Minimalleistung der Verstellpumpe entspricht. In dieser Stellung ist eine hydraulische Verbindung des Hochdruckeinlass mit der Servoverstelleinrichtung maximal geöffnet.
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Ist umgekehrt die zweite Feder auf der Auslassseite des Steuerkolbens stärker als die Summe der Kräfte aus Hydraulikkraft auf den Steuerkolben und der auf der ersten Einlassseite angeordneten ersten Feder, so befindet sich der Steuerkolben - wiederum bei kraftlos geschalteten Aktuator - ebenfalls in einer maximal ausgelenkten Stellung, jedoch entspricht diese Stellung der Maximalleistung der Verstellpumpe. In dieser Stellung ist die hydraulische Verbindung zwischen Hochdruckeinlass und Servoverstelleinrichtung verschlossen und der Druck im Sevozylinder kann über die Auslassöffnung im Steuergehäuse entspannt werden.
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Wird über den Aktuator eine Zug- oder Druckkraft auf den Steuerkolben ausgeübt - je nachdem, ob dieser benachbart zur Einlassseite oder zur Auslassseite angeordnet ist und je nachdem, wie die Federstärken der ersten Feder auf der Hochdruckseite und der zweiten Feder auf der Auslassseite des Steuerkolbens gewählt wurden -, so stellt sich eine neue Gleichgewichtslage der Kräfte ein, die einer Förderleistung der Verstellpumpe entspricht, die von der maximalen als auch von der minimalen Förderleistung der Verstellpumpe abweicht.
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Die Erfindung geht dabei, wie oben bereits ausgeführt, von Verstellpumpen aus, die nicht reversierbar sind, d.h. die nur einseitig verschwenkbar sind und daher nur von einem minimalen Fördervolumen zu einem maximalen Fördervolumen bei Beibehaltung der Förderrichtung verschwenkt werden können. Eine Drehrichtungsumkehr, bzw. Förderrichtungsumkehr, ist mit derartigen Hydraulikpumpen, die die Erfindung betreffen, nicht vorgesehen. Ein Anwendungsfall für solche Hydraulik- bzw. Verstellpumpen ist beispielsweise eine Speisepumpe für einen geschlossenen Hydraulikkreislauf, etwa eines hydrostatischen Getriebes oder Antriebs. Bei geeigneter Verdoppelung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung können jedoch auch zweiseitig verstellbare Hydraulikpumpen, die einen von zwei Seiten beaufschlagbaren Servokolben aufweisen, von zwei erfindungsgemäßen Steuereinrichtungen gesteuert auf ein Leistungsniveau eingestellt werden. Auf einem solchen Leistungsniveau sind reversierbare Hydraulikpumpe von den beiden erfindungsgemäßen Steuereinrichtung selbsttätig lastabhängig regelbar. Eine solche Verdoppelung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist daher vom Erfindungsgedanken umfasst.
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Ausgehend von einer Aktuatorkraft gleich null, können mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, bei ansteigender Aktuatorkraft, prinzipiell zwei Verhaltensverläufe einer einseitig verstellbaren Hydraulikmaschine gesteuert durchlaufen werden: i) Zunahme der Förderleistung und ii) Abnahme der Förderleistung. Umgekehrt können bei kontrollierter Zurücknahme der Aktuatorkraft die Verfahrensverläufe ebenso gesteuert durchlaufen werden. Zur einfacheren Erläuterung der Erfindung, soll im Folgenden jedoch immer von einer Ausgangsstellung der Verstellpumpe ausgegangen, bei der der Aktuator inaktiv ist, also die Aktuatorkraft gleich null ist. In diesen Ausgangsstellungen ist die Verstellpumpe entweder bei ihrer maximalen oder minimalen Förderleistung, je nachdem zu welchem Ende der Steuerkolben maximal verschoben ist. Ist der Steuerkolben maximal zur Einlassseite verschoben, so ist die hydraulische Verbindung zwischen Hochdruckeinlass und hydraulischen Anschluss für die Servoverstellung gesperrt, gleichzeitig ist der Auslass im Steuergehäuse für Druckfluid kommend von der Servoverstelleinrichtung geöffnet. Damit wird keine Servokraft am Servokolben erzeugt und die Verstellpumpe steht bauartbedingt auf maximaler Ausschwenkung und erzeugt somit maximale Förderleistung. Im anderen Falle, wenn der Steuerkolben maximal zur zweiten, der Auslassseite im Gehäuse, verschoben ist, wird der Hochdruck auf die Servoverstellung maximal weitergeleitet, da die betreffende Steuerkante am Steuerkolben die hydraulische Verbindung zwischen dem Hochdruckeinlass und dem hydraulischen Anschluss für die Servoverstellung freigibt und die zweite Steuerkante den Auslass verschließt, so dass der Druck im Servozylinder nicht entspannt werden kann. Somit liegt ein Hydraulikdruck am Servokolben an, mittels welchem der Servokolben eine rückschwenkende Kraft auf das Verstellelement der Verstellpumpe ausüben kann. Die Verstellpumpe ist also bei maximal zur Auslassseite verschobenen Steuerkolben auf ihre minimale Förderleistung eingestellt.
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Soll mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung die Abnahme der Förderleistung gesteuert werden, soll also mit zunehmender Aktuatorkraft das Fördervolumen und somit der Förderdruck der Verstellpumpe sinken, so muss mit zunehmender Aktuatorkraft auch die Kraft, die der Servokolben auf das Verstellelement der Verstellpumpe ausübt, steigen. Für diese Ausgangsstellung - Aktuatorkraft gleich null - ist die zweite Feder, welche benachbart zur Auslassseite am Steuerkolben angeordnet ist, in ihrer Federkraft stärker auszulegen als die Summe der Kräfte auf der Eingangsseite des Steuerkolbens. Der Steuerkolben wird bei einer solchen Auslegung vollständig in Richtung der Einlassseite verschoben, womit im Steuergehäuse der Anschluss der Servoleitung mit dem Tank hydraulisch verbunden ist und so die am Servokolben erzeugte Kraft null oder nahezu null ist. Jedenfalls kleiner, als die notwendige Kraft, um die Verstellpumpe aus ihrer maximal ausgelenkten Stellung zu verbringen. Die einlassseitigen Kräfte werden durch die erste Feder und die Hydraulikkraft gebildet, die eingangsseitig auf den Steuerkolben in Richtung auf die Auslassseite wirken. Die Hydraulikkraft kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass der Durchmesser der Steuerkante des Steuerkolbens, welche dem (Hochdruck-) Einlass zugewandt ist, größer ist als der Durchmesser des Steuerkolbens im einlassseitigen Bereich vor dieser Steuerkante. Beispielsweise kann auch eine einlassseitige Beaufschlagung der Stirnseite des Steuerkolbens mit Hochdruck eine solche Hydraulikkraft bewirken. Bevorzugt ist in dieser Ausführungsform der Erfindung die Federkraft der auslassseitig am Steuerkolben angeordneten zweiten Feder einstellbar, sodass bereits geringe Kräfte, die durch den Aktuator auf den Steuerkolben ausgeübt werden, zu einer Verschiebung des Steuerkolbens im Steuerzylinder in Richtung Auslassseite führen, und die Verstelleinheit sensibel reagiert. Die Kraft der zweiten Feder ist jedoch so zu wählen, dass der Steuerkolben bei kraftlosem Aktuator zuverlässig in die maximal ausgelenkte Stellung an der Einlassseite verbracht und/oder dort gehalten werden kann.
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Die Abnahme der Förderleistung erfolgt bevorzugt proportional zur der durch den Aktuator auf den Steuerkolben aufgebrachten Kraft, die im Fall der einlassseitigen Anordnung des Aktuators für eine in diesem Ausführungsbeispiel gesteuerte Abnahme der Förderleistung eine Druckkraft und bei einer auslassseitigen Anordnung des Aktuators eine Zugkraft darstellt. In beiden Anordnungsfällen bewirkt eine Zunahme der Aktuatorkraft eine Verschiebung des Steuerkolbens im Steuerzylinder in Richtung zur Auslassseite, womit der Durchlassquerschnitt für Hydraulikfluid von der Verstellpumpe am Anschluss für die Servoleitung im Gehäuse mit steigernder Aktuatorkraft vergrößert wird. Dadurch steigt der Druck im Servozylinder und somit die Servokraft. Das Verstellelement der Verstellpumpe wird in seiner Ausschwenkung zurückgeschwenkt.
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel findet bei vielen Anwendungen für eine einseitig verstellbare Verstellpumpe Anwendung und soll die Verstellpumpe bei Ausbleiben einer Aktuatorkraft in ihr maximales Födervolumen verbringen, was insbesondere bei Lüfterantrieben gewünscht ist.
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Im Falle der Ausführungsform der gesteuerten Zunahme des Förderdrucks bzw. des Fördervolumens ist die Verstellpumpe folgerichtig in ihrer Ausgangsstellung, also bei inaktiven Aktuator, so eingestellt, dass sie minimalen Förderdruck erzeugt. Hierzu muss der Steuerkolben in der vollauslenkten Stellung auf der Auslassseite des Gehäuses angeordnet sein, damit der Querschnitt für die hydraulische Verbindung zwischen Hochdruckeingang und Servoanschluss maximal durch die betreffende Steuerkante freigegeben ist. In dieser Ausgangsstellung wird der Steuerkolben durch die Federkraft der eingangsseitig angeordneten Feder und durch den Hydraulikdruck der Verstellpumpe gegen die zweite Feder maximal auslassseitig gebracht und dort gehalten. Damit wirkt der höchst mögliche Druck auf den Servokolben, der somit das Verstellelement an der Verstellpumpe maximal in Richtung Nullfördervolumen zurückstellt. Weiter folgerichtig muss nun eine Aktuatorkraft so aufgebracht werden, dass der Steuerkolben aus seiner maximal verschobenen Stellung von der Auslassseite des Steuergehäuses in Richtung der Einlassseite verbracht wird. Dies kann mit einem Aktuator auf der Einlassseite erfolgen, wenn dieser geeignet ist, eine Zugkraft auf den Steuerkolben auszuüben oder mit einem Aktuator auf der Auslassseite des Steuergehäuses, wenn dieser eine Druckkraft auf den Steuerkolben ausübt. Beim Verschieben des Steuerkolbens in Richtung auf die Einlassseite wird sukzessive der Querschnitt der Öffnung für den Anschluss der Leitung zur Servoverstelleinrichtung verkleinert, wodurch die Kraft, die der Servokolben auf das Verstellelement der Verstellpumpe ausüben kann, kleiner wird und so die Verstellpumpe bauartbedingt in ihrer Ausschwenkung, d.h. in ihrem Fördervolumen / Förderdruck zunimmt. Mit steigender Aktuatorkraft nimmt in dieser Ausführungsform auch der Förderdruck der Hydraulikpumpe zu, bevorzugt proportional zur Aktuatorkraft.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für einseitige Verstellpumpen stellt somit eine flexible Anordnung des Aktuators bereit, der entweder auf der zum Einlass oder zum Auslass benachbarten Seite des Steuerkolbens angeordnet werden kann. Es muss lediglich die Kraftrichtung für den Aktuator berücksichtigt werden, damit die vom Aktuator erzeugte Kraft eine Verschiebung des Steuerkolbens in Richtung der ersten oder zweiten Seite der Steuereinrichtung erreicht wird. Mit dieser wechselweisen Anordnung kann beispielsweise flexibel auf Bauraumvorgaben in einer Arbeitsmaschine Rücksicht genommen werden. Weiter bevorzugt wird jeweils an dem Ende des Steuergehäuses, das dem Aktuator gegenüberliegt, eine Einstellvorrichtung für die dort angeordnete Feder vorgesehen, bevorzugt in Form einer Einstellschraube. Die Verstellung der verstellbaren Feder erfolgt bevorzugt in axialer Richtung der Feder über eine auf ein Ende der Feder einwirkende Verstellschraube, die in einem im Gehäuse des Steuerkolbens befindlichen Gewinde gelagert ist. Mit der Einstellvorrichtung für die dem Aktuator gegenüberliegende Feder kann eine einfache, präzise und wirkungsvolle sowie zuverlässige Einstellung der Ausgangsstellung vorgenommen werden, mit der gleichzeitig die minimale Kraft des Aktuators vorgebbar ist, bei der die Aktuatorkraft eine Verschiebung des Steuerkolbens im Steuergehäuse bewirkt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Steuereinrichtung kann darin bestehen, dass der Aktuator ein elektrischer Proportionalmagnet ist, der von einer elektronischen Steuereinheit mit einem Strom in einstellbarer Höhe beaufschlagbar ist. Der Aktuator ist sowohl als Druck ausübend, als auch eine Zugkraft bewirkend ausbildbar vom Erfindungsgedanken erfasst. Die Steuereinheit besitzt Eingabeelemente, wie Sensoren für den Druck oder andere in der Anwendung relevante Parameter, und analoge sowie digitale Eingabehilfen, wie verstellbare Potentiometer, Tastaturen oder Displays. Sie ist so ausgelegt, dass sie einen Speisestrom nach Maßgabe des geforderten Ausgangsdrucks der Verstellpumpe an den Aktuator liefert.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass sowohl die einlassseitige erste Feder, als auch die auslassseitige zweite Feder in jeweils einem Federraum benachbart, jedoch außerhalb der Druckkammern im Steuergehäuse angeordnet sind. Weiter bevorzugt sind die beiden Federräume über eine Durchgangsbohrung im Steuerkolben verbunden, sodass bei Verschiebung des Steuerkolbens über die Durchgangsbohrung im Steuerkolben ein Druckausgleich der beiden Federräume stattfinden kann. Darüberhinaus kann einer der beiden Federräume mit einer Verbindungsleitung im Gehäuse mit der Auslassleitung zum Tank verbunden sein, damit mittels dieser Leitung ein weiterer Druckausgleich der Federkammern auf Tankdruckniveau möglich ist. Das Tankdruckniveau kann beispielsweise das Gehäusedruckniveau sein, wenn das Druckflüssigkeitsreservoir, aus dem die Verstellpumpe ansaugt, ein im Gehäuse der Verstellpumpe integriertes Volumen darstellt.
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Bevorzugt ist die Feder, die auf der gleichen Steuerkolbenseite angeordnet ist, wie der Aktuator, in Serie zum Aktuator geschaltet, wodurch eine sanftere Krafteinleitung der Aktuatorkraft auf den Steuerkolben erreicht wird. Eine parallele Anordnung ist jedoch genauso vom Erfindungsgedanken umfasst, bei der ein Stößel des Aktuator beispielsweise auf das Führungselement der Feder wirkt, das sich wiederum am Steuerkolben abstützt. Selbstredend können zur Ausführung des Erfindungsgedankens alle Arten von Federn verwendet werden, die eine Kraft in axialer Richtung des Steuerkolbens bereitstellen können. Bevorzugt kommen hierbei für die erste, als auch für die zweite Feder, Schrauben- oder Tellerfedern, einzeln oder kombiniert zum Einsatz. Zur definierten Kraftübertragung der Federn ist es günstig, wenn die erste Feder und die zweite Feder jeweils mit einem Führungselement versehen sind, die die Federkraft auf jeweils ein Ende des Steuerkolbens übertragen.
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Die Erfindung wird anschließend an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher beispielhaft erläutert, wobei die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen den Erfindungsgedanken nicht einschränken. Es zeigen:
- 1 eine Verstellpumpe mit einer Steuereinrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung;
- 2 eine Verstellpumpe mit einer weiteren Bauform der Steuereinrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung;
- 3 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung in der Bauform nach 1;
- 4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung in der Bauform nach 2;
- 5 eine Detailansicht des mittleren Teils einer Steuereinheit nach 4;
- 6 ein beispielhaftes Strom/Druck-Diagramm für die gesteuerte Zunahme des Förderdrucks mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung;
- 7 ein beispielhaftes Strom/Druck-Diagramm für die gesteuerte Abnahme des Förderdrucks mit Hilfe der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
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In 1 ist eine Verstellpumpe 1 mit einer Steuereinrichtung 20 nach der Erfindung in schematischer Ansicht dargestellt. Die Bauart der Verstellpumpe 1 kann beliebig sein, mit der Maßgabe, dass die Verstellung des Fördervolumens über ein von einem Servokolben 4 betätigbares Stellelement steuerbar ist. Bevorzugte Beispiele hierfür sind Axialkolbenpumpen mit einer einstellbaren Schwenkscheibe, deren Winkeleinstellung über einen Servokolben 4 vorgebbar ist. Die Verstellpumpe 1 wird über eine Antriebswelle 35 von einem hier nicht gezeigten Antriebsmotor beispielsweise mit konstanter Drehzahl angetrieben und fördert Druckfluid in einem offenen Kreislauf. Die Verstellpumpe besitzt einen Einlass 2 und einen Auslass 3 für das Druckfluid und ist über Druckleitungen mit einem hier nicht gezeigten Verbraucher und mit einer Druckleitung 16 mit der Steuereinrichtung 20 sowie mit einer Ableitung 10 mit einem Tank 19 für das Druckfluid verbunden.
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Die Steuereinrichtung 20 weist einen Steuerkolben 6 auf, der in einem Gehäuse 11 längsverschieblich gelagert ist. Ein erstes Ende 28 des Steuerkolbens 6 ist dem am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 anstehenden Hochdruck ausgesetzt. Der Hochdruck erzeugt eine in Richtung des zweiten Endes 29 des Steuerkolbens 6 gerichtete Hydraulikkraft. Das erste Ende 28 des Steuerkolbens 6 ist zudem in Kontakt mit einer einstellbaren, ersten Feder 7. Das entgegengesetzte, zweite Ende 29 des Steuerkolbens 6 wird von einer zweiten Feder 8 unter Druck gesetzt, zu der in diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Aktuator 9 parallel angeordnet ist. Parallel heißt hier, dass die Krafteinwirkung des Aktuators 9 auf den Steuerkolben 6 unabhängig von derjenigen der zweiten Feder 8 erfolgt. Bei einer Anordnung von Feder 8 und Aktuator 9 in Serie, wie dies beispielsweise in den 3 und 4 gezeigt ist, wird die Kraft vom Aktuator 9 über die zweite Feder 8 auf das zweite Ende 29 des Steuerkolbens 6 übertragen. Hierbei spielt es bei der Ausführung der Erfindung keine Rolle, ob die zweite Feder 8 vor oder hinter dem beweglichen Teil des Aktuators 9 angeordnet ist.
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Das Gehäuse 11 der Steuereinrichtung 20 ist mit einem Einlass 26 versehen, der mit dem Auslass 3 der Verstellpumpe 1 über eine Druckleitung 16 verbunden ist. An diesem Einlass 26 steht somit Druckfluid unter dem von der Verstellpumpe 1 erzeugten Druck an. Ein Servoanschluss 27 des Gehäuses 11 ist über die Druckleitung 17 mit dem Servozylinder 5 verbunden. Ein Auslass 18 des Gehäuses 11 ist über die Tankleitung 10 an den Tank 19 angeschlossen.
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Der Servozylinder 5 steht über die Druckleitung 17 mit der Steuereinrichtung 20 in Verbindung und wird von dieser mit Druckfluid versorgt. Das Druckfluid wirkt auf den Servokolben 4 und verschiebt diesen gegen die Kraft einer Rückstellfeder 32. Über das Betätigungsglied 33 bewirkt die Verschiebung des Servokolbens 4 die erwünschte Verstellung der Verstellpumpe 1. Diese Verstellung kann beispielsweise in einer Änderung des Schwenkwinkels einer Schrägscheibe bestehen. Alternativ kann die Steuereinrichtung 20 den Druck im Servozylinder 5 vermindern, indem durch Verschiebung des Steuerkolbens 6 eine Verbindung zwischen dem Servoanschluss 27, der jetzt als Einlass dient, und dem Auslass 18 zum Tank 19 hergestellt wird. Hierdurch wird der Druck im Servozylinder 5 reduziert, wodurch der Servokolben 4 unter der Einwirkung der Rückstellfeder 32 so verschoben wird, dass die Servokraft auf das Verstellelement der Verstellpumpe 1 abnimmt und diese weiter ausschwenkt, was zu einem erhöhten Förderdruck führt.
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Der Steuerkolben 6 ist in einer abgestuften Längs- bzw. Durchgangsbohrung 21 des Gehäuses 11 geführt (siehe 3, 4 und 5) und ist mit zumindest zwei umlaufenden Nuten 24 versehen, welche Steuerkanten 38, 39 bilden (siehe 5). Die jeweiligen Positionen der Steuerkanten 38 in Bezug auf die verschiedenen Ein- und Auslässe (18, 26, 27) bestimmen den Zu- oder Abfluss von Druckfluid zum Servozylinder 6. Über den Aktuator 9, der hier beispielsweise als Elektromagnet 15 mit einem beweglichen Anker als Stößel 30 realisiert ist, kann eine von außen vorgebbare Kraft auf den Steuerkolben 6 ausgeübt werden, so dass dieser seine vorherige Position ändert. Der Aktuator 9 wird, im Falle eines Elektromagneten 15, von einer hier nicht gezeigten Steuereinheit mit Strom versorgt, dessen Stärke über eine ebenfalls nicht gezeigte Eingabevorrichtung vorgebbar ist. Diese Eingabeeinrichtung kann beispielsweise in analoger oder digitaler Form automatisch oder manuell bedienbar sein oder auf Signale von Sensoren ansprechen. Ferner kann der Aktuator auch mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sein, ohne dass vom Erfindungsgedanken abgewichen wird. Diese Einzelheiten sind dem Fachmann geläufig, so dass hier auf ein weiteres Eingehen verzichtet wird.
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Bei Kraftlosigkeit des Aktuators 9 stellt sich am Steuerkolben 6 ein Gleichgewichtszustand, und damit eine vorbestimmte Position der Steuerkanten 38 und 39 ein, durch das das Zusammenwirken der übrigen Kräfte festgelegt ist. Diese Kräfte sind durch den aktuellen Ausgangsdruck der Verstellpumpe 1 am Einlass 26 und das Zusammenspiel der Federn 7 und 8, die gegeneinander wirken, bestimmt. Durch ein Justieren der verstellbaren Feder 7 ist beispielsweise die Ausgangsposition, bei welcher der Aktuator 9 kraftlos ist, einstellbar. Dies bedeutet, dass die Steuerkanten 38 und 39 des Steuerkolbens 6 einen definierten Druck im Servozylinder 5 vorgeben, was zu einem entsprechenden Ausgangsdruck am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 führt. Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zum gesteuerten Erhöhen des Fördervolumens der Verstellpumpe 1 eingesetzt werden soll, ist dieser Ausgangsdruck relativ niedrig (siehe 6) und definiert den Leerlaufdruck der Verstellpumpe 1. Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Steuereinrichtung zum gesteuerten Reduzieren des Fördervolumens der Verstellpumpe 1 eingesetzt werden soll, ist dieser Ausgangsdruck relativ hoch (siehe 7) und definiert den Maximaldruck der Verstellpumpe 1.
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Bei der Bauform der Steuereinrichtung nach 1 und 3 ist der Aktuator 9 beispielsweise als Druck erzeugend ausgebildet und greift am zweiten Ende 29 des Steuerkolbens 6 an, welches benachbart zum Auslass 18 und Servoanschluss 27 liegt. Wird der hier bspw. als Elektromagnet 15 ausgebildete Aktuator 9 mit elektrischem Strom beaufschlagt, so wirkt über den Stößel 30 eine zusätzliche Kraft auf das zweite Ende 29 des Steuerkolbens 6, die diesen gegenüber der Ausgangsstellung verschiebt. Ausgangsstellung des Steuerkolbens 6 für die in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsformen mit einem Aktuator 9, der eine Druckkraft erzeugt, ist folglich die maximal zu Auslassseite verschobene Stellung des Steuerkolbens 6, an der auch der Aktuator 9 angeordnet ist. Somit gibt die Steuerkante 38 in dieser Ausgangsstellung die hydraulische Verbindung zwischen Einlass 26 und Servoanschluss 27 frei (vgl. 5), sodass der Hochdruck der Verstellpumpe 1 zum Servozylinder 5 weitergeleitet wird, wodurch der Servokolben 4 mit Druckfluid beaufschlagt wird. Ist die Hydraulikkraft des Servokolbens 4 größer als die Kraft der Servokolbenrückstellfeder 32 wird das Verstellelement der Verstellpumpe 1 in Richtung verminderter Ausschwenkung verschoben und das Fördervolumen der Verstellpumpe 1 reduziert, bis sich am Servokolben 4 ein Kräftegleichgewicht einstellt. In der in 3 dargestellten Ausgangsstellung und mit einem Aktuator 9, der eine Druckkraft erzeugt, ist die Verstellpumpe 1 bei einer minimalen Förderleistung entsprechend ihrer Antriebsdrehzahl.
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Wird durch den Aktuator 9 nun eine Druckkraft auf den Steuerkolben 6 ausgeübt, so wird der Steuerkolben 6 in Richtung Einlassseite verschoben, wodurch die Steuerkante 38 die hydraulische Verbindung zwischen Servoanschluss 27 und Einlass 26 mit steigender Druckkraft des Aktuator 9 verschließt, und bei weiterem Anstieg der Druckkraft, die der Auslassseite zugewandte Steuerkante 39 die hydraulische Verbindung zum Auslass 18 öffnet, wodurch der Druck im Servozylinder 5 zum Tank 19 entspannt werden kann. Die Servokolbenrückstellfeder 32 verschiebt nun den Servokolben 4 in Richtung drucklose Stellung, womit die Verstellung der Verstellpumpe 1 zunimmt und das Fördervolumen steigt, bis im Servozylinder das Druckniveau des Tank 19 herrscht. Die Verstellpumpe 1 hat dann ihre maximale Förderleistung entsprechend ihrer Antriebsdrehzahl erreicht.
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Auf diese Weise ist es gemäß der Erfindung möglich, über die Vorgabe der vom Aktuator 9 aufgebrachten Kraft den Ausgangsdruck der Verstellpumpe 1 von einem niedrigen Wert, der über die Verstellschraube 12 als Leerlaufwert vorgebbar ist, kontinuierlich zu einem höheren Wert zu verstellen und zu regeln.
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Die 2 zeigt eine Verstellpumpe 1 mit einer weiteren Bauform der Steuereinrichtung 20 nach der Erfindung in schematischer Darstellung. In dieser und in den folgenden Figuren sind analoge Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen, wie in 1.
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Die Bauform nach den 2 und 4 unterscheidet sich von derjenigen nach den 1 und 3 lediglich dadurch, dass der Aktuator 9 auf der Seite des ersten Endes 28 des Steuerkolbens 6, also auf der Einlassseite des Steuerkolbens angeordnet ist, während die nun einstellbare Feder 8 dem zweiten Ende 29, also der Auslassseite des Steuerkolbens zugeordnet ist. Folglich ist auch die Einstellschraube 12 auf der Auslassseite angeordnet. Die übrigen Einzelheiten sind unverändert. Durch diese Bauform, bei welcher der Aktuator 9 benachbart zum Einlass 26 des Gehäuses 11 angeordnet ist, der wiederum eine Druckkraft erzeugt, ändert sich die Funktion der Steuereinrichtung. Bei inaktivem Aktuator 9 ist das Gleichgewicht der am Steuerkolben 6 angreifenden Kräfte so eingestellt, dass ein minimaler Druck am Servokolben 4 ansteht. Dies wird dadurch erreicht, dass die Federkraft der ersten Feder 7 größer ist als die Gegenkraft der zweiten durch die Verstellschraube 12 einstellbaren Feder 8, die auf der gegenüberliegenden Seite, wie der Aktuator 9 am Steuerkolben 6 angreift. Bei inaktiven, kraftlosen Aktuator 9 ist der Steuerkolben 6 maximal zur Einlassseite verschoben und die Steuerkante 39 gibt die Hydraulische Verbindung des Servoanschlusses 27 mit dem Tank-Auslass 18 frei, wodurch im Servozylinder das Druckniveau des Tanks 19 herrscht, also nahezu druckfrei oder ggf. auf Gehäusedruckniveau. Hierdurch ist die Verstellpumpe 1 auf die baulich vorgegebene größte Fördermenge gestellt, da von einer Verstellpumpe ausgegangen wird, die auf maximale Ausschwenkung gestellt wird, wenn der Servokolben keine Kraft auf das Verstellelement der Verstellpumpe 1 ausübt. Die Verstellpumpe 1 arbeitet somit in der Ausgangsstellung bei einem hohen Ausgangsdruck, der wie bereits erläutert, auch am Steuerkolben 6 zur Wirkung kommt und die relative Lage des Steuerkolbens 6 im Gehäuse 11 mitbestimmt. In dem in den 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Aktuator 9, der eine Druckkraft erzeugen kann, ist, bei inaktiven Aktuator 9, die vom Förderdruck der Verstellpumpe 1 auf den Steuerkolben ausgeübte Hydraulikkraft plus die Federkraft der ersten Feder 7 nicht ausreichend hoch, um den Steuerkolben 6 ohne Hilfe des Aktuator 9 aus der maximal eingangsseitig verschobenen Position zu verschieben.
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Wird nunmehr der Elektromagnet 15 des Aktuators 9 mit Strom versorgt, so ändert sich das Kräftegleichgewicht am Steuerkolben 6 und der Steuerkolben 6 wird aus der zuvor eingenommenen eingangsseitigen Maximalposition verschoben. In 2 also nach rechts, da der Aktuator 9 einen zusätzlichen Druck auf das erste Ende 28 des Steuerkolbens ausübt. Hierdurch ändert sich die Position der Steuerkanten 38, 39 (siehe 5) des Steuerzylinders 6 in Bezug auf die Durchlässe 18, 26, 27 des Gehäuses 11 mit den bereits anhand des Ausführungsbeispiels der 1 und 3 beschriebenen Folgen. Der Druck im Servozylinder 5 steigt entsprechend der Vorgabe durch die Steuereinheit 20, was zu einer Reduzierung des Drucks am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 führt, da die Kraft des Servokolbens 4 auf das Verstellelement der Verstellpumpe 1 zunimmt. Diese Bauform der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung erlaubt somit eine Einstellung des Ausgangsdrucks am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 derart, dass ausgehend von einem hohen Druckniveau, bei dem der Aktuator 9 inaktiv ist, durch Aktivieren des Aktuators 9 ein niedrigeres Druckniveau gesteuert einstellbar ist. Wie bereits erwähnt, geschieht dies, ohne dass eine Veränderung der Drehzahl der Antriebswelle 35 erforderlich ist.
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Die 3 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung 20 in der generellen Bauform nach 1, bei welcher der Druck am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 von einem niedrigen Wert zu einem höheren Wert einstellbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist abweichend von der Darstellung in 1, die Feder 8 und der Aktuator 9, hier als Druckkraft erzeugender Elektromagnet 15 ausgebildet, in Serie angeordnet. Dies bedeutet, dass der Aktuator 9 über die Feder 8 am Steuerkolben 6 angreift, wobei der Stößel des Aktuators 9 in Kontakt mit einem Ende der Feder 8 steht. Bei einer nicht gezeigten parallelen Anordnung von Feder 8 und Aktuator 9 ist der Stößel 30 des Aktuators 9 beispielsweise in unmittelbarer Anlage an das benachbarte Ende 28, 29 des Steuerkolbens 6, ohne die Feder 8 zu berühren. Hierzu durchsetzt der stiftförmige Stößel 30 beispielsweise das Innere der als Druck ausübend ausgebildeten Feder 8 oder er greift an der Führung 14 der Feder 8 an.
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Die Steuereinrichtung 20 weist ein Gehäuse 11 auf, das von einer sich zwischen einer ersten Stirnfläche 22 und einer zweiten Stirnfläche 23 erstreckenden Bohrung 21 durchsetzt ist. Die Bohrung 21 ist abgestuft, wobei ein zentraler Bereich geringeren Durchmessers auf beiden Seiten von Bereichen größeren Durchmessers flankiert ist. Im zentralen Bereich ist der Steuerkolben 6 gleitend geführt. Dieser zentrale Bereich ist wiederum abgestuft, derart, dass ein erstes Ende 28 des Steuerkolbens 6 in einem Abschnitt mit geringen Durchmessers geführt ist, während der anschließende Bereich einen etwas größeren Durchmesser aufweist. Die Grenze der beiden Bereiche liegt beispielsweise im Bereich der Einmündung des Einlasses 26 in den zentralen Bereichen der Bohrung 21 und bildet eine Stufe 37 bzw. Steuerkante 38 (siehe 5) aus. Der Steuerkolben 6 ist an die Formgebung des zentralen Bereichs der Bohrung 21 angepasst, derart, dass sein erster Endbereich 28 einen geringeren Durchmesser aufweist als der daran anschließende Teil bis zum zweiten Ende des Steuerkolbens 6. Hervorzuheben ist, dass das dünnere Ende des gestuft ausgebildeten Steuerkolbens 6 stets in der Nähe der Einmündung des Einlasses 26 für Druckfluid im zentralen Bereich der Bohrung 21 liegt. Der Steuerkolben 6 ist mit zwei umlaufenden Nuten 24 versehen, deren seitliche Begrenzungen Steuerkanten 38, 39 bilden. Er ist zudem von einer durchgehenden Durchgangs- bzw. Längsbohrung 36 durchsetzt, die einem Druckausgleich zwischen seinen beiden Endbereichen 28, 29 dient. An dem ersten Ende 28 des Steuerkolbens 6, in der 3 links, greift die als Druckfeder ausgebildete Feder 7 über die Führung 13 an. Das andere Ende der Feder 7 stützt sich an der Verstellschraube 12 ab, die über ein Gewinde in ihrer Längsrichtung verstellbar ist und es hierdurch gestattet, die von der Feder 7 ausgeübte Kraft auf den Steuerzylinder 6 einzustellen. Am entgegengesetzten, zweiten Ende 29 des Steuerkolbens 6 ist ebenfalls eine Feder 8 angeordnet, deren Kraft über die Führung 14 auf den Steuerkolben 6 übertragen wird. Das vom Steuerkolben 6 abgewandte Ende der Feder 8 stützt sich am Stößel 30 des hier als Elektromagnet 15 ausgebildeten Aktuators 9 ab. Die Feder 8 und der Aktuator 9 sind hierdurch in Serie angeordnet.
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Das Gehäuse 11 der Steuereinrichtung 20 ist von mehreren Kanälen 18, 25, 26, 27 durchsetzt, die beispielsweise ausgehend von einer Grundfläche 34 des Gehäuses 11 auf die zentrale Bohrung 21 gerichtet sind. Die Kanäle 18, 25, 26, 27 schneiden die Bohrung 21 und bilden so den Einlass 26 für Druckfluid von der Verstellpumpe 1, den Servoanschluss 27 zum Servozylinder 5 sowie den Auslass 18 zum Tank 19. Die beiden Kanäle 18 und 25 dienen bei entsprechender Stellung der Steuerkanten 38, 39 des Steuerkolbens 6 der Ableitung des Druckfluids vom Servoanschluss 27 über die im Steuerkolben 6 befindliche Nut 24 zum Auslass 18 und damit zum Tank 19.
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Die Kanäle 18, 25, 26, 27 sind mit Leitungen 10, 16, 17 für das Druckfluid hydraulisch verbunden, wie in 1 gezeigt. Durch Verschieben des Steuerkolbens 6 überstreichen dessen durch die Nuten 24 definierten Steuerkanten 38, 39 den in die Bohrung 21 einmündenden Kanal 27 und geben dadurch die Verbindung zwischen den Kanälen 18 und 27 sowie 26 und 27 definiert frei oder sperren sie vollständig. Hierdurch ist der auf die Servoverstelleinheit, d.h. den Servokolben 4 einwirkende Druck steuerbar.
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Betrachtet man erneut das Ausführungsbeispiel in 4, so ist im kraftlosen Zustand des Aktuators 9 der Steuerkolben 6 unter dem Kräftespiel der Federn 7, 8 und des Ausgangsdrucks der Verstellpumpe 1 beispielsweise nach rechts vom Aktuator 9 weg verschoben, wo er eine Ausgangsposition einnimmt, in der die Verstellpumpe auf minimale Leistung eingestellt ist. Diese Ausgangsposition, die mittels der Verstellschraube 12 an der Feder 7 einstellbar ist, bewirkt einen definierten Druck im Servozylinder 5, da der Arbeitsdruck der Verstellpumpe 1 auf den Servokolben 4 geleitet wird, der die Verstellpumpe 1 in einen minimal ausgeschwenkten Zustand verbringt, was zu einem bestimmten niedrigen Druck am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 führt, der jedoch ausreicht eine maximale Servokraft am Servokolben 4 zu erzeugen.
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Wird dem Elektromagnet 15 des Aktuators 9 in 4 elektrischer Strom zugeführt, so verschiebt/zieht dessen Stößel 30 den Steuerkolben 6 nach links, wenn der Aktuator 9 so ausgebildet ist, dass er eine Zugkraft ausübt. Durch diese zusätzliche Zugkraft am Steuerkolben, die die Federkraft der Feder 8 unterstützt, ändert sich die Position der Steuerkanten 38, 39 des Steuerkolbens 6 in Bezug auf die Öffnung des Kanals 27, welche mit zunehmender Zugkraft des Aktuators 9 die hydraulische Verbindung zwischen dem Einlass 26 und dem Servozylinder 5 unterbinden. Damit sinkt der Druck am Servokolben 4, was zu einer Änderung der Position des Servokolbens 4 führt, weil die Servokraft geringer wird, wodurch die Förderleistung der Verstellpumpe 1 steigt.
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Der erhöhte Druck am Auslass der Verstellpumpe 1 wird über die Leitung 16 zum Einlass 26 der Steuereinheit 20 übertragen und wirkt über die abgestuften Durchmesser der Endbereiche 28, 29 des Stellkolbens 6 auf den Steuerkolben 6 ein. Hierdurch ergibt sich ein neues Gleichgewicht der Kräfte am Steuerkolben 6, was zur selbsttätigen Einstellung eines erhöhten, aber konstanten Druckniveaus am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 führt. Dieses Druckniveau ist somit über den Strom am Elektromagneten 15 oder generell durch die Ansteuerung des Aktuators 9, sei es mechanisch, pneumatisch, hydraulisch o.ä., einstellbar und wird von der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung selbsttätig eingeregelt. Für die Bauform der Steuereinrichtung 20 nach 1 und 3 ist, wenn der Aktuator 9 als druckkrafterzeugendes Betätigungselement ausgebildet ist, ein beispielhaftes Strom/Druck-Diagramm in 6 gezeigt.
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Die 4 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung 20 in der generellen Bauform nach 2, bei welcher der Druck am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 von einem hohen Wert zu einem niedrigeren Wert einstellbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch anders als in 2, die Feder 7 und der Aktuator 9, hier als Elektromagnet 15 ausgebildet, in Serie angeordnet. Dies bedeutet, dass der Aktuator 9 über die Feder 7 am Steuerkolben 6 angreift. Gezeigt ist in 4, wie auch schon in 3 ein Zustand, in welchem der Steuerkolben 6 eine Position einnimmt, bei der die Steuerkanten 38, 39 (siehe 5) die hydraulische Verbindung des Servoanschlusses 27 sowohl zum Einlass 26 als auch zum Auslass 18 sperren. Die Ausgangsposition des Steuerkolbens 6 bei inaktiven Aktuator 9 liegt bei dieser Bauform weiter nach rechts verschoben als in 3 und 4 gezeigt ist.
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Die Anordnung nach 4 unterscheidet sich von derjenigen nach 3 dadurch, dass der Aktuator 9 und die erste Feder 7 dem ersten Ende 28 des Steuerkolbens 6 zugeordnet sind, während die nun über die Einstellschraube 12 verstellbare zweite Feder 8 auf das zweite Ende 29 des Steuerkolbens 6 einwirkt. Die Bauteile in 4 entsprechen im Übrigen völlig denjenigen in 3. Die Wirkungsweise dieser Anordnung unterscheidet sich von derjenigen nach 3 dadurch, dass der Steuerkolben 6 bei nicht aktiviertem Aktuator 9, derart in seine Ausgangsposition (in 4 nach links) verschoben ist, dass der volle, maximale Ausgangsdruck der Verstellpumpe 1 am Einlass 26 des Steuerkolbens 6 ansteht. Wird der Aktuator 9 aktiviert und somit der Steuerkolben 6 nach rechts verschoben, so erhöht sich der Druck auf den Servokolben 4, sodass die Verstellpumpe 1 in ihrer Ausschwenkung und somit in der Förderleistung reduziert wird, was zu einer Reduzierung des Drucks am Auslass 3 führt. Über den Aktuator 9 ist im Ausführungsbeispiel der 4 somit der Ausgangsdruck der Verstellpumpe 1 von einem hohen Ausgangswert zu niedrigeren Werten steuerbar. In 7 ist ein beispielhaftes Strom/Druck-Diagramm für diese Bauform der Steuereinrichtung 20 nach 2 und 4 gezeigt.
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5 zeigt eine Detailansicht des mittleren Bereichs des Gehäuses 11 der Steuereinrichtung 20 nach 4. Die Bezugszeichen haben hier dieselbe Bedeutung, wie in den 1 bis 4. Hervorzuheben ist der abgestufte zentrale Bereich der Bohrung 21 mit der Stufe 37 sowie die unterschiedlichen Durchmesser der beiden Enden 28, 29 des Steuerkolbens 6. Die Stufe 37 trägt den unterschiedlichen Durchmessern des Steuerkolbens 6 Rechnung. Dieser Unterschied bewirkt, dass der über den Einlass 26 auf den Steuerkolben 6 einwirkende Druck am Auslass 3 der Verstellpumpe 1 eine Kraft auf den Steuerkolben 6 ausübt. Diese Kraft ist bei einer Anordnung nach der 5, sowie bei allen übrigen Ausführungsbeispielen, stets in Richtung auf das dickere, zweite auslassseitige Ende 29 des Steuerkolbens 6 gerichtet, in den Figuren also beispielhaft nach rechts. Der Druck am Ausgang 3 der Verstellpumpe 1 hat unmittelbaren Einfluss auf das Kräftegleichgewicht am Steuerkolben 6.
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In 6 ist ein beispielhaftes Strom/Druck-Diagramm für die Bauform der Steuereinrichtung nach 1 und 3 gezeigt, bei der eine gesteuerte Förderdruckzunahme mittels der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung erzielt wird. Der Aktuator 9 ist hier allgemein als Proportionalmagnet ausgebildet, der eine zunehmende Auslenkung des am Anker angeordneten Stößels 30 mit steigendem Strom bewirkt. Zu sehen ist ein niedriger Ausgangswert des Drucks bei inaktivem Aktuator 9, also der Ausgangsposition des Steuerkolbens 6. Die Ausgangsposition des Steuerkolben 6 im Diagramm gemäß 6 ist in seiner maximal zur Auslassseite verschobenen Stellung, in der die Steuerkante 39 die Öffnung des Auslass 18 vollständig verschließt, wodurch der Druck im Servozylinder 5 dem Druck der Verstellpumpe 1 entspricht und somit eine maximale Servokraft auf das Verstellelement, beispielsweise eine Schrägscheibe, wirkt, womit die Verstellpumpe 1 in einem minimal ausgeschenkten Zustand ist. Mit zunehmendem Strom auf den Aktuator 9 wird der Steuerkolben 6 in Richtung Eingangsseite verschoben, wodurch durch Verschließen des Einlass 26 und gleichzeitigen Offnen des Auslass 18 der Druck im Servozylinder 5 und die Kraft des Servokolbens 4 auf das Verstellelement sinkt, und so die Servoverstellung eine Ausschwenkung des Verstellelements zulässt, sodass der Förderdruck der Verstellpumpe 1 steigt. Die Förderdruckzunahme verläuft in weiten Bereichen bevorzugt linear und proportional zur Aktuatorkraft.
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In 7 ist ein beispielhaftes Strom/Druck-Diagramm für die Bauform der Steuereinrichtung nach 2 und 4 gezeigt, bei der eine gesteuerte Förderdruckabnahme mittels der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung erzielt wird. Hier hat der Förderdruck der Verstellpumpe 1 in der Ausgangsstellung bei inaktivem Aktuator 9 einen Maximalwert und nimmt mit zunehmendem Strom auf den Aktuator 9 kontinuierlich ab. In der Ausgangsstellung ist der Steuerkolben hierbei in seiner maximal zur Einlassseite verschobenen Stellung, bei der die Servoverstellung nahezu kraftlos ist und die Verstellpumpe 1 bauartbedingt auf maximales Födervolumen ausgeschwenkt ist. Die gesteuerte Druckreduzierung mittels gesteuerter Beaufschlagung des Aktuators 9 kann bis zum Wert „Null“ reichen, bei dem die Verstellpumpe 1 kein Druckfluid fördert. Die Förderung wird jedoch wieder aufgenommen, sobald der Strom wieder unter einen entsprechenden Grenzwert fällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellpumpe
- 2
- Einlass der Verstellpumpe
- 3
- Auslass der Verstellpumpe
- 4
- Servokolben
- 5
- Servozylinder
- 6
- Steuerkolben
- 7
- erste Feder (einlassseitig)
- 8
- zweite Feder (auslassseitig)
- 9
- Aktuator
- 10
- Tankleitung
- 11
- Gehäuse
- 12
- Verstellschraube / Einstellschraube
- 13
- Führung für Feder 7
- 14
- Führung für Feder 8
- 15
- Elektromagnet
- 16
- Druckleitungen
- 17
- Druckleitung
- 18
- Auslass
- 19
- Tank
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Federkammer
- 22
- erste Stirnfläche
- 23
- zweite Stirnfläche
- 24
- Nuten des Steuerkolbens
- 25
- Kanal
- 26
- Einlass
- 27
- Servoanschluss
- 28
- erstes Ende des Steuerkolbens
- 29
- zweites Ende des Steuerkolbens
- 30
- Stößel des Elektromagneten
- 32
- Rückstellfeder
- 33
- Übertragungsglied
- 34
- Grundfläche des Gehäuses
- 35
- Antriebswelle der Verstellpumpe
- 36
- Durchgangsbohrung
- 37
- Stufe
- 38
- Steuerkante
- 39
- Steuerkante
