DE3910728C2 - - Google Patents
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- F03C1/0447—Controlling
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des
Betriebs von Hydromotoren nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 33 13 974
bekannt, wobei mittels des Steuerventils, wenn das dem
Hydromotor abverlangte Drehmoment sich ändert, die
Exzentrizität des Motors so verstellt wird, daß zur
Vermeidung von Verlustleistungen der Druck hinter dem
Stromregelventil bzw. der am Motor anliegende Druck in
engen Grenzen konstant gehalten wird. Durch die Änderung
der Exzentrizität und damit des Schluckvolumens des Motors
wird auch die Drehzahl des Motors verändert, wenn der
zugeführte Druckmittelstrom gleich bleibt. Wenn dies nicht
erwünscht ist und der Antrieb mit konstanter Drehzahl
laufen soll, kann vor dem Hydromotor in der Druckleitung
eine Durchflußmengen-Meßeinrichtung angeordnet werden, die
derart auf das Stromregelventil einwirkt, daß dieses zur
Konstanthaltung der Drehzahl den zugeführten Förderstrom
verringert bzw. vergrößert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß trotz
Druckoptimierung bei einfachem Aufbau die Drehzahl des
Hydromotors bei sich änderndem Drehmoment konstant gehalten
werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im
Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß die
Exzenterverstellung mechanisch auf das Stromregelventil
übertragen wird, ergibt sich ein einfacher sowie kompakter
Aufbau der Vorrichtung und es entfällt die bei der
bekannten Vorrichtung vorgesehene Durchflußmengen-
Meßeinrichtung. Durch entsprechende Ausbildung des
Stromregelventils kann die dem Motor zugeführte
Druckmittelmenge so gesteuert werden kann, daß die Drehzahl des
Motors konstant bleibt und zugleich die Druckdifferenz am
Stromregelventil konstant gehalten wird.
Aus der DE-OS 24 61 897 ist bei einer Regeleinrichtung für
eine Pumpe zwar eine Stellvorrichtung für das
Stromregelventil bekannt, jedoch wird dort das
Stromregelventil in Abhängigkeit vom Pumpenausgangsdruck
geregelt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
weiteren Ansprüchen angegeben.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird
nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeig:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Hydromotor
mit Steuerventil und Stromregelventil und
Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform.
Mit 1 ist eine gekröpfte Welle eines Radialkolbenmotors
bezeichnet, wobei auf dem gekröpften Abschnitt 2 ein
Exzenterring 3 angeordnet ist, der durch Stellkolben 4, 4′
beaufschlagt wird, die diametral gegenüberliegend in
radialen Sackbohrungen in dem Abschnitt 2 geführt sind. Der
Stellkolben 4 wird durch eine Druckmittelleitung 5 und der
Stellkolben 4′ durch eine Druckmittelleitung 5′ mit
Druckmittel beaufschlagt, wobei diese beiden
Druckmittelleitungen 5, 5′ über einen Abschnitt in
Achsrichtung der Welle 1 verlaufen und im Bereich einer
zentrischen Bohrung in der Welle 1 radial in einem Abstand
voneinander in Ringnuten 6, 6′ münden. Parallel zur Achse
der Stellkolben 4, 4′ ist in einer radial verlaufenden
Bohrung in dem gekröpften Abschnitt 2 der Welle 1 ein
Steuerstift 7 verschiebbar geführt, der mit seinen
gegenüberliegenden Enden am Innenumfang des Exzenterrings 3
anliegt, so daß bei einer Verstellbewegung des
Exzenterrings 3 relativ zur Welle 1 der Steuerstift 7 durch
den Exzenterring 3 mitbewegt wird. Der Steuerstift 7 ist
auf einem Abschnitt mit einer schematisch angedeuteten
Schrägverzahnung 8 versehen, die mit einer entsprechenden
Schrägverzahnung 9 an einem Schieber 10 in Eingriff steht,
der in der zentrischen Bohrung in der Welle 1 verschiebbar
geführt ist und mit einem Ende aus der freien Stirnseite
der Welle 1 herausragt.
Die Ringnuten 6, 6′ stehen mit Druckmittelleitungen 11, 11′
in Verbindung, die an die Anschlüsse U1 und U2 eines
Steuerventils 12 angeschlossen sind, das die Funktion eines
hydraulisch betätigten 4/3-Wegeventils hat und auf der
Eingangsseite mit einem Rücklaufanschluß T und einem
Anschluß für den von einer Pumpe 13 gelieferten Primärdruck
P1 versehen ist. Der Primärdruck P1 liegt bei 14 an der
Stirnseite eines Steuerkolbens in dem Steuerventil 12 an,
während die gegenüberliegende Seite des Steuerkolbens bei
15 durch eine Feder 16 und den am Hydromotor anliegenden
Druck P2 beaufschlagt ist. Die Funktion und der Aufbau des
Steuerventils 12 ist im einzelnen in der
DE-OS 33 13 974 beschrieben.
Der Primärdruck P1 der Pumpe 13 liegt ferner an einem
Stromregelventil 17 an, über das dem Hydromotor die jeweils
benötigte Druckmittelmenge zugeteilt wird. Hinter dem
Stromregelventil 17 herrscht der vom Motor benötigte Druck
P2 in der Druckleitung 18. Am Stromregelventil 17 ist ein
federbelastetes Stellglied 19 angebracht, das von dem
Schieber 10 des Hydromotors beaufschlagt wird. Das
Stellglied 19 wirkt beispielsweise über eine nicht
dargestellte Steuerkurve auf den Durchlaß des
Stromregelventils 17 in der Weise, daß bei Verschieben des
Stellglieds 19 die vom Stromregelventil durchgelassene
Druckmittelmenge vergrößert oder verkleinert wird.
Mit 20 ist ein Druckbegrenzer in einer Druckmittelleitung
21 bezeichnet, mittels der das Stromregelventil 17 auf eine
bestimmte Druckmittelmenge voreingestellt werden kann, um
die Drehzahl des Hydromotors auf einen bestimmten Wert
voreinzustellen.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. In der dargestellten
Betriebsstellung arbeitet der Hydromotor beispielsweise mit
der vorgegebenen Drehzahl und einer vorgegebenen
Druckdifferenz P1-P2 am Stromregelventil 17. Verringert
sich beispielsweise das dem Hydromotor z.B. von einem vom
Motor angetriebenen Rührer abverlangte Drehmoment, so
verringert sich zunächst der vom Motor benötigte
Betriebsdruck P2. Diese Änderung von P2 wirkt in der Weise
auf das Steuerventil 12, daß über die Druckmittelleitungen
11, 11′ und die Stellkolben 4, 4′ die Exzentrizität des
Exzenterrings 3 verringert wird, so daß bei dem dem Motor
abverlangten Drehmoment und verkürzter Hebelwirkung am
Exzenter der Betriebsdruck P2 wieder auf einen Wert
ansteigt, der einer vorgegebenen Druckdifferenz P1-P2
entspricht, wobei davon ausgegangen wird, daß der von der
Pumpe 13 gelieferte Druck P1 konstant ist. Auf diese Weise
wird über das Steuerventil 12 bei sich änderndem Drehmoment
die Druckdifferenz am Stromregelventil 17 zur Vermeidung
von Verlustleistungen konstant gehalten.
Die hierbei vorgenommene radiale Verstellung des
Exzenterrings 3 wird über den Steuerstift 7 in eine axiale
Verschiebebewegung des Schiebers 10 übertragen, der über
das Stellglied 19 in der Weise auf das Stromregelventil 17
einwirkt, daß die vom Stromregelventil 17 dem Hydromotor
zugeteilte Druckmittelmenge verringert wird. Würde bei
verringerter Exzentrizität und damit verringertem
Schluckvolumen des Hydromotors die vom Stromregelventil 17
zugeführte Druckmittelmenge konstant bleiben, so würde
aufgrund des verringerten Schluckvolumens die Drehzahl des
Motors erhöht werden. Durch die mechanische Koppelung des
Stromregelventils 17 mit der Exzenterverstellung wird bei
dem zuvor geschilderten Beispiel die Druckmittelmenge zum
Hydromotor derart reduziert, daß die Drehzahl des Motors
konstant bleibt, während gleichzeitig die Druckdifferenz am
Stromregelventil konstant gehalten wird.
In entsprechender Weise wird bei einer Erhöhung des dem
Motor abverlangten Drehmoments zunächst der Betriebsdruck
P2 erhöht und damit über das Steuerventil 12 die
Exzentrizität vergrößert, damit bei gleichbleibendem Druck
P2 das erhöhte Drehmoment geliefert werden kann, während
über den Schieber 10 und das Stellglied 19 die vom
Stromregelventil 17 gelieferte Druckmittelmenge derart
vergrößert wird, daß bei vergrößerter Exzentrizität die
Drehzahl konstant bleibt.
Durch die beschriebene Vorrichtung arbeitet der Hydromotor
immer bei gleicher Drehzahl und optimalem Betriebsdruck.
Bei Zentralversorgungsanlagen, bei denen von einer Pumpe 13
mehrere Hydromotoren jeweils über ein Steuerventil 12 und
ein Stromregelventil 17 mit Druckmittel versorgt werden,
wird damit eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung
erreicht, da die einzelnen Hydromotoren trotz
unterschiedlicher Belastungen jeweils mit optimalem
Wirkungsgrad arbeiten. Hierdurch kann die bei einer
Zentralversorgungsanlage zu installierende Leistung
günstiger ausgelegt werden.
Die beschriebene Konstanthaltung der Drehzahl bei
Druckoptimierung durch das Steuerventil 12 könnte zwar auch
über Drehzahlsensoren, Meßwertgeber und dgl. elektrische
Bauelemente erreicht werden, jedoch wäre hierfür ein
wesentlich höherer Aufwand erforderlich als durch die
beschriebene mechanische Koppelung zwischen
Exzenterverstellung und Stromregelventil 17, die sehr
einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann.
Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen
Bauweise möglich. So kann beispielsweise anstelle der
Schrägverzahnung 8, 9 am Steuerstift 9 und am Schieber 10
auch eine Steuerkurve, eine Schrägfläche oder dgl. an einem
der beiden Bauteile vorgesehen werden, während am anderen
Bauteil ein Nocken, Zapfen oder dgl. angebracht ist, der
mit dieser Steuerkurve zusammenwirkt. Vorzugsweise wird
eine Steuernut oder dgl., ähnlich der schematisch
dargestellten Verzahnung, vorgesehen, so daß durch die
Verstellbewegung des Steuerstiftes 7 in beide Richtungen
der Schieber 10 in beide Richtungen verschoben wird, ohne
daß es einer Federbeaufschlagung des Schiebers 10 in einer
Richtung bedarf. Der Schieber 10 kann unmittelbar mit dem
Stellglied 19 des Stromregelventils 17 gekoppelt sein. Bei
der schematisch dargestellten Ausführungsform ist das
Stellglied 19 durch eine Feder so beaufschlagt, daß es am
Schieber 10 anliegend gehalten wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind für gleiche bzw.
entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. 1 verwendet. Die Druckmittelleitungen 5, 5′ stehen über
den Nuten 6, 6′ mit Druckmittelleitungen 11, 11′ in
Verbindung, die in dem Schieber 10 ausgebildet sind, auf
dessen Verlängerung ein Steuerventil 12′ angeordnet ist,
das der Bauweise nach der DE-OS 38 18 105 entspricht. Die
mittlere Nut 22 in der durchgehenden Bohrung des
Steuerventils 12′ ist über eine Leitung 23 und eine
Drehdurchführung mit dem Primärdruck P1 der Pumpe 13
beaufschlagt, während die Nuten 24 dem Anschluß T des
Steuerventils 12 in Fig. 1 entsprechen und mit der
Atmosphäre in Verbindung stehen. Die Anschlüsse U1 und U2
entsprechen den versetzt angeordneten Mündungen der
Leitungen 11 im Schieber 10 im Bereich dieser Nuten 22, 24.
An dem durch eine Feder 25 beaufschlagten Steuerventil 12′
liegt ein Arm eines schwenkbar gelagerten Stellhebels 26
an, dessen anderer Arm mit einer vorgegebenen Übersetzung
durch ein Solenoid 27 beaufschlagt wird. Durch
Verschwenken des Stellhebels 26 wird das Steuerventil 12′
auf dem Schieber 10 so verschoben, daß über eine
entsprechende Druckmittelbeaufschlagung über die Leitungen
11, 11′ und der Stellkolben 4, 4′ die Exzentrizität so
verstellt wird, daß die Druckdifferenz P1-P2 am in Fig. 2
nicht dargestellten Stromregelventil in engen Grenzen
konstant gehalten wird. Hierbei stützt sich die Feder 25 an
einem schematisch angedeuteten Bauteil 28 des Motorgehäuses
ab.
Der Schieber 10 steht über die Stirnseite des Steuerventils
12′ vor, so daß dieses freie Ende des Schiebers 10, wie bei
der Ausführungsform nach Fig. 1, auf ein nicht
dargestelltes Stellglied 19 des Stromregelventils einwirken
kann.
Das Solenoid 27 kann durch entsprechende elektrische
Signale so gesteuert werden, daß die für die
Druckoptimierung erforderliche Verstellung der
Exzentrizität bei Drehmomentänderung vorgenommen wird.
Hierzu sind entsprechende Stellwertgeber vorgesehen. Bei 29
ist ein Drehzahlsensor schematisch angedeutet, der mit
einer Einheit 30 zur Verarbeitung der Ist- und Soll-Werte
verbunden ist. Eine entsprechende Einheit für Ist- und
Soll-Werte des Betriebsdrucks ist mit 31 bezeichnet. Mit 32
ist ein mit dem Schieber 10 zusammenwirkender Sensor für
die Exzentrizität bzw. das Schluckvolumen des Motors
bezeichnet, der mit einer Einheit 33 für Ist- und
Soll-Werte in Verbindung steht.
Erfindungsgemäß kann die in Fig. 2 schematisch
wiedergegebene Vorrichtung auch zur Druckoptimierung bei
variabler Drehzahl des Hydromotors vorgesehen werden, so
daß in diesem Falle der Schieber 10 nicht über ein
Stellglied 19 auf das Stromregelventil zur Konstanthaltung
der Drehzahl einwirkt.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Regeln des Betriebs von Hydromotoren mit
stufenlos verstellbarer Exzentrizität, insbesondere für
Zentralversorgungsanlagen, mit einem Stromregelventil
zwischen einer Pumpe und dem von der Pumpe mit
Druckmittel versorgten Hydromotor und mit einem
Steuerventil zum Verstellen der Exzentrizität des
Hydromotors in Abhängigkeit von dem vom Hydromotor
benötigten Betriebsdruck,
wobei über das Stromregelventil die dem Hydromotor
zugeführte Druckmittelmenge so steuerbar ist, daß die
Drehzahl des Hydromotors konstant gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
das der Hydromotor mit einer Stelleinrichtung (7, 10)
versehen ist, die mechanisch mit dem Exzenter (3) in
Verbindung steht und eine Exzenterverstellung nach außen
überträgt, und
daß diese mechanische Stelleinrichtung (7,10) derart auf
das Stromregelventil (17) einwirkt, daß in Abhängigkeit
von der Änderung der Exzentrizität das Stromregelventil
(17) die dem Hydromotor zugeführte Druckmittelmenge so
steuert, daß die Drehzahl des Hydromotors konstant
gehalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in einer radialen Bohrung der Welle verschiebbar
geführter Steuerstift (7) mit beiden Enden am
Innenumfang eines Exzenterrings (3) anliegt und über
eine Schrägverzahnung (8) mit einer entsprechenden
Schrägverzahnung (9) an einem in Achsrichtung in der
Welle (1) geführten Schieber (10) in Eingriff steht, der
auf ein Stellglied (19) am Stromregelventil (17)
einwirkt.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mechanisch auf das Stromregelventil (17)
übertragene Verstellbewegung des Exzenters über eine
Steuerkurve auf den Durchlaß des Stromregelventils (17)
einwirkt.
4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stromregelventil (17) mit einer Einrichtung
(20, 21) zum Voreinstellen des Druckmitteldurchsatzes und
damit der Drehzahl des Hydromotors versehen ist.
5. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuerventil (12′) auf dem Schieber (10)
angeordnet ist, durch den die Druckmittelleitungen
(11, 11′) verlaufen, wobei der Schieber (10) über das
Steuerventil (12′) vorsteht und auf das Stromregelventil
(17) einwirkt, wobei das Steuerventil (12′) durch ein
elektrisch oder mechanisch betätigtes Stellelement (26)
beaufschlagt wird.
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