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Stellantrieb zum Verstellen eines beweglich angeordneten Maschinenteils
oder einer Maschineneinheit Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb zum Verstellen
eines beweglich angeordneten Maschinenteils oder einer Maschineneinheit, insbesondere
zum Verstellen des Schwenkgehäuses von Pumpen und Motoren, hydrostatischer Getriebe,
mit einem Steuerdruckerzeuger, durch den ein Steuerdruck vorgegeben wird, der auf
eine Steuereinrichtung wirkt, die einen Druckmittelkreislauf steuert, der einen
Stellmotor zur Betätigung des zu verstellenden Maschinenteils antreibt, wobei während
der Verstellvorgänge eine ständig zunehmende, bzw. abnehmende Gegenkraft (Rückkommando)
erzeugt wird, die beim Erreichen eines vorgewählten Verstellweges dieselbe Größe
wie der Steuerdruck besitzt.
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Eine bekannte Anlage zum Betätigen irgendeiner Vorrichtung mittels
eines Servokolbens besteht darin, daß der Weg des Handhebels durch verstellbare
Anschläge nach beiden Richtungen hin begrenzt werden kann, wodurch gleichzeitig,das
Maß desVerstellweges für den Servokolben bestimmt wird. Der Handhebel ist dabei
über ein Gestänge sowohl mit dem Servokolben als auch mit dem die Druckmittelzufuhr
zu
dem Arbeitszylinder steuernden Kolben über ein Gestänge gelenkig verbunden.
Eine auf dem letztgenannten Steuerkolben sitzende Fesselfeder legt dabei den, mit
Hilfe des Handhebels in Offenstellung gebrachten Steuerschieber so lange fest, bis
der Handhebel gegen einen der beiden -eingestellten Anschläge trifft, wobei durch
die Kraft des Servokolbens über das Verbindungsgestänge der Steuerkolben gegen d'en
Widerstand der Fesselfeder in seine Schließsteflung zurückbefördert wird, so daß
dann die Bewegung zum Stillstand kommt.
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Der Nachteil der bekannten Einrichtung liegt darin, daß nach Erreichen
eines innerhalb des, gesamtenVerstellweges liegenden Verstellpunktes einerder beiden
vorher festeingestellten Anschläge, z. B. um da-, Gehäuse einer hydrostatischen
Pumpe noch weiter zu schwenken, erst umständlich gelöst und weiter verschoben werden
muß.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu vermeiden
und eine Einrichtung innerhalb der Verstellanlage zu schaffen, die es ermöglicht,
auf dem Gesamtverstellweg Punkte zu erzeugen, in denen die zu verschwenkende Maschineneinheit
nach Vorwahl selbsttätig verharrt, worauf diese dann rasch und ohne Umstände weiter
verstellt werden kann.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
die wirksame Stimfläche eines in der Steuereinrichtung für das Druckmittel geführten
Steuergliedes, an dem der Steuerdruck angreift, zu verringern, und zwar durch einen
keaxial innerhalb des Steuergliedes. angeordneten, in axialer Richtung beweglich
gelagerten und sich auf die dem Steuerdruck zugewandte Stirnseite des Steuergliedes
abstützenden Hilfskolben, der nach Zurücklegen des
vorbestimmtenVerstellweges
auf dasWiderlager einer mit steigendem Verstollweg vorgespannten Gegenfeder bzw.
auf einen mit diesem Widerlager starr verbundenen Anschlagbolzen trifft.
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Um den Punk#t, in dem das Maschinenteil, kurzzeitig verharren solll,
beliebig wählen zu können, wird weiter vorgeschlagen, den Hilfskolben. in
seiner Länge einstellbar zu halten, z. B. mittels Schraubenmuttern, die an der dein
Steuerdruck zugewandten Stirnseite des Stexierkolbens liegend auf dem einen Ende
des Hilfskolbens sitzen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Steueroinrichtang mit nachgeschalteter Betätigungsvorrichtung
zum Schwenken des Gehäuses z. B. einer hydrostatischen Pumpe und F1, g. 2
ein Schaubild, in dem auf der Abszisse der Vemtellweg des Gehäuses und auf der Ordinee
der spezifische Druckdes, Steuerüls aufgetragen ist.
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Der zu verstellende Gegenstand, z. B. das Schwenkgehäuse
11 einer hydrostatischen Pumpe, schwenkt um die Achse 12 und wird angetrieben
von einem Servokolben 13 über eine Kolbenstange'14. Der Servokolben
13 teilt den Raum des ArbeitszyUnders in zwei Einzelräume 15 und
16 auf.
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Im Gehäuse 17 der Steuereinrichtung A ist ein Steuerzylinder
30 angeordnet, in dem ein Steuerglied 18 längsbeweglich geführt ist,
das zwei Steuerkolben, 19 und 20 in Tandemanordnung aufweist, zwischen denen
ein Zylinderraum. 21 liegt, in den eine Druckölleitung 22 mündet. Auf der einen
Stirnseite 23 des
Steuergliedes 18 lastet der Steuerdruck,
der durch eine weitere Einrichtung B, die nachfolgend näher beschrieben wird, erzeugt
wird. Auf die gegenüberliegende Stirnseite 25 des Steuergliedes
18 drückt eine Feder 26, die sich andererseits innerhalb einer im
Gehäuse 17 längsbeweglich gelagerten Hülse 27 abstützt, die an einem
Hebel 28 anliegt, der einerseits drehbar am Steuergehäuse 17 angelenkt
ist und andererseits durch das Gehäuse 11 an der Stelle 29 angetrieben
wird.
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Vom Steuerzylinder 30 führen im Bereich der beiden Steuerkolben
19 und 20 zwei Druckölleitungen 31 und 32 weg, wovon die eine,
31, zum Raum 15
und die andere, 32, zum Raum 16 des Arbeitszylinders
verläuft. Zwischen der Stirnseite 23 und dem Steuerkolben 19 einerseits
und der anderen Stirnseite 25 und dem anderen Steuerkolben 20 des Steuergliedes
18 andererseits befinden sich Räume 33 und 34, von denen Abflußleitungen
35 und 36 zum ölsammelbehälter führen.
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Innerhalb des Steuergliedes 18 ist ein Hilfskolben 49 längsbeweglich
geführt, dessen eine Stirnseite mit einem Bund versehen ist, z. B. in Form von zwei
Schraubenmuttem 50, die an der Stirnseite 23 des Steuergliedes
18 anliegen. Die andere Stirnseite 51
des Hilfskolbens 49 liegt einem
Bolzen 52 gegenüber, der innerhalb der Federhülse 27 eingebaut ist
und dessen vordere Stirnseite 52' als Anschlag für die Stirnseite
51 des Hilfskolbens 49 dient.
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Im Zylinder 24 des Steuerdruckerzeugers B ist ein Doppelkolhen, der
sich aus zwei in Tanderaanordnung hinterdnanderliegende Steuerkolben 37 und
38
zusammensetzt, längsbeweglich gelagert. Der Doppelkolben steht unter der
Wirkung einer Druckfeder 39,
die, sich auf ein beweglich angeordnetes Widerlager
40 abstützt, das von einer schwenkbar gelagerten Steuerscheibe 41 verstellt werden
kann. Als Druckquelle dient eine Zahnradpumpe 42. Der Druck in der Leitung 43 wird
durch ein überdruckventil 44 konstant gehalten. Die Leitung 43 verzweigt sich in
Leitungen 45 und 22, wovon die Leitung 45 in den Raum 46 des Zylinders 24, während
die Leitung 22 in den Zylinderraum 21 des SteuerdruckzyEndp-rs 30 mündet,
in dem stets --in konstanter Arbeitsdruck herrscht. Weiter führt vom Zylinderraum
46 eine Druckölleitung 47 zur Steuereinrichtung A bzw. bis zur Stirnseite
23 des Steuergliedes 18. Von der Leitung 47 zweigt eine Leitung 54
ab, die in einen Teilraum 55 des Zy-
linders 24 mündet. Ferner führt
vom Zylinderraum 46 eine Leitung 48 zum ölsammelbehälter zurück.
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Die Wirkungsweise der Steueranlage ist folgende: In der F i
g. 1 wird von der 0-Stellung des Gehäuses 11 ausgegangen, in der dasselbe
an einem ertsfesten Anschlag 53 anliegt. Außerdem ist die Steuerscheibe 41
des Steuerdruckerzeugers B auf den kleinsten Hub eingestellt.
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Soll das GeWäuse 11 in Pfeilrichtung a geschwenkt werden, so
ist die Steuerscheibe 41 z. B. von Hand in Pfeilrichtung ß zu bewegen. Dadurch
wird die Feder 39 vorgespannt, die ihrerseits den Doppelkolben
37,
38 nach rechts verstellt. Die innere Steuerkante des Kolbens 38,gibt
den Zufluß von Drucköl aus der Leitung 45 frei. Gleichzeitig sperrt der Steuerkolben
37
die, Rücklaufleitung 48 zum Ölsammelbehälter ab. Das Drucköl strömt sowohl
in den Zylinderraum 46 als auch in den Zylinderraum 55, und zwar so lange,
bis sich die mit Hilfe der Steuerscheibe 41 eingestellte Kraftder Feder
39 und der hydraulische Steuerdruck das Gleichgewicht halten. Ist der Gleichgewichtszustand
erreicht, so schließt die innere Steuerkante des Kolbens 38 die Druckölzufuhr
bzw. die innere Steuerkante des Kolbens 37 die Abflußleitung 48 ab.
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Der in dem Zylinderraum 46 erzeugte Steuerdruck pflanzt sich über
die Leitung 47 bis zur Steuereinrichtung A fort und drückt dort auf
die Stirnseite 23 des Steuergliedes 18 und die Muttern 50 des
Hilfskolbens 49. Das Steuerglied 18 wird dadurch nach rechts verschoben,
wodurch der Steuerkolben 20 die Leitung 32
freigibt. Das Drucköl kann dadurch
über die Leitung 22 und den Druckraum 21 in dem Raum 16 des Arbeitszylinders
gelangen und den Servokolben 13 beaufschlagen. Dieser wird nach links bewegt
und nimmt über die Kolbenstange 14 das Gehäuse 11 mit. Dieser Bewegungsvorgang
läuft so lange ab, bis zwischen dem hydraulischen Druck, der auf den Stirnseiten
23
und 50 lastet, und der mechanischen Kraft der Feder 26, die
vom Schwenkgehäuse 11 her über den Hebel 28 und die Hülse
27 fortlaufend zusammengedrückt wird, Gleichgewicht herrscht. Ist der Gleichgewichtszu-stand
erreicht, schließt der Kolben 20 die Leitung 32 ab, wodurch der Servokolben
13 stehenbleibt. Beim Vorgehen des Servokolbens 13 nach links fließt
das im Zylinderraum 15 verdrängte öl über die Leitung 31, den
Raum 33 und die Leitung 35 zum ölsammelbehäl.ter ab, wobei sich der
Steuerkolben 19
des Steuergliedes 18 rechts von der Mündung der Leitung
31 in den Führungszylinder 30 befindet und diese dadurch gegenüber
dem Druckraum 21 abschließt.
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Die Glieder 28, 27, 26 stellen also die Hauptteile einer Einrichtung
D dar, mit deren Hilfe eine eine dem Steuerdruck entgegengerichtete Gegenkraft
erzeugt wird, die das Rückkommando zum Steuerkommando bildet.
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Aus bekannten Gründen macht z. B. der Anfahrvorgang bei Kraftfahrzeugen,
in denen hydrostatische Getriebe eingebaut sind, es erforderlich, daß die hydrostatische
Pumpe auf einen verhältnismäßig kleinen Winkel eingestellt wird, um ein hohes übersezungsverhältnis
zu erhalten. Unter diesem Winkel soll das Gehäuse nach Zurücklegung des Verstellweges
verharren bzw. dieser vorbestimmte oder vorgewählte Schwenkwinkel, z. B. 12', für
das Gehäuse 11 soll auf Anhieb »gefunden« werden. Wird gemäß der F i
g. 1 die Steuerscheibe 41 in eine Stellung gebracht, die einem Schwenkwinkel
des Gehäuses 11 von 121 entspricht bzw. diesen Schwenkwinkel nach sich zieht,
so läuft boim Verstellvorgang folgendes ab: Nach Erreichen des Schwenkwinkels von
120 trifft die An-
schlagfläche 52' des Bolzens 52 auf die Stirnseite
21 des Hilfskolbens 49 auf. In diesem Augenblick wird die wirksame Stirnfläche
23, 50 um die Fläche, die der Hilfskolben 49 aufweist, vermindert; mit anderen
Worten, auf die Feder 26 drückt einerseits vom Steuerglied 18 her
nur mehr der hydraulische Steuerdruck P, der aus dem in der Leitung 47 herrschenden
spezifischen Steuerdruck p und der RingRäche der -Stirnseite 23 resultiert.
Der Gleichgewichtszustand ist damit,in diesem Augenblick gestört, die Kraft der
Feder 26 überwiegt, und das Steueriglied 18 wird nach links verschoben,
so daß dadurch der Steuerkol-ben 20 die Leitung 32 abschließt. Wohl wird
sich dabei die Stirnseite 51 des Hilfskelbens 49 kurzzeitig von der Sümseite
52' des Bolzens 52 absetzen, was wieder eine mommtane Vergrößerung
des wirksamen Steuerdrucks nach sich zieht, die aber nur so lange anhält, bis sich
die beiden Stimseiten 51, 52' wieder berühren,
so daß in
kleinen Grenzen ein Hin- !und Herpendeln des Steuergliedes 18 erfolgt, was
-einem Beharrungszustand entspricht, der :so lange anhält, bis der spezifische Steuerdruck
p durch Weiterdrehen der Steuerscheibe 41 in kleinen Grenzen Iß eine solche
Größe erreicht hat, daß die um die Hilfskolbenstimfläche reduzierte Gesamtfläche
23, 50, d. h. die Ringfläche 23 multipliziert, mit dem in der Zwischenzeit
angestiegenen -spezifischen Druck p die Ausgangs-größe P des Steuerdrackes
erreicht hat, die in dem Augenblick vorhanden war, als die beiden Stimseiten
51 und 52' zusammentrafen. Der Anstieg Ap des spezifischen Steuerdruckes,
p z. B. in dem Bereich von 12' für das Schwenkgehäuse 11 ist in der
F! g. 2 dargestellt. Um das Gehäuse 11 über 12' hinaus weiter zu verschwenkon,
istalso eine Verstellung der Steuerscheibe 41 um einen Winkel von A fl notwendig,
wobei der spezifische Stenerdruck p um den Wert A p
ansteigt.
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Mit Hilfe dieser erlindungsgemäßen Einrichtung wird ein ganz bestimmter
Schwenkwinkel des Gehäuses 11 »gefunden«, bzw. dieser Winkel von 120 wird
beim Verstellvorgarig von 0 bis z. B. 30' nicht »Überfahren«. Ohne
diese Maßnahme wäre ein umständliches »Suchen« durch Vor- und Zurückstellen der
Steuerscheibe 41 im Betreich von 12' notwendig. Dies ist deswegen erklärlich, weil
sämtliche Steuerglieder träge Massen darstellen, die Ungenauigkeiten nicht ausschließen.