DE1188948B

DE1188948B - Arbeitsfluessigkeitsmengen-Regeleinrichtung fuer hydrostatische Pumpen und Motoren

Info

Publication number: DE1188948B
Application number: DEM45955A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Wagenseil
Original assignee: METALLWERK GLOCKERAU GmbH
Current assignee: METALLWERK GLOCKERAU GmbH
Priority date: 1960-07-16
Filing date: 1960-07-16
Publication date: 1965-03-11

Description

Arbeitsflüssigkeitsmengen-Regeleinrichtung für hydrostatische Pumpen und Motoren Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Regeleinrichtung, die es z. B. gestattet, eine stufenlos verstellbare Axialkolbenpumpe in Abhängigkeit vom Betriebsdruck auf vorbestimmte Fördermengenwerte zu regeln, beispielsweise für konstante Antriebsleistung der Pumpe. Ferner gestattet die Regeleinrichtung die Vorwahl eines bestimmten Höchstdruckes, ab welchem sie als Druckregler arbeitet und die Fördermenge dem momentanen Verbrauch des Sekundärteils anpaßt. Eine zusätzliche Einrichtung ermöglicht das Zurückstellen der Pumpe auf eine Mindestfördermenge, bei geringem Pumpendruck. im Leerlauf.
Die gleiche Regeleinrichtung, z. B. in Verbindung mit einem verstellbaren Axialkolbenmotor, gestattet auch die bekannte Sekundärregelung bei hydrostatischen Getrieben.
Es sind Regeleinrichtungen bekannt, bei denen das Verstellen der Pumpe durch einen federbelasteten Kolben direkt oder indirekt erfolgt. Eine Seite des Kolbens ist an die Druckleitung der Pumpe angeschlossen, die andere Seite ist mit einer Federsäule, die entsprechend der gewünschten Charakteristik ausgelegt wird, belastet. Eine Druckänderung in der Leitung zum Verbraucher bewirkt die Verstellung des Kolbens und der Pumpe.
Bei dieser Lösung ist eine einstellbare Druckbegrenzung in der Weise möglich, daß die Abstützung der Federsäule durch einen druckgesteuerten größeren Kolben erfolgt. Wird der eingestellte Grenzdruck erreicht, so weicht der größere Kolben aus und bewirkt eine Verstellung der Pumpe bei konstantem Druck in die angenäherte Nullstellung.
Ferner sind Druckregler bekannt, bei denen das Verstellen der Pumpe ebenfalls durch einen federbelasteten Kolben erfolgt. Die Regelung wird durch ein Ventil bewirkt, welches bei Erreichen des Einstelldruckes Drucköl auf den Kolben gelangen läßt; es erfolgt eine Verstellung in Richtung kleinerer Fördermenge. Wird der Einstelldruck unterschritten, gibt das Ventil dem Kolben Verbindung ins Freie, und die Pumpe verstellt sich durch Federkraft in Richtung größerer Fördermenge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnellwirkende und überdrucksichere Regeleinrichtung für hydrostatische Pumpen und Motoren zu schaffen. Durch das Zusammenwirken eines vorgesteuerten Sicherheitsventils mit dem arbeitsdruckabhängig vorgesteuerten Verstellkolben der hydrostatischen Pumpe bzw. des Motors ist es möglich, die Pumpe bzw. den Motor schnell zu verstellen und die Arbeitsflüssigkeitsmenge mit großer Genauigkeit dem Druck entsprechend einzustellen. Plötzliche zu hohe Druckspitzen führen zu einem kurzzeitigen Ansprechen des Sicherheitsventils, und es werden daher schädliche Auswirkungen sowohl für den hydrostatischen Antrieb als auch für den Verbraucher vermieden. Durch Einbau eines mit dem Vorsteuerschieber verbundenen vorgesteuerten Druckminderventils und einer diesem nachgeschalteten Drosselkette bietet sich der Vorteil, z. B. eine konstante Antriebsleistung in einem großen Regelbereich stufenlos zu verändern. Außerdem entfallen die bei den bekannten Regeleinrichtungen erforderlichen kräftigen und langen Federsäulen, die infolge von Federbrüchen häufig Anlaß zu Betriebsstörungen geben. Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung kann in vorteilhafter Weise konstruktiv zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt werden. Durch Anordnung von zwei Zweiwegeventilen ist es möglich, eine Pumpe bei geringern Betriebsdruck in die angenäherte Nullage zu verstellen, so daß sie nur eine geringe ölmenge fördert und eine Erwärmung der umlaufenden Betriebsflüssigkeit vermieden wird.
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die A b b. 1, 2 und 3 beschrieben. Es zeigt A b b. 1 die Regeleinrichtung in schematischer Darstellung, A b b. 2 eine andere Ausführungsform der Regeleinrichtung, A b b. 3 ein Leistungsdiagramm.
Pumpenregelung für konstanten Druck (A b b. 1) Die Verstellung der Pumpe P erfolgt durch den Verstellkolben 1, dessen kleinere Kolbenfläche F1 unmittelbar unter dem Betriebsdruck p1 steht und der somit in der gezeichneten Stellung des Vorsteuer- Schiebers 2 die Pumpe mit zusätzlicher Hilfe einer Feder auf maximale Fördermenge stellt.
Unter Betriebsdruck p1 stehen auch das vorgesteuerte Sicherheitsventil 5 sowie die federlose Seite des Vorsteuerschiebers 2 und dessen rechte Steuerkante 2a, die in der gezeichneten Stellung abgeschlossen ist.
Die große Fläche F, des Verstellkolbens 1 ist mit dem Ölraum des Vorsteuerschiebers 2 verbunden. In den gleichen Raum mündet die Leitung zur Drossel 3. Die linke Steuerkante 2 b gibt in der gezeichneten Stellung die Leitung für die Drossel 4 frei.
Die Federseite des Vorsteuerschiebers 2 ist mit der mit einem Vorsteuerventil 6 versehenen Steuerleitung pg eines Sicherheitsventils 5 verbunden. Bis zu dem am Vorsteuerventil6 eingestellten Betriebsdruck herrscht im oberen und unteren Ventilraum des Sicherheitsventils 5 gleicher Druck, und bedingt durch das Verhältnis der oberen zur unteren Kolbenfläche sowie zusätzlich unterstützt durch eine Feder wird der Ventilkolben auf den Ventilsitz gedrückt. Wird der eingestellte Grenzwert erreicht, so fließt am Vorsteuerventil6 Öl ab, und im oberen Ventilraum 5 sinkt der Druck, da das nachströmende öl eine Drosselstelle 5a passieren muß. Der auftretende Differenzdruck d p = p1 - p3 verstellt den Kolben des Sicherheitsventils 5 in Richtung öffnen und Schließen, und das Sicherheitsventil s arbeitet dann als Druckregler.
Die Gesetzmäßigkeit der Druckdifferenz d p des vorgesteuerten Sicherheitsventils 5 läßt sich rechnerisch bestimmen und wird zusätzlich für die Pumpenregelung ausgenutzt. Vor dem Erreichen des zum öffnen des Sicherheitsventils 5 notwendigen Gleichgewichts, also bei einem geringeren d p, reagiert der Steuerkolben des Vorsteuerschiebers 2, bewegt sich nach rechts und läßt Drucköl auf die große Kolbenfläche F, des Verstellkolbens 1 einwirken. Bei der Bewegung des Steuerkolbens von Vorsteuerschieber 2 wird zunächst die Leitung zur Drossel 4 abgesperrt, anschließend die rechte Steuerkante 2a geöffnet. Es fließt so viel Öl ein, bis der Druck p2 den Wert erreicht hat, der in der Lage ist, den Verstellkolben 1 in Richtung Q,nj" zu verstellen. Die aus der Drossel 3 austretende Steuerölmenge wird ebenfalls vom Druck p$ bestimmt.
Reicht die Verstellzeit der Pumpe P nicht aus, um einen sehr raschen Druckanstieg abzubauen, so erhöht sich der Differenzdruck J p, und das weniger träge Sicherheitsventil s spricht kurzzeitig an.
Versuche haben gezeigt, daß die Ausbildung des Vorsteuerschiebers 2 mit einer sogenannten Zweikantensteuerung - das Ein- und Austreten von Steueröl wird hierbei von der linken und rechten Steuerkante des Steuerkolbens gesteuert - sehr leicht zum Pendeln des Reglers führt. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde eine Ausführung gewählt, die während des Regelvorganges den erforderlichen Druck p2 für die Fläche F2 mit Hilfe einer festen Drossel 3 und nur einer Steuerkante 2a, der rechten des Steuerkolbens, steuert.
Beim Abfallen des Betriebsdruckes unter den Öffnungswert des Vorsteuerventils 6 wird der Druck p3 in der Steuerleitung wieder gleich dem Betriebsdruck p1. Der Steuerkolben des Vorsteuerschiebers 2 bewegt sich durch Federkraft nach links, verschließt mit seiner rechten Steuerkante 2 a den Druckzufluß, öffnet mit seiner linken Steuerkante 2 6 die Leitung zur Drossel4 und läßt gemeinsam über Drossel3 und 4 Steueröl abfließen. Der Verstellkolben 1 verstellt die Pumpe in Richtung Q,"",.
Die Verstellzeit der Pumpe P ist vom Druck p2, und den Querschnitten der Drosseln 3 und 4 abhängig. Pumpenregelung für eine vorbestimmt sich verringernde Fördermenge bei steigendem Betriebsdruck (A b b. 1) Die Verstellung der Pumpe P wird durch die gleichen Organe wie vorstehend beschrieben bewirkt. Beim Öffnen des Vorsteuerventils 10 erfolgt eine Verstellung in Richtung Q ,"j", beim Schließen des Vorsteuerventils 10 eine Verstellung in Richtung Q.ax. Das Vorsteuerventi110 hat Differenzkolbenflächen. Die kleinere Fläche F3 des Ventilkegels ist mit der Steuerleitung p3 des vorgesteuerten Sicherheitsventils 5 verbunden. Die größere Fläche F5 wird druckgesteuert. Das Ansprechen des Vorsteuerventils 10 ist vom Verhältnis der Flächen F3 und F5 sowie von den auf diese Flächen wirkenden Drücken abhängig. Das Gleichgewicht ist bei p3 - F 3 = p 5 - F 5 erreicht.
Die Steuerung des Druckes p. erfolgt durch das Druckminderventil7 sowie durch eine diesem nachgeschaltete Drosselkette, bestehend aus einer festen Drossel 8 und einer verstellbaren Drossel 9.
Das Druckminderventil 7 ist mit seiner linken Steuerkante an den Betriebsdruck p1 angeschlossen. Die Leitung vom Ventilraum des Druckminderventils 7 zur festen Drossel 8 ist zusätzlich mit der linken Kolbenfläche des Druckminderventils 7 verbunden. Die gegenüberliegende Seite ist federbelastet. Entsprechend der Federkraft und der Größe der linken Kolbenfläche wird in der Leitung zur Drossel 8 ein konstanter Druck p4 aufrechterhalten. An die Leitung der festen Drossel 8 sind die veränderliche Drossel 9 sowie die große Fläche F5 des Vorsteuerventils 10 angeschlossen.
Durch Veränderung der Größe der Fläche F5 der Drossel 9 kann der Druck p.. reguliert werden.
Wird die Fläche Fj der Drossel 9 in Abhängigkeit zur Pumpenfördermenge verändert, so ergibt sich eine Pumpenregelung für eine vorbestimmt sich verringernde Fördermenge bei steigendem Betriebsdruck. In den meisten Fällen wird eine Regelung der Pumpe P nach konstanter Antriebsleistung verlangt. Das Produkt Fördermenge mal Druck ist konstant zu halten, die Regelkurve ist hierbei eine Hyperbel.
Die Auslegung der Fläche F5' wird zweckmäßig für den größten Regelbereich der Pumpe vorgenommen, beispielsweise: Regelbeginn ...... Q = 100 %, p1 ---- 20 atü Regelende ....... Q = 5,7%, p1 = 350 atü Bei einem gewählten Flächenverhältnis des Kolbens des Vorsteuerventils 10 von 1 :40 ergeben sich folgende Drücke für p5: Regelbeginn Regelende Der für den größten Regelbereich festgelegte Konstantdruck p4 muß kleiner sein als der Druck p1 bei Regelbeginn. Dadurch wird mit Sicherheit erreicht, daß das Vorsteuerventil 10 bis Regelbeginn geschlossen bleibt.
Aus der Gleichung geht hervor, daß bei einer Erhöhung des Konstantdruckes p4 der Druck p. proportional ansteigt. Die Erhöhung des Konstantdruckes p4 wird durch Vergrößerung der Vorspannung der Feder im Druckminderventil 7 erreicht.
Auf die Regelung der Pumpenleistung angewandt ergibt sich damit die Möglichkeit, die Werte einer vorbestimmten Regelkurve zu vervielfachen. Wenn beispielsweise eine Regelkurve nach konstanter Antriebsleistung für den größten Regelbereich bei minimaler Antriebsleistung einer Pumpe ausgelegt ist, kann die Regelkurve stufenlos für jede Leistung bis zum Endwert bei kleinstem Regelbereich und größter Antriebsleistung eingestellt werden (A b b. 3).
Die Überschreitung des maximalen Betriebsdruckes p",., wird durch das Vorsteuerventil 6, welches bei Erreichen des vorgewählten maximalen Betriebsdruckes p1 anspricht, verhindert. In diesem Zustand wird die Regelung nach der vorbestimmten Regelkurve beendet und durch die bereits beschriebene Regelung für konstanten Betriebsdruck ersetzt.
Eine weitere Möglichkeit, die vorbestimmte Regelkurve zu verändern, besteht darin, daß die veränderliche, in Abhängigkeit zur Fördermenge festgelegte Drossel 9 relativ zur zugehörigen Stellung verschoben wird. Die ursprünglich konstante Antriebsleistung ändert sich dann, vom Regelbeginn aus gesehen, in eine steigende bzw. sinkende Antriebsleistung der Pumpe (Ab b. 3).
In A b b. 2 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Federseite des Vorsteuerschiebers 2 zusätzlich an ein Vorsteuerventil 10a angeschlossen ist, dessen Druckfedervorspannung über eine Verstelleinrichtung in Abhängigkeit vom Weg des Verstellkolbens 1 veränderbar ist. Diese Ausführung genügt bei flachen Regelcharakteristiken oder bei kleinen Regelbereichen von Leistungsreglern. Nullhubregelung für Leerlauf Durch Verbindung eines Zweiwegeventils 11 mit der Federseite des Vorsteuerschiebers 2 und Einbau eines Zweiwegeventils 12 in die zum Verbraucher V führende Förderleitung 13 ist es möglich, bei Leerlauf der Pumpe P dieselbe gegen geringen Druck p1 in die Nullage zu verstellen. Die Verstellung der beiden Zweiwegeventile erfolgt synchron, d. h., das Zweiwegeventil1l wird geöffnet, wenn das Zweiwegeventil12 geschlossen wird. Die Pumpe fördert dann lediglich Leck-, Schmier- und Steueröl gegen einen geringen Betriebsdruck p1.

Claims

Patentansprüche: 1. Arbeitsflüssigkeitsmengen-Regeleinrichtung für hydrostatische Pumpen und Motoren mit einem arbeitsflüssigkeitsdruckbeaufschlagten, von einem Vorsteuerschieber gesteuerten Verstellkolben, dadurch gekennzeichnet, daß die Federseite des Vorsteuerschiebers (2) mit der mit einem Vorsteuerventil (6) versehenen Steuerleitung (p3) eines Sicherheitsventils (5) verbunden ist, welches über eine Drosselstelle (5a) mit der Druckleitung (p1) der Pumpe bzw. des Hydromotors in Verbindung steht, wobei am Vorsteuerschieber (2) eine zweite, mit einer Drossel (4) versehene Ableitung angeordnet ist, welche bei sinkendem Arbeitsflüssigkeitsdruck (p1) einen zusätzlichen Abfluß der Verstellflüssigkeit zuläßt.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federseite des Vorsteuerschiebers (2) zusätzlich mit der Fläche (F3) eines Vorsteuerventils (10) in Verbindung steht, dessen Betätigungsfläche (F@) über eine Drossel (8) mit der Sekundärseite eines Druckminderventils (7) und über eine Drossel (9), deren Blendenquerschnitt (F-') in Abhängigkeit vom Weg des Verstellkolbens (1) veränderbar ist, mit dem Abfluß in Verbindung steht.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federseite des Vorsteuerschiebers (2) zusätzlich an ein Vorsteuerventil (10a) angeschlossen ist, dessen Druckfedervorspannung über eine Verstelleinrichtung in Abhängigkeit vom Weg des Verstellkolbens (1) veränderbar ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federseite des Vorsteuerschiebers (2) mit einem Zweiwegeventil (11) verbunden ist, welches geöffnet wird, sobald die Arbeitsflüssigkeitsleitung (13) z. B. mittels eines Zweiwegeventils (12) geschlossen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 959 617; deutsche Auslegeschriften Nr. 1063 032, 1062 118, 1095 670, 1051643; französische Patentschriften Nr. 933 428, 1086859.