DE3131866C2 - Variable displacement pump with a servomotor that adjusts the delivery volume and a hydraulic flow control valve - Google Patents
Variable displacement pump with a servomotor that adjusts the delivery volume and a hydraulic flow control valveInfo
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Abstract
In Hydraulikpumpeneinrichtungen mit variablem Fördervolumen, die entweder mit einer Konstantpumpe und einem Hydraulikverstellmotor oder mit einem Konstantmotor und einer Hydraulikverstellpumpe arbeiten, erfolgt die Regelung auf konstantem Strömungsmittelstrom bekanntlich über eine Blende. Zum Kompensieren der bei Erhöhung des Druckni veaus - z.B. durch Zuschalten eines Kompressors - und bei Änderung der Öltemperatur und damit der Ölviskosität auftretenden Drehzahlabweichungen aufgrund der dadurch verursachten Verschiebung der Druckdifferenz an der Blende, wird erfindungsgemäß im Stromregelventil auf der durch eine Meßfeder abgestützten Seite des Meßkolbens ein Zwischenstück mit hoher Kompressibilität und einem wenigstens dem dreifachen Wert von Stahl entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten angeordnet. Vorzugsweise besteht das Zwischenstück aus PTFE.In hydraulic pump devices with a variable delivery volume, which work either with a fixed displacement pump and a hydraulic variable displacement motor or with a fixed displacement motor and a hydraulic variable displacement pump, it is known that the constant fluid flow is regulated via an orifice. To compensate for the increase in the pressure level - e.g. by switching on a compressor - and when changing the oil temperature and thus the oil viscosity occurring speed deviations due to the resulting shift in the pressure difference at the orifice, according to the invention in the flow control valve on the side of the measuring piston supported by a measuring spring an intermediate piece with high compressibility and a coefficient of thermal expansion corresponding to at least three times the value of steel is arranged. The intermediate piece is preferably made of PTFE.
Description
Die Erfindung betriff; eine Verstellpumpe mit einem das Fördervolumen einstellenden Stellmotor und einen hydraulischen Stromregelventil für eine Regelung auf konstanten effektiven Förderstrom durch die Messung der Druckdifferenz an einer Blende in der Druckleitung der Pumpe, wobei der Steuerkolben des Stromregelventils auf seiner einen Seite durch eine Meßfeder und ein die Temperaturänderung kompensierendes Zwischenstück sowie vom Druck nach der Blende und die andere Seite des Steuerkolbens vom Druck vor der Blende beaufschlagt ist und der Steuerkolben auf die Steuerung des Stellmotors der Pumpe einwirkt.The invention concerns; a variable displacement pump with a servomotor setting the delivery volume and a Hydraulic flow control valve for a regulation on constant effective flow rate through the measurement the pressure difference at an orifice in the pressure line of the pump, the control piston of the flow control valve on one side by a measuring spring and an intermediate piece that compensates for the temperature change as well as from the pressure after the orifice and the other side of the control piston from the pressure in front of the orifice and the control piston acts on the control of the servomotor of the pump.
Derartige Einrichtungen, wie sie beispielsweise in der DE-OS 29 04 474 offenbart sind, werden z. B. in Diesellokomotiven verwende!, wo hydrostatisch angetriebene HilfMTiaschinen. wie Kompressor. Ventilator. Wechselstromgenerator od. dgl., unabhängig von der Pumpendrehzahl und unabhängig vom momentanen Hydraulikdruck mit konstanter Drehzahl laufen sollen. Bei diesen bekannten Anordnungen bewirkt die bei unvermeidbarer Änderung, der öltemperatur ebenfalls erfolgende Änderung der ölviskosität starke Drehzahlabwcichungcn des geregelten Antriebes, da sich durch die Viskositätsänderung die Druckdifferenz an der Blende verschiebt. Außerdem wird eine Drehzahländerung auch beim Zu- oder Abschalten von weiteren Hydraulikmotoren verursacht, da die Leckölmengen im Stromregelventil und in den Hydraulikmotoren bei dabei auftretenden Druckänderungen, aber auch bei Viskositätsänderungen schwanken. Mit steigender öltemperatur nimmt die konstantzuhaltende Drehzahl ab und bei Erhöhung des Druckniveaus, z. B. durch Zuschalten des Kompressors, nimmt sie zu.Such devices, as disclosed for example in DE-OS 29 04 474, are z. B. in diesel locomotives use !, where hydrostatically driven auxiliary machines. like compressor. Fan. Alternator or the like, regardless of the pump speed and regardless of the current hydraulic pressure should run at a constant speed. In these known arrangements, the inevitable causes Change, the oil temperature also changes in the oil viscosity, strong speed deviations of the controlled drive, as the change in viscosity shifts the pressure difference at the orifice. In addition, there is a change in speed when switching on or off additional hydraulic motors caused because the leakage oil quantities in the flow control valve and in the hydraulic motors when occurring Changes in pressure, but also with changes in viscosity, fluctuate. With increasing oil temperature it increases the speed to be kept constant from and with an increase in the pressure level, z. B. by switching on the compressor, it increases.
Aus der DE-OS 14 50 686 ist eine Verstellpumpe der eingangs genannten Art zum drehzahlkonstanten Antrieb eines Hydraulikmotors bekannt Das Stromregelventil weist als Zwischenstück einen abgefedenen Stufenkolben auf, dessen wirksame Stirnflächen unter Zwischenschaltung verschiedener Kapillar-, Dämpfdrosseln und Durchflußbienden vom Druck in der Druckleitung zwischen Pumpe und Motor beaufschlagt werden. Ein dem Druckabfall am Hydromotor proportionaler Druckunterschied an den Stirnflächen des Stufenkolbens bewirkt dessen Verschieben entgegen der Kraft einer Tellerfeder, so daß die Meßfeder zwischen dem Stufenkolben und dem Steuerkolben des Stromregelventils in ihrer Vorspannung verändert und der Steuerkolben entsprechend verschoben wird. Eine TemperaturivornpcnsstiGn Ci ic-igt uurcn /-Lüsnutzung ucs viSicositätsäbhängigen unterschiedlichen Durchströmverhaltens der dem Stufenkolben zugeordneten Kapillardrosseln und Durchflußblenden. Dieses bekannte Stromregelventil ist kompliziert, teuer in der Herstellung und störanfällig.From DE-OS 14 50 686 a variable displacement pump of the type mentioned for a constant-speed drive a hydraulic motor known The flow control valve has a cushioned stepped piston as an intermediate piece on whose effective end faces with the interposition of various capillary, damping throttles and Durchflußbienden are acted upon by the pressure in the pressure line between the pump and motor. A The pressure difference at the end faces of the stepped piston is proportional to the pressure drop at the hydraulic motor causes its displacement against the force of a plate spring, so that the measuring spring between the Stepped piston and the control piston of the flow control valve changed in their bias and the control piston is shifted accordingly. A temperature increase Ci ic-igt uurcn / -successful use ucs viscosity-dependent different flow behavior of the capillary throttles assigned to the stepped piston and flow orifices. This known flow control valve is complicated, expensive to manufacture and prone to failure.
Die DE-OS 20 57 -/32 betrifft eine Verdrängerpumpe mit temperaturkompensiertem Druckregelventil für konstanten Förderdruck. Hierzu weist das Regelventil einen Steuerkolben auf, auf den eine Meßfeder sowie Bimetall-Tellerfedern einwirken. Die Tellerfedern gleichen Förderdruckänderungen der Pumpe aufgrund Temperaturänderung des Druckmediums durch eine Verschiebung des Steuerkolbens aus. Aus der DE-OS 23 21 487 ist eine Pumpe mit einer zwischen deren Hochdruck- und Niederdruckleitung angeordneten Bypass-Leitung bekannt, der als Verschlußglied ein von einem Thermoelement beaufschlagter abgefederter Steuerkolben zug·, cdnet ist. Bei ei nem unzulässigen Temperaturanstieg des Druckmediums verschiebt ein ausfahrbarer Kolben des Thermoelementes den Steuerkolben. so daß dieser die Bypass-Leitung freigibt.DE-OS 20 57 - / 32 relates to a positive displacement pump with a temperature-compensated pressure control valve for constant delivery pressure. For this purpose, the control valve has a control piston on which a measuring spring and Act with bimetal disc springs. The disc springs equal the delivery pressure changes of the pump due to Change in temperature of the pressure medium due to a displacement of the control piston. From DE-OS 23 21 487 a pump with one between the high pressure and low pressure line arranged bypass line known, which acts as a closure member of a thermocouple Cushioned control piston pull ·, cdnet is. At ei In the event of an impermissible rise in temperature of the pressure medium, an extendable piston of the thermocouple moves the control piston. so that this releases the bypass line.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Verstellpumpe der eingangs genannten Art ein Stromregelventil zu schaffen, welches Förderstromschwankungen aufgrund Temperaturänderungen des Druckmediums sowie Druckschwankungen wegen der Zu- oder Abschaltung von Hydraulikmotoren auszugleichen vermag.The invention is based on the object of a flow control valve in a variable displacement pump of the type mentioned at the beginning to create which flow rate fluctuations due to temperature changes of the pressure medium as well as to compensate for pressure fluctuations due to the connection or disconnection of hydraulic motors able.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, d?ß das Zwischenstück gegenüber Stahl wenigstens eine fünffache Kompressibilität und einen wenigstens dem dreifachen Wert von Stahl entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.According to the invention, this object is achieved in that the intermediate piece, compared to steel, has at least one five times the compressibility and at least three times the coefficient of thermal expansion of steel having.
Mittels eines solchen in verblüffend einfacher Weise erfindungsgemäß ausgebildeten Regelventils wird beiden erwähnten nachteiligen Einflüssen begegnet, so daß bei geeigneter Kombination des Zwischenstücks, der Meßfeder und der Blende sowohl bei sehr stärken Viskositätsänderungen und großen Druckschwankungen selbst für hohe Anforderungen eine entsprechende Förderstromanpassung, d. h. nur eine minimale Drehzahlverschiebung am Hydraulikmotor erzielbar ist. Wenn sich die Temperatur erhöht, dehnt sich das Zwischenglied aus und schiebt den Steuerkolben in der einen Richtung, um durch Erhöhung des Verdrängervolumens der Hydraulikpumpe einen Drehzahlabfall am Hydraulikmotor zu kompensieren. Umgekehrt wird das Zwi-By means of such a control valve embodied according to the invention in an astonishingly simple manner, both mentioned adverse influences encountered, so that with a suitable combination of the intermediate piece, the Measuring spring and the diaphragm both with very strong changes in viscosity and large pressure fluctuations, even for high requirements, a corresponding flow rate adjustment, d. H. only a minimal speed shift on the hydraulic motor can be achieved. if if the temperature increases, the connecting link expands and pushes the control piston in one Direction to reduce the speed of the hydraulic motor by increasing the displacement volume of the hydraulic pump to compensate. Conversely, the intermediate
schenstück, das mit dem Hydraulikdruck beaufschlagt ist, aufgrund seiner großen Kompressibilität zusammengedrückt, so daß der Steuerkolben in seiner anderen Richtung verschoben und durch Verringerung des Pumpenverdrängervolumens einer Drehzahlerhöhung entgegengewirkt wird.part, which is subjected to the hydraulic pressure, compressed due to its high compressibility, so that the control piston is moved in its other direction and by reducing the pump displacement volume an increase in speed is counteracted.
Gemäß einer bevorzugten. Ausbildung der Erfindung ist das Zwischenstück als Block aus einem temperatur- und druckbeständigen Kunststoff ausgebildet Vorzugsweise besteht es aus Polytetrafluoräthylen (PTFE). Dieser Werkstoff hat in dem hier in Frage kommenden Temperaturbereich einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der zwar je nach Temperatur unterschiedlich ist, jedoch wenigstens 150 bis 160 χ 10~6/K, also etwa den 14fachen Wert desjenigen von Stahl beträgt Ebenso hat er eine sehr viel größere Kompressibilität als Stahl, wie Versuche ergeben haben.According to a preferred. According to the invention, the intermediate piece is designed as a block made of a temperature and pressure-resistant plastic. It is preferably made of polytetrafluoroethylene (PTFE). In the temperature range in question, this material has a linear expansion coefficient, which differs depending on the temperature, but is at least 150 to 160 χ 10 ~ 6 / K, i.e. about 14 times that of steel. It also has a much larger one Compressibility than steel, as tests have shown.
Gemäß einer auch noch vorteilhaften Alternativausbildung kann das Zwischenstück auch als geschlossene, metallische Druckdose ausgebildet sein, die wenigstens teilweise mit Quecksilber gefüllt ist. Quecks'-'ber hat auch einen relativ großen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der etwa das 16,5fache dessen von Stahl beträgt Die Kompressibilität von Quecksilber ist etwa 6fach größer als die von Stahl. .According to a still advantageous alternative embodiment, the intermediate piece can also be used as a closed, metallic pressurized can be formed, which is at least partially filled with mercury. Mercury has also has a relatively large coefficient of thermal expansion, about 16.5 times that of steel The compressibility of mercury is about 6 times greater than that of steel. .
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigtThe invention is explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing. In this shows
F i g. 1 im Schema einen hydrostatischen Antrieb von Hilfsmaschinen in einer Diesellokomotive,F i g. 1 in the scheme a hydrostatic drive of auxiliary machines in a diesel locomotive,
F i g. 2 im Längsschnitt das in der Anlage nach F i g. 1 verwendete Regelventil mit einem als Kompensator dienenden Zwischenstück nach der Erfindung undF i g. 2 in longitudinal section that in the appendix according to F i g. 1 control valve used with one as a compensator serving spacer according to the invention and
F i g. 3 in einem Diagramm die Öltemperatur über der Drehzahl der hydrostatisch angetriebenen Hilfsmaschinen bei Verwendung eines Regelventils ohne einen Kompensator und eines mit Kompensator.F i g. 3 in a diagram the oil temperature over the Speed of the hydrostatically driven auxiliary machines when using a control valve without one Compensator and one with compensator.
In dem Schema gemäß F i g. 1 wird von einem drehzahlveränder.chen Dieselmotor 4 einer Diesellokomotive eine in ihrem Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe 5 angetrieben. Die Pumpe speist über eine Druckleitung 6 einen Hydraulikmotor 7 mit konstantem Fördervolumen, der wiederum einen über eine Bypassleitung 8 und Steuerventil 9 abschaltbaren Kolbenkompressor 10 tntreibt. In Reihe zum Kompressorantrieb wird ein weiterer Hydraulik- Konstantmotor 11 gespeist, der den Fahrmotorventilator 12 antreibt. In einer Bypassleitung 13 /um Konstantmotor 11 ist ein kombiniertes Schalt- und Druckbegrenzungsventil 14 angeordnet. Mit 15 sind Leckölleitungen bezeichnet, die aus den beiden Konstai.tmotoren 7 una 11 zurück in den ölsumpf 16 führen. Die Hydrauiikpumpe 5 wird durch ein Stromregelventil 17 gesteuert, das über die Messung der Druckdifferenz an einer Blende 18 angesteuert wird.In the scheme according to FIG. 1 is controlled by a speed changer Diesel engine 4 of a diesel locomotive has a hydraulic pump that can be adjusted in terms of its delivery volume 5 powered. The pump feeds a hydraulic motor 7 with a constant pressure line 6 Delivery volume, which in turn is a piston compressor that can be switched off via a bypass line 8 and control valve 9 10 drives. Another hydraulic constant motor 11 is fed in series with the compressor drive, which drives the traction motor fan 12. In a bypass line 13 / around constant motor 11 is a combined Switching and pressure limiting valve 14 is arranged. Leak oil lines are designated by 15, which consist of the two Constant motors 7 and 11 back into the oil sump 16 lead. The hydraulic pump 5 is controlled by a flow control valve 17, which is on the measurement of the Pressure difference at a diaphragm 18 is controlled.
Stromregelventil 17 mit Blende 18 sind in F i g. 2 vergrößert dargestellt. Das von der Pumpe 5 geförderte öl tritt über den Druckleitungsteil 19 durch die Blende 18. Vor der Blende 18 führt eine Leitung 20 in einen vom Steuerkolben 21 gebildeten Ringraum 22 des Stromregelventils und hinter der Blende 18 eine Leitung 23 in den sogenannten Federraum 24 des Stromregelventils. Der Steuerkolben 21 ist im Federraum 24 über das als Kompensator wirkende, aus Polytetrafluoräthylen bestehende Zwischenstück 25 und die Meßfeder 26 am Ventilgehäuse 27 abgestützt. Die Druckleitung 28 führt aus dem Stromregelvenär zum Verstellmechanismus der Pumpe und über die Leitung 29 wird das abgesteuerte öl und das Lecköl über die Pumpe 5 zum Sumpf 16 geleitet. Von der Druckleitung 20 führt ferner eine Leitung 30 in den Raum 31 vor dem Steuerkoiben 21.Flow control valve 17 with orifice 18 are shown in FIG. 2 shown enlarged. The oil delivered by the pump 5 occurs via the pressure line part 19 through the aperture 18. In front of the aperture 18, a line 20 leads into one of the Control piston 21 formed annular space 22 of the flow control valve and behind the orifice 18 a line 23 in the so-called spring chamber 24 of the flow control valve. The control piston 21 is in the spring chamber 24 via the as Compensator acting, made of polytetrafluoroethylene intermediate piece 25 and the measuring spring 26 on Valve housing 27 supported. The pressure line 28 leads from the flow control valve to the adjustment mechanism the pump and via the line 29, the diverted oil and the leakage oil via the pump 5 to the sump 16 directed. A line 30 also leads from the pressure line 20 into the space 31 in front of the control piston 21.
Bei sich ändernder Öltemperatur ändert sich die Viskosität des Öls und damit die Druckdifferenz an der Blende 18. Hierdurch und durch Leckölverluste sowohl am Steuerkolben 21 und in den Motoren 7 und 11 würde ohne Kompensator 25 bei steigender Temperatur der Sleuerkolben 21 eine Verschiebung im Sinne abnehmender Drehzahl, d h. in F i g. 2 nach links erfahren. DerWhen the oil temperature changes, the viscosity of the oil changes and with it the pressure difference at the Orifice 18. This and through leakage oil losses both on the control piston 21 and in the motors 7 and 11 would Without a compensator 25, when the temperature rises, the Sleuerkolben 21 a shift in the sense of decreasing Speed, i.e. in Fig. 2 to the left. Of the
ίο vom Öl umspülte Kompensator 25 wirkt jedoch dieber Tendenz auf Grund seiner bei Erwärmung auftretenden linearen Ausdehnung entgegen und kompensiert sie im wesentlichen. In gleicher Weise v/ird die bei Erhöhung des Druckniveaus durch Zuschalten des Kompressors verursachte Verschiebetendenz des Steuerkolbens im Sinne steigender Drehzahl, d.h. nach rechts in Fig. 2. durch den dabei auf den Kompensator 25 einwirkenden höheren Druck, wodurch er sich linear verkürzt, ebenfalls kompensiert Durch geeignete Kombination des PTFE-Kompensators, der Meßfeder -md der Blende kann die Drehzahlverschiebung innerhalb eines sehr engen Toleranzbandes gehalten werden.However, the compensator 25, which is surrounded by the oil, has a tough effect It counteracts the tendency due to its linear expansion that occurs when heated and compensates for it in the essential. In the same way, when the pressure level is increased by switching on the compressor Caused tendency of the control piston to shift in the sense of increasing speed, i.e. to the right in Fig. 2. also due to the higher pressure acting on the compensator 25, whereby it is shortened linearly Compensated by a suitable combination of the PTFE compensator, the measuring spring and the orifice the speed shift can be kept within a very narrow tolerance band.
Im Diagramm der F i g. 3 sind in Versuchen ermittelte Meßwerte mit einem Regelventil sowohl ohne Kompensator (Index 1) als auch mit Kompensator (Index 2) aufgetragen, und zwar die Öltemperatur «? über der Drehzahl n. Die jeweils ausgezogenen Kurven zeigen die Daten bei Betrieb des Ventilators V. bzw. V2 allein und die gestrichelten Kurven die Daten bei Betrieb des Ventilators + Kompressors (V + K)\ bzw. (V + K)2. In the diagram of FIG. 3 are measured values determined in experiments with a control valve both without a compensator (index 1) and with a compensator (index 2), namely the oil temperature «? versus speed n. The solid curves show the data when the fan V. or V 2 is operated alone and the dashed curves show the data when the fan + compressor (V + K) \ or (V + K) 2 is operated .
Bei Betrieb mit Ventilator allein beträgt der Druck ρ = 85 bar und bei Betrieb Ventilator + Kompressor ρ = 260 bar.When operated with a fan alone, the pressure is ρ = 85 bar and when operated with a fan + compressor ρ = 260 bar.
Aus dem Diagramm ist klar zu erkennen, daß die Drehzahl bei Betrieb ohne Kompensator mit zunehmender öltemperatur sehr stark abnimmt, wogegen bei Betrieb mit Kompensator die Drehzahl bei einer ö^emperatur über 300C eine Abweichung von nur ± 1% von der Solldrehzahl η auftritt. Bei der durch Zuschalten des Korr· jressors verursachten Drucksteigerung von 85 auf 260 bar nimmt die Drehzahl ohne Kompensator bei gleicher Temperatur um 5% und mehr zu, wehrend mit Kompensator sich eine nur unwesentliche Drehzahlverschiebung von etwa 1% einstellt.From the diagram is clear to see that the engine speed greatly decreases when operating without a compensator with increasing oil temperature, whereas when operating with compensator, the rotational speed at a ö ^ emperature over 30 0 C a deviation of ± 1% of the target rotational speed η occurs . With the pressure increase from 85 to 260 bar caused by the connection of the compressor, the speed without a compensator increases by 5% and more at the same temperature, while with the compensator an only insignificant speed shift of about 1% occurs.
Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings
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