DE2208877A1

DE2208877A1 - Regelvorrichtung zur regelung des foerderdruckes regelbarer pumpen durch veraenderung der foerdermenge

Info

Publication number: DE2208877A1
Application number: DE2208877A
Authority: DE
Inventors: Georg Staudenrausch
Original assignee: HANDTMANN METALLGUSS ALBERT
Current assignee: HANDTMANN METALLGUSS ALBERT
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE2208877B2; GB1400682A; US3809500A

Description

Dipl.-Ing. Herbert Braito 795 Biberach/Riß

Patentanwalt Marktplatz 38 - Postfach 127

Telefon (07351) 6455

22. Februar 1972

_{21 H1555} 2208877

Albert Handtmann
Metallgußwerk, Armaturen- und Fleischereimaschinenfabrik

795 Biberach/Riß
Memminger Straße

Regelvorrichtung zur Regelung des Förderdruckes regelbarer Pumpen durch Veränderung der Fördermenge

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Regelung des Förderdruckes regelbarer Pumpen durch Veränderung der Fördermenge mittels eines lastabhängig verstellbaren Vorsteuerorganes, das in einer ersten Wirkungsrichtung durch eine vom Förderdruck abhängige Kraft und in der zweiten, entgegengesetzten Wirkungsrichtung durch eine Kraft belastet ist, die sich zusammensetzt aus einer Kraft, welche von dem am Verbrauchereingang verfügbaren Arbeitsdruck abhängt, und aus einer gleichgerichteten Vorspannkraft.

Bei lastabhängigen Regelungen von Pumpen ist es bekannt, den Förderdruck pl stets um einen gegebenen Wert höher zu halten als den Last- bzw. Arbeitsdruck p2. Die Differenz zwischen beiden Drücken wird dabei wenigstens so groß bemessen wie die maximal zwischen Pumpe und Verbraucher auftretenden Druckverluste.

Beim Anlauf der Pumpe bleibt diese zunächst auf größte Fördermenge eingestellt, bis der durch die auf das Steuerorgan wirkende Vorspannkraft gegebene Druck erreicht ist. Von da ab wird nur die Druckdifferenz pl - p2 aufrechterhalten, d.h.

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der Verbraucher hat beim Anlauf nur den Effektivdruck p2 = O zur Verfügung. Die Pumpe regelt nicht auf höheren Druck.

Um vor allem ein spontanes Hochregeln des Druckes zu erreichen, muß auf das Steuerorgan eine gegenüber der Druckdifferenz pl p2 wesentlich höhere Vorspannkraft ausgeübt werden, d.h. es ist ein für die einwandfreie Funktion der Steuerung notwendiger Mindestdruck (ca. 30 atü) erforderlich. Beim überschreiten dieses Mindestdruckes soll jedoch die Druckdifferenz pl - p2 konstant bleiben, unabhängig von der Höhe des am Verbraucher sich ergebenden Arbeitsdruckes p2.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, eine Regelvorrichtung der eingangs geschilderten Gattung so weiterzubilden, daß beim Anlauf der Pumpe zunächst schnell ein bestimmter Förderdruck aufgebaut wird und dieser Druck auch erhalten bleibt, wenn der Arbeitsdruck zwischenzeitlich unter eine zugehörige Größe sinkt.

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß das Vorsteuerorgan in der zweiten Wirkungsrichtung durch eine zweite Vorspannkraft belastet, die beim Erreichen eines bestimmten Mindestwertes des Förderdruckes der Pumpe außer Wirkung gebracht wird.

Die zweite Vorspannkraft, die in der Regel ebenso wie die erste durch eine Feder aufgebracht wird, wirkt neben dieser auf das Vorsteuerorgan ein, wird jedoch weggenommen, sobald der Förderdruck eine Größe übersteigt, die für eine exakte Steuerung der Pumpe unerläßlich ist. Praktisch wirkt sich dies so aus, daß die Pumpe beim Anlauf augenblicklich und bis zum Stillstand jederzeit einen Arbeitsdruck liefert, der durch die zweite Vorspannkraft bestimmt ist und dazu beliebig groß gewählt werden kann. Erst auf diese Weise ist es aber möglich, bei Verwendung regelbarer Pumpen und Hydraulikmotoren augenblicklich große Beschleunigungen und Verzögerungen mit außerordentlicher Exaktheit aufzubringen, ohne daß die Pumpe ständig auf Maximaldruck eingestellt sein muß. Die Druckdifferenz pl - p2 zwischem dem Förderdruck der Pumpe und dem Arbeitsdruck kann auf das durch die Steigerungsverluste des jeweiligen Hydraulikkreislaufes

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gegebene Mindestmaß eingestellt werden, während der Mindestdruck zur Gewährleistung einer einwandfreien Pumpenregelung unabhängig von dieser Druckdifferenz wesentlich höher liegen kann. Damit können die Leistungsverluste im Hydraulikkreislauf und die ölerwärmung auf ein Mindestmaß begrenzt v/erden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung,

Fig. 2 eine Vergrößerung eines Teiles aus Fig.l und

Fig. 3 ein zugehöriges Druckdiagramm.

In der Zeichnung ist mit 1 allgemein eine an sich bekannte Flügelzellenpumpe bezeichnet, in deren Gehäuse 2 zentrisch der Pumpenrotor 3 mit radial verstellbaren Schaufelblättern gelagert ist. In einem zentrischen Führungsring 5 sitzt in waagerechter Richtung entsprechend dem Doppelpfeil 6 exzentrisch verstellbar ein Druckring 7, an dessen Innenfläche die Schaufelblätter 4 laufen. Mit dem Rotor 3 bildet dieser Druckring einen sichelartigen Ringraum 8. Bei der hier vorgesehenen Drehrichtung nach Pfeil 9 wird das Volumen der im Bereich 8a gebildeten Zellen verkleinert, im Bereich 8b vergrößert. Der Bereich 8a steht daher direkt mit der Hauptdruckleitung 10 in Verbindung, der Bereich 8b mit einer Saugleitung 11, die an einen Filter 12 im ölbehälter 13 angeschlossen ist.

Zur exzentrischen Verstellung des Druckringes 7 dienen ein radial wirkender Vorspannkolben 14 und ein entgegengesetzt zu diesem in Gehäuse vorgesehener Steuerkolben 15. Der den Vorspannkolben 14 aufnehmende Gehäuseraum l4a ist durch eine Leitung 27 ständig mit der Hauptdruckleitung 10 verbunden. Der Vorspannkolben steht daher ständig unter dem in dieser Hauptdruckleitung herrschenden Förderdruck pl.

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Der Steuerkolben 15 hat größeren Durchmesser als der Vorspannkolben. Der Zylinderraum 16 für den Steuerkolben steht unter einem Druck p3, der durch ein allgemein mit 17 bezeichnetes Vorsteueraggregat etwa zwischen den Grenzen O und pl geregelt werden kann. Der Steuerkolben ist als Hohlkolben ausgeführt und nimmt eine Druckfeder 18 auf, die ständig bestrebt ist, den Druckring 7 nach rechts in Fig. 1 zu drücken und damit die Exzentrizität und die Fördermenge zu vergrößern, wie dies durch "+" am Doppelpfeil 6 angedeutet ist. Erst wenn sich im Leitungssystem 10, 27, I¹Ia ein Druck pl aufgebaut hat, kann die nach links wirkende Kraft des Vorspannkolbens lh die entgegenwirkende Kraft des Kolbens 15 überwinden, die sich aus der Summe der Federkraft der Feder 18 und dem Produkt aus der Querschnittsfläche des Steuerkolbens 15 und dem jeweiligen Druck p3 ergibt.

Der Zulauf in den und der Ablauf aus dem Raum 16 werden gesteuert durch einen im Schiebergehäuse 19 längsverstellbar angeordneten Vorsteuerschieber 20, dessen Ringraum 21 über die Leitung 22 mit der Hauptdruckleitung 10 und dessen Ringraum ständig mit einer Leitung 24 verbunden ist, die entweder über eine Leitung 25 an Ablauf geschaltet ist oder mit Unterdruck führenden Räumen des Pumpengehäuses in Verbindung steht. Der normalerweise abgesperrte Mittelanschluß 26 des Vorsteuergehäuses ist mit dem Zylinderraum 16 für den Steuerkolben verbunden. Wenn daher der Vorsteuerschlßber nach oben ausgelenkt ist, so ist der Zylinderraum 16 an Ablauf oder gar an Unterdruck geschaltet, so daß lediglich die Feder 18 den Steuerkolben nach rechts in der Zeichnung drückt. Dabei ist meist die vom Vorspannkolben 14 ausgeübte Kraft größer, so daß der Druckring nach links verstellt und dadurch die Fördermenge verkleinert wird.

Wenn umgekehrt der Vorsteuerschieber nach oben ausgelenkt ist, so steht der Zylinderraum 16 über 26, 21 und 27 mit der Hauptdruckleitung 10 in Verbindung, so daß der Steuerdruck p3 annähernd den Förderdruck pl erreicht.

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Der Ringraum 21 steht über eine Querbohrung und eine Längsbohrung des Vorsteuerschiebers mit dem unteren Gehäuseraum 28 in Verbindung. Der Vorsteuerschieber wird daher ständig mit dem Druck pl nach oben in Fig. 1 und damit im Sinne einer Verringerung des Steuerdruckes ρ 3 gedrückt.

Das Schiebergehäuse 19 besitzt am gegenüberliegenden (oberen) Ende einen zentrisch zum Vorsteuerschieber angeordneten zylindrischen Druckraum 29, in den von außen ein erster Gewindestopfen 30 eingeschraubt ist. Dieser besitzt wieder eine zentrische Höhlung 32, in die am freien Ende ein zweiter Gewindestopfen 33 eingeschraubt ist. Beide Gewindestopfen sind in ihrer Lage durch eine Ringmutter gesichert.

Im Druckraum 29 ist längsverschiebbar ein Druckbolzen 3^ angeordnet, dessen untenliegender Bund 3^a sich am oberen Ende des Vorsteuerschiebers 20 abstützt, das etwas in den Druckraum vorragt. Auf diesen Bund wirkt eine erste Vorspannfeder Pl ein, die sich direkt am ersten Gewindestopfen 30 abstützt. Ihre Vorspannung kann also durch Verstellen des ersten Gewindestopfens geändert werden.

In einer zentrischen Bohrung des ersten Gewindestopfens ist ferner längsverschiebbar ein Druckstempel 35 angeordnet, dessen Bund 35a sich von unten her in Fig. 1 gegen das untere Ende des ersten Gewindestopfens anlegen kann und sich frei innerhalb der ersten als Schraubendruckfeder ausgeführten Vorspannfeder Fl befindet. Auf das außenliegende Ende des Druckstempels 35 wirkt mittels eines zwischengeschalteten Tellerelementes 36 eine zweite, ebenfalls als Schraubendruckfeder ausgeführte Vorspannfeder F2, die sich am zweiten Gewindestopfen 33 abstützt und durch diesen einstellbar ist.

Die Hauptdruckleitung 10 ist nach Fig. 1 an ein allgemein mit 37 bezeichnetes Regelventil angeschlossen, das wiederum durch eine Leitung 38 mit einem Verbraucher verbunden ist, der hier als Hydromotor 39 dargestellt ist und durch eine Rücklaufleitung 40 mit dem ölbehälter 13 in Verbindung steht. Anstelle

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aes bezeigten Flüssigkeitsmotors können an die Leitung 38 beliebig viele und unterschiedliche Verbraucher angeschlossen werden, ebenso können zwischen die Leitungen 10 und 38 recht verschiedenartige Steuerorgane und Kleinverbraucher eingeschaltet sein. Jedenfalls ist davon auszugehen, daß in der Leitung 3Ö der tatsächlich am Verbraucher verfügbare Druck p2 herrscht, der sich hier aufgrund der Belastung der Verbraucher einstellt. Dieser Druck ist um die im Steuerblock 37 und im ganzen Zuleitungssystem auftretenden Verluste kleiner als der Förderdruck pl. Um unnötige Druckschwankungen vor dem Verbraucher zu vermeiden, sollte daher stets eine gegebene konstante Druckdifferenz pl - p2 ausgesteuert werden. Ein praktisch geeigneter Wert liegt bei kleineren bis mittleren Maschinen in der Größenordnung von 8 kp/cm · Der Arbeitsdruck aus der Leitung 38 wird durch ein Manometer 4l angezeigt und über eine Leitung 42 dem Druckraum 29 im Schiebergehäuse 19 zugeführt.

Die Feder Fl ist so ausgelegt, daß ihre Vorspannkraft, bezogen auf den Querschnitt des Vorsteuerechiebers 20, die Druckdifferenz pl - p2 ergibt. Bei einem Schieberquerschnitt von 1 cm beträgt ihre Vorapannkraft 8 kp. Die Feder F2 müßte dann beim Ausführungebeispiel einen Vorspanndruck von 22 kp/cm erzeugen· Die gesamte auf den Vorsteuerschieber wirkende Spannbelastung beträgt jedenfalls plO = p_pi + p_p2 = 8 + 22 = 30 kp/cm , wenn man annimmt, daß der Mindestdruck 30 kp/cm betragen soll.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, bleibt der Druck pl im Anfangsbereich plO konstant, z.B. 30 atü. Sofern das Regelventil 37 geöffnet wird, steigt der Druck am Verbraucher 39» d.h. in der Leitung 38 sofort auf p20 an. Erst wenn der im Druckraum 29 wirkende Arbeitsdruck den Wert p20 übersteigt, dann wird der Druckstempel 35 gegen die Kraft der Feder F2 zurückgedrängt und hebt vom Druckbolzen 34 ab. Bezugsgröße für die Federkraft F2 ist nämlich der Querschnitt des Druckstempels 35. Die von dieser Feder zuvor auf den Vorsteuerschieber aufgebrachte Vorapannkraft wird von diesem Augenblick ab durch den Arbeitsdruck übernommen, während die Vorspannkraft der Feder Fl weiter über den

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Druckbolzen 34 direkt auf den Vorsteuerschieber einwirkt. Dieser bleibt daher dann in der Mittelstellung, wenn die Differenz zwischen den beiden Drücken pl - p2 dem vorgegebenen Wert

ρ
8 kp/cm entspricht.

Wird dieses Gleichgewicht gestört, beispielsweise durch Veränderung der Drehzahl des Hydraulikmotors 39 oder auch durch Änderung des auf diesen Motor wirkenden Lastmomentes, S.o wird der Vorsteuerschieber aus seiner Mittelstellung ausgelenkt und verändert sinngemäß den auf den Steuerkolben 15 wirkenden Druck p3. Sinkt pl - p2, so überwiegen die Federkräfte, und der Vorsteuerschieber wird nach unten ausgelenkt, so daß p3 durch Anschluß an die Druckleitung 27 gesteigert wird. Dadurch wird der Druckring 7 weiter nach rechts in Fig. 1 gedrückt und dadurch Exzentrizität'und Fördermenge vergrößert, was zu einer Steigerung von pl führt, bis die vorgegebene Druckdifferenz von 8 kp/cm wieder erreicht und der Vorsteuerschieber durch das dadurch eingetretene Kräftegleichgewicht wieder in Mittellage zurückgeführt ist. Umgekehrt wird bei Ansteigen der Druckdifferenz pl - ρ2 der Vorsteuerschieber gegen die Feder nach oben ausgelenkt, was eine Verringerung des Fördervermögens der Pumpe und damit ein Senken des Förderdruckes pl zur Folge hat.

Bisher ist nur auf hydraulische Pumpen und Anlagen Bezug ge-

nommen worden. Es versteht sich, daß die gleiche Regelvorrichtung auch bei pneumatischen Anlagen bzw. bei Verwendung irgendeines gasförmigen Mediums zur Anwendung gebracht werden kann. Maßgeblich ist vor allem, daß die Einwirkung auf ein Steuerorgan durch eine Vorspannkraft augenblicklich oder allmählich beendet wird, sobald der Förderdruck eine bestimmte Größe erreicht hat.

Als Steuerorgan muß nicht unbedingt ein Steuerkolben verwendet werden. Es kann auch eine elektrische, elektronische und/oder pneumatische Vorsteuerung vorgesehen werden, es können Relais, Fluidelemente und dgl. zwischengeschaltet werden. Maßgeblich ist nur, daß auf ein Steuerorgan die entsprechenden, von den beiden Drücken pl und p2 abgeleiteten Kräfte und ferner zwei Vorspann-

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Kräfte einwirken. Zwar dürften diese Vorspannkräfte in der Regel durch mechanische Federn aufgebracht werden, man kann aber auch Gasdruckfedern, elektrische, elektromechanische oder Strömungskräfte zur Einwirkung bringen.

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Claims

795 BiberachfRiß Marktplatz 38 - Postfach 127 Telefon (07351) 6455 22. Februar 1972 21 H 1553 Patentansprüche

1.) Regelvorrichtung zur Regelung des Förderdruckes regelbarer Pumpen durch Veränderung der Fördermenge mittels eines lastabhängig verstellbaren Vorsteuerorganes, das in einer ersten Wirkungsrichtung durch eine vom Förderdruck abhängige Kraft und in der zweiten, entgegengesetzten Wirkungsrichtung durch eine Kraft belastet ist, die sich zusammensetzt aus einer Kraft, welche von dem am Verbrauchereingang verfügbaren Arbeitsdruck abhängt, und aus einer gleichgerichteten Vorspannkraft, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerorgan (20) in der zweiten Wirkungsrichtung durch eine zweite Vorspannkraft (F2) belastet ist, die beim Erreichen eines bestimmten Mindestwertes (plO) des Förderdruckes (p'l) der Pumpe (1) außer Wirkung gebracht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerorgan als schwimmender Steuerschieber (20) ausgebildet ist, der auf seiner ersten Seite durch den Förderdruck (pl) und auf seiner entgegengesetzten Seite durch den Arbeitsdruck (p2) belastet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Vorspannkraft durch eine Feder (Fl oder F2) aufgebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, wenigstens mittelbar auf den Vorsteuerschieber (20) einwirkende Vorspannfeder (Fl) in einem unter Arbeitsdruck stehenden Druckraum (29) angebracht ist, der sich stirnseitig an den Vorsteuerschieber (20) anschließt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß in den Druckraum (29) von außen ein Druckstempel (35) vorragt, der durch eine zweite Feder (F2) gegen das benachbarte Schieberende gedrückt wird und bei Erreichen eines vorgegebenen Mindestwertes( p20) des Arbeitsdruckes (p2) von diesem abhebt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (Fl) an einem den Druckraum nach außen verschließenden ersten Stopfen (30) abgestützt ist, der einstellbar in einen den Druckraum (29) bildenden Gehäuseteil (19) eingeschraubt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstempel (35) in einer zentrischen Bohrung des ersten Stopfens (30) verschiebbar geführt und auf der Außenseite der Führung durch die zweite Druckfeder (F2) belastet ist,

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager für die zweite Feder durch einen einstellbar in eine Höhlung (32) des ersten Stopfens (30) eingeschraubten zweiten Stopfen (33) gebildet 1st.

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