DE1653385B2

DE1653385B2 - Vorrichtung zum Konstanthalten des Produktes aus Druck und Hubvolumen bei einer Verdrängerpumpe

Info

Publication number: DE1653385B2
Application number: DE1653385A
Authority: DE
Inventors: Guenter 1000 Berlin Schlinke
Original assignee: Volvo Hydraulikfabrik 1000 Berlin GmbH
Current assignee: Volvo Hydraulikfabrik 1000 Berlin GmbH
Priority date: 1967-08-25
Filing date: 1967-08-25
Publication date: 1979-09-27
Also published as: CH485122A; DE1653385C3; DE1653385A1; AT276955B; GB1234416A; US3554671A; FR1565961A; JPS4937927B1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus

der FR-PS 1446270 bekannt ist.

Bei der bekannten Vorrichtung besteht das Hilfsglied aus einem geraden, mit seinem einen Ende schwenkbar an einem Gehäuseteil angelenkten Hebel, der im wesentlichen parallel zum von einem Hydraulikkolben gebildeten Stellorgan angeordnet ist. Auf den Hebel wirkt an seinem dem Anlenkpunkt abgewandten Ende eine durch eine Feder aufgebrachte konstante aber einstellbare erste Kraft ein. Um die Proportionalität zwischen dem Hubvolumen und dem Kraftangriffspunkt der variablen zweiten Kraft zu realisieren, ist der Steuerschieber, der zur Erzeugung der zweiten Kraft dient, in einer senkrecht zur Längsachse des Hebels und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stellorgans angeordneten Bohrung im Stellorgan geführt.

Die bekannte Vorrichtung vermag aus mehreren Gründen nicht voll zu befriedigen. Ein erster Grund besteht darin, daß der Steuerschieber, der zwangsläufig im Bereich der Kolbenstange des das Stellorgan bildenden Hydraulikkolbens angeordnet sein muß, die Verwendung einer vergleichsweise dicken Kolbenstange voraussetzt. Nachteilig ist darüber hinaus, daß die Leitungen für den Steuerschieber im Stellorgan angebracht sein müssen. Die Verwendung serienmäßiger Steuerschieber und einfacher Rohrleitungen scheidet daher aus. Es müssen vielmehr Bohrungen und Nuten zur Führung des Steuerschiebers und der Steuerflüssigkeit in das Stellorgan eingearbeitet werden. Der hierfür erforderliche Fertigungs- und Kostenaufwand ist erheblich. Zu wünschen übrig läßt schließlich die Zugänglichkeit des Steuerschiebers. Will man ihn austauschen, so müssen zuvor das Hilfsglied und die zum Aufbringen der konstanten Kraft verwendeten Teile demontiert werden.

Bekannt ist außerdem aus der DT-AS 1044620 eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Produkts aus Druck und Hubvolumen bei einer Verdrängerpumpe, bei der ein stationär angeordneter Steuerschieber zum Steuern der Stellbewegungen eines Stellorgans verwendet wird. Das Hilfsglied besteht bei dieser Konstruktion aus einem balkenförmigen geraden Hebel, dessen eines Ende sich gegen die Schneide eines Druckkolbens und deren zweites Ende sich gegen eine am Steuerschieber angebrachte Schneide abstützt. Zwischen den beiden Schneiden wirkt auf der den Schneiden gegenüberliegenden Seite des Hebels eine Rolle ein, die an einem Schlitten gelagert ist, der sich durch das Stellorgan verschieben läßt und zum Einstellen des Hubvolumens dient. Das Hilfsglied besitzt bei dieser Vorrichtung folglich eine Schwenkachse, die sich in Abhängigkeit von der Lage des Schlittens verändert. Wegen dieser Lageveränderung ist es nicht möglich, durch die konstante Kraft ein konstantes Drehmoment in das Hilfsglied einzuleiten. Zur Verwirklichung der angestrebten Regelcharakteristik verwendet man eine am Schlitten angeordnete Steuerkurve, die auf eine vorgegebene Arbeitsleistung der Pumpe abgestimmt ist und über die die Stellkräfte vom Schlitten auf einen Schwenkzapfen der Pumpe übertragen werden. Eine einfache Änderung der Leistungskennlinie ist nicht möglich.

Eine Regelvorrichtung mit einer von der Kennlinie einer Feder abhängigen in Teilbereichen angenähert hyperbolisch verlaufenden Regelcharakteristik ist schließlich aus der DT-PS 1077 021 bekannt. Bei dieser Vorrichtung steht das als Kraftkolben bezeichnete Stellorgan für das Hubvolumen der Pumpe mit einem

Kopplungsgestänge in Verbindung, in das zwei sich über die Feder gegeneinander abstützende in Hebellängsrichtung relativ zueinander bewegbare Schräghebel einbezogen sind. Über das Kopplungsgestänge wird auf einen Steuerschieber eine Kraft ausgeübt, die eine annähernd hyperbolische Regelkurve für das Hubvolumen in Abhängigkeit vom Druck bewirken soll. Wiewohl bei dieser Vorrichtung der Steuerschieber stationär angeordnet ist, vermag sie gleichwohl nicht voll zu befriedigen, weil das Kopplungsgestänge sperrig ist und über eine Vielzahl von verschleißanfälligen Gelenkstellen verfügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der zuerst beschriebenen Art zu schaffen, bei der einerseits eine genaue hyperbolische Abhängigkeit zwischen dem Pumpendruck und dem Hubvolumen gewährleistet ist und andererseits die Möglichkeit zur leichten Veränderung der Leistungskennlinie besteht. Diese Aufgabe ist zwar bereits durch die FR-PS 1446270 gelöst, dies jedoch in einer Weise, die die eingangs genannten Nachteile mit sich bringt. Demgegenüber wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die in Betracht gezogene Vorrichtung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 auszubilden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet gegenüber der ersten bekannten Vorrichtung den Vorteil, daß sie wegen des Gleichbleibens beider Kraftangriffspunkte mit einem stationären, d. h. außerhalb des Stellorgans angeordneten Steuerschieber ausgestattet werden kann und bei ihr die oben angedeuteten Nachteile von im beweglichen Stellorgan angeordneten Steuerschiebern folglich vermeidbar sind. Anders als bei der ebenfalls mit einem stationären Steuerschieber ausgestatteten zweiten bekannten Vorrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine einfache Änderung der Leistungskennlinie möglich und eine zusätzliche Steuerkurve entbehrlich. Auch die Verwendung komplizierter und zudem verschleißanfälliger und sperriger Kopplungsgestänge wie bei der dritten bekannten Vorrichtung erübrigt sich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer in der Zeichnung dargestellten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch und im Schnitt die Seitenansicht einer an einer Axialkolbenpumpe angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Teil einer abgewandelten Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 3 ebenfalls einen Teil einer abgewandelten Vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind 11 die hin- und hergehenden Kolben einer Axialkolbenpumpe. Das Hubvolumen pro Umdrehung V_H dieser Pumpe hängt vom Hub H jedes einzelnen Kolbens ab. Dieser Hub kann durch Schwenken einer Schrägscheibe 12 um eine Achse 13 verändert werden. Hierzu dient ein Stellorgan 14, welches über eine in einem Kugelgelenk 15 gelagerte Stange 16 mit der Schrägscheibe 12 verbunden ist.

Das Stellorgan 14 besitzt einen von zwei Seiten über Anschlußöffnungen 17 und 18 beaufschlagbaren Kolben 19, der in einem Zylinder 20 geführt ist. Eine Feder 21 drückt das Stellorgan 14 in die dargestellte Endlage, sobald der Pumpendruck ρ gleich Null ist. In dieser Stellung ist das Hubvolumen V_H am größten.

Der Ringraum 22 des Zylinders 20 steht über eine Leitung 23 mit einer Druckleitung 24 in Verbindung,

in der Pumpendruck ρ herrscht und die außerdem mit der öffnung 25 des Zylinders 26 eines Steuerschiebers 27 verbunden ist. Der Steuerschieber weist einen Kolbenabschnitt 28 auf, dessen Querschnittsfläche die Größe / hat. Dieser Kolbenabschnitt 28 öffnet und schließt einen Durchlaß 29, der über eine Leitung 30 mit der Anschlußöffnung 18 in Verbindung steht.

Eine weitere öffnung 31 des Zylinders 26 verbindet den Ringraum 32 des Zylinders über eine Leitung 33 mit der Atmosphäre bzw. mit einer Sammelwanne 34 für das verwendete Druckmedium.

Der Steuerschieber 27 drückt mit seinem aus dem Zylinder 26 herausragenden Ende 35 gegen ein in der Zeichenebene geführtes Hilfsglied 36, das von einem Winkelhebel mit zwei Armen 37 und 38 gebildet wird und um eine Schwenkachse 39 schwenkbar ist. Die Schwenkachse 39 ist in einer Führung 40 geführt; ihr Abstand α von der Mittellinie des Steuerschiebers 27 hängt von der Lage des Stellorgans 14 ab, denn sie ist mit diesem über eine Justierspindel 41 und einen geschlitzten Bolzen 42 fest verbunden.

Gegen das Ende des Armes 37 drückt die Kuppe 43 eines ersten Federtellers 44, auf den von der Schraubenfeder 45 eine Kraft P_G übertragen wird. Ein zweiter an dem dem ersten Federteller abgewandten Ende der Feder 45 angeordneter Federteller 46 stützt sich mit seiner Kuppe 47 gegen das Ende einer Stellschraube 48 ab, mit deren Hilfe die Federvorspannung variiert werden kann. Die Federkraft P_G greift an einem Hebelarm b an, der bei Schwenkbewegungen des Hilfsglieds 36 im wesentlichen konstant bleibt. Während in Fig. 1 das eine Gegenkraft zu der vom Steuerschieber 27 auf das Hilfsglied 36 ausgeübte Kraft liefernde Krauftausgleichselement mit einer Feder arbeitet, wird die Gegenkraft bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 von einem aus mehreren Scheiben 49 bestehenden Gegengewicht gebildet. Dieses Gegengewicht hängt an einem um eine Rolle 50 laufenden Seilzug 51, der mit einem Zugjoch 52 mit einer Schneide 53 in eine Kerbe 54 des Hilfsglieds 55 greift. Das Hilfsglied ist bei dieser Ausführungsform über eine Kugelgelenkverbindung 56, 57 mit einem Steuerschieber 58 gekuppelt.

Fig. 3 zeigt schließlich eine weitere Variante der Vorrichtung gemäß Fig. 1, bei der die Gegenkraft durch einen mit einem strömenden Medium beaufschlagten Kolben 59 erzeugt wird, der in einem Zylinder 60 geführt ist. Die zuletzt beschriebene Ausführungsfrom bietet den Vorteil, daß sie eine Fernverstellung der Gegenkraft P_G zuläßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Solange die Pumpe nicht arbeitet, ist der Pumpendruck p = 0. Die Feder 21 drückt das Stellorgan 14 in die dargestellte Lage. Der Abstand α ist am größten, er entspricht dem maximalen Hub h des Stellorgans 14. Da in Fig. 1 das Verhältnis H: D gleich dem Verhältnis h: R ist, ist h dem Wert H und somit dem Hubvolumen V_H proportional und dieses somit ebenfalls maximal, sobald die Pumpe anläuft.

Mit dem Anlaufen der Pumpe baut sich in der Leitung 24 der Druck ρ auf. Über die öffnung 25 strömt Druckmedium in den Steuerzylinder 26 und übt auf den Steuerschieber 27 eine Kraft ρ X /aus. Die Kraft ρ x / leitet in das Hilfsglied 36 ein Drehmoment von der Größe aXpXf ein, dem das Drehmoment P_c x b das Gleichgewicht hält.

Steigt infolge äußerer Widerstände der Druck in

der Leitung 24 auf einen Pert p_x an, so wächst das Drehmoment aX pXf auf einen Wert a X P₁X f. Die Folge ist eine Störung des Gleichgewichts zwischen den auf das Hilfsglied 36 einwirkenden Drehmomenten und eine Schwenkbewegung des Hilfsglieds entgegen dem Uhrzeigersinn.

Diese Schwenkbewegung ist mit einer Verschiebung des Steuerschiebers 27 nach links verbunden, wodurch der Durchlaß 29 vom Kolbenabschnitt 28 freigegeben wird und Druckmedium in den Zylinderraum 61 strömen kann. Der steigende Druck im Zylinderraum 61 bewirkt eine Aufwärtsbewegung des Stellorgans 14 und dadurch eine Verkürzung des Abstands α auf einen Wert a_v

Die Aufwärtsbewegung des Stellorgans dauert so lange an, bis das Drehmoment aus der auf den Steuerschieber einwirkenden Kraft p_xx f und dem Wert a_x einen Wert erreicht, der wieder dem Drehmoment P_Gx b entspricht. Sobald dieser Wert erreicht ist, beginnt sich das Hilfsglied 36 im Sinne des Uhrzeigers zurückzudrehen, und der Steuerschieber 27 geht in seine Ausgangslage zurück. Ein neuer Gleichgewichtszustand hat sich eingestellt.

Da das Produkt P_cx b für alle stationären Betriebszustände konstant ist, muß folglich Gleichheit zwischen den Produkten a X ρ und a_x X P₁ bestehen, da/eine Konstante darstellt. Infolge der Proportionalität zwischen α und H bzw. V₁₁ gilt mithin auch, daß die Leistung N = konst XpX V_H X η konstant bleibt,

·) wenn die Drehzahl η nicht verändert wird.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Regelvorrichtung erst dann anzusprechen beginnt, wenn das Drehmoment a X ρ X f einen Wert annimmt, der größer als das Drehmoment P₀Xb ist. Durch Verän-

M) derung des Betrags von P_G läßt sich folglich der Regeibeginn und somit die Kennlinie der Pumpe verändern.

Im Falle einer Druckminderung in der Leitung 24 läuft der oben geschilderte Vorgang im umgekehrten

ι -■> Sinne ab, wobei das im Zylinderraum 61 befindliche Druckmittel nach Verlagerung des Steuerschiebers 27 nach rechts über die Leitung 33, den Durchlaß 29, die öffnung 31 und die Leitung 33 in den Sammelbehälter 34 abfließen kann.

Es verdient Erwähnung, daß der das Hilfsglied 36 bildende Winkelhebel so geformt ist, daß die Kraft P₀ an einem Punkt in ihn eingeleitet wird, der auf der Mittelsenkrechten der Strecke α liegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Hebelarm b am ehesten

2) annähernd ständig konstant bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Konstanthalten des Produkts aus Druck und Hubvolumen bei einer Verdrängerpumpe mit einem hydraulisch gesteuerten Stellorgan zum Einstellen des Hubvolumens, einem Steuerschieber zum Steuern der Stellbewegung des Stellorgans, der in der einen Richtung durch den Pumpendruck und in der anderen durch eine Gegenkraft verstellt wird, und mit einem mit dem Steuerschieber zusammenwirkenden, schwenkbaren Hilfsglied, auf das einerseits eine die Gegenkraft liefernde ortsfeste konstante erste Kraft und andererseits mit einer dem Hubvolumen proportionalen Verschiebung eine dem Pumpendruck proportionale zweite Kraft einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsglied (36, 55) ein Winkelhebel ist, auf dessen erstem Arm (37) die erste Kraft angreift und auf dessen zweiten Arm (38) unter einem Winkel von 90° zur ersten Kraft die zweite Kraft einwirkt, deren Angriffspunkt ortsfest angeordnet ist, wobei der letztere Arm (38) eine Führung (40) für eine vom Stellorgan (14) gehaltene und mit diesem verlagerbare Schwenkachse (39) aufweist und die Bewegung derselben mit konstantem Abstand parallel zur Angriffsrichtung der ersten Kraft (45, 49, 59) verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (40) ein einseitig offener Längsschlitz ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (27, 58) quer zur Führung (40) auf den die Führung aufweisenden zweiten Arm (38) einwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der ersten Kraft einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der ersten Kraft eine Feder mit einstellbarer Federkraft dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der ersten Kraft ein durch ein strömendes Medium einstellbaren Drucks beaufschlagter Kolben (59) dient.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (14) bei stehender Pumpe durch eine Feder (21) in seine der maximalen Fördermenge entsprechenden Endlage gedrückt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (14) einen von zwei Seiten beaufschlagbaren Kolben (19) aufweist, der in einem Zylinder (20) geführt ist und diesen in einen Ringraum (22) und einen Zylinderraum (61) unterteilt, und daß der Ringraum (22) unmittelbar mit der Druckleitung (24) für den Steuerschieber (27) verbunden ist, während der Zylinderraum (61) über den Steuerschieber (27) mit der Druckleitung (24) in Verbindung steht.