DE2347542A1

DE2347542A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der winkelstellung der schraegscheibe an axialkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE2347542A1
Application number: DE19732347542
Authority: DE
Inventors: Paul-Arnim Dipl Ing Jippa
Original assignee: Kamax Werke Rudolf Kellermann GmbH and Co KG
Current assignee: Kamax Werke Rudolf Kellermann GmbH and Co KG
Priority date: 1973-09-21
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1975-03-27

Description

Rudolf Kellermann Fabrik für Gewindeteile KG, 336O Osterode, Petershütter Allee 33

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Winkelstellung der Schrägscheibe an Axialkolbenmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Winkelstellung der Schrägscheibe an Axiaikolbenmaschinen, bei denen die Winkelstellung der Schrägscheibe über eine mit der Schrägscheibe verbundene vorzugsweise hydraulisch betätigte Kolben-Zylinder-Einheit erreicht wird. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung soll der Förderstrom von Axialkolbenmaschinen verstellt und/oder umgekehrt werden.

Es sind bereits eine Reihe von Vorrichtungen bekannt, die sowohl für die Umkehrung als auch für die gleichzeitige Winkelverstellung der Schrägscheibe eingesetzt werden. Diese Einrichtungen bestehen meistens aus einem einstufigen oder zweistufigen Servoventil, dessen Stellzylinder die Aufgabe der Schwenkwinkelverstellung und der Reversierung hat. Eine Konstruktion dieser Art besitzt eine Kolben-Zylinder-Einheit, wobei der Kolben über die Kolbenstange mit der Schrägscheibe verbunden ist. Der

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Kolben stützt sich übe"»? eine '.^eaev am Gehäuse der Kolben-Zylinder-Einheit ab. Der Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Einheit ist von dom Druck einer Hydraulikpumpe beaufschlagt. Die Reproduzierbarkeit beim Einstellen der jeweiligen Winkelstellung der Schrägscheibe ist nicht gegeben bzw_o ungenügende Störende Einflußgrößen sind insbesondere in der Reibung im Servo-Ventil und Zylinder und in der Alterung der Feder zu sehen.

Um diese Nachteile teilweise auszuschließen, ist eine komplizierte Vorrichtung bekannt, die eine elektrische Winkelmeßeinrichtung besitzt, bei der die Winkelstellung der Schrägscheibe gemessen und ggf. korrigiert wird. Diese Regelvorrichtung ist aufwendig und teuer und daher für bestimmte Anwendungsfälle nicht geeignet»

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweisen und insbesondere einfach aufgebaut und billig herstellbar und einsetzbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß relativ zu dem Gehäuse der Kolben-Zylinder-Einheit im Bewegungsbereich des Kolbens Anschläge ein- und festgestellt werden und der Kolben zwecks Erreichung einer der jeweiligen Anschlaglage zugeordneten Schräglage der Schrägscheibe vorzugsweise hydraulisch auf Anschlag bewegt wird„ Durch die Anordnung der Anschläge und das Bewegen des Kolbens bis auf diese Anschläge wird eine genaue und zuverlässige Reproduzierbarkeit der Einstellung der Winkelstellung der Schrägscheibe erreicht₀ Es können mehrere Anschläge ausgewählt und angeordnet werden,. Der Verstellbereich der Winkelstellung der Schrägscheibe ist nicht begrenzt. Beide Endlagen können unabhängig voneinander eingestellt werden, wobei

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die Endlagen einerseits oaer auch auf beiden Seiten der indifferenten Stellung der Schrägscheibe angeordnet werden können. Es ist fernerhin die Möglichkeit geschaffen, die Axialkolbenmaschine in verschiedenen Bereichen mit beliebigen verschiedenen Geschwindigkeiten im Vorlauf und im Rücklauf zu steuern, so daß die Anwendungsmöglichkeiten nahezu unbegrenzt sind. Der Schwenkwinkel der Schrägscheibe kann auch während des Arbeitsganges oder nach einer vorprogrammierten Eingabe variiert werden.

Vorzugsweise werden sämtliche Schräglagen der Schrägscheibe durch Anschläge begrenzt, wobei auch einer Schräglage mehrere Anschläge hintereinander zugeordnet sein können, wobei die Verstellgeschwindigkeit von Anschlag zu Anschlag herabgesetzt wird und der jeweils letzte Anschlag der eigentlich zu erreichenden Schräglage zugeordnet ist. Es ist auch möglich, nur eine Schräglage bei einer Hin- und Herverstellung durch Anschläge zu begrenzen, während die andere Schräglage nur als Ausgangslage gehandhabt wird, deren Winkel nicht mit hoher Genauigkeit erreicht werden braucht.

Die Bewegung des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit wird in einem Bereich vor Erreichen der jeweiligen Schräglage gegenüber der übrigen Kolbenbewegung gedämpft durchgeführt, damit der Anschlag durch die Verstellbewegung der Schrägscheibe aus seiner festgestellten Lage heraus nicht verstellt oder verrückt wirdo Die Anschläge können hydraulisch oder elektromechanisch ein- und festgestellt werden. Die elektromechanische Ein- und Verstellung geschieht vorzugsweise über Stellmotoren und Stellgestänge bzw. Stellspindeln.

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Die Vorrichtung sur Durchführung aes Verfahren kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß die Kolben-Zylinder-Einheit zwei Zylinder aufweist, die durch einen die einander zugekehrten Stirnwände durchsetzenden und als Doppeltauehkolben ausgebildeten Kolben miteinander verbunden sind, an dem die Schrägscheibe angelenkt ist, und daß in jedem Zylinder ein einen Anschlag für den Doppeltauchkolben bildender ein- und feststellbarer Stellkolben vorgesehen ist. Diese Ausbildung ermöglicht eine genaue und reproduzierbare Verstellbarkeit in beiden Richtungen«,

In jedem Zylinder ist ein Arbeitsraum vorgesehen, in den der Doppeltauchkolben einragt und der an eine insbesondere hydraulisch ausgebildete Steuereinrichtung angeschlossen ist. Diese Steuereinrichtung dient dazu, den Doppeltauchkolben relativ zu den beiden Arbeitsräumen zu verfahren, wobei je eine Endlage des Doppeltauchkolbens der Schräglage der Schrägscheibe zugeordnet ist« Die hydraulische Steuereinrichtung weist eine Steuerpumpe und ein Wegeventil auf, dessen beide Ausgänge jeweils über ein Drosselrückschlagventil mit den Arbeitsräumen der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit verbunden sind. Das Wegeventil besitzt zwei Eingänge und zwei Ausgänge und drei Stellungen, so daß der Doppeltauchkolben in beiden Richtungen verstellt werden kann. Über die Drosselrückschlagventile kann die Verstellgeschwindigkeit während des größten Teiles des Verstellweges eingestellt werden»

Die Stellkolben sind in besonderer Ausführungsform dichtend in ihren Zylindern geführt und unterteilen den Zylinderraum jeweils in den Arbeitsraum und den Stellraum; dabei sind die Stellräume an eine insbesondere hydraulisch ausgebildete Stelleinrichtung

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angeschlossen. Ss ist aber auch möglich, die Stelleinrichtung elektromechanisch oder rein mechanisch auszubilden· Die hydraulisch ausgebildete Stelleinrichtung weist eine Stellpumpe und für jeden Stellraum ein Wegeventil auf, dessen beide Ausgänge über ein entsperrbares Rückschlagventil mit einem Stellraum eines Zylinders der Kolben-Zylinder-Einheit verbunden sind„ Damit ist es möglich, im Stellraum ein absperrbares Flüssigkeitsvolumen zur Verfügung zu stellen, so daß hierdurch die Lage des Stellkolbens und somit die Lage des Anschlages festgestellt bzw. verriegelt werden kann« Die entsperrbaren Rückschlagventile gestatten die Aufhebung dieses abgesperrten Volumens, so daß der Stellkolben und der damit verbundene Anschlag neu eingestellt, verstellt oder anderswie verrückt werden kann. Dem entsperrbaren Rückschlagventil ist ein verstellbares Drosselventil nachgeschaltet, durch welches die Verstellgeschwindigkeit der Stellkolben einstellbar ist. Die Stellkolben sind mit einer Rückstellfeder versehen, die vorzugsweise im Arbeitsraum angeordnet und an der entsprechenden Stirnwand des Zylinders abgestützt ist. Die Rückstellung der Stellkolben kann aber auch in anderer Weise realisiert werden.

Mit besonderem Vorteil ist jeder Stellkolben mit einer Kontrolleinrichtung zur Anzeige der Lage des Stellkolbens relativ zum Zylinder versehen. Das von der Kontrolleinrichtung ermittelte Signal kann weiterverarbeitet, angezeigt oder sonstwie verwendet werden.

Zwischen dem einen Anschlag bildenden Stellkolben und dem Doppeltauchkolben ist eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, damit jedenfalls der letzte Teil des Verstellweges des Doppeltauchkolbens vor

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Erreichen der Anlage an dem Anschlag mit verminderter Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, so daß das Auftreffen des Doppeltauchkolbens auf den Anschlag keine Verstellung des Anschlages zur Folge hat. Die Dämpfungseinrichtung besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren zwischen Stellkolben und Doppeltauchkolben gebildeten Ringspalten, 'durch die ein Teil der Hydraulikflüssigkeit hindurchgeführt werden muß·

Das Verfahren und die Vorrichtung, die beispielsweise zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, werden anhand der beiliegenden Zeichnung verdeutlicht, die in schematisierter Weise einen Schaltplan zeigt.

Die Schrägscheibe 1 der Axialkolbenmaschine ist über das angedeutete Gestänge 2 mit dem Doppe!tauchkolben 3 einer Kolben-Zylinder-Einheit 4 verbunden. Die Kolben-Zylinder-Einheit 4 besteht aus zwei Zylindern 5, deren einander zugekehrte Stirnwände 6 von dem Doppeltauchkolben 3 durchsetzt werden. In jedem Zylinder 5 ist ein Stellkolben 7 verschiebbar gelagert und beispielsweise dichtend geführt, der sich auf je einer Rückstellfeder 8 abstützt«, Der Stellkolben 7 unterteilt den Zylinder in einen Arbeitsraum 9 und einen Stellraum 10„ Jeder Stellkolben 7 bildet einen Anschlag oder weist einen Anschlag für den Doppeltauchkolben 3 auf. Zwischen dem Stellkolben 7 und dem Doppeltauchkolben 3 kann jeweils eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein, die, wie dargestellt, aus einem Portsatz 11 am Stellkolben 7 und einer Bohrung 12 im Endbereich des Doppeltauchkolbens 3 bestehen kann. Fortsatz 11 und Bohrung 12 sind in ihren Durchmessern aufeinander abgestimmt, so daß ein Ringspalt gebildet wird, durch den hindurch Hydraulikflüssigkeit nur langsam verschoben werden kann, so daß hierdurch eine

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Dämpfung in der Belegung des Dcppeltauchkolbens j5 erzielbar ist. Es können selbstverständlich auch mehrere Ringspalte gebildet werden. Es ist auch möglich, die Dämpfungseinrichtung in anderer Weise zu realisieren.

Mit jedem Stellkolben 7 kann eine Kontrolleinrichtung 15 verbunden sein, die beispielsweise als Maßstabseinrichtung oder ähnlich ausgebildet ist. Die Kontrolleinrichtung I3 zeigt die genaue Lage des Stellkolbens 7 relativ zum Zylinder 5 an und gibt damit auch die Stellung des Anschlages und somit die Winkelstellung der Schrägscheibe, die erreicht werden kann, wieder«

An die Arbeitsräume 9 der Kolben-Zylinder-Einheit H-ist eine Steuereinrichtung angeschlossen. Diese besteht im wesentlichen aus einer Steuerpumpe 14, der ein Filter 15 nachgeschaltet ist. Von dort führt eine Leitung 16 zu dem Wegeventil I7, welches zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist und die drei dargestellten Stellungen ermöglicht. Jeder der beiden Ausgänge des Wegeventils ist über eine Leitung 18 mit dem Arbeitsraum 9 jedes Zylinders 5 verbunden, wobei in der Leitung 18 je ein Drosselrückschlagventil 19 vorgesehen ist. Dabei kann die Drossel einstellbar ausgebildet sein.

Von der Leitung 16 zweigt eine Leitung 20 ab, die zu einem Überdruckventil 21 und weiter in einen Sammelbehälter 22 führt, aus dem die Steuerpumpe 14 wiederum ansaugt.

Die Stellräume 10 der Kolben-Zylinder-Einheit 4 sind mit einer Stelleinrichtung verbunden, die dazu dient, die Lage der Stellkolben 7 bzw. der

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Anschläge ein- und rostzustellen. Die Stelleinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Stellpumpe 23, der ein Filter 24 nachgeschaltet ist. Die Leitung 25 verzweigt sich und führt jeweils zu einem Wegeventil 26, welches ganz ähnlich ausgebildet sein kann, wie das Wegeventil 17. Über die Leitungen 27 und 28 sind den Wegeventilen 26 jeweils entsperrbare Rückschlagventile 29 nachgeschaltet, von denen jeweils eine Leitung 30 zu je einem Stellraum 10 der Zylinder 5 führt. In die Leitungen 30 sind verstellbare Drosselventile 3I eingeschaltet. Von der Leitung 25 zweigt eine Leitung 32 ab, die zu einem Überdruckventil 33 und von dort zu einem Sammelbehälter 34 führt, aus dem die Stellpumpe 23 ansaugt. Die Sammelbehälter 22 und 34 können baulich vereinigt sein.

Die Punktion der schematisch wiedergegebenen Vorrichtung ist folgende:

Durch die Betätigung eines der Wegeventile 26 wird von der Stellpumpe 23 gelieferte Druckflüssigkeit über die Leitung 27, das Rückschlagventil 29 und die Leitung 30 in den einen Stellraum der Kolben-Zylinder-Einheit 4 eingebracht, wobei der Stellkolben 7 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 8 bis in die gewünschte Lage verschoben wird. Damit ist der eine Anschlag und die eine Endlage des Doppeltauchkolbens 3 fixiert. Diese Endlage entspricht einer bestimmten Winkelstellung der Schrägscheibe 1 und damit einem bestimmten Druck oder einem bestimmten Förderstrom der Axialkolbenmaschine.

In analoger Weise wird auch der andere Stellkolben 7 ein- und festgestellt, wobei auch hier das Rückschlagventil 29 eine Veränderung des eingeschlossenen Volumens verhindert« Der Ansehlag

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dieses Stellkcibens 7 ist der anderen Endstellung der Winkelstellung der Schrägscheibe 1 zugeordnet. Es ist ersichtlich, daß beide Anschläge bzw. beide Stellkolben 7 getrennt und unabhängig voneinander verstellt werden können. Pur symmetrisches Arbeiten ist es selbstverständlich auch möglich, die Wegeventile 26 zusammenzuschalten bzw. durch ein Wegeventil zu ersetzen,.

Durch die Kontrolleinrichtungen 15 können die erreichten Einstellungen kontrolliert bzw. angezeigt werden.

Bei Betätigung des Wegeventiles 17 in eine der beiden Durchflußlagen wird Hydraulikflüssigkeit durch die Steuerpumpe 14 in eine der beiden Leitungen 18 und über das Drosselrückschlagventil 19 in den einen Arbeitsraum 9 der Kolben-Zylinder-Einheit 4 hineingefördert, während gleichzeitig aus dem anderen Arbeitsraum 9 Hydraulikflüssigkeit abfließt und über die Leitung 18 in den Sammelbehälter 22 gelangt. Dabei wird der Doppeltauchkolben 3 entsprechend dem Volumen der verdrängten Flüssigkeit verschoben. Die Geschwindigkeit der Verschiebung ist abhängig von dem Druck und dem Volumen der Steuerpumpe 14, der Einstellung des Überdruckventils 21 und der Einstellung des DrosselrUckschlagventiles 19_o In dieser ersten vergleichsweisen hohen Verstellgeschwindigkeit wird der Doppeltauchkolben 3 über den größten Teil seines Weges in der Kolben-Zylinder-Einheit 4 verstellte Lediglich kurz vor Erreichen der Endlage bzw. der Anlage an dem einen Anschlag tritt die Dämpfungseinrichtung 11, 12 in Tätigkeit, so daß die Endlage mit verminderter Geschwindigkeit erreicht wird. Dies ist insofern

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von Vorteil, als das Auftrei'fen dos Doppeltauchkolbens auf dem jeweiligen Anschlag nicht zu einer Verstellung der Stellkolben 7 bzw. der Anschläge führen darf.

Die entsprechende Gegenbewegung des Doppeltauchkolbens 3 wird durch Verstellung des Wegeventils 17 in die jeweils andere Durchflußlage erreicht.

Die Vorrichtung kann so betrieben werden, daß über die Stelleinrichtung die beiden Stellkolben 7 ein- und festgestellt werden, wobei dann nur noch im Rahmen der durchzuführenden Arbeitstakte das Wegeventil 17 betätigt wird. Auf diese Weise werden jeweils reproduzierbare Winkelstellungen der Schrägscheibe 1 eingestellt, so daß mit der Axialkolbenmaschine verschiedene Vorgänge reproduzierbar gesteuert werden können. Es ist aber auch möglich, die Steuerung in der Weise durchzuführen, daß
nach dem Erreichen jeder Endlage die Anschläge neu
ein- und festgestellt werden, so daß eine Programmsteuerung durchführbar ist.

Es versteht sich, daß für die Neueinstellung der Anschläge das jeweilige entsperrbare Rückschlagventil 29 betätigt wird, so daß die im Stellraum 10
eingeschlossene Flüssigkeit durch die Rückholfeder
8 über die Leitung 28 zurückverschoben werden kann.
In der anderen Durchflußrichtung kehrt sich die
Punktion der Leitungen 27 und 28 um.

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Claims

Patentansprüche :

Verfahren zur Steuerung der Winkelstellung der Schrägscheibe an Axialkolbenmaschinen, bei denen die Winkelstellung der Schrägscheibe über eine mit der Schrägscheibe verbundene, vorzugsweise hydraulisch betätigbare Kolben-Zylinder-Einheit erreicht wird, dadurch ge« kennzeichnet, daß relativ zu dem Gehäuse der Kolben-Zylinder-Einheit im Bewegungsbereich des Kolbens Anschläge ein- und festgestellt werden und der Kolben zwecks Erreichung einer der jeweiligen Anschlaglage zugeordneten Schräglage der Schrägscheibe vorzugsweise hydraulisch auf Anschlag bewegt wird·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Schräglagen der Schrägscheibe durch Anschläge begrenzt werden«

5· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit in einem Bereich vor Erreichen der jeweiligen Schräglage gegenüber der übrigen Kolbenbewegung gedämpft durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge hydraulisch ein- und festgestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge elektrisch und mechanisch ein- und festgestellt werden.

6ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit (4) zwei Zylinder (5) aufweist, die

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durch einen die aneinander zugekehrten Stirnwände durchsetzenden und als Doppeltauchkolben (^) ausgebildeten Kolben miteinander verbunden sind, an dem die Schrägscheibe (l) angelenkt ist, und daß in jedem Zylinder (5) ein einen Anschlag für den Doppeltauchkolben (^) bildender ein- und feststellbarer Stellkolben (7) vorgesehen ist»

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Zylinder (5) ein Arbeitsraum (9) vorgesehen ist, in den der Doppeltauchkolben 0) einragt und der an eine insbesondere hydraulisch ausgebildete Steuereinrichtung angeschlossen ist_o

8, Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7.» dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Steuereinrichtung eine Steuerpumpe (14) und ein Wegeventil (17) aufweist, dessen beide Ausgänge jeweils über'ein Doppelrückschlagventil (I9) mit den Arbeitsräumen

(9) der Zylinder (5) det Kölben-Zylinder-Einheit (4) verbunden sind.

9· Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellkolben (7) dichtend in ihren Zylindern (5) geführt sind und den Zylinderraum jeweils in den Arbeitsraum (9) und den Stellraum (lO) unterteilen und daß' die Stellräume (10) an eine insbesondere hydraulisch ausgebildete Stelleinrichtung angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Stelleinrichtung eine Stellpumpe (2j5) und für jeden Stellraum

(10) ein Wegeventil (26) aufweist, dessen beide

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Ausgänge über Gin 3ntsperrfcares Rückschlagventil (29) mit einem Stellraum (10) eines Zylinders (5) der ' Kolben-Zylinder-Einheit (4) verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem entsperrbaren Rückschlagventil (26) ein verstellbares Drosselventil (j51) nachgeschaltöt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (7) mit einer Rückstellfeder (8) versehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (7) mit einer Kontrolleinrichtung (15) zur Anzeige der" Lage des Stellkolbens relativ zum Zylinder (5) versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis Ij5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Anschlag bildenden Stellkolben (7) und dem Doppeltauchkolben (j5) eine Dämpfungseinfichtung vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch lA, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung aus einem oder mehreren zwischen Stellkolben (7) und Doppeltauchkolben gebildeten Ringspalten besteht.

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L e e r s e ί t e