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Vorrichtung zur Regelung des Habvolumens von Hydraulikpumpen und
-motoren.
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Die Erfind-lng betrifft eine Vorrichtung zur stufenlosen Regelung
des Hubvolumens von Hydraulikpumpen und -motoren unter Verwendung eines servogesteuerten
Verstellzylinders mit Rückfuhreinrichtung. In bekannter kreise erfolgt die stufenlose
Verstellung des Verstellzylinders durch Lageänderung des Rückführungsgliedes vom
Verstellzylinder zum Steuerschieber. Die Lageänderung des Rückführungsgliedes zum
Zwecke der stufenlosen Verstellung der Hydraulik-Pumpe bzw. des -Motors erfolgt
im allgeneinen von Hand. Eine programmierbare Regelung der Regelung läßt sich mit
dieser bekannten Vorrichtung mit den hierbei geen forderten kurzen Verstellzeiten
und Verstellgenauigkeit / nicht durchführen, insbesondere, wenn bei der Verstellung
noch weitere das Hub volumen beeinflußende Größen wie der Druck nd die Temperasur
der Anlage oder die Drehzahl beispielsweise eines hydromotors berücksichtigt werden.
sollen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur stufenlosen
Regelung des lIubvolumens von Hydraulik-Pumpen und -Motoren zu schaffen, die unter
Verwendung handelsüblicher Regelungselemente' eine hohe Regelgenauigkeit und kurze
Verstellzeiten wie sie insbesondere bei programmierbaren Regelungen gefordert werden
gewährleistet.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Servosteuerung
des Verstellzylinders für den hydraulischen i;otor oder fUr die Pumpe von einem
mit einem Steuerschieber zur Zu- bzw.
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Abführung des Druckmittels zum bzw. von Verstellzylinder zusammenwirkenden
durch elektrische Signale zu betätigenden und über eine Rückführungseinrichtung
mit dem Verstellzylinder gekoppelten Drosselspaltregelungsorgan gebildet ist. Durch
die Verwendung eines an sich bekannten durch elektrische Signale zu betätigendc-m
Drosselspaltregelungsorgan als ein Teil der Servosteuerung kann in einfacher Weise
und mit- geringstem technischen Aufwand insbesondere eine programmierbare Regelung
des Hubvolumens der Hydraulik-Pumpe bz. -Motor durchgeführt werden. Die Größe des
elektrischen Signal zur Betätigung des Drosselspaltregelungsorgans ist hierbei gleichzeitig
ein ilaß für die Verstellung des Verstellzylinders.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückführungseinrichtung
von einem an sich bekannten an der Prallplatte des Drosselspaltregelungsorgans befestigten
elastischen Glied und einer mit dem Verstellzylinder gekoppelten Kurvenbahn gebildete
wobei das elastische Glied und die Kurvenbahn miteinander in Eraft-oder Formschluß
stehen. Vorteilhafterweise bildet die Kurvenbahn ungs der Rückführeinrichtung ein
mit dem Verstellzylinder gekoppelter Hebelarm. In einfacher Weise wird das elastische
Glied durch ein unter Federspannung stehendes Druckstück an der Kurvenbahn in Kraft
schluß gehalten.
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In weiterer Vereinfachung der Rückführungseinrichtung weist der mit
den Verstellzylinder gekoppelte die Kurvenbahn bildende hebel am Ende eine Sackbohrung
auf, in die ein mit der Kolbenstange des Verstellzylinders verbundenes kugelförmiges
Kopplungsglied formschlüssig eingreift. Zur Einstellung der Alsgangs- bzw. der flittelstellung
des Vcrstellzylinders bei einem elektrischen Signal Null für den Verstellantrieb
des Drosselspaltregelungsorgans, ist das die Sc: zenkachse des ein Teil der Rückführungseinrichtung
bildenden Hebels biluende Glied anstellbar ausgebildet. Zur Erzielung einer kompakten
Steuereinheit, ist der mit dem Drosselspaltregelungsorgan in Wirkverbindung stehenden
hydraulisch betätigte Steuerschieber als zylindrische Baueinheit ausgebildet, die
in einer entsprechenden Ausnehmung eines am Verstellzylinder befestigten die Steurölbohrungen
aufweisenden Aufnahme teils befestigt ist, das gleichzeitig das Drosselspaltregelungsorgan
mit elektrisch zu betätigendem Stellantrieb trägt.
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In Weiterbildung der L'rfindung sind die das Drosselspaltregelungsorgan
betätigenden elektrischen Signale, die Ausgangssignale eines Funktionsgenerators,
dem die Drehzahl des Hydraulikmotors oder der Hydraulikpumpe, die Temperatur und
der Druck der Hydraulikanlage als abhängige Größen des z regelnden Hubvolumens der
Hydraulikpumpe oder des Hydraulikmotors in Form von elektrischen Signalen zr Bild-lng
eines resultierenden Signals zur Beeiflussung des Drosselspaltregelungsorgans zugeführt
werden.
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bin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der. Zeichnung dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuse einer verstellbaren
Axialkolbenpumpe im Bereich der verstellbaren Schrägscheibe, Fig. 2 einen Schnitt
durch den Verstellzylinder mit aufgesetztem Aufnahmeteil rur den Steuerschieber
und das Drosselspaltungs regelungsorgan sowie für den Hebel der Rückführe/ einrichtung.
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Fig. 3 einen Schnitt durch den Steuerschieber, Fig. 4 einen Schnitt
durch das Drosselspaltregelungsorgan, Fig. 5 den schematischen Aufbau der Regelvorrichtung,
Fig. 6 den schematischen Aufbau einer Hydraulikanlage und Fig. 7 das Blockschaltbild
der Anlage nach Fig 6.
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In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse der iiydraulik-Pumpe. bzw. des -Motors
bezeichnet, In beiden Seiten des Gehäuses 1 sind Lagerbolzen 2 zur Lagerung der
Schrägscheibe 3, die das Verstellglied der Slydraulik-Pumpe bzw. des -Motors bildet,
befestigt. An der gabelförmigen Verlängerung 4 der Schrägscheibe 3 ist mittels Dolzens
5 die Verlängerung 6 der Kolbenstange 7 des Verstellzylinders 8 (Fig. 2) schwenkbar
befestigt. Der Zylinderkörper 9 des Verstellzylinders ist in einer Bohrung lo des
Gehäuses 1 befestigt (Fig. 2) und der Zylinderraum 11 mittels des Deckels 12 nach
außen abgeschlossen.
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An dem Ansatz 13 des Gehäuses 1 ist ein Aufnahmeteil 14 für den Steuerschieber
15 d das Drosselspaltregelungsorgan 16 sowie für die Halterung 17 des Hebels 18,
befestigt. Die Halterung 17 besteht
als einem Lagerbolzen 19 mit
gabelförmiger Verlängerung 20 in deren Aussparung 21 der Hebel 13 mittels des Bolzens
22 schwenk--bar befestigt ist. Auf dem Lagerbolzen 19 sind zwei Wälzlager 23, 24
unter Zwischenschaltung einer Abstandshülse 25 mittels der Mutter . 26 befestigt.
Die beiden Außenringe 23 a, 24 a sind in den Bohrungen 27, 28 in dem Aufnahmeteil
14 axial geführt. An dem Absatz 29 zwischen Bohrung 27 und 28 stützt sich ein Ring
3o ab, an dem sich wiederum Tellerfedern 31 abstützen, die als Anlagefläche für
das Wälzlager 23 dienen. Durch die Schraubhülse 32 in Verbindung mit den Tellerfedern
31 ist der die Schwenkachse des Hebels 18 bildende Lagerbolzen 19 mit gabelförmiger
Verlängerung 20 in axialer Richtung anstellbar. Die Haube 33 schützt die Schraubhülse
32 vor fremdem Eingriff. Der eine Baueinheit bildende Steuerschieber 15 weist ein
zylindrisches Gehäuse 34 auf (Fig. 3), das mit der schraube 35 in der Bohrung 36
des Aufnahmeteiles 14 festgelegt ist.
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Die Dichtungsringe 37 gewährleisten einen flüssigkeitsdichten Abschluß
nach außen. An der Stirnfläche 38 des Abschlußdeckels 39 des Steuerschiebers stützt
sich eine Druckfeder 40 ab (Fig. 2)-, die einen Druckkörper 41 in Richtung der Kurvenbahn
42 des Hebels 18 belastet und dadurch die elastische Verlängerung 43 a der Prallplatte
43 (Fig. 4) des Drosselspaltregelungsorgans 16 mit der Kurvenbahn 42 in Kraftschluß
hält. Die Prallplatte 43, die zwischen den beiden Düsen 44 und 45 angeordnet ist,
ist an ihrem oberen Ende 46 an einem rohrförmigen Körper 47 befestigt, der mit dem
Flansch 48 am Düsengehäuse 49 unter Zwischenschaltung der Dichtung 50 flüssigkeitsdicht
befestigt ist. Am rohrförmigen Körper 47 ist
ein Anker 51 eines
IIagneten 52 mit den Anker' umgebenden elektrischen Wicklungen 53 befestigt. Der
rohrförmige Körper 47 weist in dem Teilbereich 47 a seiner axialen Erstreckung eine
Querschnittsverengung auf, durch die er in der Art einer Rohrfeder wirkt.
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Die Düsenräume 54, 55 stehen über Bohrungen 56, 57 im Düsengehäuse
und Bohrungen 58, 59 im Aufnahmeteil 14 sowie durch Querbohrungen 60, 61 im Gehäuse
34 des Steuerschiebers 15 mit den Federräumen 62, 63 des Steuerschiebers in Verbindung.
Ferner ist der Steuerraum 64 des Steuerschiebers über Querboghrungen 65 im Gehäuse
34 über sowie eine umlaufende Nut 66 und Steuerbohrungen 67, 68 im Aufnahmeteil
14 und Ansatz 13 des Gehäuse 1 mit dem Zylinderraum 11 verbunden. Der Zylinderraum
69 des Verstellzylinders steht über Bohrungen 70, 71 im Ansatz 13 und Aufnahmeteil
14 unmittelbar' mit der nicht gezeigten Druckmittelquelle in Verbindung.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende; In der in Fig. 5 gezeigten
Ausgangsstellung des Verstellzylinders 8 steht der Kolben 72 in der Mitte, so daß
er in beiden Bewegungsrichtungen um den gleichen Betrag betätigbar ist. In dieser
Stellung des Verstellzylinders steht die Schrägscheibe 3 senkrecht im P-lmpen- bzw.
Motorgehäuse 1. Dies entspricht einem Hubvolumen Null.
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Bei Eingabe eines elektrischen Signals in die den Wicklungen 53 Anker
51 umgebenden / des Magneten 52 lenkt sich der Anker St um einen entsprechenden
Betrag aus. Dadurch wird die mit den Anker 51 verbunden Prallplatte 43 ebenfalls
ausfgelenkt, derart, daß sich der Abstand zwischen der einen Düse und der Prallplatte
beispielsweise
vergrößert und sich der Abstand zwischen der anderen
Düse und der Prallplatte um den gleichen Betrag verkleinert. Da die beiden düsenräume
über den Filter 73 und den Konstantdrosslen 74 an einer gemeinsamen Druckmittelquelle
Ps liegen, erhöht sich bei Abstandsverringerung zwischen Düse und Prallplatte in
dem betreffenden Düsenraum der Druck und verringert sich bei Abstandsvergrößerung.
wird beispielsweise der Anker derart ausgelenkt, daß sich der Abstand zwischen Düse
44 und Przllplatte verkleinert und sich entsprechend der Abstand zwischen Düse 45
und Prallplatte vergrößert, herrscht im Düsenraum 54 und dem mit dem Düsenraum des
Steuerschiebers 15 über die Leitungsabschnitte 11, 111 verbundene Federraum 62 /
ein höherer Druck als im Düsenraum 55 und dem über die Leitungsabschnitdes Steuerschiebers
15.
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te 12, 122 mit diesem verbundenen Federraum 63 Durch die ungleiche
i)ruckbeau£schlagung der beiden Federräune 62, 63 verschiebt sich der mit seinen
Enden mit diesen Räumen in korrespondierender Verbindung stehende Steuerkolben 75
des Steuerschiebers 15 unter Überwindung der Kraft der Feder 76 in Richtung des
Federraumes 63 und verbindet über die Steuerkanten 77 den mit dem Zylinderraum 11
des Verstellzylinders 8 in Verbindung stehenden Steuerraum 64 mit dem mit dem Tank
T in Verbindung stehenden Steuerraum 78. Da der 69 Zylinderraum / unter dem Druck
der Druckmittelquelle Ps steht, verschiebt sich der Kolben 72 nit Kolbenstange 7
in Richtung des Zylinderraumes, 11 und schwenkt hierbei die Schrägscheibe um ihre
Schwenkachse 79 umeinen entsprechenden Betrag aus.
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Die Anstellbewegung des Kolbens 7 setzt sich solange fort, bis über
die von dem mit dem Kolben 7 gekoppelten Hebel 18 mit Kurvenbahn 42 und elasischen
Glied 43 a der Prallplatte 43 gebildete Rückführungseinrichtung, die Prallplatte
entgegen der Magnetkraft des Stellantriebes des Drosselapaltreglungsorgans wieder
in ihre Nullstellung zurückgeführt ist, so daß durch die damit verbundene .Druckgleichheit
in den Düsenräumen 54, 55 und den mit diesen in Verbindung stehenden Federräumen
62, 63 des Steuerventils 15 der Steuerkolben 754infolge der Federn 82, 76 in die
geteigte Nullstellung surUckgeschoben wird und den Zylinderraum 11 des Verstellzyliders
8 hydraulisch blockiert. Die Kopplung des Hebels 18 mit der Kolbenstange 7 des Verstellzylinders
8 erfolgt Uber die in der Sackbohrung 8o des Hebels 18 ?orrnschlüsslg gefUhrten
kugelförmigen Verlängerung 81 des mit der Verlängerung 6 der Kolbenstange 7 verbundenen
Bolzens 5. Die die Lageänderung des elastischen Gliedes 43 a der Prallplatte 43
bewirkende Kurvenbahn des Hebels 18 hat einen derartigen Verlauf, daß sich ihr Abstand
zur Schwenkachse S des Hebels 18 von ihrem einen Ende 41 a zu ihrem anderen Ende
41 b kontinuierlich verkleinert.
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Wira durch ein entsprechendes in die den Anker 51 umschließenden Wicklungen
53 eingeleitetes elektrisches Sig,nal, der Anker, derart magnetisiert, daß eine
Auslenkung der Prallplatte 43 in Richtung der Düse 45 erfolgt und damit eine Druckerhöhung
im Düsen- und Federraum 55, 63 herbeigeführt, verschiebt sich der Steuerkolben 75
in Richtung des Federraumes 62 und stellt eine Verbindung zwischen der Druckmittelquelle
Ps über die umlaufende ut 84, den Steuerraum 64 sowie die Steuerleitung 85 mit dem
Zylinderraum 11 des
Verstellzylinders her. Durch die größere druckbeaufschlagte
Fläce des Kolbens 72 im Zylinderraum 11 als im Zylinderraum 69 führt der Kolben
72 mit Kolbenstange 7 bei dieser Steuerstellung des Steuerschiebers 15 eine Bewegung
in Richtung des Zylinderraumes 69 aus. Der Kolben 72 kommt zum Stillstand, sobald
über die / ungs Rückführeinrichtung die PrallpLatte 43 wieder in ihre Ausgangsstellung
zurückgeführt ist. Der Verstellweg des Verstellzylinders 8 ist außer der Größe des
elektrischen Signals für den aus dem Magneten und dem Anker mit elektrischen Wicklungen
hestehenden Verstellantrieb des Drosselspaltregelungsorgans von der Elastizität
des mit der Prallplatte 43 verbündenen elastischem Gliedes 43 a der Übersetzung
des Hebels 18 und dem Verlauf der Kurvenbahn 42 abhängig.
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/ bei.
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Die Ausgangs- bzw. Mittelstellung des Verstellzylinders wird einem
elektrischen Signal Null, d.h., bei abgeschalteten Verstellantrieb des Drosselspaltregelungsorgans
durch entsprechende Verstellung der Schwenkachse S des Hebels 18 mittels der Schraubhülse
32 einreguliert.
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Die in Fig. 6 gezeigte Hydraulikanlage besteht im wesentlichen as
einer mit konstanter Drehzahl angetriebenen Rege,l.pumpe P und einem hydraulikmotor
M. Die Einstellung des Fördervolumens der Pumpe P erfolgt durch den von dem Servoventil
V betätigten Verstellzylinders Z. Das Servoventil V wird durch den elektrischen
Verstellantrieb E beeinflußt. In den von der Puipe P zum Motor M en führenden Leitung
/ A, B münden zur Aufrechtung des Fülldruckes Fülldurckleitungen F mit Rückschalgventilen
R. In der Verbindan£sleitung F1 ist ein Spülventil S7 und in den Leitungen A, B
sind
Druckbegrenzungsventile DV vorgesehen. Dem Servoventil V ist
ein Filter Fi vorgeschaltet. In den von der Pumpe P zum ilotor M führenden Leitungen
A, B sind ferner ein elektrisches Temperatursowie zwei elektrische Druckmeßgeräte
Te, Dr angeordnet. Die beiden elektrischen Druckmeßgeräte Dr sind vor und hinter
dem Motor M zur Bestimmung dessen Drehmoment vorgesehen. Außerdem ist mit der Welle
W des Motors M zur Messung dessen Istdrehzahl ein Tachogenerator TG gekoppelt. Die
von den Meßgeräten ermittelten Istsowie Werte der Drehzahl des aus der Druckdifferenz
vor nd hinter dem Motor sich ergebenden Drehmomentes DiS sowie der Temperatur Te
des Druckmittels, werden einem Funktionsgenerator FG zugeführt (Abb. 7), in dem
die einzelnen Sollwerte und deren gegenseitige Abhängigkeit einprogrammiert sind.
Das in den Funktionsgenerator FG eingeleitete Steuersignal SE wird vor Weiterleitung
zum Servoventil V mit diesen Werten modifiziert, so daß in einfacher Weise ein bestimmtes
Regelprogramm der Hydraulikanlage vorgegeben werden kann.