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Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer Axialkolbenpumpen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer
Axialkolbenpumpen, deren Verstellung durch eine Gebereinrichtung bewirkt wird, die
über einen Steuerschieber mit kraftschlüssiger Rückführung über eine Feder einen
von einem Hilfsölkreis betätigten Servomotor steuert.
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Derartige Einrichtungen zur Verstellung von Axialkolbenpumpen sind
unter dem Begriff Folgekolbensteuerung seit langem bekannt. Bei derartigen bekannten
Einrichtungen ist es bisher nicht möglich, in die Gebereinrichtung eingegebene Stellwerte
mit einem zusätzlichen Regelkreis, beispielsweise zur Leistungsbegrenzung, so zu
übersteuern, daß dabei der an der Gebereinrichtung eingestellte Stellwert für einen
bestimmten Schwenkwinkel der Pumpe, d.h. für eine bestimmte Fördermenge, unbeeinflußt
bleibt und bei Wegfall der Übersteuerung sofort wieder wirksam wird.
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Aus der DT-PS 1 921 298 ist eine Einrichtung bekannt geworden, bei
der die angestrebte Übersteuerunq ermöglicht ist.
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Dabei ist als Gebereinrichtung ein einen Geberöldruck einstellendes
Servoventil vorgesehen und der Steuerschieber weist für jede Stellrichtung einen
Steuerraum auf, der mit der Verstärkerstufe des Servoventils verbunden ist. Dieser
Steuerraum des Steuerschiebers ist durch einen gegenüber dem Steuerschieber verschieblichen
Ringkolben in zwei voneinander getrennte Ringräume unterteilt, wobei die Bewegung
des Ringkolbens einerseits durch einen Anschlag am Steuerschieber und andererseits
durch einen Bund am Schiebergehäuse begrenzt ist. Einer der so gebildeten Ringräume
ist mit der Verstärkerstufe des Servoventils verbunden und der andere Ringraum steht
mit dem Regelventil in Verbindung.
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Bei dieser bekannten Konstruktion dient der vom Servoventil als Gebereinrichtung
beeinflußte Hilfsölkreis in bekannter Weise zum willkürlichen Verstellen der Pumpe.
Der andere, mit dem Regelventil verbundene ölkreislauf (Regelkreis) soll z.B. die
eingestellte Leistung der Axialkolbenpumpe konstant halten bzw. diese auf einen
vorbestimmten Wert begrenzen, wobei die Fördermonge der Pumpe ihrem jeweiligen Arbeitsdruck
angepasst wird. Durch die Anordnung von durch Ringkolben getrenntenRingräumen in
dem Steuerraum des Steuerschiebers ist erreicht, daß die Wirkung der vom Servoventil
(Gebereinrichtung) vorgegebenen Einstellung des Hilfsölkreises von dem das Regelventil
enthaltenden Regelkreis übersteuert wird, ohne daß die beiden Kreise sich gegenseitig
direkt beeinflußen.
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Nachteilig ist bei der geschilderten bekannten Anordnung, daß hohe
Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Steuerräume des Steuerschiebers und
insbesondere auch der Ringkolben gestellt sind, da die Ringkolben den Hilfsölkreis
von dem Regelölkreis
trennen müssen. Praktisch lässt sich der Durchtritt
einer gewissen Menge von Lecköl an den Führungs- und Dichtflächen der Ringkolben
nicht vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der DT-PS 1 921
298 bekannt gewordene Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß auch bei direkter
kraftmässiger Ansteuerung der Verstelleinrichtung durch die Gebereinrichtung eine
hydraulische Übersteuerung zur Regelung der Pumpeneinstellung ermöglicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, daß als Gebereinrichtung mindestens ein in einem Zylinderraum
innerhalb eines am Steuerschieber anliegenden Zwischenkolbens angeordneter Stellkolben
mit Kolbenstange vorgesehen ist, der einerseits über eine Druck feder gegenüber
dem Zwischenkolben und damit gegenüber dem Steuerschieber abgestützt ist und andererseits
über einen Anschlag am Zwischenkolben anliegt und einen Steuerraum abgrenzt, der
mit einem einen Regeldruck bestimmenden Regelventil verbunden ist, und wobei die
Kolbenstange des Stellkolbens von einem eine vorbestimmte Geberkraft erzeugenden
Geberglied beaufschlagbar ist, dessen Stellweg durch einen Anschlag begrenzt ist.
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Durch diese konstruktive Ausbildung ist erreicht, daß trotz direkter
kraftmässiger Ansteuerung der Verstelleinrichtung über das Geberglied eine hydraulische
Ubersteuerung zur Regelung der Pumpeneinstellung beispielsweise auf konstante Leistung
ermöglicht ist. Die erfindungsgemässe Konstruktion ermöglicht einen direkten Steuerkraftvergleich
zwischen der an der Gebereinrichtung bzw. dem Geberglied willkürlich eingestellten
Stellkraft und der über das Regelventil hydraulisch durch einen Regelöldruck eingestellten
Regelkraft. Die Regelung der Fördermenge der Pumpe erfolgt ohne Änderung des am
Geberglied
eingestellten Kraftwertes. Die Ansteuerung am Geberglied
kann direkt über eine Feder, d.h. mechanisch, oder über einen Kolben, d.h. hydraulisch-pneumatisch
oder über einen Magnet, d.h. elektrisch, erfolgen.
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In zweckmässiger Ausbildung der Erfindung sind der Steuerschieber
und der Zwischenkolben einstückig ausgebildet und der Zylinderraum des Stellkolbens
ist innerhalb des Steuerschiebers ausgebildet. Dadurch ergibt sich konstruktiv eine
besonders zweckmässige und kleinbauende Lösung.
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Für die Erfindung ist es unwesentlich, auf welche Weise das Hilfsöl
und das Regelöl gewonnen werden. So kann das Hilfsöl sowohl durch eine Hilfspumpe
geliefert werden als auch vom Hochdruckkreislauf der Pumpe abgezweigt werden. Das
Regelöl kann ebenfalls vom Hochdruckkreislauf der Pumpe oder vom Hilfsöldruck abgezweigt
werden. Eine besonders einfache Ausbildung der Erfindung ergibt sich, wenn der Steuerraum-des
Stellkolbens mit dem Hilfsölkreis verbunden ist und das Regelventil im Hilfsölkreis
angeordnet ist.
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Das Regelventil kann erfindungsgemäß wahlweise mechanisch, hydraulisch,
pneumatisch, thermostatisch oder elektrisch in Abhängigkeit von dem jeweils gewünschten
Regelparameter gesteuert werden. Solche Regelparameter sind bekanntermaßen beispielsweise
der Druck im Hochdruckkreislauf der Pumpe, das Drehmoment des Antriebsmotors für
die Pumpe, Temperatur im Hochdruckölkreislauf, Drehzahl der Pumpe und dgl.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere auch für zweiseitig
verstellbare, d.h. reversierbare Pumpen, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erste
Ausführungsform der Erfindung für eine einseitig, d-.h. in einer Förderrichtung
verstellbare Pumpe.-und Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung
für eine nach zwei Seiten, d.h. Förderrichtungen verstellbare Pumpe.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Pumpe 1 wird durch einen Servomotor
2, dessen Servokolben-3 mit seiner Kolbenstange 4 am Stellhebel 5 der Pumpe 1 angreift,
verstellt.
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Der Servökolben 3 grenzt Zylinderräume 6 und 7 voneinander ab, von
denen der Zylinderra-um 6 über eine Leitung 8 mit einem Ansch-Luß 9 am Gehäuse 10
eines Steuerschiebers 11 in Verbindung steht. Der Anschluß 9 wird durch die Steuerkanten
12 und 13 entweder mit-der Ablaufleitung 14 und dem Ölbehälter 15 verbunden oder
über die Leitung 16 mit der Hochdruckleitung der Pumpe 1. Der andere Zylinderraum
7 ist'über eine Leitung 18 ständig mit der Leitung 16 und damit der Hochdruckseite
der Pumpe 1 verbunden. Die dem Zylinderraum 6 zugewandte Kolbenfläche des Servokolbens
3 ist größer als die dem Zylinderraum 7 zugewandte Kolbenfläche des Servokolbens
3. Die Kolbenstange 4 des Servokolbens 3 des Servomotors 2 steht über eine Rückstellfeder
19 in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Steuerschieber 11 innerhalb des Gehäuses
10.
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An dem Steuerschieber 11 liegt ein koaxial im Gehäuse 10 angeordneter
Zwischen kolben 20 an, in dessen Bohrung 21 ein Stellkolben 22 mit Kolbenstange
23 angeordnet ist, der einerseits über eine Druckfeder 24 gegenüber dem ZwisobenkoLben
20 und damit gegenüber dem Steuerschieber 11 abgestützt ist und andererseits über
einen Anschlag 25 am Zwischenkolben 20 anliegt. Der Stellkolben 22 grenzt einen
Steuerraum 26 innerhalb des Zwischenkolbens 20 ab, der mit dem Ausgang eines
Regelventiles
27 über eine Leitung 28 verbunden ist. Die mit einem Anschlagkragen 29 versehene
Kolbenstange 23 des Stellt kolbens 22 ist von einem eine vorbestimmte Geberkraft
erzeugenden Geberglied, im dargestellten Fall dem beweglichen Kern 30 eines Elektromagneten
31, beaufschlagbar, dessen Stellweg durch den sich an das Gehäuse 1o anlegenden
Anschlagskragen 29 begrenzt ist.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Wird der Elektromagnet 31 aktiviert,
so bewegt sich sein Kern 30 nach rechts und nimmt über die Kolbenstange 23, den
Stellkolben 22, die Druckfeder 24 und den Zwischenkolben 20 den Steuerschieber 11
mit, da die Druckfeder 24 so ausgelegt ist, daß sich ihre Länge erst verkürzt, wenn
die maximal mögliche, für die volle Pumpenverschwenkung gegen die Kraft der Rückstellfeder
19 aufzubringende Geberkraft überschritten wird. Durch die Bewegung des Steuerschiebers
11 nach rechts öffnet die Steuerkante 13 die Verbindung zwischen dem Zylinderraum-6
und der Ablaufleitung 14 . Dadurch bewegt sich der Servokolben 3 nach links und
die Pumpe 1 wird so lange in Richtung größerer Fördermenge verschwenkt, bis sich
die durch das Zusammendrücken zunehmende Kraft der Rückstellfeder 19 und die Kraft
des Elektromagneten 31, die sich über die Druckfeder 24 gegeneinander abstützen',
im Gleichgewicht befinden, so daß sich der Steuerschieber 11 in seine Ausgangslage
zurückbewegt.
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Mit wachsendem Arbeitsdruck in der Leitung 17 der wiebeschrieben auf
größere Fördermenge verstellten Pumpe 1 steigt der Druck im Steuerraum 26, da er
über das Regelventil 27 und die Leitung 28 mit der Leitung 17 verbunden ist Mit
Hilfe des Regelventils 27 kann durch entsprechende Einstellun.g jede gewünschte
Abhängigkeit des Regeldruckes im Steuerraum 26 vom Arbeitsdruck in der Leitung 17
herbeigeführt werden, z.B. im
vorliegenden Beispiel einer Ausführungsform,
um die Leistung der Pumpe 1 zu regeln. Der steigende Regeldruck im Steuerraum 26
beaufschlagt über den Stellkolben 22 die Druck feder 24 zusätzlich zu den Kräften,
die der Elektromagnet 31 und die Rückstellfeder 19 ausüben, so daß die Druckfeder
24, wenn ihre Belastungsgrenze überschritten ist, ihrer Charakteristik entsprechend
zusammengedrückt wird, während-sich der Stellkolben 22 in die Bohrung 21 hineinbewegt.
Das hat eine Verkrüzung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Kern 30 des
Elektromagneten 31 und dem Steuerschieber 11 zur Folge, so daß sich der Steuerschieber
11 und der Kern 30 gegeneinander bewegen. Der Kern 30 nimmt die Kolbenstange 23
nach rechts mit, bis der Anschlagkragen 29 am Gehäuse 1o anliegt.
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Der im Steuerraum 26 herrschende Regeldruck bewegt dann den Zwischenkolben
20 allein weiter nach links. Der dem Zwischenkolben 20 unter dem Druck der Rückstellfeder
19 folgende Steuerschieber 11 gibt mit seiner Steuerkante 12 die Verbindung zwischen
der Leitung 16 und dem Anschluß 9 bzw. der Leitung 8 zum Zylinderraum 6 des Servokolbens
3 frei, so daß die Pumpe 1 auf kleinere Fördermenge zurückgestellt wird. Dies erfolgt
solange, bis sich die Kraft der Rückstellfeder 19 und der im Steuerraum 26 herrschende
Regeldruck, die sich über die Druckfeder 24 gegeneinander abstützen, im Gleichgewicht
befinden und sich dadurch der Steuerschieber 11 wieder in seine Mittellage zurückstellt.
Der Regelvorgang ist damit beendet. Ersichtlich hat sich durch den Regelvorgang
die Einstellung am Geberglied, d.h. dem Kern 30, nicht geändert. Bei Wegfall des
Regeldruckes in der Leitung 28 bzw. dem Steuerraum 26 ist die Gebereinrichtung entsprechend
der ursprünglichen gewählten Einstellung wieder wirksam.
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Anhand der Fig. 2 wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die
Pumpe 1 nach beiden Seiten verstellbar, also in der Förderrichtung reversirbar,
ist, und der Hilfsölkreis gleichzeitig als Regeldruckkreis verwendet wird.
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Zur Verstellung der Pumpe 1 dient ein Servomotor 40, dessen Stellzylinder
41, 42 über Leitungen 43, 44 mit der erfindungsgemäßen Steuer- und Regeleinrichtung
verbunden sind. Der Servomotor 40 steht über den bei 45 ortsfest schwenkbar gelagerten
Hebel 46 und die als Zug- und Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 47 und den
Arm 48 mit dem Steuerschieber 49 in kraftschlüssiger Verbindung. Der in einem Gehäuse
50 angeordnete Steuerschieber 49 steuert mit seinen Steuerkanten 51, 53 bzw. 52,
54 die Verbindung der Leitungen 43 bzw. 44 mit den Abflußleitungen 55 bzw. 56, die
mit dem ölbehälter 57 in Verbindung stehen und die Verbindung der Leitungen 43 bzw.
44 mit den Leitungen 58 bzw. 59, die über eine Leitung 60 mit einem beispielsweise
als Druckminderventil ausgebildeten Regelventil 61 verbunden ist. Dieses ist über
ein Wechselventil 62 und eine Leitung 63 von der jeweils den Arbeitsdruck der Pumpe
1 führenden Arbeitsleitung 64 bzw. 65 beaufschlagt. Die Leitung 60 ist ferner über
ein Rückschlagventil 66 mit einer Hilfsdruckleitung 67 verbunden.
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Da die Pumpe 1 nach zwei Förderrichtungen zu verschwenken ist, ist
der Steuerschieber 49 symmetrisch ausgebildet und weist zwei spiegelsymmetrisch
zueinander liegende Bohrungen 68, 69 auf, in denen auf Druckfedern 70, 71 abgestützte
Stellkolben 72, 73 angeordnet sind, deren Kolbenstangen 74, 75 von den beweglichen
Kernen 76, 77 (Geberglieder) zweier Elektromagnete 78, 79 beaufschlagbar sind. Die
Bewegungen der Stellkolben 72, 73 nach außen werden von auf den Kolbenstangen 74,
75 befindlichen Anschlägen 80, 81 begrenzt, die sich an die Bohrungen 68, 69 abschließende
Dichtstopfen 82, 83 anlegen. Die Bewegungen der Kerne 76, 77 der Elektromagnete
78, 79 nach innen werden von Gehäuseabdeckplatten 84, 85 begrenzt. Die zwischen
den Stellkolben 72, 73 und den Dichtstopfen 82, 83 gebildeten Steuerräume 86, 87
sind über Bohrungen 88, 89 mit Ringräumen 90, 91 des Steuerschiebers 49 verbunden,
die mit den Leitungen 58, 59 in Verbindung stehen.
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Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform gemäss Fig. 2 sind somit
die Zwischenkolben gemäß Ausführungsform nach Fig. 1 mit den Stellkolben in den
Steuerschieber integriert.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Wird beistielsweise der Elektromagnet
78 aktiviert, so bewegt sich sein Kern 76 als Geberglied nach rechts und nimmt über
die Kolbenstange 74 den Stellkolben 72 und die Druckfeder 70, deren Auslegung der
der Druckfeder 24 in Fig. 1 entspricht, den Steuerschieber 49 mit, so daß über die
sich öffnende Steuerkante 54 die Druckleitung 59 mit der Leitung 44 und dem Stellzylinder
42 verbunden und über die sich öffnende Steuerkante 51 die Ablaufleitung 55 mit
der Leitung 43 und dem Stellzylinder 41 verbunden wird. Die Pumpe 1 wird demzufolge
nach links ausgeschwenkt und entsprechend der Hebel 46 nach links bewegt, bis die
zunehmende Kraft der hier als Zug- und Druckfeder wirkenden Rückstellfeder 47 über
den Arm 48 den Steuerschieber 49 und damit auch. den Stellkolben 72 sowie den Kern
76 des Elektromagneten 78 in seine Ausgangslage zurückstellt. Die Kraft des Elektromagneten78
und die Kraft der Rückstellfeder 47 befinden sich im Gleichgewicht und stützen sich
über die Druckfeder 70 gegeneinander ab.
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Mit wachsendem von der Pumpe 1 in der Leitung 64 erzeugten Arbeitsdruck
steigt, da eine Verbindung über 62, 63, 61, 60, 58 bzw. 59, 9o bzw. 91 und 88 bzw.
89 besteht, der Druck in den Steuerräumen 86, 87 an und belastet über die Stellkolben
72 bzw. 73 die Druckfedern 70 bzw. 71. Da bei der im vorhergehenden Absatz beschriebenen
Einstellung nur die Druck feder 70 vorbeaufschlagt ist, erreicht diese zuerst ihre
Belastungsgrenze und wird zunehmend zusammengedrückt, wobei sich der Stellkolben
72 in seine Bohrung 68 hineinbewegt. Die dadurch verursachte Verkürzung der kraftschlüssigen
Verbindung zwischen dem Kern 76 des Elektromagneten 78 und dem Steuerschieber 49
hat
zur Folge, daß sich der Steuerschieber 49 und der Kern 76 des Elektromagneten 78
gegeneinander bewegen. Wenn in Kern 76 an der Gehäuseabdeckplatte 84 anschlägt und
sich an ihr abstützt, bewegt der im Steuerraum 86 herrschende Regeldruck den Steuerschieber
49 allein weiter nach links, wodurch die Steuerkante 53 des Steuerschiebers 49 die
Verbindung des Stellzylinders 41 mit der Druckleitung 58 freigibt und die Steuerkante
52 den Stellzylinder 42 mit der Ablaufleitung 56 verbindet und die Pumpe 1 zurückgeschwenkt
wird, bis sich die Kraft der Rückstellfeder 47 und der im Steuerraum 86 herrschende
Regeldruck - die sich über die Druck feder 70 gegeneinander abstützen - im Gleichgewicht
befinden und der Steuerschieber 49 wieder in seine Mittellage zurückgestellt wird.
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Der über das Rückschlagventil 66 mit der Druckleitung 60 verbindbare
Hilfsdruck soll das Ansprechen der Regeleinrichtung und das Ausschwenken der Pumpe
1 auch dann sicherstellen, wenn sich diese exakt in der 0-Stellung befindet. Dann
steht in der Leitung 63 kein Hilfsöl zur Verfügung. Der Hilfsdruck kann als geringer,
ungerichteter Druck, der nur für kurze Zeit zur Wirkung kommt, z.B. von der Speiseleitung
oder einer Ventilversorgung abgenommen werden.
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Ansprüche: