DE2419495A1

DE2419495A1 - Regelvorrichtung fuer hydraulische maschinen

Info

Publication number: DE2419495A1
Application number: DE2419495A
Authority: DE
Inventors: Bengt Johan Wallin
Original assignee: Volvo Flygmotor AB
Current assignee: GKN Aerospace Sweden AB
Priority date: 1973-04-25
Filing date: 1974-04-23
Publication date: 1974-11-14
Also published as: JPS5029965A; SE373188B; US3958496A

Description

PATENTANWALT DIPL-INQ. JOACHIM STRASSE 241 9 A 9

HANAU · RÖMERSTR.« · POSTFACH 793 · TEL. (06181) 20803 · TELEQRAMME: HANAUPATENT . TELEX: 4184782pat

Volvo Flygmotor AB ₂3. Apri I 1974

S-461 01 Troflhättan, Schweden 6S/Jg - 11

Regelvorrichtung für hydraulische Maschinen

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für hydraulische Maschinen, insbesondere Axia IkoI benpumpen, mit verstellbarem VerdrängungsvoIumen und einem unter Federvorspannung stehenden Ventilorgan, mittels dessen eine hydraulische Stelleinrichtung zwecks Verstellen des Verdrängungsvolumens betätigbar isf und an dem das eine Ende eines zweiarmigen Hebels angreift, auf den eine dem Arbeitsdruck der Maschine proportionale Kraft auf einer auf ein Hebelgelenk bezogenen Hebelarmlänge einwirkt, die durch Verschieben des Gelenks änderbar ist, sowie mit einer Anordnung zum Regeln des Höchstdrucks der Maschine.

Solche Regelvorrichtungen werden bei hydraulischen Maschinen der verschiedensten Art eingesetzt. Bekannte Vorrichtungen sind von ihrem Aufbau her einfachwirkend. Bei verstellbaren hydraulischen Maschinen, bei denen auch eine Srrömungsrichtungsumkehr vorkommen kann, ist daher ein besonderes Hauptstrom-Umsteuerventil erforderlich, das die Gesamtanordnung koshsρie I iger und kompI iζierter macht. Für die Begrenzung des■Höchstdrucks der Maschine stehen verschiedene konstruk-

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five Lösungen zur Verfügung. So kann im Hauptkreis ein Überströmventil vorgesehen werden, das Leistung verbraucht, die in Wärme umgesetzt wird, die ihrerseits abgeführt werden muß. Es kann aber auch ein eigenes Regelventil benutzt werden, das die hydraulische Stelleinrichtung für die Änderung des Vei— drängungsvoIumens betätigt, eine Lösung, die häufig noch kostspieliger als die erstgenannte Maßnahme ist.

Beispiele bekannter Regelvorrichtungen der vorliegend betrachteten Art ergeben sich aus den DT-Offen Iegungsschriften 1 653 385 und 1 906 983. Die dort angegebenen Lösungen haben die vorstehend genannten Mängel.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung zu schaffen, die die geschilderten Nachteile ausräumt. Durch eine einfache mechanische Konstruktionsmaßnahme soll ein drastisch verbessertes Betriebsverhalten der bisher bekannten, verläßlichen Vorrichtungen erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das verschiebbare Gelenk in Abhängigkeit von dem augenblicklich eingestellten VerdrängungsvoIumen der Maschine mittels einer Druckeinrichtung gegen ein Anzeigeorgan nachgiebig vorgespannt ist und daß die Regelanordnung für den Höchstdruck der Maschine aus einem gehäusefesten, jedoch einstellbaren Anschlag besteht, mittels dessen zwecks Vorgabe eines gewünschten Mindestwertes der Hebe IarmIänge und damit des Wertes des Höchstdrucks der Maschine die Länge der Gleitbewegung des Gelenks beschränkbar ist.

Die Regelvorrichtung nach der Erfindung erfordert kein besonderes Ioistung/erb rauchendes Überströmventil, um für eine Beschränkung des Höchstdrucks der Maschine zu sorgen. Dies ist dadurch möglich gemacht, daß die bei bekannten Anordnungen vorhandene feste Verbindung zwischen der Stelleinrichtung

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für das Ändern der VerdrängungsvoIumeneinsteI lung und dem verschiebbaren Gelenk durch eine bedingt feste Verbindung ersetzt ist, d. h. eine Verbindung, die mittels einer Druckeinrichtung unter dem Einfluß einer nachgiebigen Vorspannung steht. Nachdem die Gelenkgleitbewegung durch den Anschlag angehalten ist, hängt daher die Rege I f un^-kt i on nur vom Druck ab .

Ein weiterer erheblicher Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß sie die Grundlage für mehrere weitere konstruktive Maßnahmen bi Idet, durch die die Nutzbarkeit der Maschine in zahlreichen Anwendungsfäί Ι en verbessert wird, was seinerseits weitere Vorzüge mit sich bringt. Insbesondere lassen sich die Konstruktionen der Regelvorrichtung und damit auch der Maschine als Ganzes wesentlich vereinfachen; die Regelvorrichtung und die Maschine sind weniger kostspielig als bekannte Anordnungen.

Die Regelvorrichtung nach der Erfindung läßt sich grundsätzlich bei praktisch allen vorhandenen hydraulischen Maschinen verwenden. Besondere Vorteile bietet sie bei Axialkolbenmaschinen, vor allem Axia IkoI benpumpen mit verstellbarem Verdrängungsvolumen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist daher in folgendem in Verbindung mit einer derartigen Axialkolbenpumpe näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig, I eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht einer Axialkolbenpumpe mit schwenkbar einstellbarem ZyIindertrommeItrager und

Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Pumpe mit zugeordneter Regelvorrichtung.

Die insgesamt mit 1 bezeichnete Axialkolbenpumpe wird über eine Antriebswelle 2 von einer nicht veranschaulichten Energie-

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quelle angetrieben. Dabei kann es sich um eine Brennkraftmaschine oder um einen beliebigen anderen zweckentsprechenden Antrieb handeln, beispielsweise einen Elektromotor mit umsteuerbarer Drehrichtung. Die Welle 2 trägt eine Antriebsscheibe 3, die in an sich bekannter Weise mit mehreren kalottenförmigen Lagerstellen zur Aufnahme der teilweise kugeligen Lagerenden einer entsprechenden Anzahl von Axialkolben 4 versehen ist. Es können beispielsweise sieben oder neun Kolben vorhanden sein. Die Kolben sind in entsprechenden Zylindern einer Zylindertrommel 6 verschiebbar, die in einem Träger 7 drehbar gelagert ist. Um' das VerdrängungsvoIumen der Pumpe abändern zu können, ist der Träger 7 so schwenkbar gelagert, daß er, ausgehend von einer Neutra IsteI Iung, in der er mit der Welle 2 ausgerichtet ist, nach beiden Seiten verschwenkt werden kann. Für diese Verschwenkung, die mehr als - 40 betragen kann, sind zwei SteI IzyI inder 8, 9 mit zugeordneten Kolben 10 bzw. 11 vorgesehen, deren Kolbenstangen 12 bzw. 13 mit einer KurbeI seheibe 14 gelenkig verbunden sind.

Die beiden Zylinder 8 und 9 stehen über Leitungen 15 bzw. 16 mit einem Steuerventil 18 in Verbindung, das einen unter Federvorspannung stehenden Ventilkolben 19 aufweist. An dem einen Ende des Venti Ikolbens greift das eine Ende eines zweiarmigen Hebels 20 an, während auf das andere Ende des Venti Ikolbens ein Druckorgan 21 mit einer Kraft einwirkt, die dem Arbeitsdruck der Maschine proportional ist. Der Ventilkolben 19 wird innerhalb des Steuerventils 18 in bekannter Weise mittels einer Feder 22 vorgespannt gehalten. D i.e Kraft der Vorspannfeder 22 ist mittels einer Schraube einstellbar.

Der Hebel 20 kann grundsätzlich gerade sein oder jede andere zweckentsprechende Form haben. Er ist vorliegend als Winkelhebel veranschaulicht, da dies konstruktive Vorteile hat. Der Winkelhebel 20 ist um ein Gelenk 24 schwenkbar gelagert. Das Gelenk ist vorzugsweise als Rolle ausgebildet, liegt ihrer-

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seits in einer Halterung 25 drehbar angeordnet ist. Die Halterung 25 ist in einer im wesentlichen parallel zu dem einen Schenkel des Winkelhebels verlaufenden Richtung verschiebbar. Bei einer derartigen Verschiebung wird das Gelenk 24 entlang diesem Schenkel bewegt. An der Halterung 25 ist ferner ein Arm 26 rechtwinklig zur Richtung der Gleitbewegung der Halterung angeordnet. Der Arm 26 kann mittels einer Vorspann feder 27 mit einem Anzeigeorgan 28 in Eingriff gebracht werden, das auf die momentane Verdrängungsvolumeneinstellung der Maschine anspricht und das Im vorliegenden Fall als ein an der KurbeI seheibe 14 befestigter Kurbelzapfen ausgebildet ist. Da die Maschine umsteuerbar ist, ist in diesem Falle auch ein diametral entgegengesetzt angeordneter Kurbelzapfen 28 vorhanden, wobei die Länge des Arms 26 derart bemessen ist, daß der Arm in der Neutra IsteI Iung der Axialkolbenpumpe gleichzeitig an beiden Kurbelzapfen 28 angreifen kann.

Weil anstelle einer festen Verbindung eine bedingte Verbindung zwischen dem Gelenk 24 und der Stelleinrichtung für das Ändern des Verdrängungsvolumens vorgesehen ist, kann eine Beschränkung des Höchstdrucks der Maschine dadurch erfolgen, daß einfach auf mechanische Weise die Bewegungsstrecke des Gelenks 24 begrenzt wird. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist für diesen Zweck eine einzige Stellschraube 30 vorgesehen, die in einer Bohrung des Gehäuses des Sfeuerventil s 18 sitzt. Diese bedingte Verbindung zwischen dem Arm 26 der Halterung 25 des Gelenks 24 und dem Kurbelzapfen 28, der sich um die gleiche Achse wie der Träger 7 dreht, hat außerdem den wesentlichen Vorteil, daß die Rege Ifunktion des KurbeI zapfens 28 auf das Gelenk 24 entsprechend einer Sinuskurve erfolgt. Dies ist insofern günstig, als das Verdrängungsvolumen einer Axialkolbenpumpe der vorliegend betrachteten Art proportional dem Sinus des Verste I I w i nke I s des Trägers 7 ist. Weil :'wei einander diametral gegenüberliegende^uf der Kurbelscheibe sitzende Zapfen vorgesehen sind, wird ferner erreicht", daß die gleiche Rege.!wirkung für eine Schwenkverstellung des Trägers 7,

ausgehend von der NeutraIsteI Iung, nach beiden Seiten und damit für beide Strömungsrichtungen erzielt wird.

Die vorstehend erläuterte konstruktive Auslegung der Regelvorrichtung mit dem Steuerventil 18 eignet sich weiterhin besonders gut für eine Kombination mit einem Servoventil 32 zur wahlweisen Einstellung des VerdrängungsvoIumens der hydraulischen Maschine. Dieses Servoventil kann in beliebiger zweckentsprechender Weise aufgebaut sein. Bei der vorliegend veranschaulichten Ausführungsform ist es in einen eigentlichen Servoventi I teiI 33 und einen Umsteuerventi Itei I 34 unterteiIt. Der Servoventi IteiI 33 weist eine Servoventi !hülse 35 auf, die in einer Venti I bohrung verschiebbar gelagert und mit einem nockengeführten Ende 36 versehen ist, das über die Bohrung vorsteht und sich gegen eine mit dem schwenkbaren Träger 7 fest verbundene Nockenfläche 37 anlegt. Die Nockenfläche ist bei der gezeigten Ausführungsform unmittelbar an der einen Seitenkante der Kurbe1 seheibe 14 ausgebildet. In der Servoventilhülse 35 ist ein Ventilkörper 38 verschiebbar gelagert, der zwischen einer Vorspann feder 39 und einem von Hand einstellbaren Steuerorgan 40 sitzt, mittels dessen der gewünschte Winkel der Schwenkbewegung und damit die Pumpen Ieistung einstellbar ist. Den beiden Teilen 33 und 34 des ServoventiIs wird über zweckentsprechende Gleitungen ein geeignetes Servodruckmittel mit dem Druck P zugeführt. Das Servodruckmitte1 wird von dem Hauptstrom abgezweigt oder kommt von einer gesonderten DruckmitteIqueI Ie. Es wird über zweckentsprechende Durchlässe und Kanäle zum Steuerventil 18 geleitet, um für den gewünschten Servoeffekt zu sorgen. Während bei der gezeigten Ausbildungsform der Umsteuerventi I tei I 34 des Servoventi Is 32 durch den Schwenkwinkel des ZyIiηdertrommeIträgers über den Nockenstößel 36 und die Nockenfläche 37 gesteuert wird, kann das Umsteuerventil grundsätzlich auch auf beliebige andere Weise, beispielsweise druckabhängig, betäfigt werden.

Die beschriebene Regelvorrichtung kann für alle Arten von hydraulischen Maschinen verwendet werden. Besonders eignet

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sie sich in Verbindung mit Axia IkoIbenmaschinen, und zwar sowohl Axia IkoIbenmaschinen mit geknickter Achse, wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform, als auch Maschinen in "in-Iine"-Ausbi I dung. Obwohl nur ein einziges Ventil, nämlich das Steuerventil 18, vorgesehen ist, lassen sich sowohl der Höchstdruck als auch die Höchstleistung einzeln einstellen. Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich ferner nicht nur als Druckbenrenzungse i nri chtung für zwei Strömungsrichtungen, sondern auch als kombinierte Leistungsund Druckbegrenzungsvorrichtung für zwei Strömungsrichtungen und als Leistungs- und Druckregeleinrichtung in einer Strömungsrichtung einsetzen. Die kombinierte Leistungs- und Druckbegrenzungsfunktion wird dabei durch die oben beschriebene Kombination von Steuerventil 18 und Servoventil 32 erhaI ten.

Ansprüche:

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Claims

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Patentansprüche:

Regelvorrichtung für hydraulische Maschinen, insbesondere Axia IkoI benpumpen, mit verstellbarem Verdrängungsvolumen und einem unter Federvorspannung stehenden Ventilorgan, mittels dessen eine hydraulische Stelleinrichtung zwecks Verstellen des Verdrängungsvolumens betätigbar ist und an dem das eine Ende eines zweiarmigen Hebels angreift, auf den eine dem Arbeitsdruck der Maschine proportionale Kraft auf einer auf ein Hebelgelenk bezogenen Hebe I arm Iänge einwirkt, die durch Verschieben des Gelenks änderbar ist, sowie mit einer Anordnung zum Regeln des Höchstdrucks der " Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Gelenk (24) in Abhängigkeit von dem augenblicklich eingestellten Verdrängungsvolumen der Maschine mitteis einer Druckeinrichtung (27) gegen ein Anzöigeorgan (28) nachgiebig vorgespannt ist und daß die Regelanordnung für den Höchstdruck der Maschine aus einem gehäusefesten, jedoch einstellbaren Anschlag (30) besteht, mittels dessen zwecks Vorgabe eines gewünschten Mindestwertes der Hebe I arm Iänge und damit des Wertes des Höchstdrucks der Maschine die Länge der Gleitbewegung des Gelenks beschränkbar ist.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für eine Axialkolbenmaschine mit schwenkbarem ZyIindertrommeI träger, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeorgan aus mindestens einem Kurbelzapfen (28) besteht, der koaxial zur Schwenkachse des Zylindertrommelträgers (7) schwenkbar gelagert ist, und daß die Druckeinrichtung als Druckfeder (27) ausgebildet ist, mittels deren ein an einer Halterung (25) des Gelenks (24) rechtwinklig zu dieser Halterung befestigter Arm (26) derart gegen den Kurbelzapfen andrückbar ist, daß für eine sinusförmige Steuerfunktion gesorgt ist.

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3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, insbesondere für eine umsteuerbare Axialkolbenmaschine mit schwenkbarem ZyIindertrommeI träger, dadurch gekennz e i c h η e t , daß das Anzeigeorgan aus zwei Kurbelzapfen (28) besteht, die koaxial zur Schwenkachse des ZyIfndertrommeI trägers (7) einander auf dem gleichen Radius gegenüberliegend schwenkbar gelagert sind, und daß der an dem Träger befestigte Arm (26) eine Länge hat, die mindestens gleich dem diametralen Abstand der Kurbelzapfen ist.
4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein durch die Schwenkbewegung des ZyIindertrommeI trägers (7) betätigtes Umsteuerventil (34), mittels dessen die Hoch- und die Niederdruckseite des Steuerventils (18) vertauschbar sind.
5. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als einstellbarer Anschlag eine Stellschraube (30) vorgesehen ist, die in einer Gewindebohrung eines Teils des Steuerventil gehäuses sitzt.

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