DE3112561C2

DE3112561C2 - Steuervorrichtung für eine Flüssigkeitspumpe mit verstellbarem Fördervolumen

Info

Publication number: DE3112561C2
Application number: DE3112561A
Authority: DE
Inventors: Jan Nordborg Zangenberg
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1981-03-30
Publication date: 1985-09-26
Also published as: IT8253117V0; IT8267403A0; US4436489A; DE3112561A1; DK135482A; DK151490C; JPS57173581A; IT1155468B; DK151490B

Abstract

Bei einer Steuervorrichtung für eine Flüssigkeitspumpe mit verstellbarem Fördervolumen wird die Pumpe (1) von einem Stellglied in der Form eines Stufenkolbens (8) verstellt. Seine kleinere Druckfläche (9) steht unter dem Einfluß des Pumpenausgangsdrucks (P ↓1), seine größere Druckfläche (12) unter dem Einfluß eines Steuerdrucks (P ↓2). Der Steuerdruck wird zwischen der Reihenschaltung eines Durchflußreglers (20), der seine Durchflußmenge (q) unabhängig vom Ausgangsdruck (P ↓1) annähernd konstant hält, und einem Steuerventil (18) abgegriffen. Das Steuerventil ist ein Drosselventil, dessen Druckabfall den Steuerdruck bestimmt. Seine wirksame Stellung hängt von der relativen Lage zwischen einem Stellwertgeber (7) und einem mit dem Stellglied verbundenen Rückführelement (14) ab.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Flüssigkeitspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, mit einem mit dem Stellglied der Pumpe verbundenen Stellkolben, dessen Stellung durch einen Stellwertgeber vorgegeben ist und der durch einen Steuerdruck und in Gegenrichtung durch den Pumpenausgangsdruck belastet ist, wobei der den Steuerdruck führende Druckraum einerseits über eine eine Drossel aufweisende Leitung mit dem Pumpenausgang und andererseits über ein drosselndes Steuerventil, das von einem mit dem Stellglied verbundenen Rückführelement und dem Stellwertgeber gebildet ist, mit dem Tank verbunden ist.

Es ist eine Steuervorrichtung dieser Art für eine Axialkolbenpumpe mit umlaufendem Pumpenzylinderblock bekannt, dessen Kolben mit einer Taumelscheibe zusammenwirken (DE-OS 19 15 160). Der Steuerdruck wirkt auf eine Stufe des Stellkolbens. Der Pumpenausgangsdruck ruft eine Rückstellkraft hervor, weil der Drehpunkt für die Taumelscheibe gegenüber der Mittellinie des umlaufenden Pumpenzylinderblockes versetzt angeordnet ist. Die in der Leitung zum Druckraum angeordnete Drossel hat einen festen Wert und ist lediglich in der Neutralstellung der Taumelscheibe durch einen Bypass überbrückt. Die feste Drossel bildet zusammen mit der variablen Drossel des Steuerventils einen den Steuerdruck bestimmenden Druckteiler. Auf diese Weise wird der Stellkolben und damit die Taumelscheibe unabhängig vom Pumpendruck annähernd in derjenigen Lage gehalten, die durch den Stellwertgeber definiert ist

Wegen der unvermeidlichen Leckverluste sinkt jedoch das Fördervolumen der Pumpe mit steigendem Druck am Pumpenausgang. Wenn beispielsweise von der Pumpe ein Motor versorgt werden soll, nimmt dessen Antriebsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl mit stei-

gender Belastung ab. Dieser Nachteil wird noch dadurch verstärkt, daß bei höherem Druck auch im Motor oder einem anderen Verbraucher höhere Leckverluste auftreten.'
Zwar ist bereits ein aus Pumpe und Motor bestehender hydrostatischer Antrieb bekannt (DE-OS 14 50 686), dessen Pumpe bei höherer Motorbelastung im Sinne einer höheren Verdrängung verstellt wird. Zu diesem Zweck werden die geförderte Menge, der Druckabfall am Motor und ein von der Temperatur der Druckflüssigkeit abhängiger Wert ermittelt und zusammen mit einem Sollwert der Steuervorrichtung zugeführt Dies führt zu einem komplizierten Aufbau. Die zur Mengenmessung verwendete Drossel in der zum Motor führenden Leitung ergibt unerwünschte Verluste.

Bei Steuervorrichtungen für Flüssigkeitspumpen ist es auch bekannt (DE-OS 29 25 236), einen Stellkolben vorzusehen, der eine kleine vom Pumpenausgangsdruck beaufschlagte Druckfläche und eine größere vom Steuerdruck beaufschlagte Druckfläche hat Zur Erzeugung des Steuerdrucks dient ein zwischen Pumpenausgang und Tank geschalteter Druckteiler, der durch zwei gegenläufig verstellbare Drosseln an einem Stellventil besteht Dieses wird einerseits vom Stellwertgeber und andererseits von einem mit dem Stellglied verbundenen Rückführelement gebildet Hiermit ist es nicht möglich, die Pumpe bei höherer Belastung auf höhere Verdrängung zu verstellen.

Bekannt sind auch Durchflußregler, die die Durchflußmenge unabhängig vom Eingangsdruck annähernd konstant halten (»Machine design« 1964, Seite 149). Ein solcher Durchflußregler kann einen in einer Bohrung verschiebbaren, durch eine Feder belasteten Hohlkolben aufweisen, der eine Stirnwand mit einer festen Drossel besitzt und mit einer Umfangskante eine Drosselöffnung in der Bohrungswand übersteuert

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es auf einfache Art ermöglicht, daß das eingestellte Fördervolumen bei steigendem Pumpenausgangsdruck nicht abfällt, sondern annähernd konstant bleibt oder sogar leicht zunimmt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drossel in der Leitung zwischen Pumpenausgang und Druckraum als Durchflußregler ausgebildet ist der die Durchflußmenge unabhängig vom Pumpenausgangsdruck annähernd konstant hält

Bei .dieser Ausgestaltung wird das Fördervolumen der Pumpe bei einer Erhöhung des Ausgangsdrucks infolge stärkerer Belastung erhöht Denn da über die

eo Drossel des Steuerventils eine annähernd konstante Durchflußmenge geleitet wird, muß sich bei steigendem Ausgangsdruck der Drosselwiderstand im Steuerventil ändern, um eine neue Gleichgewichtsstellung des Stufenkolbens zu erzielen. Dies ist bei feststehendem Stellwertgeber nur möglich, wenn der Stufenkolben sich im Sinne einer stärkeren Förderung der Pumpe verlagert. Durch diese stärkere Förderung lassen sich Leckverluste innerhalb der Pumpe und gegebenenfalls auch im

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Verbraucher zu einem erheblichen Teil kompensieren. Austritt dieser Durchflußraenge erfolgt durch die Ven-Diese Steuerung erfordert keine Drossel in der zum tilöffnung IS, deren freier Querschnitt mit Ais bezeich-Verbraucher fahrenden Leitung, so daß die Verluste net werde. Dann gilt gering sind. —

Bei einer bevorzugten Ausführungsfonn ist dafür ge- s ^₁₅ = JL χ * (2)

sorgt, daß der Durchflußregler einen in einer Bohrung K -/P^

verschiebbaren, durch eine Feder belasteten Hohlkolben aufweist, der eine Stirnwand mit einer festen Dros- Da die Konstante K und die Durchflußmenge q konsel besitzt und mit einer Umf angskante eine Drosselöff- siant sind, ändert sich die Öffnungsfläche A\s umgekehrt nung in der Bohrungswand übersteuert Ein solcher io proportional zur Quadratwurzel des Steuerdrucks Pt. Durchflußregler ergibt eine besonders einfache Bau- Es sei angenommen, daß mit Hilfe des Stellwertge-

form. bers 7 eine bestimmte Fördermenge der Pumpe 1 und

Des weiteren empfiehlt es sich, daß das Nachführele- damit eine bestimmte Drehzahl des Motors 4 eingestellt ment durch eine Bohrung im Stufenkolben mit einer worden ist Wenn infolge einer erhöhten Belastung des Ventilöffnung in der Bohrungswand gebildet ist und der 15 Motors 4 eine Erhöhung des Ausgangsdrucks Pi erfolgt, Stellwertgeber als Kolben in diese Bohrung greift und steigt der Steuerdruck P₂ nach Gleichung (1) proportioeine mit der Ventilöffnung zusammenwirkende Ringnut nal an. Gemäß Gleichung (2) wird hierdurch An verkleiaufweist, die über einen Kanal mit dem den Steuerdruck nert, was dadurch geschieht, daß der Stufenkolben 8 führenden Druckraum verbunden ist Dies ergibt eine etwas nach oben verschoben wird. Diese Verschiebung gedrungene Baueinheit mit kurzen Kanälen. 20 bewirkt eine Verstellung der Pumpe 1 derart, daß sie in

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der einen Zustand größerer Verdrängung gebracht wird. Zeichnung «dargestellten, bevorzugten Ausführungsbei- Hierdurch werden die Leckverluste, die bei höheren spiels näher erläutert Es zeigt Drücken auftreten, kompensiert

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Steu- In Fig.2 ist eine für die erfindungsgemäße Steuer

ervorrichtung und 25 vorrichtung geltende Kurve A veranschaulicht Man

F i g. 2 in einem Diagramm die Abhängigkeit des For- sieht, daß das Fördervolumen Q mit steigendem Druck dervolumens vom Ausgangsdruck der Pumpe. zunächst leicht zunimmt und dann leicht abfällt Ohne

In F i g. 1 ist eine Schaltung veranschaulicht, bei der diese Kompensation nimmt im bekannten Fall das Foreine regelbare Pumpe 1 Druckflüssigkeit aus einem dervolumen gemäß der Kurve B mit steigendem Druck Tank 2 über einen Pumpenausgang 3 zu einem Motor 4 30 sehr stark ab.

fördert Mittels einer Steuervorrichtung 6, die einen als F i g. 1 ist nur schematisch zu verstehen. Für den Mo-Kolben ausgebildeten Stellwertgeber 7 aufweist, kann tor 4 ist in der Regel noch ein Umsteuerventil vorgesedie Drehzahl dieses Motors 4 eingestellt werden. Es sei hen. Es können auch mehrere Verbraucher wahlweise angenommen, daß dieser Motor stark unterschiedlich eingeschaltet werden. Das Steuerventil 18 kann gebelastet sein kann, wodurch sich auch der Ausgangs- 35 trennt vom Stellglied 8 angeordnet werden, druck P\ der Pumpe ändert

Die Steuervorrichtung weist als Stellglied 8 einen Hierzu 1 Blatt Zeichnungen Stufenkolben auf, dessen kleinere Druckfläche 9 einem

über eine Leitung 10 mit dem Pumpenausgang 3 verbundenen Druckraum 11 zugewandt ist und dessen grö- 40
ßere Druckfläche 12 einem Druckraum 13 zugewandt
ist in welchem ein Steuerdruck P2 herrscht Der Stufenkolben weist eine Bohrung 14 mit einer Ventilöffnung 15
als Nachführelement auf. Der Kolben 7 des Stellwertgebers weist eine Ringnut 16 auf, die über einen Kanal 17 45
mit dem Steuerdruckraum 13 verbunden ist Ventilöffnung 15 und Ringnut 16 bilden zusammen ein Steuerventil 18.

In eine vom Pumpenausgang 3 abzweigende Leitung
19 ist ein Durchflußregler 20 eingeschaltet, der einen so
Hohlkolben 21 in einer Bohrung 22 aufweist Der Hohlkolben trägt in einer Stirnfläche 23 eine Drosselöffnung
24 und ist durch eine Feder 25 belastet Mit seiner hinteren Kante 26 übersteuert er eine Drosselöffnung 27 in
der Bohrung 22. Von der Drosselöffnung führt eine Lei- 55
tung 28 zum Steuerdruckraum 13.

Der Stufenkolben 8 nimmt eine Gleichgewichtsstellung ein, wenn

P\ χ Λ9 = Pi x j4i2 ist, (1) 60

wobei Ai die Größe der Druckfläche 9 und An die
Größe der Druckfläche 12 angibt. Der Steuerdruck Pi
ist daher proportional zum Ausgangsdruck Pi der Pumpe. 65

Der Durchflußregler 20 läßt eine konstante Durchflußmenge q in den Steuerdfuckraum 13 hinein, unabhängig von dem Ausgangsdruck P\ der Pumpe. Der

Claims

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung für eine Flüssigkeitspumpe mit verstellbarem Fördervolumen, mit einem mit dem Stellglied der Pumpe verbundenen Stellkolben, dessen Stellung durch einen Stellwertgeber vorgegeben ist und der durch einen Steuerdruck und in Gegenrichtung durch den Pumpenausgangsdruck belastet ist, wobei der den Steuerdruck führende Druckraum einerseits Ober eine eine Drossel aufweisende Leitung mit dem Pumpenausgang und andererseits Ober ein drosselndes Steuerventil, das von einem mit dem Stellglied verbundenen Rückführelement und dem Stellwertgeber gebildet ist, mit dem Tank verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel in der Leitung (19, 28) zwischen Pumpenausgang (3) und Druckraum (13) als Durchflußregler (20) ausgebildet ist, der die Durchflußmenge (q) unabhängig vom Pumpenausgangsdruck (Pt) annähernd konstant hält

Z Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußregler (20) einen in einer Bohrung (22) verschiebbaren, durch eine Feder (25) belasteten Hohlkolben (21) aufweist, der eine Stirnwand (23) mit einer festen Drossel (24) besitzt und mit einer Umfangskante (26) eine Drosselöffnung (27) in der Bohrungswand abersteuert

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachführelement durch eine Bohrung (14) im Stufenkolben (8) mit einer Ventilöffnung (15) in der Bohrungswand gebildet ist und der Stellwertgeber (7) als Kolben in diese Bohrung greift und eine mit der Ventilöffnung zusammenwirkende Ringnut (16) aufweist, die über einen Kanal (17) mit dem den Steuerdruck (Pt) führenden Druckraum (13) verbunden ist