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Steuervorrichtung für die beiden zusätzlichen Ansaugventile der Axialkolbenpumpe
eines Flüssigkeitsgetriebes Die Erfindung bezieht sich auf Axialkolbenpumpen, bei
welchen das Gehäuse der Zylindertrommel gegenüber dem Triebflanschgehäuse zur Änderung
der Fördermenge und der Förderrichtung schwenkbar angeordnet ist. Axialkolbenpumpen
dieser Art weisen eine rotierende Zylindertrommel auf, in deren zylindrischen Bohrungen
Kolben arbeiten. Die Zylindertrommel gleitet mit ihrer Stirnfläche auf einem mit
dem Pumpengehäuse verbundenen Steuerspiegel. Die Kolbenstangen sind mit ihren Enden
an einem Triebflansch angelenkt, an welchem die Triebwelle der Pumpe angreift. Beim
Verschwenken des Pumpengehäuses werden die Drehachse des Triebflansches und die
Drehachse der Zylindertrommel gegeneinander verschwenkt. Das Maß der Verschwenkung
von der Null-Stellung aus, in der beide Drehachsen in einer Geraden liegen, bestimmt
die jeweilige Fördermenge der Pumpe. Es beträgt beispielsweise 25° von der Null-Stellung
aus nach beiden Seiten. Beim Verschwenken vom Plusbereich in den Minusbereich und
umgekehrt ändert sich die Förderrichtung der Pumpe.
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Es ist bekannt, zwei Axialkolbenmaschinen, eine Axialkolbenpumpe und
eine als Motor arbeitende Axialkolbenmaschine oder eine Axialkolbenpumpe und einen
Schubtrieb (Stellmotor) in einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf arbeiten zu
lassen. Hierbei wird die den Motor verlassende Flüssigkeit unmittelbar von der Pumpe
angesaugt und unter Druck wieder dem Motor zugeführt. Um die Flüssigkeitsverluste,
das sind im wesentlichen die Leckölverluste des Hydromotors, auszugleichen, sieht
man eine Niederdruckspeisepumpe, im allgemeinen eine Zahnradpumpe, vor, welche die
Flüssigkeitsverluste in den Kreislauf zurückpumpt. Zur Erneuerung der im Kreislauf
befindlichen Druckflüssigkeit wird in der Regel ständig ein bestimmter Prozentsatz
der Flüssigkeitsmenge aus dem Kreislauf abgezogen, in einem Filter gereinigt und
wieder durch die Zahnradpumpe in den Kreislauf zurückgebracht.
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Die Zahnradpumpe fördert das Frischöl über Rückschlagventile in die
jeweilige Niederdruckleitung des Kreislaufs. Das verbrauchte Öl im Kreislauf kann
über ein in einem Spülblock eingebautes Speisedruckventil in einen Ölbehälter zurückfließen.
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Bei der Arbeitsweise im offenen Kreislauf kommt man ohne die genannten
Vorrichtungen zum Einspeisen von Frischöl aus. Allerdings muß hier ein Steuerorgan
(Vierwegesteuerschieber) mit drei Schaltstellungen: Linkslauf, Haltstellung und
Rechtslauf des Hydraulikmotors vorgesehen werden. Es ist hierbei also erforderlich,
jeweils den Steuerschieber zu betätigen und gleichzeitig die Geschwindigkeit mittels
Handverstellung zu regeln. Dabei besteht der bei manchen technischen Arbeitsvorgängen
untragbare Nachteil, daß der Motor beim Einschalten des Steuerschiebers gleich mit
voller Drehzahl läuft, wenn die Pumpe auf volle Fördermenge geregelt ist.
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Außer diesen zwei Möglichkeiten (geschlossener Kreislauf mit Speisepumpe
und offener Kreislauf mit Vierwegesteuerschieber) gibt es noch eine dritte Möglichkeit,
um durch eine mit konstanter Drehzahl angetriebene Axialkolbenpumpe einen Hydromotor
in beiden Drehrichtungen mit einstellbarer Drehzahl anzutreiben. Hierbei wird eine
Axialkolbenpumpe verwendet, die je nach Schwenkrichtung des Zylinderkörpers in beiden
Richtungen fördern kann. Außerdem ist jede der beiden Arbeitsleitungen der Axialkolbenpumpe
mit einem selbsttätig wirkenden Nachsaugeventil ausgerüstet, das die volle Fördermenge
der Pumpe aus einem Behälter anzusaugen gestattet. Die vom Hydraulikmotor zurückfließende
Ölmenge wird dabei über einen normalerweise selbsttätig wirkenden Schieber in den
Behälter zurückgeleitet. Die Pumpe arbeitet in jeder ihrer beiden Arbeitsstellungen
im offenen Kreislauf; damit ergibt sich gegenüber dem geschlossenen Kreislauf als
Vorteil die Einsparung der Speisepumpe und eine bessere Kühl- und Filtermöglichkeit
für das Öl, da jetzt der gesamte Ölstrom drucklos durch Kühler und Filter geleitet
werden kann. Gegenüber dem offenen Kreislauf besteht der Vorteil darin, daß die
Umsteuerung des Ölmotors von einer Drehrichtung in die andere durch die Schwenkung
des Zylinderkörpers der Pumpe erfolgt. Mit der Schwenkgeschwindigkeit wird also
die Beschleunigung des Ölmotors beeinflußt, so daß übermäßig große Beschleunigungen
und damit unerwünschte
Druckspitzen leicht vermieden werden können.
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Diese Anordnung hat aber einige Nachteile. Die gesamte Fördermenge
der Pumpe muß über die Nachsaugeventile angesaugt werden, und da diese selbsttätig
wirkenden Ventile mit steigender Durchflußmenge rasch zunehmende Druckverluste aufweisen,
wird die Ansaugmenge der Pumpe und damit die übertragbare Leistung verringert. Außerdem
ist es schwierig, die Axialkoibenpumpe genau auf die Fördermenge Null einzuregeln,
um den Hydromotor stillzusetzen. Wird eine solche Anlage z. B. für den Antrieb eines
Hebezeuges verwendet, bei dem die hängende Last durch eine mechanische Bremse gehalten
wird, so wird auch eine noch so kleine Restfördermenge der Pumpe die Last gegen
die Bremse zu bewegen suchen, und diese Restfördermenge muß über das 'Überdruckventil
der Anlage abgeleitet werden. Dadurch wird die Pumpe in unerwünschter Weise beansprucht,
weil bei der kleinen Fördermenge und vollem Druck keine genügende Kühlwirkung der
Pumpe gewährleistet ist.
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Die Erfindung bezweckt diese Nachteile des in zwei Richtungen offenen
Kreislaufs zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß an dem schwenkbaren
Gehäuse der Axialkolbenpumpe besondere durch ortsfeste mechanische Mittel, vorzugsweise
durch Kulissen gesteuerte Ansaugventile angeordnet, über die das Drucköl von der
Pumpe angesaugt wird. Die Kulissen od. dgl. zur Steuerung der Ansaugventile sind
vorzugsweise an dem feststehenden Gehäuse der Pumpe oder an dem Flüssigkeitsbehälter
befestigt, in dem die Pumpe untergebracht ist.
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Durch die erfindungsgemäße Zwangssteuerung von an der Pumpe angebrachten
besonderen Ansaugventilen kann einmal der Strömungsquerschnitt dieser Ansaugventile
sehr groß gemacht und damit die Drosselwirkung gegenüber den bekannten selbststeuernden
Nachsaugeventilen verringert werden. Die Pumpe kann also eine größere Flüssigkeitsmenge
ansaugen. Zum anderen kann man die Steuerung der Ansaugventile so ausbilden, daß
in einem kleinen Bereich zu beiden Seiten der Null-Förderstellung der Pumpe beide
Ansaugventile offengehalten werden. Die Pumpe fördert dann die nicht zu vermeidende
Restfördermenge bei ihrer Null-Stellung drucklos im Umlauf durch die Ansaugventile,
so daß sie selbst geschont wird und der Hydromotor - beispielsweise durch Rückschlagventile
in den Arbeitsleitungen gehalten - absolut stillsteht.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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F i g. 1 zeigt eine Getriebeschaltanordnung mit der erfindungsgemäßen
Steuervorrichtung; F i g. 2 zeigt eine Axialkolbenpumpe in Draufsicht mit einer
schematisch dargestellten Zwangssteuerung der Ansaugventile; F i g. 3 zeigt die
Anordnung nach F i g. 2 in einer Draufsicht auf eine mit dem Steuerspiegel verbundene
Ventilplatte, in der die Ansaugventile angeordnet sind; F i g. 4 zeigt die Anordnung
nach den F i g. 1 und 2 im Schnitt durch den Steuerspiegel und die Ventilplatte.
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Um mit einer Axialkolbenpumpe, mit einer schwenkbaren Zylindertrommel
einen Hydraulikmotor in beiden Drehrichtungen mit einstellbarer Drehzahl anzutreiben,
verwendet man Schaltanordnungen, bei welchen, wie in F i g. 1 dargestellt ist, die
regelbare Pumpe P das Drucköl aus einem Behälter B ansaugt und unter Druck über
eine Leitung L dem Hydraulikmotor M zuführt. Das vom Hydraulikmotor zurückfließende
Öl wird über eine Leitung L', einen selbsttätig wirkenden Schieber S und einen Filter
F in den Behälter B zurückgeleitet. Bei Umkehrung der Förderrichtung der Pumpe P
fließt das angesaugte öl über die Leitung L' dem Motor M zu
und von da über die Leitung L, den Schieber S, den Filter F zum Behälter B zurück.
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Bei beiden Förderrichtungen der Pumpe P wird die volle Fördermenge
jeweils über eines der beiden Nachsaugeventile V bzw. V angesaugt, welches auf der
Saugseite der Maschine liegt und an dieLeitung L bzw. L' angeschlossen ist.
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F i g. 2 zeigt eine Axialkolbenpumpe mit schwenkbarer Zylindertrommel.
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Die Axialkolbenpumpe besteht aus einem Pumpengehäuse 1, in welchem
sich eine Zylindertrommel auf dem Steuerspiegel 3 des Gehäuses 1 dreht, und einem
Triebflanschgehäuse 2, in welchem ein Triebflansch mit daran angebrachten Kolbenstangen
der in zylindrischen Bohrungen der Zylindertrommel arbeitenden Kolben untergebracht
ist. Mit dem Triebflansch ist eine Triebwelle 4 für den Antrieb der Pumpe verbunden.
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Zur Regelung der Fördermenge und Förderrichtung ist das Pumpengehäuse
1 gegenüber dem Triebflanschgehäuse 2 von der Null-Stellung (Linie I) nach beiden
Seiten hin um ein gewisses Maß, beispielsweise um 25°, schwenkbar. Der weiteste
Schwenkbereich beiderseits der Null-Stellung ist durch die Linien II und III angedeutet.
Die Linien I-II begrenzen den positiven Schwenkbereich und die Linien I-III den
negativen Schwenkbereich der Pumpe. Beim Übergang vom positiven in den negativen
Schwenkbereich oder umgekehrt ändert sich die Förderrichtung der Pumpe. Die Fördermenge
steigt mit dem Maß der Ausschwenkung bzw. mit der Größe des Winkels, den die Drehachse
des Triebflansches mit der Drehachse der Zylindertrommel einschließt.
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Wie die F i g. 2 bis 4 zeigen, sind in dem Körper 5 des Steuerspiegels
3 zwei durch Ventilfedern 6 belastete Ventile 7 und 7 a in Ventilbohrungen 8 der
Ventilplatte 5 angeordnet. Die beiden Ventile 7 und 7a sind in gleicher Richtung
zum Steuerspiegel 3 der Pumpe hin zu öffnen, sie werden durch die Federn 6 geschlossen
gehalten, die sich auf Scheiben 9 und einem Bund 10 an den Ventilstangen 11 abstützen.
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Die Wirkungsweise der Ventile 7 und 7a ist die der bekannten Nachsaugeventile,
die jeweils paarweise vorgesehen werden. In jeder Schwenklage der Pumpe, der eine
bestimmte Fördermenge und Förderrichtung entspricht, ist jeweils nur eines der beiden
Nachsaugeventile geöffnet, und zwar jeweils nur das Ventil, welches im Saugbereich
der Pumpe liegt, also vom Saugdruck entgegen der Federschließkraft geöffnet wird.
Das andere im Druckbereich der Pumpe liegende Ventil wird durch die Federkraft und
den Flüssigkeitsdruck geschlossen gehalten. Beim Schwenken der Pumpe über die Null-Stellung
hinaus vertauschen sich die Wirkungen der Ventile.
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Wie die F i g. 2 bis 4 zeigen, sind die Ansaugventile 7 und 7 a durch
bogenförmige Stege bzw. Kulissen 12 und 12a zwangsgesteuert. Im positiven Schwenkbereich,
der durch die Linien I-11 begrenzt ist, wird das Ventil 7 durch die Kulisse 12 zwangläufig
geöffnet
gehalten, während das Ventil 7a durch die Ventilfeder
6 geschlossen gehalten wird. Im negativen Bereich (Linie I-II) ist dagegen das Ventil
7a durch die Kulisse 12a zwangsweise geöffnet und das Ventil 7 durch dessen
Ventilfeder 6 geschlossen. Die Kulissen 12 und 12 a, an denen die Ventilstangen
11 durch geeignete Mittel verschiebbar geführt sind, erstrecken sich von der Null-Stellung
aus über den jeweiligen Öffnungsbereich der ihnen zugeordneten Ventile 7 bzw. 7a.
Dabei ist durch überdeckung der Kulissen im Bereich der Null-Stellung die Anordnung
so getroffen, daß in diesem Bereich beide Ansaugventile 7 und 7 a geöffnet sind.
Die F i g. 4 zeigt die beiden geöffneten Ansaugventile im Bereich der Null-Stellung.
Durch die überdeckung der Kulissen kann die Druckflüssigkeit im Bereich der Null-Stellung,
der etwa einen Schwenkbereich von -f-3 bis -3° umfaßt, drucklos durch die Ventile
7 und 7a gefördert werden.