DE2456381B2 - Einrichtung zur steuerung der foerdermenge verstellbarer axialkolbenpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.

Derartige Einrichtungen sollen zur Einstellung der Fördermenge einer Pumpe durch eine Kraft oder einen Druck angesteuert werden können und bei Erreichen eines vorbestimmten Pumpendruckes bzw. vorbestimmter Pumpenleistung soll eine hydraulische Übersteuerung des durch den Geber vorgegebenen Fördermengenwertes möglich weiden, ohne daß der am Geber eingestellte Wert beeinflußt wird, so daß nach Wegfall der Übersteuerung der am Geber eingestellte Wert

sofort wieder wirksam ist.

Eine solche gattungsgemäße Einrichtung ist beispielsweise aus der DT-PS 19 21 298 bekanntgeworden. Dabei ist als Gebereinrichtung ein einen Geberöldruck einstellendes Servoventil vorgesehen und der Steuerschieber weist für jede Stellrichtung einen Steuerraum auf, der mit der Verstärkerstufe des Servoventils verbunden ist. Dieser Steuerraum des Steuerschiebers ist durch einen gegenüber dem Steuerschieber verschieblichen, als Ringkolben ausgebildeten Steuerkolben in zwei voneinander getrennte Ringräume unterteilt, wobei die Bewegung des Ringkolbens einerseits durch einen Anschlag am Steuerschieber und andererseits durch einen Bund am Schiebergehäuse begrenzt ist.

Einer der so gebildeten Ringräume ist mit der Verstärkerstufe des Servoventils verbunden und der andere Ringraum steht mit dem Regelventil in Verbindung.

Durch die Anordnung von durch Ringkolben getrennten Ringräumen in dem Steuerraum des Steuerschiebers ist erreicht, daß die Wirkung der vom Servoventil (Gebereinrichtung) vorgegebenen Einstellung des Geberölkreises von dem das Regelventil enthaltenden Regelkreis übersteuert wird, ohne daß die beiden Kreise sich gegenseitig direkt beeinflussen. Nachteilig ist bei der geschilderten bekannten Anordnung, daß hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Steuerräume des Steuerschiebers und insbesondere auch der Ringkolben gestellt sind, da die Ringkolben den Geberölkreis von dem Regelölkreis trennen müssen. Praktisch läßt sich der Durchtritt einer gewissen Menge von Lecköl an den Führungs- und Dichtflächen der Ringkolben nicht vermeiden, der eine Verfälschung der Steuerung ergibt.

Es ist auch anderweitig bekannt, Steuerventile zur Einstellung einer bestimmten Fördermenge einer Pumpe kraftmäßig anzusteuern und bei Überschreiten eines bestimmten Druckes bzw. einer bestimmten Leistung den am Geber eingestellten Wert zu übersteuern, ohne daß dieser Wert am Geber verändert wird. So zeigt die DT-OS 15 28 434 die kraftmäßige Ansteuerung eines Steuerschiebers mittels Elektromagnet zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe. In Abhängigkeit vom hydraulischen Druck der Pumpe

bzw. der Leistung der Pumpe kann der am Steuerschieber eingestellte Wert durch einen weiteren Steuerschieber bei Erreichen der Solleistung außer Wirkung gebracht und durch eine Leistungsregelung abgelöst werden. Sowohl bei elektrischem als auch bei hydraulischem Soll-lstwertvergleich für die Leistungsreglung sind für den Übergang von der willkürlichen Einstellung der Fördermenge zur Leistungsregelung zwei kraftmäßig angesteuerte Steuerschieber erforderlich, was sehr aufwendig ist. Eine Verfälschung der Steuerung durch übertretendes Lecköl kann nicht auftreten.

Eine andere Möglichkeit der unmittelbaren kraftmäßigen Ansteuerung einer Stellvorrichtung zeigt die DT-OS 14 53 505.
Es handelt sich dort um eine übliche Folgekolbensteuerung mit Leistungsregelung bei der der Steuerschieber durch einen Regelkolben verstellt wird. Die willkürliche Einstellung der Fördermenge der Pumpe ist von außen nur mittels einer mechanischen Betätigung durch eine Kurvenscheibe oder ein Gestänge möglich.

Bei der aus der DT-OS 19 22 145 bekannt gewordenen Einrichtung handelt es sich um einen Kombinationsregler, der seinem Prinzip nach als Druckregler arbeitet. Für jede Regelfunktion, wie Leistung, Druck, Förder-

strom ist ein eigenes Wegeventil vorgesehen, deren Steuerschieber kraft- druckmäßig angesteuert werden und sich gegenseitig je nach Betriebszustand übersteuern, ohne daß die Grundeinstellung der außer Funktion stehenden restlichen Steuerschieber verändert wird. Zur willkürlichen Beeinflussung des Förderstromes ist jedoch eine zusätzliche Verstelldrossel in der Hauptleitung der Pumpe erforderlich.

Die Einrichtungen nach der DT-OS 19 29 645 und 22 01 046 zeigen Möglichkeiten der Ausbildung einet Steuerventiles mit direkter kraftmäßiger hydraulischer Ansteuerung durch einen Geber und dessen hydraulische Übersteuerung in Abhängigkeit von der Pumpenleistung. Die Übersteuerung erfolgt auf der Basis eines hydraulischen Kraftvergleiches. Diese bekannten Einrichtungen unterscheiden sich daher nicht prinzipiell von der gattungsgemäßen Einrichtung nach der DT-AS 19 21298.

Der Erfindung liegt die an sich bekannte Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache bauliche Ausbildung des Steuerschiebers bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, durch welche auch bei unmittelbarer mechanischer Einwirkung einer Geberkraft auf den Steuerschieber eine unmittelbare hydraulische Übersteuerung der Geberkraft ohne Veränderung der vorgegebenen Geberkraft möglich ist und eine Verfälschung der Steuerung durch Übertreten von Lecköl vermieden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß der Steuerkolben innerhalb eines am Steuerschieber anliegenden Zwischenkolbens angeordnet, mit einer Kolbenstange versehen ist und sich einerseits über eine Druckfeder gegenüber dem Zwischenkolben und damit gegenüber dem Steuerschieber abstützt und andererseits über einen der Anschläge am Zwischenkolben anliegt, wobei die Kolbenstange von dem die vorbestimmte Geberkraft erzeugenden Geberglied beaufschlagbar ist, dessen Stellweg durch einen Anschlag begrenzt ist.

Durch diese konstruktive Ausbildung ist erreicht, daß trotz direkter kraftmäßiger Ansteuerung der Verstelleinrichtung über das Geberglied auf baulich einfache Weise eine hydraulische Übersteuerung der Regelung der Pumpeneinstellung beispielsweise auf konstante Leistung ermöglicht ist. Die Ansteuerung am Geberglied kann direkt über eine Feder, d. h. mechanisch, oder über einen Kolben, d. h. hydraulisch-pneumatisch oder über einen Magnet, d. h. elektrisch, erfolgen:

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere auch für zweiseitig verstellbare, d. h. reversierbare Pumpen, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung für eine einseitig, d. h. in einer Förderrichtung verstellbare Pumpe und

F i g. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung für eine nach zwei Seiten, d. h. Förderrichtungen verstellbare Pumpe.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Pumpe 1 wird durch einen Servomotor 2, dessen Stellkolben 3 mit seiner Kolbenstange 4 am Stellhebel 5 der Pumpe 1 angreift, verstellt. Der Stellkolben 3 grenzt Zylinderräume 6 und 7 voneinander ab, von denen der Zylinderraum 6 über eine Leitung 8 mit einem Anschluß 9 am Gehäuse 10 eines Steuerschiebers 11 in Verbindung steht. Der Anschluß 9 wird durch die Steuerkanten 12 und 13 entweder mit der Ablaufleitung 14 und dem ölbehälter

15 verbunden oder über die Leitung 16 mit der Hochdruckleitung der Pumpe 1. Der andere Zylinderraum 7 ist über eine Leitung 18 ständig mit der Leitung

16 und damit der Hochdruckseite der Pumpe 1 verbunden. Die dem Zylinderraum 6 zugewandte Kolbenfläche des Stellkolbens 3 ist größer als die dem Zylinderraum 7 zugewandte Kolbenfläche des Stellkolbens 3. Die Kolbenstange 4 des Stellkolbens 3 des Servomotors 2 steht über eine Rückstellfeder 19 in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Steuerschieber f 1 innerhalb des Gehäuses 10.

An dem Steuerschieber 11 liegt ein koaxial im Gehäuse 10 angeordneter Zwischenkolben 20 an, in dessen Bohrung 21 ein Steuerkolben 22 mit Kolbenstangen 23 angeordnet ist, der einerseits über eine Druckfeder 24 gegenüber dem Zwischenkolben 20 und damit gegenüber dem Steuerschieber 11 abgestützt ist und andererseits über einen Anschlag 25 am Zwischenkolben 20 anliegt. Der Steuerkolben 22 grenzt einen Steuerraum 26 innerhalb des Zwischenkolbens 20 ab, der mit dem Ausgang eines Regelventiles 27 über eine Leitung 28 verbunden ist. Die mit einem Anschlagkragen 29 versehene Kolbenstange 23 des Steuerkolbens 22 ist von einem eine vorbestimmte Geberkraft erzeugenden Geberglied, im dargestellten Fall dem beweglichen Kern 30 eines Elektromagneten 3?, beaufschlagbar, dessen Stellweg durch den sich an das Gehäuse 10 anlegenden Anschlagkragen 29 begrenzt ist.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt:

Wird der Elektromotor 31 aktiviert, so bewegt sich sein Kern 30 nach rechts und nimmt über die Kolbenstange 23, den Steuerkolben 22, die Druckfeder 24 und den Zwischenkolben 20 den Steuerschieber 11 mit, da die Druckfeder 24 so ausgelegt ist, daß sich ihre Länge erst verkürzt, wenn die maximal mögliche, für die volle Pumpenverschwenkung gegen die Kraft der Rückstellfeder 19 aufzubringende Geberkraft überschritten wird. Durch die Bewegung des Steuerschiebers 11 nach rechts öffnet die Steuerkante 13 die Verbindung zwischen dem Zylinderraum 6 und der Ablaufleitung 14. Dadurch bewegt sich der Stellkolben 3 nach links und die Pumpe 1 wird so lange in Richtung größerer Fördermenge verschwenkt, bis sich die durch das Zusammendrücken zunehmende Kraft der Rückstellfeder 19 und die Kraft des Elektromagneten 31, die sich über die Druckfeder 24 gegeneinander abstützen, im Gleichgewicht befinden, so daß sich der Steuerschieber 11 in seine Ausgangslage zurückbewegt.

Mit wachsendem Arbeitsdruck in der Leitung 17 der wie beschrieben auf größere Fördermenge verstellten Pumpe 1 steigt der Druck im Steuerraum 26, da er über das Regelventil 27 und die Leitung 28 mit der Leitung 17 verbunden ist. Mit Hilfe des Regelventils 27 kann durch entsprechende Einstellung jede gewünschte Abhängigkeit des Regeldruckes im Steuerraum 26 vom Arbeitsdruck in der Leitung 17 herbeigeführt werden, z. B. im vorliegenden Beispiel einer Ausführungsform, um die Leistung der Pumpe 1 zu regeln. Der steigende Regeldruck im Steuerraum 26 beaufschlagt über den Steuerkolben 22 die Druckfeder 24 zusätzlich zu den Kräften, die der Elektromagnet 31 und die Rückstellfeder 19 ausüben, so daß die Druckfeder 24, wenn ihre Belastungsgrenze überschritten ist, ihrer Charakteristik entsprechend zusammengedrückt wird, während sich der Steuerkolben 22 in die Bohrung 21 hineinbewegt. Das hat eine Verkürzung der kraftschlüssieen Verbin-

dung zwischen dem Kern 30 des Elektromagneten 31 und dem Steuerschieber 11 zur Folge, so daß sich der Steuerschieber 11 und der Kern 30 gegeneinander bewegen. Der Kern 30 nimmt die Kolbenstange 23 nach rechts mit, bis der Anschlagkragen 29 am Gehäuse 10 anliegt. Der im Steuerraum 26 herrschende Regeldruck bewegt dann den Zwischenkolben 20 allein weiter nach links. Der dem Zwischenkolben 20 unter dem Druck der Rückstellfeder 19 folgende Steuerschieber 11 gibt mit seiner Steuerkante 12 die Verbindung zwischen der Leitung 16 und dem Anschluß 9 bzw. der Leitung 8 zum Zylinderraum 6 des Stellkolbens 3 frei, so daß die Pumpe 1 auf kleinere Fördermenge zurückgestellt wird. Dies erfolgt so lange, bis sich die Kraft der Rückstellfeder 19 und der im Steuerraum 26 herrschende Regeldruck, die sich über die Druckfeder 24 gegeneinander abstützen, im Gleichgewicht befinden und sich dadurch der Steuerschieber 11 wieder in seine Mittellage zurückstellt. Der Regelvorgang ist damit beendet. Ersichtlich hat sich durch den Regelvorgang die Einstellung am Geberglied, d. h. dem Kern 30, nicht geändert. Bei Wegfall des Regeldruckes in der Leitung 28 bzw. dem Steuerraum 26 ist die Gebereinrichtung entsprechend der ursprünglichen gewählten Einstellung wieder wirksam.

Anhand der F i g. 2' wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Pumpe 1 nach beiden Seiten verstellbar, also in der Förderrichtung reversierbar, ist, und der Hilfsölkreis gleichzeitig als Regeldruckkreis verwendet wird.

Zur Verstellung der Pumpe 1 dient ein Servormotor 40, dessen Stellzylinder 41, 42 über Leitungen 43,44 mit der erfindungsgemäßen Steuer- und Regeleinrichtung verbunden sind. Der Servomotor 40 steht über den bei 45 ortsfest schwenkbar gelagerten Hebel 46 und die als Zug- und Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 47 und den Arm 48 mit dem Steuerschieber 49 in kraftschlüssiger Verbindung. Der in einem Gehäuse 50 angeordnete Steuerschieber 49 steuert mit seinen Steuerkanten 51, 53 bzw. 52, 54 die Verbindung der Leitungen 43 bzw. 44 mit den Abflußleitungen 55 bzw. 56, die mit dem Ölbehälter 57 in Verbindung stehen und die Verbindung der Leitungen 43 bzw. 44 mit den Leitungen 58 bzw. 59, die über eine Leitung 60 mit einem beispielsweise als Druckminderventil ausgebildeten Regelventil 61 verbunden ist. Dieses ist über ein Wechselventil 62 und eine Leitung 63 von der jeweils den Arbeitsdruck der Pumpe 1 führenden Arbeitsleitung 64 bzw. 65 beaufschlagt. Die Leitung 60 ist ferner über ein Rückschlagventil 66 mit einer Hilfsdruckleitung 67 verbunden.

Da die Pumpe 1 nach zwei Förderrichtungen zu verschwenken ist, ist der Steuerschieber 49 symmetrisch ausgebildet und weist zwei spiegelsymmetrisch zueinander liegende Bohrungen 68, 69 auf, in denen auf Druckfedern 70, 71 abgestützte Steuerkolben 72, 73 angeordnet sind, deren Kolbenstangen 74, 75 von den beweglichen Kernen 76, 77 (Geberglieder) zweier Elektromagnete 78, 79 beaufschlagbar sind. Die Bewegungen der Steuerkolben 72, 73 nach außen werden von auf den Kolbenstangen 74, 75 befindlichen Anschlägen 80, 81 begrenzt, die sich an die Bohrungen 68, 69 abschließende Dichtstopfen 82, 83 anlegen. Die Bewegungen der Kerne 76, 77 der Elektromagnete 78, 79 nach innen werden von Gehäuseabdeckplatten 84,85 begrenzt. Die zwischen den Steuerkolben 72,73 und den Dichtungstopfen 82, 83 gebildeten Steuerräume 86, 87 sind über Bohrungen 88, 89 mit Ringräumen 90, 91 de Steuerschiebers 49 verbunden, die mit den Leitungen 58 59 in Verbindung stehen.

Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsforn gemäß Fig. 2 sind somit die Zwischenkolben gemät Ausführungsform nach Fig. 1 mit den Stellkolben ir den Steuerschieber integriert.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt:

Wird beispielsweise der Elektromagnet 78 aktiviert so bewegt sich sein Kern 76 als Geberglied nach recht; und nimmt über die Kolbenstange 74 den Steuerkolber 72 und die Druckfeder 70, deren Auslegung der dei Druckfeder 24 in F i g. 1 entspricht, den Steuerschiebei 49 mit, so daß über die sich öffnende Steuerkante 54 die Druckleitung 59 mit der Leitung 44 und den· Stellzylinder 42 verbunden und über die sich öffnend« Steuerkante 51 die Ablaufleitung 55 mit der Leitung 42 und dem Stellzylinder 41 verbunden wird. Die Pumpe 1 wird demzufolge nach links ausgeschwenkt unc entsprechend der Hebel 46 nach links bewegt, bis die zunehmende Kraft der hier als Zug- und Druckfedei wirkenden Rückstellfeder 47 über den Arm 48 der Steuerschieber 49 und damit auch den Steuerkolben 72 sowie den Kern 76 des Elektromagneten 78 in seine Ausgangslage zurückstellt. Die Kraft des Elektromagneten 78 und die Kraft der Rückstellfeder 47 befinder sich im Gleichgewicht und stützen sich über die Druckfeder 70 gegeneinander ab.
Mit wachsendem von der Pumpe 1 in der Leitung 64 erzeugten Arbeitsdruck steigt, da eine Verbindung über 62, 63, 61, 60, 58 bzw. 59, 90 bzw. 91 und 88 bzw. 89 besteht, der Druck in den Steuerräumen 86, 87 an und belastet über die Steuerkolben 72 bzw. 73 die Druckfedern 70 bzw. 71. Da bei der im vorhergehender Absatz beschriebenen Einstellung nur die Druckfeder 70 vorbeaufschlagt ist, erreicht diese zuerst ihre Belastungsgrenze und wird zunehmend zusammengedrückt wobei sich der Steuerkolben 72 in seine Bohrung 68 hineinbewegt. Die dadurch verursachte Verkürzung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Kern 76 des Elektromagneten 78 und dem Steuerschieber 49 hat zur Folge, daß sich der Steuerschieber 49 und der Kern 76 des Elektromagneten 78 gegeneinander bewegen. Wenn der Kern 76 an der Gehäuseabdeckplatte 84 anschlägt und sich an ihr abstützt, bewegt der im Steuerraum 86 herrschende Regeldruck den Steuerschieber 49 allein weiter nach links, wodurch die Steuerkante 53 des Steuerschiebers 49 die Verbindung des Stellzylinders 41 mit der Druckleitung 58 freigibt und die Steuerkante 52 den Stellzylinder 42 mit der Ablaufleitung 56 verbindet und die Pumpe 1 zurückgeschwenkt wird, bis sich die Kraft der Rückstellfeder 47 und der im Steuerraum 86 herrschende Regeldruck — die sich über die Druckfeder 70 gegeneinander abstützen — im Gleichgewicht befinden und der Steuerschieber 49 wieder in seine Mittellage zurückgestellt wird.

Der über das Rückschlagventil 66 mit der Druckleitung 60 verbindbare Hilfsdruck soll das Ansprechen der

W) Regeleinrichtung und das Ausschwenken der Pumpe 1 auch dann sicherstellen, wenn sich diese exakt in der 0-Stellung befindet. Dann steht in der Leitung 63 kein Hilfsöl zur Verfügung. Der Hilfsdruck kann als geringer, ungerichteter Druck, der nur für kurze Zeit zur Wirkung kommt, z. B. von der Speiseleitung oder einer Ventilversorgung abgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung der Fördermenge verstellbarer Axialkolbenpumpen, deren Verstellung durch eine Gebereinrichtung bewirkt wird, die über einen Steuerschieber mit kraftschlüssiger Rückführung über eine Feder einen von einem Hilfsölkreis betätigten Servomotor steuert, wobei die Gebereinrichtung ein in einem Zylinderraum angeordneten, von einer vorbestimmten Geberkraft beaufschlagbaren Steuerkolben umfaßt, dessen Bewegungen durch Anschläge begrenzt sind und der einen Steuerraum abgrenzt, welcher mit einem einen Regeldruck bestimmenden Regelventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben innerhalb eines am Steuerschieber (11, 49) anliegenden Zwischenkolbens (20) angeordnet, mit einer Kolbenstange (23,74,75) versehen ist, und sich einerseits über eine Druckfeder (24, 70, 71) gegenüber dem Zwischenkolben und damit gegenüber dem Steuerschieber (II, 49) abstützt und andererseits über einen der Anschläge (25, 80, 81) am Zwischenkolben anliegt, wobei die Kolbenstange (23, 74, 75) von dem die vorbestimmte Geberkraft erzeugenden Geberglied (30; 76, 77) beaufschlagbar ist, dessen Stellweg durch einen Anschlag (29; 84,85) begrenzt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (49) und der Zwischenkolben einstückig ausgebildet sind und der Zylinderraum (68, 69) des Steuerkolbens (72, 73) innerhalb des Steuerschiebers ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebergüed der bewegliche Kern (30; 76, 77) eines Proportionalmagneten (31; 78,79) ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag für die Begrenzung des Stellweges des Gebergliedes (30) von einem Kragen (29) an der Kolbenstange (23) des Steuerkolbens (22) gebildet ist, der sich an das Gehäuse (10) des Steuerschiebers (11) anlegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag für die Begrenzung des Stellweges des Gebergliedes (76, 77) von einer Abdeckplatte (84, 85) des Gehäuses (50) des Steuerschiebers (49) gebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweiseitig verstellbaren, reversierbaren Pumpen am Steuerschieber (49) spiegelsymmetrisch für jede Förderrichtung ein Zwischenkolben mit Stellkolben und Geberglied angeordnet ist.