DE2928584A1

DE2928584A1 - Elektrohydraulische steuerung fuer eine axialkolbenpumpe mit veraenderlichem hub

Info

Publication number: DE2928584A1
Application number: DE19792928584
Authority: DE
Inventors: Ellis H Born; Leo H Dillon; Paul B Wolfe
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-07-14
Publication date: 1980-03-06
Also published as: IT7949607A0; DE2928584C2; IT1118166B; FR2435616A1; CA1117365A; GB2029605A; JPS6343583B2; FR2435616B1; GB2029605B; US4216699A; JPS5535190A; NL7904342A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell eine Axialkolbenpumpe mit veränderlichem Hub, insbesondere eine Vorrichtung zur Veränderung des Pumpenhubs bzw. der Verdrängung.

Eine übliche Axialkolbenpumpe umfaßt ein Gehäuse mit einer drehbar befestigten Laufbuchse, die eine Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten Zylinderbohrungen aufweist. Eine Öffnungsplatte ist zwischen der Laufbuchse und den Einlaß- und Arbeitsöffnungen der Vorrichtung angeordnet, um wahlweise jede Zylinderbohrung mit den Einlaß- und Arbeitsöffnungen zu verbinden, während die Laufbuchse sich dreht. In jeder Bohrung ist ein Kolben angeordnet, der durch Schuhe mit einer Axialdruck- bzw. Taumelscheibenanordnung verbunden ist, die auf einer schwenkbaren Schwingnockenanordnung befestigt ist. Wenn die Laufbuchse sich dreht, gleiten die Schuhe über die Taumelscheibe, wodurch die Kolben und das Pumpenströmungsmittel hin- und herbewegt werden.

Bei einer Ausführungsform von Axialkolbenpumpen mit veränderlichem Hub wird die Schwingnockenanordnung um eine Achse geschwenkt, die senkrecht zur Drehachse der Laufbuchse ist, -um die Neigung der Taumelscheibenanordnung zu verändern. Dieses verändert den Hub der Kolben und konsequenterweise wird hierdurch die Verdrängung der Pumpe ebenfalls verändert. Ein Beispiel einer derartigen Pumpe ist in der US-PS 3 967 541 offenbart. In diesem Patent reguliert ein manuell betriebenes Ventil auf der Pumpe den Druck des Strömungsmittelflusses zu einem Strömungsmittelmotor, das beim Betrieb die Neigung des Schwingnoekens verändert.

Bei einigen Ausführungsformen ist es jedoch unvorteilhaft, eine an der Pumpe befestigte Steuerungsvorrichtung manuell zu betreiben, um den Pumpenhub einzustellen und zu verändern. Bei einigen Installationen sind die Pumpe und ihre dazugehörige Steuervorrichtung z.B. für die Bedienungsperson

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unzugänglich und die Steuerungsvorrichtung kann nicht manuell betätigt werden. ■

Es ist deshalb wünschenswert, eirf^ Steuerungsvorrichtung für eine Pumpe mit veränderlichem Hub zu schaffen, die von einer entfernten Stellung betätigt werden kann. Eine derartige Steuerungsvorrichtung, die von einem entfernten Ort betätigt werden kann, oder die eine andere Vorrichtung, die davon entfernt ist, betätigen kann, ist ein elektrisch gesteuertes Hilfsventil. Die US-PS 3 401 711 offenbart ein einziges, elektrisch betriebenes düsenartiges Empfangshilfsventil. Das Hilfsventil besitzt einen Elektromotor, der eine Steuerstufe und eine Hauptstufe betreibt. Die Hauptstufe umfaßt ein Trommelventil, das den Fluß des Strömungsmittels zum hydraulischen Motor steuert oder eine ähnliche Vorrichtung, die an einer entfernten Stelle gelegen sein kann. Der Betrieb des Trommelventils wird durch die Steuerstufe gesteuert. ' ;

Ein Problem bei der Verwendung eines Hilfsventils, wo die Steuerstufe ein Trommelventil betreibt, das wiederum den Strömungsmittelfluß zu einer hydraulischen Vorrichtung steuert, wie z.B. einem Strömungsmittelmotor, um den Pumpenhub einzustellen, liegt darin, daß die Pumpe nicht leicht dem Handbetrieb angepaßt werden kann, was jedoch im Fall des Versagens der Steuerung wünschenswert ist. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine elektrisch betätigte Steuerung für eine Pumpe zu schaffen, die ebenfalls gestattet, daß die Pumpe manuell betätigt werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft demgemäß eine elektrisch betätigte Steuerung, die den Hubeinstellmechanismus einer Pumpe mit veränderlichem Hub steuert, und bei der ebenfalls der Hubmechanismus im Handbetrieb durchgeführt werden kann, wenn die elektrisch betätigte Steuerung versagt.

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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die vorliegende Erfindung eine Steuerung zur Veränderung des Pumpenhubs schafft, die einen elektrisch betriebenen, düsenartigen Hilfsbetätiger mit einer Doppelaufnahmeöffnung umfaßt, der den Hub der Pumpe einstellt. Der Pumpenhub kann jedoch ebenfalls manuell eingestellt werden, wenn der Strömungsmittelfluß zum Hilfsbetätiger unterbrochen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Teilquerschnittsansicht der erfindungsgemäßen Axialkolbenpumpe und einen Teil der manuellen Hubsteuerungsvorrichtung für die Pumpe;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die die Innenseite einer Deckplatte zeigt, die einen Teil des Gehäuses für die Hubsteuerungsvorrichtung der Axialkolbenpumpe der Fig. bildet;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, die die

Außenseite der Deckplatte der Fig. 2 zeigt, ohne den daran befestigten Hilfsbetätiger der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht entlang der

Linie 4-4 der Fig. 3, die eine Vorrichtung in der Deckplatte zum Beaufschlagen der Pumpenhubsteuerung in eine zentrale Stellung zeigt;

Fig. 5 eine Draufsicht, teilweise weggebrochen, die

den Hilfsbetätiger der vorliegenden Erfindung,

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angebracht an die Deckplatte, zeigt;

Fig. 6 eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. *5;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 der Fig. 6 des Kraftmotors und der Steuerstufe des Hilfsbetätigers;

Fig. 8 eine in Einzelteile aufgelöste perspektivische Darstellung der beweglichen Elemente im Elektromotor; :

Fig.. 9 vergrößerte Ansichten der gegenüberliegenden ; ^un Seiten der in Fig. 8 gezeigten Drehkreuze;

Fig.11 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Rückführungsfederung, die im Hilfsbetätiger der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 12 eine schematische Ansicht, die die Verbindung zwischen den AufnahmeÖffnungen in der Steuerstufe und den Kolben in der Hauptstufe des vorliegenden Hilfsbetätigers zeigt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Axialkolbenpumpe gezeigt, die ein Behältnis 11 besitzt, das ein zentrales Gehäuse 12 umfaßt sowie eine Endkappe bzw. einen Deckel 13 am einen Ende und eine nicht gezeigte Öffnungskappe am anderen Ende. Das Behältnis 11 kann durch Bolzen oder andere bekannte Mittel befestigt werden*

Das Behältnis 11 besitzt einen Hohlraum 14, in dem eine drehbare Zylinderlaufbuchse 15 auf Rollen 16 eines Lagers 17 befestigt ist, das eine äußere Bettung 18 besitzt, die gegen eine Gehäuseschulter 19 angedrückt wird. Eine Antriebs· nutenwelle 20 ist durch eine¹Bohrung 21 in der Endkappe 13 durchgeführt und steht mit einer mit Keilwellen versehenen

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Zentralbohrung 22 in der Laufbuchse 15 in Eingriff, und treibt dadurch·die Pumpe an.

Die Laufbuchse 15 besitzt eine Vielzahl von Bohrungen 23» die gleichmäßig und umfangsmäßig um ihre Rotationsachse herum beabstandet sind. Eine Hülse 24 ist in jeder Bohrung 23 angeordnet und nimmt einen Kolben 25 auf. Der Kolben 25 besitzt einen Kugelkopf 26, der in einer Passung 27 eines Schuhes 28 aufgenommen wird. JederjSchuh bzw. jedes Gleitstück 28 wird gegen eine flache Scheibe oder Axialdruckscheibe 29 gedrückt, die auf einem beweglichen Schwingnocken 30 durch eine Schuhhalteranordnung befestigt ist, wie sie in der US-PS 3 967 541 beschrieben ist, wo ferner die genaueren Einzelheiten der Pumpe und der manuellen Hubsteuerung beschrieben werden, die ebenfalls dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört.

Die Rotation der Antriebswelle 20 durch eine Antriebsmaschine, z.B. einen nicht gezeigten Elektromotor, bewirkt eine Drehung der Laufbuchse 15. Wenn der Schwingnocken un die Taumelscheibe 29 von einer neutralen oder mittleren Stellung (minimale Strömungsmittelverdrängung) geneigt sind, normal zur Achse der Welle 20, bewegen sich die Kolben hin und her, während die Gleitstücke 28 über die Taumelscheibe 29 gleiten. Während die Kolben 25 sich aus der Laufbuchse 15 hinausbewegen auf den Schwingnocken 30 zu, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, wira in den Hülsen 24 Strömungsmittel mit niedrigem Druck aufgenommen. Während sich die Kolben in die Laufbuchse 15 hineinbewegen, auf die nicht gezeigte Öffnungsplatte hinzu, verdrängen sie Strömungsmittel mit hohem Druck in die Ausströmöffnung. Der Pumpenhub nimmt dabei zu, während die Neigung der Taumelscheibe 29 erhöht wird.

Der Pumpenhubveränderungsmechanismus wird nachfolgend beschrieben. Der Schwingnocken 30 besitzt eine bogenförmige

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Lagerflache 31» die in einer komplementären Fläche 32 aufgenommen wird, die auf dem Schwingnockenträger 33 ausgebildet ist, der im Enddeckel 13 befestigt ist. Der Schwingnocken 30 wird im Schwinghpckenträger 33 durch einen Strömungsmittelmotor geschwenkt.

Ein Flügel oder Motorteil 34 ist einstückig mit der Seite des Schwingnocken 30 ausgebildet und fest damit verbunden und ist ebenfalls beweglich damit. Der Flügel 34 erstreckt sich über die Lagerflache 32, und überdeckt die Seite 35 des Schwingnockenträgers 33 ₃ so daß der Mittelpunkt des Flügels 34 bei der Fläche 32 liegt. Der Flügel 34 besitzt einen zentralen Schlitz 36, der eine Dichtungsanordnung aufnimmt.

Ein Flügelgehäuse 38 wird auf dem Träger 33 durch Bolzen angeordnet und wird am Träger 33 durch Bolzen 40 befestigt. Eine Hälfte des"Flügelgehäuses 38 überdeckt den Schwingnocken 30, so daß der Flügel 34 in einer bogenförmigen Kammer 41 im Gehäuse 38 aufgenommen wird. Eine nicht gezeigte Abdeckung schließt das Ende des Flügelgehäuses_38 ab und wird durch Bolzen 40 befestigt. In dieser Form zusammengesetzt, teilen der Flügel 34 und seine Dichtungsanordnung 37 die Kammer 41 in ein Paar ausdehnbarer Stromungsmittelkammern 42,43s die einen Strömungsmittelmotor bilden.

Der Strömungsmittelmotor wird dadurch betrieben, daß ein unter Druck stehendes Strömungsmittel zu einer der Kammern 42,43 geliefert wird und gleichzeitig Strömungsmittel aus der anderen Kammer 42,43 ausgestoßen wird, um den Flügel 34 innerhalb der Kammer 4l zu bewegen. Der Betrieb des Strömungsmittelmotors wird durch einen Hilfs- oder nachfolgenden Steuerventilmechanismus gesteuert, der den Nachschub des unter Druck stehenden Strömungsmittels zu den

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Kammern 42,43 reguliert. Der Mechanismus umfaßt eine das Strömungsmittel aufnehmende Ventilplatte 44, die auf dem Schwingnocken 30 durch Bolzen 45 befestigt ist. Die das Strömungsmittel aufnehmende Ventilplatte 44 und der Flügel 34 bewegen sich entlang konzentrisch gekurvter Weglängen, wenn der Schwingnocken 30 bewegt wird. Die Ventilplatte 44 besitzt ein Öffnungspaar 46,47, die mit den entsprechenden Kammern 42,43 durch ein Paar durchbohrter Führungen 48,49 verbunden sind, die im Flügel 34 auf jeder Seite der Dichtungsanordnung 37 enden.

Zum Betrieb des Strömungsmittelmotors im entgegengesetzten Uhrzeigersinn, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird das unter Druck stehende Strömungsmittel zur öffnung 46 geliefert und fließt durch die Führung 48 in die Kammer 42, um den Flügel 34 und den Schwingnocken 30 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn zu bewegen. Die Ausdehnung der Kammer 42 bewirkt, daß die Kammer 43 sich zusammenzieht und Strömungsmittel durch die Führung 49 aus der öffnung in das Pumpengehäuse ausstößt. Zum Betrieb des Strömungsmittelmotors im Uhrzeigersinn, wird der Strömungsmittelfluß umgekehrt. Unter Druck "tehendes Strömungsmittel wird zur öffnung 47 geliefert und fließt durch die Führung 49 und dehnt die Kammer 43 .aus, um den Flügel 34 und den Schwingnocken 30 im Uhrzeigersinn zu bewegen. Die Kammer zieht sich zusammen und stößt Strömungsmittel durch die Führung 48 aus der öffnung 46 in das Pumpengehäuse hinein.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen den Teil des nachfolgenden Steuerungsventilmechanismus, der ausgewählt Strömungsmittel zu den öffnungen 47,47 in der Ventilplatte 44 liefert und wird im folgenden beschrieben. Eine Eingabe bzw. Einlaßwelle 51 wird in einer Bohrung 52 in der Deckplatte 53 gelagert und ragt nach außen aus der Deckplatte 53 zur Befestigung an einem elektrisch betriebenen Hilfsbetätiger der vorliegenden Erfindung hervor und wird weiter unten beschrieben. Ein Arm

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der im Inneren der Deckplatte angeordnet ist, wird an dem Teil der Eingabewelle 51 befestigt, der von der Deckplatte 53 nach innen hineinragt. Die Deckplatte 43wird am Gehäuse durch übliche Befestigungsmittel, z.B. nicht gezeigte Bolzen, befestigt.

Das Einlaßventilteil umfaßt ein Paar identischer Ventilgleitstücke bzw. Schuhe 59*60, die in einer nicht gezeigten Bohrung im Arm 58 aufgenommen sind. Das Gleitstück 59 liegt auf einer flachen Innenfläche 54 der Deckplatte 53 auf und der Schuh bzw. das Gleitstück 60 liegt auf der flachen Fläche 61 der Ventilplatte 44 auf. Jedes Gleitstück 59,60 besitzt eine nicht gezeigte Zentralbohrung, die sich in die Strömungsmittelöffnungen 62 bzw. 63 öffnet. Die öffnungen 62,63 sind dazu ausgerichtet und miteinander in strömungsmittelmäßiger Verbindung, und werden kontinuierlich von einer nicht gezeigten öffnung in der Deckplatte 53 mit Strömungsmittel versorgt.

Im folgenden wird der Betrieb des Strömungsmittelmotors: durch den Hilfssteuerungsventilmechanismus zur Veränderung des Pumpenhubs beschrieben. Wenn der Strömungsmittelmotor ruht, liegt die Strömungsmittelöffnung 63 im Gleitstück 60 zwischen den Ventilöffnungen 46 und 47 und die öffnungen werden durch flache Stücke 66,67 auf den Gleitstücken bedeckt. Um den Pumpenhub zu verändern, wird die Eingabewelle 51 in einer Richtung gedreht und der Schwingnocken geschwenkt. Auf diese Art und Weise wird, wenn die Eingabewelle 51 im Uhrzeigersinn bewegt wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich, der Schuh bzw. das Gleitstück 60 im Uhrzeigersinn bewegt und richtet die Strömungsmittelöffnung 63 mit der öffnung 47 aus, während die öffnung 46 unbedeckt ist. Das unter Druck stehende Strömungsmittel fließt dann von der öffnung 43 in die öffnung 47 über den Weg 49 in die Kammer 43·

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Gleichzeitig wird aus der Kammer 42 das Strömungsmittel über den Weg 48 und aus der unbedeckten öffnung 46 ausgestoßen. Dieses bewirkt ein Schwenken des Schwingnockens im Uhrzeigersinn, wie schon oben beschrieben wurde. Der Schwingnocken 30 wird in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung in der gleichen Weise geschwenkt, wenn die Eingabewelle in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung bewegt wird, um die öffnung 63 mit der Ventilplattenöffnung 46 auszurichten.

Ein genauer Nachlauf wird vorgesehen, da die Winkelbewegung des Schwingnockens 30 und der Platte der Bewegung der Eingabewelle 51 gleicht. Wenn der Schwingnocken 30 und die Ventilplatte 44 sich über den gleichen Winkel wie die Eingabewelle 51 bewegt hat, wird die öffnung 63 zwischen den öffnungen 46, 47 zentriert, während die flachen Stücke 66,67 die öffnungen 46,47 bedecken und der Strömungsmittelmotor anhält.

Fig. 4 offenbart einen Mechanismus zum automatischen Zentrieren oder Verstellen des Pumpenhubs (destroking), in dem 'die Eingabewelle 51 zur minimalen Hubstellung bewegt wird, wenn keine Kraftvorhanden ist, die die Eingabewelle 51 zum Drehen veranlaßt. Dieser Mechanismus wird im einzelnen in der US-PS 3 982 470 beschrieben, die wiederum dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört. Ein Betriebsteil in Form eines Bolzens 68 ragt vom Arm 58 (vergl. Fig. 3) nach oben durch einen länglichen Schlitz 69 in der Deckplatte 53 heraus (vgl. Fig. 2) und in die Bohrung 70 hinein. Ein Paar gegenüberliegender Spulen bzw. Rollen 71»22 in der Bohrung stehen in Eingriff mit dem Bolzen 68 und werden durch die Federn 74,75 in einer mittigen Stellung beaufschlagt, wo sie mit dem Haltemittel oder Bolzen 73 in Eingriff stehen. Die Federn 74, 75 sitzen auf den Spulenschultern 76,77 und stehen in Eingriff mit den Bohrungen 78,79 in den Enddeckeln 80 bzw. 8l.

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Der Bolzen 68 besitzt den gleichen Durchmesser wie der Haltebolzen 73, so daß die Stellung von Bolzen 68 und Arm 58 genau durch die Stellung des Bolzens 73 festgelegt wird. Der Haltebolzen 73 ist in einer exzentrischen Bohrung

82 eines Teils 83 gelagert, das in die Bohrung 84 eingeschraubt ist. Um die minimale Verdrängung oder die neutrale Stellung des Schwingnockens 30 einzustellen, wird das Teil

83 gedreht, wobei sich der Stopbolzen 73 axial in die Bohrung 70 bewegt. ^:eses bewirkt, daß die Haltestellung der Spulen 71,72 und der Bolzen 68 sich bewegen, was den Arm 58 schwenkt. Wenn der Strömungsmittelmotor den Schwingnocken 30 in die neutrale Stellung führt, wird das Teil 83 durch eine Befestigungsmutter 85 festgehalten.

In den Fig. 5 und 6 wird der elektrisch betriebene Hilfsbetätiger 86 der vorliegenden Erfindung gezeigt, wie er auf der Außenseite der- Deckplatte 53 befestigt ist. Er ist an der Deckplatte 53 durch nicht gezeigte Bolzen befestigt. Der Betätiger 86 umfaßt einen elektrischen Kraftmotor 87, eine Steuerstufe 88 und eine Ausgangsleistungs- oder Hauptstufe 89. Die Steuerstufe 88 ist ein Verstärker, der die Kraft "vom Mqt.or 87 erhält und eine Ausgangsleistung liefert, deren Größe und Richtung proportional zur Kraft ist. Diese Leistung betreibt ein bewegliches Teil in der Hauptstufe 89, das sich in der Eingangswelle (input shaft) 51 dreht. Die Konstruktion und der Betrieb des Hilfsbetätigers 86 und die Verbindung der Hauptstufe 89 zur Eingangswelle 51 wird im folgenden beschrieben.

In Verbindung mit den Fig. 5 bis 7 werden der Kraftmotor 87 und die Steuerstufe 88 gezeigt, die in einer zylindrischen Kammer 91 eingeschlossen sind, die im Gehäuse 90 ausgebildet ist. Das Gehäuse 90 ist an einem Ende durch eine Kappe bzw. einen Deckel 92 geschlossen. Das andere Ende des Gehäuses stößt an das Hauptstufengehäuse 94 an. Es sind Bolzen oder dergl. 93 vorgesehen, die durch den Deckel 92 hindurchverlaufen

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sowie ein Gehäuse 90 und ein Eingangshauptstufengehäuse 94, um die beiden Gehäuse zu verbinden.

Der Kraftmotor 87 umfaßt ein inneres Polstück 96, das einen zylindrischen Teil 97 an dem einen Ende aufweist, sowie einen kegelförmigen Körper 98, der den zylindrischen Teil 97 mit einem Plansch am gegenüberliegenden Ende verbindet. Der Plansch 99 sitzt auf der oberen Fläche 100 einer Steuerstufenbefestigungsplatte 101, die gegen den Boden 102 der Kammer 91 aufliegt. Ein Ende des zylindrischen Permanentmagneten 103 ist auf der oberen Fläche des Flansches 99 befestigt. Ein zylindrisches äußeres Polstück 104 sitzt auf dem anderen Ende des Permanentmagneten 103 und besitzt eine Innenfläche, die mit dem inneren zylindrischen Teil 97 des Polstücks zusammenwirkt und einen ringförmigen Spalt 105 bildet. Der magnetische Fluß ist radial über den Spalt 105 gerichtet.

Ein Abstandsstück 106 und ein Paar Belleville-Federscheiben 107,108 zwischen dem äußeren Polstück 104 und der Endkappe bzw. dem Enddeckel 92 halten den Motor und die Steuerstufenbefestigμngsplatte 101 in der Kammer 91·

Erfindungsgemäß sind die Polstücke 96,104 derart angeordnet, daß der Spalt 105 in einem Hohlraum 124 liegt, der entfernt von der Steuerstufe 88 ist. Konsequenterweise fließt lediglich eine relativ geringe ölmenge in den Hohlraum 124 und eine reduzierte Anzahl von Eisenpartikeln im öl wird von den Polstücken 96,104 im Bereich des Spaltes 105 angezogen. Dies verhindert, daß die bewegliche Spule 110 sich aufgrund einer Ansammlung von Partikeln festsetzt bzw. festfrißt.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen die beweglichen Teile des Kraftmotors 87, der eine Spule 110 umfaßt, die axial im ringförmigen Spalt zwischen den inneren und äußeren Polstüeken 96,104 bewegbar ist

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und auf einem Drehkreuz 115 befestigt ist, das aus nichtmagnetischem Material, z.B. Kunststoff, hergestellt ist. Elektrischer Strom wird zur Spule 110 über die Drähte 111,112 geliefert. Das Drehkreuz 115 ist mif einem identischen zweiten Drehkreuz 115' durch eine Betätigungswelle 113 verbunden. Die Drehkreuze 115,115' sind federnd an den gegenüberliegenden Enden des Kraftmotors 87 befestigt, wie weiter unten beschrieben wird.

Jedes Drehkreuz 115,115' besitzt eine Nase 116, eine zentrale öffnung 117 und vier radial hinausragende Sehenkel 118 mit nahe am Ende gelegenen Schlitzen 119. Die Spule 110 wird in den Schlitzen 119 im Drehkreuz 115 aufgenommen. Jedes Drehkreuz 115,115' besitzt ferner einen mittigen Schlitz 123» der der Nase Il6 gegenübergelegen ist und einen Arm einer dreiarmigen Feder 120, 120' aufnimmt, die federnd die Drehkreuze 115,115' lagert. Zwei Arme der Befestigungsfeder 120 sind an den Stützen 121 auf dem äußeren Polstück 104 durch nicht gezeigte Schrauben angebracht, um dadurch das Drehkreuz 115 angrenzend am Polstück 104 zu befestigen. Die beiden Arme der Befestigungsfeder 120' sind an den Stützen auf der Befestigungsplatte 101 durch nicht gezeigte Schrauben befestigt, um dadurch das Drehkreuz 115' angrenzend an die Steuerstufe 88 zu befestigen. Die beiden Drehkreuze 115,115' sind durch eine Betätigungswelle 113 verbunden, die aus der öffnung 117 im Drehkreuz 115 hervorragt und durch eine Bohrung 114 im Polstück 96 hindurchführt und in einer öffnung 117' im Drehkreuz 115' befestigt ist. Ein V-förmiger Amboss 137 ist im Schlitz 123' im Drehkreuz 115' angeordnet ; und ist mit einem beweglichen Teil· in der Steuerstufe 8:8 im Eingriff. Auf diese Art und Weise schaffen die Federn 120,120' eine federnde Befestigung für die Spule 110, die Betätigungswelle 113 und die Drehkreuze 115,115' mit niedriger Reibung.

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Wenn Strom zur Spule 110 fließt, bewegt sich die Spule 110 axial in den Spalt 105. Die Größe und Richtung der axialen Bewegung wird durch den Eingangsstrom festgelegt. Die Bewegung der Spule 110 und des'^Drehkreuzes 115 wird auf das Drehkreuz 115' durch die Betätigungswelle 113 übertragen. Die Bewegung des Drehkreuzes 115' treibt die Steuerstufe 88 an, wie weiter unten beschrieben wird.

Die Steuerstufe 88 umfaßt ein dünnes, hohles düsenartiges Rohr bzw. Röhre 125, dessen eines Ende in einer öffnung 126 in der Steuerstufenbefestigungsplatte 101 befestigt ist, wie am besten aus Fig. 7 hervorgeht. Da die Düse 125j verglichen mit ihrem Durchmesser, relativ lang ist, bewegt eine gegen die Seite des Rohres 125 ausgeübte Seitenkraft, daß sich das freie oder Mündungsende 128 des Rohres in einen Ausmaß abbiegt, das proportional zu dieser Kraft ist. Der V-förmige Amboss 137 auf dem Drehkreuz 115' tritt in Eingriff mit der einen Seite des Rohres 125· Auf diese Weise wird die axiale Bewegung der Spule 110 auf das Düsenrohr 125 übertragen. Die Größe dieser auf das Rohr 125 durch den Amboss 137 ausgeübten Kraft ist direkt proportional zur Größe und Richtung des Stromeinganges zur Spule 110.

Eine nicht gezeigte Quelle des Hilfsdruckströmungsmittels ist mit einer öffnung 127 in der Befestigungsplatte 101 verbunden. Die öffnung 127 öffnet sich in eine öffnung 126, die mit dem Einlaßende des Düsenrohres 125 verbunden ist. Das Hilfsdruckströmungsmittel fließt durch das Rohr 125 und wird durch das Mündungsende 128 des Rohres 125 ausgestoßen, das dicht über dem Paar der Aufnahmeöffnungen 129, 130 in der Befestigungsplatte 101 angeordnet ist, die das unter Druck stehende Strömungsmittel wie in Fig. 12 gezeigt wird, aufnimmt. Wenn das Düsenrohr 125 durch die Spule 110 im Kraftmotor bewegt wird, liefert das Rohr 125 eine höhere

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Strömungsmittelmenge mit höherem Druck zu einer Aufnahmeöffnung 129,130 und eine geringere Strömungsmittelmenge mit geringerem Druck zur anderen öffnung.

In Verbindung mit den Fig. 5 und 12 wird die Hauptstufe 89 gezeigt, die einen Kolben 133 umfaßt, der in einer Bohrung 140 im Hauptstufengehäuse 94 beweglich ist. Die Aufnahmeöffnungen 129,130 in der Steuerstufe 88 sind durch Strömungsmittelwege 154,155 mit den Kammern 132,131 verbunden, die an den Enden des Kolbens 133 in der Bohrung l40 ausgebildet sind. Die Stellung des Mündungsendes 128 in Bezug zu den öffnungen 129,130 bestimmt, ob der Kolben 133 stationär ist oder sich bewegt. Wenn das Ende 128 zwischen den öffnungen 129,130 mittig angeordnet ist, empfängt jede öffnung die gleiche Menge an Hilfsströmungsmittel mit dem gleichen Druck, wobei jede Kammer 131,132 den gleichen Druck besitzt und der Kolben 133 stationär ist. Falls das Ende 128 näheran einer der öffnungen 1.29*bzw. 130 ist, nimmt die eine öffnung eine höhere Menge an Hilfsströmungsmittel mit größerem Druck auf als die andere öffnung, wobei eine Kammer I3I bzw. 132 Strömungsmittel mit größerem Druck aufnimmt als die andere Kammer und die Druckdifferenz über den Kolben 133 bewirkt, daß er sich bewegt. - - :

Die Hauptstufe 89 umfaßt eine Vorrichtung zur Begrenzung des maximalen Pumpenhubs. Die Sehrauben l60,l6l sind in die Bohrungen l62 bzw. I63 "im Gehäuse 94 an gegenüberliegenden Enden der Bohrung l40 eingeschraubt. Die Schrauben l60,l6l begrenzen die äußere Bewegung des Kolbens 133 und dadurch begrenzen sie die maximale Verdrängungseinstellung der Pumpe durch den Hilfsbetätiger 87. Die Befestigungsmuttern 164, 165 verhindern, daß sich die Schrauben l60,l6l bewegen, wobei Schutzkappen 166,167 die Schrauben bedecken.

Die Befestigung des Haupstufenkolbens 133 an der Eingabe-

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welle 51 geht am besten aus den Pig. 5 und 6 hervor. Ein Antriebsarm 147 ist fest an der Eingabewelle 51 angebracht, angrenzend an einen Leerlaufarm 146, der auf den Lagern der Welle 51 gelagert ist. Der Leerlaufarm 146 ist mit dem Hauptstufenkolben 133 durch eine Stummelwelle 144 verbunden, deren eines Ende in die Bohrung 145 im Arm 146 hingedrückt ist. Ein Lager l4l, das eine teil-kugelförmige Außenfläche 142 besitzt, ist am anderen Ende der Welle 144 schwenkbar gelagert und besitzt eine Außenfläche 142, die in einem Schlitz 143 in der Mitte des Kolbens 133 gelagert ist.

Ein Leerlaufmechanismus verbindet die beiden Arme 146,147. Ein Bolzen 148, dessen eines Ende in den Antriebsarm 147 hineingedrückt ist, ragt in eine bogenförmige Nut 149 hinein, die im Leerlaufarm 146 ausgebildet ist. Die Nut 149 besitzt eine ausreichende Länge, um eine geringe Bewegung zwischen Leerlaufarm 146 und Antriebsarm 147 zu ermöglichen. Dieser Leerlaufmechanismus ermöglicht eine geringe Bewegung des Flauptstufenkolbens 133, ohne daß eine entsprechende Bewegung der Eingabewelle 51 bei der Nullhubstellung auftritt. Dieses verhindert di„. Bewegung des Kolbens 133 aufgrund von Temperaturveränderungen innerhalb des Hilfsbetätigers 86 unter Beeinträchtigung des Pumpenhubs bei der Nullflußstellung. Wenn die Eingabewelle 51 nicht an der Nullhubstellung ist, eliminieren die Zentrierungsfedern 74,75 jeglichen Leerlauf.

Das Düsenrohr 125 in der Steuerstufe 88 nimmt zusätzlich zum Zwangsbefehl vom Zwangsmotor 87 eine Rückkopplungskraft von der Eingabewelle 51 auf. Die Fig. 5 und 11 zeigen eine Rückführungs- bzw. Rückkopplungsfeder 138, die einen umwickelten Bodenteil I50 umfaßt, sowie einen fest gewickelten konischen Teil 151 und eine Spitze 152, die axial aus dem Teil 151 herausragt, deren Spitze 152 in einer Rückführungsfassung 153 im Antriebsarm l47 befestigt ist und dessen gewickelter

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Teil 150 in der Mitte des Drehkreuzes 115' angrenzend an das düsenartige Rohr 125 befestigt ist. Die Rückführungsbzw. Ruckkopplungsfeder 138 gleicht die durch die Spule 110 auf das düsenartige Rohr 125 ausgeübte Kraft aus und zentriert das Rohr 125 zwischen den Aufnahmeöffnungen 129,130, wenn die Eingabewelle; die Sollstellung erreicht.

Aufgrund der Toleranzen in den Teilen und den mechanischen Verbindungen, ist es notwendig, eine Nulleinstellung vorzusehen. Eine Kompressions-Nullfeder 134, die einen umwickelten Bodenteil 156, einen fest gewickelten konischen Teil 157 und eine Spitze_ I58 umfaßt, hat ihren umwickelten Teil 156 in der Mitte des Drehkreuzes II5 angrenzend an die Befestigungsfeder 120 angebracht, wobei die Spitze I58 in der Bohrung 159 einer Einstellungsschraube 135 befestigt ist. Die Einstellungsschraube 135 ist in einer mit Gewinde versehenen Bohrung 136 in der Endkappe 92 befestigt und wird eingestellt, um die Nullfeder 134 mit axialer Kraft auf die Drehkreuze 115,115' und die Betätigungswelle 113 zu beaufschlagen, um das düsenartige Rohr 125 zwischen den Aufnahmeöffnungen 129,130 zu zentrieren, wenn die Spule 110 unerregt ist und die Pumpe in einer neutralen oder mittigen Stellung ist.

Der Betrieb des hydraulischen Betätigers 86 der vorliegenden Erfindung läuft wie folgt ab. Eine elektrische Speisung in Form eines Gleichstroms mit niedriger Spannung wird zur Spule 110 im Zwangsmotor (force motor) 87 geliefert. Dieses bewirkt, daß die Spule 110, die Drehkreuze 115*115' und die Betätigungswelle 113 sich axial bewegen. Die axiale Bewegung des Drehkreuzes 115' bewirkt, daß das düsenartige Rohr 125 in der Steuerstufe 88 entsprechend zu den Aufnahmeöffnungen 129,130 verschoben wird. In der verschobenen Stellung liefert das Düsenrohr 125 Strömungsmittel mit erhöhtem Druck zu einer der Kammern I3I bzw. 132, angrenzend

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an die Enden des Kolbens 133 in der Hauptstufe 89 bzw. Strömungsmittel mit reduziertem Druck zur anderen Kammer 131 bzw. 13?. Die DruckdLfTer-pn/, bewirkt, daß der Hauptstufenkolben 133 sich in der axialen Bohrung l40 und der schwenkbare Leerlaufarm sich auf der Eingabewelle 51 bewegen. Die Bewegung des Leerlaufarmes 146 bewirkt eine entsprechende Bewegung des Antriebsarms 147 durch den Leerlaufmechanismus und die entsprechende Drehung der Eingabewelle 51. Die Drehung der Eingabewelle 51 treibt- den Hubveränderungsmechanismus der Pumpe an, wie schon oben beschrieben wurde.

Die Rückführung von der Eingangswelle 51 zum Düsenrohr läuft wie folgt ab. Während der Antriebsarm 147 sich dreht, wird die Rückführungsfassung 153 geschwenkt und die auf die Rückführungsfeder I38 ausgeübte Kraft nimmt zu. Die Rückführungsfeder I38 übt eine Kraft auf die Seite des Düsenrohres 125 aus, was dazu führt, daß das Rohr 125 zwischen den Aufnahmeöffnungen 129,130 zentriert wird. Die axiale Bewegung des Kolbens 133 und die entsprechende Bewegung des Antriebsarmes 147 setzen sich so lange fort, bis ein Gleichgewicht zwischen den auf die Seiten des Düsenrohres einwirkenden Kräfte erreicht ist und das Düsenrohr zwischen den Aufnahmeöffnungen 129, 130 zentriert ist.

Der erfindungsgemäße Betätiger ist eine versagungsfreie Vorrichtung. Falls der Nachschub an HilfsdruckströmungsmiLuel zum Düsenrohr 125 unterbrochen wird, ist der Strömungsmitteldruck an den Aufnahmeöffnungen 129,130 und an jedem Ende des Kolbens 133 gleich, und die Zentrierungsfedern 74,75 bewegen automatisch den Eingabearm zur minimalen Pumphubstellung. Das veryajr.unr.sfreie Merkmal des hydraulischen Betätigers 86 gestattet ebenfalls, daß die Eingabewelle 51 von der Hand betrieben werden kann. Ein manueller Betriebsarm I70 ist fest ein der Eingabewelle 51

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befestigt. Wenn der Betätif>;er 86 der vorliegenden Erfindung durch die Unterbrechung des Hilfsdruckströmungsmittels nicht betriebsbereit ist, kann der Pumpenhub manuell durch die Bewegung des Griffes 170 eingestellt werden. In diesem Fall muß der Griff 170 in der gewünschten Position gehalten werden, da die Zentrierungsfedern 7^,75 automatisch den Pumpenhub auf die minimale Hubeinstellung einstellen, falls die Eingabewelle 51 nicht durch den Betätiger 86 oder eine auf den Eingabegriff I70 einwirkende Kraft betätigt wird.

Aus obigem ist ersichtlich, daß erfindungsgemäße eine Steuerung zur veränderlichen Einstellung des Hubs bei Axialkolbenpumpen geschaffen worden ist, die elektrisch betätigt werden kann und die im Falle des Versagens, einen manuellen Betrieb der Pumphubeinstellungsvorrichtung ermöglicht.

Für den Fachmann sind zahlreiche Veränderungen denkbar, ohne daß jedoch der erfindungsgemäße Rahmen verlassen wird.

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ORiGiNALlNSPECTED

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Claims

RAFFAY * BOETERS «♦ 2 ".

PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. VINCENZ V. RAPFAV

POSTFACH 323217 HAMBURO

D-2OOO HAMBURG 13 O)PU-OHEM. DR. HANS D. BOETERS

MDNOHEN

12. Juli 1979 KANZLEI:

QEFFCKENSTRASSEe TELEFON: CO4O3 47 8O S3 TELEGRAMME: PATFAV, HAMBURG

ABEX CORPORATION unsereakte: 2014/17

eine Gesellschaft nach den Gesetzen
des Staates Delaware, U.S.A.

Fifth Avenue, New York, New York IOO36/U.S.A.

Elektrohydraulisch^ Steuerung für eine Axialkolbenpumpe mit veränderlichem Hub.

Patentansprüche

Elektrohydraulisch^ Steuerung für eine Axialkolbenpumpe mit veränderlichem Hub und einem Gehäuse (11), einer eine öffnung im Gehäuse verschließenden Deckplatte (53), einem Paar Strömungsmittelöffnungen, einer schwenkbar befestigten Axialdruck- oder Taumelscheibe (29) zur Hubveränderung der Vorrichtung, einem Strömungsmittelmotor (34,42,43) zum Schwenken der Taumelscheibe zwischen einer Stellung maximaler Strömungsmittelverdrängung in eine Richtung und einer Stellung maximaler Strömungsmittelverdrängung in der anderen Richtung, wobei eine mittlere Stellung dazwischen minimale Strömungsmittelverdrängung besitzt, sowie ein Mittel (44), das ein Hilfsdruckstromungsmittel liefert, um den StrÖmungsmittelmotor (34,42,43) zu betreiben, einschließlich einer Einlaßvorrichtung (51,58,59,60) zum ausgewählten Betrieb des Strömungsmittelmotors (34,42,43), um die Axialdruck-

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PROFESSl ONAL REPRESE NTATIV ES BEFORETHE EUROPEAN PATE NT OPFIOE

bzw. Taumelscheibe (29) in die Stellung zu bewegen, die durch die Einlaßvorrichtung vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsbetätiger (86) einen Elektromotor (87), eine ^v"St euer stufe (88) und eine Hauptstufe (89) umfaßt, und daß der Elektromotor (87) ein Signal an der Steuerstufe (88) erzeugt, das proportional zur elektrischen Eingangsgröße am Motor

(87) ist und daß die Steuerstufe (88) einen Strömungsmitteleinlaß an der Hauptstufe (89) erzeugt, der proportional zum Signal ist, das er vom Motor (87) erhält, wobei ein Mittel (125) vorgesehen wird, daß das Hilfsdruckströmungsmittel zum Betrieb der Steuerstufe

(88) liefert und das Mittel (144,146,147) die Hauptstufe des Hilfsbetätigers (86) mit der Einlaßvorrichtung (51,58) derart verbinden, daß sich die Einlaßvorrichtung ansprechmäßig zur Bewegung der Hauptstufe (89) bewegt, und daß ein Rückführungsmechanismus (138,147) die Einlaßvorrichtung (51, 58) mit der Steuerstufe (88) verbindet, wobei ein Mittel (170) vorgesehen ist, mit dem die Einlaßvorrichtung (51,58) manuell betätigt werden kann, sowie Mittel zum Unterbrechen des Nachschubs an Hilfsdruckströmungsmittel zur Steuerstufe (88), und daß Handbetriebsmittel die Einlaßvorrichtung betreiben können, wenn der Nachschub an Hilfsdruckströmungsmittel z.ur Steuerstufe (88) unterbrochen ist.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Federungsmittel (74,75) zum Bewegen der Einlaßvorrichtung (51j58) zu einer Mittelstellung vorgesehen werden, die die Einlaßvorrichtung (51,58) zur minimalen Strömungsmittelhubstellung bringen, wenn der Nachschub des Hilfsdruckströmungsmittels zur Steuerstufe (88) unterbrochen ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel (I44,l46,l47) eine Leerlaufvor-

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ORIGINAL INSPECTED

richtung (148,1^9) umfaßt, die eine begrenzte Bewegung des Hilfsbetätigers der Hauptstufe (89) aufgrund von Temperaturveränderungen im Hilfsbetätiger (86) gestattet, ohne die Einlaßvorrichtung bei der Rull^Hubeinstellung zu stören, so daß die Temperaturveränderungen im Hilfsbetätiger (86) die Null-Hubeinstellung der Pumpe nicht verändern.

Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführungsmechanismus (138, 147) eine Rückführungsfassung (153) umfaßt, die auf der Einläßvorrichtung befestigt ist und daß eine Feder (138) vorgesehen ist, die an einem Ende (151) konusförmig fest gewickelt ist, um die Steifheit bzw. Festigkeit der Feder zu erhöhen, und daß eine Spitze (152) aus dem Konusende (151) hervorragt, und daß die Federspitze (152) mit der Rückführungsfassung (153) in Eingriff steht.

Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (88) des Hilfsbetätigers eine Düse (125) umfaßt, die zwischen einem Paar Aufnahmeöffnungen (129, 130) angeordnet ist, wobei das Hilfsdruckströmungsmittel durch die Düse (125) fließt,und daß die Bewegung der Düse (125) das Hilfsdruckströmungsmittel mit erhöhtem Druck und "Volumen zu einer der Aufnahmeöffnungen (129*130) liefert, um die Hauptstufe (89) in einer Richtung zu betreiben, um dadurch die Einlaßvorrichtung (51»58) in eine Richtung zu bewegen, um den Strömungsmittelmotor in eine Richtung zu bewegen, wobei der Elektromotor (87) eine elektrische Spule (110) "umfaßt, und eine Verbindung (113) mit der Spule (110) verbunden ist, und daß die Verbindung (113) mit der Düse (125) in Eingriff steht und eine Kraft auf die Düse (125) ausübt, die proportional zur elektrischen Eingangsgröße an der Spule (110) ist, und daß Mittel (120,120·) zur federnden Befestigung der

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Verbindung (113) vorgesehen werden, und daß ein Null-Einstellungsmittel (134,135) an der Verbindung (113) zur Zentrierung der Düse (125) zwischen den Aufnahmeöffnungen (129, 130) angebracht wird, wenn kein Strom zur Spule (110) geliefert wird.

6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Null-Einstellungsmittel (134,135) eine Nullfeder (134) umfaßt, deren eines Ende fest in den konusförmigen Teil (157) gewickelt ist, um die Festigkeit bzw. Steifheit der Federung zu erhöhen, und daß eine Spitze (I58) aus dem Ende des Konus (154) herausragt, und daß die Null-Feder (134) mit einem Ende an der Verbindung (113) anliegt, und daß ein Mittel (135) zur Einstellung der Federkraft auf die Verbindung (113) vorgesehen wird.

7. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (87) ein Drehkreuzpaar (115,115') umfaßt, wobei jeweils ein Drehkreuz (115,115') an jedem Ende der Verbindung (113) angebracht ist, und daß die Spule (110) an einem der Drehkreuze (115) angebracht ist, und daß das andere Drehkreuz (115') mit der Düse (125) in Eingriff steht, und daß Mittel (120,120') zur federnden Befestigung jedes Drehkreuzes■(115,115') vorgesehen werden, um eine Befestigung der Drehkreuze (115,115'), der Spule (110) und der Verbindung (113) mit niedriger Reibung zu schaffen.

8. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (110) auf dem Drehkreuz (115) befestigt ist, das am Ende des Elektromotors (87) liegt, und von der Steuerstufe (88) entfernt ist, um die Spule (110) vom Hilfsströmungsmittel in der Steuerstufe (88) zu isolieren.

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ORIGINAL INSPECTED

9. Steuerung naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ■ die Hauptstufe (89) einen Kolben (133) umfaßt, der axial in einer Bohrung (14Q) bewegbar ist, und daß Anhaltemittel (l60,l6l) vorgesehen sind, die mit der Hauptstufe (89) verbunden sind, zur begrenzten Bewegung des Kolbens (133), um dadurch die Bewegung der Einlaßvorrichtung zu begrenzen.

10. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel (144,146,147) einen Schlitz (l43) im Kolben (133) umfassen, und daß ein Bolzen mit einer kugelförmigen Lagerung (l4l) in dem Schlitz (l43) aufgenommen wird, und daß die Lagerung (l4l) eine Versetzung zwischen dem Bolzen (144) und dem Schlitz (143) aufnimmt.

Beschreibung:

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