DE2139362A1

DE2139362A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln der leistung von verstellbaren hydraulikpumpen

Info

Publication number: DE2139362A1
Application number: DE2139362A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Appel
Original assignee: GL Rexroth GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1971-08-06
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1973-02-15
Also published as: US3887302A; JPS4825901A

Description

G. L. Rexro.th GmbH Akt.-Zeich. 121/131 5. August 1971

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Leistung von verstellbaren Hydraulikpumpen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der sich aus dem Produkt der Fördermenge und dem Förderdruck sich ergebenden Leistung von verstellbaren Hydraulikpumpen durch Verändern der Fördermenge bei sich änderndem Druck. In bekannter Weise erfolgt die Regelung ■der Leistung von Hydraulikpumpen mit Hilfe eines mit der Verstelleinrichtung der Pumpe in Wirkverbindung stehenden Kolbens eines Stellzylinders, der in Richtung größer werdender Fördermenge von einer Feder und in Richtung kleiner werdender Fördermenge vom Förderdruck der Pumpe beaufschlagt wird. Da die Leistungskurve von Hydraulikpumpen infolge des konstanten Produktes aus Fördermenge und Druck einen hyperbolischen Verlauf aufweisen, mu3 bei unmittelbarer Kopplung des Stellzylinders mit der Verstelleinrichtung auch die Kennlinie der den Kolben belastenden Feder einen hyperbolischen Verlauf haben. Dieser hyperbolische Verlauf der Federkennlinie wird im allgemeinen durch Verwendung von mehreren nacheinander in Eingriff kommenden FeJern mit vei— schieden steilen Kennlinienverläufen zu erreichen versucht. .Die hyperbolische Abhängigkeit des Verstellweges des Kalbens des Stellzylinders zum Förderdruck wird in bekannter Weise auch durch Ändern der Feder.vorspannung mit Hilfe eilner Kurvenscheibe

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erzielt. Ferner ist es bekannt, zwischen Stellzylinder und Verstelleinrichtung der Pumpe eine die hyperbolische Verstellung bewirkende veränderliche Hebelübersetzung zu schalten Weiter gibt es Leistungsregler, bei welchen mittels einer vom Schwenkwinkel abhängigen verstellbaren Drossel geregelt wird. Diese bekannten Leistungsregelungen haben alle gemeinsam, daß als Bezugsgröße für die Änderung der Fördermenge der Pumpen der Pumpendruck herangezogen wird. Dies erfordert verhältnismäßig aufwendig bauende Konstruktionen. Außerdem muß bei diesen bekannten Leistungsreglern der Wirkungsgrad der Pumpe als Konstante berücksichtigt werden. Da aber der Wirkungsgrad vom jeweiligen Betriebszustand der Pumpe abhängig ist, treten erhebliche Abweichungen in der Leistungsaufnahme der Pumpe auf, wobei die Leistung des Antriebsmotors entweder nicht ausgenützt,oder aber überschritten wird.

Die Aufgabe der Erfind!ng besteht darin, ein Verfahren zur Regelung der Leistung von verstellbaren Hydraulikoumpen zu schaffen, das einen einfachen Aufbau des Leistung -.reglers erlaubt und darüberhinaus gleichzeitig den Wirkungsgrad der Pumpe in jedem Betriebszustand berücksichtigt. Nach der Erfindung wird dies erreicht, durch verwendung des an der Pumpe wirkenden Drehmomentes als Bezügsgröße für die Einstellung de" Fördermenge. Durch die Erfindung wird somit nicht mehr der LHv/e 'über den Druck für die Leistungsregelung herangezogen, sondern unmittelbar.das der Leistung entsprechende Drehmoment, das vorteilhaffcerwsise unmittelbar an der Antriebswelle der Punpe

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abgenommen wird. Damit wird in einfacher Weise für die Leistungsaufnahme der Pumpe deren Wirkungsgrad berücksichtigt. In Weiterbildung der Erfindung besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darin, daß eine der Kupplungshälften der die Welle der Antriebsmaschine mit der Welle der Pumpe verbindenden Kupplung drehfest jedoch axial verschiebbar auf der einen Welle angeordnet ist und von einer Kraft in Richtung der anderen auf der anderen Welle axial fixierten Kupplungshälfte belastet ist und zumindest die Anlageflächen der einen Kupplungshälfte, die mit den Anlageflächen der anderen Kupplungshälfte zusammenwirken, schräg zur Achsrichtung der Wellen verlaufen und die sich bei einer Relativverdrehung der beiden Kupplungshälften sich ergebende Axialverschiebung der betreffenden Kupplungshälfte das Signal zur Beeinflußung der Fördermenge der Pumpe bildet. Die die beiden Kupplungshälften in Kraftschluß haltende Kraft bestimmt somit in einfacher Weise das zulässige Drehmoment und damit die Leistung der Pumpe unter Berücksichtigung eren Wirkungsgrad. Sobald diese Kraft durch Relativverdrehung- der beiden Kupplungshalften zueinander überwunden wird, wird g'\ eichzeitig ein entsprechendes Signal für die Pumpenverstellung erzeugt und damit unmittelbar auf die Fördermenge der Pumpe eingewirkt. Dem hyperbolischen Verlauf der Leistungskurve der Hydraulikpumps Rechnung tragende Elemente sind hierbei nicht erforderlich. Vortoilhafterweise wird die Axialverschiebung der einen Kupplungshälfte über einen Fühler unmittelbar einem dem Stellzylinder der Pumpe zugeordneten Steuerventil als Steuersignal zugeführt. Zweckmäßige'rwcise

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wird die die axialverschiebbare Kupplungshälfte belastende Kraft von anstellbaren Druckfedern bewirkt. Die k.raf tschlüssige Verbindung der Kupplungshälften miteinander erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Kupplungshälften kegelförmige Vertiefungen zur Aufnahme von das Drehmoment übertragenden Kugeln vorgesehen sind. Damit die Pumpe in einfacher Weise bei Erreichen eines maximal festleg-· baren Druckes unabhängig von der Leistungsregelung in ihre Nullstellung schwenkt» wird dem mit der axial verschiebbar angeordneten Kupplungshälfte über einen Fühler in Wirkverbindung stehenden Steuerschieber ein unmittelbar vom Pumpendruck beaufschlagtes Druckventil parallel geschaltet, derart, daß bei Erreichen eines bestimmten Pumpendruckes der vom Pumpendruck beaufschlagte, Zylinderraurn für den mit der Verstelleinrichtung gekoppelte Kolben des Stellzylinders mit dem Tank in Verbindung steht« Das für die Steuerung verwendete Steuerventil und das Druckventil sind vorteilhafterweise als in Schließrichtung federbelastete 2-Wegevpntile ausgebildet und der unmittelbar mit der Verstelleinrichtung der Pumpe gekuppelte Kolben des Stellzylinders in an sich bekannter Weise in Richtung der Ausscnwenkung der Pumpe federbelastet und beide Zylinderräume des Stellzylinders vom Pumpendruck beaufschlagt, wobei der Zylinderraum bei dessen Druckbeaufschlagung der Kolben im gleichen Sinne wie durch die Federkraft belastet ist, mit den Steuerventilen in Verbindung steht und in der Zuleitung von der Pumpe zu diesem Zylinderraum eine Drossel vorgesehen ist. Ein Ausführungsbeispiel äer Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

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In der einzigen Figur ist mit M die elektrische Antriebsmaschine und mit P die Verstellpumpe bezeichnet. •Die Übertragung des Äntriebsdrehmomentes von der. Antriebsmaschine Ii auf die Pumpe P erfolgt über die beiden Kupplungshälften 4 und 6. Die Kupplungshälfte 4 ist mit der Motorwelle 25 fest verbunden. Die Kupplungshälfte B ist a\jf der Pumpenwelle 2B drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordnet. Die einander zugekehrten Flächen 4 a und B a weisen kegelförmige Vertiefungen 4 b und B b auf, die Kugeln 27 aufnehmen. Die Kupplungshälfte 6 wird von den Druckfedern 5, die mittels der Anstellschrauben 14 in ihrer Vorspannung veränderbar sind, in Richtung der Kupplungshälfte 4 belastet, wobei durch die Kugeln 27 in Verbindung mit den kegelförmigen Vertiefungen 4 b und B b in den Kupplungshälften eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungshälften 4, 6 hergestellt wird. An der Ringfläohe B c der Kupplungshälfte ¹B liegt ein Fühler 8 an, der über ein Stange 9 rr.it dem Steurrkolben 11 a des Steuerventils 11 verbunden ist.

Die Verstellung der Pumpe erfolgt mit Hilfe des Stellzylinders dessen Kolben 2 in Richtung der Pumpenausschwenkung von einer Feder 3 belastet ist. Der kolbenstangenseitige Zylinderraum 1J5 und der kolbenseitige Zylinderraum 17 stehen über Leitungen 18, 19, 19 a und 2o mit der Druckleitung 21 der Pumpe P.in Verbindung. Der Zylinderraum 17 ist über die Verbindungsleitung 19, mit dem Ventilraum 22 des Steuerventiles 11 und über die Verbindungsleitung 23 gleichzeitig mit dem Ventilraum 24 des

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Druckventiles 12 verbunden.

Die Wirkungsweise der Leistungsregelung ist folgende: Bei Stillstand der Pumpe und damit druckloser - Druckleitung ist die Pumpe infolge der den Verstellkolben 2 belastenden Feder 3 auf maximale Fördermenge ausgeschwenkt. Beim Anschalten der.Antriebsmaschine M fördert die Pumpe P zunächst mit voller Fördermenge.. Steigt nun dar Druck der Pumpe soweit an, daß das Produkt aus der Fördermenge und diesem Druck ein Drehmoment erfordert, das größer ist als das durch die Druckfedern 5 festgelegte Drehmoment, erfolgt eine Relativverschiebung zwischen den beiden Kupplungshäl-Pten 4 und B. Durch die schrägen Flächen der kegelförmigen Vertiefungen 4 b, 6 b erfolgt durch die Abstützung der Kugeln 27 an diesen Flächen eine Axialverschiebung der Kupplungshälfte 6 in Richtung der Anstellschrauben 14. Diese Axialverschiebung wird über den Fühler 8 mit Va^bindungsstange 9 auf den Steuerkolben 11 a des Steuerventils 11 übertragen. Gie Verschiebung

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des Steuerkalbens An Richtung der eine kraftsch „üssige Anlage

des Fühlers θ an der Ringfläche 6 c der Kuppluigshälfte B ψ gewährleistenden Druckfeder 11 b, bewirkt eine Verbindung .des Ventilraumes 22 mit dem Tenk T über die Leitung 28 und damit eine Druckentlastung des Zylinderraumes 17. Da der Druck im kolbenstangenseitigen Zylinderraum 15 des Verstell-• Zylinders 1 weiterhin aufrechterhalten bleibt, erfolgt eine Verschiebung des Kolbens 2 entge^.n der Kraftrichtung der

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Feder 3, wobei die Pumpe in Richtung ihrer Nullförderung verstellt wird, und zwar soweit, bis das von der Pumpe aufgenommene Drehmoment infolge einer Verminderung der Fördermenge auf den von den Anstellschrauben 14 eingestellten Wert abgenommen hat und die beiden Kupplungshälften 4 und 6 wieder ihre ursprüngliche Lage zueinander eingenommen haben. Steigt der Pumpendruck über dem an der Feder 12 b des Druckventiles 12 eingestellten Wert an, verschiebt sich infolge der Verbindung des Steuerkolbenraumes 24 a mit der Druckleitung 21 über die Verbindungsleitung 21 a»der Steuerkolben 12 a entgegen der Kraft der Feder 12 b und verbindet über die Verbindungsleitung 23, den Ventilraum 22 und die Leitung 19 den Zylinderraum 17 ebenfalls mit der Tankleitung 29. Die damit verbundene Entspannung des Zylinderraumes 17 bewirkt wie bei der Überschreitung des Drehmomentes eine Verstellung der Pumpe P in Richturg deren Nullforderung, und zwar unabhängig vom übertragenen Drehmoment. Sobald der Pumpendruck wieder unter dev am Druckventil 12 eingestellte ι Wert abgesunken ist, wird die Verbindung zwischen Zylin.i «rraurn 17 und Tank T vom Steuerkolben 12 a getrennt, so daß ^ich im Zylinderraum 17 über die Drossel 1o wieder der den Kolben 2 in Richtung größer werdender Fördermenge beaufschlagende Pumpendruck einstellt. Die Drossel 1o im Leitungsabschnitt 19 a gewährleistet bei einer Verbindung des Zylinderraumes 17 mit dem Tank T durch das Steuerventil 11 oder das Druckventil 12 eine wirkungsvolle Entspannung in Zylindörraum 17.

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Die Erfindung ist nicht an das gezeigte Äusführungsbeispiel gebunden. Insbesondere läßt sich eine Axialverstellung der einen Kupplungshälfte 4, 6 auch durch andere Elemente, wie beispielsweise Hebel oder ausschlieBlich über schräge Flächen, die miteinander in KraftschluB stehen, bewirken.

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Claims

Patentansprüche-

. 1. Verfahren zur Regelung der sich aus dem Produkt der Fördermenge und dem Förderdruck sich ergebenden Leistung von verstellbaren Hydraulikpumpen durch Veränderung der Fördermenge bei sich änderndem Druck gekennzeichnet durch Verwendung des an der Pumpe (P) wirkenden Drehmomentes als Bezugsgröße für die Einstellung der Fördermenge.
2. Verfahren zur Regelung der Leistung von verstellbaren Hydraulikpumpen naGh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Wert des Drehmomentes an der Antriebswelle (26) der Pumpe CP)' abgenommen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daB eine der Kupplungsl.älften (6) der die Welle. (25) der Antriebsmaschine (M) not der Welle (26) der Pumpe (P) verbindenden Kupplung (4,'d) drehfest jedoch axial auf der einen· Wellt (26) angeordnet ist und von einer Kraft (5) in'Rieh-

tung der anderen auf der anderen Welle (25) axial fixierten Kupplungshälfte (4) belastet ist und zumindest die Anlage-' flächen (4 b, 6 b) der einen Kupplungshälfte (4, 6), die mit den Anlageflächen (4 b, 6 b) der anderen Kupplungshälfte zusammenwirken schräg zur

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Achsrichtung der Wellen (25, 26) verlaufen und die sich bei einer Relativverdrehung der beiden Kupplungshälften, (4, 6) sich ergebende Axialverschiebung der betreffenden Kupplungshälfte (B) das Signal zur Beeinflussung der Fördermenge der Pumpe bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Axialverschiebung der einen Kupplungshälfte (B) über einen Fühler (8, 9) einem dem Stellzylinder (1) der Pumpe (P) zugeordnetem Steuerr ventil (11) als Steuersignal zuzuführen ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet . daß die die axial verschiebbare Kupplungshälfte [Z) belastende Kraft von anstellbaren Druckfädern (5) bewirkt ist.
6. Vorrichtung nach einsm oder mehreren Jer Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß aufeinander gegenüberliegenden Seiten (4,a, 6 a) der Kupplungshälften (4, 6) kegelförmige Vertiefungen (4 b, fi b) zur Aufnahme von das Drehmoment übertragenden Kugeln (.27) vorgesehen sind.

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7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis B, dadurch gekennzeichnet , daß dem mit der axial verschiebbar angeordneten Kupplungshälfte C6) über einen Fühler (B, 9) in Wirkverbindung stehenden Steuerschieber (11) ein vom Pumpendruck beaufschlagtes Druckventil (12) parallel geschaltet ist, derart, daß bei Erreichen eines bestimmten Pumpendruckes der vom Pumpendruck beaufschlagte Zylinderraum (17) des Stellzylinders (1) mit dem Tank (T) in Verbindung steht.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, , daB das Steuerventil (11) und das Druckventil (12) als in SchlieB-richtung federbelastete 2-Wegeventile ausgebildet sind und der Stellzylinder (1) in Richtung der Ausschwenkung der Pumpe federbelastet ist und heide Zylinderräume (15,171 vom Pumpendruck beaufschlagt sind, uobei der Zylinderraum (17) bei dessen Druckbeaufschlagung der KoIt ?n im gleicher; Sinne wie durch die Federkraft belastet ist, mit den Steuerventilen in Verbindung steht und in ajr Zuleitung [1Ξξ] von der Pumpe (PI zu dies&m Zylinderraum (17) eine Drossel (1o) vorgesehen ist.

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