DE2322890A1 - Vorgesteuerter druckregler - Google Patents

Description

Sperry Rand Corporation

Vorgesteuerter Druckregler

Heutige zentrale hydraulische Anlagen, wie sie z.B. in Flugzeugen Verwendung finden, stellen harte Leistungsanforderungen an die hydraulische Pumpe, die das System mit dem Druckmittel versorgt. Im allgemeinen wird dazu eine stufenlos verstellbare Verdrängerpumpe vorgesehen, deren die Fördermenge steuerndes Stellglied einen gleiclimäßigen Druck auf der Druckseite der Pumpe aufrechterhält. Infolge großer und rascher Veränderungen der erforderlichen Fördermenge bei Zu- oder Abschaltung einer oder mehrerer der durch das Strömungsmittel betriebenen Vorrichtungen des Systems entsteht eine große Druckschwankungsbreite. Die Aufgabe des Reglers besteht deshalb darin, derartige Schwankungen möglichst klein zu halten, indem in jedem Augenblick die den Wechsel der erforderlichen Fördermenge des Systems entsprechende Förderrate rasch verstellt wird. Bisherige, auf große Verstärkung und rasches Ansprechen ausgelegte Regler für Pumpen haben den Nachteil, daß der Grad der Stabilität sehr feinfühlig auf den wirksamen Umfang des Systems reagiert. Diese Feinfühligkeit wird oft durch die zu starkem Überschießen und Druckabfall führende Verringerung der Verstärkung und des Ansprechens des Reglers verringert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Regler für eine stufenlos verstellbare Ver- .

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drängerpumpe vorzusehen, bei dem die im vorgehenden genannten Schwierigkeiten weitgehend ausgeschaltet sind, der sehr feinfühlig ist oder eine große Verstärkung aufweist und bei dem ein Über- und Unterschießen des Drucks sowohl an Häufigkeit wie auch an Umfang gering sind.

Eine derartige Wirkung wird erzielt, indem in einer druckgesteuerten stufenlos verstellbaren Verdrängerpumpe mit Zulauf und Ablauf, mit einer Vorrichtung zur Verstellung des Förderraums für die Beförderung eines Strömungsmittels zwischen Zulauf und Ablauf und mit einem mit der Vorrichtung zur Verstellung des Förderraums verbundenen Schwenkkörper zur Verstellung der Fördermenge sowie einem hydraulischen Stellglied, das den S_chwenkkörper in Abhängigkeit des Drucks im Ablauf verstellt, eine Verbesserung vorgesehen,ist, die ein Mehrfachfedersystem umfaßt, das im Stellglied dem Druck im Ablauf entgegenwirkt, und daß eine erste Regelfeder, die unmittelbar am Stellglied angreift, umfaßt, eine zweite, der ersten nachfolgende Regelfeder, sowie eine zwischen den beiden Regelfedern angebrachte Dämpfungsvorrichtung zur Verzögerung der infolge des Hachfolgens der zweiten auf die erste Regelfeder auftretenden raschen Bewegung.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die eine stufenlos verstellbare Verdrängerpumpe und einen Druckregler darstellende Zeichnung näher erläutert werden.

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ORiGiNAL

^? 23228.9Q

In der Zeichnung ist die Pumpe 10 als eine Axialkolbenpumpe dargestellt, mit einem Zulauf 12 und einem Ablauf 14, sowie einer umlaufenden Zylindertrommel 16, die durch die Antriebswelle 18 angetrieben wird. Kolben 20 bewegen sich bei ihrem Umlauf am Schwenkkörper 22 in der Zylindertrommel 16 auf und ab; der Schwenkkörper 22 ist um Drehpunkte 24 im feststehenden Puiapengehäuse 26 kippbar. Das Ausschwenken des Schwenkkörpers 22 erfolgt mit Hilfe eines hydraulischen Verstellkolbens 28 und einer Druckfeder 30; der Schwenkörper 22 stellt daher ein Schwenkelement dar» das zur Veränderung der Fördermenge der Axialkolbenpumpe 10 verstellt werden kann. Die obige Beschreibung stellt nur eine der möglichen , dem Fachmann bereits bekannten stufenlos verstellbaren Hydropumpen dar.

Zur Steuerung der Fördermenge der Axialkolbenpunpe 10 mit dem Ziel der Aufrechterhaltung eines im wesentlichen gleichmässigen Drucks am Ablauf 1-4 ist eine Vorsteuereinrichtung 32 vorgesehen, die kleinste Druckveränderungen am Ablauf 14 abfüllt, wie sie während der Schluckveränderungen bei Wechseln im System auftreten, und leitet das Strömungsmittel zum Verstellkolben 28 oder von diesem weg. Die Vor Steuer einrichtung 32 umfaßt einen Steuerschieber 34, dessen rechtes freies Ende vom Druck am Ablauf durch die DruckzuführMtung 36 beaufschlagt wird. Das linke Ende des Steuerschiebers 34 liegt an einem mit der Bezugszahl 38 bezeichneten Mehrfach-Federsystem an, das den Steuerschieber 34 nach rechts drückt. Der Steuerschieber 34 stellt ein Dreiwege-Ventil

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dar, das in seiner Nullstellung den Durchfluß zu oder

vom Verstellkolben 28 durch eine Verstelleitung 40 absperrt. Wird der Steuerschieber 34 nach links bewegt» erhält das Strömungsmittel aus der Druckzuführleitung 36 Zutritt zur Verstelleitung 40; wird der Steuerschieber nach rechts bewegt, wird das Strömungsmittel aus der Verstelleitung 40 durch die Rücklaufleitungen 42 und 44 zum Zulauf der Pumpe geMtet. Damit erfüllt der Steuerschieber 34 die Funktion eines VorSteuerventils zur Steuerung des Verstellkolbens in Abhängigkeit von Druckveränderungen am Ablauf 14 und ist damit mit Ausnahme des Mehrfach-Federsystems und des Dämpfungssystems, die noch zu beschreiben sind, typisch für eine Reihe wohlbekannter druckabhängiger Regler für stufenlos verstellbare Verdrängerpumpen.

Das Mehrfach-Federsystem 38 umfaßt eine erste Regelfeder 46, die direkt am Steuerschieber 34 anliegt, sowie- eine zweite Regelfeder 48, die der Regelfeder 46 nachfolgt. Mit Hilfe einer Vorspannschraube 50 wird der Druck der beiden Regelfedern 46 und 48 eingestellt und damit der durchschnittliche Druck, der auf den Steuerschieber 34 wirkt, verändert. Zwischen den beiden Regelfedern 46 und 48 liegt ein Schwimmkolben 52, der in den die beiden Regelfedern umschließenden Zellen leitet und das Strömungsmittel von der einen Zelle in die andere oder umgekehrt bewegt. Eine Drosselöffnung 54 stellt eine beschränkte Verbindung zwischen den beiden Federzellen her und gestattet die langsame Bewegung des Kolbens, wodurch eine raschere Bewegung abgebremst wird. Somit stellen der Schwimmkolben 52, die Drosselöffnung 54 und die beiden Regelfederzellen ei,nen Dämpfer dar, mit

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dessen Hilfe rasche Veränderungen des linken Endes der Regelfeder 46 gedämpft werden, d.h., von raschen Bewegun-* gen, wie sie beim Nachfolgen der Regelfeder 48 auf die Regelfeder 46 entstehen.

Zum Zweck der Veränderung der Dämpfungswirkung des Schwimmkolbens 52 und der Drosselöffnung 54 wird die Veränderungsrate der Lage des Schwenkkörpers 42 zu dem Mehrfach-Federsystem mit Hilfe eines Rückführsteuerkolbens 56 zurückgeführt, der mit der linken Regelfederzelle über die Rückführleitung 58 verbunden ist. Dadurch werden rasche Veränderungen der Stellung des linken Endes der Regelfeder 46 abgeschwächt oder verhindert, weil Strömungsmittel in die linke Regelfederzelle eingespritzt oder daraus abgezogen wird, und zwar im Gegensatz zu der im übrigen normalen Bewegung des als einfache Dämpfung wirkenden Schwimmkolbens 52.

Die Federraten der beiden Regelfedern 46 und 48 sind vorzugsweise gleich, so daß im ausgeglichenen Zustand die beiden Regelfedern eine einzige Feder darstellen, die die halbe Federr'ate jeder einzelnen Regelfeder besitzt. Damit reagiert das Steuerungssystem als ganzes außerordentlich feinfühlig auf geringe oder langsame Bewegungen der Regelfeder 34, und der Regler besitzt damit eine große Verstärkung im Zustand der vollständigen oder annähernden Ausgeglichenheit. Wird der Steuerschieber 34 infolge größerer oder rascherer Brucksehwankungen stärker bewegt, verzögern die Dämpfungswirkung des Schwimmkolbens 52 und der Drosselöffnung 54

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die Bewegung des linken Endes der Regelfeder..46 und erhöhen dadurch die Federrate, die auf das linke freie Ende des Steuerschiebers 34 wirkt. Damit verringert sich die Verstärkung des gesamten Servosystems bei größeren Schwankungen. Die Feinfühligkeit des Reglers ist also bei kleinen Schwankungen groß und bei großen Schwankungen kleiner.

Der Rückführsteuerkolben 56 beeinflußt darüberhinaus das Nachfolgen der Regelfeder 48 auf die Regelfeder 46, indem Druckveränderungen sich in der linken Federzelle auswirken, die der Bewegung des Steuerschiebers 34 entgegengesetzt sind. Derartige Druckveränderungen sind dann am stärksten, wenn die Geschwindigkeit des Schwenkkörpers 22 am größten ist. Daraus resultiert eine Art Vorsignal, das eine Verringerung des nachfolgenden Überschießens bestimmter Druckschwankungen bewirkt. Die Rückführung vom Rückführsteuerkolben 56 zum Dämpfer v/irkt sich als eine Erhöhung des Dämpfungsverhältnisses des Reglers in seiner Gesamtheit aus. Die Rückführung stellt natürlich eine erste abgeleitete Funktion Jeder Druckschwankung dar. Das allgemeine Ergebnis der veränderlichen Verstärkung und der abgeleiteten Rückführung ist ein druckabhängiges Steuerungssystem bei einem weitaus grösseren Fördermengenbereich des Systems stabil bleibt, als dies mit den bisherigen Steuerungen möglich war,* und das ein über- oder Unterschießen des Drucks, das gewöhnlich mit Durchflußänderungen bei hydraulische Systemen der beschriebenen Art einhergeht, sehr stark verringert.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Λ"
   1y Druckgesteuerte stufenlos verstellbare Verdrängerpumpe mit Zulauf und Ablauf, mit einer Vorrichtung zur Verstellung des Förderraums für die Beförderung eines Strömungsmittels zwischen Zulauf und Ablauf und mit einem mit der Vorrichtung zur Verstellung des Förderraums verbundenen Schwenkkörper zur Verstellung der Fördermenge s.owie einem hydraulischen Stellglied, das den Schwenkkörper in Abhängigkeit des Drucks im Ablauf verstellt,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrfach-Federsystem vorgesehen ist, das im Stellglied dem Druck im Ablauf ent-• gegenwirkt, mit einer ersten Regelfeder, die unmittelbar am Stellglied angreift und mit einer zweiten, der ersten nachfolgenden Regelfeder sowie einer zwischen den beiden Regelfedern angebrachten Dämpfungsvorrichtung zur Verzögerung der infolge des Nachfolgens der zweiten auf die erste Regelfeder auftretenden raschen Bewegung-.
2. 2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen Verstellkolben und eine Vorsteuereinrichtung umfaßt, die den Verstellkolben wahlweise mit dem Zulauf oder dem Ablauf verbinden.
3. 3. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, die Dämpfungsvorrichtung eine erste, die erste Regelfeder umgebende Zelle umfaßt und mit dem Zulauf verbunden ist, sowie eine zweite, die zweite Regelfeder umgebende Zelle, einen die beiden Zellen trennenden

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   Schwimmkolben und eine Drosselöffnung zwischen den beiden Zellen
4. 4. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückführvorrichtung vorgesehen ist, -auf die das Schwenkelement wirkt und die mit der Dämpfungsvorrichtungzur Beeinflussung des Nachfolgens der zweiten Rgelfeder auf die erste in Abhängigkeit der Bewegungsrate des Schwenkelements verbunden ist.
5. 5. Verdrängerpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführvorrichtung einen Kolben umfaßt, der

   - Strömungsmittel in die zweite Federzelle einspritzt oder daraus absaugt.
6. 6. Verdrängerpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung einen Verstellkolben und einen Steuerschieber zur wahlweisen Verbindung des Verstellkolbens mit dem Zulauf oder Ablauf umfaßt.
7. 7. Verdrängerpumpe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Regelfeder die gleiche Kraft-Weg-Rate besitzen.

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