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Hydraulische Steuereinrichtung für eine Kraftübertragungsvorrichtung
mit Regelscheibe Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuereinrichtung
für die Einstellung einer um ihre Schwenkachse kippbaren Regelscheibe, welche den
Bewegungsablauf in einer Kraftübertragungsvorrichtung, z. B. einem hydraulischen
Kolbengetriebe, mit änderbarem Hubvolumen bestimmt und der ein kraftausübender Mechanismus
zugeordnet ist.
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Bei bekannten Steuereinrichtungen dieser Art weist der kraftausübende
Mechanismus einerseits einen unter ständiger V orspannung des Flüssigkeitsdrucks
an der Regelscheibe angreifenden ersten Kolben kleineren Querschnitts und andererseits
ein von Hand verschiebbares Steuerglied zum Steuern des Flüssigkeitsdruckes auf
einen ebenfalls an der Regelscheibe angreifenden zweiten, die Vorspannung des ersten
überwindenden Kolben größeren Querschnitts auf.
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Bei solchen hydraulischen Steuereinrichtungen hat es sich als nachteilig
erwiesen, daß der kraftausübende Mechanismus nicht frei von totem Gang ist und daß
ebenfalls bei dem praktisch unvermeidbaren Abnutzen der tote Gang immer größer wird.
Infolgedessen geht die Genauigkeit bei der Einstellung der Regelscheibe in mehr
oder weniger großem Ausmaß verloren, und dieser Mangel beeinträchtigt die Arbeitsweise
bzw. den Bewegungsablauf in einer Kraftübertragungsvorrichtung.
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Die Erfindung geht von einer hydraulischen Steuereinrichtung mit Regelscheibe
und gegensinnig wirkenden Kolben aus und hat zum Ziel, eine vollkommene Freiheit
von totem Gang zu verwirklichen, um dadurch eine hohe Genauigkeit bei der Einstellung
der Regelscheibe zu erzielen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die beiden Kolben auf entgegengesetzten
Seiten der Schwenkachse der Regelscheibe angreifen, daß das Steuerglied des zweiten
Kolbens aus einem unter dem Einftuß willkürlich zu betätigender mechanischer Steuermittel
stehenden Kommandoorgan und einem an den Einstellbewegungen der Regelscheibe teilnehmenden
Folgeorgan besteht und daß das Kommandoorgan entgegen seiner Betätigungsrichtung
durch ein Vorspannmittel belastet ist und das Folgeorgan sich unter der Einwirkung
eines Vorspannmittels über ein Zwischengestänge an der Regelscheibe abstützt.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß das an den Einstellbewegungen
der Regelscheibe teilnehmende Folgeorgan das Widerlager für das Vorspannen mittels
des Kommandoorgans bildet.
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Darüber hinaus empfiehlt die Erfindung, daß die Organe des Steuergliedes
einen Steuerschieber mit axialer Beweglichkeit des Steuerkolbens und der Steuerhülse
bilden. Nachfolgend ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung
nach der Erfindung beschrieben. - In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eine Pumpe mit veränderlichem Hubraum, Fig. 2 eine Endansicht der Pumpe nach
Fig. 1 in teilweiser Schnittdarstellung, Fig. 3 eine Teilansicht des die Hubraumänderung
bewirkenden Mechanismus mit Darstellung der Regelscheibe in der Nullstellung, Fig.
4 eine schematische Darstellung des hydraulischen Steuersystems mit einer vergrößerten
Schnittdarstellung des in Fig. 2 ebenfalls im Schnitt gezeigten Ventils.
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Die veranschaulichte Pumpe ist mit einem Gehäuse 10 ausgestattet,
welches den allgemein mit 12 bezeichneten umlaufenden Pumpenmechanismus, eine allgemein
mit 14 bezeichnete Steuerpumpe und ein allgemein mit 16 bezeichnetes Ventilsystem
umschließt.
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Der Pumpenmechanismus 12 entspricht der üblichen schubstangenfreien
Ausführung und enthält eine Zylinderlaufbüchse 18, die auf der Antriebswelle 20
sitzt. Die Zylinderlaufbüchse 18 enthält üblicherweise eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen,
in welchen nach einer Seite vorstehende Kolben 22 Aufnahme finden. Zur Verdeutlichung
der Darstellung sind nur
zwei Kolben 22 gezeigt. Die Kolben 22 tragen
an ihrem äußeren Ende Schuhstücke 24, welche an einer Reibungsplatte 26 anliegen.
Die Reibungsplatte 26 sitzt auf einer Regelscheibe 28. Wenn die Zylinderlaufbüchse
18 durch die Welle 20 in Drehung versetzt wird, so bewegen sich die Kolben 22 in
ihren Bohrungen wechselweise ein- und auswärts. Die Größe der Ein- und Auswärtsbewegung
der Kolben beruht auf der Schrägstellung der Stirnfläche der Reibungsplatte 26 gegenüber
der Drehachse der Zylinderlaufbüchse 18.
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Die Ventilplatte 30 ist in üblicher Weise mit nicht dargestellten
nierenförmigen Öffnungen versehen, welche zwischen den Zylindern der Zylinderlaufbüchse
18 und den äußeren Anschlußöffnungen 32 und 34 eine in geeigneter Zeitfolge stattfindende
Verbindung herstellen.
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Die Regelscheibe 28 trägt ein Paar Arme 36, die auf entgegengesetzten
Seiten des Pumpenmechanismus 12 liegen. Die Arme 36 sind in dem Gehäuse 10 an Zapfen
38 schwenkbar gelagert. Der Hubraum des Pumpenmechanismus ist beliebig von Null
bis zu einem umkehrbaren Maximum veränderlich, und zwar dadurch, daß die Regelscheibe
28 aus der senkrecht zur Achse der Zylinderlaufbüchse 18 stehenden Lage, bei welcher
der Hubraum gleich Null ist, verschwenkt wird, was bis zu der Stellung mit maximalem
Hubraum beiderseits der Nullstellung möglich ist. In Fig. 1 ist der Pumpenmechanismus
in der Stellung veranschaulicht, bei welcher ein maximaler Hubraum eingestellt ist.
Die Fläche 40 der Regelscheibe 28 liegt dabei an dem Gehäuse 10 an. Die Stellung
mit maximalem Hubraum bei entgegengesetzter Strömungsrichtung besteht dann, wenn
die Fläche 42 der Regelscheibe 28 an dem Gehäuse 10 anliegt. Wenn mit Bezug auf
Fig. 2 eine Drehung im Uhrzeigersinn angenommen wird und die Regelscheibe die Stellung
gemäß Fig. 1 einnimmt, so bildet die Öffnung 34 eine Auslaßöffnung, während die
Öffnung 32 als Einlaßöffnung dient. Wenn die Regelscheibe 28 über die Nullstellung
hinaus geschwenkt oder gekippt wird, so wird die Öffnung 34 eine Einlaßöffnung,
während die Öffnung 32 nunmehr als Auslaßöffnung dient.
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Der auf die Kolben 22 wirkende hydraulische Druck, welcher durch die
Pumpenwirkung erzeugt wird, verursacht einen starken Axialdruck auf die Regelscheibe
28. Bei Unterstellung einer reibungsfreien Auflage zwischen dem Schuhstück 24 und
der Reibungsplatte 26 wird der Axialdruck, der auf die Reibungsplatte 26 ausgeübt
wird, senkrecht zur Oberfläche dieser Platte gerichtet sein. Die axialen und radialen
Komponenten dieses Axialdrucks ändern sich entsprechend der Tangente des Regelscheibenwinkels.
Da die Lage der Regelscheibe 28 für maximales Hubraumvolumen auf einen Winkel begrenzt
ist, der einer wesentlich kleineren Abweichung von der Senkrechten als 45° entspricht,
so wird die axiale Komponente des Axialdrucks stets größer sein als die radiale
Komponente.
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Zwecks Veränderung des Hubraums des Pumpenmechanismus wird die Regelscheibe
28 mit Hilfe eines kraftausübenden Mechanismus geschwenkt, welcher aus mehreren
Kolben 44, 46 und 48 besteht, die in Bohrungen des Gehäuses 10 verschiebbar sind.
In Fig. 1 sind nur die Kolben 44 und 46 gezeigt. Die Lage des Kolbens 48., welcher
neben dem Kolben 46 angeordnet ist, ist aus Fig. 2 erkennbar. Die Kolben 44, 46
und 48 sind mit der Regelscheibe 28 mittels Stangen 50 verbunden. Die Stangen 50
sind so angebracht, daß sie nur einen Axialdruck ausüben, aber keine Zugkraft entfalten
können. Die Axialdrücke sind gleichgerichtet. Der auf den Kolben 44 ausgeübte Flüssigkeitsdruck
hat das Bestreben, die Regelscheibe in die in Fig. 1 dargestellte Grenzlage zu überführen.
Die beiden Kolben 46 und 48 wirken in der Weise zusammen, daß sie die Regelscheibe
28 in einer Richtung verschwenken, die der durch den Kolben 44 verursachten Schwenkung
entgegengesetzt ist. Die Kolben 44, 46 und 48 können sämtlich gleichen Durchmesser
haben. Wenn daher gleich große Drücke zur Wirkung kommen und auf alle Kolben aufrechterhalten
werden, so wird die Regelscheibe 28 über die Nullstellung hinaus in die Stellung
mit maximalem Hubraum geschwenkt, die derjenigen nach Fig. 1 entgegengesetzt ist.
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Die Kolben 44, 46 und 48 sind so angeordnet, daß die Stangen 50 im
wesentlichen parallel zu den Kolben 22 gerichtet sind. Die Anordnung des Kolbens
44 einerseits und der Kolben 46 und 48 andererseits auf entgegengesetzten Seiten
der Schwenkachse der Regelscheibe 28 ergibt ein günstiges Hebelsystem, bei welchem
die entgegengesetzt gerichteten Kräfte stets in der gleichen Richtung auf die Regelscheibe
28 einwirken. Auf diese Weise besitzen die auf die Regelscheibe 28 von den Kolben
ausgeübten Axialdrücke größere Komponenten parallel und in gleicher Richtung zu
den Axialkomponenten des Drucks, der von den Kolben 22 ausgeübt wird. Durch diese
Anordnung wird der tote Gang in der Kipplagerung der Regelscheibe weitgehend verringert.
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Die Steuerpumpe 14 besteht in herkömmlicher Weise aus einer Mehrzahl
von Flügeln 52, welche radial verschiebbar in einem Rotor 54 sitzen, der seinerseits
auf einer Verlängerung 56 der Antriebswelle 20 angebracht ist. Ein elliptischer
Nockenring 58 umgibt den Rotor und die Flügel. Eine Platte 60 liegt an einer Seite
an dem Rotor und den Flügeln an. Auf der gegenüberliegenden Seite ist eine Druckplatte
62 angebracht. Mit Hilfe nicht dargestellter Kanäle ist die Kammer 64 mit einer
Flüssigkeitsquelle verbunden. In der schematischen Darstellung nach Fig. 4 ist ein
Tank 65 vorgesehen, der als Flüssigkeitsvorratsbehälter dient und über Leitungen
67 mit der Pumpe 14 verbunden ist. Aus der Kammer 64 wird Flüssigkeit durch die
Einlaßöffnungen 66 in der Reibungsplatte 60 den Pumpbereichen zugeleitet, welche
zwischen dem Rotor und dem Nockenring ausgebildet sind. Diese Flüssigkeit wird durch
übliche nicht dargestellte Öffnungen in der Druckplatte in eine Druckkammer 68 übergeführt.
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Die von der Pumpe 14 in die Druckkammer 68 geförderte Flüssigkeit
wird durch nicht dargestellte Kanäle des Gehäuses 10 dem Ventilsystem 16 und dem
Kolben 14 zugeführt. Diese Kanäle sind in dem Anordnungsschema gemäß Fig. 4 mit
70 bezeichnet. Sie umfassen einen Abzweig 72, der zu dem Ventilsystem 16 führt und
einen Abzweig 74, der dem Kolben 44 zugeordnet ist. Ein in Fig. 4 schematisch dargestelltes
Entlastungsventil 76 ist ebenfalls in dem Gehäuse 10 angeordnet und regelt den von
der Steuerpumpe 14 :erzeugten Druck.
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Das Ventilsystem 16 enthält eine Bohrung 78 für die Aufnahme eines
Rohrschiebers 80, der mit zwei Ringnuten 82 und 84 versehen ist. Die Leitung 72
steht ständig mit der Ringnut 84 in Verbindung, während eine Leitung 85, die zu
den Kolben 46 und 48
führt, in ständiger Verbindung mit der Ringnut
82 steht. Die Ringnuten 82 und 84 sind durch Radialkanäle 88 bzw. 90 mit einer mittleren
Ventilbohrung 86 des Rohrschiebers 80 verbunden. Ein Kolbenschieber 92 ist in der
Bohrung 86 des Rohrschiebers 80 in axialer Richtung gleitbar. Er weist eine tragende
Fläche 94 auf, welche in der dargestellten Lage den Kanal 88 abschließt und
bei Verschiebung des Ventilsystems mit Bezug auf den Rohrschieber nach rechts eine
Verbindung zwischen dem Kanal 88 und einem Ringkanal 96 herstellt. Bei Verschiebung
nach links kommt eine Verbindung zwischen dem Kanal 88 und einem zweiten Ringkanal
98 zustande. In der mittleren Stellung befinden sich die tragende Fläche 94 und
der Kanal 88 in genauer Deckung. Der Kolbenschieber 92 ist mit einem zentralen Auslaßkanal
100 ausgestattet, welcher im Bereich des Ringkanals 96 durch einen Querkanal 102
geschnitten wird. Der Auslaßkanal 100 steht über den bei 104 dargestellten
Kanal mit dem Vorratsbehälter des Systems in Verbindung.
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Es ist ersichtlich, daß der Betriebsdruck der Steuerpumpe 14 ständig
über die Leitung 70 und den Abzweig 74 wirksam ist, so daß er den Kolben 44 belastet.
Wenn sich der Rohrschieber 80 und der Kolbenschieber 92 in der dargestellten Lage
befinden, sind die Kolben 46 und 48 sowohl von dem Vorratsbehälter 65 als auch von
dem Auslaß der Steuerpumpe 14 getrennt. Bei Verschiebung des Kolbenschiebers 92
mit Bezug auf den Rohrschieber 80 nach rechts werden die Kolben 46 und 48 in Richtung
zum Vorratsbehälter entlastet, während bei linksseitiger Verschiebung des Kolbenschiebers
92 relativ zum F ihrschieber 80 die Druckseite der Steuerpumpe mit den Kolben 46
und 48 in Verbindung gebracht wird. Wie bereits erwähnt, sind die Flächen der Kolben
46 und 48 zusammen größer als die Fläche des Kolbens 44. Auf diese Weise hat eine
Verschiebung des Kolbenschiebers 92 nach links zur Folge, daß die Regelscheibe 28
entgegen der ständig wirkenden, von dem Kolben 44 ausgeübten Belastung verschwenkt
wird.
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Die durch das Ventilsystem 16 bewirkte Steuerung stellt eine Folgesteuerung
dar und ist vollständig frei von totem Gang. Der Rücklaufteil des Ventilsystems
umfaßt eine Feder 106, welche den Rohrschieber 80
ständig gegen den Kolben
108 drückt, der mit einer Zahnstange 110 ausgestattet ist. Die Zahnstange
110
steht mit den Zähnen 112 einer Querwelle 114 im Eingriff, welche in dem
Gehäuse 10 drehbar gelagert ist. Die Welle 114 liegt in dem Gehäuse
10, wie aus 1 ig. 3 ersichtlich ist, und schneidet eine Bohrung 116, in welcher
sich die Stange 118 befindet. Die Stange 118 ist mit einer Verzahnung 120 versehen,
welche mit den Zähnen 112 der Welle 114 im Eingriff steht. Die Stange 118 verläuft
in Abwärtsrichtung in die mittlere Kammer des Gehäuses 10 und steht mit einem Anschlag
122 an einem Arm 36 der Regelscheibe in Berührung.
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Wie ersichtlich, wirkt die Vorspannkraft der Feder 106 auf den Rohrschieber
80, durch welche diese Kraft auf den Kolben 108 und die Querachse 114 übertragen
wird und infolgedessen die Stange 118 fest gegen den Anschlag 122 der Regelscheibe
28 drängt. Der Rohrschieber 80 wird somit an den Bewegungen der Regelscheibe 28
teilnehmen.
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Der Kolben 108 ist mit einer Bohrung 124 versehen, in welcher eine
Feder 126 untergebracht ist. Die Feder 126 hat die Aufgabe, den Eingangsabschnitt
der Hilfssteuerung von totem Gang freizuhalten. Die Feder 126 drückt gegen den Ventilteil
92 und drängt denselben ständig mit Bezug auf den Rohrschieber 80 nach links. Es
ist außerdem ersichtlich, daß die Feder 126 mit dem Kolben 108 verschoben wird und
daß der Druck der Feder 126 auf den Kolben 108 derart einwirkt, daß sie die Feder
106 unterstützt, um die Stange 118 ständig in Anlage an der Regelscheibe 28 zu halten.
Eine Steuerstange 128 ist in die Ventilbohrung 78 eingeführt und liegt an dem Ende
des Ventilteils 92 zwecks Verschiebung desselben gegen die Vorspannkraft der Feder
126 an. Um eine Steuerkraft an dem äußeren Ende der Stange 128 zur Wirkung kommen
zu lassen, ist ein Steuerhebelarm 130 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Ventilteil
92 gegen die Wirkung der Feder 126 verschoben werden kann, um den Hubraum des Pumpenmechanismus
12 zu steuern. Für diese Steuerung wird eine nur geringe Bewegung des Ventilteils
92 gegenüber dem Rohrschieber 80 benötigt. Auf diese Weise wird die von der Feder
126 auf den Ventilteil 92 ausgeübte Kraft im wesentlichen konstant bleiben.
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Im Betrieb treibt die Welle 20 gleichzeitig den Pumpenmechanismus
12 und die Steuerpumpe 14 an. Der Förderdruck der Steuerpumpe 14 wirkt ständig auf
den Steuerkolben 44, wodurch die Regelscheibe 28 in die Stellung gemäß Fig. 1 gedrängt
wird. Die Feder 126 drückt gegen den Kolben 108, die Querwelle 114, die Stange 11.8
und den Anschlag 122 und drängt infolgedessen den Ventilkörper 92 mit Bezug auf
den Rohrschieber 80 nach links. Wenn die auf die Stange 128 ausgeübte Steuerkraft
kleiner ist als die von der Feder 126 ausgeübte Kraft, so wird der Ventilkörper
92 unter dem Einfluß der Feder 126 verschoben, wodurch den beiden Steuerkolben 46
und 48 Druckmittel zugeführt und eine Schwenkung der Regelscheibe 28 verursacht
wird. Die resultierende Bewegung der Regelscheibe 28 wird durch die Stange 118,
die Querwelle 114 und den Kolben 108 auf den Rohrschieber 80 zurückübertragen. Diese
Rückführbewegung des Rohrschiebers 80 bringt das Ventil 16 in Gleichgewicht und
beendigt somit die Schwenkung der Regelscheibe 28 an einem Punkt, welcher der neuen
Stellung des Ventilkörpers 92 entspricht.
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Wein die Regelscheibe 28 sich in einer anderen als der dargestellten
Lage befindet, so wird eine Bewegung des Ventilteils 92 nach rechts, und zwar gegen
die Wirkung der Feder 126 in ähnlicher Weise eine Entlastung der beiden Steuerkolben
46 und 48 zur Folge haben, wodurch der ständig auf dem Steuerkolben 44 ruhende Druck
die Möglichkeit erhält, die Regelscheibe 28 in Richtung auf die dargestellte Lage
zu schwenken, bei welcher ein maximaler Hubraum besteht. Die ständige von der Feder
106 ausgeübte Vorspannung wirkt über den Rohrschieber 80, den Kolben 108 und die
Querachse 114, auf die Stange 118, wodurch sichergestellt ist, daß die Stange 118
der Bewegung der Regelscheibe 28 folgt. - Die daraus sich ergebende Folgebewegung
des Rohrschiebers 80 nach rechts bringt das Ventil 16 in Gleichgewicht, sobald die
Regelscheibe 28 eine Lage erreicht hat, die der neuen Einstellung des Ventilteils
92 entspricht.
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Es ist verständlich, daß innerhalb des Kraftausübungsteils die auf
die Regelscheibe durch den Kolben 44 ausgeübte Vorspannkraft stets gleiche Richtung
hat und ständig wirkt. Diese Kraft steht in Gegenwirkung zu einer Kraft, welche
von den Kolben 46 und 48 ausgeübt wird. Innerhalb des Kraftausübungsteils
findet
somit keine Umkehr der Kraftrichtung statt. Es besteht lediglich eine Änderung der
wirksamen Kraft. Auf diese Weise wird ein toter Gang in den Kraftkomponenten der
Hilfssteuerung ausgeschaltet. Darüber hinaus ist die von der Feder 106 bei der Folgebewegung
des Rohrschiebers 80 ausgeübte Verspannung innerhalb des die Rückführung bewirkenden
Teils gleichgerichtet und beständig, so daß auch das Folgesystem von totem Gang
frei ist.
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Die den Kolbenschieber 92 belastende Verspannung der Feder 126 wirkt
dauernd. Ihr wirkt eine gleichgerichtete Kraft entgegen, welche mittels der Steuerstange
128 übertragen wird: Die Größe dieser Kraft wird verändert, um dadurch die auf den
Kolbenschieber 92 wirkende resultierende Kraft zu verändern und auf diese Weise
die Verschiebung des Kolbenschiebers 92 zu steuern.
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Somit kann der Hubraum der Pumpe von einem Maximum in einer Richtung
zu einem Maximum in der anderen Richtung verändert werden, indem eine Steuerkraft
über den Hebel 130 zur Wirkung kommt, um die Stange 128 einzustellen. Die Steuerkraft
ändert sich nur der Größe nach. Die Richtung bleibt gleich und ist stets der von
der Feder 126 ausgeübten Kraft entgegengesetzt. Darüber hinaus wird die Rückführung
durch eine stetige gleichgerichtete Kraft bewirkt, welche von der Feder 106 ausgeübt
wird und über den Rohrschieber 80, den Kolben 108 und die Welle 114 zur Wirkung
kommt, um die Stange 118 gegen die Regelscheibe 28 zu drängen. Außerdem ist der
Kolben 44 ständig bestrebt, die Regelscheibe 28 in die Stellung gemäß Fig.1 zu drängen.
Dabei wirkt der Kolben 44 der gesteuerten Kraft entgegen, welche von den Kolben
46 und 48 ausgeübt wird. Auf diese Weise wird das gesamte Ventilsystem von totem
Gang freigehalten.
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Mit der Erfindung ist demgemäß eine verbesserte Steuereinrichtung
für die Änderung des Hubraums einer mit Druckflüssigkeit arbeitenden Kraftübertragungsvorrichtung
geschaffen. Diese Steuerungseinrichtung ist äußerst empfindlich und stabil. Sie
besteht ausschließlich aus billigen kräftigen Teilen, welche einen langen störungsfreien
Betrieb gewährleisten.