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Einrichtung zur Regelung verstellbarer Axialkolbenpumpen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung verstellbarer Axialkolbenpumpen auf
konstantes Drehmoment, bei denen das Hubvolumen stufenlos durch einen hydraulischen
Stellmotor veränderlich ist, dessen Druckölversorgung über ein Ventil beeinflusst
wird, das einerseits von der Kraft einer Feder, andererseits von einem Steuerdruck
beaufschlagt ist, derart, daß bei die Federkraft übersteigendem Steuerdruck dem
Stellmotor Drucköl zur Verkleinerung des Hubvolumens zugeführt wird und umgekehrt.
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Derartige Einrichtungen sollen die von einer verstellbaren Axialkolbenpumpe
abgegebene Leistung konstant halten, so daß die die Axialkolbenpumpe antreibende
Maschine stets mit dem gleichen Drehmoment belastet wird.
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Es ist ein Druckregler bekannt, dessen Sollwert in Abhängigkeit vom
Hubvolumen gesteuert wird, wobei der Sollwert für den
Förderdruck
in Form eines Hilfsdruckes eingegeben wird, der durch ein Reduzierventil und eine
Drosselkette erzeugt wird.
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Diese wiederum besteht aus einer konstanten Vordrossel und einer veränderlichen
Nachdrossel, die ihrerseits nach einer bestimmten Charakteristik in Abhängigkeit
vom Hubvolumen der Axialkolbenpumpe gesteuert wird. Der Sollwert für das Moment
ist am Reduzierventil einstellbar.
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Diese Einrichtung erfordert einen verhältnismässig grossen Ventilaufwand.
Ferner ist die Fertigung der veränderlichen Nachdrosselmit Scnwierigkeiten verbunden,
da sie nach einer nicht linearen Charakteristik ausgelegt werden muß, wobei hohe
Anforderungen an die Genauigkeit zu stellen sind, weil davon die Regelgenauigkeit
abhängt. Hinzu kommt, daß sich Temperaturänderungen ebenfalls ungünstig auf die
Güte der Regelung auswirken.
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Ferner ist ein Momentenregler mit einstellbarem Sollwert bekannt,
der mit Hilfe eines Hebelmechanismus arbeitet, wobei beim Regelvorgang die Drehpunkte
der Hebel verlagert werden.
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Abgesehen davon, daß diese Einrichtung mindestens eine zusätzliche
Hilfspumpe benötigt, ist der Hebelmechanismus so kompliziert und empfindlich - unter
anderem infolge von drei gleitenden Gelenkstellen, daß eine brauchbare Funktion
nur schwer und mit hohen Kosten zu erreichen ist - wobei keine Gewähr dafür besteht,
daß diese Einrichtung den harten Beanspruchungen des Dauerbetriebs mit der notwendigen
Sicherheit standhält.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Momentenregler zu schaffen, der
eine explizite, dem-Drehmoment proportionale Regelgrösse erzeugt und der aus wenigen,
einfach zu fertigenden, robusten bauteilen besteht, die leicht zu einem kompakten
Regelkopf
zusammengefasst werden können und der ohne Umbauten für
verschiedene Maschinenbaugrössen verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art
erfindungsgemäss dadurch gelöst, daß der Steuerdruck ein jederzeit dem Drehmoment
proportionaler Druck ist und als Zwischendruck aus dem Arbeitsdruck der Axialkolbenpumpe
zwischen zwei gekoppelten und hintereinandergeschalteten, gegensinnig im gleichen
Maße verstellbaren Drosseln gebildet ist, wobei deren Verstellung in Abhängigkeit
von der Einstellung des Hubvolumens der Axialkolbenpumpe erfolgt und im Regelungsfall
der Zwischendruck mit steigendem Arbeitsdruck und/oder steigendem Hubvolumen zunimmt
und umgekehrt. Durch diese Anordnung wird das das Drehmoment darstellende Produkt
aus Pörderdruck und Hubvolumen laufend gebildet und einem vorgegebenen Sollwert,
der durch die veränderliche Federkraft vorgebbar ist, angepasst.
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Eine zweckmässige Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die
gekoppelten Drosseln aus einem in Abhängigkeit von der Aus schwenkung der Axialkolbenpumpe
über eine Kulisse und einen Übertragungsstift in einer Kolbenbohrung verschiebbaren
Drosselkolben gebildet sind und die Kolbenbohrung in der Mitte des Bewegungsbereiches
des Drosselkolbens einen Ringraum aufweist, zwischen dem und den Drosselkolbenstirnflächen
die Drosselstellen liegen und der mit dem den Stellmotor beeinflussenden Ventil
verbunden ist.
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Bevorzugt man eine weitgehend lineare Charakteristik aufweisende,
laminar wirkende Drosselstellen, so ist erfindungsgemäss eine derartige Ausbildung
zweckmnssig, daß am Umfang des Drosselkolbens eine axiale Kerbe angeordnet ist,
die die unter dem Arbeitsdruck stehende Stirnfläche mit der druckentlasteten
gegenüberliegenden
Stirnfläche des Drosselkolbens verbindet und durch den Ringraum in zwei laminar
wirkende Drosselstellen unterteilt wird.
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Erfindungsgemäss kann aber auch eine solche Ausbildung getroffen werden,
daß der Ringraum auf jeder Seite von einem scharfkantigen Vorsprung begrenzt ist,
in denen der Drosselkolben geführt ist, der Drosselnuten mit sich von den Stirnflächen
zur Kolbenmitte hin proportional verringerndem Rechteckquerschnitt aufweist und
zwischen der vom Arbeitsdruck beaufschlagten Stirnfläche sowie der druckentlasteten
Stirnfläche des Drosselkolbens und dem Ringraum je eine turbulent wirkende Drosselstelle
bilden.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe
Vorrichtung mit laminar wirkenden Drosselstellen; Fig. 2 einen Längsschnitt durch
eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit turbulent wirkenden Drosselstellen.
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Eine von einem nicht dargestellten lVlotor angetriebene Axialkolbenpumpe
1 wird durch einen Stellkolben 2 zugegen der Kraft der Rückstellfeder 3 über einen
Schwenkzapfen 4 verschwenkt. illit Anschlagschrauben 5 und 6 wird die maximale und
minimale Ausschwenkung Y eingestellt. An das Pumpengehäuse 7 ist ein Regelkopf 8
angeblockt, der alle für die Regelung erforderlichen Ventile in sich vereinigt.
Die jeweilige Position des Stellkolbens 2 wird über eine weguntersetzende Kulisse
1o
und einen im Regelkopf 8 geführten Übertragungsstift 9 auf einen
Drosselkolben 11 übertragen. Dieser enthält bei der Ausführung nach Fig. 1 eine
durchgehende laminar wirkende Drosselkerbe 12, die die vom Arbeitsdruck PB beaufschlagte
Drosselkolbenfläche 13 mit der druckentlasteten, entgegengesetzten Drosselkolbenfläche
14 verbindet. Die den Drosselkolben 11 aufnehmende Bohrung im Regelkopf 8 enthält
einen Ringkanal 15, der mit der Drosselkerbe 12 in Verbindung steht, so daß zwei
hintereinandergeschaltete Drosseln entstehen, deren gesamte Länge gleich bleibt,
deren Einzellängen hingegen von der jeweiligen Stellung des Drosselkolbens 11 abhängen,
d.h. die Wirkung der beiden Drosseln wird kontinuierlich und gegensinnig verändert,
sobald sich die Ausschwenkung Y der Blume 1 und damit ihr Hubvolumen ändert. Da
die Drosselwirkung gleichzeitig von Arbeitsdruck PB abhängt, baut sich im Ringkanal
15 ein Zwischendruck PM auf, der dem Produkt aus Arbeitsdruck PB und Ausschwenkung
Y proportional ist, so daß der Drosselkolben 11 als Multipliziergerät arbeitet.
Da andererseits das erwähnte Produkt dem Drehmoment der Pumpe proportional ist,
stellt der Druck PM ein Ivlaß für das Drehmoment dar. Alaun könnte also an den Raum
15 ein j4anometer anschliessen und dieses als Drehmomentenanzeigegerät verwenden.
Damit lässt sich die Regelung des Drehmomentes auf die in Verbindung mit verstellbaren
Verdrängermaschinen an sich bekannte Regelung eines Druckes zurückführen.
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Zur Durchführung dieser Druckregelung ist im Regelkopf 8 ein Zuschaltventil
26 vorgesehen, dessen eine Stirnseite mit dem Zwischendruck PM beaufschlagt, ist,
während die gegenüberliegende Stirnseite unter der Wirkung der Kraft einer Feder
27 steht, deren Vorspannung mit einer Schraube 28 einstellbar ist. Mit dieser lässt
sich der Sollwert des zu regelnden Drehmomentes stufenlos einstellen.
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Übersteigt der wischendruck PM den an der Feder 27 eingestellten Sollwert,
so öffnet das Zuschaltventil 26 und lässt öl aus dem Raum 20 zur Drossel 29 gelangen.
Der sich infolge des Durchströmens der Drossel 29 vor ihr aufbauende Staudruck lastet
über den Kanal 33 zugleich auf der Stirnfläche des Stellkolbens 2 und verschiebt
diesen entgegen der Kraft der Rückstellfeder 3, womit die Pumpe 1 auf kleineres
Hubvolumen zurückgeschwenkt wird. Gleichzeitig wird der Drosselkolben 11 über die
Kulisse 10 weiter nach oben geführt und damit der Zwischendruck Pril wieder abgesenkt.
Die Verstellbewegung ist abgeschlossen, wenn der Zwischendruck PM auf den an der
Feder 27 eingestellten Sollwert zurückgeführt und folglich das Zuschaltventil 26
in angenäherte Schließstellung gebracht ist.
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Fig. 2 stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar.
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Dabei ist der Drosselkolben 11, der Drosselkerben 16 und 17 mit sich
nach der Mitte des Drosselkolbens 11 hin proportional verringerndem Rechteckprofil
aufweist, in zwei ringförmigen Vorsprüngen 18 und 19 geführt und bildet mit diesen
zwei hintereinandergeschaltete scharfkantige Blenden, deren Strömungsquerschnitte
sich in Abhängigkeit von der axialen Position des Drosselkolbens 11 kontinuierlich
und gegensinnig verändern.
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Bei einer Verschiebung des Drosselkolbens 11 beispielaweise nach oben
wird der Strömungsquerschnitt der oberen Blende am Vorsprung 19 verkleinert, während
gleichzeitig der Strömungsquerschnitt der unteren Blende am Vorsprung 18 vergrössert
wird und umgekehrt.
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Die beiden als Stege ausgebildeten Vorsprünge 18 und 19 grenzen drei
unter verschiedenen Drücken stehende Räume 20, 21 und 22 ab. Während der obere Raum
20 über die Steuerleitung 23 an die Hauptleitung 24 der Pumpe angeschlossen ist
und somit unter
dem Arbeitsdruck PB der Pumpe steht, ist der untere
Raum 22 über Kanal 25 druckentlastet. Der zwiechen den beiden Vorsprüngen 18 und
19 befindliche Raum 21 steht unter einem Zwischendruck PS, dessen Höhe sich aus
der Durchströmung der beiden an den Vorsprüngen 18 und 19 befindlichen Blenden ergibt.
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Die Höhe des Druckes PM ist einerseits bei jeder Position des Drosselkolbens
11 genau proportional dem Arbeitsdruck PB, andererseits bei jedem Arbeitsdruck über
einen weiten Bereich mit sehr guter Näherung proportional der Position des Drosselkolbens
11 und damit der Ausschwenkung Y der Pumpe.
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Der im mittleren Raum 21 herrschende Zwischendruck PPl wird, wie oben
beschrieben, über das Zuschaltventil 26 zur Momentenregelunga;r Pumpe 1 herangezogen.
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Die an sich vorhandene Temperaturabhängigkeit der Strömung durch Blenden
wird bei der vorliegenden Anordnung durch das Zusammenwirken von zwei hintereinandergeschalteten
Blenden gleicher Geometrie weitgehend ausgeschaltet.
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Die geometrische Zuordnung der Positionen des Stellkolbens 2 und des
Drosselkolbens 11 ist auslegungsgemäss so getroffen, daß sich bei halber Pumpenausschwenkung
der Drosselkolben 11 in einer Lage befindet, in der die beiden an den Vorsprüngen
18 und 19 gebildeten Strölungaquerschnitte gleich gross bzw.
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die beiden Drosselkerbenabschnitte gemäss der ersten Ausführungsform
nach Fig. 1 gleich lang sind, 80 daß der Zwischen druck P»i dem halben Arbeitsdruck
PB entspricht.
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Im Regelkopf 8 ist ein weiteres Zuschaltventil 30 zur Druckabschneidung
für den Arbeitsdruck PB vorgesehen, auf dessen Stirnseite der Arbeitsdruck PB lastet,
während auf die Gegenseite
die Kraft einer Feder 31 wirkt, deren
Vorspannung mit Hilfe einer Schraube 32 verändert werden kann, so dass der gewünschte
maximale Arbeitsdruck PB mit der Schraube 32 einstellbar ist. Wird dieser überschritten,
so öffnet das Suschaltventil 30 und der Regelvorgang geht in der Weise vor sich,
die bereits für das Zuschaltventil 26 beschrieben wurde, das im wesentlichen gleich
aufgebaut ist wie das Zuschaltventil 30.
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Es ist löglich, den gleichen Regelkopf 8 mehreren Pumpenbaugrößen
zuzuordnen, wobei die Anpaesung des Drosselkolbenhubes an die durch die Baugrössen
bedingten unterschiedlichen Pwmpenachwenkwege durch die Wahl des Kulissenwinkeis
lo erfolgen kann.
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Die vorligende Regeleinrichtung kann wahlweise als Drehmomentenregler,
als Druckregler oder als kombinierter Drehmomenten- und Druckregler angewendet werden.
Ferner ist eß mUglich, den Zwischendruck PM als leicht abnehmbare Meßgrösse zu weiteren
Vergleichs- oder Regelzwecken heranzuziehen. Selbetverutändlich ist die Erfindung
auch auf andere Arten von verst ellbaren Verdrängermaschinen anwendbar.
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Ansprüche: