DE2441070A1

DE2441070A1 - Drehmomentausgleichsvorrichtung fuer verdraengungspumpen

Info

Publication number: DE2441070A1
Application number: DE2441070A
Authority: DE
Inventors: Robert J Martin
Original assignee: Cessna Aircraft Co
Current assignee: Cessna Aircraft Co
Priority date: 1973-09-11
Filing date: 1974-08-27
Publication date: 1975-03-20
Also published as: GB1472625A; CA997620A; US3864063A; FR2243352A1; JPS5055904A; FR2243352B1

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

a MÜNCHEN Θ1 ■ WISSMANNSTRASSE 14 · TELEFON 932774 - TELEGRAMMADRESSE: LANGHOFFPATENT MÜNCHEN

Münc hen, den 2:?, ? . 19 7' Unser Zeichen.: ik-lk*

The Cessna Aircraft Company
5800 East Pawnee Road
Wichita, Kansas 67201 U.S.A.

Drehmomentausgleichsvorrichtung für Verdrängungspumpen

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentausgleichsvorrichtung für eine hubverstellbare Verdrängungspumpe, die eine von einem hydraulischen Stellzylinder einstellbare Taumelscheibe aufweist j die in die der f-'aximalverdrängüng entsprechende Lage vorgespannt ist.

Bei hubverstellbaren Verdrängungspumpen, insbesondere solchen, die verschieden stark belastet werden, bspw. bei mobilen und stationären hydraulischen Systemen, ist es wünschenswert, die Punpe immer auf ein konstantes Eingangs drehmoment einzustellen, um sie besser an die Antriebsmaschine anzupassen.

Eine der art ire Pumpe wird bnpw. verwendet box L^ffelbaggern

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oder dergl., bei denen sämtliche Funktionen schnell bei niedrigem Druck durchgeführt werden, während das eigentliche Baggern eine Reduzierung des Pumpenhubes erfordert,' so daß das Drehmoment einen Maximalwert nicht überschreitet, wobei die Drücke höher sind als in der Stellung maximalen Pumpenhubes. Bei Verwendung von Pumpen mit festem Hub muß die Pumpe groß genug bemessen sein, um auch bei niedrigen Drücken die erforderlichen Geschwindigkeiten der angetriebenen Einheiten sicherzustellen, wobei während des unter hoher Last erfolgenden Baggerns die gesamte Fluidströmung unter hohem Druck gepumpt werden muß und ein merklicher Teil der Fluidströmung da^Soi durch ein überdruckventil ohne Verrichtung von Arbeit abstimmt. Ein derartiges System erfordert einen leistungsstarken Antriebsmotor für die Pumpe und erzeugt eine große Reibungswärme in dem System, welche nicht nur eine Energieverschwendung bedeutet, sondern auch zusätzliche Probleme hinsichtlich der Kühlung mit sich bringt.

Es ist bereits ein Verfahren zum Konstanthalten des Ein^a;;^S-drehmomentes unter Verwendung einer pilotgesteuerten Ventilspindel¹ bekannt, welche die Fluidströmung von und zu dem Arbeitszylinder steuert, wobei die Ventilspindel im wesentlichen auf Druck anspricht gegen die Vorspannung einer Druckfeder, deren Federkraft allmählich zunimmt, wenn die Taumelscheibe sich in die Stellung minimalen Hubes bewegt (US-PS 3 250 227)*

Es ist ferner eine Pumpenanlage mit konstantem Drehmoment be·· kannfc, bei der eine variable öffnung vorgesehen ist, die der Kurvenscheibenstellung zugeordnet ist, wobei eine konstante Strömungsgeschwindigkeit in einerMeßkammer erzeugt wird und der Druck in dieser Meßkamner ein pilotbetätigtes Ventil steuert, welches wiederum den Arbeitszylinder Pumpe verstellt (US-PS 3 384 019). Dieses System arbeitet jedoch nur richtig bei einer konstanten Strcrcungsstärke in die

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentaus gleichs- oder Regelvorrichtung für eine hubverstellbare Verdrängungspumpe zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und sich ohne großen Aufwand für gewünschte Druck-Strömungsdiagramme der Pumpe einrichten läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend von der eingangs genannten Drehmomentausgleichsvorrichtung gegeben durch ein Doppelkammerstellventil, das mit dem Stellzylinder, dem Sumpf undder Pumpendruckleitung verbunden ist und in einer ersten Stellung die Pumpendruckleitung mit dem Stellzylinder und in einer zweiten Stellung den Stellzylinder mit dem Sumpf verbindet, durch eine auf das Steuerventil einwirkende Vorspannfeder zum Vorspannen desselben in die zweite Stellung, durch eine direkte Fluidverbindung der ersten Steuerkammer mit der Pumpendruckleitung, durch eine Fluidverbindung der zweiten Steuerkammer mit der Pumpendruckleitung über eine Drossel, und durch ein von der Taumelscheibenstellung gesteuertes, an die zweite Steuerkammer angeschlossenes überdruckventil.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben..

Fig.l ist eine teilweise geschnitten dargestellte Ansicht eines Pumpenverdrängungszylinders mit einem Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung.

Fig.2 ist ein Diagramm des Pumpendruckes als Funktion der Strömungsstärke für eine Pumpe mit Drehmomentausgleich.

Figur 1 zeigt eine Axialkolbenpumpe 10 mit verstellbarer Verdrängung. Die Erfindung läßt sich bei beliebigen derartigen Pumpen anwenden, z.B. bei Flügelradpumpen. Die Pumpe 10 wird

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von einem nicht dargestellten Antriebsmotor über eine Welle 17 angetrieben und umfaßt einen drehbaren Zylinderblock 12 und eine feststehende Ventilplatte 16. Der Zylinderblock 12 weist eine Anzahl von hin- und herbewegbaren Kolben 11 auf, die entsprechend der Schrägst ellun/r der Taumelscheibe 1*1 bewegt werden. Die Taumelscheibe l'-l ist mittels Federn 15 oder anderer Spanneinrichtungen in die Maximalwirkungsstellung vorgespannt und drehbar um den Taumelscheibenzapfen 13 gelagert.

Die Taumelscheibe 1*1 wird von dem einfach v/irkenden Verdrängungszylinder 20 und der Kraft der Vorspannfeder 15 in ihrer Stellung gehalten. Der Verdrängungszylinder 20 enthält einen Kolben 22 mit einer in seiner Mitte verlaufenden Trennwand 25. Dieser ist mit einer Bohrung versehen zum Aufnehmen eines hohlen Ventilkolbens 26, der an seinem äußeren Ende eine Querbohrung 30 aufweist. Der Ventilkolben 26 v/eist einen Innendurchgang 24 auf, der die Querbohrung 30 mit einer Kammer 33 verbindet. Am hinteren Ende des Ventilkolbens 26 sitzt ein Plansch 58, der mit einer Vorspannfeder 3*1 zusammenwirkt. Befindet sich die Taumelscheibe in ihrer Maximalwirkungsstellung, so ist der Ventilkolben 26 vollständig nach links zurückgedrückt und der Flansch 58 ist in Berührung mit einem Anschlag 32. Die zum Behälter durch die Querbohrung 30.offene Kammer 33 ist über eine Meßleitung 56 und eine Drosselstelle 50 mit der Auslaßleitung 36 der Pumpe verbunden. Dadurch wird eine durch die Drosselstelle 50 und die Querbohrung 30 begrenzte Strömung durch die Kammer 33 erzielt. Der Druck in der Kammer 33 wird in dem Zylinderraum *l6 gemessen.

Von der Pumpe führt eine Rücklaufleitung 35 zu einem Sumpf. Die Rücklaufleitung kann jedoch auch mit dem Auslaß eines von der Pumpe 10 angetriebenen hydraulischen Motors verbunden sein.

Die Verstellung des VerdrängungsZylinders 20, im folgenden

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Stellzylinder genannt, erfolgt aufgrund der Lage eines Steuerventils '-JO, das einen .Steuerkolben 4l aufweist, der durch eine Druckfeder 4 5 nach rechts vorgespannt ist. Der Druck in der rechts vom Steuerkolben liegenden Steuerkammer 44 ist ein Maß für den Pumpenauslaßdruck, der über die Meßleitung 51 in die Steuerkammer 44 gelangt und den Steuerkolben 4l gegen die. VJirkung der Druckfeder 45 nach links bewegt. Der Druck in derr Zylinderraum 46 hingegen ist bestrebt, den Ventilkolben nach rechts zu bewegen. Der Zylinderraum empfängt über die Lpituns 52 und die Meßleitung 56 den Druck aus der Kammer 33· In der druckarmen Anfangsposition wird der Ventilkolben 4l von der Druckfeder 45 nach rechts gedrückt, so daß die Mut 43 eine Verbindung der Steuerleitung 54 mit der Ablaufleitung 55 herstellt, so daß sich der Stellzylinder 20 vollständig in eine Stellung bewegt, die der Maximalwirkungsstellung der Pumpe entspricht. Dabei baut sic'i der Solldruck in der Pumpendruckleitung 36 auf. Dieser Drucr gelangt über die Meßleitung 51 an die Steuerkammer 44 und überwindet ggf. den Druck der ruckfeder 45, so daß der Steuerkolben 4l nach links bewegt wird. Dadurch bewegt sich auch der Kolbenabschnitt 42 soweit nach links, daß die Steuerkammer 44 mit der Steuerleitung 54 in Verbindung kommt, so daß Fluid in den Stellzylinder 20 strömt und den Hub der Pumpe verringert, Bei der -Bewegung des Kolbens 22 nach rechts versucht die Trennwand 25, die Querbohrung 30 zu schließen. Der in der Kammer 33 ansteigende Druck wirkt ,auf. den Ventilkolben 26, so daß dieser der Bewegung des Kolbens 22 folgt, wie bei jedem Servomechanismus. Der Druckanstieg in der Kammer 33, der in den Zylinderraum 46 sich fortpflanzt, hängt ab von der Bewegung des Ventilkolbens 26 gegen die Vorspannfeder 34, durch welche die Stelleigenschaften festgelegt werden. Anstelle der einzigen Vorspannfeder 34 kann bspw. auch eine zweistufige Feder vorgesehen sein, wobei die zweite Stufe nach teilweisem oder ganzen Zusammendrücken der ersten Stufe

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tätig werden kann, um eine größere Federkonstante zu erziel:-·:. F.ine derartige doppelt wirkende Feder ist in den Pip·· 2 in ihrer '.wirkungsweise durch die Linien 64 und 66 angedeutet, lie der Kurve 62 konstanten Drehmomentes in erster Näherung iolgen Eine sich ändernde Feüerkonstante kann auch mit einer besonderen Bemessung einer einzigen Feder erreicht werden.

Wirkungsweise:

Wenn die Pumpe 10 gestartet wird, dreht sich die Taumelscheibe 14 in die Maximalverdrängunnisstellung, da die Zylinderkamrner 21 über die Steuerleitung 54 und die Ablauf leitung 55 und auf^ru^d der öffnungssteilu.".g des Steuerkolbens 41, die durch ien Druck der Feder 45 er£eagt wird, mit den Sumpf verbunden ist. Eiei diesem maximalen Hub der Pumpe verursacht die Belastung am Ausgang den Aufbau eines Druckes. Dieser Druck wird in der Steuerkammer 44 geniessen, wobei der Steuerkolben 41 nach links in seine Blockierstellung gedrückt wird, sobald die Kraft der Feder 45 überwunden worden ist. In Fig.2 ist der Druckaufbau durch den Kurvenabschnitt 60 dargestellt. Sobald der Pumpendruck 35 ^öar erreicht hat, nimmt der Pumpenhub ab, da die Kurve gleichen Drehmoments erreicht ist. An dieser Stelle der Kurve bewirkt der Druck in der Steuerkammer 44, daß das Steuerventil 41 weiter nach links gedrückt wird, so daß die Steueröffnung 54 freigegeben wird und Fluid in die Zylinderkammer 21 strömt, so daß der Kolben 22 in Fig.l nach rechts bewegt wird und dadurch die Neigung der Taumelscheibe 14 und also die Verdrängung der Pumpe verringert. Bei diesem Anfangszustand ist der Druck in dem Zylinderraum 46 praktisch noch gleich Mull, da die Drosselstelle 50 größer ist als die Querbohrung 30 in dem Ventilkolben 26. Wenn sich der Kolben •22 nach rechts bewegt und den Pumpenhub verkleinert, beginnt die Querbohrung 30 Fluid durchzulassen, so daß sich ein Druck

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augenblicklich in der Kammer 33 aufbaut. Dadurch wird der Ventilkolben 26 nach rechts bewegt, so daß die Querbohrung 30 wieder mit dem Sumpf in Verbindung kommt. Für jede schrittweise Bewegung des Kolbens 22 nach rechts erfolgt ein entsprechender Druckanstieg in der Kammer 33 aufgrund der erhöhten Federkraft der Vorspannfeder 3^, so daß auch der Druck im Zylinderraum 46 ansteigt. Dieser Druckanstieg erfordert einen größeren Systemdruck, gemessen in der Steuerkammer 14, um den Hub zu verkleinern. Mit zunehmendem Systemdruck, etwa aufgrund einer steigenden Last, wird daher die Verdrängung der Pumpe 10 verringert, und zwar etwa gemäß der Kurve 52 in Fig.2. Wenn der Systemdruck seinen Maximalwert erreicht hat, verbindet das Loch 60 in dem Ventilkolben 26 die Zylinderkam-_ ner 21 mit der Kammer 33 > so daß Fluid in den Stellzylinder· 20 fließt und den Pumpenhub auf Null stellt, entsprechend-dem Kurvenabschnitt 63 in Fig.2.

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Claims

2AA 1070 PatentansDrüche

1.) Drehmomentausgleichs vorrichtung für eine hubverstellbare Verdrängungspumpe j die eine von einem hydraulischen Stellzylinder einstellbare Taumelscheibe aufweist, d.ie in die der MaximalVerdrängung entsprechende Lage vorpespannt ist, gekennzeichnet durch ein Doppelkammersteuerventil (40), das mit dem Stellzylinder (20), einem Sumpf (55) und der Pumpendruckleitung(36)verbunden ist und in einer ersten Stellung die Pumpendruckleitunp; mit dem Stellzylinder und in einer zweiten Stellung den Stellzylinder mit dem Sumpf verbindet, durch eine auf das Steuerventil (40) einwirkende Vorspannfeder (45) zum Vorspannen desselben in die zweite Stellung, durch eine direkte Fluidverbindung (5D der -ersten Steuerkammer (44) mit der Pumpendruckleitunp; (36), durch eine Pluidverbindung (52) der zweiten Steuerkammer (46)' mit der Pumpendruckleitung (36) über eine Drossel (50), und durch ein von der Taumelscheibenstellung gesteuertes, an die zweite Steuerkammer (46) angeschlossenes Oberdruckventil (33,26,30)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne· t , daß der Steuerzylinder (40) eine Neutralstellung aufweist, in der die Fluidverbindung zu dem Stellzylinder (20) blockiert ist.

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3. Vor^"'j'-t'jnr·. nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge k e η η 3 e i c J-; η e t , daß das überdruckventil einen hohlen, unter ^vorspannuno; einer ^weder (3*0 stehenden Ventilkolben (26) aufweist, der in dem Kolben (22) des Stellzylinders (20) beweglich geführt ist und eine Querbohrung (30) aufweist, die nit einer Schlie.ßfla'che (25) an dem Kolben (22) zusammenwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspannfeder (3^4) eine variable Federkonstante hat und den Steuerkolben (26) im Sinne der größten Taumelseheibenneigung vorspannt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder *l, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (2β) eine zweite Querbohrung (60) aufweist, die derart angeordnet ist, daß sie die Kammer (33) des Überdruckventils bei Erreichung eines gegebenen Druckes mit der Zylinderkammer (21) des Stellventils (20) verbindet.

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