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Regeleinrichtung für eine verstellbare Pumpe
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Regeleinrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen bekannten Einrichtung
bleibt das Ventil bei einem Anstieg des Verbraucherdrucks so lange in der sogenannten
Aufregelstellung - d. h. eine Stellung, in welcher die Pumpe auf größere Fördermenge
eingestellt wird - bis der Förderdruck höher wird als der Einstelldruck des Vorsteuerventils,
weil ohne einen Abfluß an den beiden Stirnseiten des Schaltventils derselbe Druck
herrscht.
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Erst wenn z. B. der vorgegebene Verbrauchderdruck überschritten ist,
öffnet sich das Vorsteuerventil, worauf das Ventil in Abregelstellung gelangt, worauf
die Pumpe auf kleinere Fördermenge eingestellt wird. Da die Pumpe zunächst aber
noch voll fördert und ihre Rückstellung eine endliche Zeit benötigt, wird der eingestellte
Druck kurzzeitig deutlich überschritten durch zu spätes Ansprechen des Ventils.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das
Ansprechverhalten und die Stabilität der verstellbaren Pumpe durch einen sogenannten
Vorhalt (Differential-Einfluß) verbessert werden. Dazu wird in der Regeleinrichtung
ein Drosselelement benutzt, das vom Gradienten des Arbeitsdruckes ausgelenkt und
dadurch in seiner Drosselwirkung verändert wird. Damit wird wiederum der Druck im
Federraum des Ventils so korrigiert, daß der gewünschte Vorhalt für die Regelung
entsteht.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen
der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 eine Druckregeleinrichtung für eine verstellbare Pumpe in schematischer Darstellung
nach dem Stand der Technik, die Figuren 2 bis 9 Druck-und Stromregeleinrichtungen
gemäß der Erfindung, ebenfalls in schematischer Darstellung, Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt eine Druckregeleinrichtung nach dem Stand der Technik für eine
verstellbare Pumpe 10, die Druckmittel aus einem Behälter 11 ansaugt und dieses
in eine Förderleitung 12 verdrängt. Das Stellglied 13 der Pumpe - z. B, die Schwenkscheibe
einer Axialkolbenpumpe - wird mit Hilfe zweier Stellkolben 14, 15 eingestellt, von
denen der Stellkolben 15 eine wesentlich
größere Fläche aufweist,
als der Stellkolben 14. Dieser ist über eine an die Förderleitung 12 angeschlossene
Leitung 16 dauernd vom Förderdruck der Pumpe beaufschlagt.
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Von der Förderleitung zweigt eine Leitung 17 ab, die an die linke
Stirnseite eines Ventils 18 führt, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Druckregelventil
ist. Auf die entgegengesetzte Seite des Venils (Raum 18a) wirken eine Regelfeder
19 ein und der Druck aus einer Leitung 20, welche von einer ebenfalls an die Förderleitung
12 angeschlossenen Leitung 21 ausgeht.
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Die Leitung 21 führt zu einem Vorsteuerventil 22; in ihr ist vor der
Abzweigstelle der Leitung 20 eine Drossel 23 angeordnet.
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Von der Förderleitung 12 geht ferner eine Leitung 24 aus, die an die
Längsseite des Ventils 18 führt. Von derselben Seite geht eine Leitung 25 aus, die
zum Behälter 11 führt.
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Von der entgegengesetzten Seite des Ventils 18 verläuft eine Leitung
26 zum Stellkolben 15. Das Ventil 18 ist als 3/3-Wegeventil mit stetigem Übergang
zwischen den einzelnen Stellungen ausgebildet. Es hat die Stellungen I bis III,
von denen die Stellung II die Sperrstellung ist.
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Wenn die Pumpe Druckmittel in die Förderleitung 12 fördert, herrscht
an beiden Stirnseiten des Ventils 18 derselbe Druck (= Förderdruck Pp der Pumpe
10), so daß dieses durch die Regelfeder 19 in seine Stellung III ausgelenkt ist.
Über die Leitungen 24 und 26 fließt nun Druckmittel zum Stellkolben 15. Beide Stellkolben
sind nun vom selben Druck beaufschlagt, so daß die Kraft am Stellkolben 15 überwiegt,
der nun das Stellglied der Pumpe 13 so einstellt, daß diese zunehmend mehr Druckmittel
fördert bzw. in ihrer maximalen Förderstellung
verharrt. Wird infolge
eines Anstiegs des Förderdrucks in Leitung 12 der am Vorsteuerventil 22 der durch
die Feder 27 festgelegte Einstelldruck erreicht, so öffnet dieses, worauf nun Druckmittel
über die Leitung 21 zum Behälter 11 abströmen kann. Damit wird der Druck PstI auf
dem Einstelldruck des Vorsteuerventils festgehalten, wenn der Förderdruck in Leitung
12 weiter steigt. Das Schaltventil 18 wird durch den nun wesentlich höheren Druck
pp in der Leitung 17 in seine Schaltstellung I gestellt. Nun kann Druckmittel vom
Stellkolben 15 über die Leitungen 26 und 25 zum Behälter abfließen. Am Stellkolben
14 herrscht stets der Förderdruck der Pumpe, so daß deren Stellglied 13 nun so eingestellt
wird, daß ihre Fördermenge zurückgeht. Eine derartige Regeleinrichtung hat den Nachteil,
daß die Pumpe bei diesem sogenannten Abregelvorgang zunächst noch voll fördert und
für ihre Rückstellung eine endliche Zeit benötigt. Dadurch wird der eingestellte
Druck kurzzeitig durch zu spätes Ansprechen des integral wirkenden Druckreglers
deutlich überschritten. Dieser Nachteil wird durch die nun folgenden Ausführungsbeispiele
vermieden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind gleiche Teile wie zuvor
mit den selben Ziffern bezeichnet. Es unterscheidet sich von jenem im wesentlichen
dadurch, daß dem Ventil 18 ein Drosselventil 30 zugeordnet ist, genauer gesagt,
daß dieses nun den Druck in dem die Regelfeder 19 aufnehmenden Druckraum 18a des
Ventils 18 beeinflußt. An die linke Stirnseite des Drosselventils 30 führt eine
von der Förderleitung 12 ausgehende Leitung 31, an dessen entgegengesetzte Stirnseite
eine Leitung 32, von der eine Leitung 33 ebenfalls zur Förderleitung 12 führt. An
die Leitung 32 ist außerdem über eine Leitung 34 ein Druckspeicher 35 angeschlossen.
In der Leitung 33 ist eine Drossel 36 angeordnet. An die eine Längsseite des Drosselventils
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führt eine von der Förderleitung 12 ausgehende Leitung 37, in der sich eine Drossel
38 befindet. Von der entgegengesetzten Seite führt eine Leitung 39 zum Behälter
11. Auf das Drosselventil wirkt noch von der Seite der Leitung 32 her eine Regelfeder
40 ein. Das Drosselventil ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet mit Durchflußstellung
I und Sperrstellung II mit stetigem Übergang. Von der Leitung 37 zweigt stromabwärts
der Drossel 38 eine Leitung 41 ab, die in den Druckraum 18a am Ventil 18 mündet.
Von der Leitung 41 geht eine Leitung 42 aus, die zum Vorsteuerventil 22 führt, das
parallel zum Vorsteuerventil 22 angeordnet ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird schon während des Druckanstiegs
in der Förderleitung 12, also in aller Regel vor Erreichen des Öffnungsdrucks am
Vorsteuerventil 22, das Drosselventil 30 entgegen der Kraft der Regelfeder 40 nach
rechts verschoben, weil der links von ihm in der Leitung 31 direkt anliegende Förderdruck
pp schneller steigt als der über die Drossel 36 und den Druckspeicher 35 verzögerte
Steuerdruck PstII an der rechten Stirnseite bzw. in der Leitung 32. Je steiler der
Druckanstieg in der Leitung 12 ist, desto größer ist die Auslenkung des Drosselventils
von der Stellung II nach I und desto größer damit der Querschnitt des sich zum Behälter
öffnenden Drosselventils. Der im Raum 18a des Venils 18 wirksame Steuerdruck pstI
wird dadurch gesenkt, und das als Druckregler arbeitende Ventil 18 spricht dadurch
viel früher an als ein Druckventil nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1. Ansprechen
bedeutet hier, daß das Ventil 18 in seine Schaltstellung I gelangt, so daß Druckmittel
vom Stellkolben 15 abfließt und der Stellkolben 14 die Pumpe 10 zurückstellt. Durch
rechtzeitige Rückstellung der Pumpe 10 verlangsamt sich der im Ausführungsbeispiel
nach Figur 1 beschriebene Druckanstieg. Dadurch wird auch
die Auslenkung
des Drosselventils 30 wieder geringer. Beim Erreichen des stationären Zustands stehen
alle Ventile wieder in der in Figur 2 dargestellten Position und der Förderdruck
auf dem vorgewählten Wert. Durch das schnellere Ansprechen des Ventils 18 - bereits
beim Auftreten einer Druckflanke - wird die in der Regeleinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel
der Figur 1 unvermeidbare Drucküberschreitung verhindert.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich von dem vorherigen
lediglich dadurch, daß hier in der Förderleitung 12 eine Drossel 45 angeordnet ist,
und zwar zwischen den Abzweigungen der Leitungen 17 und 31.
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Der Leitungszweig hinter der Drossel 45 ist mit 46 bezeichnet, in
ihm herrscht ein um den Druckabfall an der Drossel 45 verminderter Druck gegenüber
dem in der Leitung 12. Dies ist gleichzeitig der Verbraucherdruck. Mit dieser Ausführung
wird eine Druck-Stromregelung erreicht, d. h. nicht nur der Arbeitsdruck in der
Leitung 46 wird nach oben begrenzt, sondern auch die Fördermenge der Pumpe, weil
nun am Ventil 18 die Druckdifferenz zwischen den Leitungen 12 und 46 infolge der
Drossel 45 wirksam ist. Die Stromregelung ist dabei auch wirksam, wenn das Vorsteuerventil
22 nicht geöffnet hat, und zwar infolge des genannten Druckunterschieds am Ventil
18. Alle anderen Vorgänge sind dieselben wie oben beschrieben.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 unterscheidet sich von den vorherigen
dadurch, daß hier von der Leitung 41 eine Leitung 48 ausgeht, die in die Leitung
46 mündet.
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In der Leitung 48 befindet sich ein von der Leitung 41 zur Leitung
46 öffnendes Rückschlagventil 49. Die zum Drosselventil 30 führende Leitung - im
Ausführungsbeispiel nach Figur 3 mit 37 bezeichnet und in die Leitung 46
hinter
der Drossel 45 mündend - ist hier mit 50 bezeichnet und geht unmittelbar von der
Leitung 12 aus, d. h. von einer Stelle vor der Drossel 45. Es handelt sich bei diesem
Ausführungsbeispiel ebenfalls wieder um eine Druck-Stromregelung, wobei durch die
Kombination von Drossel 37 und Rückschlagventil 49 erreicht wird, daß die Stromregelfunktion
auch dann einwandfrei arbeitet, wenn das Ventil 22 undicht sein sollte.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 handelt es sich ebenfalls wieder
um eine Druckregelung, ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 2, jedoch mit
dem Unterschied, daß das Drosselventil - im vorherigen Ausführungsbeispiel mit 30
bezeichnet - nun anders ausgebildet ist und die Bezeichnung 52 trägt. Das Vorsteuerventil
22 ist nun über eine Leitung 53 unmittelbar an das Drosselventil 52 und damit an
die Leitung 37 angeschlossen. Das Drosselventil 52 ist als 3/2-Wegeventil mit den
Schaltstellungen I bis III ausgebildet mit stetigen Übergängen und beidseitig von
Regelfedern 54, 55 belastet. Bei konstantem Förderdruck in Leitung 12 herrscht auch
in den Leitungen 31 und 33 gleichermaßen dieser Druck.
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Bei Druckänderungen in der Leitung 12 folgt jedoch der Druck in Leitung
33 erst verzögert. So erreicht man, daß bei einem starken Abfallen des Förderdrucks
das Drosselventil 52 nach links, d. h. entgegen der Kraft der Feder 54 ausgelenkt
wird. Dadurch wird über die Leitung 41 der Druck im Raum 18a des Ventils 18 angehoben,
und damit kann wiederum durch frühzeitiges Ansprechen des Druckreglers der Druckeinbruch
in engen Grenzen gehalten werden. Steigt der Druck dagegen über den am Vorsteuerventil
22 eingestellten oberen Grenzwert an, so wird die Pumpe - wie im Ausführungsbeispiel
nach Figur 2 beschrieben -zurückgestellt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 unterscheidet sich von demjenigen
nach Figur 5 dadurch, daß es sich hier wieder um eine Druck-Stromregelung handelt,
also ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 - d. h.
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also mit Anordnung der Drossel 45 in der Verbraucherleitung und Schaltung
des Drosselventils 52 nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 5. In Ergänzung zu
jenem wird hier wiederum der Förderstrom nach oben begrenzt, wobei Druckabfall und
Überdruck entsprechend, wie oben beschrieben, berücksichtigt werden. Bei diesem
Ausführungsbeispiel kann - ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 - wiederum
ein Rückschlagventil 49 angeordnet sein und die Drossel 38 aus Leitung 50 gespeist
werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 7 bezieht sich wiederum auf eine
Druckregelung und benutzt ein Drosselventil 52a mit gegenüber demjenigen nach dem
Ausführungsbeispiel der Figur 5 vertauschten Stellungen I und III. Im Unterschied
zu jenem entfallen Drossel 38 und Leitung 41. Das Drosselventil 52a steht unmittelbar
mit einer Leitung 57 in Verbindung, die von der Förderleitung 12 ausgeht. Das Ventil
18 wird von seiner rechten Seite her über eine Leitung 58 beaufschlagt, die an die
Leitung 53 angeschlossen ist. Zwischen der Mündungsstelle derselben und dem Vorsteuerventil
22 ist eine Drossel 59 angeordnet, welche die Funktion der Drossel 38 nach dem Ausführungsbeispiel
der Figur 5 übernimmt. Die Funktion ist im wesentlichen dieselbe, wie beim Ausführungsbeispiel
nach Figur 5. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß im Brückenzweig für den
Druckabgriff die Lage von Drosselventil und Konstantdrossel getauscht sind, Das
erfordert ein Drosselventil mit umgekehrter Drosselcharakteristik.
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Auch dieses Ausführungsbeispiel ist - wie diejenigen nach den Figuren
3 und 6 - wieder als Druck-Stromregelventil abwandelbar, indem man in die Leitung
12 die Drossel 45 einsetzt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 8 ist das Drosselventil - nun
bezeichnet mit 60 - anders ausgebildet, und zwar dadurch, daß es einen dritten Anschluß
hat. An diesem ist über eine Leitung 61 und eine Drosselverbindung 62 im Drosselventil
60 das Vorsteuerventil 22 angeschlossen. Über eine zweite Drosselstelle 63 im Drosselventil
60 wird das Schaltventil 18 über eine Leitung 64 unmittelbar von der rechten Seite
her beaufschlagt. Man erweicht damit, daß sich der Druck in der Abgriffleitung 64
beim Auslenken des Drosselventils stärker ändert als bei den Ausführungsbeispielen
nach Figur 5 und Figur 7.
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Dadurch wird die Wirkung des Drosselventils vergrößert.
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Auch dieses als Druckregeleinrichtung ausgebildete Ausführungsbeispiel
kann durch Anordnung einer Drossel in der Verbraucherleitung - siehe Figur 6 - wieder
als Druck-Stromregelung ausgebildet werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 9 zeigt eine weitere denkbare Variante
der Druck- bzw. Druckstromregelung nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
Abgewandelt ist wiederum das Drosselventil, das die Bezeichnung 65 trägt und dessen
Einschaltung in den Regelkreis aus der Zeichnung hervorgeht. Nan erreicht hiermit,
daß sich (ebenfalls) beim Auslenken des Drosselventils eine größere Änderung des
Steuerdrucks an der Fläche 18a ergibt. Ansonsten ist die Funktion wie beim Ausführungsbeispiel
der Figur 8.
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Durch die erfindungsgemäßen Ausführungen der Regeleinrichtung wird
die Regelgenauigkeit bei schnellen Änderungen im Verbraucherkreis erheblich verbessert.
Außerdem wird der Regelkreis stabiler, insbesondere bei Lasten mit vorherrschend
kapazitiver Charakteristik. Der Schieber des Drosselventils kann für eine oder zwei
Auslenkrichtungen ausgelegt sein. Entscheidend ist dessen Auslenken über den Druckgradienten
am Verbraucher. Dies kann nicht nur - wie dargestellt - durch Druckdifferenz am
Drosselschieber mit Feder (n) erfolgen, es kann beispielsweise auch der Ausschlag
einer Membran auf den Schieber übertragen werden.