DE1924417A1

DE1924417A1 - Hubsteuerung fuer hydraulische Pumpen

Info

Publication number: DE1924417A1
Application number: DE19691924417
Authority: DE
Inventors: Martin Robert J
Original assignee: Cessna Aircraft Co
Current assignee: Cessna Aircraft Co
Priority date: 1968-09-11
Filing date: 1969-05-13
Publication date: 1970-03-19
Also published as: US3508847A; GB1275947A; FR2017755A1; JPS5011084B1

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung der Firma

The Cessna Aircraft Company, 5800 Eo Pawnee Rd₀ Wichita, Kansas 67200 , U. S₀ A₀

betreffend

Hubsteuerung für hydraulische Pumpen

Die Erfindung betrifft eine Hubsteuerung für hydraulische Pumpen und insbesondere eine Druck·* und Strömungskompensationssteuerung für hydraulische Pumpen mit einstellbarer Pumpleistung_o

Es sind verschiedene Arten von Druck- und StrÖmungekompensationseteuerungen verbreitetο Im allgemeinen wird bei einem Strömungskompensationssystem die Verdrängung der Pumpe automatisch verringert, wenn der Fluiddurchsatz eine vorbestimmte Starke überschreitet, oder automatisch erhöht, wenn die Strömungsstärke unter ein vorbestimmtes Minimum fällt« Bei einem Druckkompensation· system wird die Pumpleistung (Pumpenverdrängung) automatisch ver« ringert oder erhöht, so daß ein vorbestimmter Druck am Pumpenauslaß unabhängig von der Strömungsstärke aufrechterhalten wird»

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ft · · *

Wenn ein Fluidaotor «it eine« drockkoapensierten Puapensystem betrieben wird, neigt der Motor desu, bei Verringerung der Hotorbelaetung eine »u hohe Drehzahl anzunehmen«. Eine Lösung dieses Problems ist darin zu sehen, daß eine getrennte Pumpe alt konstantem Volunen vorgesehen wird, welche den richtigen Fluiddurchsats für den betreffenden Motor liefert» Eine weitere L8-suhgsmöglichkeit bei einer Anlage, in der mehrere Motoren von einer einsigen Pumpe versorgt werden, besteht darin, eine merkliche Drosselung am Einlaß des Motors vorzusehen, der einen konstenten Durchsatz erfordert, was jedoch wiederum sehr unwirksam ist ο Eine andere Lösung ISAt sich erreichen durch ein kombiniertes Strömungs- und Druckkompeneationssystern_o

Derartige kombinierte Steuersysteme sind zwar bereite bekannt, beispielsweise aus der USA-Patentschrift 3,188,f71, sie weisem jedoch noch verschiedene Nachteile auf»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpensteuerung zu schaffen, welche einen besseren Wirkungsgrad aufweist als die bisher bekannten entsprechenden Steuerungen <>

Die Pumpensteuerung nach der Erfindung umfaßt außer einer üblichen Druckkompensationseteuerung eine dieser aberlagerte.Durchsatzsteuerung, wobei ein vorher bestimmter konstanter Pumpendurch· satz aufrechterhalten wird und der Druck am Ausgang der Pumpe ) auf lediglich dem zum Betrieb des Motors erforderlichen Wert gehalten wirdο Nur wenn der Druck am Pumpenausgang ein vorher bestimmtes Maximum überschreitet, überlagert sich die Wirkung des Druckkompensators dem Durohsatzkonpensator und reduziert den Pias· pendurchsatz (Pumpleistung). Wenn andererseits der Pumpendurchsatz durch den Druckkompensator gesteuert wird, etwa bei großer Belastung des Motors, so kann der Durchsatzkompensator die Wirkung des Druckkompensatore nur überschreiten» wenn der Strömungedurchsatz übermäßig hoch wird. Durch Ausschalten des beständig hohen Druckes bei reinen Druckkompensationssteuerungen ist der Wirkungsgrad der Pumpensteuerung nach der Erfindung wesentlich erhöht.

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^: Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen

an einem AusfOhrungsbeispiel ergänzend beschrieben»

£ Figo 1 ist ein Querschnitt durch eine Pumpensteuer

vorrichtung nach der Erfindung in der neutralen Stellung der Stellglieder;

Figo 2 zeigt das Durchsatzkompensationsventil in einer einem zu niedrigen Durchsatz entsprechenden Stellung und das Druckkompensatiönsventil in einer einem zu hohen Druck entsprechenden Stellung;

Fig« 3 zeigt das Durchsatzkompensationsventil in einer einem zu hohen Durchsatz entsprechenden Stellung und das Druckkompensationsventil in einer einem zu niedrigen Druck entsprechenden Stellung;

Fig. 4 zeigt das Durchsatzkompensationsventil in einer einem zu niedrigen Druck entsprechenden Stellung und das Druckkompensationsventil in einer einem zu niedrigen Druck entsprechenden Stellung«.

Fig. 1 seigt eine Pumpensteuerung 10 nach der Erfindung, welche in Fluidverbindung mit einer Pumpe 12 steht und einer Anzahl Motoren 13 und 11, die zusammen die hydraulische Antriebeanlage bilden ο Die Pumpensteuerung 10 ist gewöhnlich mit .dem Pumpenge* hSuse verbunden, jedoch zur besseren Darstellung in der Figur getrennt dargestellt» Die Pumpe 12 1st eine übliche Axialkolben-Taumelsoheibenpumpe mit einer Taumelscheibe ISc Diese liegt an einer Anzahl Kolben 16 an, welche in einem drehbaren Zylinderblock

17 bewegbar angeordnet sind, so daß die Kolben 16 eine hin- und hergehende Bewegung ausführen können und Fluid durch die Leitung

18 hinausdrücken, Die Winkelstellung der Taumelscheibe 15, welche den Strömungsdurcheatz bestimmt, wird durch einen einzigen Servozylinder 20 gesteuert«

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^AL INSPECTED

Der Servokolben 21 ist mittels eines mechanischen Gestänges 23 mit der Taumelscheibe 15 verbunden, wobei eine Feder 22 den Kolben 21 in eine der maximalen Pumpenleistung entsprechende Stellung vorspannte. Die Feder 22 kann auch direkt mit der Taumelscheibe 15 verbunden sein« Der Servozylinder 20 ist über eine Leitung 34 mit der Pumpensteuerung 10 verbundene

Die Pumpensteuerung 10 umfaßt einen Ventilkörper 24, der an dem lampengehäuse 25 befestigt ist. Durch den Körper 24 erstrecken sich zwei parallel im Abstand zueinander liegende Bohrungen 26 und 28, welche durch vier in Längsrichtung sich erstreckende» im Abstand voneinander liegende getrennte Bohrungen 29, 30, 31 und 32 miteinander verbunden sindο Die Bohrung 29 steht Ober eine Leitung 33 mit dem Pumpenauslaß in Verbindung. Di· Bohrung 30 steht über die Leitung 34 mit dem Puapeneervozylinder 20 in Verbindung, während die Bohrung 32 über die Leitung 27 mit der Atmosphäre verbunden iSt π

Innerhalb der Bohrung 26 befindet sich ein Ströonsngsdurchsatzventilschieber 35 mit zwei in Längsrichtung im Abstand voneinander liegenden Nuten 38 und 39 und einer dazwischen liegenden mittleren Brücke W, Die Enden des Ventilgliedes 35 erstrecken sich in Ringkammern 36 und 37 und bilden Pilotzylinder zvat Verschieben des Ventilgliedes in beiden Richtungenο Die Ringkaneer 36 ist Ober eine Leitung 41 mit der Pumpenauslaßleitung verbunden,, und zwar in Strömungerichtung vor der Drossel 42, während die Ringkammer 37 über eine Leitung 43 in Strömungsrichtung hinter der Drossel 42 angeschlossen ist. Das Ventilglied 35 wird durch eine Druckfeder 44 nach links vorgespannt entgegen der Druckdifferenz zwischen den Ringkammern 36 und 37. Wenn der Strömungsdurehsatz zum Motor 14 die richtige Größe hat, ist der Druckunterschied durch die Feder 44 genau im Gleichgewicht, so daß das Ventilglied 35 sich in der mittleren Stellung in Figo 1 befindet« Venn der StrÖmung8durchsatz zu hoch ist, überwindet die Druckdifferenz die Kraft der Feder 44 und bewegt das Ventilglied 35 nach rechts ο Durch diese Bewegung wird die Bohrung 30 für den Pumpendruck in der Bohrung 29 geöffnet, so daß Fluid von der Bohrung 30 zu»

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Servozylinder 20 fließt und daher die Pumpenleistung verringert, bis das Ventilglied 35 wieder in die mittlere Stellung gebracht ist, in der die Strömung unterbrochen ist« Wenn der Strömungsdürchsatz zu dem Motor 14 zu niedrig ist, drückt die Feder *m das Ventilglied gegen die Druckdifferenz nach linksο In dieser Stellung ist die Bohrung 31 zu der Entlüftungsbohrung 32 offen, wie weiter unten bei der Beschreibung der Wirkungsweise des D£»uckkontpensationsventilgliedes U8 beschrieben ist»

In der Bohrung 28 befindet sich ein DruckkompensationsventiL, welches eine Hülse 17 sowie ein Ventilglied U8 umfaßt., Die Hülse H 7 weist eine Anzahl seitlicher Öffnungen ¹IS, 50 und 51 auf, welche mit den Bohrungen 29, 30 bzw ο 31 in Verbindung stehen ■, In das Ende der Hülse ^l\7 ist ein Stopfen 52 eingeschraubt, der eine Öffnung 53 aufweist, welche den Strömungsdurchsatz in dia Kammer 58 begrenzte Das linke Ende der Bohrung 58 weist eine Gegenbohrung auf, welche- einen Haltering 5U aufnimmt, der wiederum den Flansch 55 der Hülse **7 abstützt, Die Hülse U 7 ist durch eine Feder 56 in eine feste Stellung zu dem Hal taring 54 vorgespannt, In Längsrichtung nach innen von dem Ende der Hülse H7 erstreckt sich ein diametral verlaufender Schlitz 57, welcher einen Fluidweg von der Bohrung 29 zu der Kammer 58 herstellt, wie in Fig> 1 durch Pfeile angedeutet

Das Ventilglied H 8 weist zwei in Längsrichtung voneinander im Abstand liegende Nuten 62 und 63 auf, die durch eine Brücke 6U voneinander getrennt sind» Das linke Ende des Ventilgliedes >f8 steht unter dem Pumpenauslaßdruck in der Kammer 50, und zwar über den soeben beschriebenen Strömungswegα Wenn der vorbestimmte Druck überschritten wird, bewegt sich das Ventilglied UO in Fig, 1 nach rechts, so daß Fluid unter Druck von der Bohrung 20 in die Bohrung 30 fließt und den Servozylinder 20 in Richtung auf eine Verringerung der Pumpenleistung verschiebt.. Wenn der Pumpen" auslaßdruck niedriger als der vorgesehene Wert ist, bewegt sich die Brücke 64 nach links, so daß die Bohrung 30 mit der Bohrung 31 in Verbindung kommt und die Pumpenleistung erhöht wird, wie

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anhand der Beschreibung des Ventilgliedes 35 erwähnt ist«

Der Druck und die Ströraungsstärke, die durch die Ventilglieder 48 bzw ο 35 eingestellt werden» IHEt sich darch Verändern der Federspannung unter Verwendung von Hinterlegscheiben 66 und 46 einstellenα

Die Pumpensteuerung 10 läßt sich für eine Anlage mit einem oder mit mehreren Motoren verwenden» Fig_o 1 zeigt eine Anlage mit einem Motor l^l», der einen genauen Strömungsdurchsatz erfordert, etwa für eine Servosteuerung, und einen weiteren Motor 13, etwa einen Hebezylinder, der keinen bestimmten Strömungsdurchsatz erfordert 3

Wirkungsweise

Vor dem Anlassen der Pumpe 12 sind das Durchsatzkompensationsventilglied 35 und das Druckkompensationsventilglied U8 durch die Federvoropannung nach links gedrückt entsprechend einer einem au niedrigen Strömungsdurehsatz bswr -druck entsprechenden Stel-Lung, wie in Fig» ¹J dargestellt ist«. In dieser Lage ist der PumpenservozyLinder 20 über die Leitung 3'*, die Bohrung 30, die öffnungen 50 und 51, die Bohrung 31, die Nut 39 und die Bohrung 32 mit der Atmosphäre verbunden_o Dabei drückt die Feder 22 die Taumelscheibe 15 in eine der maximalen Pumpenleistung entsprechende Stellung, wie in Fig. 1 dargestellt ist,

Da die Pumpe 12 eine größere Leistungsfähigkeit aufweist als die beiden Motoren 13 und IU zusammengenommen aufnehmen können, baut sich in der Auslaßleitung 18 nach dem Anlassen der Pumpe ein Druck auf ο Sobald dieser ein bestimmtes Niveau übersteigt, be=» wegt sich das Ventilglied H8 nach rechts und drückt die Fedär 59 aus der in Fig, ¹I dargestellten in die in Fig„ 2 dargestellte Lage, da der Druck in der Kammer 58 die Federkraft überwindet,, Dadurch wird die Brücke 6*1 des Ventilgliedes ebenfalls nach rechts bewegt, so daß die Auslaßöffnung 31 geschlossen und die druckführende öffnung 29 über» die Leitung 34 mit dem Pumpenservozy linder

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20 verbunden wirdο Das Fluid strömt dann durch die Bohrung 29 in den Servozylinder 20 und verringert die Pumpenleistung, bis der Druck in der Kammer 56 wieder auf den Sollwert verringert igt«

Wenn der Druck genau dem Sollwert entspricht, beispielsweise 357 attt (2500 PSI), wird das Ventilglied HB wieder zentriert, so daß die Brücke 6H die Strömung durch die Öffnung 50 unter*· bricht.

Das Ventilglied 35 für die Strömungsdurchsatzkompansation bewegt sich nach rechte, wenn der Strömungsdurchsatz durch die Drossel H2 einen genügenden Druckunterschied zwischen den Kammern 36 und 37 erzeugt, um die Kraft der Feder *»·* zu überwinden. Wenn der Strömungsdurchsatz zu hoch wird, bewegt sich das Ventilglied 35 in die in Fig. 3 dargestellte Lage nach rechts, wobei die Bohrung 29 mit der Bohrung 30 in Verbindung tritt, so daß Fluid zu dem Servozylinder 20 fließt und die Pumpenleistung verringert« Sobald eine Annäherung an den Solldurchsatz eintritt, bewegt sich "das Ventilglied 35 nach links, so daß die Strömung von der Bohrung 29 zu dem Servozylinder 20 unterbrochen wird₀

Die Ventilglieder 48 für die Druckkompensation und 35 für die Durchsatzkompensation sind unabhängig voneinander, so daß der Durchsatz und der Druck unabhängig von der Stellung des anderen Ventilgliedes geregelt werden_e Wenn beispielsweise der Durchsatz durch den Motor IU zu niedrig ist aufgrund einer starken Belastung desselben und wenn der Druck daher zu hoch wird, bewirkt das Ventilglied HB eine stärkere Steuerung als das Ventilglied 35, eo daß die Pumpenleistung verringert wird (Figo 2).

Figo 3 zeigt eine andere Situation einer Oberlagerungswirkung, bei der das Durchsatzkompensationsventilglied 35 eine Verringerung der Pumpenleistung bewirkt, während das Ventilglied «*8 auf einen zu niedrigen Druck ansprichtο In diesem Zustand hält

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das Ventilglied 35 einen konstanten Sollwert des Strömungsdurchsatzes zu dem Motor aufrecht, während der Pumpenauslaßdruck lediglich auf dem zum Betrieb dee Motors 14 erforderlichen Druck gehalten wirdο

In einer anderen Hinsicht sind die beiden Ventilglieder abhängig voneinander, daß sie nämlich beide in Stellungen sein müssen, die unterhalb der Sollwerte liegen (Fig« 4), bevor eine Erhöhung der Puapenleietung eintreten kann« Dies ist erforderlich, da der Fluidweg zum Entleeren des Servozylinders 20 sowohl durch die Nuten 43 als auch 39 der beiden Ventilglieder verlaufen muß«

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Claims

Patentansprüche

i J Hydraulische Pumpensteuervorrichtung für Taumelscheibenjiumpen mit durch eine Servoeinrichtung veränderbarer Pumpleistung, wobei die Servoeinrichtung die Taumelscheibe normalerweise in die der maximalen Pumpleistung entsprechende Stellung vorspannt, gekennzeichnet durch ein erstes pilotbetätigte β Steuerventil (35, 38, 39, «+Ο) mit einem ersten Durchtritt (29), der mit der Pumpenauslaßleitung (18) in Verbindung steht, und mit einem Paar gegenüberliegend angeordneter Pilotzylinder (36,37), von denen der eine Pilotzylinder (36) in Strömungsrichtung vor einer in der Pumpenauslaßleitung liegenden Drossel (42) angeordnet ist und der andere Pilotzylinder (37) in Strömungsrichtung hinter der Drossel (42), durch ein zweites Steuerventil (47,48), dessen Steuerglied (48) an einer Seite unter der Vorspannung einer Feder (59) steht und an der anderen Seite an einen dritten Pilotzylinder (58) angrenzt, der mit dem ersten Durchtritt (29) in Verbindung steht, durch einen zweiten Durchtritt (30), der die beiden Steuerventile mit dem Servozylinder (20) verbindet, durch einen dritten Durchtritt (31), der das zweite Steuerventil (47,48) mit dem ersten Steuerventil (35*38,39,40) verbindet, durch einen vierten Durchtritt (32), der das erste Steuerventil mit einem Niederdruckvorratsbehälter (27) verbindet, durch eine solche Ausbildung des ersten Steuerventils, daß in einer ersten Stellung desselben der erste Durchtritt (29) mit dem zweiten Durchtritt (30) verbunden ist, während der dritte Durchtritt (31) von dem vierten Durchtritt (32) getrennt ist, daß in einer zweiten Stellung der dritte Durchtritt (31) mit dem vierten Durchtritt (32) verbunden ist, während der erste Durchtritt (29) von dem zweiten Durchtritt (30) getrennt ist, und daß in einer,dritten Stellung sämtliche Durchtritte voneinander getrennt sind, und daß das zweite Steuerventil so aufgebaut ist, daß in einer ersten Stellung der erste Durchtritt (29) mit dem zweiten Durchtritt (30)

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in Verbindung steht, während der zweite Durchtritt (30) von dem dritten Durchtritt (31) getrennt ist, daft in einer zweiten Stellung der zweite Durchtritt (30) mit dem dritten Durchtritt (31) in Verbindung steht, wahrend der erste Durchtritt (29) und der zweite Durchtritt (30) voneinander getrennt sind, und daß in einer dritten Stellung sämtliche Durchtritte voneinander getrennt sind ο

2,. Pumpen^teuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilglied (35) _des ersten Ventils durch eine Feder (44) vorgespannt ist, die in der gleichen Richtung wirkt wie der in Strömungsrichtung hinter der Drossel (42) angeschlossene Pilotzylinder (37) „

3. Pumpensteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Steuerventil ein Ventilglied (48) aufweist, welches durch eine Feder (59) in die zweite Stellung vorgespannt ist, und daß der dritte Pilotzylinder (58) an dem anderen Ende des Ventilgliedes (48) angeordnet ist und dieses in Richtung auf die erste Stellung zu verschieben bestrebt ist»

4 ο Pumpensteuervorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Durchtritt (29) getrennt mit dem ersten Steuerventil und den zweiten Steuerventil in Verbindung stehtο

5 ο Pumpensteuervorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraft der Federn (44,59) einstellbar ist«

6« Pumpensteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Steuerventil ein Ventilglied (35) aufweist, das rait einer zentralen Brücke (40)

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verteilen ist sowie «it Ruten (38,39), die »it den Durchtritten iuMuevenwirken, und daE die zentrale Brücke C 40) so lang besessen ist» daß sie in der dritten Stellung des ersten Ventils den ten und den dn Durchtritt (30 bzw. 31) überdecken,,

f ο PUBpensteuervorriehtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das «weite Steuerventil 4in Ventilglied (4t) aufweist, welches eine zentrale Brücke (64) sowie Muten (62,63) aufweisen, die «it Bohrungen^in einer Buchs· (4?) zuBawaenwirken, und daft die zentrale Bracke (64) so breit besessen ist, daß sie in der dritten Stellung des aMeitMi Steuerventils die zugeordnete Steueröffnung (SO) überdeckt, und da» die Nuten (62,83) breiter sind als die Abstände der zugeordneten SteuerOffnungen (19,51) von der zentralem Steueröffnung €50) in der Buchse (47).

t· PuB^ensteuervorriohtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daft beide Ventile in einem genein· Ventilgehäuse untergebracht sind.

S· Puapensteuervorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der dritte Pilotzylinder (58) durch einen Stopfen (52) verschlossen ist, der eine Drossel-Öffnung (S3) aufweist.

10. Puepensteuervorriehtung nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Buchse (47) in einer Bohrung (28) des Puapengeh&uses gleitbar angeordnet und in eine bestinrte Lage vergespannt ist«.

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