DE1921298B2 - Einrichtung zur regelung der foerdermenge verstellbarer axialkolbenpumpen - Google Patents

Description

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer Axialkolbenpumpen, deren Verstellung durch ein Servoventil bewirkt wird, das über einen Steuerschieber mit Rückführung einen von einem Hilfsölkreis betätigten Servomotor steuert, wobei der Steuerschieber Steuerräume aufweist, die mit der Verstärkerstufe des Servoventils verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Steuerräume des Steuerschiebers (6) durch einen gegenüber dem Steuerschieber verschieblichen Ringkolben (7) in zwei voneinander getrennte Ringräume (10,11) unterteilt ist, wobei die Bewegung des Ringkolbens einerseits durch einen Anschlag (8) am Steuerschieber (6) und andererseits durch einen Bund (9) am Schiebergehäuse begrenzt ist, und daß einer der Ringräume (11 bzw. 10) mit der Verstärkerstufe (5) des Servoventils verbunden ist, während der andere Ringraum (10 bzw. 11) mit einem Regelventil (13) in Verbindung steht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (10), dessen Volumen durch das Anliegen des Ringkolbens (7) am Bund (9) des Schiebergehäuses begrenzt ist, mit dem Regelventil in Verbindung steht

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerraum des Steuerschiebers (6) durch einen Ringkolben (7, T) in zwei Ringräume (10,11; 10', IY) unterteilt ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Förderrichtung der Pumpe (1) ein eigenes Regelventil (13) zugeordnet ist

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (13) wahlweise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, thermostatisch oder elektrisch in Abhängigkeit von einem Parameter steuerbar ist

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der Differenzdruck der Arbeitsleitungen (24, 25) der Pumpe (1) ist

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der über einer Drossel in einer der Arbeitsleitungen (24,25) der Pumpe (1) abgenommene Differenzdruck ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer Axialkolbenpumpen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angeführten Gattung. Eine solche Einrichtung ist aus der Zeitschrift »Maschinenmarkt 1966, Nr. 53, S. 1456 bis 1463« bekanntgeworden.

Bei derartigen bekannten Einrichtungen mit Servoventilen ist es bisher nicht möglich, in das Servoventil eingegebene Stellwerte mit einem zusätzlichen Regelkreis beispielsweise zur Leistungsbegrenzung so zu übersteuern, daß dabei der am Servoventil eingestellte Wert unbeeinflußt bleibt und bei Wegfall der Übersteuerung sofort wieder wirksam wird.

So wird bei einer bekannten Vorrichtung (deutsche Patentschrift 1177938), bei der die Axialkolbenpumpe durch einen auf einen Servomotor wirkenden veränderlichen Stellöldruck verschwenkt wird, zur druckabhängigen Regelung in der Stellölleitung ein vom Förderdruck der Pumpe beeinflußtes, die Pumpe auf konstantes Antriebsdrehmoment regelndes Leistungsbegrenzungsventil angeordnet Dieses verändert den Stellöldruck in Abhängigkeit von der Größe des Förderdruckes der Pumpe und verstellt diese. Durch

ίο diese Regelung wird der Stellöldruck selbst verändert, so daß es nicht möglich ist, mit dieser Anordnung mehrere Pumpen bzw. Maschinengruppen mit verschiedenen Leistungen über einen einzigen Stellölkreis individuell zu steuern, da jeder Pumpe ein spezi-

IS fischer Stellölkreis zugeordnet werden muß.

Auch ist bereits eine Einrichtung bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 1188 948), bei der die willkürliche Einstellung der Axialkolbenpumpe durch den veränderten Druck einer ölsäule erfolgt und bei

ao der eine selbsttätige, vom Arbeitsdruck abhängende Regelung der Fördermenge dadurch bewirkt wird, daß bei Leistungs- bzw. Drucküberschreitung der Druck der Stellölsäule durch den Druck eines Regelkreises übersteuert wird. Dabei stützt sich dieser

as Übersteuerungsdruck über einen Zwischenkolben an der Stellölsäule ab und veranlaßt die Regelung der Axialkolbenpumpe. Infolge dieser Druckabstützung, die eine gegenseitige Beeinflussung der Stellölsäule und des Regelkreises beinhaltet, ist die beschriebene Einrichtung nicht für individuelle Mehrfachsteuerungen bzw. -regelungen unter Verwendung einer gemeinsamen Stellölsäule geeignet, da eine Beeinflussung sämtlicher Pumpen bei Ansprechen der Regelung für eine Pumpe erfolgt Ferner ist es aufwendig, diese Vorrichtung so zu bauen, daß sie für beide Förderrichtungen brauchbar ist.

Schließlich ist eine Einstellvorrichtung für eine hydraulische Pumpe bekannt (USA.-Patentschrift 3 179 061), bei der die Einstellung der Pumpe in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck erfolgt, aus dem ein Steuerdruck durch Abwägen gegenüber einer einstellbaren, auf einen Ventilschieber wirkenden Feder erzeugt wird. Zur Begrenzung des Höchstdruckes der Pumpe wird der Steuerdruck unter Einfluß des Arbeitsdruckes der Pumpe verändert Ein unabhängiger HilfsÖldruck, der eine unabhängige Voreinstellung der Pumpe auf eine bestimmte Fördermenge ermöglicht, ist nicht vorhanden. Durch die Abhängigkeit der Regelung vom Arbeitsdruck spricht diese Regelung erst dann an, wenn die Pumpe belastet wird. Auch ist diese Regeleinrichtung nicht für mehrere Pumpen gleichzeitig anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 im Übersteuerungsfalle die Einstellung der durch das Servoventil auf den Steuerschieber in den Steuerräumen einwirkenden Druckwerte nicht zu verändern. Durch die im Anspruch 1 angegebene Lösung dient der vom Servoventil beeinflußte Hilfsölkreis in bekannter Weise zum willkürlichen Verstellen der Axialkolbenpumpe, wobei die Steuerimpulse über die Eingangsstufe des Servoventils in verschiedener Art, z. B. elektrisch, pneumatisch, manuell oder über eine Programmsteuerung eingegeben werden können. Der andere, mit dem Regelventil verbundene ölkreislauf soll z. B. die eingestellte Leistung der Axialkolbenpumpe konstant halten bzw. diese auf einen vorbestimmten Wert begrenzen, wobei die Fördermenge

der Pumpe ihrem jeweiligen Arbeitsdruck angepaßt wird.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von durch Ringkolben getrennten Ringräumen in zumindest einem der Steuerräume des Steuerschiebers ist erreicht, daß die Wirkung der vom Servoventil vorgenommenen Einstellung des Hilfsölkreises von dem das Regelventil enthaltenden Kreis übersteuert wird, ohne daß die beiden Kreise sich gegenseitig direkt beeinflussen. Die Regelung der Fördermenge der Pumpe erfolgt ohne Änderung des am Servoventil eingestellten HilfsÖldruckes, so daß dieser für mehrere Pumpen gleichzeitig zur Verfugung stehen kann. Da der ursprüngliche Wert des am Servoventil eingestellten HilfsÖldruckes während des Ansprechens der Regelung erhalten bleibt, steht nach Fortfall der Übersteuerung sofort der einmal eingestellte Wert des HilfsÖldruckes wieder wirksam zur Verfügung.

Bei der Ausbildung nach Anspruch 2 ist der Druck im Regelkreis größer als der Druck in dem mit der Verstärkerstufe des Servoventils verbundenen Ringraum, so daß die Regelung wirksam wird, sobald der in dem mit dem Regelventil verbundenen Ringraum herrschende Druck den im mit der Verstärkerstufe des Servoventils verbundenen Ringraum herrschenden Druck unterschreitet Der Vorteil einer Regelung in Form einer Druckabsenkung liegt darin, daß sowohl bei einem unvorhergesehenen Abfall des Drukkes im Regelkreis als auch im Hilfsölkreis immer eine Regelung der Pumpe oder Pumpen in Richtung kleinerer Fördermenge erfolgt

Die Ausbildung nach Anspruch 3 macht den Anmeldungsgegenstand auch für Umkehrsteuerungen geeignet, d. h. solche, bei denen die Pumpe zur Umkehr der Drehrichtung nach zwei Seiten ausschwenkbar ist.

Eine Ausführungsfonn der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung und

Fig. 2 schematisch ein Anwendungsbeispiel für eine Mehrfachsteuerung.

Die Verstellung der Pumpe 1 erfolgt durch den Servomotor 2, der mit einem von der Hilfspumpe 14 gespeisten Hilfsölkreis über die Leitungen 21, 22 bzw. 23 betätigt wird. Die Zu- bzw. Abschaltung des Hilfsölkreises erfolgt durch die Steuerkolben eines Steuerschiebers 6, der Ringkolben 7 bzw. 7' verschieblich trägt, die die Steuerräume in einen inneren Ringraum 11 bzw. 11' und einen äußeren Ringraum 10 bzw. 10' trennen. Die inneren Ringräume 11, 11' sind über Leitungen 26,27 mit der Verstärkerstufe 5 eines Servoventils verbunden, dessen Eingangsstufe mit 4 bezeichnet ist. Die äußeren Ringräume 10,10' sind über die Leitungen 28,29 mit einem das Regelventil 13 enthaltenden Regelkreis verbunden. Von der Leitung 21 gelangt über konstante Drosseln 12 vom Hilfsölkreis abgezweigtes öl in alle Ringräume, so daß sich dort Drücke aufbauen können, deren Größe in den inneren Ringräumen 11,11' von den in die Eingangsstufe 4 des Servoventils eingegebenen und in der Verstärkerstufe 5 umgewandelten willkürlichen Signalen abhängt, während sie in den äußeren Ringräumen 10,10' von Werten bestimmt wird, die in den Regelkreis 13,28,29 eingesteuert werden. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck der Pumpe 1 in den Leitungen 24,25. Selbstverständlich kann die Anordnung auch so erfolgen, daß die Funktion der inneren Ringräume 11, 1Γ mit der Funktion der äußeren Ringräume 10,10' vertauscht wird.

Die Einrichtung ist so ausgelegt, daß zunächst in den äußeren Ringräumen 10,10' ein Druck herrscht, der größer ist als der Druck in den mit der Verstärkerstufe 5 des Servoventils verbundenen Ringräumen 11, 11'. Dieser schiebt die Ringkolben 7, T

ίο gegen den in den inneren Ringräumen 11,11' herrschenden geringeren Druck bis zu einem Bund 9 bzw. 9' im Schiebergehäuse nach innen. In der dargestellten Mittelstellung der Pumpe 1 wird der Schieber 6 durch die vorgespannte Feder 3 gehalten, wobei die symmetrisch angeordneten Ringräume 11, 11' jeweils mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind. Das gleiche gilt für die Ringräume 10,10'.

Wenn, um die Pumpe 1 willkürlich zu verstellen, ein Signal in die Eingangsstufe 4 des Servoventils gegeben wird, so werden über die Verstärkerstufe 5 die Drücke in den inneren Ringräumen 11,11' so verändert, daß in einem der beiden ein größerer Druck herrscht als im anderen, wodurch der Steuerschieber 6 gegen die Kraft der Feder 3 bewegt wird, so

as daß der Hilfsölkreis 21/23 mit dem Servomotor 2 verbunden wird, der die Pumpe 1 verstellt Dieser Verstellvorgang dauert so lange, bis sich die Kraft der Feder 3 mit der auf den Steuerschieber 6 wirkenden Kraft (Steuerdruck X Ringfläche) im Gleichgewicht befindet, so daß der Steuerschieber 6 erneut den Hilfsölkreis vom Servomotor 2 trennt

Die eingestellte Fördermenge der Pumpe 1 wird nun mit Hilfe des Regelkreises 28,29 mit Regelventil 13 geregelt, z. B. um die Leistung der Pumpe konstant zu halten, bzw. zu begrenzen. Dieser Regelkreis wandelt die ihm über das Regelventil 13 eingegebenen Steuersignale in hydraulische Drücke um, die die äußeren Ringräume 10, 10' beaufschlagen. Dabei können die in das Regelventil 13 eingesteuerten Signale verschiedener Art sein, z. B. mechanisch, thermostatisch, vom Arbeitsdruck der Pumpe 1 abhängend, elektrisch, und auf verschiedene Weise wirken, z. B. durch Zu- bzw. Abschalten des Regelkreises oder kontinuierlich.

Sobald der vom Regelkreis erzeugte Druck in den äußeren Ringräumen 10,10' unter den größeren der in den inneren Ringräumen 11, 11' herrschenden Drücke absinkt, wird der betreffende Ringkolben 7, T gegen den Anschlag 8 bzw. 8' am Schieber 6 gepreßt, so daß die Kraft der Feder 3 gegen die jetzt entscheidende kleinere Kraft wirkt, die durch den in den äußeren Ringräumen 10,10' herrschenden abgesenkten Druck hervorgerufen wird und somit den Steuerschieber 6 entgegengesetzt zur vorhergegangenen Stellbewegung verschiebt. Dadurch wird die Pumpe 1 über den Hilfsölkreis 21,23 und Servomotor 2 zurückgeschwenkt, bis sich die sich aus der Feder 3 und dem abgesenkten Druck in den Ringräumen 10,10' ergebenden Kräfte wieder im Gleichgewicht befinden und der Steuerschieber 6 in seine Mittellage zurückkehrt.

Der im inneren Ringraum 11,11' und dem Steuerkreis des Servoventils herrschende willkürlich gewählte HilfsÖldruck bleibt bei diesem Übersteuenings-Vorgang unverändert.

Infolge der Rückstellkräfte der Pumpe 1 wirken auf den Verstellzylinder bzw. -kolben noch weitere Kräfte, teils in der Schwenkrichtung, teils gegen sie,

ein. Um die Rückwirkung solcher Kräfte auf den HilfsÖldruck zu kompensieren, ist das Steuerdruckventil 15 vorgesehen.

Fig. 2 stellt schematisch eine Anordnung dar, in der mehrere Pumpen 1 α, 1 6, 1 c an die Zu- bzw. Abflußleitungen 24 und 25 angeschlossen sind, deren Servomotoren 2 a, 26,2 c über einen von der Pumpe 14 gespeisten gemeinsamen Hilfsölkreis 21 betätigt Werden. Obwohl alle Pumpen über die Leitungen 26, 27 mit nur einem Servoventil bzw. mit dessen Verstärkerstufe in Verbindung stehen, kann jede Pumpe la, 16, Ic durch einen ihr zugeordneten aus den S Zuleitungen 28,29 und einem Regelventil 13 a, 13 6, 13 c bestehenden Regelkreis unabhängig geregelt werden, wobei die Art und Charakteristik der einzelnen Regelkreise verschieden voneinander sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer Axialkolbenpumpen, deren Verstellung durch ein Servoventil bewirkt wird, das über einen Steuerschieber mit Rückführung einen von einem Hilfsölkreis betätigten Servomotor steuert, wobei der Steuerschieber Steuerräume aufweist, die mit der Verstärkerstufe des Servoventil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Steuerräume des Steuerschiebers (6) durch einen gegenüber dem Steuerschieber verschieblichen Ringkolben (7) in zwei voneinander getrennte Ringräume (10,11) unterteilt ist, wobei die Bewegung des Ringkolbens einerseits durch einen Anschlag (8) am Steuerschieber (6) und andererseits durch einen Bund (9) am Schiebergehäuse begrenzt ist, und daß einer der Ringräume (11 bzw. 10) mit der Verstärkerstufe (5) des Servoventil verbunden ist, während der andere Ringraum (10 bzw. 11) mit einem Regelventil (13) in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (10), dessen Volumen durch das Anliegen des Ringkolbens (7) am Bund (9) des Schiebergehäuses begrenzt ist, mit dem Regelventil in Verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerraum des Steuerschiebers (6) durch einen Ringkolben (7, T) in zwei Ringräume (10,11; 10', 11') unterteilt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Förderrichtung der Pumpe (1) ein eigenes Regelventil (13) zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (13) wahlweise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch, thermostatisch oder elektrisch in Abhängigkeit von einem Parameter steuerbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der Differenzdruck der Arbeitsleitungen (24, 25) der Pumpe (1) ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der über einer Drossel in einer der Arbeitsleitungen (24, 25) der Pumpe (1) abgenommene Differenzdruck ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer Axialkolbenpumpen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angeführten Gattung. Eine solche Einrichtung ist aus der Zeitschrift »Maschinenmarkt 1966, Nr. 53, S. 1456 bis 1463« bekanntgeworden.

Bei derartigen bekannten Einrichtungen mit Servoventilen ist es bisher nicht möglich, in das Servoventil eingegebene Stellwerte mit einem zusätzlichen Regelkreis beispielsweise zur Leistungsbegrenzung so zu übersteuern, daß dabei der am Servoventil eingestellte Wert unbeeinflußt bleibt und bei Wegfall der Übersteuerung sofort wieder wirksam wird.

So wird bei einer bekannten Vorrichtung (deutsche Patentschrift 1177 938), bei der die Axialkolbenpumpe durch einen auf einen Servomotor wirkenden veränderlichen Stellöldruck verschwenkt wird, zur druckabhängigen Regelung in der Stellölleitung ein vom Förderdruck der Pumpe beeinflußtes, die Pumpe auf konstantes Antriebsdrehmoment regelndes Leistungsbegrenzungsventil angeordnet. Dieses verändert den Stellöldruck in Abhängigkeit von der Größe des Förderdruckes der Pumpe und verstellt diese. Durch

ίο diese Regelung wird der Stellöldruck selbst verändert, so daß es nicht möglich ist, mit dieser Anordnung mehrere Pumpen bzw. Maschinengruppen mit verschiedenen Leistungen über einen einzigen Stellölkreis individuell zu steuern, da jeder Pumpe ein spezifischer Stellölkreis zugeordnet werden muß.

Auch ist bereits eine Einrichtung bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 1188 948), bei der die willkürliche Einstellung der Axialkolbenpumpe durch den veränderten Druck einer Ölsäule erfolgt und bei der eine selbsttätige, vom Arbeitsdruck abhängende Regelung der Fördermenge dadurch bewirkt wird, daß bei Leistungs- bzw. Drucküberschreitung der Druck der Stellölsäule durch den Druck eines Regelkreises übersteuert wird. Dabei stützt sich dieser Übersteuerungsdruck über einen Zwischenkolben an der Stellölsäule ab und veranlaßt die Regelung der Axialkolbenpumpe. Infolge dieser Druckabstützung, die eine gegenseitige Beeinflussung der Stellölsäule und des Regelkreises beinhaltet, ist die beschriebene Einrichtung nicht für individuelle Mehrfachsteuerungen bzw. -regelungen unter Verwendung einer gemeinsamen Stellölsäule geeignet, da eine Beeinflussung sämtlicher Pumpen bei Ansprechen der Regelung für eine Pumpe erfolgt. Ferner ist es aufwendig, diese Vorrichtung so zu bauen, daß sie für beide Förderrichtungen brauchbar ist.

Schließlich ist eine Einstellvorrichtung für eine hydraulische Pumpe bekannt (USA.-Patentschrift 3 179 061), bei der die Einstellung der Pumpe in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck erfolgt, aus dem ein Steuerdruck durch Abwägen gegenüber einer einstellbaren, auf einen Ventilschieber wirkenden Feder erzeugt wird. Zur Begrenzung des Höchstdruckes der Pumpe wird der Steuerdruck unter Einfluß des Arbeitsdruckes der Pumpe verändert. Ein unabhängiger HilfsÖldruck, der eine unabhängige Voreinstellung der Pumpe auf eine bestimmte Fördermenge ermöglicht, ist nicht vorhanden. Durch die Abhängigkeit der Regelung vom Arbeitsdruck spricht diese Regelung erst dann an, wenn die Pumpe belastet wird. Auch ist diese Regeleinrichtung nicht für mehrere Pumpen gleichzeitig anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 im Übersteuerungsfalle die Einstellung der durch das Servoventil auf den Steuerschieber in den Steuerräumen einwirkenden Druckwerte nicht zu verändern. Durch die im Anspruch 1 angegebene Lösung dient der vom Servoventil beeinflußte Hilfsölkreis in bekannter Weise zum willkürlichen Verstellen der Axialkolbenpumpe, wobei die Steuerimpulse über die Eingangsstufe des Servoventils in verschiedener Art, z. B. elektrisch, pneumatisch, manuell oder über eine Programmsteuerung eingegeben werden können. Der andere, mit dem Regelventil verbundene Ölkreislauf soll z. B. die eingestellte Leistung der Axialkolbenpumpe konstant halten bzw. diese auf einen vorbestimmten Wert begrenzen, wobei die Fördermenge