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Kennwort: "RKP-8aukasten"
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Verstelleinrichtung für das Verdrängungsvolumen einer Verdrängermaschine
Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruches 1. Eine derartige, für Radialkolbenpumpen vorgesehene Verstelleinrichtung
ist bekannt aus der DE-OS 32 00 885. Dort ist zum Betätigen des mechanischen Stellgliedes
(Winkelhebel 47) eine Kolbenanordnung vorgesehen mit folgenden Merkmale: Die Kolbenanordnung
hat zwei koaxial angeordnete Kolben 28 und 31, von denen der eine einen um ein Vielfaches
größeren Durchmesser aufweist als der andere. Der größere Kolben 28 hat zwei einander
entgegengesetzt wirkende Druckangriffsflächen. Der kleinere Kolben 31 hat nur an
seinem einen Ende eine Druckangriffsfläche. An dieser kann auch der größere Kolben
28 angreifen. Mit seinem anderen Ende greift der kleinere Kolben 31 an dem genannten
Winkelhebel 47 an.
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Diese bekannte Verstelleinrichtung ist - im Zusammenwirken mit weiteren
Merkmalen - als Leistungsregler für eine Radialkolbenpumpe mit den Zusatzfunktionen
"Druckabschneidung" und "Fördermengenbegrenzung" ausgebildet. Die wesentlichen Bauteile
der bekannten Verstelleinrichtung, insbesondere das Gehäuse mit dem Steuerventil
und dem mechanischen Stellglied, können nach Art eines Baukastensystems anstelle
mit der erwähnten Bauweise der Kolbenanordnung auch mit anderen Kolbenanordnungen
kombiniert
werden, z.B. mit zwei einzelnen Hydraulikkolben. Hierdurch
können mit den gleichen genannten Grundbauteilen verschiedene Steuerungsarten realisiert
werden, nämlich außer der erwähnten Leistungsregelung auch eine druckabhängige Förderstromsteuerung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verstelleinrichtung
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie
- nach Art eines Baukastensystems -nicht nur wie schon bekannt als Leistungsregler
oder als Förderstrom-Steuergerät, sondern auch als Druckregler ausgebildet weraen
kann. Im einzelnen gehört zur Aufgabenstellung, daß der Druckregler entweder mit
mechanischer Sollwert-Eingabe oder mit Vorsteuerung ausgerüstet und bei Bedarf mit
einer Förderstromregelung kombiniert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebene
Maßnahme gelöst. Diese überraschend einfache und für sich allein schon bekannte
Maßnahme (z.B. DE-AS 1 137 314 oder DE-AS 1 162 197) ermöglicht es, die Verstelleinrichtung
nach Art eines Baukastensystems in weitaus größerem Umfang als bisher abzuwandeln.
Mit anderen Worten: Bei Verwendung der gleichen Grundbauteile, nämlich Gehäuse,
Steuerventil und mechanisches Stellglied, können zahlreiche Sonderbauarten realisiert
werden, so insbesondere Druckregler (in verschiedenen Variationen), Förderstromregler,
Leistungsregler und Förderstrom-Steuerungen in Abhängigkeit von hydraulischen Führungsgrößen.
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Bei der Ausbildung der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung als Druckregler
liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß von dem Kolben nur eine verhältnismäßig
kleine Kraft über das mechanische Stellglied auf das Steuerventil übertragen werden
muß. Dies gelingt dadurch, daß die beiden Druckangriffsflächen des gemäß Anspruch
2 unterteilten Kolbens ungleich groß ausgeführt werden (Anspruch 3) und daß der
zu regelnde Förderdruck
beiden Druckangriffsflächen zugeführt wird
(Anspruch 4).
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Somit ist die als Differenz aus den beiden Kolbenkräften gebildete
Stellkraft verhältnismäßig klein. Es wäre zwar auch denkbar, in ähnlicher Weise
wie bei der aus DE-OS 32 00 885 bekannten Verstelleinrichtung vorzugehen, indem
die beiden dort vorhandenen Kolben 28 und 31 starr miteinander verbunden werden
(d.h. der kleine Kolben 31 hätte dann nur noch die Funktion einer Kolbenstange).
Eine solche Anordnung hätte aber den Nachteil, daß eine Stufenbohrung (d.h. zwei
koaxiale Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers) gefertigt werden müßten. Dies
ist bei der im allgemeinen geforderten Genauigkeit nur mit hohem Aufwand möglich.
Eine andere Möglichkeit wäre, nur einen einseitig beaufschlagten Kolben zu verwenden
und dessen Druckangriffsfläche - zwecks Verminderung der Druckkraft - sehr klein
auszuführen. Dies wäre jedoch ebenfalls ungünstig, weil Kolben-Durchmesser in der
Größenordnung von nur 2 mm und die entsprechenden Kolbenbohrungen ebenfalls nur
unter hohem Aufwand mit der notwendigen Genauigkeit hergestellt werden können.
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Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung hat im Falle der Ausbildung
gemäß Anspruch 5 als Druckregler einen weiteren wesentlichen Vorteil: Da die am
Ventilkörper des Steuerventils angreifende Gegenkraft (z.B. Federkraft) - entsprechend
der oben erwähnten, als Differenz aus den beiden Kolbenkräften gebildeten Stellkraft
- verhältnismäßig klein ist, wirkt sich eine Änderung des Förderdruckes - aufgrund
der im Anspruch 5 genannten Drossel - am Steuerventil wesentlich rascher aus als
in bekannten Druckreglern. Wenn beispielsweise ein plötzlicher Anstieg des Druckes
in der Pumpendruckleitung erfolgt, dann wird diesem Druckanstieg von Anfang an entgegengewirkt
und nicht erst beim Erreichen eines bestimmten, gegenüber bisher höheren Druckwertes.
Somit arbeitet das erfindungsgemäße Regelsystem schneller und stabiler als bekannte
Druckregler.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung
beschrieben. Diese zeigt verschiedene, im Baukastensystem herstellbare Verstelleinrichtungen
für eine Verdrängerpumpe, jeweils in schematischer Darstellung.
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Die Figur 1 zeigt eine Verstelleinrichtung, die als Druckregler arbeitet
oder nach gewissen Änderungen als Leistungsregler oder als kombinierter Druck- und
Förderstromregler arbeiten kann.
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Die Figur 2 zeigt eine Verstelleinrichtung, die als vorgesteuerter
Druckregler arbeitet.
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Die Figur 3 zeigt eine Verstelleinrichtung, die als Förderstromsteuergerät
arbeitet.
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In allen Figuren ist eine Verdrängerpumpe (vorzugsweise eine Radialkolbenpumpe)
mit 10 bezeichnet. Deren spezifisches Verdrängungsvolumen (Fördervolumen je Umdrehung)
kann durch Verschieben eines Stellgliedes (z.B. eines Kolbenführungsringes) verändert
werden. Hierzu dient in bekannter Weise ein Verstellkolben 11, dem ein kleinerer
Gegenkolben 12 entgegenwirkt. Der Verstellkolben 11 wird über eine Leitung 13 und
der Gegenkolben 12 über eine Leitung 14 mit Druckmittel beaufschlagt. Die Leitung
13 ist über ein Steuerventil 20 und über eine Leitung 15 an eine Druckmittelquelle,
vorzugsweise an die jeweilige Druckleitung angeschlossen. Bei gleichbleibender Förderrichtung
der Pumpe ist die Leitung 16 stets die Druckleitung und die Leitung 17 die Saugleitung.
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Das Steuerventil 20 hat in bekannter Weise drei Stellungen. In der
dargestellten mittleren Stellung ist die Leitung 13 über je eine Drossel sowohl
mit der Leitung 15 als auch über eine Leitung 18 mit dem drucklosen Sumpf 19 verbunden.
Die Druckangriffsflächen der Kolben 11 und 12 uno die genannten Drosseln
sind
so bemessen, daß in der mittleren Stellung des Steuerventils 20 am Stellglied der
Pumpe 10 Kräftegleichgewicht herrscht.
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Ist das Steuerventil 20 (in der Zeichnung) nach rechts verschoben,
so ist die Leitung 13 mit der Leitung 15 verbunden und vom Sumpf 19 abgesperrt.
Im umgekehrten Fall ist die Leitung 13 mit dem Sumpf 19 verbunden und von der Leitung
15 abgesperrt. Beide Steuervorgänge haben Anderungen des Fördervolumens der Pumpe
10 nach oben bzw. nach unten zur Folge.
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Das Verstellen des Steuerventils 20 erfolgt mit Hilfe eines Hebels
21, der um einen (beispielsweise etwa in seiner Mitte angeordneten) Drehpunkt 22
verschwenkt werden kann und sich mit seinem einen Ende am Ventilkörper des Steuerventils
20 abstützt, entgegen der Druckkraft einer Feder 29. Zum Betätigen des Hebels 21
dienen zwei koaxial angeordnete und aneinander anliegende Kolben 23 und 24. Deren
äußere Stirnflächen ("Druckangriffsflächen" 25 bzw. 26) sind in entgegengesetzten
Richtungen durch Druckmittel beaufschlagbar. Das Druckmittel wird über Leitungen
27 bzw. 28 zugeführt. Zwischen einem (23) der beiden Kolben und dem Hebel 21 ist
eine gelenkartige Verbindung 9 oder Verzahnung vorgesehen; diese Verbindung 9 ist
somit stets zwischen den äußeren Stirnflächen 25, 26 angeordnet.
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Die mit den Ziffern 20 bis 29 bezeichneten Bauteile und die dazugehörenden,
in der Zeichnung weggelassenen Gehäuseteile können - abgesehen von nur geringfügigen
Abweichungen - als ständig wiederkehrende Grund-Bausteine bei zahlreichen verschiedenen
Verstelleinrichtungen, die unterschiedliche Funktionen haben, verwendet werden.
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In Fig. 1 ist mit vollen Linien eine als Druckregler ausgebildete
Verstelleinrichtung dargestellt. Hierbei sind die Leitungen 15 und 27 unmittelbar
miteinander verbunden, außerdem die Leitungen 15 und 28 über eine Drossel 30. Hierdurch
übt die Kolben
anordnung 23, 24 eine aus zwei Druckkräften gebildete
Differenzkraft über den Hebel 21 auf das Steuerventil 20 aus. Diese Differenzkraft
repräsentiert den augenblicklichen Druck in der Druckleitung 16 (Regelgröße). Dieser
Regelgröße wirkt entgegen die Kraft der Feder 29, die als Führungsgröße von außen,
z.B.
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mechanisch, einstellbar ist. Wenn die Regelgröße von der Führungsgröße
abweicht und das Steuerventil 20 dementsprechend verstellt wird, dann löst dies
in bekannter Weise ein Verstellen des Fördervolumens der Pumpe 10 aus, bis am Steuerventil
20 wieder Kräfte-Gleichgewicht herrscht.
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Die zuvor beschriebene Verstelleinrichtung kann durch die folgende
Maßnahme als Leistungsregler arbeiten, wobei das Produkt aus Förderdruck und Förderstrom
wenigstens angenähert konstant gehalten wird. Hierzu wird die mit strichpunktierten
Linien dargestellte mechanische Verbindung 31 zwischen dem Stellkolben 11 und der
Druckfeder 29 vorgesehen. Hierdurch wird die Druckfeder 29 zwischen dem Stellkolben
11 und dem Ventilkörper des Steuerventils 20 eingespannt. Außerdem wird in bekannter
Weise eine zweite, in der Zeichnung nicht dargestellte Feder vorgesehen, die ebenfalls
zwischen dem Stellkolben 11 und dem Steuerventil 20 angeordnet ist. Diese zweite
Feder wird jedoch erst dann wirksam, wenn die erste Feder 29 schon weitgehend gespannt
ist.
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Beide Federn zusammen haben somit eine progressiv ansteigende Kennlinie.
Dadurch ergibt sich für die Pumpe 10 in grober Annäherung eine hyperbel-förmig abfallende
Förderstrom-Kennlinie, aufgetragen über dem Förderdruck. Dies bedeutet, daß die
Leistung der Pumpe 10 bei sich änderndem Förderstrom ungefähr gleich bleibt. Bei
Bedarf kann der Leistungsregler mit einer bekannten Einrichtung zur Druckabschneidung
ausgerüstet werden.
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Die Fig. 1 zeigt noch eine weitere Möglichkeit, wie der mit vollen
Linien dargestellte Druckregler abgewandelt werden kann. Er kann nämlich durch die
mit gestrichelten Linien dargestellten
Zusatzeinrichtungen zu einem
kombinierten Druck- und Förderstromregler ausgebaut werden. Hierzu wird in der Druckleitung
16 ein Drosselventil 32 angeordnet. Sodann wird die Druckleitung 16 an der Auslaßseite
des Drosselventils 32 über eine Leitung 33, in der sich ein Rückschlagventil 34
befindet, mit der Leitung 28 verbunden. Schließlich ist an diese ein Druckbegr:zungsventil
35 angeschlossen.
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Bei allen Varianten der in Fiy. 1 dargestellten Verstelleinrichtung
ist der Durchmesser des Kolbens 24 geringfügig kleiner als der Durchmesser des Kolbens
23. Abweichend hiervon haben die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele
je zwei Kolben 23 und 24', die gleiche Durchmesser aufweisen. Man könnte diese beiden
Kolben 23 und 24' zu einem einteiligen Kolben zusammenfassen. Getrennte Kolben haben
jedoch (auch im Falle gleicher Kolbendurchmesser) den Vorteil, daß die zwei (in
der Zeichnung nicht dargestellten) zu beiden Seiten des Gelenkes 9 angeordneten
Kolbenbohrungen nicht exakt koaxial zueinander liegen müssen. Es brauchen also insoweit
keine hohen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt zu werden.
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Die in Fig. 2 dargestellte Verstelleinrichtung ist als vorgesteuerter
Druckregler ausgebildet. Abweichend von Fig. 1 ist die Kraft der Feder 29 fest eingestellt.
Ähnlich wie in bekannten vorgesteuerten Druckreglern ist zur Vorsteuerung ein Druckbegrenzungsventil
36 vorgesehen. Dieses ist jedoch abweichend von der üblichen Anordnung an die Druckleitung
16 nicht direkt, sondern über die Drossel 30 angeschlossen (Anschlußleitung 37).
Die Gleichheit der Durchmesser der beiden Kolben 23 und 24' hat -außer vereinfachter
Fertigung - den Vorteil, daß die Feder 29 wesentlich schwächer ausgebildet werden
kann.
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Die Fig. 3 zeigt eine Förderstrom-Steuerung. Die Anordnung ist nun
derart getroffen, daß die Pumpe 10 wahlweise in beiden Reich
tungn
fördern kann. Die beiden Kolben 23 und 24' werden in diesem Falle durch von außen
kommende variable Drücke beaufschlagt (Leitungen 27 un 28). Diese Druckbeaufschlagung
erfolgt wechselweise; d.h. die Pumpe 10 fördert bei Druckbeaufschlagung des einen
Kolbens 23 in der einen Richtung und bei Druckbeaufschlagung des anderen Kolbens
24' in der anderen Richtung. Die Feder 29 ist in diesem Falle zwischen den Stellkolben
11 und das Steuerventil 20 eingespannt, symbolisch dargestellt durch die mechanische
Verbindung 31. Die den Gegenkolben 12 beaufschlagende Leitung 14 ist nunmehr - unter
Zwischenschaltung eines Doppelrückschlagventils 44 - entweder über die Leitung 14'
mit der Leitung 16 oder über die Leitung 14" mit der Leitung 17 verbunden. In ähnlicher
Weise ist die bisherige (an das Steuerventil 20 angeschlossene) Leitung 15 - unter
Zwischenschaltung eines Doppelrückschlagventils 45 - entweder über die Leitung 15'
mit der Leitung 17 oder über die Leitung 15" mit der Leitung 16 verbunden.
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Eine Förderstromsteuerung könnte, abweichend von Fig. 3, auch dadurch
verwirklicht werden, daß anstelle der Hydraulikkolben 23 und 24' ähnliche pneumatisch
betätigte Kolben oder zwei Elektromagnete mit variabler Magnetkraft vorgesehen werden.