DE2913534A1 - Einrichtung zur regelung des foerderstroms und zur begrenzung des foerderdrucks einer verstellbaren pumpe - Google Patents

Description

• 'Einrichtung zur Regelung des Förderstroms und zur Begren-
• zung des Förderdrucks einer verstellbaren Pumpe Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten Einrichtung wird die Druckdifferenz, die auf das Stromregelventil einwirkt, durch die Serienschaltung zweier Drosseln bewirkt, von denen eine in der Förderleitung, die andere in einer Zweigleitung angeordnet ist. Das hat den Nachteil, daß z.B. bei Beginn einer geringen Drucküberschreitung im System oder durch eine Undichtheit des Vorsteuerventils ein Strom über die in der Zweigleitung angeordnete Drossel zu fließen beginnt. Dann wird die Pumpe gerade so weit zurückgestellt, daß das Druckgefälle an dieser Drossel durch ein geringeres Druckgefälle an der Drossel in der Förderleitung kompensiert wird. Daraus resultiert ein übergangsbereich im Druck, über den der Förderstrom langsam verringert wird. Dabei kann sich die Verringerung des Förderstroms über einen wesentlich größeren Druckbereich erstrecken, als es erwünscht ist. Hierdurch ergeben sich bei Annäherung des Arbeitsdrucks an seinen Maximalwert starke Abweichungen vom Förderstromsollwert. Außerdem ergibt diese bekannte Schaltung für Druck- und Stromregelung dieselbe Regelempfindlichkeit, was nachteilig sein kann.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil; daß das Regelverhalten von strom- und druckgeregelten Pumpen verbessert wird, indem sie erlaubt, für die beiden Regelungsarten - nämlich Druckregelung und Stromregelung -unterschiedliche Reglerempfindlichkeiten einzustellen, weil sie einen Stufenkolben benutzt. Damit lassen sich die beiden Forderungen, nämlich hohe Empfindlichkeit bei der Stromregelung (geringer Verlust) mit geringer Empfindlichkeit bei der Druckregelung (hohe Stabilität) an einem einzigen Steuerschieber vereinigen. Darüber hinaus läßt sich ein scharf definierter Übergang zwischen den Bereichen Strom-und Druckregelung erzielen.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.
• Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele für Regeleinrichtungen verstellbarer Pumpen in schematischer Darstellung, Figur 3 eine Abwandlung.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele In allen Ausführungsbeispielen ist mit 10 eine verstellbare Pumpe bezeichnet, deren Stellglied 11 mit Hilfe zweier druckbeaufschlagter und einander entgegenwirkender Kolben 12 und 13 eingestellt wird; die wirksame Fläche des Kolbens 12 ist größer als die des Kolbens 13. Die Pumpe 10 saugt Druckmittel aus einem Behälter an und fördert es in eine Verbraucherleitung 15, in der eine verstellbare Drossel 20 angeordnet ist. Von der Leitung 15 zweigt eine Leitung 16 ab, die zu dem den größeren Kolben 12 aufnehmenden Druckzylinder 17 führt. Von der Leitung 16 zweigt wiederum eine Leitung 18 ab, die zu dem den kleineren Kolben 13 aufnehmenden Druckzylinder 19 führt. Die Leitung 16 geht von einer Stelle vor der Drossel 20 aus, während von einer Stelle stromabwärts der Drossel 20 eine Steuerleitung 21 abzweigt, die zu einem Stromregelventil 23 führt. Sie mündet dort am rechten Ende einer Stufe 24' mit großem Durchmesser einer Stufenbohrung 24, in deren Stufe 24" mit kleinem Durchmesser ein Steuerschieber 25 dicht gleitend geführt ist. Von der linken Seite der großen Stufe 24', welche das freie Ende bildet, geht eine Leitung 26 aus, die über die Stufe 24" der Stufenbohrung zur Leitung 16 führt. In der großen Stufe 24' ist ein Kolben 28 dicht gleitend geführt, der zusammen mit dem Steuerschieber 25 einen zweiteiligen Stufenkolben bildet. Der Kolben 28 unterteilt die Stufe 24' in einen Druckraum 29, in den die Bohrung 26 mündet, und in einen Druckraum 30, in den die Leitung 21 mündet. Der Kolben 28 hat einen Fortsatz 28', der auf einen Fortsatz 25' des Steuerschiebers 25 einwirkt. Dieser hat drei Bunde 32, 33, 34. Der Bund 34 begrenzt einen Druckraum 35 am Ende der Stufenbohrung 24, in dem eine Reglerfeder 36 angeordnet ist, die bestrebt ist, den Steuerschieber 25 zum Kolben 28 hin zu verschieben. Auf diesen wirkt eine im Druckraum 30 angeordnete schwache Feder 37 ein, die jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Etwa in der Mitte der Stufe 24" der Stufenbohrung 24 ist eine Ringnut 39 ausgebildet, die mit dem Bund 33 des Steuerschiebers zusammenwirkt und in die eine von der Leitung 16 ausgehende Leitung 40 mündet.
• In den Druckraum 35 der Stufenbohrung 24 mündet eine Leitung 41, an deren Ende ein Vorsteuerventil 42 angeordnet ist. In die Leitung 41 mündet eine von der Leitung 21 ausgehende Leitung 43, in der eine Drossel 44 angeordnet ist.
• In einem Leitungsabschnitt der Leitung 16, der zwischen den Mündungsstellen der Leitungen 40 und 26 liegt, ist eine Drossel 45 angeordnet. Links vom Bund 33 ist an der Stufe 24" der Stufenbohrung eine Entlastungsleitung 46 zum Behälter 14 ausgebildet.
• Wenn die Pumpe 10 Druckmittel in die Förderleitung 15 fördert, entsteht durch den Druckmittelsrom an der Drossel 20 eine bestimmte Druckdifferenz. Der Primärdruck p1 vor der Drossel wirkt über die Leitungen 16, 26 im Druckraum 29, während der Sekundärdruck p2 hinter der Drossel 20 über die Leitung 21 in den Druckraum 30 der großen Stufe 24' der Stufenbohrung 24 fortgepflanzt wird. Diese Druckdifferenz wird im Gleichgewichtsfall kompensiert durch die Kraft der Reglerfeder 36, die über den Steuerschieber 25 auf den Kolben 28 einwirkt. Der Druck p1 wird auch in die Druckzylinder 17, 19 übertragen.
• Überschreitet die Druckdifferenz an der Drossel 20 durch Vergrößern des Förderstroms einen durch die Reglerfeder 36 festgelegten Wert, so wird der Kolben 28 durch den nun höher gewordenen Druck im Druckraum 29 nach rechts verschoben, wobei der Bund 33 des Steuerschiebers Verbindung von der Nut 39 zum Behälter 14 herstellt. Durch die Wirkung der Drossel 45 fällt im Druckzylinder 17 der Druck und der höhere Druck im Druckzylinder 19 stellt die Pumpe auf geringere Fördermenge ein.
• Unterschreitet die Druckdifferenz an der Drossel 20 den durch die Reglerfeder 36 festgelegten Wert« so verringert sich auch die Druckdifferenz am Kolben 28, und die Reglerfeder 36 schiebt den zweiteiligen Stufenkolben nach links, so daß nun Druckmittel über die Leitungen 16, 26, die Ringnut 39 und die Leitungen 40 und 16 zum Druckzylinder 17 gelangen kann. Dadurch steigt der Druck im Zylinder 17, und es überwiegt nun die auf den Kolben 12 ausgeübte Kraft, da dessen Fläche größer ist als die des Kolbens 13. Die Pumpe wird auf größere Fördermenge eingestellt.
• Solange der Arbeitsdruck in der Förderleitung 15 unter dem Einstelldruck des Vorsteuerventils 42 liegt, arbeitet die Regeleinrichtung wie eine übliche Stromregeleinrichtung, jedoch mit höherer Empfindlichkeit Erreicht dagegen der Arbeitsdruck den Ansprechdruck des Vorsteuerventils 42, d.h. wird dieses durch den in der Leitung 41 herrschenden Druck entgegen der Kraft der Feder 46 in seine Durchflußstellung gebracht, so kann Druckmittel aus dem Druckraum 35 zum Behälter 14 abfließen. Durch den im Druckraum 35 abfallenden Druck schiebt der Kolben 28 den Steuerschieber 25 entgegen der Kraft der Feder nach rechts, so daß aus dem Druckzylinder 17 - wie oben beschrieben -wieder Druckmittel zum Behälter 14 abströmen kann und die Pumpe auf kleinere Fördermenge einstellt.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß wegen des großen Druchmessers des Kolbens 28 der Gleichgewichtszustand mit der Reglerfeder 36 schon bei einer sehr kleinen Druckdifferenz an der Drossel 20 erreicht wird. Die an der Drossel 44 entstehende Druckdifferenz, die am Steuerschieber 25 mit dem kleineren Durchmesser bei der Druckregelung wirkt, muß deshalb größer sein als die vorher genannte Druckdifferenz, um die Kraft der Feder 37 zu überwinden. So kann das Stromregelventil mit geringem Verlust arbeiten, ohne daß der Druckregler instabil wird.
• Das Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 unterscheidet sich von demjenigen nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 dadurch, daß an die Leitung 26 eine Leitung 50 angeschlossen ist, die zum Vorsteuerventil 42 führt. Sowohl in der Leitung 26 vor der Abzweigung der Leitung 50 wie auch in dieser ist jeweils eine Drossel 51 bzw. 52 angeordnet. Der Druckraum 35 wird nun über eine Leitung 53 beaufschlagt, welche von der Leitung 50 ausgeht, und zwar von einer Stelle, die stromabwärts der Drossel 52 liegt. Die Feder 37 ist auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens 28 angeordnet wie zuvor.
• Die Stromregelung arbeitet genauso wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel. Beginnt jedoch bei diesem ein kleiner Strom in der Leitung 41 zu fließen, beispielsweise durch Leckage, unerwünschte Voröffnung des Vorsteuerventils 42 oder andere Ursachen, so führt dies zu einer Verfälschung der Stromregelung im Übergangsbereich. Dieser Nachteil wird durch das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 vermieden, wenn das Druckgefälle der Drosseln 51 und 52 auf die wirksamen Flächen des nun einteiligen Stufenkolbens abgestimmt ist. Es muß sein: 3 = AD d Dies ist der Fall, wenn die p4 Ad Drosselquerschnitte nach der Beziehung Querschnitt Drossel 51 = Querschnitt Drossel 52 ausgelegt werden.
• Hierbei ista p3 der Druckabfall an der Drossel 52, p4 der Druckabfall an der Drossel 51. AD ist der Durchmesser des Kolbens 28, Ad der Durchmesser des Steuerschiebers 25.
• Weitere Voraussetzung für das Funktionieren der Einrichtung im gewünschten Sinn ist: Fläche des Kolbens 28 mehr als doppelt so groß wie die Fläche des Steuerschiebers 25 und Kraft der Feder 37 vernachlässigbar klein gegenüber der Reglerfeder 36.
• Wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, wird ein im übergangsbereich wirksam werdender Differenzdruck am Steuerschieber 25 (Druckgefälle über die Drosseln 51, 52) durch den abnehmenden Differenzdruck am Kolben 28 exakt kompensiert. Erst wenn der über das Vorsteuerventil 42 abfließende Steuerstrom einen vorbestimmten Wert erreicht, fällt die am Kolben 28 wirksame Kraft ab, da an seinen beiden Seiten derselbe Druck herrscht, nämlich der Druck hinter der Drossel 20. Dies ist etwa dann der Fall, wenn das Druckgefälle an der Drossel 5 das Gefälle an der Drossel 20 überschreitet.
• Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 besteht der Stufenkolben aus einem Steuerschieber 60 - ähnlich wie oben -und einem Kolben 61 kleineren Durchmessers, auf den die Reglerfeder 36 einwirkt und der selbst auf den Steuerschieber 60 einwirkt. Der Steuerschieber 60 ist in einer Bohrung 62 zugeführt, der Kolben 61 in einer gleiehachsigen Bohrung 63. Die Steuerleitung 41 mündet am freien Ende der Bohrung 63. Am Steuerschieber 60 ist die sich aus den Drükken in den Leitungen 21 und 26 ergebende Druckdifferenz wirksam, also wie weiter oben am Kolben 28. Alles andere ist gleich wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1.
• Der Stufenkolben nach den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 kann selbstverständlich auch einteilig ausgebildet sein. Dann bestünden z.B. die beiden Stufen 60 und 61 des Stufenkolbens nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 aus einem Teil.

Claims (5)

1. Ansprüche Einrichtung zur Regelung des Förderstroms und zur Begrenzung des Förderdrucks einer verstellbaren Pumpe (10), mit einem Stromregelventil (23), das von einer Reglerfeder (36) und der Druckdifferenz (Primärdruck P1 - Sekundärdruck p2) an einer vom Förderstrom durchflossenen Drosseleinrichtung (20) gesteuert wird, das selbst wieder eine Stelleinrichtung (17, 19) für des Stellglied (10) der Pumpe steuert, und mit einem Vorsteuerventil (42), das bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckes eine Verbindung zu einem drucklosen Raum herstellt, wodurch die Pumpe auf geringere Fördermenge eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck an den Stirnflächen des größerflächigen Abschnitts eines als StuSenkolben ausgebildeten Steuerschiebers (25, 28; 60) wirksam ist auf dessen kleinerflächige Stirnfläche die Reglerfeder und ein Steuerdruck einwirken, und daß der Steuerdruck über wenigstens eine Drossel (44 51, 52) zugeführt und durch das Vorsteuerventil auf einen bestimmten Wert begrenzt wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben einteilig ausgeführt ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (28, 25) zweiteilig ausgeführt ist und einer der beiden Abschnitte (25) als Steuerschieber ausgebildet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerdruck über die Drossel (44) aus dem Sekundärdruck der Meßdrossel (20) genommen wird.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerdruck über zwei Drosseln (51, 52) aus dem Primärdruck genommen wird, und daß die größere Stirnfläche des Stufenkolbens mit dem Druck zwischen den beiden Drosseln beaufschlagt ist.