DE3600787C1 - Steuergeraet fuer eine Pumpe mit einstellbarer Foerdermenge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für eine Pumpe mit einstellbarer Fördermenge, mit einer Einstell­ vorrichtung, die eine Nullage und zu beiden Seiten davon Bereiche mit zunehmender Förderung in entgegengesetzten Richtungen besitzt und einen Stufenkolben aufweist, dessen kleinere Kolbenfläche vom Pumpendruck und dessen größere Kolbenfläche in entgegengesetzter Richtung von einem über eine Steuerdruckleitung zuführbaren Steuerdruck beaufschlagbar ist, und mit einem Steuerventil, das zwei gegensinnig verstellbare, in Reihe zwischen Pumpendruck­ leitung und Behälter geschaltete Drosseln und einen da­ zwischen liegenden Abgriff für den Steuerdruck aufweist.

Steuergeräte dieser Art sind aus DE-OS 29 25 236 be­ kannt. Der Stufenkolben nimmt jeweils eine Lage ein, in der die von beiden Seiten der auf ihn wirkenden Kräf­ te im Gleichgewicht sind. Durch Betätigung des Steuerven­ tils wird daher die Lage der Einstellvorrichtung geän­ dert. Das Steuerventil ist von Hand betätigbar und be­ sitzt eine mechanisch mit der Einstellvorrichtung gekup­ pelte Rückführvorrichtung. Diese sorgt in Verbindung mit Neutralstellungsfedern dafür, daß die Einstellvorrich­ tung im unbetätigten Zustand des Steuerventils eine Neu­ tralstellung oder Nullage einnimmt. Ein solches Steuerge­ rät muß in unmittelbarer Nähe der Pumpe angeordnet und für die Handbetätigung zugänglich sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der durch Anwendung einer Servosteuerung für die Betätigung des Steuerventils hinsichtlich dessen Anordnung eine größere Freizügigkeit besteht und sichergestellt ist, daß bei einem Fehler, insbesondere in der Servosteuerung, die Pumpe unabhängig von ihrer Förderrichtung in die Neutral­ lage verstellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuerventil zu seiner Betätigung einen Servoeingang aufweist, der über eine Servoleitung mit einem Servo­ druckgeber verbunden ist, daß ein Sicherheits-Schaltventil vorgesehen ist, das im Fehlerfall den Servoeingang von der Servoleitung abtrennt und mit einer von einem Rück­ stelldruckgeber abgehenden Hilfsleitung verbindet, und daß der Rückstelldruckgeber in Abhängigkeit von der Lage der Einstellvorrichtung betätigbar ist und bis zum Errei­ chen der Nullage einen Rückstelldruck solcher Größe ab­ gibt, daß das Steuerventil in einer die Einstell­ vorrichtung in die Nullage treibenden Richtung verstellt wird.

Ein solches Steuerventil kann eine beliebige Lage er­ halten. Es braucht nicht von Hand betätigt zu werden, da es über die Servoleitung angesteuert werden kann. Im Rahmen dieser Servosteuerung ist es natürlich auch möglich, die Einstellvorrichtung in die Nullage zu brin­ gen. Wenn aber die Servosteuerung ausfällt oder ein ande­ rer Fehler auftritt, würde die Pumpe unkontrolliert wei­ terlaufen. Hier greift das beanspruchte Sicher­ heits-Schaltventil ein, das in einem solchen Fehlerfall den Servoeingang des Steuerventils über die Hilfsleitung mit dem Rückstelldruckgeber verbindet. Da der Rückstell­ druck von der Lage der Einstellvorrichtung abhängt, bildet er eine Rückführung, die es erlaubt, die Einstellvor­ richtung kontrolliert in die Nullage zu bringen und dort zu halten, so daß keine unkontrollierte Druckmittelförde­ rungen erfolgen. Auch macht es diese Betriebsweise nicht erforderlich, das Steuerventil in räumlicher Nähe zur Pumpe anzuordnen.

Bei welchen Fehlern das Sicherheits-Schaltventil an­ spricht, hängt von der Auslegung des Steuergeräts ab. In Betracht kommen beispielsweise fehlender oder zu gerin­ ger Pumpendruck, Ausfall der Servodruckpumpe, Positions­ fehler oder zu rasche Bewegungen der Einstellvorrichtung u. dgl.

Vorzugsweise ist der Rückstellsignalgeber ein mit der Einstellvorrichtung verstellbarer, von einem Arbeitsdruck gespeister Druckteiler, der gegensinnig verstellbare Drosseln und einen dazwischen liegenden Abgriff für den Rückstelldruck aufweist und in Abhängigkeit von der Lage der Einstellvorrichtung entweder den Arbeitsdruck oder den Behälterdruck oder einen Zwischendruck als Rückstell­ druck abgibt. Zumindest im Bereich der Nullage ändert sich daher bei einer Lageänderung der Einstellvorrichtung auch das Rückstellsignal.

Insbesondere kann der Arbeitsdruck durch den Steuerdruck gebildet sein. Da der Steuerdruck im allgemeinen gerin­ ger ist als der Pumpendruck, sind die Verluste im Druck­ teiler entsprechend klein.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Stufen­ kolben im Anschluß an seine die größere Kolbenfläche bildende Stirnwand einen mit dem Behälter verbundenen Hohlraum aufweist, daß ein koaxial am Zylinder des Stu­ fenkolbens angebrachter Stift eine Öffnung in der Stirn­ wand durchsetzt und daß der Stift Steueröffnungen auf­ weist, die in Verbindung mit der Stirnwand den Druckteiler bilden. Hier kann der Steuerdruck unmittelbar aus dem Steuerdruckraum des Stufenzylinders abgenommen werden. Der Druckteiler hat einen sehr einfachen Aufbau.

Es empfiehlt sich, daß die Steueröffnungen in der Nullage beidseitig über die Stirnwand überstehen. Auf diese Weise ergeben sich die beiden gegensinnig verstellbaren Drosseln des Druckteilers. Dies führt bei der Rückstellung im Bereich der Nullage zu einer sehr genauen Regelung. Eine Alternative besteht darin, daß die Steueröffnung eine geringere axiale Länge hat, so daß die Drosselstellen sich zumindest teilweise durch den Ringspalt zwischen Stift und Stirnwandbohrung ergeben.

Günstig ist es, wenn im Stift mindestens eine Radial­ bohrung, die von der Steueröffnung ausgeht, und eine Axialbohrung, die mit der Hilfsleitung verbunden ist, vorgesehen sind. Da der Stift ortfest montiert ist, ergibt sich eine einfache Verbindung mit der Hilfsleitung.

Die Steueröffnung kann durch die Mündung der Radialboh­ rung gebildet sein. Vorzugsweise ist sie jedoch durch eine axiale Drosselnut vorgegeben. Eine weitere Alter­ native besteht darin, daß eine sehr flache Umfangsnut vorgesehen ist.

Mit besonderem Vorteil ist die Steuerdruckleitung mit einer Drossel versehen. Diese Drossel stellt sicher, daß die Rückführung der Einstellvorrichtung in die Null­ lage nicht plötzlich sondern allmählich erfolgt.

Insbesondere kann die Drossel durch ein Umschaltventil überbrückt sein, das im Fehlerfall sperrt. Die Verzöge­ rungswirkung ist daher nur bei der selbsttäigen Rück­ führung in die Nullage vorhanden, stört aber den norma­ len Steuerbetrieb nicht.

Hierbei können das Sicherheits-Schaltventil und das Um­ schaltventil zu einer Ventilanordnung mit gemeinsamem Stellorgan vereinigt sein. Dies vereinfacht den konstruk­ tiven Aufbau.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch den Rückstelldruck­ geber und

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch eine abgewandelte Form des Rückstelldruckgebers.

Fig. 1 zeigt eine Pumpe 1, die Öl aus einem Behälter 2 ansaugt und wahlweise über die eine oder andere Förder­ leitung 3 bzw. 4 zu einem nicht veranschaulichten Ver­ braucher fördern kann. Beide Leitungen sind über eine aus Rückschlagventilen bestehende Brückenschaltung 5 mit einer Pumpendruckleitung 6 verbunden, die den Pumpen­ druck P _p führt. Eine mit der Pumpe 1 gekuppelte Servo­ pumpe 7 fördert Druckflüssigkeit über eine Leitung 8 in einen Servokreis und bei Bedarf über die Brückenschal­ tung 5 in die Förderleitung 3 bzw. 4. Der maximale Druck der Servopumpe 7 ist durch ein Druckbegrenzungsventil 9′ festgelegt.

Die Pumpe 1 besitzt eine Einstellvorrichtung 9, mit deren Hilfe die Fördermenge - ausgehend von einer Nullage - bis zu einer Maximalförderung über die Förderleitung 3 einerseits und bis zu einer Maximalförderung über die Förderleitung 4 andererseits verstellbar ist. Es kann sich um eine Radial- oder Axialkolbenpumpe mit ver­ stellbarem Kolben- oder Bahnträger, um eine Flügelrad­ pumpe mit verstellbarem Exzenterring oder um eine belie­ bige andere bekannte Zwei-Richtungs-Pumpe mit einstell­ barer Fördermenge handeln. Die Einstellvorrichtung 9 weist einen Mitnehmer 10 auf, der zwischen den Abschnit­ ten 11 und 12 eines Stufenkolbens 13 angeordnet ist. Der Mitnehmer 10 ist über die gestrichelt angedeutete Kupplung 14 unmittelbar mit dem erwähnten Träger, Exzen­ terring oder einem anderen Steuerelement verbunden. Der Abschnitt 11 besitzt eine kleinere Kolbenfläche 15 in einem Zylinder 16, dessen Zylinderraum 17 mit der Pumpen­ druckleitung 6 verbunden ist. Der Abschnitt 12 besitzt eine größere Kolbenfläche 18 in einem Zylinder 19, dessen Zylinderraum 20 mit einer einen Steuerdruck P _s führenden Steuerdruckleitung 21 verbunden ist.

Der Kolbenabschnitt 12 weist einen Hohlraum 22 auf, der mit dem Behälter 2 verbunden ist. Seine Stirnwand 23 ist von einem Stift 24 durchsetzt, der eine durchgehende Radialbohrung 25 und eine Axialbohrung 26 aufweist, welche mit einer Hilfsleitung 27 verbunden ist. Die Stirnwand 23 und Stift 24 bilden einen als Druckteiler ausgebildeten Rückstelldruckgeber 28, dessen Aufbau in Fig. 2 näher erläutert ist. Die beiden Mündungen der Radialbohrung 25 bilden Steueröffnungen 29 und 30 und stehen in der Nullage der Einstellvorrichtung 9 beidseitig über die vom Stift 24 durchsetzte Öffnung 31 in der Stirnwand 23 über. Dadurch entstehen zwei Drosseln, die sich gegensinnig verändern, bis die eine oder andere Drossel vollständig geschlossen hat.

Die Ausführung in Fig. 3 ist weitgehend dieselbe, so daß für die entsprechenden Teile um 100 erhöhte Bezugs­ zeichen verwendet werden. Unterschiedlich ist, daß die Steueröffnungen 129 und 130 durch flache, Drosselkanäle bildende Axialnuten gebildet sind, so daß sich eine noch feinfühligere Änderung der Drosselwirkung und daher eine ruhigere Regelung ergibt.

Ein Steuerventil 32 weist zwischen der Pumpendrucklei­ tung 6 und dem Behälter zwei in Reihe liegende, gegen­ sinnig verstellbare Drosseln 33 und 34 sowie einen da­ zwischenliegenden Abgriff 35 auf, an dem der Steuerdruck P _s abnehmbar ist, der einerseits vom Pumpendruck und andererseits von der Stellung des Steuerventils 32 ab­ hängt. Der Steuerdruck P _s wird über ein Umschaltventil 36 oder, wenn dieses geschlossen ist, über eine Drossel 37 und die Steuerdruckleitung 21 am Zylinderraum 20 gelei­ tet. Das Steuerventil 32 weist einen Servoeingang 38 auf, über den ein Servodruck P ₁ zugeführt wird, der gegen die Kraft einer Feder 39 wirkt und beispielsweise einen Ventilkolben des Steuerventils 32 verstellt.

Ein Sicherheits-Schaltventil 40, das im Fehlerfall an­ spricht, verbindet den Servoeingang 38 normalerweise mit einer Servoleitung 41 und im Fehlerfall mit der Hilfs­ leitung 27. Der Druck P ₁ am Servoeingang 28 entspricht daher entweder dem Servodruck P ₂ oder dem Rückstelldruck P ₃.

Zur Erzeugung des Servodrucks ist die Servopumpe 7 über ein Fehler-Schaltventil 43 mit einem Konstantdruckregler 44 verbunden. Sein Ausgangsdruck P ₄ ist an dessen Servo­ eingang 45 gelegt, so daß der Druck P ₄ einen von der Kraft der Feder 46 abhängigen konstanten Wert hat. Der gleiche Druck P ₄ wird auch dem Servoeingang 46 des Si­ cherheits-Schaltventils 40 und dem Servoeingang 47 des Umschaltventils 36 zugeführt. Ferner dient der Druck P ₄ als Eingangswert für den Servodruckgeber 42, dessen Elektromagnet 48 von einer elektronischen Steuer- und Regelschaltung 49 im Sinne einer Impulsbreitenmodulation beeinflußt wird. Der Servodruck P ₂ ist daher kleiner als der konstante Druck P ₄. Der Steuer- und Regelvorrich­ tung 49 wird einerseits am Eingang 50 ein Sollwert für die gewünschte Fördermenge und am Eingang 51 ein Istwert für die tatsächliche Lage der Einstellvorrichtung 9, hier mit Hilfe eines Lagegebers 52, zugeführt. Die Steu­ er- und Regelvorrichtung 49 ist auch in der Lage, Fehler zu erkennen und in diesem Fall den Magneten 53 des Feh­ ler-Schaltventils 43 zu erregen, so daß dieses den Eingang des Konstantdruckventils 44 von der Servopumpe 7 abschal­ tet und an den Behälter 2 legt.

Damit ergibt sich die folgende Betriebsweise: Im Normal­ betrieb arbeitet das Steuerventil 32 in Abhängigkeit vom Servodruck P ₂, dessen Größe von der Steuer- und Regel­ vorrichtung 49 mit Hilfe des Servodruckgebers 42 vorgege­ ben ist. Der Steuerdruck P _s wirkt im Zylinderraum 20 auf die größere Kolbenfläche 18, während der Pumpendruck P _p im Zylinderraum 17 auf die kleinere Kolbenfläche 15 wirkt. Unter dem Einfluß des Steuerdrucks wird die Ein­ stellvorrichtung 9 so lange verstellt, bis der Pumpendruck P _p einen Wert erreicht hat, bei dem der Stufenkolben 13 im Gleichgewicht gehalten wird. Jede von der Steuer- und Regelvorrichtung 49 hervorgerufene Änderung des Steu­ erdrucks führt zu einer entsprechenden Verstellung der Einstellvorrichtung.

Wenn die Servopumpe 7 ausfällt oder das Fehler-Schaltven­ til 43 umgeschaltet wird, sinkt der konstante Druck P ₄ auf den Behälterdruck. Infolgedessen gehen sowohl das Sicherheits-Schaltventil 40 als auch das Umschaltventil 36 in die andere Stellung. Nunmehr wirkt der Rückstell­ druck P ₃ am Servoeingang 38 des Steuerventils 32. Wenn die Einstellvorrichtung 9 die in Fig. 1 veranschaulichte Lage hat, ist der Rückstelldruck P ₃ gleich dem Steuerdruck P _s mit der Folge, daß dieser Steuerdruck vom Steuerventil 32 vermindert wird und die Einstellvorrichtung 9 sich nach rechts bewegt. Sobald die Steueröffnungen 29 und 30 sich im Bereich der Stirnwand 23 befinden, tritt die Druckteilerfunktion des Rückstelldruckgebers 28 auf mit dem Ergebnis, daß der Rückstelldruck P ₃ nur noch einen Bruchteil des Steuerdrucks P _s ausmacht. Sobald ein be­ stimmtes Verhältnis zwischen Steuerdruck und Rück­ stelldruck erreicht ist, befindet sich die Einstellvor­ richtung in der Nullage und wird in dieser Nullage ge­ halten. Entsprechende Verhältnisse treten auf, wenn sich die Steueröffnungen 29 und 30 zu Anfang im Hohlraum 22 befunden haben. Nur wird dann das Steuerventil 32 so beeinflußt, daß sich die Einstellvorrichtung 9 nach links bewegt.

Ein gestrichelter Bogen 54 zeigt an, daß die beiden Ven­ tile 36 und 40 einen gemeinsamen Ventilschieber und daher auch einen gemeinsamen Servoeingang besitzen können. In diese Ventilkombination kann auch der Konstant­ druckregler 44 einbezogen sein.

Die Komponenten, die innerhalb des strichpunktiert um­ randeten Bereichs A liegen, sind diejenigen Teile, die zu einer normalen Pumpenausrüstung gehören. Lediglich die im Bereich B liegenden Teile müssen abgeändert oder ergänzt werden.

Claims (10)

1. Steuergerät für eine Pumpe mit einstellbarer Förder­ menge, mit einer Einstellvorrichtung, die eine Null­ lage und zu beiden Seiten davon Bereiche mit zunehmen­ der Förderung in entgegengesetzten Richtungen besitzt und einen Stufenkolben aufweist, dessen kleinere Kol­ benfläche vom Pumpendruck und dessen größere Kolbenfläche in entgegengesetzter Richtung von einem vom Pumpendruck und dessen größere Kolbenfläche über eine Steuerdruckleitung zuführbaren Steuerdruck beaufschlagbar ist, und mit einem Steuerventil, das zwei gegensinnig verstellbare, in Reihe zwischen Pum­ pendruckleitung und Behälter geschaltete Drosseln und einen dazwischen liegenden Abgriff für den Steuer­ druck aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steu­ erventil (32) zu seiner Betätigung einen Servoeingang (38) aufweist, der über eine Servoleitung (41) mit einem Servodruckgeber (42) verbunden ist, daß ein Sicherheits-Schaltventil (40) vorgesehen ist, das im Fehlerfall den Servoeingang von der Servoleitung abtrennt und mit einer von einem Rückstelldruckgeber (28) abgehenden Hilfsleitung (27) verbindet, und daß der Rückstelldruckgeber in Abhängigkeit von der Lage der Einstellvorrichtung (9) betätigbar ist und bis zum Erreichen der Nullage einen Rückstelldruck (P ₃) solcher Größe abgibt, daß das Steuerventil in einer die Einstellvorrichtung in die Nullage treibenden Richtung verstellt wird.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstellsignalgeber (28) ein mit der Ein­ stellvorrichtung (9) verstellbarer, von einem Arbeits­ druck gespeister Druckteiler ist, der gegensinnig verstellbare Drosseln und einen dazwischen liegenden Abgriff für den Rückstelldruck (P ₃) aufweist und in Abhängigkeit von der Lage der Einstellvorrichtung entweder den Arbeitsdruck oder den Behälterdruck oder einen Zwischendruck als Rückstelldruck abgibt.

3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck durch den Steuerdruck (P _s ) ge­ bildet ist.

4. Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (13) im Anschluß an seine die größere Kolbenfläche (18) bildende Stirnwand (23, 123) einen mit dem Behälter (2) verbundenen Hohlraum (22) aufweist, daß ein koaxial am Zylinder (19) des Stufenkolbens angebrachter Stift (24, 124) eine Öff­ nung (31, 131) an der Stirnwand durchsetzt und daß der Stift Steueröffnungen (29, 30; 129, 130) auf­ weist, die in Verbindung mit der Stirnwand den Druck­ teiler bilden.

5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen (29, 30; 129, 130) in der Nullage beidseitig über die Stirnwand (23; 123) über­ stehen.

6. Steuergerät nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Radialbohrung (25; 125), die von der Steueröffnung (29, 30; 129, 130) ausgeht und durch eine Axialbohrung (26; 126), die mit der Hilfs­ leitung (27) verbunden ist, im Stift (24).

7. Steuergerät nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnung (129, 130) durch eine axiale Drosselnut gebildet ist.

8. Steuergerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckleitung (21) mit einer Drossel (37) versehen ist.

9. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (37) durch ein Umschaltventil (36) überbrückt ist, das im Fehlerfall sperrt.

10. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheits-Schaltventil (40) und das Um­ schaltventil (36) zu einer Ventilanordnung (54) mit gemeinsamem Stellorgan vereinigt sind.