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Umsteuerschieber an einer Pumpe veränderlicher Verdrängung Die Erfindung
bezieht sich auf einen zum Wechseln der Strömungsrichtung der Druckflüssigkeit zum
Betätigen eines doppeltwirkenden ölhydrauliktriebes dienenden Umsteuerschieber an
einer Pumpe veränderlicher Verdrängung mit einem gegen seine Stellung für minimale
Verdrängung federbelasteten Fördermengenregler.
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Bei bekannten Umsteuerschiebern zu dem vorgenannten Zweck ändert sich
der an ihnen auftretende Druckabfall in Abhängigkeit von der Fördermenge. Dieser
häufig sehr unerwünschte Zustand wurde bisher mittels komplizierter Kompensationseinrichtungen
beseitigt, die nicht nur die Gesamtkosten der Anlage merklich erhöhten, sondern
auch die Störanfälligkeit vergrößerten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine einfache,
betriebssichere, gedrängt aufgebaute Baueinheit zum Betätigen eines ölhydrauliktriebes
eines Druckflüssigkeitsgestänges zu schaffen, an deren Umsteuerschieber stets der
gleiche Druck abfällt. Außerdem strebt die Erfindung ein rasches Ansprechen dieser
Baueinheit auf die an sie gelieferten Steuersignale an.
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Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
zwei mit der Pumpe räumlich zusammengebaute, an sich bekannte Umsteuerschieber mit
Umsteuerkipphebel den Fördermengenregler der Pumpe entgegen der Kraft von dessen
Feder so verschieben, daß die Verbindung zwischen dem Auslaßkanal der Pumpe und
der gewählten Druckleitung des ölhydrauliktriebes verhältnisgleich zur Pumpenverdrängung
geöffnet wird.
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Es empfiehlt sich, die Anordnung so zu treffen, daß die beiden Umsteuerschieber
in ihren Ruhestellungen die Verbindung zwischen dem Auslaßkanal der Pumpe und der
jeweiligen Druckleitung einerseits bzw. einer überströmleitung andererseits verschlossen
halten und durch den Kipphebel gegenläufig so verschoben werden, daß der erste Schieber
die eine Verbindung und der zweite Schieber die andere Verbindung freigibt, oder
umgekehrt.
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Der Kipphebel wird vorzugsweise durch Einfachschubtriebe betätigt,
welche mit den Umsteuerschiebern mechanisch verbunden sind. Zur Betätigung der Einfachschubtriebe
kann mit Vorteil ein Vorsteuer-Schieber verwendet werden, der aus einer Nullstellung
entsprechend einer Vorwahl des Pumpenhubes und der Strömungsrichtung einen der Einfachschubtriebe
unter Druck setzt und durch einen Exzenterstift in seine Nullstellung zurückgeführt
wird, wenn ; die gewünschte Verstellung des Fördermengenreglers und die Bewegung
der Umsteuerschieber ausgeführt worden sind. Diese Nachfolgeschaltung ermöglicht
eine besonders einfache Bedienung der den Ölhydrauliktrieb versorgenden Baueinheit.
Die Ansprechgeschwindigkeit der Baueinheit, die bei der vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen
Konstruktion ohnehin schon sehr zufriedenstellend ist, kann man noch mittels eines
Schubtriebes erhöhen, der in einer die Wirkung der Reglerfeder unterstützenden Weise
über den Fördermengenregler auf die Umsteuervorrichtung einwirkt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine schematische
Gesamtdarstellung einer Anlage, die mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten
Baueinheit zum Betätigen des Ölhydrauliktriebes ausgestattet ist, F i g. 2 einen
Längsschnitt durch die aus Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe, Umsteuerschieber und
zugehörigen Betätigungseinrichtungen bestehende Baueinheit zum Liefern der Druckflüssigkeit
für den Ölhydrauliktrieb, wobei der Umsteuerschieber in seiner Arbeitsstellung gezeigt
ist, F i g. 3 den Querschnitt durch einen Teil der Baueinheit längs der Linie III-III
in F i g. 4 mit Darstellung des Vorsteuerschiebers in der Ruhestellung,
F
i g. 4 die Stirnansicht der Baueinheit von der Seite des Umsteuerschiebers her gesehen,
F i g. 5 einen Schnitt durch den Vorsteuerschieber längs der Linie V-V in F i g.
4 und F i g. 6 den Querschnitt längs der Linie VI-VI in F i g. 2 zur Darstellung
der bei der Baueinheit zur Anwendung gelangenden Hilfssteuerpumpe.
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Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Ölhydraulikanlage weist eine
Pumpe 21 veränderlicher Verdrängung mit einem gegen seine Stellung für minimale
Verdrängung federbelasteten Fördermengenregler auf, an die ein weiter unten noch
näher erläuterter Umsteuerschieber angebaut ist, der dazu dient, nach Wunsch die
Strömungsrichtung der von der Pumpe gelieferten Druckflüssigkeit zum Betätigen des
ölhydrauliktriebes 22 zu wechseln.
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Der Umsteuerschieber wird über einen ebenfalls weiter unten noch näher
erläuterten Vorsteuerschieber mittels der Schaltstange 23 in die dem vorgewählten
Betriebszustand entsprechende Stellung gebracht.
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Die Pumpe 21 wird von einem Vorratsbehälter 24
aus über
eine Leitung 25 mit Druckflüssigkeit versorgt. Die die Pumpe 21 und
den Umsteuerschieber aufweisende Baueinheit zur Betätigung des Ölhydrauliktriebes
liefert je nach der Richtung des auf die Schaltstange 23 einwirkenden Steuersignals
entweder über die Leitung 26 oder über die Leitung 27 Druckflüssigkeit an den Ölhydrauliktrieb
22, und zwar in einer der Größe des Eingangssignals entsprechenden Menge. - Bei
der Belieferung des Ölhydrauliktriebes 22 über die eine Leitung steht die
nicht unter Druck stehende andere Leitung über eine Rückleitung 28 mit dem Vorratsbehälter
24 in Verbindung. Zum Stillsetzen des Ölhydrauliktriebes 22
wird die Schaltstange
23 in die Ruhestellung zurückgebracht, wodurch die Pumpenförderung auf ein Minimum
herabgesetzt wird und der Druckmittelfluß von und zu den Leitungen 26 und
27 unterbrochen wird.
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Gemäß F i g. 2 weist Pumpe veränderlicher Verdrängung ein aus zwei
Teilen 29 und 31 bestehendes Gehäuse auf. Der Gehäuseteil 29 umschließt die
eigentliche, als Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe ausgebildete Pumpe, deren Taumelscheibe
über die Keilnutwelle 33 von außen her angetrieben ist. Die sich um die Längsachse
der Pumpe 21 drehende Taumelscheibe 34 betätigt die in dem Zylinderblock
37 parallel zur Pumpenlängsachse verschiebbar gelagerten Hohlkolben 35 während des
Förderhubes. Für den Rückhub der Kolben 35 sorgt eine Rückdruckplatte 36. Die Zylinder
im Zylinderblock 37 sind mit Einlaßkammern 38 ausgestattet, die über Kanäle
41, eine Kammer:42, eine Öffnung 43 und die Kammer 44 mit dem Pumpeneinlaß
39 in Verbindung stehen. Die von den Kolben 35 verdrängte Druckflüssigkeit
gelangt über Rückschlagventile 45 aus den Zylindern heraus in eine ringförmige Auslaßkammer
46.
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Jeder Hohlkolben 35 ist mit einigen radial gerichteten Entlastungsbohrungen
47 ausgestattet, die zur Steuerung der Pumpenverdrängung jeweils mit einem Entlastungsschieber
48 zusammenwirken. Die Schieber 48 der einzelnen Zylinder sind über
ein sternförmiges Steuerelement 49 mittels einer Stange 51 auf den Zylindern längsverschiebbar
(Fördermengenregler). An dem rechten Ende der Stange 51 ist ein sattelförmiges
Betätigungselement 52 starr angebracht. Zwischen. den Zylinderblock 37 und das sattelförmige
Betätigungselement 52 ist eine Feder 54
eingeschaltet, die das Betätigungselement
52 und mit ihm die Entlastungsschieber 48 nach rechts in eine Stellung zu verschieben
trachtet, in der die Puppenverdrängung ihren Minimalwert aufweist. Diese Stellung
nimmt das sattelförmige Betätigungselement 52
in der Ruhestellung der in dem
rechten Gehäuseteil 31 befindlichen Vorrichtung ein.
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Der rechte Gehäuseteil 31 umschließt einen Umsteuerschieber
und die Vorrichtung zu dessen Betätigung sowie zur Betätigung der obengenannten
Entlastungsschieber 48. Der Umsteuerschieber weist zwei Zylinder 55 und 56
auf, die mit Axialbohrungen ausgestattet sind, in denen je ein Umsteuerschieber
57 bzw. 58 gleitbar ist. Die rechten Enden dieser Schieber sind als Einfachschubtriebe
in Form von sich in Kammern 62 bzw. 63 erstreckenden Kolben 59 bzw.
61 ausgebildet. Wie weiter unten noch näher erläutert ist, werden die Kolben
59 und 61 durch den in den Kammern 62 bzw. 63 herrschenden Steuerdruck betätigt.
Die linken Enden der Umsteuerschieber 57 und 58 arbeiten mit einem
Kipphebel 64 zusammen, der das sattelförmige Betätigungselement
52
für die Entlastungsschieber 48 gegen die Kraft der Feder 54 zu verschieben
vermag. Der Kipphebel 64
sitzt starr auf einer Welle 65, die gemäß
F i g. 3 in querverschiebbaren federbelasteten Lagern 66 und 67 drehbar gelagert
ist. Die letzteren sind an dem exzentrischen Mittelteil 68 einer Welle 69 abgestützt.
Der Schieber 57 ist mit Stegen 71 und 72 ausgestattet, die
zur Steuerung der Verbindung zwischen der Auslaßöffnung 75, der Druckkammer 76 und
der Rücklaufkammer 77 mit festen Stegen 73 bzw. 74 des Zylinders
55 zusammenwirken. Ebenso ist der Schieber 58 mit Stegen 78 und 79 versehen,
die zur Steuerung der Verbindung der beiden vorgenannten Kammern und der Auslaßöffnung
83 mit ortsfesten Stegen 81 und 82 des Zylinders
56 zusammenarbeiten.
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Der Steuerdruck zur Betätigung der Kolben 59
und 61 der Umsteuerschieber
57 und 58 wird den Kammern 62 und 63 von einem Vorsteuerschieber 84 her zugeführt.
Dieser weist gemäß F i g. 3 einen Schieberkolben 85 auf, der in einer verschiebbaren
Schieberhülse 86 gleitbar ist. Der Schieberkolben 85 hat Stege 87, 88 und 89, die
mit in der Hülse 86 ausgebildeten Ringnuten 91, 92 und 93 zusammenwirken,
um die Ringnuten 94 und 95 umkehrbar unter Druck zu setzen. Die letzteren sind über
Leitungen 96 -bzw. 97 mit den Kammern 62 und 63 an den rechten Enden der Umsteuerschieber
57 und 58 verbunden. Der Ringnut 92 wird über eine Außenleitung 9$''' von einer
in F i g. 2 und 6 dargestellten Zahnradpumpe 99 her Steuerflüssigkeit zugeführt.
Die Zahnradpumpe 99 ist im linken Gehäuseteil 29 untergebracht und wird von der
Antriebswelle 33 für die Taumelscheibe 34 angetrieben. Die Schieberhülse 86 des
Vorsteuerschiebers 84 betätigt ein an der Welle 65 stirnseitig vorgesehener, in
eine Ringnut der Hülse eingreifender Exzenterstift 104, während der Schieberkolben
85 seine Betätigung durch die Schaltstange 23 erfährt, die zu diesem Zweck eine
schräg verlaufende Nockenfläche 105 aufweist (F i g. 5).
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Vor der Inbetriebnahme der Pumpe muß die Welle 65 des Kipphebels 64
so eingerichtet werden, daß die linken Enden der Schieber 57 und 58 den Kipphebel
berühren, wenn sich dieser in seiner für den Betrachter der F i g. 2 vertikalen
Stellung befindet und die
Schieberstege 71, 72, 78 und 79 die ortsfesten
Stege 73, 74, 81 und 82 überdecken. Diese Einstellung ist durch Drehen der Welle
69 erzielbar, die mittels ihres exzentrischen Teils 68 über die federbelasteten
Lager 66 und 67 eine Achsenverschiebung der Welle 65 und des Kipphebels 64 bewirkt.
Nach der richtigen Einstellung des Kipphebels 64 wird die Drehstellung der Welle
69 durch Einsetzen eines Stiftes 106 fixiert. Sodann wird das sattelförmige Betätigungselement
52 mittels Beilagscheiben relativ zur Stange 51 axial derart eingestellt, daß seine
Enden den Kipphebel berühren, wenn sich die Entlastungsschieber 48 in ihrer
für den Betrachter der F i g. 2 äußersten rechten Stellung befinden. Diese Stellung
kann der Pumpenverdrängung Null entsprechen, doch gibt man der minimalen Pumpenverdrängung
vorzugsweise einen geringen endlichen Wert, damit die Pumpe auf Grund der Tatsache,
daß die Auslaßöffnung 46, die Auslaßleitung 108 und die Druckkammer 76 unter Druck
bleiben, einen sehr scharfen Einsatzpunkt erhält.
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Die Achsverschiebung und Drehbewegung der Schwenkwelle 65, die bei
der vorstehend erläuterten Einstellung auftreten, führen zu entsprechenden Bewegungen
des an der Welle 65 vorgesehenen Exzenterstiftes 104. Da dieser in die Hülse 86
des Vorsteuerschiebers 84 eingreift, ist es nun erforderlich, diesen Schieber
so abzugleichen, daß der Schiebersteg 88 die Druckkammer 92 isoliert. Dies ist mittels
einer Schraube 107 möglich, die über die Schaltstange 23 auf das rechte Ende des
Kolbens 85 einwirkt und diesen gegen seine Federbelastung zu verschieben vermag.
Bei der vorstehenden Einstellung der Hülse 86 befindet sich die Schaltstange 23
vorzugsweise in einer solchen Stellung, daß das für den Betrachter der F i g. 5
rechte Ende des Kolbens 85 in dessen Ruhestellung in die Mitte der schrägen Nockenfläche
105 zu liegen kommt. Arbeitsweise Wenn die Einstellung in der vorstehend beschriebenen
Weise getroffen ist, fließt eine geringe Druckflüssigkeitsmenge von der Auslaßkammer
46 der Pumpe zum Druckraum 76 des Umsteuerschiebergehäuses. Da sich die Umsteuerschieber
57 und 58 aber in ihrer zentralen Ruhestellung befinden, kann zu den mit dem ölhydrauliktrieb
verbundenen Leitungen 26 und 27 keine Druckflüssigkeit gelangen. Wenn nun die Bedienungsperson
den Hydrauliktrieb 22 mit bestimmter Geschwindigkeit in der einen Richtung
betätigen möchte, drückt sie die Betätigungsstange 23 für den Betrachter der F i
g. 1, 4 und 5 um ein entsprechendes Stück nach unten. Bezogen auf F i g. 5 hat eine
Abwärstbewegung der Stange 23 zur Folge, daß die schräge Nockenfläche
105 den Schieberkolben 85 nach links drückt, wodurch der Steg 88 so weit
verschoben wird, daß die von der Zahnradpumpe 99 über die Leitung 98 gelieferte
Steuerflüssigkeit von der Ringnut 92 zur Ringnut 95 gtlangt. Diese Flüssigkeit wird
dann über die Leitung 97 zur Umsteuerschieberkolbenkammer 63 weitergeleitet. Gleichzeitig
wird die Umsteuerschieberkolbenkammer 62 über die Leitung 96, die Ringnuten 94 und
91 und die Leitung 103 mit der Niederdruckkammer 44 im Pumpengehäuse 29 verbunden.
Der Druckunterschied zwischen den beiden Kammern 62 und 63 bewirkt, daß die Kolben
59 und 61 die Umsteuerschieber 57 und 58 und mit diesen den Kipphebel 64 verlagern.
Bei dieser Verlagerung bewegen sich die Schieberstege 72 und 78 von den ortsfesten
Stegen 74 und 81 fort, wodurch die Druckkammer 76 mit der Auslaßöffnung 83 und die
Rücklaufkammer 77 mit der Auslaßöffnung 75 in Verbindung kommt. Nunmehr steht eine
Seite des doppeltwirkenden ölhydrauliktriebes 22 über die Leitung 27, die Kammer
83, die Druckkammer 76 und die Leitung 108 mit der Auslaßkammer
46 der Pumpe in Verbindung, während die andere Seite des Ölhydrauliktriebes
über die Leitung 26, die Öffnung 75, die Rücklaufkammer 77 und die Leitung 28 an
den Vorratsbehälter 24 angeschlossen ist.
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Bei der unter der Wirkung des Umsteuerschiebers 58 stattfindenden
Drehung des Kipphebels 64 verschiebt dessen für den Betrachter der F i g. 2 unten
befindliches Ende das sattelförmige Betätigungselement 52 gegen die Kraft der Feder
54 und verlagert damit die Stange 51 und die Entlastungsschieber 48 nach links.
Die Lage der Entlastungsschieber 48 relativ zu den Entlastungskanälen
47 bestimmt in bekannter Weise den wirksamen Hub der Kolben 35. Dieser ist
bei der vorstehend erläuterten Pumpe ein Minimum, wenn sich die Entlastungsschieber
in F i g. 2 ganz rechts befinden. Ausgehend von dieser Stellung nimmt er um so mehr
zu, je weiter die Schieber 48 nach links verschoben werden. Wenn sich also die Entlastungsschieber
48 infolge der Drehung des Kipphebels 64 nach links bewegen, nimmt die Pumpenverdrängung
proportional zu der Verschiebungsstrecke der Schieber 48 zu.
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Gleichzeitig mit der Betätigung der Umsteuerschieber 57 und 58 und
der Entlastungsschieber 48 wird durch die damit einhergehende Drehung der Welle
65 der von dieser getragene Exzenterstift 104 verlagert und verschiebt seinerseits
die Schieberhülse 86 des Vorsteuerschiebers 84 für den Betrachter der F i g. 3 nach
links in eine Stellung, in der der Kolbensteg 88 die - Ringnut 92 wieder abschließt.
Sobald diese Stellung erreicht ist, schließen die Kolbenstege auch die Ringnuten
94 und 95 ab, so daß jegliche Druckflüssigkeitsströmung aus derUmsteuerschieberkolbenkammer
62 und in die Umsteuerschieberkolbenkammer 63 unterbunden ist. Dadurch sind die
Umsteuerschieber 57 und 58 und mit ihnen der Kipphebel 64 und die Entlastungsschieber
48 in ihren jeweiligen Stellungen blockiert.
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Es ist also ersichtlich, daß der Vorsteuerschieber 84 durch die Verschiebung
seines Kolbens 85 um eine zur Größe des Eingangssignals proportionale Strecke zunächst
aus dem Gleichgewicht gebracht und dann durch die Hülse 86 wieder in seine Sperrstellung
zurückgeführt wird, sobald die Umsteuerschieber 57 und 58 und dk Entlastungsschieber
48 eine dem Eingangssignal entsprechende Betätigung erfahren haben. Wegen dieser
Rückkopplung zwischen Kipphebel 64 und Vorsteuerschieber 84 ist es möglich, die
Pumpenverdrängung in Übereinstimmung mit der Länge der Verschiebung der Schaltstange
23 zu ändern. Außerdem gewährleistet die Wechselwirkung zwischen den Umsteuerschiebern
57 und 58 und den Entlastungsschiebern 48 eine zu der Pumpenverdrängung proportionale
Verlagerung der Umsteuerschieber. Dies hat den großen Vorteil, daß sich der Querschnitt
der zwischen den verschiebbaren Kanten der Stege 72 und 78 und den ortsfesten Kanten
der Stege 74 und 81 vorhandenen verstellbaren Öffnungen mit dem Durchfluß durch
diese Öffnungen
ändert, so daß unabhängig von dem jeweiligen Durchfluß
an dem Umsteuerventil ein konstanter Druckabfall auftritt.
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Wenn der ölhydrauliktrieb 22 die gewünschte Bewegung durchgeführt
hat, bringt die Bedienungsperson die Schaltstange 23 wieder in ihre Ruhestellung.
Daraufhin wird der Schieberkolben 85 des Vorsteuerschiebers 84 durch die Rückdruckfeder
nach rechts verschoben, wodurch die Ringnut 94, die Leitung 96 und die Kammer 62
des Umsteuerschieberkolbens 59 unter Druck gesetzt werden, während die Kammer 63
des Umsteuerschieberkolbens 61, die Leitung 97 und die Ringnut 95 über die Ringnut
93 und die Leitung 103 mit der Niederdruckseite des Gehäuses in Verbindung kommen.
Die umgekehrten Druckverhältnisse in den Kammern 62 und 63 bewirken, daß die Umsteuerschieber
57 und 58 sowie der Kipphebel 64 in ihre Ruhestellungen zurückkehren, so daß die
Pumpenverdrängung auf ihren Minimalwert herabgesetzt wird und der Druckmittelfluß
zum und vom Ölhydrauliktrieb 22 unterbrochen wird. Bei der Rückkehr der Umsteuerschieber
57 und 58 und der Entlastungsschieber 48 in ihre Ruhestellungen verschiebt der sich
gleichzeitig bewegende Exzenterstift 104 die Hülse 86 des Vorsteuerschiebers
84 für den Betrachter der F i g. 3 nach rechts, so daß auch dieser Schieber
in seine Ruhestellung zurückgeführt wird und, in dieser angekommen, den Druckmittelfluß
aus der Ringnut 92 unterbindet. Sobald die Teile ihre Ruhestellungen wieder erreicht
haben, bleibt der Ölhydrauliktrieb 22 in seiner neuen Stellung stehen.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Aufwärtsbewegung der Schaltstange
23 bewirkt, daß der Ölhydrauliktrieb 22 in der umgekehrten Richtung in Gang
gesetzt wird. Bei einer solchen Verlagerung der Schaltstange 23 begeben sich die
Umsteuerschieber 57 und 58 sowie der Kipphebel 64 gerade in
die umgekehrten Stellungen wie in F i g. 2. In jeder anderen Hinsicht bleibt aber
die Arbeitsweise des Primärwandlers die gleiche, wie vorstehend erläutert.
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Versuche haben gezeigt, daß bei alleiniger Verwendung der Feder
54 als Rückführfeder für die Entlastungsschieber 48 bis zu einer Frequenz
von etwa 30 Betätigungen in der Sekunde befriedigende Ergebnisse erzielt werden.
Die Grenze für befriedigende Ergebnisse läßt sich aber auf 80 bis 100 Betätigungen
je Sekunde nach oben verschieben, wenn man gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung die Verbindung zwischen dem Kanal 109 und der Niederdruckkammer
42 des Pumpengehäuses 29
unterbricht und diesen Kanal mit der Außenleitung
98 der Zahnradpumpe 99 verbindet. Auf diese Weise wird erreicht, daß der ven der
Zahnradpumpe gelieferte Steuerdruck am Stufenkolben 111 der Reglerstange 51 zur
Wirkung gelangt, wodurch die Belastung des sattelförmigen Betätigungselementes 52
und der Entlastungsschieber 48 erhöht wird und die Ansprechgeschwindigkeit
dieser Organe demgemäß steigt. Wenn das sattelförmige Betätigungselement 52 gegen
diese Kraft nach links verschoben wird, wird die Druckflüssigkeit von dem Stufenkolben
111 durch den Kanal 109 in die Außenleitung 98 zurückgedrückt und gelangt von dort
durch das Entlastungsventil 101 (F i g. 4) nach außen. Diese speziell für
hohe Frequenzen bestimmte Ausführungsform kann mit oder ohne Feder 54 zur Anwendung
gelangen, jedoch ist es empfehlenswert, die Feder 54 für den Fall eines Versagens
der Zahnradpumpe 99 sicherheitshalber beizubehalten.