DE3501455C2 - Leistungsregler für eine hydrostatische Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsregler für eine einstellbare hydrostatische Pumpe mit einem Hebel und einem vom Förderdruck beaufschlagten Druckmeßkolben, der in einem mit dem Stellkolben verschiebbaren Bauteil angeordnet ist und in einem von der Einstell-Lage der Pumpe bestimmten Abstand von der Drehachse des Hebels gegen diesen anliegt, wobei gegen die andere Seite des Hebels eine von einer Reglerfeder erzeugte Kraft einwirkt und der Hebel auf ein die Druckbeaufschlagung des Stell­ kolbens steuerndes, als Kolbenventil ausgestaltetes Steuerventil einwirkt, gegen dessen Steuerkolben die Reglerfeder abgestützt ist, und wobei die Drehachse des Hebels in einem Gehäuse gelagert ist, das mit der den Stellkolben enthaltenden Stell­ einrichtung verbunden ist und in dem die Bohrung für den Steuerkolben angeordnet und die Reglerfeder abgestützt ist.

Ein derartiger Leistungsregler ist aus der GB 1,530,592 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln den Regler derart auszugestalten, daß auch die von einer zusätzlichen Konstantpumpe, die von der gleichen Primärenergiequelle angetrieben wird, aufgenommene Leistung in dem Regler mitberücksichtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Konstantpumpe vorgesehen ist, die von derselben Primärenergiequelle angetrieben wird, wie die mit dem Leistungsregler verbundene einstellbare Pumpe, wobei an dem Steuerkolben eine zusätzliche Kolbenfläche gebildet ist, die vom Förderdruck der Konstantpumpe beauf­ schlagt und der Reglerfeder entgegenwirkend angeordnet ist.

Durch diese Ausgestaltungsform wird erzielt, daß die Leistungsregelung der einstell­ baren Pumpe in jedem Falle stets korrekt entsprechend dem Produkt Druck mal Strom gleich konstant erfolgt, das heißt im Diagramm genau entlang einer Hyperbel konstanter Leistung geregelt wird und zwar unabhängig davon, ob die Konstantpumpe gegen Druck fördert und wie hoch dieser Druck ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die Ausgestaltungsform gemäß Anspruch 5 beziehungsweise gemäß Anspruch 6 wird ermöglicht, die Lage des Druckmeßkolbens gegenüber der Stirnfläche des Stell­ kolbens derart zu bestimmen, daß dann, wenn der Stellkolben mit seiner Stirnfläche an einem Anschlag anliegt, der Druckmeßkolben eine ganz bestimmte definierte Lage gegenüber der Drehachse des Hebels hat, beispielsweise die Kraftwirkungslinie des Druckmeßkolbens genau durch die Drehachse geht (Extremlage).

Im folgenden ist der Erfindungsgegenstand anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Leistungsregler;

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema zu einer Stellvorrichtung für eine Axialkolbenpumpe;

Fig. 3 zeigt ein Leistungsregeldiagramm zu dem Leistungsregler gemäß Fig. 1.

Im Gehäuse 1 der Stelleinrichtung, die in Fig. 1 nicht mehr weiter dargestellt ist und in Fig. 2 nur schematisch umrissen ist, ist der Stellzylinder 2 vorgesehen, in dem der kleine Stellkolben 3 verschiebbar ist, der in, in der Fig. 1 der Zeichnung nicht mehr dargestellter Weise, mittels der Stellkolbenstange 3a mit dem in der Fig. 1 der Zeichnung ebenfalls nicht mehr dargestellten Stellglied der Pumpe, im Ausführungsbeispiel gemäß Fi­ gur 2 mit der Wiege 60, verbunden ist, welches auf der anderen Seite mit einem zweiten entgegengesetzt wirken­ den Stellkolben 59 größeren Durchmessers, der ebenfalls in der Fig. 1 der Zeichnung nicht mehr dargestellt ist, verbunden ist, wie ein solches System in Fig. 2 dargestellt ist. Bei diesem System ist der Druck­ raum 4 im Stellzylinder 2 vor der Stirnfläche des Stell­ kolbens 3 ständig mit dem Förderdruck der Pumpe beauf­ schlagt. Dieser Druckraum 4 ist durch einen Stopfen 5 abgeschlossen, der seinerseits mittels einer Mutter 5a festlegbar ist, wobei der Stopfen 5 an seiner Stirn­ seite einen Anschlagvorsprung aufweist.

In eine radiale Gewindebohrung des Stellkolbens 3 ist der mit einem Gewinde versehene Befestigungsfuß 6 eines Zylinderbauteiles 7 eingeschraubt. Dabei ist der Gewinde­ fuß 6 gegenüber dem Zylinderbauteil 7 exzentrisch, so daß durch Zwischenlegen von Zwischenscheiben unterschied­ licher Wandstärke die Lage des Zylinderbauteils 7 gegenüber der Stirnfläche des Stellkolbens 3, in dem das Zylinder­ bauteil 7 festgeschraubt ist, wählbar ist. In dem Zylinder­ bauteil 7 ist eine Zylinderbohrung 8 vorgesehen, die durch eine Bohrung 9 in dem Gewindefuß 6 und eine Bohrung 10 in dem Stellkolben 3 mit dem Druckraum 4 in Verbindung steht. In der Zylinderbohrung 8 ist ein Druckmeßkolben 11 verschiebbar, der mittels eines Fuß­ teiles 12 gegen den Gleitschuh 13 anliegt, dessen Außen­ fläche kugelkappenförmig ist und der eine Druckpolster­ ausnehmung 14 aufweist, die durch eine Bohrung 15 im Gleitschuh 13 mit der Axialbohrung 16 im Druckmeß­ kolben 11 in Verbindung steht, die ihrerseits mit Radial­ bohrungen 17 verbunden ist, die am Umfang des Druckmeß­ kolbens 11 münden. Der Gleitschuh 13 liegt gegen den Hebel 18 an, der um einen Bolzen 19 schwenkbar ist, der in einem Zwischenbauteil 57/58 gelagert ist.

Um zu verhindern, daß bei Transport des Gesamtgerätes im drucklosen Zustand der Gleitschuh 13 unter dem Fuß­ teil 12 herausfüllt, kann in der Axialbohrung 16 eine Ringnut vorgesehen sein, in die ein durch die Ausnehmung 15 hindurch gesteckter Hohlniet, wie er zur Verbindung von dünnen Blechen, Kunststoffplatten oder Lederteilen mit­ einander verwendet wird, derart eingefügt wird, daß der Gleitschuh 13 sich nicht ganz von dem Fußteil 12 entfernen kann, aber diesem gegenüber bewegen kann oder es kann für den gleichen Zweck ein Drahthaken vorgesehen sein. Diese Möglichkeiten sind in der Zeichnung nicht mehr dar­ gestellt.

In dem Anbauteil 20 ist eine Bohrung 21 vorgesehen, in der ein Steuerkolben 22 verschiebbar ist, der mit seinem in der Zeichnung oberen Stirnteil gegen die in der Zeichnung untere Seite des Hebels 18 anliegt. Gegen das untere Ende des Bauteils, von dem der Steuerkolben 22 ein Teil ist, liegt der Federteller 23 an, gegen den die Reglerfeder 24 abgestützt ist, die andererseits gegen einen Federteller 25 abgestützt ist, dessen Lage mittels einer Stellschraube ein­ gestellt werden kann. Durch Einstellen der Lage des Feder­ tellers 25 wird die Vorspannung der Reglerfeder 24 einge­ stellt. Der Gewindebolzen 26 ist in eine Gewindebohrung der Anschraubhülse 27 eingeschraubt, die ihrerseits in ein Gewinde 28 des Anbauteils 20 eingeschraubt ist.

Der Raum, in dem sich der Hebel 18 befindet, ist durch eine Bohrung 29, die durch einen Stopfen 30 verschlossen ist, mit der Bohrung 31 verbunden, die zu einem druck­ losen Behälter führt. Dieser Raum, in dem der Hebel 18 angeordnet ist, ist weiterhin durch eine Bohrung 32 mit dem Raum verbunden, in dem die Reglerfeder 24 angeordnet ist, so daß dieser mit dem in der Zeichnung nicht mehr dargestellten drucklosen Behälter verbunden ist.

An die Bohrung 21 schließt sich koaxial eine Bohrung 33 an, die einen größeren Durchmesser aufweist als die Bohrung 21. Das untere Teil 34 des Bauteils, an dem der Steuerkolben 22 gebildet ist, weist einen größeren Durch­ messer auf als der Steuerkolben 22, so daß es in der Bohrung 33 größeren Durchmessers gleitend dichtend ge­ führt ist. Das Gesamtbauteil 22/34 ist somit als Stufen­ kolben ausgebildet. Der Ringraum vor der Stirnfläche dieses Stufenkolbens steht durch die hinter der Zeichenebene liegende Bohrung 36 mit der Förderleitung einer Konstant­ pumpe in Verbindung, die von der gleichen Primärenergie­ quelle angetrieben wird wie die einstellbare Pumpe, deren Einstellage durch die Lage des Stellkolbens 3 bestimmt wird, wobei durch den Leistungsregler die von der genannten, in der Zeichnung ebenfalls nicht mehr dargestellten Konstant- Pumpe aufgenommene Leistung berücksichtigt werden soll. Parallel zu der Bohrung 36 ist eine Bohrung 37 angeordnet, die in in der Zeichnung nicht mehr dargestellter Weise mit der Förderleitung der Pumpe, deren Leistung zu regeln ist, in Verbindung steht. Mit dieser Förderleitung steht ebenfalls die Bohrung 38 in Verbindung, die ihrerseits mit der Bohrung 39 in Verbindung steht, die in den Druckraum 4 mündet. Zwischen den Bohrungen 36 und 37 ist parallel zu diesen eine Bohrung 40 angeordnet, die in in der Zeichnung nicht mehr dargestellter Weise mit der Bohrung 31 in Verbindung steht. Die Bohrung 41 steht über den Anschluß 42 in in der Zeichnung nicht mehr dar­ gestellter Weise mit dem Druckraum vor dem großen Stell­ kolben in Verbindung.

Die Wirkungsweise ist folgende: Die Bohrung 38 ist ständig mit dem Förderdruck der Pumpe, deren Leistung geregelt werden soll, beaufschlagt, so daß über die Bohrung 39 dieser Druck auch im Druckraum 4 ansteht und sich über die Axialbohrung 10 und die Bohrung 9 auf den Druckraum vor der Stirnfläche des Druckmeßkolbens 11 auswirkt. Somit wird an dem Druckmesskolben 11 ständig eine Kraft erzeugt, die proportional zu dem Förderdruck ist. Diese Kraft wirkt auf die in der Zeichnung obere Seite des Hebels 18. Der Hebelarm, mit dem diese Kraft wirkt, ist abhängig von der Stellage des Stellkolbens 3 und damit des Stellgliedes der zu regelnden Pumpe. Verschiebt sich dieser nach in der Zeichnung links, so wird das Hubvolumen pro Umdrehung der Pumpe größer und der wirksame Hebelarm an dem Hebel 18 ebenfalls.

Auf die Gegenseite des Hebels 18, nämlich auf die in der Zeichnung untere Seite desselben, wirkt die Kraft der Reglerfeder 24. Überwiegt das Produkt aus der von dem Druckmeßkolben 11 ausgeübten Kraft mal dem Hebel­ arm das Produkt aus der von der Reglerfeder 24 ausge­ übten Kraft mal dem zugeordneten Hebelarm, so schwenkt der Hebel 18 entgegen dem Uhrzeigersinn und verschiebt den Steuerkolben 22 nach in der Zeichnung unten, so daß die Bohrung 37 mit der Bohrung 41 verbunden wird und somit Druckmittel in den Druckraum vor dem großen Stellkolben geführt wird.

Überwiegt das Produkt aus der Kraft der Reglerfeder 24 mal dem Hebelarm das Produkt aus der Kraft des Druckmeßkolbens 11 mal dem zugeordneten Hebelarm, so wird der Steuerkolben 22 nach in der Zeichnung oben verschoben mit der Folge, daß die Bohrung 41 mit der Bohrung 40 ver­ bunden wird und somit aus dem Druckraum vor dem großen Stellkolben Druckmittel zu dem drucklosen Behälter abge­ lassen wird.

In dem Gehäuse 1 der Stelleinrichtung ist eine Bohrung 55 vorgesehen und in dem Anbauteil 20, das für einen wesent­ lichen Teil des Leistungsregler als Gehäuse dient, ist eine Bohrung 56 vorgesehen. Zum Zentrieren, das heißt, damit die beiden Bohrungen 55 und 56 stets koaxial zu­ einander liegen, ist in diese beiden Bohrungen ein außen zylindrischer Körper als Zwischenbauteil eingesetzt, der eine Bodenplatte 57 aufweist und in dem in der Zeichnung oberen Bereich einen Schlitz aufweist, derart, daß seitlich des Schlitzes zwei Seitenteile 58 stehen bleiben, zwischen denen der Hebel 18 angeordnet ist, wobei die Teile 7,′ 11, 12, 13 in diesen Schlitz hineinragen. Der Bolzen 19 ist in den Seitenteilen 58 gelagert. In dem Schaltschema gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, daß in dem Gehäuseboden 101 eine Wiege 60 gelagert ist, die mit den beiden Stellkol­ ben 3 und 59 verbunden ist, von denen der Stellkolben 3 den kleineren Durchmesser aufweist und der Stellkolben 59 den größeren Durchmesser aufweist, aber auf der anderen Seite der Schwenkachse wie der Stellkolben 3 an der Wiege 60 angreift. Das Ventil 122 entspricht in seiner Wirkung im Prinzip der des Steuerschiebers 22, das heißt, der Schieber dieses Ventiles ist auf der einen Seite vom Druck in der Förderleitung über die Leitungen 39 und 110 belastet und ist auf der anderen Seite gegen die Feder 124 abgestützt, die im Prinzip der Regelfe­ der 24 bei der Ausgestaltungsform gemäß Fig. 1 entspricht. Sinngemäß entspricht auch die Leitung 142 in etwa der Leitung 42 gemäß Fig. 1.

In dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm ist der Förder­ druck der einstellbaren Pumpe über deren Förderstrom aufgetragen, das heißt unter der Voraussetzung, daß die Pumpe mit konstanter Drehzahl betrieben wird, ist der Förderdruck über dem Hubvolumen pro Umdrehung aufgetragen. In diesem Diagramm ist mit 51 die Leistungshyperbel be­ zeichnet, längs der die einstellbare Pumpe geregelt wird, sofern und solange die von der gleichen Primärenergie­ quelle angetriebene Konstantpumpe keine Leistung auf­ nimmt, das heißt in der Förderleitung dieser Konstant­ pumpe kein Druck herrscht. Herrscht jedoch in der Förder­ leitung dieser Konstantpumpe ein Druck von zum Beispiel 300 bar, so wird die einstellbare Pumpe entsprechend der Hyperbel 52 geregelt, weil in diesem Zustand für den Antrieb der einstellbaren Pumpe nur eine kleinere Leistung zur Verfügung steht, da ein Teil der Leistung für den Antrieb der Konstantpumpe verbraucht wird. Während dann, wenn die Konstantpumpe keine Leistung aufnimmt, der einstellbaren Pumpe von der Primärenergie­ quelle eine Leistung zur Verfügung gestellt wird, die dem insgesamt in der Zeichnung von links unten nach rechts oben schraffierten, durch die Klammer a bezeich­ neten Rechteck entspricht, also der Summe der mit den Klammern b und c bezeichneten Rechtecke entspricht, steht im Falle, daß die Konstantpumpe gegen einen Druck von 300 bar fördert, der einstellbaren Pumpe nur eine Leistung zur Verfügung, die dem nur von links unten nach rechts oben schraffierten schmaleren, durch die Klammer b bezeichneten Rechteck entspricht, während das entgegengesetzt von links oben nach rechts unten schraffierte, (und mit Rücksicht auf die Klammer a zu­ sätzlich in der anderen Richtung schraffierte) durch die Klammer c markierte Rechteck der Leistung entspricht, die die Konstantpumpe aufnimmt. Folglich setzt die Leistungshyperbel 52 an der Ecke des mit der Klammer b bezeichneten Rechteckes an. In dem dargestellten Fall beträgt das maximale Fördervolumen pro Umdrehung der einstellbaren Pumpe das 3,75fache des Verdrängungsvo­ lumens pro Umdrehung der Konstantpumpe, so daß die ein­ stellbare Pumpe bei Einstellung auf maximales Verdrängungs­ volumen bei 80 bar die gleiche Leistung aufnimmt wie die Konstantpumpe bei 300 bar, entsprechend dem Ver­ hältnis 3,75 : 1.

Die nur strichpunktiert eingezeichnete Leistungshyper­ bel 54 ist diejenige Leistungshyperbel, längs welcher geregelt wird, wenn das Bauteil 7 mit dem Zylinder 8, in dem der Druckmeßkolben 11 verschiebbar ist, gegenüber dem Stellkolben 3 in einer anderen Position festgelegt ist, also der wirksame Hebelarm verändert ist.

Längs der ebenfalls nur strichpunktiert eingezeichneten Leistungshyperbel 53 wird geregelt, wenn die Regelfeder 24 durch Drehen des Gewindebolzens 26 auf eine höhere Vor­ spannung und damit der Leistungsregler auf eine höhere Leistung eingestellt wird. Durch Drehen des Gewinde­ bolzens 26 im anderen Drehsinn kann auch eine geringere Vorspannung der Regelfeder 24 eingestellt und damit der Leistungsregler auf eine geringere Leistung einge­ stellt werden.

Claims (6)

1. Leistungsregler für eine einstellbare hydrostatische Pumpe mit einem Hebel und einem vom Förderdruck beauf­ schlagten Druckmeßkolben, der in einem mit dem Stell­ kolben verschiebbaren Bauteil angeordnet ist und in einem von der Einstell-Lage der Pumpe bestimmten Abstand von der Drehachse des Hebels gegen diesen anliegt, wobei gegen die andere Seite des Hebels eine von einer Regler­ feder erzeugte Kraft einwirkt und der Hebel auf ein die Druckbeaufschlagung des Stellkolbens steuerndes, als Kolbenventil ausgestaltetes Steuerventil einwirkt, gegen dessen Steuerkolben die Reglerfeder abgestützt ist, und wobei die Drehachse des Hebels in einem Gehäuse gelagert ist, das mit der den Stellkolben enthaltenden Stellein­ richtung verbunden ist und in dem die Bohrung für den Steuerkolben angeordnet und die Reglerfeder abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantpumpe vorgesehen ist, die von derselben Primärenergiequelle angetrieben wird, wie die mit den Leistungsregler ver­ bundene einstellbare Pumpe, wobei an dem Steuerkolben (22) eine zusätzliche Kolbenfläche gebildet ist, die vom Förderdruck der Konstantpumpe beaufschlagt und der Regler­ feder (24) entgegenwirkend angeordnet ist.

2. Leistungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (22) als Stufenkolben (22/34) ausgestaltet ist und daß die Ring­ fläche des Stufenkolbens (22/34) von dem Förderdruck der Konstantpumpe beaufschlagt ist.

3. Leistungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Größe der zusätz­ lichen Kolbenfläche bzw. der Ringfläche des Stufenkolbens (22/34) zu der Größe der Stellfläche des Druckmeßkolbens (11) zumindest annähernd gleich ist dem Verhältnis zwischen dem Verdrängungsvolumen pro Umdrehung der Konstantpumpe und dem maximalen Verdrängungsvolumen pro Umdrehung der einstellbaren Pumpe.

4. Leistungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmeßkolben (11) in einem an den Stellkolben (3) anmontierbaren (lösbar mit dem Stellkolben (3) verbundenen) Zylinderbauteil (7) angeordnet ist, wobei der Raum vor der Stirnfläche des Druckmeßkolbens (11) mit dem Raum vor der Stirnfläche des Stellkolbens (3) in Verbindung steht.

5. Leistungsregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderbauteil (7), in dem der Druckmeßkolben (11) verschiebbar ist, in unter­ schiedlichen Abständen von der Stirnfläche des Stellkolbens (3) an diesem befestigbar ist.

6. Leistungsregler nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

• a) das Zylinderbauteil (7) ist mit einem Gewindefuß (6) versehen und dieser ist in eine Gewindebohrung des Stellkolbens eingeschraubt.
• b) der Gewindefuß (6) ist exzentrisch am Zylinderbauteil (7) angeordnet und zwischen die den Gewindefuß (6) umgebende Ringfläche des Zylinderbauteils (7) und den Stellkolben (3) sind Distanzscheiben unterschiedlicher Wandstärke legbar.