EP1118771B1 - Power control unit - Google Patents
Power control unitInfo
- Publication number
- EP1118771B1 EP1118771B1 EP20000127378 EP00127378A EP1118771B1 EP 1118771 B1 EP1118771 B1 EP 1118771B1 EP 20000127378 EP20000127378 EP 20000127378 EP 00127378 A EP00127378 A EP 00127378A EP 1118771 B1 EP1118771 B1 EP 1118771B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- piston
- regulating device
- control
- power regulating
- setting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B1/26—Control
- F04B1/30—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
- F04B1/32—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
- F04B1/324—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/002—Hydraulic systems to change the pump delivery
Definitions
- the invention relates to a power control device for regulating the power of a piston engine according to the preamble of claim 1.
- a control device for controlling an adjustable hydraulic pump according to the preamble of claim 1 is shown in EP 0 149 787 B2.
- a disadvantage of the device known from EP 0 149 787 B2 is in particular the high construction costs, which is due to the attachment of the torque valve as a separate assembly to the hydraulic pump. Also, the possibility of readjusting the power during operation can be accomplished only with great effort.
- Object of the present invention is therefore to provide a power control device, which manages with low construction costs and can be realized using an existing pump with adjustment.
- the power controller according to the invention with the characterizing features of claim 1 has over the known from EP 0147987 B2 control device has the advantage that the controller can be set separately for different services by its design before installation. Likewise, the power setting during operation by a control device, which is easily accessible, be readjusted.
- control device is a prefabricated overall component in a specific recess in the housing of the piston engine.
- control device in this case already existing pumps with devices for adjusting the power without major construction costs retrofitted.
- the performance curve of the pump can be moved as required by additional external hydraulic pressure.
- the power control device according to the invention can therefore be used as a total power controller.
- Another advantage is the low loss of control oil, since the power control device is controlled directly.
- Fig. 1 shows an axial section through an axial piston machine 1 in swash plate design, in which a power control device 2 according to the invention is provided.
- the basic structure of an axial piston machine 1 in swash plate design is known, so that the following description can be limited to the essential components.
- a shaft 3 is rotatably mounted on a first bearing 4 and on a second bearing 5 in a housing 6 of the axial piston machine 1.
- the housing 6 of the axial piston machine 1 is divided into a main body 6a and a lid body 6b screwed to the main body 6a.
- a cylinder drum 7 is rotatably connected to the shaft 3.
- the cylinder drum 7 are arranged on a pitch circle offset cylinder bores 8, in which piston 9 are axially displaceable.
- the pistons 9 are connected via ball joint connections 10 with sliding shoes 11 and are supported on the sliding blocks 11 on a swash plate 12 designed as a pivoting cradle.
- the swash plate 12 serves as an actuator for adjusting the delivery volume of the axial piston machine 1.
- the compound of Cylinder bores 8 with a high-pressure line, not shown, and a low-pressure line, also not shown, via a control body 13 which has a kidney-shaped high-pressure opening 14 and a likewise kidney-shaped low-pressure opening 15.
- the stroke of the piston 9 in the cylinder bores 8 is predetermined by the swivel angle ⁇ of the swash plate 12.
- the swashplate 12 designed as a swivel cradle is shown twice in FIG. 1 both in its neutral position and in a position pivoted by the swivel angle ⁇ .
- the cylinder drum 7 is held by a spring 22 on the control body 13 in abutment.
- the spring 22 is supported on the cylinder drum 7 via a first ring 23 and on the shaft 3 via a second ring 24.
- the cylinder drum 7 is axially movable relative to the stationary shaft 3 via a wedge and groove connection.
- the power control device 2 is integrated in a receiving bore 16 of the housing 6 and consists of a connected via a ball joint sliding connection 17 with the swash plate 12 actuating piston 18 which is axially guided in the receiving bore 16, an inserted into the receiving bore 16 control valve 19.
- the control valve 19 and the actuating piston 18 are axially offset from one another in the receiving bore 16.
- a control valve for a flow control in the same manner can be used in the receiving bore 16, as is known from DE 199 49 169 A1.
- the control valves are therefore modular exchangeable depending on the application.
- a spherical sliding block 22 slidably, which forms the ball joint sliding joint 17 together with a spherical recess 23 shown in Fig. 1 of the swash plate 12.
- the sliding block 22 could rest on the swash plate 12 slidably and the spherical recess 23 may be formed in the actuating piston 18.
- the first embodiment of the power control device 2 according to the invention is shown enlarged in Fig. 2.
- matching elements with matching reference numerals are provided with Fig. 1 in order to facilitate the assignment.
- the actuating piston 18 is cup-shaped and has a central Befest Trentsdocht 30, which has a thread. In the thread 31, a threaded portion 31 of an extension 32 can be screwed, which extends in the axial direction by the adjusting piston 18, the control piston 20, a second spring retainer 33 and return springs 50, 53.
- the actuating piston 18 is adjoined by a valve sleeve 35 which has a first operating pressure connection 36, which is connected to the operating pressure of the piston engine 1, and a tank connection 37.
- the control piston 20 is surrounded in the radial direction by the valve sleeve 35 and is penetrated by the extension 32, which is guided through a recess 41 of the control piston 20 therethrough.
- the control piston 20 has a first groove 38, which is connected to the first operating pressure port 36 and on which a first engagement surface 39 is formed for the operating pressure of the piston engine 1. Over the first attack surface 39 exerts the operating pressure of the piston engine. 1 an axial force on the control piston 20 from.
- a second groove 40 in the control piston 20 is connected to the tank port 37.
- the control piston 18 has a control pressure chamber 42 which is formed as a recess in the control piston 18.
- the adjusting pressure chamber 42 communicates via axial bores 59a and at least one radial bore 59b in the valve sleeve 35 with a first control edge 43 and a second control edge 44 of the control piston 20 in connection.
- the radial bore 59b is connected to the first groove 38 via the first control edge 43 or to the second groove 40 via the second control edge 44.
- the pressure in the control pressure chamber is either increased or decreased.
- the control pressure chamber 42 is connected via an integrated in the valve sleeve 35 outlet throttle 45 to the tank port 37, so that the actuating piston 18 displaces the hydraulic fluid from the control pressure chamber at a pivoting to maximum displacement volume.
- the control piston 20 abuts with a first end 46 in a central recess 47 of the valve sleeve 35 and is connected at a second end 48 with the second spring retainer 33, which has an outside step 49.
- a first return spring 50 is supported, which is penetrated by the extension 32 in the axial direction.
- the first return spring 50 is supported on the end side on an outer support sleeve 52a, which forms a first spring receptacle 51 with an inner support sleeve 52b.
- a second return spring 53 is supported.
- the first spring retainer 51 bears against a lock nut 54, which is screwed onto a thread 55 at the end of the extension bolt 32. After loosening the lock nut 54 is an adjustment of the spring tension of the return springs 50 and 53 by screwing the spring retainer 51 relative to the extension 32 allows.
- the return springs 50 and 53 and the first Spring receptacle 51 are arranged in a spring receiving space 34 and are surrounded by a spring chamber sleeve 56. This is designed removable and with a sealing element 57, z. As an O-ring sealed.
- Another sealing element 58 which may also be designed as an O-ring seals the power control device 2 against the piston engine 1 from.
- the operation of the power control device 2 is based on the background that the capacity of the reciprocating engine 1 is dependent on the swivel angle ⁇ of the swash plate 12 and the working pressure. If the swash plate 12 is at a right angle ( ⁇ 0 °) relative to the axis 3, the piston engine 1 is idling. As soon as the angle ⁇ becomes larger, the piston engine 1 starts to deliver hydraulic fluid. In order to regulate or limit the delivery rate, the control valve 19 can adjust the adjusting piston 18 so that the swashplate 12 is tilted at an angle ⁇ which extends from 0 ° to a certain maximum angle. The maximum angle is defined by the basic position of the actuating piston 18. The piston engine 1 always starts at this maximum angle to build up sufficient pressure.
- the operating pressure is applied to the operating pressure connection 36 of the valve sleeve 35.
- the hydraulic fluid filling the first groove 38 under operating pressure exerts a force on the first engagement surface 39, which moves the control piston 20 slowly against the force of the first return spring 50 which bears against the second spring mount 33 in the direction of the spring chamber sleeve 56.
- the movement is due to the fact that the final surfaces of the first groove 38 have a slight paragraph, so that the pressures on the final surfaces of the first groove 38 are different in size and a resultant force in the direction of the spring chamber sleeve 56 is applied.
- control piston 20 leads to a larger opposite movement of the actuating piston 18, which presses against the swash plate 12 and thereby reduces the pivot angle ⁇ .
- the pressure in the control pressure chamber 42 is controlled by the control valve 19 to a lying between tank pressure and operating pressure setting. As long as the control pressure chamber 42 is in communication with the first groove 38, hydraulic fluid is pressed under operating pressure in the control pressure chamber 42, whereby the control piston 18 moves the swash plate 12 in the direction of smaller pivot angle ⁇ .
- control pressure chamber 42 Since the control pressure chamber 42 is connected to the tank port 37 via the flow restrictor 45 integrated in the valve sleeve 35, the hydraulic fluid under control pressure can be returned to the tank port 37 in the event of a declining movement of the control piston 18.
- the power control device 2 leads to an approximately constant maximum output of the piston engine 1.
- the assumed values of pressure and displacement are in a pressure-displacement diagram (pV diagram) on a straight line, the slope in this area in about the slope of the theoretical butterhyperbel in pV diagram corresponds.
- pV diagram pressure-displacement diagram
- the second return spring 53 which is supported on an inner support sleeve 52 and only for the first time Wear occurs when the first return spring 50 is biased to a certain value, again a stable operating condition can be achieved, which corresponds to a second straight line in the pV diagram, wherein the second straight line has a higher slope than the first straight line and thus the slope of the linenhyperbel in the range of high pressures p or small delivery volumes V adapted.
- a second embodiment of the power control device 2 according to the invention is shown, which differs from the first embodiment by a second operating pressure port 60, which is connected to the operating pressure of a further, not shown piston engine.
- the control piston 20 has a third groove 61 which is connected to the second operating pressure port 60 and on which a second engagement surface 62 is formed for the operating pressure of the further piston engine. Via the second engagement surface 62, the operating pressure of the further piston engine exerts a further axial force on the control piston 20.
- a corresponding choice of the individual operating pressures or the individual delivery volumes of the piston engine 1 and the other piston engine, not shown, means that the power control device 2 according to the invention can also be designed as a total power controller, the sum of the outputs of the piston engine 1 and the other piston engine, not shown a predetermined maximum is limited.
- the actuating piston 18 moves as long as in the direction of smaller pivot angle ⁇ of the swash plate 12 until a balance between the sum of the operating pressures and the spring forces is restored.
- the invention is not limited to the illustrated embodiments, but can also be used in a power control device 2 in a different construction or in axial piston machines 1 in a different construction. It should be emphasized that the travel of the actuating piston 18 is independent of the travel of the control piston 20 and despite a very small adjustment of the control piston 20 can achieve a much larger travel of the actuating piston 18.
Description
Die Erfindung betrifft eine Leistungsregelvorrichtung zum Regeln der Leistung einer Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a power control device for regulating the power of a piston engine according to the preamble of claim 1.
Eine Regeleinrichtung zur Regelung einer verstellbaren Hydropumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 geht aus der EP 0 149 787 B2 hervor.A control device for controlling an adjustable hydraulic pump according to the preamble of claim 1 is shown in EP 0 149 787 B2.
Bei derartigen Regeleinrichtungen besteht eine direkte Funktionsbeziehung zwischen dem Hubvolumen der Pumpe und der Steuerung des Betriebsdrucks, der das Steuerventil betätigt, wodurch eine verlustarme Momentenregelung gegeben ist, weil die Momentenkennlinie nicht durch ein Drosselsystem durch Absenken des Betriebsdruckes festgelegt ist, sondern ausschließlich durch Veränderung der Federvorspannung am Momentenventil, d. h. durch Auslegung der Meßfeder bzw. des Meßfedersatzes. Für eine Leistungsregelung gilt die Beziehung, daß das Produkt aus Betriebsdruck und Hubvolumen der Pumpe konstant sein muß. Ein Maß für das Hubvolumen einer Hydropumpe ist die Stellung des die Pumpenfördermenge einstellenden Pumpenstellgliedes, das über die Feder bzw. den Meßfedersatz mit dem Momentenventil verbunden ist. Außerdem ist dem Momentenventil das als Druckwaage wirkende, primär der Fördermengeneinstellung dienende Steuerventil nachgeschaltet. Dadurch bleibt unterhalb der ansprechenden Leistungsregelung am Momentenventil die Förderstromeinstellung konstant. Da der Stellkolben des Stellgerätes unmittelbar mit dem Ablauf verbunden werden kann, sind kurze Ausschwenkzeiten (Einstellzeiten für die Pumpe auf maximale Fördermenge) möglich.In such control devices there is a direct functional relationship between the stroke volume of the pump and the control of the operating pressure, which actuates the control valve, whereby a low-loss torque control is given because the torque curve is not determined by a throttle system by lowering the operating pressure, but exclusively by changing the spring preload at the torque valve, d. H. by design of the measuring spring or the Meßfedersatzes. For a power control, the relation holds that the product of operating pressure and stroke volume of the pump must be constant. A measure of the stroke volume of a hydraulic pump is the position of the pump delivery adjusting pump actuator, which is connected via the spring or the Meßfedersatz with the torque valve. In addition, the torque valve acting as a pressure compensator, primarily the flow rate adjustment serving control valve is connected downstream. As a result, below the appealing power control at the torque valve, the delivery flow setting remains constant. Since the actuating piston of the actuator can be connected directly to the drain, short turn-off times (setting times for the pump to maximum flow) are possible.
Nachteilig an der aus der EP 0 149 787 B2 bekannten Vorrichtung ist insbesondere der hohe Bauaufwand, welcher durch die Anbringung des Momentenventils als gesonderte Baugruppe an der Hydropumpe bedingt ist. Auch die Möglichkeit der Nacheinstellung der Leistung während des Betriebes ist nur mit hohem Aufwand zu bewerkstelligen.A disadvantage of the device known from EP 0 149 787 B2 is in particular the high construction costs, which is due to the attachment of the torque valve as a separate assembly to the hydraulic pump. Also, the possibility of readjusting the power during operation can be accomplished only with great effort.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Leistungsregelvorrichtung anzugeben, welche mit geringem Bauaufwand auskommt und unter Verwendung einer bestehenden Pumpe mit Verstellung realisiert werden kann.Object of the present invention is therefore to provide a power control device, which manages with low construction costs and can be realized using an existing pump with adjustment.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.The object is achieved by the characterizing features of claim 1 in conjunction with the generic features.
Der erfindungsgemäße Leistungsregler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber der aus der EP 0 149 787 B2 bekannten Regeleinrichtung den Vorteil, daß der Regler durch seine Bauweise vor dem Einbau separat für unterschiedliche Leistungen eingestellt werden kann. Ebenso kann die Leistungseinstellung während des Betriebes durch eine Stellvorrichtung, welche leicht zugänglich ist, nachjustiert werden.The power controller according to the invention with the characterizing features of claim 1 has over the known from EP 0147987 B2 control device has the advantage that the controller can be set separately for different services by its design before installation. Likewise, the power setting during operation by a control device, which is easily accessible, be readjusted.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims contain advantageous developments of the invention.
Von Vorteil ist insbesondere die Möglichkeit, die Regeleinrichtung als vorgefertigtes Gesamtbauteil in eine hierfür bestimmte Ausnehmung im Gehäuse der Kolbenmaschine einzusetzen. Vorteilhafterweise werden hierbei bereits vorhandene Pumpen mit Vorrichtungen zur Einstellung der Leistung ohne großen Bauaufwand nachgerüstet.Of particular advantage is the possibility to use the control device as a prefabricated overall component in a specific recess in the housing of the piston engine. Advantageously, in this case already existing pumps with devices for adjusting the power without major construction costs retrofitted.
Durch einfache Montagevarianten kann die Leistungskennlinie der Pumpe durch zusätzlichen externen hydraulischen Druck beliebig verschoben werden. Die erfindungsgemäße Leistungsregelvorrichtung kann daher als Summenleistungsregler verwendet werden.Through simple installation variants, the performance curve of the pump can be moved as required by additional external hydraulic pressure. The power control device according to the invention can therefore be used as a total power controller.
Von Vorteil ist dabei auch der geringe Steuerölverlust, da die Leistungsregelvorrichtung direkt gesteuert ist.Another advantage is the low loss of control oil, since the power control device is controlled directly.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine, an welcher ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung vorgesehen ist;
- Fig. 2
- eine auszugsweise vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Leistungsregelvorrichtung aus Fig. 1, und
- Fig. 3
- ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung.
- Fig. 1
- a section through an axial piston machine on which a first embodiment of the power control device according to the invention is provided;
- Fig. 2
- a partial enlarged view of the embodiment of the invention of the power control device of FIG. 1, and
- Fig. 3
- A second embodiment of the power control device according to the invention.
Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise, bei welcher eine erfindungsgemäße Leistungsregelvorrichtung 2 vorgesehen ist. Der grundsätzliche Aufbau einer Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise ist bekannt, so daß sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Bauteile beschränken kann.Fig. 1 shows an axial section through an axial piston machine 1 in swash plate design, in which a
Eine Welle 3 ist an einem ersten Lager 4 und an einem zweiten Lager 5 in einem Gehäuse 6 der Axialkolbenmaschine 1 drehbar gelagert. Das Gehäuse 6 der Axialkolbenmaschine 1 gliedert sich in einen Grundkörper 6a und einen mit dem Grundkörper 6a verschraubten Deckelkörper 6b.A shaft 3 is rotatably mounted on a first bearing 4 and on a second bearing 5 in a
Eine Zylindertrommel 7 ist mit der Welle 3 drehfest verbunden. In der Zylindertrommel 7 befinden sich auf einem Teilkreis versetzt angeordnete Zylinderbohrungen 8, in welchen Kolben 9 axial verschiebbar sind. Die Kolben 9 sind über Kugelgelenkverbindungen 10 mit Gleitschuhen 11 verbunden und stützen sich über die Gleitschuhe 11 an einer als Schwenkwiege ausgebildeten Schrägscheibe 12 ab. Die Schrägscheibe 12 dient als Stellglied zum Verstellen des Fördervolumens der Axialkolbenmaschine 1. Die Verbindung der Zylinderbohrungen 8 mit einer nicht dargestellten Hochdruckleitung und einer ebenfalls nicht dargestellten Niederdruckleitung erfolgt über einen Steuerkörper 13, der eine nierenförmige Hochdrucköffnung 14 und eine ebenfalls nierenförmige Niederdrucköffnung 15 aufweist. Der Hub der Kolben 9 in den Zylinderbohrungen 8 ist durch den Schwenkwinkel α der Schrägscheibe 12 vorgegeben. Die als Schwenkwiege ausgeführte Schrägscheibe 12 ist in Fig. 1 sowohl in ihrer Neutralstellung als auch in einer um den Schwenkwinkel α verschwenkten Stellung zweifach dargestellt.A cylinder drum 7 is rotatably connected to the shaft 3. In the cylinder drum 7 are arranged on a pitch circle
Die Zylindertrommel 7 wird mittels einer Feder 22 an dem Steuerkörper 13 in Anlage gehalten. Dazu stützt sich die Feder 22 über einen ersten Ring 23 an der Zylindertrommel 7 und über einen zweiten Ring 24 an der Welle 3 ab. Die Zylindertrommel 7 ist gegenüber der ortsfesten Welle 3 über eine Keil-Nut-Verbindung axial bewegbar.The cylinder drum 7 is held by a
Zum Verschwenken der Schwenkscheibe 12 dient die erfindungsgemäße Leistungsregelvorrichtung 2. Die Leistungsregelvorrichtung 2 ist in einer Aufnahmebohrung 16 des Gehäuses 6 integriert und besteht aus einem über eine Kugelgelenk-Gleitverbindung 17 mit der Schrägscheibe 12 verbundenen Stellkolben 18, welcher in der Aufnahmebohrung 16 axial geführt ist, einem in die Aufnahmebohrung 16 eingesetztes Steuerventil 19. Das Steuerventil 19 und der Stellkolben 18 sind in der Aufnahmebohrung 16 axial versetzt zueinander angeordnet. Anstatt des dargestellten Steuerventils 19 für eine Leistungsregelung kann in die Aufnahmebohrung 16 auch ein Steuerventil für eine Förderstromregelung in gleicher Weise eingesetzt werden, so wie die aus der DE 199 49 169 A1 bekannt ist. Die Steuerventile sind daher je nach Einsatzzweck modular austauschbar. Bei einer Ausgestaltung als Förderstromregelung oder Druckregelung ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungsbohrung zwischen dem Federaufnahmeraum 34 und dem Tankanschluß 37 verschlossen wird und statt dessen der Federaufnahmeraum 34 separat mit dem Hydraulikfluidtank verbunden wird. Dadurch werden Druckspitzen in dem Federaufnahmeraum 34 vermieden.The
An dem in der Aufnahmebohrung 16 des Gehäuse 6 axial geführten Stellkolben 18 liegt ein kugelförmiger Gleitstein 22 gleitend an, der zusammen mit einer in Fig. 1 dargestellten sphärischen Ausnehmung 23 der Schrägscheibe 12 die Kugelgelenk-Gleitverbindung 17 bildet. Selbstverständlich könnte auch umgekehrt der Gleitstein 22 an der Schrägscheibe 12 gleitend anliegen und die sphärische Ausnehmung 23 in dem Stellkolben 18 ausgebildet sein.At the in the
Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung 2 ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Im übrigen sind mit Fig. 1 übereinstimmende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern.The first embodiment of the
Der Stellkolben 18 ist topfförmig ausgebildet und weist einen zentralen Befestigungsdocht 30 auf, welcher ein Gewinde aufweist. In das Gewinde 31 ist ein Gewindeabschnitt 31 einer Verlängerung 32 einschraubbar, welche sich in axialer Richtung durch den Stellkolben 18, den Steuerkolben 20, eine zweite Federaufnahme 33 sowie Rückstellfedern 50, 53 erstreckt.The actuating
An den Stellkolben 18 schließt sich eine Ventilhülse 35 an, welche einen ersten Betriebsdruckanschluß 36, der mit dem Betriebsdruck der Kolbenmaschine 1 verbunden ist, und einen Tankanschluß 37 aufweist. Der Steuerkolben 20 ist in radialer Richtung von der Ventilhülse 35 umgeben und wird von der Verlängerung 32 durchgriffen, die durch eine Ausnehmung 41 des Steuerkolbens 20 hindurch geführt ist.The actuating
Der Steuerkolben 20 weist eine erste Nut 38 auf, welche mit dem ersten Betriebsdruckanschluß 36 verbunden ist und an welcher eine erste Angriffsfläche 39 für den Betriebsdruck der Kolbenmaschine 1 ausgebildet ist. Über die erste Angriffsfläche 39 übt der Betriebsdruck der Kolbenmaschine 1 eine axiale Kraft auf den Steuerkolben 20 aus. Eine zweite Nut 40 im Steuerkolben 20 ist mit dem Tankanschluß 37 verbunden.The
Der Stellkolben 18 weist eine Stelldruckkammer 42 auf, welche als Ausnehmung im Stellkolben 18 ausgebildet ist. Die Stelldruckkammer 42 steht über axiale Bohrungen 59a und zumindest eine radiale Bohrung 59b in der Ventilhülse 35 mit einer ersten Steuerkante 43 und einer zweiten Steuerkante 44 des Steuerkolbens 20 in Verbindung. Je nach Stellung des Steuerkolbens 20 ist die radiale Bohrung 59b über die erste Steuerkante 43 mit der ersten Nut 38 oder über die zweite Steuerkante 44 mit der zweiten Nut 40 verbunden. Je nach Stellung des Steuerkolbens 20 wird daher der Druck in der Stelldruckkammer entweder erhöht oder erniedrigt. Die Stelldruckkammer 42 ist über eine in der Ventilhülse 35 integrierte Ablaufdrossel 45 mit dem Tankanschluß 37 verbunden, so daß der Stellkolben 18 bei einer Ausschwenkung auf maximales Verdrängungsvolumen das Hydraulikfluid aus der Stelldruckkammer verdrängt.The
Der Steuerkolben 20 schlägt mit einem ersten Ende 46 in einer zentralen Ausnehmung 47 der Ventilhülse 35 an und ist an einem zweiten Ende 48 mit der zweiten Federaufnahme 33 verbunden, welche eine außenseitige Stufe 49 aufweist. An der außenseitigen Stufe 49 der zweiten Federaufnahme 33 stützt sich eine erste Rückstellfeder 50 ab, welche in axialer Richtung von der Verlängerung 32 durchgriffen wird. Die erste Rückstellfeder 50 stützt sich endseitig an einer äußeren Stützhülse 52a ab, welche mit einer inneren Stützhülse 52b eine erste Federaufnahme 51 bildet. An der inneren Stützhülse 52b stützt sich eine zweite Rückstellfeder 53 ab. Die erste Federaufnahme 51 liegt an einer Kontermutter 54 an, welche auf einem Gewinde 55 am Ende des Verlängerungsbolzens 32 aufgeschraubt ist. Nach dem Lösen der Kontermutter 54 ist eine Verstellung der Federspannung der Rückstellfedern 50 und 53 durch Verschrauben der Federaufnahme 51 gegenüber der Verlängerung 32 ermöglicht. Die Rückstellfedern 50 und 53 und die erste Federaufnahme 51 sind in einem Federaufnahmeraum 34 angeordnet und werden von einer Federraumhülse 56 umgeben. Diese ist abnehmbar gestaltet und mit einem Dichtelement 57, z. B. einem O-Ring, abgedichtet. Ein weiteres Dichtelement 58, welches ebenfalls als O-Ring ausgeführt sein kann, dichtet die Leistungsregelvorrichtung 2 gegen die Kolbenmaschine 1 ab.The
Die Funktionsweise der Leistungsregelvorrichtung 2 beruht auf dem Hintergrund, daß die Förderleistung der Kolbenmaschine 1 vom Schwenkwinkel α der Schrägscheibe 12 und dem Arbeitsdruck abhängig ist. Liegt die Schrägscheibe 12 relativ zur Achse 3 in einem rechten Winkel (α≈0°), befindet sich die Kolbenmaschine 1 im Leerlauf. Sobald der Winkel α größer wird, beginnt die Kolbenmaschine 1, Hydraulikfluid zu fördern. Um die Förderleistung zu regeln bzw. zu begrenzen, kann das Steuerventil 19 den Stellkolben 18 so verstellen, daß die Schrägscheibe 12 unter einem Winkel α, der von 0° bis zu einem bestimmten Maximalwinkel reicht, verkippt wird. Der Maximalwinkel wird durch die Grundstellung des Stellkolbens 18 definiert. Die Kolbenmaschine 1 läuft stets unter diesem Maximalwinkel an, um genügend Druck aufzubauen. Sobald die Kolbenmaschine 1 läuft, liegt am Betriebsdruckanschluß 36 der Ventilhülse 35 der Betriebsdruck an. Das die erste Nut 38 unter Betriebsdruck ausfüllende Hydraulikfluid übt an der ersten Angriffsfläche 39 eine Kraft aus, welche den Steuerkolben 20 langsam entgegen der Kraft der ersten Rückstellfeder 50, welche an der zweiten Federaufnahme 33 anliegt, in Richtung der Federraumhülse 56 bewegt. Die Bewegung kommt dadurch zustande, daß die abschließenden Flächen der ersten Nut 38 einen geringfügigen Absatz aufweisen, so daß die Drücke auf die abschließenden Flächen der ersten Nut 38 unterschiedlich groß sind und eine resultierende Kraft in Richtung der Federraumhülse 56 ausgeübt wird.The operation of the
Die kleinräumige Bewegung des Steuerkolbens 20 führt zu einer größeren entgegengesetzten Bewegung des Stellkolbens 18, welcher gegen die Schrägscheibe 12 drückt und dadurch den Schwenkwinkel α verkleinert.The small-scale movement of the
Durch die an der zweiten Federaufnahme 33 anliegende erste Rückstellfeder 50, welche zwischen der zweiten Federaufnahme 33 und der äußeren Stützhülse 51 eingespannt ist, wird ein Rückkoppelungseffekt erreicht, da die Verlängerung 32, welche durch die erste Rückstellfeder 50 in Bewegungsrichtung des Stellkolbens 18 mitbewegt wird, den Steuerkolben 20 mit einer von der Stellung des Stellkolbens 18 abhängigen Rückkopplungskraft beaufschlagt. Dadurch wird ein stabiler Betriebszustand unter einen bestimmten Schwenkwinkel α erreicht, der einer vorgegebenen Leistung entspricht.By the voltage applied to the
Der Druck in der Stelldruckkammer 42 wird dabei durch das Steuerventil 19 auf einen zwischen Tankdruck und Betriebsdruck liegenden Stelldruck geregelt. Solange die Stelldruckkammer 42 mit der ersten Nut 38 in Verbindung steht, wird Hydraulikfluid unter Betriebsdruck in die Stelldruckkammer 42 gepreßt, wodurch der Stellkolben 18 die Schrägscheibe 12 in Richtung kleinerer Schwenkwinkel α bewegt.The pressure in the
Da die Stelldruckkammer 42 über die in der Ventilhülse 35 integrierte Ablaufdrossel 45 mit dem Tankanschluß 37 verbunden ist, kann bei einer rückläufigen Bewegung des Stellkolbens 18 das unter Stelldruck stehende Hydraulikfluid in den Tankanschluß 37 zurückgeleitet werden.Since the
Die Leistungsregelvorrichtung 2 führt zu einer näherungsweise konstanten Maximalleistung der Kolbenmaschine 1. Die angenommenen Werte von Druck und Fördervolumen liegen in einem Druck-Fördervolumen-Diagramm (p-V-Diagramm) auf einer Geraden, deren Steigung in diesem Bereich in etwa der Steigung der theoretischen Leistungshyperbel im p-V-Diagramm entspricht. Sobald das Fördervolumen ab- bzw. der Druck zunimmt, kann durch die zweite Rückstellfeder 53, welche sich an einer inneren Stützhülse 52 abstützt und erst zum Tragen kommt, wenn die erste Rückstellfeder 50 auf einen bestimmten Wert vorgespannt ist, wiederum ein stabiler Betriebszustand erreicht werden, welcher einer zweiten Geraden im p-V-Diagramm entspricht, wobei die zweite Gerade eine höhere Steigung als die erste Gerade aufweist und sich damit der Steigung der Leistungshyperbel im Bereich großer Drücke p bzw. kleiner Fördervolumina V anpaßt.The
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung 2 dargestellt, welches sich vom ersten Ausführungsbeispiel durch einen zweiten Betriebsdruckanschluß 60 unterscheidet, welcher mit dem Betriebsdruck einer weiteren, nicht dargestellten Kolbenmaschine verbunden ist.In Fig. 3, a second embodiment of the
Die im übrigen identische Ausführung der Leistungsregelvorrichtung 2 wird daher im folgenden nicht nochmals beschrieben. Das Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 mit identischen Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern.The otherwise identical embodiment of the
Im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung 2 weist der Steuerkolben 20 eine dritte Nut 61 auf, welche mit dem zweiten Betriebsdruckanschluß 60 verbunden ist und an welcher eine zweite Angriffsfläche 62 für den Betriebsdruck der weiteren Kolbenmaschine ausgebildet ist. Über die zweite Angriffsfläche 62 übt der Betriebsdruck der weiteren Kolbenmaschine eine weitere axiale Kraft auf den Steuerkolben 20 aus. Eine entsprechende Wahl der einzelnen Betriebsdrücke bzw. der einzelnen Fördervolumina der Kolbenmaschine 1 und der nicht dargestellten weiteren Kolbenmaschine führt dazu, daß die erfindungsgemäße Leistungsregelvorrichtung 2 auch als Summenleistungsregler ausgeführt werden kann, wobei die Summe der Leistungen der Kolbenmaschine 1 und der nicht dargestellten weiteren Kolbenmaschine auf ein vorgegebenes Maximum begrenzt wird.In the present second embodiment of the
Auch in diesem Ausführungsbeispiel bewegt sich der Stellkolben 18 solange in Richtung auf kleineren Schwenkwinkel α der Schwenkscheibe 12, bis wieder ein Gleichgewicht zwischen der Summe der Betriebsdrücke und den Federkräften hergestellt ist.Also in this embodiment, the
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch bei einer Leistungsregelvorrichtung 2 in anderer Bauweise bzw. bei Axialkolbenmaschinen 1 in anderer Bauweise zum Einsatz kommen. Zu betonen ist, daß der Stellweg des Stellkolbens 18 unabhängig von dem Stellweg des Steuerkolbens 20 ist und sich trotz einer nur sehr geringen Verstellung des Steuerkolbens 20 ein sehr viel größerer Stellweg des Stellkolbens 18 erreichen läßt.The invention is not limited to the illustrated embodiments, but can also be used in a
Claims (16)
- Power regulating device (2) for regulating the power of a piston engine (1) having
a setting piston (18) that acts on a setting element (12) of the piston engine (1) and
a control valve (19) with a control piston (20), acting upon which are an operating pressure of the piston engine (1) and at least one resetting spring (50), the bias of which is dependent upon the position of the setting element (12),
characterized in
that the setting piston (18) and the control valve (19) are arranged axially offset relative to one another, that an extension (32) of the setting piston (18) extends through the control valve (19) and that the resetting spring (50) is clamped between a first spring receiver (51) of the extension (32) of the setting piston (18) and a second spring receiver (33) of the control piston (20) remote from the setting piston (18). - Power regulating device according to claim 1,
characterized in
that the setting piston (18) and the control valve (19) are disposed in a common recess (16) of a housing (6) of the piston engine (1). - Power regulating device according to claim 1 or 2,
characterized in
that the control valve (19) has a valve sleeve (35), in which a first operating pressure port (36) connected to the operating pressure of the piston engine (1) as well as a tank port (37) are formed. - Power regulating device according to claim 3,
characterized in
that the control piston (20) has a first groove (38), which is connected to the first operating pressure port (36) and on which a first working surface (39) for the operating pressure of the piston engine (1) is formed, via which the operating pressure of the piston engine (1) exerts an axial force on the control piston (20). - Power regulating device according to claim 4,
characterized in
that the control piston (20) has a second groove (40), which is connected to the tank port (37). - Power regulating device according to claim 5,
characterized in
that the setting piston (18) is adjoined by a setting pressure chamber (42), which in dependence upon the position of the control piston (20) is connectable by a first control edge (43) to the first groove (38) and by a second control edge (44) to the second groove (40) of the control piston (20). - Power regulating device according to claim 6,
characterized in
that the setting pressure chamber (42) is connected to the tank port (37) by a discharge throttle (45) integrated in the valve sleeve (35). - Power regulating device according to one of claims 3 to 7,
characterized in
that the valve sleeve (35) has a second operating pressure port (60), which is connectable to the operating pressure of a further piston engine. - Power regulating device according to claim 8,
characterized in
that the control piston (20) has a third groove (61), which is connectable to the second operating pressure port (60) and on which a second working surface (62) for the operating pressure of the further piston engine is formed, via which the operating pressure of the further piston engine exerts an axial force on the control piston (20). - Power regulating device according to one of claims 1 to 9,
characterized in
that a plurality of resetting springs (50, 53) are provided, which with progressive resetting of the setting element (12) in the direction of minimal displacement volume are successively biased. - Power regulating device according to claim 10,
characterized in
that the resetting springs (50, 53) are disposed in a spring receiving space (34), which is situated at the side of the control valve (19) remote from the setting piston (18), and that the extension (32) of the setting piston (18) extends right into the spring receiving space (34). - Power regulating device according to claim 11,
characterized in
that the extension (32) is designed as a bolt that is connected in a non-positive and axially displaceable manner to the setting piston (18) and the first spring receiver (51). - Power regulating device according to claim 12,
characterized in
that the bolt (32) extends through a recess (41) of the control piston (20). - Power regulating device according to claim 11 or 12,
characterized in
that the setting piston (18) is of a pot-shaped design with a central fastening core (30), into which a threaded portion (31) of the bolt (32) may be screwed. - Power regulating device according to one of claims 11 to 14,
characterized in
that the spring receiving space (34) is surrounded by a removable spring space sleeve (56). - Power regulating device according to claim 2,
characterized in
that, as an alternative to the control valve (19) for output regulation, a control valve for delivery rate regulation and/or pressure cut-off is insertable into the recess (16) of the housing (6).
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