DE1703494C3 - Vorrichtung zum Dämpfen von Steuerschwingungen eines Stellzylinders für eine Hydraulikmaschine veränderlicher Verdrängung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Dämpfen von Steuerschwingungen eines Stellzylinders für eine Hydraulikmaschine (Pumpe oder Motor) veränderlicher Verdrängung, der von einem Steuerschieber in Abhängigkeit von der Pumpendruckänderung über einen Steuerbund gesteuert wird, wobei der Steuerschieber einerseits von einer Regelfeder zum Einstellen eines konstanten Pumpendruckes und andererseits vom Pumpendruck beaufschlagt ist, und zur Stabilisierung des Druckes ein vom Kolbenbund und der Steuerkante definierter Leckpfad vorgesehen ist, der in beiden Verschieberichtungen des Steuerschiebers den Stellzylinder mit dem Tank verbindet. Eine solche Vorrichtung ist durch die US-PS 31 86 353 bekannt geworden.

Derartige Vorrichtungen dienen bei Hydraulikmaschinen dazu, bei Laständerungen der Anlage den Druck der Hydraulikflüssigkeit durch Verändern der Verdrängung der Hydraulikmaschine im wesentlichen konstant zu halten. Werden solche Steuerschieber bei einer Hydraulikmaschine verwendet, so sprechen sie auf einen Druckanstieg an der Hydraulikmaschine an und setzen deren Verdrängung herab, bis der gewünschte Druck wieder hergestellt ist, während bei einem Absinken des Druckes die Verdrängung erhöht wird. Dies erfolgt in der Weise, daß die eine Seite des Steuerschiebers mit der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird, während die andere Seite des Steuerschiebers von einer Feder beaufschlagt wird, so daß das Ventil, wenn in der Anlage der gewünschte Druck herrscht, sich im Gleichgewicht befindet und die Strömung zu einem die Ve/drängung der Hydraulikmaschine steuernden Stellzylinder drosselt. Der Steuerschieber wird bei einem Ansteigen oder Absinken des Druckes in der Hydraulikflüssigkeit aus dem Gleichgewicht gebracht und verbindet je nach der Verschiebung des Steuerschiebers den Stellzylinder entweder mit der Hochdruckseite der Hydraulikflüssigkeit oder mit einer zum Tank führenden Ablaufleitung.

Steigt der Druck der Hydraulikflüssigkeit beispielsweise über den gewünschten Wert, wird der Steuer schieber in die Kraft der Feder verschoben, so daß der Druck der Hydraulikflüssigkeit zum Stellzylinder geleitet wird, um diesen zu veranlassen, die Verdrängung der Hydraulikmaschine herabzusetzen. Diese Verringerung der Verdrängung hat eine Herabsetzung des Druckes der Hydraulikflüssigkeit zur Folge, so daß der Steuerschieber durch die Feder wieder in die Ausgangslage zurückgeführt wird. Hierbei erfolgt jedoch bekanntlich ein Überschwingen bzw. Hin- und Herpendeln des Steuerschiebers, das mit der Zeit schwächer wird. Man ist daher stets bestrebt, dieses Hin- und Herpendeln oder Überschwingen des Steuerschiebers auf ein Minimum zu beschränken, weil die Hydraulikanlage dadurch instabil arbeitet

iS Bei der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung nach der US-PS 31 86 353 soll das Schwingen des Steuerschiebers dadurch verhindert werden, daß ein von Kolbenbund und Steuerkante definierter Leckpfad vorgesehen ist, durch den in beiden Verschieberichtun gen des Steuerschiebers Stellzylinder und Tank miteinander verbunden sind. Dieser Leckpfad ist so ausgeführt, daß er nicht ganz geschlossen werden kann. Dadurch fließt eine bestimmte Mindestmenge ständig zum Tank. Die Lecköffnung zum Tank weist entweder einen konstanten Querschnitt auf oder sie ist derart ausgebildet, daß sie bei Druckerhöhungen auf ein vorgegebenes Mindestmaß gedrosselt wird. Es ist nicht möglich, starke plötzliche Druckerhöhungen schnell abzubauen.

Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs bei starken Druckerhöhungen Druckschläge am Steuerschieber schnell abzubauen und somit die großen Bewegungen des Steuerschiebers, die durch die Druckschläge hervorgerufen werden, rasch zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches gelöst. Durch diese Lösung wird erreicht, daß auch bei Druckerhöhungen die Lecköffnung proportional mit der Druckerhöhung wächst, d. h. daß bei starken Druckerhöhungen die Druckspitzen schnell abgebaut werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung

wird im Nachfolgenden anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist die

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Hydraulikmaschine mit einer Vorrichtung nach der Erfindung, wobei die Ventilanordnung der größeren Klarheit wegen vergrößert gezeichnet wurde;

F i g. 2 eine Darstellung von Kurven, die das Hin- und Herschwingen des Steuerschiebers mit und ohne der Verbesserung des Dämpfungsverhältnisses zeigen.

Der in der F i g. 1 dargestellte hydraulische Steuer-SS kreis umfaßt allgemein eine Hydraulikmaschine 10 mit veränderbarer Verdrängung und ein Steuerventil 11, das die Verdrängung der Hydraulikmaschine verändert.

Die hydraulische Hydraulikmaschine 10 kann entweder als Pumpe oder als Motor arbeiten. Wenn sie als Pumpe wirkt, wird die Flüssigkeit unter einem regulierten Druck zu einem nicht dargestellten Verbraucher geleitet, während bei einem Betrieb als Motor, die hydraulische Flüssigkeit aus einer geeigneten Quelle dem Motor zugeführt wird, der einen Energieverbrau eher über eine bei 14 dargestellte Welle antreibt. Eine solche wahlweise als Pumpe oder als Motor zu verwendende Einheit kann z. B. als Anlaßmotor für einen Flugzeugmotor verwendet werden, wobei die

Einheit nach dem Anlassen als Pumpe wirkt und die Flüssigkeit unter einem geregelten Druck den hydraulisch betriebenen Einrichtungen des Flugzeuges zuführt.

Eine ortsfeste Ventilplatte 15 ist mit Durchlässen 16 und 17 versehen, die schematisch dargestellt sind und s mit den Hauptleitungen 18 und 19 der Anlage in Verbindung stehen. Die Hauptleitung 18 führt die Hochdruckflüssigkeit, und die Hauptleitung 19 führt die Niederdruckflüssigkeit, ganz gleich, ob die hydraulische Einheit als Pumpe oder als Motor arbeitet Es ist ein Zylinderblock 20 mit axial angeordneten Zylindern 21 vorgesehen, die mit einer öffnung aufweisenden Fläche 22 am Ende des Zylinderblockes in Verbindung stehen, wobei die Fläche an tier Ventilplatte 15 gleitend anliegt. Wenn der Zylinderblock 20 sich in bezug auf die Ventilplatte 15 dreht, werden die Zylinder 21 in bekannter Weise der Reihe nach mit den Durchlässen 16 und 17 in Verbindung gesetzt

Die in den Zylindern 21 gleitbar gelagerten Kolben 24 werden von einer verschwenkbar gelagerten Schrägscheibe 23 über angelenkte Verbindungsstangen 26 hin- und herbewegt.

Die Schrägscheibe 23 kann aus einer neutralen Stellung, bei der die Schrägfläche 27 senkrecht zur Achse der Antriebswelle 14 verläuft, in Richtung des Pfeiles 30 in eine erste Stellung, in der die Verdrängung einen Höchstwert ι; reicht, und in Richtung des Pfeiles 31 in eine zweite Stellung bewegt werden, be der die Verdrängung wieder einen Höchstwert erreicht. Wie später noch beschrieben wird, arbeitet die Einrichtung, wenn die Schrägscheibe 23 sich auf der Seite des Pf jiles 30 befindet, als Pumpe und führt der hydraulischen Anlage die Flüssigkeit unter einem regulierten Druck zu, während die Einrichtung, wenn das Nockenglied sich auf der Seite des Pfeiles 31 befindet, als Motor arbeitet und die Welle 14 antreibt.

Zum Verändern der Verdrängung der Hydraulikmaschine 10 ist ein druckmittelbetätigter Stellzylinder 36 vorgesehen, in dessen Zylinderbohrung 37 ein Kolben 38 gleitbar gelagert ist.

Der Kolben 38 stellt die Schrägscheibe 23 über eine Verbindungsstange 39 ein, die eine Gelenkverbindung mit der Schrägscheibe aufweist. Wird der Stellzylinder 36 unter Druck gesetzt, so wird die Schrägscheibe 23 im Uhrzeigergegensinne verschwenkt, wobei die Verdrängung vermindert wird, wenn die Einheit als Pumpe arbeitet, während die Verdrängung erhöht wird, wenn die Einheit als Motor arbeitet. Eine Druckfederanordnung 40 wirkt beständig auf die Schrägscheibe 23 im Uhrzeigergegensinne ein und wirkt dem Stellzylinder 36 entgegen. Die Federanordnung 40 weist eine Druckfeder 42 auf, die sich mit dem einen Ende auf einem ortsfesten Sitz abstützt und mit dem entgegengesetzten Ende an einem bewegbaren Sitz 43 anliegt, der eine Verbindungsstange 44 aufnimmt, die mit der Schrägscheibe 23 bei 46 gelenkig verbunden ist. Die Feder 42 wirkt daher auf die Schrägscheibe 23 in einem Sinne ein, bei dem die Verdrängung der hydraulischen Einheit erhöht wird, wenn diese als Pumpe arbeitet, während die Verdrängung der hydraulischen Einheit herabgesetzt wird, wenn dieser als Motor arbeitet.

Die Verdrängung der Hydraulikmaschine 10 wird von dem Steuerventil 11 beeinflußt, das die Strömung der Flüssigkeit zum Stellzylinder 36 durch die Leitung 48 kontrolliert. Das Steuerventil 11 weist eine Ventübuchse f>5 55 auf, die in eine Bohrung 56 in einem Ventilgehäuse eingesetzt ist, das nur schematisch bei 58 dargestellt ist. Die Buchse 55 ist mit einer Bohrung 59 versehen, in der ein Steuerschieber 61 gleitbar gelagert ist Die radialen Durchlässe 62 stehen mit dem Inneren der Ventilbuchse und mit einer ringförmigen Ausnehmung 63 an der Außenseite der Buchse in Verbindung, welche Ausnehmung beständig mit einer Leitung 66 in Verbindung steht, die zur Leitung 48 führt Nahe an den Durchlässen 72 sind die radialen Durchlässe 70 vorgesehen, die mit einer ringförmigen Ausnehmung 72 in Verbindung stehen, welche Ausnehmung mit einem Ablaßkanal 74 im Gehäuse 58 beständig in Verbindung steht, der seinerseits beständig mit einem Niederdruckbehälier in Verbindung steht.

Der Steuerschieber 61 weist einen linken Kolbenteil 76 auf, der in der dargestellten Gleichgewichtsstellung die Verbindung zwischen den Durchlässen 62 und dem Inneren der Buchse 55 beiderseits des Kolbenteiles im wesentlichen sperrt, so daß der Kolben 38 des Stellzylinders in seiner Stellung festgehalten wird, wodurch die Verdrängung der Hydraulikmaschine beibehalten wird.

Es ist eine Regelfeder 81 vorgesehen, die den Steuerschieber 61 in eine Stellung zu bewegen sucht, in der die Abflußdurchlässe 70 mit der Leitung 66 am Kolbenteil 76 in Verbindung stehen. Die Regelfeder 81 ruht an dem einen Ende in dem rechten erweiterten Ende der Bohrung 56, während das andere Ende der Feder in einem Federsitz 83 ruht, der am rechten Ende des Steuerschiebers 61 anliegt.

Um den Steuerschieber 61 in der anderen Richtung bewegen zu können, ist das linke Ende des Steuerschiebers 61 zu einem Kolben ausgestaltet, der über die Förderdruckleitung 85 mit der Hochdruckleitung 18 in Verbindung steht. Die Hochdruckflüssigkeit wirkt daher auf das linke Ende des Steuerschiebers 61 ein und drückt diesen gegen die Kraft der Feder 81 nach rechts. Die Stärke der Feder 81 ist so bemessen, daß bei einem in der Anlage erwünschten Druck (der auf das linke Ende des Steuerschiebers 61 einwirkt) der Kolbenteil 76 die in der Fig. 1 dargestellte Stellung einnimmt und selbsttätig die Strömung zum Stellzylinder 36 sperrt, so daß die Verdrängung beibehalten bleibt.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Steuerventils 11 beschrieben, wenn die Hydraulikmaschine 10 als Pumpe wirkt. Angenommen, die Schrägscheibe 23 nimmt die in der F i g. 1 dargestellte Stellung ein, so daß die Einheit dem Verbraucher die Hydraulikflüssigkeit unter dem gewünschten Druck die Leitung 18 zuführt, so nimmt der Steuerschieber des Ventils 11 gleichfalls die dargestellte Stellung ein. Wird unter diesen Bedingungen die Anforderung an die Hydraulikmaschine herabgesetzt, so steigt der Druck in der Hauptleitung 18 rasch an. Dieser plötzlich erhöhte Druck wirkt auf die linke Seite des Steuerschiebers 61 ein und verschiebt diesen nach rechts, so daß der Durchlaß 62 mit der Leitung 85 in Verbindung gesetzt wird. Während dieser (vorübergehenden) Anfangsbewegung des Steuerschiebers nach rechts kann der Steuerdruck in den Leitungen 66 und 48 fast den Druck in der Leitung 85 erreichen.

Die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit wird daher zum Stellzylinder 36 geleitet, wobei die Schrägscheibe 23 in einer Richtung bewegt wird, bei der die Verdrängung der als Pumpe wirkenden Hydraulikmaschine 10 und damit die Strömung aus der Pumpe herabgesetzt wird, so daß der Druck in der Förderleitung 18 absinkt. Dieser Druckabfall wird von dem Steuerschieber 61 ermittelt, da auf dessen linken Ende nunmehr ein schwächerer Druck einwirkt, so daß der Schieber sich unter der Einwirkung der nunmehr

stärkeren Kraft der Feder 81 nach links zu bewegen beginnt. Wie leicht einzusehen ist, schwingt der Kolbenteil 76 bei dieser Rückkehrbewegung etwas über die in der F i g. 1 dargestellte Gleichgewichtsstellung hinaus, wonach allmählich schwächer werdende Hin- und Herbewegungen erfolgen, die an sich in einer eine geschlossene Schleife bildenden Steuereinrichtung dieser Art auftreten. Diese Schwingungen sind in der F i g. 2 als Versetzung des Ventilschiebers und als Steuerdruck dargestellt.

Werden die Anforderungen an die immer noch als Pumpe wirkende hydraulische Einheit 10 erhöht, so sinkt der Druck in den Leitungen 18 und 85 ab, wobei der Schieber61 nach links verschoben und zwischen den Durchlässen 62 und 70 an der rechten Kante des Kolbenteiles 76 eine Verbindung hergestellt wird. Die Steuerflüssigkeit kann daher aus der Leitung 66 zur Abflußleitung 75 abfließen, so daß der Druck im Stellzylinder 36 absinkt und die Feder 42 die Schrägscheibe 23 verschwenken kann, wodurch die Verdrängung der Einheit erhöht wird. Dies führt zu einem Ansteigen des Druckes in der Ausgangsleitung 18 und in der angeschlossenen Leitung 85, so daß der auf die linke Seite des Schiebers 61 einwirkende Druck ansteigt und den Schieber in die dargestellte Gleichgewichtsstellung zurückführt, wenn der gewünschte Druck wiederhergestellt ist. Die Bewegung des Schiebers 61 und die Veränderungen des Steuerdrucks während dieser erhöhten Anforderungen der Anlage an die hydraulische Einheit sind in der F i g. 2 bei 95 und 95a dargestellt. Wie Sachkundigen bekannt, ist dieses Überschwingen oder die mangelnde Stabilisierung des Kompensationsventilschiebers nicht wichtig, wenn bei der Arbeitsweise als Pumpe ein Übergang von einer kleinen Verdrängung zu einer großen Verdrängung erfolgt, d. h. wenn die Anforderung an die Anlage erhöht wird.

Obwohl die Arbeitsweise der Vorrichtung bisher in bezug auf Veränderungen der Anforderungen einer angeschlossenen hydraulischen Anlage beschrieben und eine im wesentlichen konstante Drehzahl der Antriebswelle 14 vorausgesetzt wurde, so reguliert das Ventil 11 selbstverständlich auch den Druck in der Anlage, wenn die Anforderungen konstant sind, die Drehzahl der Antriebswelle 14 sich jedoch verändert.

Um das Hin- und Herschwingen des Steuerschiebers 61 gering zu halten und die Lage des Schiebers zu stabilisieren, während die Verdrängung herabgesetzt wird, wenn die Hydraulikmaschine 10 als Pumpe wirkt, ist für die Steuerflüssigkeit in der Leitung 66 ein Leckpfad vorgesehen, der eine direkte Funktion des Druckes in der Hauptleitung 18 ist. Zu diesem Zweck sind in der Ventilbuchse 55 zusätzliche Durchlässe 100 vorgesehen, die mit einer ringförmigen Ausnehmung 101 in Verbindung stehen, die ihrerseits über die Leitung 66a mit der Leitung 66 beständig in Verbindung steht Der Ventilschieber 61 ist mit einem Kolbentei! 105 versehen, dessen Kante 106 an den Schaft 107 angrenzt, der einen kleineren Durchmesser aufweist als der Kolbenteil 105, welche Kante 106 die Verbindung zwischen den Leckdurchlässen 100 und den Ablaufdurchlässen 70 beeinflußt Bewegt sich der Steuerschieber aus der dargestellten Stellung nach rechts, so legt die Kante 106 die Durchlässe 100 allmählich frei, so daß ein immer weiter werdender Leckpfad von der Leitung 66 aus geschaffen wird Da die Verschiebung des Steuerschiebers 61 eine Funktion der Stärke des auf das linke Ende des Schiebers einwirkenden Druckes ist, ist auch die Leckströmung am Kolbenteil 105 zur Abflußleitung 70 eine direkte Funktion des Druckes in der Leitung 18.

Die Kante 106 des Kolbenteiles 105 ist ungefähr auf die linke Kante der Durchlässe 100 ausgerichtet, obwohl die genaue Lage dieser Kante von der verwendeten besonderen hydraulischen Einheit, von den Betriebsbedingungen und von den gewählten Parametern des Ventils 11 abhängt, damit die günstigste Wirkung erzielt wird. In einigen Fällen kann der Kolbenteil 105 überlappt sein (d. h. er liegt näher zur Kante 108 des Kolbenteiles 76 als der Abstand zwischen den Durchlässen 62 und 100 beträgt), oder in einigen Fällen kann der Kolbenteil 105 etwas unterlappt sein (d. h, die Kanten der Kolbenteile sind von einander weiter entfernt als die genannten Durchlässe).

Der Leckpfad verändert daher die Arbeitsweise des Ventils 11. Wenn die Förderströmung aus der als Pumpe wirkenden Hydraulikmaschine 10 sich über die Anforderungen der Anlage hinaus erhöht und der Druck in der Förderdruckleitung 85 ansteigt, wird der Schieber 61 nach rechts verschoben, wobei die Durchlässe 62 geöffnet werden und die einen höheren Druck aufweisende Flüssigkeit in die Leitung und in den Stellzylinder 36 einlassen, wodurch der Hub der Hydraulikmaschine 10 verkürzt wird. Bei dieser Bewegung des Schiebers 61 nach rechts erweitert sich der Leckpfad durch die Durchlässe 100, wenn der Förderdruck seinen höchsten Wert erreicht, wodurch verhindert wird, daß der Hub der Einheit zu klein wird, wie dies bei dem normalen Überschwingen der Fall sein würde, wie oben beschrieben. Wie in der F i g. 2 bei 110 und 110a dargestellt, wird aufgrund dieses Leckpfades am Durchlaß 100 die Zeit verkürzt, in der der Ventilschieber 61 hin- und herpendelt, und ferner wird der Steuerdruck herabgesetzt.

Die Leckdurchlässe 100 üben auch eine Dämpfungswirkung aus, wenn die Hydraulikmaschine 10 als Motor arbeitet. Um sie als Motor betreiben zu können, so daß die Welle 14 und die mit dieser verbundene Einrichtung angetrieben wird, wird die Hochdruckleitung 18 mit einer nicht dargestellten Druckflüssigkeitsquelle verbunden. Damit die Schrägscheibe 23 gegen die erhöhte Kraft der Feder 42 aus der neutralen Stellung nach der entgegengesetzten Seite verschwenkt wird, muß der Druck dieser zusätzlichen Flüssigkeitsquelle höher sein als der zu regulierende Druck, wenn die Einheit als Pumpe arbeitet Beträgt z. B. während des Pumpens der zu regulierende Druck 280 bar, so kann der Druck der der Hydraulikmaschine während des Betriebes als Motor zugeführten Flüssigkeit 300 bar betragen (zumindest dann, wenn der Bedarf der Einheit 10 gering ist). Es können auch zusätzlich Mittel vorgesehen werden, mit denen wahlweise die wirksame Fläche an der linken Seite des Steuerschiebers vergrößert werden kann, wodurch die Kraft der Flüssigkeit verstärkt und die Schrägscheibe 23 zur Motorbetriebsseite von der neutralen Stellung aus verschwenkt wird.

Die Pumpend ruckänderung, die über die Leitung 85 und am Kolbenteil 76 wirksam wird, verschwenkt die Schrägscheibe 23 in Richtung zur größten Verdrängung auf der anderen Seite der neutralen Stellung. Wird die Hydraulikmaschine 10 unter dieser Bedingung als Motoranlasser verwendet, so würde bei einer erhöhten Motordrehzahl der Bedarf der hydraulischen Einheit ansteigen, und unter der Annahme, daß dieser erhöhte Bedarf die Leistung einer nicht dargestellten Pumpe übersteigt, so würde der Druck der der Einheit

zugeführten Flüssigkeit in der Leitung 18 absinken. Hierbei wird der Steuerschieber 6t nach links verschoben und die Verdrängung der Einheit herabgesetzt, so daß der Bedarf der Hydraulikmaschine to an die größte Kapazität der Pumpe wenigstens während eines Teiles des Anlassens angepaßt wird. Die

Steuerung des Ventils 11 beim Motorbetrieb der Hydraulikmaschine 10 und die Funktion der Durchlässe 100, die einen Leckpfad bilden, der eine Funktion des Druckes in der Leitung 85 ist, dienen in derselben Weise zur Stabilisierung des Steuerschiebers 61 wie in dem oben beschriebenen Betrieb als Pumpe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Dämpfen von Steuerschwingungen eines Stellzylinders für eine Hydraulikmaschine (Pumpe oder Motor) veränderlicher Verdrängung, der von einem Steuerschieber in Abhängigkeit von der Pumpendruckänderung über einen Steuerbund gesteuert wird, wobei der Steuerschieber einerseits von einer Regelfeder zum Einstellen eines konstanten Pumpendruckes und andererseits vom Pumpendruck beaufschlagt ist, und zur Stabilisierung des Druckes ein vom Kolbenbund und der Steuerkante definierter Leckpfad vorgesehen ist, dei in beiden Verschieberichtungen des Steuerschiebers den Stellzylinder mit dem Tank verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (61) zwei durch einen Schaft (107) kleineren Durchmessers getrennte Steuerbunde (7fi und 105) aufweist, die jeweils mit zum Stellzylinder (36) führenden Steuerkanälen (62 und 106) zusammenarbeiten und der zwischen den Bunden (76 und 105) liegende Raum (70), der den Schaft (107) enthält, mit dem Tank verbunden ist.