DE1929645B2 - Regelvorrichtung zum Konstanthalten des Verdrängungsvolumens von Flüssigkeitspumpen oder -motoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zum Konstanthalten des Verdrängungsvolumens von Flüssigkeitspumpen oder -motoren, deren Verstellung über einen hydraulisch betätigten Stellmotor erfolgt, dessen Arbeitsraum über ein das Verdrängungsvolumen festlegendes Steuerventil verstellbar ist, das einen Steuerkolben enthält, mit dem der Druck im Stellmotor eingestellt wird.

Bei einer bekannten Regelvorrichtung dieser Art ist der Kolben des Stellmotors mit dem Steuerventil zu einem Folgesystem gekoppelt, d. h., die Stellung des Steuerkolbens des Steuerventils legt gleichzeitig die Stellung des Kolbens des Stellmotors fest. Damit bestimmt der maximale Verstellweg des Steuerkolbens des Steuerventils den maximalen Verstellhub des Stellmotores zum Verstellen des Verdrängungsvolumens von Flüssigkeitspumpen oder -motoren. Zur Vermeidung der unmittelbaren Abhängigkeit des Verstellhubes des Stellmotors von dem Weg des Steuerkolbens des Steuerventils für die Einstellung des Verdrängungsvolumens ist auch schon vorgeschlagen worden, Stellmotor und Steuerventil voneinander räumlich zu trennen und dafür den Steuerkolben des Steuerventils mit einer Steuerhülse zu umgeben, die über einen Hebelmechanismus mit dem Verstellglied der Flüssigkeitspumpe oder des Flüssigkeitsmotors mechanisch verbunden ist. Die mechanische Kopplung des Steuerventils mit dem Verstellgiied für die Flüssigkeitspumpe bzw. den Flüssigkeitsmotor zur Erzielung eines Folgesystems erfordert Rücksichtnahme bei der konstruktiven Durchbildung von Flüssigkeitspumpe bzw. -motor. Außerdem wird die Regelgenauigkeit zur Konstanthaltung des eingestellten Verdrängungsvolumens durch das unvermeidbare Passungsspiel der mechanischen Kopplung nachteilig beeinflußt.

Weiter sind Vorrichtungen zum Verstellen des Verdrängungsvolumens von Flüssigkeitspumpen und -motoren bekannt, die unabhängig von einer Folgesteuerung arbeiten. Bei diesen Vorrichtungen erfolgt die Verstellung des Stellmotors mit Hilfe eines einstellbaren Steuerdruckes. Dieser Steuerdruck wirkt auf den federbelasteten Kolben des Verstellmotors in Richtung größer werdenden Verdrängungsvolumens, während in Richtung kleiner werdenden Verdrängungsvolumens der Kolben des Stellmotors von der Feder beaufschlagt wird. Diese Feder muß so groß bemessen werden, daß der Stellmotor bis zum Verdrängungsvolumen Null zu verstellen ist. Diese bekannte Vorrichtung zum Verstellen des Verdrängungsvolumens weist gegenüber einem Folgesystem den Nachteil auf, daß eine beidseitige Druckbeaufschlagung des Stellmotors praktisch nicht durchführbar ist, da in der Regel der Eingangsdruck für die Druckventile schwankt.

Die Konstanthaltung des Eingangsdruckes ist aber eine Voraussetzung für die beidseitige Druckbeaufschlagung des Stellmotors bei Verwendung eines Druckminderventiles, damit das am Kolben des Stellmotores wirkende ein Maß für die Verstellung des Verdrängungsvolumens bildende Druckgefälle nach der Einstellung des Druckminderventiles konstant bleibt. Diese bekannte Vorrichtung ist deshalb auch nicht mit anderen Regelfunktionen koppelbar, die beispielsweise einen anderen Eingangsdruck erfordern würden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Regelvorrichtung zum Konstanthalten des Verdrängungsvolumens von einstellbaren Flüssigkeitspumpen oder -motoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine am Stellmotor wirkende Druckdifferenz (Steuerdruck minus dem vom Steuerventil eingestellten Druck) auch bei sich änderndem Steuerdruck konstant hält.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Stellmotor einen gleichseitigen Stellkolben enthält, dessen eine Seite vom Stelldruck und dessen andere Seite von der Kraft einer Feder und von dem Druck beaufschlagt wird, der durch das Steuerventil erzeug! wird, wobei der Steuerkolben des Steuerventils von einer Steuerhülse umschlossen ist, die sich über eine Feder am Ventilgehäuse abstützt und einen gleichseitigen Kolbenbund trägt, dessen eine Seite gegen die Federkraft vom Stelldruck beaufschlagt wird und dessen andere Seite, die über eine Leitung mit der anderen Seite des Stellmotors verbunden ist, über den Steuerkolben nach Art einer Folgesteuerung beaufschlagbar ist. Dadurch ergibt sich gegenüber dem Stande der Technik ein universeller Einsatz, und das Steuerventil ist auf einfache Weise mit anderen Regelfunktionen koppelbar.

Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung werden an Hand der beispielsweise erstellten Zeichnungen nach den A b b. 1 und 2 wie folgt beschrieben, wobei

A b b. 1 eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung, bei der das Steuerventil direkt mit dem Verstellzylinder verbunden ist,

A b b. 2 das Steuerventil gemäß A b b. 1 in vergrößerter Darstellung und

A b b. 3 eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung, bei der das Steuerventil, welches als ein vom Hauptdruck beeinflußtes Regelventil ausgebildet, mit dem Vorsteuerzylinder verbunden ist, zeigt.

Zur Einstellung des Verdrängungsvolumens der Pumpe 1 (A bb. 1) wird der Verstellkolben 2 je nach gewünschter Förderrichtung der Pumpe 1 entweder gegen die Feder 3 oder gegen die Feder 4 verstellt. Der hierfür erforderliche hydrostatische Stelldruck ist abhängig von der Einstellung des Druckbegrenzungsventiles 5, über das die von Hilfspunipe 6 geförderte über-

schüssige Druckflüssigkeitsmenge abströmt. Die für die Verstellung benötigte Druckflüssigkeit wird über die Leitung 7 je nach Stellung des Umschaltventiles 8 dem Zylinderraum 9 oder dem Zylinderraum 9a zugeleitet, so daß durch die Druckbeaufschlagung einer Kolbenfläche des Verstellkolbens 2 eine Kraft erzeugt wird, die so groß sein muß, daß der maximale Verstellweg des Verstellkolbens 2 gegen die dieser Kraft entgegengerichtete Kraft der Feder 3 bzw. 4 erreicht und die pumpe 1 damit auf ihr maximales Verdrängungsvolumen eingestellt werden kann. Gleichzeitig wird der Stelldruck über die Leitung 10 und den Kanälen 11, 12, 13 (A b b. 2) dem Zylinderraum 14 des Steuerventiles 31 zugeleitet, so daß die Kolbenfläche 15 des gleichseitigen Kolbenbundes der Steuerhülse 36 mit demselben beaufschlagt und dadurch eine Kolbenkraft erzeugt wird, die gegen die Feder 17 gerichtet ist Diese Kolbenkraft muß so groß sein, daß die Steuerhülse 16 gegen die entgegengerichtete Kraft der Feder 17 seinen vollen Fo'geweg machen kann. Weiterhin wird der StelldrL'ck über den Ringkanal 18 und der Bohrung 19 dem Ringkanal 20 des Steuerschiebers 21 zugeleitet.

Wird nun der Steuerkolben 21 aus der gezeichneten Stellung mechanisch nach links verschoben, so öffnet die Steuerkante 22 den Durchfluß zur Steuerbohrung 23, so daß sich über den Ringkanal 24 und den Bohrungen 25, 26, 27 der volle Stelldruck auch im Zylinderraum 28 aufbaut und somit auch die Kolbenfläche 29 des Folgekolbens 16 beaufschlagt. Durch diese Beaufschlagung wird das Gleichgewicht zwischen der auf Kolbenfläche 15 entstehenden Kolbenkraft und der Kraft der Feder 17 so gestört, daß die Federkraft die größere Kraft ist, wodurch die Steuerhülse, die als Folgekolben arbeitet, nun so weit nach links verschoben wird, bis die Steuerkante 22 den Durchfluß zur Steuerbohrung 23 wieder absperrt und damit den Steuervorgang beendet. Da an der als Folgekolben arbeitenden Steuerhülse nach Beendigung des Steuervorganges Gleichgewicht herrschen muß, der volle Stelldruck aber weiterhin die Kolbenfläche 15 beaufschlagt, muß sich zur Unterstützung der nunmehr geringen Kraft der Feder 17 in dem nun eingeschlossenen Druckflüssigkeitsvolumen des Zylinderraumes 28 ein hydrostatischer Gegendruck aufbauen, der die Kolbenfläche 29 beaufschlagt. Durch die Differenz der beiden auf Kolbenfläehe 15 und Kolbenfläche 29 erzeugten Kolbenkraft entsteht nun eine resultierende Kolbenkraft, die gleich der momentanen Kraft der Feder 17 ist. Gleichzeitig pflanzt sich der in Zylinderraum 28 vorherrschende Gegendruck über die Kanäle 27, 26, 25 und der Leitung 30 (A b b. 1) fort und baut sich in dem Zylinderraum (9 oder 9a) des Verstellzylinders auf, der der Stellung des Umschaltventiles 8 entsprechend nicht mit dem Stelldruck verbunden sind. Hierdurch wird am Verstcllkolben 2 zwangsläufig die gleiche Druckdifferenz wirksam wie am Folgekolben 16, die am Verstellkolben 2 ebenfalls eine resultierende Kolbenkraft erzeugt, welche ebenfalls gegen eine Feder (3 oder 4) gerichtet ist, wobei auch hier zur Erzielung des Gleichgewichtes resultierende Kolbenkraft und Federkraft gleich groß sein müssen. Wird der Steuerkolben 21 aus der gezeichneten Stellung nach rechts verschoben, so öffnet die Steuerkante 32 des Steuerkolbens 21 den Durchfluß vom Zylinderraum 28 über die Kanäle 27, 26, 25. dem Ringkanal 24 und der Steuerbohrung 23 zum Ringkanal 33 hin, der über die Bohrungen 34, 35, 36, 37. 38 und dem Federraum 39 mit dem drucklosen Abfluß 40 verbunden ist. Hierbei fällt der Druck im Zylinderraum ab, so daß sich die Steuerhülse nun so lange nach rechts bewegt, bis die Steuerkante 32 den Durchfluß zum drucklosen Abfluß wieder absperrt und damit der. Steuervorgang beendet Nun baut sich wieder der für das Gleichgewicht erforderliche hydrostatische Gegendruck auf, der wie der Hilfsdruck auch wieder am Verstellkolben 2 wirksam wird und dort eine Druckdifferenz hervorruft die wieder eine resultierende Kolbenkraft erzeugt, welche, wie bereits beschrieben., gegen eine Feder ausgewogen wird.

Durch die beschriebene direkte Verbindung der Zylinderräume 14, 28 des Steuerventiles 31 mit den Zylinderräumen 9, 9a des Verstellzylinders wird erreicht, daß die am Folgekolben 16 wirkende Differenz zwischen Stell- und Gegendruck gleich der am Verstellkolben 2 wirkenden ist. Da durch den Differenzdruck am Verstellkolben wie am Folgekolben je eine dem Differenzdruck proportionale resultierende Kolbenkraft erzeugt und jede dieser resultierenden Kolbenkräfte gegen eine Feder ausgewogen wird, kann man die beiden Federn so aufeinander abstimmen, daß zwischen den beiden Federwegen, die den durch die Druckdifferenz erzeugten Kolben- bzw. Federkräften zugeordnet sind, eine gewünschte gesetzmäßige Abhängigkeit besteht.

Dabei ist es möglich, in einem weiten Bereich jedes beliebige Verhältnis zwischen dem Weg des Verstellkolbens utid dem Weg der Steuerhülse und damit dem Weg des Steuerschiebers zu wählen.

Eine Verwendung des Umschaltventiles 8 (A b b. 1) ist nur dann vorteilhaft, wenn zur Umkehrung der Förderrichtung eine Verstellung der Pumpe 1 über Null erfolgen soll. In diesem Falle wird die Stellgröße vom Steuerventil 31 und die Stellrichtung vom Umschaltventil 8 vorgegeben. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Verstellung über Null ohne Umschaltventil möglich. Es kann dann jedoch nur eine Verstellung des Versteilkolbens gegen die Kraftrichtung einer einzigen Feder erfolgen, so daß eine federkraftbedingte Mittelstellung des Verstellkolbens 2 bei Fortfall des Stelldruckes nicht gegeben ist.

Eine direkte Verbindung des Steuerventiles mit dem Verstellzylinder über druckflüssigkeitsführende Leitungen ist jedoch nur dann möglich, wenn die durch die auf den Verstellkolben wirkende Reaktionskraft der Pumpe oder des Motors entstehende Ungenauigkeit des Stellweges in Kauf genommen werden kann.

Ist dagegen eine hohe Stellgenauigkeit erforderlich, muß, wie A b b. 3 zeigt, die Verstellung der Pumpe 41 von einem Verstellkolben 42 vorgenommen werden, der von dem Vorsteuerkolben 43 und dem rückgeführten Vorsteuerventil 44 vorgesteuert wird. Dieses geschieht It. A b b. 3 so, daß die Hilfspumpe 45 einen Hilfsdruck erzeugt, dessen Höhe von der Einstellung des Druckbegrenzungsventil 46 bestimmt wird. Dieser Hilfsdruck ist ständig über die Leitung 47 mit dem Zylinderraum 48 verbunden, so daß auf der kleineren Kolbenfläche 49 des Verstellkolbens 42 ständig eine gleichbleibende Kraft erzeugt wird. Gleichzeitig wird der Hilfsdruck über die Leitung 50 dem Vorsteuerventil 44 zugeführt.

Findet nun bei einem Steuervorgang eine Verschiebung des Vorsteuerkolbens 43 nach links statt, so betätigt derselbe das Vorsteuerventil so, daß über die Leitung 51 eine Verbindung des Zylinderraumes 52 mit dem Hilfsdruck erfolgt. Da nun auch die größere Kolbenfläche 53 unter dem gleichen hydrostatischen Druck steht wie die kleinere Kolbenfläche 49, wird eine durch die Differenz zwischen den Kolbenflächcn bedingte re-

sultierende Kolbenkraft erzeugt, die den Vcrstcllkolben

42 so lange nach links verschiebt, bis das rückgeführte Vorsteuerventil den Durchfluß sperrt und die Stellung des Verstellkolbens 42 der durch den Vorsteuerkolben

43 vorgegebenen Stellung entspricht. Findet dagegen eine Verschiebung des Vorsteuerkolbens 43 nach rechts statt, so wird das Vorsteuerventil

44 so betätigt, daß der Zylinderraum 52 mit dem drucklosen Abfluß verbunden ist und die Kolbenkraft, die durch die Beaufschlagung der Kolbenfläche 49 mit dem Hilfsdruck entsteht, den Verstellkolben nun so lange nach rechts verschiebt, bis das rückgeführte Vorsteuerventil den Durchfluß wieder sperrt und die vom Vorsteuerkolben 43 vorgegebene Stellung vom Verstellkolben 42 erreicht ist.

Um eine beliebige, zwischen Null und dem Maximum liegende Einstellung des Verdrängungsvolumens der Pumpe 41 vornehmen zu können, ist bei einer Stelleinrichtung nach A b b. 3 ein in einem bestimmten Bereich beliebig einstellbarer Steuerdruck erforderlich. Aus die- ao sem Grunde wird von der Steuerdruckpumpe 54 ein Förderstrom erzeugt, dessen überflüssiger Teil über das Druckregelventil 55 abströmt, wobei durch die Verstellbarkeit des Druckregelventiles in dem bestimmten Bereich die Einstellung der Höhe des Steuerdruckes beliebig vorgenommen werden kann. Weiterhin wird der gewählte Steuerdruck durch die Leitungen 56,64 je nach Stellung des Umschaltventiles 57 in den Zylinderraum 58 oder in den Zylinderraum 59 übertragen, so daß entweder die Kolbenfläche 60 oder die Kolbenfläehe 61 von ihm beaufschlagt wird.

Die hierbei entstehende Kolbenkraft ist gegen eine Feder (62 oder 63) gerichtet, die durch diese so weit vorgespannt wird, bis die Federkraft gleich der Kolbenkraft ist und dadurch Gleichgewicht eintritt. Jeder in dem bestimmten Bereich gewählte Steuerdruck entspricht daher einer bestimmten Stellung des Vorsteuerkolbens 43 und damit einem bestimmten Verdrängungsvolumen der Pumpe 41, wobei die Verstellung so erfolgt, daß eine Erhöhung des Steuerdruckes eine Vergrößerung des Verdrängungsvolumens herbeiführt. Soll zur Umkehrung der Förderrichtung die Pumpe über Null verstellt werden, dann muß das Umschaltventil 57 umgeschaltet werden.

Eine weitere Übertragung des Steuerdruckes durch die Leitung 65 und die Kanäle 11,12,13 (A b b. 2) findet in den Zylinderraum 14 des nunmehr als ein vom Hauptdruck beeinflußtes Regelventil ausgebildeten Steuerventiles 70 statt (A b b. 3), das genauso ausgebildet ist wie das Ventil nach A b b. 2. Durch die Beaufschlagung der Kolbenfläche 15 des Kolbenbundes der Steuerhülse 16 mit dem Steuerdruck wird eine Kolbenkraft erzeugt, die gegen eine Feder 17 ausgewogen wird. Da zur stufenlosen Einstellung des Verdrängungsvolumens der Pumpe 41 die Höhe des Steuerdruckes, wie bereits beschrieben, in einem bestimmten Bereich stufenlos veränderlich sein muß, verändert sich bei einer Verstellung der Pumpe gleichzeitig die Lage des Folgekolbens, da die Veränderung des Steuerdruckes eine Veränderung der Kolbenkraft und damit eine Veränderung des Federweges der Feder 17 bewirkt. Der Weg der Steuerhülse 16 ist also ständig dem Weg des Vorsteuerkolbens 43 und dem Weg des Verstellkolbens 42 proportional und steht damit ständig in einer bestimmten Abhängigkeit zu dem an der Pumpe 41 einge stellten Verdrängungsvolumen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regelvorrichtung zum Konstanthalten des Verdrängungsvolumens von Flüssigkeiispumpen oder -motoren, deren Verstellung über einen hydraulisch betätigten Stellmotor erfolgt, dessen Arbeitsraum über ein das Verdrängungsvolumen festlegendes Steuerventil verstellbar ist, das einen Steuerkolben enthält, mit dem der Druck im Stellmotor eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (2, 9, 9a) einen gleichseitigen Stellkolben (2) enthält, dessen eine Seite vom Stelldruck und dessen andere Seite von der Kraft einer Feder (3 bzw. 4) und von dem Druck beaufschlagt wird, der durch das Steuerventil (31) erzeugt wird, wobei der Steuerkolben (21) des Steuerventils von einer SteuerhüKe (16) umschlossen ist, die sich über eine Feder (17) am Ventilgehäuse abstützt und einen gleichseitigen Kolbenbund (15,29) trägt, dessen eine Seite gegen die Federkraft vom Stelldruck beaufschlagt wird und dessen andere Seite, die über eine Leitung mit der anderen Seite des Stellmotors verbunden ist, über den Steuerkolben nach Art einer Folgesteuerung beaufschlagbär i?t.