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M 601 - Verstelleinrichtung zum stufenlosen Einstellen des Hubvolumens
bei Druckflüssigkeits-Schiefscheiben-Axialkolbenpumpen oder -motoren (Zusatz zur
Patentanmeldung P 19 o8 234.8-15 -Fall-Nr. M 58o) In der Hauptanmeldung ist die
Aufgabe gelöst, bei einer Verstelleinrichtung zum stufenlosen Einstellen des Hubvolumens
bei Druckflüssigkeits-Schiefschei ben-Axialkolbenpumpen oder -motoren außer der
Vereinfachung einer aufwendigeren Bauart die Ungenauigkeiten in der notwendigerwelse
präzisen Pumpen- oder Motorverstellung zu verringern, indem die Anzahl der Hebel
und Gelenkstellen reduziert wird. Die Verstellung erfolgt hier Uber einen Verstellzylinder,
der von einem Servoventil gesteuert wird, welches zum Zweck der erforderlichen Rückführung
mit dem Schwenkkörper über einen Hebelmechanismus verbunden ist.
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Erreicht wird die Vereinfachung der Bauart und die Verringerung der
Ungenauigkeiten dadurch, daß die Verbindung zwischen dem Steuerkolben des Servoventils
und dem Anlenkzapfen des Schwenkkörpers nur noch durch einen Hebel, dem sogenannten
Steuerhebel, direkt hergestellt wird, wobei die Lagern des Steuerhebels am um seine
Lingeichse drehbaren SteuerkolbJen des Servoventil aus einem Walzengelenk und am
Anlenkzapfen des Schwenkkörpers aus einem als Loslager ausqebildeten
Kugelgelenk
besteht und daß der Steuerhebel einen kugelgelenkigen AngriffspunXt zwecks Ausgleichseiner
dreidimensionalen Bewegung in dem gabelförmigen Verstellhebel besitzt, der über
an sich bekannte Einrichtungen verschwenkt wird und daß durch die Schwenkmöglichkeit
des Steuerhebels um die Längsachse des Walzengelenkes und eine Verdrehmöglichkeit
des Steuerkolbens in seiner Bohrung ein sphärisches Festlager gebildet wird.
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Das Verschwenken das gabelförmigen Verstellhebels setzt voraus, daß
die Pumpen- oder Motorverstellung durch eine Drehbewequng eingeleitet werden muß.
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Da aber sehr oft eine lineare Steuerbewegung die Einleitung zur Pumpen-
oder Motorverstellung ist, muß bei der oben beschriebenen Verstelleinrichtung die
lineare Bewegung in eine Drehbewegung umgeformt werden.
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Zu diesem Zweck ist jedoch ein zusätzlicher, aus mehreren Gliedern
bestehender Hebelmechanismus erforderlich. Dieser- hat neben der aufwendigeren Bauart
den Nachteil, daß-die sich-addierenden Spiele der Hebelgelenke erneute Ungenauigkeiten^
in die Pumpen- oder Motorverstellung bringen.
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Es ist darum Aufgabe der erfindungsgemäßen Weiterentwicklung, diese
Nachteile zu vermeiden und die lineare Steuerbewegung ohne diesem Zweck dienenden
Hebelmechanismus
auf den Steuerhebel zu über tragen.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Steuerhebel
an dem dem kugelgelenkigen Loslager des hnlenkzapfens gegenüberliegenden Ende in
einem auf einer axial beweglichen Stellstange fest angeordneten Verbindungsstück
kuoelgelenkig und axial bewegbar gelagert ist und daß der Steuerhebel zwischen den
beiden kugelgelenkigen Lagern mit dem Steuerkolben gelenkig verbunden ist.
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Durch die drehbare Lagerung des Verbindungsstückes auf der Stellstange
ist das Verbindungsstück in der Lage, eine Schwenkbewegung um die Langsachse der
Stellstange auszuführen, um zusammen mit dem kuelgelenkigen Lager die dreidimensionale
Bewegung des Steuerhebels auszugleichen.
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Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung werden an Hand der beispielsweise
erstellten Zeichnungen nach Abb. 1 und 2 wie folgt beschrieben, wobei Abb. 1 einen
Schnitt durch eine Schiefscheiben-Axialkolbene inheit und
Abb. 2
einen Schnitt durch die horizontale Verstellkolben-, Servoventil- und Stellstangenebene
entsprechend dem Schnittverlauf I - I in Abb. 1 zeigt.
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Zur Einstellung des Hubvolumens wird der Schwenkkörper 1 (Ab. 1) um
seine Schwenkachse S-geschwenkt, bis die Schräglage desselben einen bestimmten Kolbenhub
erzeugt, welcher in seiner Größe dem gewünschten Hubvolumen und in seiner Richtung
der gewUnschten Förderrichtung zugeordnet ist.
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In der gezeichneten Ausschwenkung der Stellung A hat die Axialkolbeneinheit
ihr größter Hubvolumen.
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Findet nun eine Verstellung in Richtung auf B statt, so verkleinert
i ch das Hubvolumen stufenlos, bis es in Stellung B den Wert nNulln erreicht. Wird
weiter in Richtung C verstellt, so findet eine Umkehrung der Hubverhältnisse statt,
wobei-Zufluß-und Abflußseite der Axialkolbeneinheit vertauscht werden. Gleichzeitig
vergrößert sich das Hubvolumen, bis es bei Stellung C wieder seinen Größtwert erreicht.
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Die Verstellung des Schwenkkörpers 1 erfolgt durch den als Differentialkolben
ausgebildeten Verstellkolben 2 des Verstellzylinders, mit dem er über die Kolbenstange
3 verbunden ist.
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Während die ;deinere Kreisringfläche 4 des Verstellkolbens 2 ständig
unter einem hydrostatischen Druck
steht, wird die größere Kreisfläche
S zur Einleitung einer Stellbewegung nach links mit dem gleichen hydrostatischen
Druck beaufschlagt bzw.
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wird sie zur Einleitung einer Stellbewegung nach rechts druckentlastet.
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Die Steuerung des Verstellzylinders erfolgt über ein Servoventil,
durch dessen horizontale Ebene Abb. 2 einen Schnitt zeigt.
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Die für die Verstellung erforderliche Druckflüssigkeit wird über Kanal
6 zugeführt und über Ringkanal 7 und Kanal 8 dem Ringkanal 9 des Servoventils zugeleitet.
Der Ringkanal lo ist dagegen über den Kanal 11 stets mit dem drucklosen Abfluß zum
Tank verbunden.
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Der Steuerkolben ÇS ist über das Gabel stück 4X und dem Gelenk 21
mit dem Steuerhebel 12 verbunden, welcher seinerseits auf der einen Seite durch
das kugelgelenkige Loslager 13, welches gebildet wird aus der Kugel am Anlenkzapfen
14 und der Bohrung 22 des Steuerhebels 2 direkt mit dem Schwenkkörper 1 und auf
der anderen Seite über das kugelgelenkige Lager 4.9, in dessen Bohrung sich der
Zapfen 28 des Steuerhebels 82 verschieben kann, direkt mit dem Verbindungsstück
29 verbunden.
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Das Verbindungsstück 29 ist auf der Stellstange 30 so gelagert, daß
es eine Schwenkbewegung um die
Längsachse derselben ausführen kann,
wobei seine Lage in Längsrichtung auf der Stellstange festliegt. Zu diesem Zweck
ist die Stellstange 3o mit einem Bund 31 versehen, auf dessen einen Seite sich das
Verbindungsstück 29 und auf dessen anderen Seite sich die Haltescheibe 32 befindet.
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Die Verbindung zwischen Verbindungsstück und Haltescheibe erfolgt
durch die Schrauben 33, wobei der Abstand zwischen den beiden Teilen durch die Zwischenschetbe
34 bestimmt wird. Die Dicke der Zwischenscheibe 34 ist so auf die Dicke des Bundes
31 angepaßt, daß sich der 8und mit minimalem axialen Spiel in dem Raum zwischen
Verbindungsstück 29 und Haltescheibe 32 drehen kann.
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Die Verschiebung der Stellstange 30 gegen die Kraft der Feder 35 erfolgt,
indem entweder über den Kanal 36 dem Zylinderraum 37 bzw. über den Kanal 38 dem
als Federraum ausgebildeten Zylinderraum 39 Druckfiüssigkeit zugeleitet wird, die
unter einem Steuerdruck steht.
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Durch die Beaufschlagung einer Stirnfläche der SteDw stange 30 mit
einem bestimmten hydrostatischen Steuerdruck wird eine Kraft erzeugt, die gegen
die Druckfeder 35 ausgewogen wird und der ein bestimmter Federweg ugeordnet ist.
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Sind die Zylinderrgume 37, 39 druckentlastet, dann befindet sich die
Stellstange 30 in ihrer
Mittellage, wobei sich der Federteller 4o-an
der ZylinderbodenflEche dl und der Federteller 42 sich an er StirnflAche des Einstellringes
43 anlegt. Wird nun in dem Zylinderraum 37 der Steuerdruck erhöht, so ist bei einer
bestimmten Druck höhe die Vorspannkraft der Druckfeder 35 erreicht. Wird nun der
Steuerdruck weiter erhöht, so hebt sich der Federteller 4o von der ZylinderbodenflSche
41-ab, und die Stellstange 30 verschiebt sich nach rechts (entsprechend der gezeichneten
Stellung in Abb. 2).
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Da der Federweg sich mit größer werdender Federkraft vergrößert, ist
die Verschiebung der Stellstange aus der Mittellage umso größer, je höher der hydrostatische
Steuerdruck ist. Während dieses Vorganges ist der Zylinderraum 39 weiterhin druckentlastet.
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Wird dagegen der zylinderraum 37 druckentlastet und der Zylinderraum
39 mit einem entsprechenden hydrostatischen Steuerdruck beaufschlagt, so hebt sich
der Federteller 42 von der StirnflSche des Einstellringes 43 ab und die Stellstange
verschiebt sich nach links (entgegen der gezeichneXten Stellung in Abb. 2).
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Es sei aber an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß dieVerschiebung
der Stellstange grundsätzlich auch auf qiner anderen Weise als in der hier
beispielsweise
beschriebenen erfolgen kann.
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In der gezeichneten Stellung ist der Hub der Kolben 27 in den Zylindern
26 am größten.
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Die in dem Gehäuse 24 gelagerte Welle der Axialkolbeneinheit ist mit
25 bezeichnet.' Wird nun die Stellstange 30 nach links verschoben, so verschiebt
sich der Mittelpunkt M des kugelgelenkigen Lagers 48 ebenfalls nach links, d.h.
in RiChtung G.
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Da der Mittelpunkt des kugelgelenkigen Loslagers 13 vorerst einen
Pixpunkt bildet, wird hierbei der Steuerkolben 15 des Servoventils auch nach links
verschoben, so daß die Steuerkante des Steuerkolbens 15 die Gehäuse-Steuerkante
44 über fährt und den Durchfluß vom Ringkanal 19 zum Ringkanal lo öffnet.
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Nun ist der Zylinderraum 17 über den Kanal 18 und Ringkanal 19 mit
dem drucklosen Abfluß zum Tank verbunden. Da nun der hydrostatische Druck im Zylinderraum
17 zusammenbricht, bringt die kleinere Kreisringfläche 4 des Verstellkolbens 2 die-gröBere
Kraft auf, wodurch dtr Verstellkolben 2 nach rechts verschoben wird. Hierbei verstellt
sich auch der Schwenkkbrper 1 in Richtung auf B (Abb 1).
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Gleichzeitig verschiebt sich atch der Mittelpunkt des kugelgelenkigen
Loslagers 13 nach rechts. Da nun der Mittelpunkt M des kugelgelenkigen Lagers 48
einen Pixpunkt bildet, wird der Steuerkolben
+£ des Servoventils
wieder in seine ursprüngliche Lage zurückgeführt.
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Wenn der Durchfluß über die Gehäuse-S teuerlEante 44 wieder gesperrt
ist, ist die VerStellung des Schwenkkörpers 1 beendet.
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Die Axialkolbeneinheit hat sich nun auf ein Hubvolumen eingestellt,
das der jetzigen Verschiebung der Stellstange 30 aus der Mittellage entspricht.
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Wird nun die Stellstange 30 nach rechts verschoben, so verschiebt
sich der Mittelpunkt M des kugelgelenkigen Lagers srS in Richtung H. Hierbei- wird
zunächst der Steuerkolben 45 ebenfalls nach rechts terschoben, so daß der Durchfluß
über die Gehäuse-Steuerkante 45 geöffnet und die Verbindung zwischen Ringkanal 9
und Ringkanal 19 hergestellt wird.
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Dadurch wird die Druck flüssigkeit aus dem Ringkanal 9 über den Ringkanal
19 und Kanal 18 dem sinderraum 17 zugeleitet, so daß sich hier der volle hydrostatl
sche Druck aufbauen kann.
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Da die Kreisfläche 5 am Verstellkolben 2 etwa doppelt so groß ist
wie die Kreisringfläche 4, bringt diese die größere Kraft auf und verschiebt den
Verstellkolben 2 nach links. Dadurch bewegt sich der S¢hwenkkZrper 1 solange in
Richtung auf A, bis der Durchfluß aber die Gehäuse-Steuerkante 45 auf die bereits
beschriebene Art wieder gesperrt wird oder der Verstellkolben 2 seine Endlage erreicht,
wodurch
die Begrenzung der Ausschwenkung des Schwenkkörpers 1 gegeben
ist.
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Sind die Zylinderräume 37, 39 beide druckentlastet, so befindet sich
unter dem Einfluß desdoppelten Federkraftschlusses die Stellstange 30 in ihrer Mittellage.
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Da das Hubvolumen nun absolut den Wert "Null" haben muß, muß der Schwenkkörper
1 sich in seiner Mittellage, d.h. in Stellung B, befinden (Abb. 1).
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Um eine einwandfreie Einjustierung des Schwenkkörpers auf seine Mittellage
zu ermöglichen, sind Steüerkolben 75 und Gabel stück 47 mit einem Einstellqewinde
46 versehen, welches zum Schutz gegen selbsttätige Verstellung selbstsichernd ausgeführt
ist.
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Da, wie bereits beschrieben, bei einer Verstell.inrichtung das Spiel
in den Gelenken des Hebelmechanismusses, der der Übertragung der linearen Steuerbewegung
der Stellstange auf weitere Teile der Verstelleinrichtung dient, einen schädlichen
Einfluß auf die Verstellgenauigkeit ausübt, wurde-hier das konstruktive Problem
gelöst, indem unter Vermeidung eines zusätzlichen Hebelmechanismusses die Stellstange
3o über das Verbindungsstück 29 und über das kugel gelenkige Lager R' direkt mit
dem Steuerhebel aa verbunden ist, welcher gleichzeitig
der Rückführung
des Steuerkolbens :4g dient.
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Bei einer Verstellung des Schwenkkörpers 1 beschreibt der Anlenkzapfen
14 und damit auch das kugelgelenkige Loslager 13 einen Kreisbogen um die Schwenkachse
S Hierdurch entsteht eine dreidimensionale Bewegung des Steuerhebels 82, die von
einem sphärischen Lager aufgenommen wird, welches dadurch gebildet wird daß gleichzeitig
ein Schwenken des Steuerhebels -ç2 um die Längsachse des Walzengelenkes 21 und eine
Verdrehung des Steuerkolbens -<5 in seiner Bohrung erfolgen kann.
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Da die dreidimensionale Bewegung des Steuerhebels t2 auch an seinem
Zapfen 28 wirksam wird, muß, damit hier keine Verklemmung auftritt, dieselbe auch
hier ausgeglichen werden.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verbindungsstück
29 um die Längsachse der Stellstange 30 eine Schwenkbewegung ausführen und dadurch
zusammen mit der kugelgelenkigen Einstellbarkeit des Lagers -88 die dreidimensionale
Bewegung ausgleichen kann.
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Der bei einer Verstellung erforderliche Längenausgleich an der Verbindungsstelle
zwischen Verbindungsstück 29 und Steuerhebel 12 wird dadurch vorgenommen, daß sich
der Zapfen 28 des Steuerhebel 5 12 in der Bohrung des kugelgelenkigen Lagers 48
verschieben kann.