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Die
Erfindung betrifft eine Verstellpumpeneinheit zur Förderung
einer Arbeitsflüssigkeit.
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In
der
DE 693 05 836
T2 ist eine Verstellpumpeneinheit zur Förderung einer Arbeitsflüssigkeit
beschrieben, die ein Gehäuse
mit an den Enden angebrachten Deckeln als Abschlußelemente
umfaßt.
In dem Gehäuse
ist ein Elektromotor angeordnet. Dieser umfaßt einen in dem Gehäuse ortsfest
angebrachten Stator und einen koaxial in dem Stator um eine Längsachse
drehbar angeordneten Rotor. In dem Rotor ist ein Zylinderblock angeordnet,
der mit dem Rotor um die Längsachse
rotiert. Der Zylinderblock weist parallel zur Längsachse und um diese umfangsverteilt
Zylinderräume
auf, in denen Arbeitskolben parallel zur Längsachse bewegbar sind. Ferner
ist eine Stellscheibe auf der Längsachse
zentriert angeordnet. Deren Neigung ist im Verhältnis zur Längsachse veränderbar.
Die Kolben stützen
sich an der Stellscheibe ab. Es sind erste Stellmittel vorhanden,
die einen Stellkolben mit einer ersten Kolbenfläche umfassen. Dieser wird von
dem jeweilig in der Pumpeneinheit herrschenden Arbeitsdruck beaufschlagt.
Die Stellmittel umfassen ferner eine erste Stellfeder, die versetzt
zur Längsachse
angeordnet ist und damit den Stellkolben, der diametral versetzt dazu
angeordnet ist, zur Einnahme seiner eingefahrenen Position, in der
die Stellscheibe ausgehend von der Nullage die größte Auslenkung
einnimmt, beaufschlagt. Die Regelung erfolgt dergestalt, daß die Schrägscheibe
auf den maximalen Schwenkwinkel ausgelenkt bleibt, d.h. die Pumpe
maximalen Förderstrom
liefert, solange der eingestellte Druck noch nicht erreicht ist.
Bei Erreichen des eingestellten Druckes wird der Winkel der Schrägscheibe
und damit der Förderstrom
solange verringert, daß der
eingestellte Druck erhalten bleibt. Sinkt der Systemdruck unter
den einge stellten Druck ab, verschwenkt der Stellkolben die Stellscheibe
wieder auf ihren maximalen Schwenkwinkel. Eine solche Steuerung
ist träge.
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Die
WO 02/44 563 A1 beschreibt eine Verstellpumpeneinheit mit einem
Gehäuse
und einem in diesem ortsfest angebrachten Zylinderblock. Dieser besitzt
parallel zu einer Längsachse
ausgerichtete und um diese verteilt angeordnete Zylinderräume. In diesen
Zylinderräumen
sind Arbeitskolben parallel zur Längsachse bewegbar. Die Arbeitskolben
stützen sich
gegen eine drehend antreibbare Stellscheibe ab, deren Neigung zur
Längsachse
veränderbar
ist.
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Hierzu
sind erste und zweite Stellmittel sowie Steuermittel vorgesehen.
Die ersten Stellmittel umfassen einen ersten Stellkolben, der versetzt
zur Längsachse
auf die Stellscheibe parallel zur Längsachse einwirkt. Die zweiten
Stellmittel umfassen einen diametral zum ersten Stellkolben versetzt
angeordneten zweiten Stellkolben, der die Stellscheibe ebenfalls
beaufschlagt. Hubsteuermittel für
die Stellkolben können
genutzt werden, um die Einheit hinsichtlich verschiedener Parameter
zu steuern, nämlich
hinsichtlich Förderstrom,
Arbeitsdruck oder einer Kombination beider, z.B. Leistung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellpumpeneinheit vorzuschlagen,
die ein günstigeres
Verhalten hinsichtlich der Einregelung auf ein wählbares Fördervolumen bei vorgebbarem Maximaldruck
aufweist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß durch
eine Verstellpumpeneinheit zur Förderung
einer Arbeitsflüssigkeit
umfassend
- – ein
Gehäuse
mit an den Enden angebrachten Abschlußelementen,
- – einen
in dem Gehäuse
angeordneten Elektromotor mit einem in dem Gehäuse ortsfest angebrachten Stator
und mit einem koaxial dazu in dem Stator um eine Längsachse
drehbar angeordneten Rotor,
- – einen
in dem Rotor aufgenommenen und mit diesem um die Längsachse
rotierenden Zylinderblock, wobei in dem Zylinderblock parallel zur Längsachse
und um diese umfangverteilt Zylinderräume angeordnet sind, in denen
Arbeitskolben parallel zur Längsachse
bewegbar sind,
und an der sich die Arbeitskolben abstützen,
- – erste
Stellmittel, die einen ersten Stellkolben mit einer vorgegebenen
ersten Kolbenfläche,
welche von dem jeweilig an der Pumpeneinheit anstehenden Arbeitsdruck
beaufschlagt ist, und eine erste Stellfeder, die den ersten Stellkolben
unabhängig vom
Arbeitsdruck versetzt zur Längsachse
zur Stellscheibe hin beaufschlagt, aufweisen,
- – zweite
Stellmittel, die einen zweiten Stellkolben aufweisen, der eine zweite
Kolbenfläche
besitzt und die Stellscheibe diametral zum ersten Stellkolben beaufschlagt,
wobei die zweite Kolbenfläche
größer bemessen
ist als die erste Kolbenfläche,
- – eine
Neigungsmeßeinrichtung,
mit der die jeweilige Neigung der Stellscheibe feststellbar und
als elektrische Meßgröße ausgebbar
ist,
- – eine
Druckmeßeinrichtung,
mit der der jeweilige Arbeitsdruck feststellbar und als elektrische
Meßgröße ausgebbar
ist,
- – eine
erste Steuereinrichtung, die ein Stellventil aufweist, über das
der zweite Stellkolben mit der unter dem Arbeitsdruck stehenden
Arbeitsflüssigkeit
beaufschlagbar oder von der Versorgung mit Arbeitsflüssigkeit
trennbar ist, und welches über eine
Stelleinheit verstellbar ist,
- – eine
zweite Steuereinrichtung, welcher der einzuhaltende Arbeitsdruck
als elektrische Führungsgröße vorgebbar
ist, welcher ein maximales Fördervolumen
frei wählbar
vorgebbar ist, welche unterhalb des einzuhaltenden Arbeitsdrucks über die
Stelleinheit und den zweiten Stellkolben die Stellscheibe zur Einnahme
einer Neigung zur Längsachse
veranlaßt,
die dem jeweils vorgegebenen maximalen Fördervolumen entspricht, und die
bei Überschreitung
des jeweils vorgegebenen Arbeitsdrucks über die Stelleinheit und den
zweiten Stellkolben die Stellscheibe zur Einnahme einer Neigung
zur Längsachse
verstellt, die einer Verringerung des Fördervolumens entspricht.
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Von
Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß durch die unmittelbare Einregulierung
auf das gewünschte
Fördervolumen
die Zeit bis zur Erreichung dieses Fördervolumens deutlich verringert
ist. Die Messung des Volumenstroms über die Neigung der Stellscheibe
durch eine lineare Wegmessung und davon abgeleitet die unmittelbare
Beeinflussung der Stelleinheit über
die zweite Steuereinrichtung, um die Schwenkstellung der Stellscheibe
zu korrigieren, führt
zu einer verbesserten, d.h. genaueren Einregulierung.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Neigungsmeßeinrichtung
durch einen Wegmesser dargestellt ist, der mit dem ersten Stellkolben
gekoppelt ist und die jeweilige Stellung des ersten Stellkolbens
als repräsentativ
für die
Neigung der Stellscheibe als elektrische Meßgröße erfaßt. Somit kann über eine
einfache Umrechnung das Fördervolumen
in der zweiten Steuereinrichtung ermittelt werden. Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß das
Stellventil ein Stetig-Stellventil in Servoqualität ist. Bei diesen
Ventilen wird das Eingangssignal stufenlos in ein proportionales
hydraulisches Ausgangssignal umgewandelt.
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Die
Stelleinheit selbst ist bevorzugt als elektromagnetisch arbeitende
Stelleinheit ausgebildet.
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Zur
Ausgestaltung des Stellventils ist vorgesehen, daß dies einen
Steuerkolben aufweist, der von einer Steuerfeder zu seiner Ausgangslage
beaufschlagt ist. Zur Einstellung der Ausgangslage des Steuerkolbens
in der Nullstellung ist die Steuerfeder in ihrer Axiallage einstellbar.
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Eine
günstige
Ausgestaltung sieht vor, daß der
erste Steuerkolben und der zweite Steuerkolben in Zylinderräumen verstellbar
sind, die in einem Abschlußelement
des Gehäuses
angeordnet sind.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung, die einen Längsschnitt der Verstellpumpeneinheit
und dazu die Steuermittel schematisch angibt, dargestellt.
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Aus
der Zeichnung ist das Gehäuse 1 ersichtlich,
das durch ein einstückig
damit verbundenes erstes Abschlußelement 2 an einem
Ende und durch ein lösbar
mit dem Gehäuse 1 verbundenes
Abschlußelement 3 an
dem dem ersten Abschlußelement 2 gegenüberliegenden
Ende abgeschlossen ist. In dem ersten Abschlußelement 2 befindet
sich eine erste Lagerbohrung 4 und in dem zweiten Abschlußelement 3 eine
zweite Lagerbohrung 5. Beide Lagerbohrungen 4, 5 sind
auf der Längsachse 6 zentriert.
In den beiden Lagerbohrungen 4, 5 ist eine Achse 8 mittels
Lager 7 drehbeweglich gelagert. Die Lager 7 können beispielsweise
in Form von Gleit- oder Nadellagern gestaltet sein.
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In
dem Gehäuse 1 ist
ein Stator 9 eines Elektromotors fest angebracht. In diesem
Stator 9 rotiert der Rotor 10 des Elektromotors,
der um den Zylinderblock 11 herum angeordnet ist, um die
Längsachse 6. Der
Zylinderblock 11 sitzt auf der Achse 8. Rotor 10 und
Zylinderblock 11 sind drehfest miteinander verbunden und
werden von der Achse 8 getragen, so daß der Zylinderblock 11 vom
Rotor 10 drehend angetrieben wird, wenn der Elektromotor
angeschaltet ist. In dem Zylinderblock 11 sind um die Längsachse 6 verteilt
Zylinderräume 12 angeordnet,
die sich parallel zur Längsachse 6 erstrecken
und jeweils über
einen Kanal 17 zu einer Ventilplatte 16 offen
sind, über die
die einzelnen Zylinderräume 12 mittels
des zugehörigen
Kanals 17 entweder mit dem Auslaß 18 bzw. dem Einlaß 19 verbindbar
sind. Mit dem Auslaß 18 ist auch
eine Druckmeßeinrichtung 20 verbunden, über welche
der im System jeweils anstehende Arbeitsdruck gemessen und in eine
elektrische Meßgröße umgesetzt
wird. In jedem Zylinderraum 12 ist ein Arbeitskolben 13 parallel
zur Längsachse 6 beweglich aufgenommen.
Die Arbeitskolben 13 beaufschlagen mit ihrem aus dem Zylinderraum 12 jeweils
austretenden Ende eine Stellscheibe 14, die um eine Schwenkachse 15 im
Gehäuse
schwenkbar und undrehbar gehalten ist. Je nach Schrägstellung
der Stellscheibe 14, d.h. je nach Neigung derselben um einen
Winkel A gegenüber
der Längsachse 6,
tauchen die Arbeitskolben 13 mehr oder weniger tief in die
Zylinderräume 12 ein
und fördern
ein aus dem durchmessenen Hub, dem Querschnitt der Zylinderräume sowie
der Drehzahl ermittelbares Fördervolumen.
Die Stellscheibe 14 wird durch erste Stellmittel 21,
die einen ersten Stellkolben 22 mit einer vorgegebenen
ersten Kolbenfläche
F1 umfassen, dessen zugehöriger
Zylinderraum ständig über die
Verbindungsleitung 23 und Kanäle im zweiten Abschlußelement 3 mit
dem Auslaß 18 verbunden
ist, vom anstehenden Arbeitsdruck beaufschlagt. Unter diesem Arbeitsdruck
und aufgrund der exzentrischen Anordnung des ersten Stellkolbens 22 zur
Schwenkachse 15 der Stellscheibe 14 wird die Stellscheibe 14 in Richtung
zur Einnahme ihrer maximalen Schwenkstellung, bei der das größte Fördervolumen
erreicht wird, hin beaufschlagt. Der Zylinderraum, in dem die Kolbenfläche F1 des
ersten Stellkolbens 22 liegt, ist mittels eines Verbindungskanals 30 mit
dem Gehäuse
eines Stellventils 29, in dem der Steuerkolben 36 verschiebbar
angeordnet ist, leitungsmäßig verbunden.
Auf den ersten Stellkolben 22 wirkt eine Stellfeder 24 ein,
die auch im drucklosen Zustand den ersten Stellkolben 22 zur
Einnahme seiner ausgefahrenen Position hin beaufschlagt und damit
die Stellscheibe 24 zur Maximalneigung gegenüber der Längsachse 6 bewegt.
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Diametral
bezogen auf die Längsachse 6 sind
zu dem ersten Stellkolben 22 der ersten Stellmittel 21 zweite
Stellmittel 25 angeordnet, die einen zweiten Stellkolben 26 umfassen,
der in einem Zylinderraum des zweiten Abschlußelementes 3 parallel zur
Längsachse 6 verstellbar
ist und eine zweite Kolbenfläche
F2 aufweist, die größer ist
als die erste Kolbenfläche
F1 des ersten Stellkolbens 22. Der Zylinderraum, in dem
der zweite Stellkolben 26 verstellbar ist, wird über das
Stellventil 29 mit dem Verbindungskanal 30 wahlweise
verbunden und unterliegt damit, je nach Stellung des Stellventils 29,
dem in der Verstellpumpeneinheit herrschenden Arbeitsdruck oder ist
von diesem getrennt. Die Ausgangsstellung des Steuerkolbens 36 des
Stellventils 29 ist über
eine Steuerfeder 31 einregulierbar. Die Steuerfeder 31 ist in
ihrer axialen Lage verstellbar, um die Nullstellung des Steuerkolbens 36 einzuregulieren.
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Die
erste Steuereinrichtung 28 umfaßt neben dem Stellventil 29 ferner
eine Stelleinheit 32, über
die der Steuerkolben 36 in die Offenposition überführbar ist,
in welcher der Verbindungskanal 30 mit dem Zylinderraum
für den
zweiten Stellkolben 26 verbunden ist. Dem ersten Stellkolben 22 ist
eine Neigungsmeßeinrichtung 27 zugeordnet,
welche die jeweilige Neigungsstellung und damit den jeweiligen Neigungswinkel
A der Stellscheibe 14 aus dem Weg, den der erste Stellkolben 22 zurückgelegt
hat, ermittelt. Dies erfolgt in Form eines elektrischen Steuersignals,
das über
eine erste Steuerleitung 37 der zweiten Steuereinrichtung 33 zugeführt wird.
Die zweite Steuereinrichtung 33 ist ferner über eine
zweite Steuerleitung 38 mit der Druckmeßeinrichtung 20 und über eine dritte
Steuerleitung 39 mit der Stelleinheit 32 verbunden.
Des weiteren weist die zweite Steuereinrichtung 33 eine
Eingabe 34 für
den einzuhaltenden Arbeitsdruck und eine Eingabe 35 für das maximale
Fördervolumen
auf.
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Die
Funktionsweise wird nachfolgend beschrieben. Im ausgeschalteten
Zustand des Elektromotors aus Stator 9 und Rotor 10 nimmt
die Stellscheibe 14 ihre maximal ausgeschwenkte Neigung ein,
welche dem größtmöglichen
Fördervolumen
entspricht. Beim Einschalten des Elektromotors ergibt sich innerhalb
eines kurzen Umdrehungsbereiches ein Druckaufbau und die Stellscheibe 14 wird
auf die Nullstellung bewegt, das bedeutet, daß die Stellscheibe 14 die
Längsachse 6 mit
einem Neigungswinkel A, der einem rechten Winkel entspricht, schneidet,
wobei der Hub der Arbeitskolben 13 nahezu Null ist. Dabei
befindet sich das Stellventil 29 in der Schließstellung.
Die Stellscheibe 14 wird durch den auf den ersten Stellkolben 22 wirkenden
Systemdruck und die diesen beaufschlagende erste Stellfeder 24 in
dieser Position gehalten. Im Arbeitsbetrieb, in dem ein Verbraucher
zugeschaltet ist, folgt dann ausgehend von der Nullstellung eine
Verstellung auf die Neigung A der Stellscheibe 14 zur Längsachse 6, bei
der infolge der Vorgabe des Fördervolumens,
und darauf folgend von der zweiten Steuereinrichtung 33 ein
Befehl über
die dritte Steuerleitung 39 an die Stelleinheit 32 zur Überführung des
Stellventils 29 in die Offenposition, so daß eine Druckbeaufschlagung
mit dem anstehenden Arbeitsdruck über die Verbindung des Verbindungskanals 30 zum
Zylinderraum der ersten Stellmittel 21, der über die
Verbindungsleitung 23 mit dem am Auslaß 18 anstehenden Druck
beaufschlagt ist, erfolgt. Die Einregulierung der Position erfolgt
unter Zuhilfenahme der Neigungsmeßeinrichtung 27, die
die jeweilige Neigung A der Stellscheibe 14 erfaßt und der
zweiten Steuereinrichtung 33 zuführt, die über einen Regelalgorithmus
ermittelt, ob die jeweilige Neigungsstellung der Stellscheibe 14 dem
voreingestellten Fördervolumen
entspricht. Solange noch nicht die dem eingestellten Fördervolumen
entsprechende Neigungsstellung gegeben ist, bleibt das Stellventil 29 in
der Offenposition, so daß aufgrund
der größeren Fläche F2 des
zweiten Stellkolbens 26 gegenüber der Kolbenfläche F1 des
ersten Stellkolbens 22 die Stellscheibe 14 verschwenkt wird.
Ist die dem eingegebenen Fördervolumen
entsprechende Neigung A der Stellscheibe 14 erreicht und
wird durch einen Vergleich in der zweiten Steuereinrichtung 33 ermittelt,
daß der
voreingestellte Arbeitsdruck den an der Druckmeßeinrichtung 20 anstehenden
Arbeitsdruck überschreitet,
veranlaßt
die zweite Steuereinrichtung 33, daß über die dritte Steuerleitung 39 ein
Impuls an die Stelleinheit 32 gegeben wird, mit der das
Stellventil 29 in Offenposition überführt wird, so daß unter
dem höheren
Arbeitsdruck der zweite Stellkolben 26 die Stellscheibe 24 so
weit in Richtung Nullstellung bewegt, bis sich ein Gleichgewicht
ergibt. Im Auszustand befindet sich das Stellventil 29 in
der Grundstellung, so daß der
Verbindungskanal 30 mit dem Zylinderraum des Stellmittels 25 verbunden
ist.
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Die
Rückführung des
Arbeitsmediums aus dem Zylinderraum, in dem sich der zweite Stellkolben 26 befindet,
erfolgt über
den Kanal 40 im zweiten Abschlußelement 3 in das
Gehäuse 1 und
von dort in die Leckölleitung.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- erstes
Abschlußelement
- 3
- zweites
Abschlußelement
- 4
- erste
Lagerbohrung
- 5
- zweite
Lagerbohrung
- 6
- Längsachse
- 7
- Lager
- 8
- Achse
- 9
- Stator
- 10
- Rotor
- 11
- Zylinderblock
- 12
- Zylinderraum
- 13
- Arbeitskolben
- 14
- Stellscheibe
- 15
- Schwenkachse
- 16
- Ventilplatte
- 17
- Kanal
- 18
- Auslaß
- 19
- Einlaß
- 20
- Druckmeßeinrichtung
- 21
- erste
Stellmittel
- 22
- erster
Stellkolben
- 23
- Verbindungsleitung
- 24
- Stellfeder
- 25
- zweite
Stellmittel
- 26
- zweiter
Stellkolben
- 27
- Neigungsmeßeinrichtung
- 28
- erste
Steuereinrichtung
- 29
- Stellventil
- 30
- Verbindungskanal
- 31
- Steuerfeder
- 32
- Stelleinheit
- 33
- zweite
Steuereinrichtung
- 34
- Eingabe
für den
einzuhaltenden Arbeitsdruck
- 35
- Eingabe
für das
Fördervolumen
- 36
- Steuerkolben
- 37
- erste
Steuerleitung
- 38
- zweite
Steuerleitung
- 39
- dritte
Steuerleitung
- 40
- Kanal
- F1
- erste
Kolbenfläche
- F2
- zweite
Kolbenfläche
- A
- Neigung