DE69201421T2 - Systemsteuerungen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Systeme zur Regelung des Betriebes eines Sekundäraggregates, das von einem Primäraggregat angetrieben wird. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen das Primäraggregat "frei", d.h. ohne Regelung des Primäraggregates, arbeiten kann.
• Eine der Anwendungen der vorliegenden Erfindung betrifft Flugzeuge, bei denen Hydraulikkraft für die Bewegung der Querruder eingesetzt wird. Bei den meisten Flugzeugausführungen ist eine Hydraulikkraftnotversorgung erforderlich, die bei einem Ausfall des Hydraulikkrafthauptsystems zum Einsatz kommt. Es ist bekannt, daß zu diesem Zweck ein Primäraggregat, wie beispielsweise eine Stauluftturbine, für eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung eingesetzt wird, wobei das Primäraggregat die Hydraulikpumpe antreibt, damit im Notfall Hydraulikkraft für die Querruder usw. zur Verfügung steht. Da der Betrieb des Primäraggregates jedoch von der Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges abhängig ist, nimmt die Kraft des Primäraggregates, wenn das Flugzeug in einer Notsituation Fluggeschwindigkeit verliert, ab, und die alternative Hydraulikkraftversorgung kann bereits zu einem relativ frühen Zeitpunkt ausfallen, weil für eine Pumpe mit variabler Verdrängung normalerweise eine Druckausgleichs-Vorrichtung vorgesehen ist, die sicherstellt, daß die Pumpe Hydraulikmedium entsprechend dem Mengenbedarf des Systems und mit vorbestimmtem Druck zur Verfügung stellt. Wenn also der Ausgangsdruck der Pumpe aufgrund nachlassender Fluggeschwindigkeit abfällt, versucht die Pumpe automatisch, diesen Druck durch eine Steigerung des Pumpenhubes anzuheben, was zu einer Erhöhung des Kraftbedarfes der Pumpe und damit zu einem Anhalten des Primäraggregates infolge Überlastung führt. Dies ist für eine Hydrauliknotversorgung natürlich nicht akzeptabel, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Apparat bereitzustellen, der dieses Problem beseitigt.
• Für derartige Flugzeuganwendungen werden ungeregelte Wechselstromerzeuger, die vom Flugzeugmotor bzw. den Flugzeugmotoren angetrieben werden, häufig vorgesehen, um eine mit einem Elektromotor kombinierte Pumpe anzutreiben. Es versteht sich, daß jede Veränderung der Drehzahl des Flugzeugmotors zu einer Veränderung der Frequenz der im wesentlichen konstanten Wechselstromversorgungsspannung, mit der der Motor betrieben wird, führt und sich somit auf die maximale Ausgangsleistung des Systems auswirkt. Um entsprechende Hintergrundinformationen zu liefern, wird dieses Problem nachstehend in allgemeiner Form erörtert.
• Bei einer Hydraulikpumpe, wie beispielsweise einer variablen Taumelscheibenpumpe, muß der Ausgangsdruck nornalerweise unabhängig von der Strömungsmenge, die je nach Belastung stark variieren kann, im wesentlichen konstant gehalten werden. Eine Taumelscheibenpumpe kann zu einer solchen (mit konstantem Druck arbeitenden) Pumpe umfunktioniert werden, wenn man eine Rückkopplungsstrecke vorsieht, durch die eine Abhängigkeit des Taumelscheiben- oder Aufsatzwinkels vom Ausgangsdruck hergestellt wird. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß ein Druckausgleichsventil vorgesehen wird, das den Ausgangsdruck der Pumpe gegen eine Federbelastung ausgleicht. Der Ausgang des Ventiles wird einem Kolben zugeführt, der den Winkel der Taumelscheibe oder des Aufsatzes regelt. Wenn also beispielsweise der Pumpenausgangsdruck aufgrund der Belastung ansteigt, wird der Kolben des Ausgleichsventiles gegen dessen Feder bewegt, so daß eine Strecke entsteht, auf der das Hochdruckmedium vom Pumpenausgang den Ventilausgang erreicht und damit der für die Regelung des Aufsatzwinkels vorgesehene Kolben gegen eine Aufsatzrückstellfeder bewegt wird. Dadurch wird der Winkel der Taumelscheibe oder des Aufsatzes verkleinert und die Strömungsmenge entsprechend verringert. Der Druck nimmt dadurch ab und paßt sich der neuen Belastungssituation an.
• Wenn umgekehrt der Pumpenausgangsdruck aufgrund eines erhöhten Bedarfes abfällt, wird der Kolben des Ausgleichsventiles durch dessen Feder bewegt, der Kolben gibt Druck frei, so daß die Aufsatzrückstellfeder den Winkel der Taumelscheibe oder des Aufsatzes vergrößern kann, und die Strömungsmenge wird entsprechend erhöht. Dies führt zu einer Druckerhöhung, die der neuen Belastungssituation entspricht. Sofern diese Belastungs- bzw. Bedarfsveränderungen sich im Rahmen der Pumpenleistung bewegen, wird der Ausgangsdruck durch die negative Rückkopplung dadurch konstant gehalten, daß bei einem Druckabfall die Strömungsmenge erhöht wird.
• Sobald der größtmögliche Aufsatzwinkel und die maximale Strömungsmenge erreicht sind, wird der Ausgangsdruck für einen weiteren Strömungsbedarf nicht mehr konstant gehalten, und es kommt statt dessen zu einem Druckabfall, während die Strömungsmenge konstant bleibt.
• An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß im Bereich eines konstanten Betriebsdruckes sowohl das für den Antrieb der Pumpe erforderliche Drehmoment als auch die Leistung proportional zur Strömungsmenge sind. Die Eingangsleistung ist das Produkt aus Drehmoment/Drehzahl, und die Ausgangsleistung ist das Produkt aus Drucklströmungsmenge; diese sind natürlich gleich, wenn man einen Pumpenwirkungsgrad von 100 % annimmt.
• Bisher ist man stillschweigend davon ausgegangen, daß die Drehzahl, mit der die Pumpe angetrieben wird, konstant ist. Die Pumpe benötigt natürlich zu ihrem Antrieb einen geeigneten Motor, und häufig wird für diesen Zweck ein Wechselstrominduktionsmotor eingesetzt. Die Drehzahl eines derartigen Motors ist nicht konstant. Tatsächlich weist ein solcher Motor, der von einer mit im wesentlichen konstanter Spannung arbeitenden Stromversorgung angetrieben wird, eine derartige Drehmoment/Drehzahl Charakteristik auf, daß die Drehzahl der Wechselstromantriebsfrequenz bei Nullastdrehmoment entspricht und mit zunehmendem Drehmoment abnimmt. Die Drehzahlveränderung ist jedoch so ausgelegt, daß sie über einen weiten Bereich von Drehmomenten relativ gering ist, so daß weitgehend fehlerfrei von einer konstanten Drehzahl ausgegangen werden kann. Siehe Fig. 1 in den beiliegenden Zeichnungen.
• Dieses Verhältnis behält nur dann seine Gültigkeit, wenn der Drehmomentbedarf des Motors innerhalb des bei erkennbar konstanter Drehzahl verfügbaren Motordrehmoment bereiches liegt. Ein Drehmomentbedarf, der über dieses Niveau hinausgeht, fällt in einen Bereich der Motorcharakteristik, in dem große Drehzahlveränderungen kleine Drehmomentveränderungen zur Folge haben. In diesem Bereich arbeitet der Motor instabil und neigt zum Anhalten. Siehe hierzu ebenfalls Fig. 1.
• Bei der Auslegung einer motorbetriebenen Pumpe ist es offensichtlich wünschenswert, den jeweiligen Ausgangsleistungsbedarf des Wechselstrommotors an den jeweiligen Eingangsleistungsbedarf der Pumpe anzupassen. Für eine Anwendung, die eine konstante Drehzahl notwendig macht, sind für den Motor das Ausgangsdrehmoment (Leistung als Produkt aus Drehmoment und Drehzahl) und für die Pumpe das Eingangsdrehmoment die kritischen Parameter. Der Pumpendrehmomentbedarf ergibt sich aus dem Produkt aus Pumpenverdrängung und Druck. Bei einer Pumpe, die mit konstantem Druck arbeitet, tritt der maximale Drehmomentbedarf bei maximaler Verdrängung der Pumpe auf.
• Die Eingangsdrehmomentcharakteristik der Pumpe über den gesamten Verdrängungsbereich ergibt sich aus Fig. 2. Da das Drehmoment von der Pumpenverdrängung und vom Systemdruck abhängig ist, behält diese Charakteristik bei einem mit konstantem Druck arbeitenden System über einen Drehzahlbereich (mit Ausnahme von Wirbelverlusten) ihre Gültigkeit. Die Ausgangsdrehmomentcharakteristik des Motors (siehe Fig. 1) muß daher mit einem gewissen Spielraum dem Eingangsdrehmomentbedarf der Pumpe entsprechen (siehe Fig. 2). Daraus ergibt sich die Motorgröße, die für den Antrieb der Pumpe benötigt wird (siehe Fig. 3). Falls es der jeweilige Hydraulikbedarf zuläßt, ist es jedoch möglich, die Größe des Antriebsmotors durch Einsatz einer eine weiche Abschaltung der Druckausgleichsvorrichtung vornehmenden Regelung mit der bei 4A in Fig. 4 dargestellten Charakteristik zu reduzieren, die einen in Fig. 5 gezeigten verringerten Drehmomentbedarf aufweist, so daß sowohl die Hydraulikversorgung als auch die elektrische Belastung optimiert werden können.
• Diese Ausführungen gehen von der Annahme aus, daß die Wechselstromversorgung des Motors mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz erfolgt. Wenn die Wechselstromfrequenz jedoch variabel ist, wie es in der Praxis der Fall sein kann, verändern sich Motordrehzahl und -drehmoment entsprechend (in einem akzeptablen Annäherungsumfang). Während der Pumpenausgangsdruck, unabhängig von Drehzahlveränderungen, durch die Druckrückkopplungsregelung konstant gehalten wird, verändert sich die Pumpenausgangsströmung entsprechend der jeweiligen Drehzahl, vorausgesetzt, der Motor verfügt über ein ausreichendes Antriebsdrehmoment.
• Die Auswirkungen auf die Ausgangsleistung des Motors und das Verhältnis zum jeweiligen Pumpenbedarf einer mit konstanter Spannung und variabler Frequenz arbeitenden Wechselstromversorgung sollen nunmehr näher betrachtet werden. Für Wechselstrominduktionsmotoren ist es charakteristisch, daß die Motordrehzahl proportional zur Versorgungsfrequenz ist, während das Ausgangsdrehmoment sich umgekehrt zur Frequenz verändert (siehe Fig. 6), so daß über den Frequenzbereich eine im wesentlichen konstante Ausgangsleistung zur Verfügung steht. Dies wirkt sich auf die mit variabler Drehzahl angetriebene Pumpe so aus, daß der Eingangsleistungsbedarf verändert wird. Für eine gegebene Verdrängung und einen gegebenen Systemdruck ist das für den Antrieb der Pumpe erforderliche Drehmoment über einen Bereich von Drehzahlen erkennbar identisch (siehe Fig. 7), so daß mit zunehmender Drehzahl der Eingangsleistungsbedarf proportional zur Drehzahl ansteigt.
• Drehmoment T = Verdrängung x Druck + Verluste
• Daher ist das für den Antrieb einer gegebenen Pumpe bei maximaler Verdrängung erforderliche Drehmoment proportional zum Druck und unabhängig von der Drehzahl, wobei Verluste, die zwar drehzahlabhängig sind, aber nur in geringem Umfang auftreten, unberücksichtigt bleiben.
• Es ist erkennbar, daß eine Kombination aus Pumpe und Elektromotor, die aufgrund ihrer Auslegung eine bestimm te Strömungsmenge und einen bestimmten Systemdruck bereitstellt, und die einen Motor mit einem angemessenen Drehmoment umfaßt, um die Pumpe mit voller Verdrängungsleistung bei der niedrigstmöglichen Frequenz der Wechselstromversorgung anzutreiben, mit zunehmender Frequenz der Wechselstromversorgung rasch in den Anhaltebereich der Motorcharakteristik hineingerät (siehe Fig. 8).
• Da das Motorausgangsdrehmoment bei maximaler Frequenz der Wechselstromversorgung am niedrigsten ist, bestünde eine Lösung darin, die Größe des Motors so zu wählen, daß er ein angemessenes Drehmoment bei der höchsten Frequenz der Wechselstromversorgung bereitstellt. Dies würde bedeuten, daiß die Hydraulikversorgung eindeutig über den festgelegten Systembedarf bei hohen Frequenzen hinausgehen würde und der Motor offensichtlich für die niedrigen Frequenzen überdimensioniert wäre. Betrachtet man in diesem Zusammenhang erneut beispielhaft die Hydraulikversorgung bei Flugzeugen, so zeigt sich, da die Frequenz der Wechselstromversorgung von der jeweiligen Drehzahl des Flugzeugmotors abhängt und die hohen Frequenzen wohl nur während des Startvorganges, d.h. der Flugphase mit maximaler Leistung, auftreten, daß es sich bei den aus einer Größenfestlegung des Motors für hohe Frequenzen resultierenden Erschwernissen, d.h. überdimensionierte Größe, höheres Gewicht1 höhere Kosten, höherer Stromverbrauch und ineffiziente Hydraulikkrafterzeugung, um Systemmerkmale handelt, die für den überwiegenden Teil eines Flugleistungsbereiches nicht benötigt werden.
• Eine ideale Lösung, mit der diese Erschwernisse ausgeräumt werden können, bestünde darin, den jeweiligen Pumpenleistungsbedarf in Abhängigkeit von der Frequenz der Wechselstromversorgung oder der Motordrehzahl so zu begrenzen, daß die Pumpeneingangsleistung über den gesamten Frequenzbereich der verfügbaren Motorleistung entsprechen muß. Da die Pumpen- und Motordrehzahlen aufgrund der mechanischen Verbindung identisch sind und die Leistung das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl ist, ist es für den Betrieb eines mit konstantem Druck arbeitenden Systemes erforderlich, entsprechende Drehmomente zur Verfügung zu haben. Dies kann durch eine Begrenzung der Pumpenverdrängung in Abhängigkeit von der Frequenz der Wechselstromversorgung oder der Drehzahl der Einheit für den benötigten Frequenzbereich erzielt werden.
• In einem System, das keinen konstanten Druck erfordert, können andere Regelmethoden angewendet werden, wie beispielsweise eine eine weiche Abschaltung vornehmende Regelcharakteristik entsprechend der Darstellung bei 3A in Fig. 3 sowie in Fig. 4, bei der der jeweilige Eingangsdrehmomentbedarf durch eine kombinierte Verdrängungs- und Druckregelung begrenzt werden kann, die mit der Frequenz der Wechselstromversorgung zusammenwirkt.
• Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Konzept, bei dem ein Stellmittel für das Sekundäraggregat verwendet wird, das von einer vom Primäraggregat abgeleiteten oder dafür gemeinsam eingesetzten Wechselstromversorgung angetrieben wird, die mit im wesentlichen konstanter Spannung und variabler Frequenz arbeitet.
• Nach vorliegender Erfindung wird ein Regelsystem mit offenem Regelkreis zur Regelung des Betriebsbereiches eines Sekundäraggregates bereitgestellt, das von einem Primäraggregat angetrieben wird, das im Einsatz von einer mit Wechselstrom (WS) arbeitenden Stromversorgung mit im wesentlichen konstanter Spannung betrieben wird, wodurch in der Wechselstromversorgung auftretende Frequenzveränderungen sich auf den Betrieb des Sekundäraggregates auswirken, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein Stellmittel umfaßt, das im Einsatz von derselben Wechselstromversorgung wie das Primäraggregat betrieben wird, eine im wesentlichen ähnliche inhärente Betriebscharakteristik wie das Primäraggregat aufweist, mit dem Sekundäraggregat verbunden ist und so betätigt werden kann, daß mit seiner Hilfe der Betriebsbereich des Sekundäraggregates entsprechend den Frequenzveränderungen in der Wechselstromversorgung eingestellt werden kann. Dadurch wird die Ausgangsleistung des Sekundäraggregates im Bereich der maximal verfügbaren Leistung des Primäraggregates gehalten.
• Bei dem System kann es sich um ein Hydrauliksystem, bei dem Sekundäraggregat um eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung und bei dem Primäraggregat um einen Elektromotor handeln. Bei dieser Anordnung wird die Ausgangsleistung der Pumpe im Bereich der maximal verfügbaren Leistung des Motors gehalten. Die von einer so geregelten Pumpe zur Verfügung gestellte maximale Strömungsmenge ist im wesentlichen konstant, d.h. unabhängig von Frequenz und Drehzahl.
• Die im wesentlichen ähnliche inhärente Charakteristik des Primäraggregates und des Stellmittels kann sich auf das Ausgangsdrehmoment oder die Ausgangskraft des Stellmittels beziehen, dessen Ausgangsdrehmoment oder Ausgangskraft vollkommen proportional zur Frequenz der Wechselstromversorgung ist, wobei das Primäraggregat in ähnlicher Weise vollkommen proportional zur Frequenz der Wechselstromversorgung ist. Wenn also das Stellmittel mit dem Sekundäraggregat verbunden ist, wird dadurch der Leistungsbedarf des Sekundäraggregates so eingestellt, daß er in Übereinstimmung mit der Frequenz der Wechselstromversorgung der Ausgangsleistung des Primäraggregates entspricht, so daß das Sekundäraggregat niemals mehr Leistung anfordert, als vom Primäraggregat geliefert werden kann.
• Bei den Stellmitteln handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetische Mittel, und in einer Ausführungsform, die die Regelung einer Taumelscheibenpumpe betrifft, umfassen die Stellmittel ein erstes Zylindermittel, in dem der Kolben des konventionellen Taumelscheiben- oder Aufsatzstellgliedes so montiert ist, daß eine begrenzte Gleitbewegung durchführbar ist, deren Ausmaß den Betriebsbereich der Pumpe bestimmt, wobei das erste Zylindermittel gleitend in der Art eines Kolbens in einem zweiten und feststehenden Zylinder des Stellgliedes montiert ist, sowie elektromagnetische Antriebsmittel, die mit dem ersten Zylindermittel verbunden sind und im Einsatz von der genannten Wechselstromversorgung betrieben werden, wodurch die Positionierung des ersten Zylindermittels innerhalb des zweiten Zylindermittels entsprechend den Frequenzveränderungen in der Wechselstromversorgung erfolgt, um so den Betriebsbereich der Pumpe zu verändern.
• Bei dem elektromagnetischen Mittel, das in dem Stellmittel eingesetzt werden kann, kann es sich um einen Elektromagneten oder Drehmomentmotor, die jeweils mit linearer Bewegung arbeiten, oder um einen Elektromotor handeln, dessen Ausgang von einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung umgesetzt werden müßte.
• Sofern der Kolben nicht in das erste Zylindermittel eingreift, arbeitet das Stellglied konventionell, weil die Position des ersten Zylindermittels sich nicht auf die Position des Kolbens auswirkt. Insbesondere in einer extremen Position des Kolbens wird, wie erwähnt, der Aufsatz oder die Taumelscheibe in rechten Winkeln zu dessen Welle gehalten, wodurch die Strömungsmenge auf Null absinkt. Die Bewegung des Kolbens aus dieser extremen Position heraus unterliegt jedoch einer Begrenzung entsprechend der Position des ersten Zylindermittels; je weiter das erste Zylindermittel sich in Richtung auf die Nullströmungsposition des Kolbens bewegt, um so weniger bewegt der Kolben sich aus dieser Position heraus und um so geringer ist daher auch die maximale Strömungsmenge. Was also normalerweise ein festgelegter Betriebsbereich ist, wird dadurch zu einem geregelten oder variablen Betriebsbereich, der bei Frequenzsteigerungen in der mit konstanter Spannung arbeitenden Wechsel Stromversorgung kleiner wird.
• Die Position des ersten Zylindermittels wird in zweckdienlicher Weise durch einen Grenzregeldruck P1 geregelt, der von einer von einem Elektromagneten angetriebenen Grenzkolbenventileinheit erzeugt wird. Der Elektromagnet wird mit derselben konstanten Wechselstrom-antriebsspannung wie das Primäraggregat in Form eines Motors betrieben, wobei der Elektromagnet im wesentlichen die gleiche inhärente Betriebscharakteristik wie der Motor aufweist, da die von diesem auf dessen Kern ausgeübte Kraft umgekehrt von der Frequenz der Antriebsversorgung abhängig ist. Eine Veränderung der Frequenz bewirkt daher eine Positionsveränderung des ersten Zylindermittels, wodurch die Begrenzung der Bewegung des den Aufsatzwinkel regelnden Kolbens verändert wird. Die maximale Strömungsmenge der Pumpe wird also in Abhängigkeit von der Frequenz der Motorantriebsspannung begrenzt.
• Es versteht sich natürlich, daß die Begrenzung des Aufsatz- oder Taumelscheibenwinkels durch einen Mechanismus geregelt werden kann, der im wesentlichen getrennt vom Aufsatzstellgliedmechanismus arbeitet.
• Der Eingangsdrehmomentbedarf einer Pumpe hängt von der Verdrängung und vom Betriebsdruck ab, so daß beide in Anpassung an das Ausgangsdrehmoment des Primäraggregates modifiziert werden können. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muß bei einem Hydrauliksystem die Strömung zu Lasten des Druckes konstant gehalten werden, und die für die Pumpe eingesetzte konventionelle Druckausgleichsvorrichtung kann so modifiziert werden, daß ihre Druckeinstellung über die Frequenz der das Primäraggregat antreibenden Wechselstromversorgung oder über ein Wechselstromsignal geregelt wird, wobei die Frequenz proportional zur Drehzahl des Primäraggregates ist. Die modifizierte Druckausgleichsvorrichtung kann ein Modulationsmittel umfassen, das, vom Stellmittel geregelt, hydraulisch betätigt wird.
• Die vörliegende Erfindung verändert somit den Betriebsbereich des Sekundäraggregates derart, daß das Primäraggregat, unabhängig von der Veränderung der Drehzahl des Primäraggregates, mit maximaler Ausgangsleistung betrieben werden kann, so daß im Vergleich zur derzeitigen Praxis ein Primäraggregat mit geringerer Leistung eingesetzt werden kann. Ein überdimensioniertes Primäraggregat muß, wie bereits erläutert, benutzt werden, um alle Eventualitäten abzudecken, auch wenn die volle Leistung im Normalbetrieb nicht benötigt wird. Die vorliegende Erfindung bietet jedoch, abgesehen von der Verwendung eines Motors mit geringerer Leistung, noch einen zusätzlichen Vorteil. Bei einem konventionellen Pumpensystem weist der Aufsatz- oder Taumelscheibenwinkel (oder die Verdrängung der Kolben im Block) beim Startvorgang der Pumpe den Maximalwert auf. Beim Startvorgang, wenn die Drehzahl des Primäraggregates niedrig ist, ist der Drehmomentbedarf somit hoch. Mit dem vorliegenden System liegt die Stellkraft beim Startvorgang bei Null, und die Strömungsmenge ist demnach auf einen sehr niedrigen Wert begrenzt. Die Beanspruchung des Systems (und insbesondere des Motors) während des Startvorganges ist daher wesentlich geringer. Dieser Vorteil wirkt sich auch dann aus, wenn es sich beim Sekundäraggregat nicht um eine Hydraulikpumpe handelt. Das Sekundäraggregat kann beispielsweise ein Lüfter sein, der Blätter mit variabler Steigung besitzt, die mit Hilfe der Stellmittel eingestellt werden können, oder es kann sich um ein Getriebe mit variablem Untersetzungsverhältnis handeln, das im Hinblick auf den erörterten Vorteil sein höchstes Untersetzungsverhältnis für den Startvorgang zur Verfügung stellt.
• Hydraulikpumpensysteme nach vorliegender Erfindung werden nunmehr beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei:
• Fig. 1 bis 8 bereits erwähnte Diagramme sind, die der näheren Erläuterung dienen;
• Fig. 9 eine hauptsächlich als Schnittansicht dargestellte, vereinfachte schematische Ansicht eines bekannten Pumpensystems ist;
• Fig. 10 eine Teilschnittansicht entlang der Linie II-II von Fig. 9 ist;
• Fig. 11 eine graphische Darstellung der Strömungsmengen/Druck-Charakteristik des Systems von Fig. 9 ist;
• Fig. 12 eine Reihe graphischer Darstellungen der Drehmoment/Drehzahl-Charakteristik eines Wechselstrom-induktionsmotors für unterschiedliche Frequenzen umfaßt;
• Fig. 13 eine hauptsächlich als Schnittansicht dargestellte, vereinfachte schematische Ansicht von Stellmitteln einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 14 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 15 eine graphische Darstellung ist, die der näheren Erläuterung des Betriebes der Ausführungsform von Fig. 14 dient;
• Fig. 16 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 17 eine graphische Darstellung ist, die der näheren Erläuterung des Betriebes der Ausführungsform von Fig. 16 dient; und
• Fig. 18, 19 und 20 schematische Darstellungen einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind.
• Die Pumpe 10 ist, wie aus Fig. 9 ersichtlich, eine konventionelle Taumelscheibenpumpe, die einen zylindrischen Block 11 auf einer von Lagern 13 und 14 abgestützten Antriebswelle 12 umfaßt und von einem Wechselstrominduktionsmotor 19 angetrieben wird. Der Block 11 weist mehrere Zylinder 15 auf, die in einem Ring um die Achse des Blockes herum angeordnet sind. Die Zylinder 15 sind auf der linken Stirnfläche des Blockes, an die eine Stirnflächenplatte 16 mit zwei halbrunden nierenförmigen Öffnungen 17 und 18 (Fig. 10) angrenzt, über die die Enden der Zylinder verlaufen, offen ausgeführt. Jeder Zylinder 15 enthält einen entsprechenden Kolben 20, dessen rechtes Ende über ein Kniegelenk 22 mit einer zugehörigen Lagerplatte 21 verbunden ist. Jede Lagerplatte 21 wird über einen am Aufsatz 23 befestigten Niederhaltering 24 gegen eine Aufsatz- oder Taumelscheibe 23 gehalten.
• Der Aufsatz 23 ist im allgemeinen quer zur Achse des Blockes 11 (Achse der Welle 12) montiert, weist normalerweise aber im Verhältnis zu dieser Achse eine Neigung auf. Während der Block 11 sich dreht, werden somit auch die Kolben 20 in ihren Zylindern 15 hin- und herbewegt. Wenn das linke Ende eines jeden Zylinders 15 sich infol ge der Bewegung über die Eintrittsöffnung 18 legt, wird dessen Kolben 20 nach rechts bewegt, so daß Hydraulikme dium mit niedrigem (Eingangs-Druck) Pi durch die Öffnung 18 angesaugt wird; wenn der Zylinder sich dann zur Austrittsöffnung 17 bewegt und sich über diese Öffnung legt, wird auch dessen Kolben 20 nach links bewegt, so daß das Hydraulikmedium aus diesem Kolben mit hohem (Ausgangs- Druck) Ps in die Öffnung 17 hineingedrückt wird.
• Der Aufsatz 23 ist in einem Paar Drehgelenke 25 montiert, wovon jeweils ein Gelenk auf jeder Seite der Antriebswelle 12 des Blockes 11 vorgesehen ist, so daß dessen Neigungsgrad verändert werden kann. Die Strömungsmenge des Hydraulikmediums ist somit direkt vom Neigungswinkel abhängig und liegt bei Null, wenn der Aufsatz senkrecht zur Achse des Blockes 11 steht. Der Aufsatz 23 wird von einem Aufsatzstellgliedmechanismus 30 geregelt, der einen Vorsprung 31 aufweist, an den auf einer Seite eine feststehende Feder 32 und auf der anderen Seite ein Kolben 33 angrenzt. Der Kolben 33 verläuft in einem Zylinder 34, dem bei einem Regeldruck Pc Hydraulikmedium zugeführt wird. Je höher der Wert Pc ist, um so weiter bewegt der Kolben 33 sich nach rechts (wie aus Fig. 9 ersichtlich) gegen die Kraft der Feder 32 und um so mehr nähert der Winkel des Aufsatzes 23 sich dem Nullwert. Eine Erhöhung von Pc führt also zu einer geringeren Strömungsmenge.
• Der Regeldruck Pc wird mit Hilfe eines Druckausgleichsventiles 40 aus dem Ausgangsdruck Ps abgeleitet. Dieses umfaßt einen Zylinder 41 mit einem Kolben 42, wobei der Ausgangsdruck Ps durch einen Eintritt 43 zur einen Seite und der Eingangsdruck Pi durch einen Eintritt 44 zur anderen Seite hin übertragen wird. Die Position des Kolbens 42 wird durch den Ausgleich zwischen dem Ausgangsdruck Ps und einer Feder 45, die an eine Verlängerung 46 des Kolbens 42 angrenzt, festgelegt. Der Eingangsdruck Pi oder der Ausgangsdruck Ps wird einem Austritt 47 an der Seite des Kolbens 42 in Abhängigkeit von der Position des Kolbens 42 zugeführt, und dieser Austritt ist mit dem Aufsatzstellgliedmechanismus 30 verbunden, um den Regeldruck Pc auf diesen zu übertragen. Eine mit Schraubgewinde versehene Druckeinstellvorrichtung 48 legt den Ausgleichspunkt des Ventiles 40 fest.
• Wenn der Pumpenausgangsdruck Ps beispielsweise ansteigt, bewegt der Ausgleichsventilkolben 42 sich gegen die Kraft der Feder 45 nach unten, so daß der hohe Ausgangsdruck Ps der Pumpen vom Eintritt 43 auf den Austritt 47 übertragen werden kann. Dadurch wird der Regeldruck Pc zum Aufsatzstellgliedmechanismus 30 erhöht, wodurch wiederum der Winkel des Aufsatzes 23 verkleinert und somit die Strömungsmenge reduziert wird. Sofern die Belastung der Pumpe nicht außergewöhnlich ist, hat die reduzierte Strömungsmenge eine Verringerung des Ausgangsdruckes zur Folge. Die Rückkopplung dient somit dazu, den Ausgangsdruck konstant zu halten.
• Die Pumpe 10 weist daher eine Charakteristik der Strömungsmenge (Q) gegenüber dem Druck (Ps) auf, wie sie aus der graphischen Darstellung 50 von Fig. 11 ersichtlich ist. Die maximale Strömungsmenge Fmax liegt dann vor, wenn der Aufsatz 23 seine maximale Winkelstellung eingenommen hat, d.h. wenn der Kolben 33 sich vollständig im Zylinder 34 befindet, und die Kurve zeigt daher einen Schenkel 51, bei dem die Strömungsmenge unabhängig vom Druck diesen Begrenzungswert aufweist. Wenn die Strömungsmenge jedoch unter Fmax liegt, wird der Druck unabhängig von der Strömungsmenge konstant auf Ausgangsnenndruck Pnom gehalten, wie aus dem Schenkel 52 erkennbar. In der Praxis weist der Schenkel 51 aufgrund von Leckagen im Innern der Pumpe jedoch eine geringfügige Abweichung von der Horizontalen auf, und der Schenkel 52 zeigt wegen nicht unbegrenzter Regelschleifenverstärkung eine geringfügige Abweichung von der Vertikalen. Eine derartige geringfügige Abweichung ist erwünscht, um die Instabilität so klein wie möglich zu halten.
• Es versteht sich, daß im Betriebsbereich mit konstantem Druck (Schenkel 52) das für den Antrieb der Pumpe erforderliche Drehmoment proportional zur Strömungsmenge ist, d.h. die Eingangsleistung ist das Produkt aus Drehmoment/Drehzahl, und die Ausgangsleistung ist das Produkt aus Druck/Strömungsmenge. Diese sind im Idealfall identisch, weichen aber in der Praxis aufgrund von Verlusten in der Pumpe voneinander ab.
• Die typische Drehmoment/Drehzahl-Charakteristik des Induktionsmotors 19, der die Pumpe mit einer konstanten Frequenz antreibt, ist durch die Kurve 60 in Fig. 12 dargestellt. Die Drehzahl (UpM) ist, wie ersichtlich, über einen weiten Bereich von Drehmomenten (T) in etwa konstant, am Ende dieses Bereiches zeigt sie jedoch (bei 61) einen relativ scharfen Übergang oder eine entsprechende Krüümung, an der die Drehzahl bei einer relativ geringen Drehmomenterhöhung wesentlich abfällt. In diesem Bereich ist der Motorbetrieb instabil und neigt zum Anhalten. Für jeden gegebenen Motor ergibt sich daraus ein relativ gut definiertes maximales Drehmoment.
• Die Kurve 60 bezieht sich auf eine gegebene Wechselstromfrequenz (f), die der Motordrehzahl entspricht. Für unterschiedliche Frequenzen ist eine Reihe von Kurven 62, 63 usw. dargestellt. Es ist erkennbar, daß die Krümmungen dieser Kurven bei zunehmenden Frequenzen auf abnehmenden Höhen liegen. Die Ausgangsleistung des Motors 19 ist das Produkt aus Drehmoment/Drehzahl, und die maximale Ausgangsleistung bei einer gegebenen Frequenz liegt damit an der Krümmung der entsprechenden Kurve (z.B. bei 61 auf der Kurve 60).
• Wenn die Wechselstromfrequenz sich verändert, verändert auch die Motordrehzahl sich entsprechend. Der Ausgangsdruck wird durch die Pumpenrückkopplung konstant gehalten, so daß die sich verändernde Drehzahl sich nicht auf den Ausgangsdruck auswirkt. Die Strömungsmenge ist jedoch proportional zum Produkt aus Drehzahl und Aufsatzwinkel, und die maximale Strömungsmenge verändert sich daher entsprechend der sich verändernden Drehzahl. Die maximale Ausgangsleistung der Pumpe bei einer gegebenen Frequenz ist, wie bereits erläutert, proportional zur Frequenz (da die maximale Leistung proportional zum Produkt aus maximalem Druck/maximaler Strömungsmenge ist, wobei der Druck konstant ist, während die maximale Strömungsmenge proportional zur Drehzahl ist). Die vom Motor 19 benötigte maximale Leistung bleibt unverändert, und da die Ausgangsleistung des Motors das Produkt aus Drehzahl/Drehmoment ist, ist das benötigte maximale Motordrehmoment unabhängig von der Motordrehzahl und der Wechselstromfrequenz. Das maximale Drehmoment eines Wechselstrominduktionsmotors steht jedoch in einem umgekehrten Verhältnis zur Motordrehzahl oder Wechselstromfrequenz, d.h. das Motordrehmoment bei maximaler Frequenz muß dem von der Pumpe benötigten maximalen Drehmoment entsprechen. Dies ist auch der Punkt maximaler Ausgangsleistung.
• Bei bestimmten Anwendungen, d.h. bei bestimmten Belastungsarten, ist es möglich, eine geringere maximale Pumpenleistung bei höheren Frequenzen zu tolerieren. Um jedoch die Gefahr eines Anhaltens des Motors in kritischen Anwendungen, wie beispielsweise im Hydrauliknotversorgungssystem eines Flugzeuges, auszuschließen, muß verhindert werden, daß die Ausgangsleistung der Pumpe die maximale Ausgangsleistung des Motors bei solchen höheren Frequenzen überschreitet. Der Motor kann dann an die gewünschte maximale Ausgangsleistung bei einer mittleren oder niedrigen Frequenz angepaßt werden, wobei das System bei mittleren oder niedrigen Frequenzen die erwünschte Leistung zur Verfügung stellt.
• Die maximale Ausgangsleistung der Pumpe 10 muß daher in Abhängigkeit von der Wechselstromfrequenz begrenzt werden. Da die Pumpenausgangsleistung bei einer gegebenen Frequenz proportional zum Aufsatzwinkel ist, muß der maximale Aufsatzwinkel in Abhängigkeit von der Frequenz verringert werden. Bei einer niedrigen Antriebsfrequenz, wenn die Motorleistung für eine volle Strömungsmenge ausreicht, ist natürlich eine Veränderung des Aufsatzwinkels über dessen vollen Bereich möglich. Der Aufsatzwinkelbereich geht natürlich immer von Null aus (Nullströmungsmenge). Wenn der maximale Aufsatzwinkel sich umgekehrt zur Drehzahl verändert, verändert das Drehmoment sich ebenfalls in gleicher Weise. Dadurch wird die Motorcharakteristik so angepaßt, daß die maximale Pumpenausgangsleistung, unabhängig von Frequenz oder Drehzahl, im Bereich der Motorleistung liegt. Die maximale Strömungsmenge, die von einer derart geregelten Pumpe zur Verfügung gestellt wird, ist im wesentlichen konstant, d.h. unabhängig von Frequenz und Drehzahl.
• Fig. 13 zeigt die Abwandlung auf das aus Fig. 9 bekannte System, mit der dieses Ziel nach vorliegender Erfindung erreicht wird, wobei diese Abwandlung durch ein zusätzliches Stellmittel erfolgt, das bei 90 allgemein dargestellt ist. Der Kolben 33 des Aufsatzstellgliedmechanismus 30 ist gleitend in einem Zylindermittel in Form eines Rohres 70 montiert, das nicht wie der Zylinder 34 feststehend ausgeführt ist, sondern statt dessen selbst als Kolben in einem feststehenden Zylinder 71 vorgesehen ist. Die Position des Rohres 70 wird, wie nachstehend erläutert, von der Antriebsfrequenz bestimmt. Dieser Kolben 33 wird, wie vorstehend erwähnt, durch den Regeldruck Pc angetrieben, der über einen Ringkanal 72 im Kolben 71 und einen Durchgang 73 im Rohr 70 auf den Kolben übertragen wird.
• Sofern das äußere Ende des Kolbens 33 sich jenseits vom offenen Ende des Rohres 70 befindet, entspricht der Betrieb der im Zusammenhang mit Fig. 1 erfolgten Beschreibung; es ist erkennbar, daß die Position des Rohres 70 sich nicht auf die Position des Kolbens 33 auswirkt. Insbesondere die extreme äußerste rechte Position des Kolbens 33 wird den Aufsatz 23, wie vorstehend erwähnt, in rechten Winkeln zur Welle 12 halten, so daß die Strömungsmenge bei Null liegt. Die nach links verlaufende Bewegung des Kolbens 33 wird jedoch durch die Position des Rohres 70 begrenzt; je weiter rechts das Rohr 70 gehalten wird, um so weniger bewegt der Kolben 33 sich nach links, um so geringer ist die maximale Strömungsmenge und um so eingeschränkter dadurch der Betriebsbereich der Pumpe 10. Das äußere Ende des Kolbens 33 weist einen Kopf 33' auf, der in das offene Ende des Rohres 70 eingreifen kann, um seine Gleitbewegung innerhalb des Rohres 70 zu begrenzen, wobei das Ausmaß dieser Gleitbewegung den Betriebsbereich der Pumpe 10 bestimmt.
• Die Position des Rohres 70 wird über einen Grenzregeldruck P1 geregelt, der auf den am linken Rohrende bef indlichen Hohlraum 76 übertragen wird. Der Druck P1 wird von einer Grenzkolbenventileinheit 75 erzeugt, die in integraler Ausführung am linken Ende des Zylinders 71 vorgesehen ist. Das rechte Ende 78 des Kolbens 77 des Ventiles 75 kann, wie sich aus den nachstehenden Ausführungen ergibt, als ein Teil mit im wesentlichen feststehender Position angesehen werden. Die Position des Rohres 70 wird somit durch den gemeinsamen Einfluß des Grenzregeldruckes P1 und einer Feder 79 bestimmt; wenn P1 erhöht wird, nimmt die auf das linke Ende des Rohres 70 einwirkende Kraft zu, und das Rohr bewegt sich nach rechts, bis die aufgrund des höheren Wertes P1 erfolgte Kraftzunahme durch die Kraftabnahme der Feder 79 ausgeglichen ist.
• Die für die Rückstellung nach links auf den Zylinder ausgeübte Kraft wird vom Regeldruck Pc zur Verfügung gestellt, der auf das linke Ende des Zylinders des Rohres 70 einwirkt. Da Pc variabel ist, verändert die Position des Rohres 70 sich etwas, auch wenn die Motordrehzahl konstant sein mag. An dem Punkt, an dem die Bewegung des Kolbens 33 durch das Rohr 70 begrenzt ist, weist der Druck Pc jedoch einen Wert auf, der lediglich von der Motordrehzahl abhängig ist, so daß diese Bewegung des Rohres 70 irrelevant ist.
• Im Grenzregelventil 75 wird der Grenzregeldruck P1 vom Eingangsdruck Pi und vom Ausgangsdruck Ps abgeleitet. Über eine Vergrößerung 80 an dem Kolben 77 wird, wie dargestellt, der Ausgangsdruck Ps zur einen Seite und der Eingangsdruck Pi zur anderen Seite hin zugeführt. Die Position des Kolbens 77 wird durch den Ausgleich zwischen dem Ausgangsdruck P1 und der Kraft bestimmt, die von einem Elektromagneten 81 auf einen Kern 82 ausgeübt wird, der eine nach links verlaufende Verlängerung des Kolbens 77 bildet.
• Der Elektromagnet 81 wird mit einem von der WS-Versorgung des Motors 19 stammenden Wechselstromantriebsstrom betrieben und bewirkt aufgrund seiner Charakteristik, daß die von diesem auf dessen Kern ausgeübte Kraft umgekehrt abhängig von der Frequenz des Antriebsstromes ist, d.h. seine inhärente Betriebscharakteristik entspricht derjenigen des Motors 19. Wenn also beispielsweise die Frequenz zunimmt, geht die nach rechts auf den Kern 82 einwirkende Kraft zurück, und der Kolben 77 neigt dann dazu, sich nach links zu bewegen. Dadurch wird der Ansatz 80 nach links bewegt, wodurch der auf den Grenzregeldruck Pl übergehende Anteil des Ausgangsdruckes Ps (hoch) erhöht und der auf den Grenzregeldruck P1 übergehende Anteil des Eingangsdruckes Pi (niedrig) verringert wird. Der Grenzregeldruck P1 nimmt dadurch zu und steigert den Druck in der Kammer 76.
• Dadurch wird, wie vorstehend erörtert, das Rohr 70 nach rechts bewegt, und die Bewegung des Kolbens 33 und die maximale Strömungsmenge der Pumpe werden somit reduziert. Die nach links auf das Ende 78 des Kolbens 77 einwirkende Kraft nimmt im gleichen Ausmaß zu und bewirkt, daß der Kolben 77 sich nach links zurückbewegt. Der Kolben 77 wird somit in einer ausgeglichenen Position gehalten, wobei Veränderungen der vom Elektromagneten 81 ausgehenden Kraft durch entsprechende Veränderungen des Grenzregeldruckes P1 ausgeglichen werden. Durch diesen Druck Pi wird, wie vorstehend erörtert, die Position des Rohres 70 bestimmt und damit die maximale Strömungsmenge der Pumpe begrenzt. Der Betriebsbereich der Pumpe wird somit in Abhängigkeit von Frequenzveränderungen in der Wechsel-Stromversorgung eingestellt und ein entsprechender Ausgleich dafür vorgenommen. Durch dieses einfache, jedoch hochwirksame Mittel werden Frequenzveränderungen in der Eingangsstromversorgung zum Vorteil genutzt, so daß die Verdrängung oder der Betriebsbereich der Pumpe oder des Sekundäraggregates entsprechend dieser Frequenz eingestellt wird, wodurch es dem Primäraggregat ermöglicht wird, jederzeit mit maximalem Drehmoment zu arbeiten, ohne, wie es bisher der Fall war, überdimensioniert sein zu müssen.
• Fig. 14 betrifft eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ebenfalls auf der bekannten Anordnung von Fig. 9 basiert, jedoch eine modifizierte Druckausgleichsvorrichtung 40 umfaßt. Bei dieser Ausführungsform wird die Strömungsmenge zu Lasten des Druckes konstant gehalten. Die Druckausgleichsvorrichtung 40 umfaßt ein Gehäuse 100, in dem eine Modulationsbuchse 101 gleitend montiert ist, die gegen eine Feder 102 mit der Kraft F&sub2; arbeitet, die am angrenzenden Ende des Gehäuses zwischen einem Ende der Buchse und dem Mittel 103 angeordnet ist, um die Vorbelastung der Buchse 101 festzulegen. Das Gehäuse 100 weist eine Öffnung 104 für den Eingangsdruck (PS), eine Öffnung für den Regeldruckausgang (PC1), eine Öffnung für den Regeldruckeingang (PC2), die Öffnungen 105 und 106 sowie eine Rückführungs- oder Behälteröffnung 107 auf. Die Öffnungen 104, 106 und 107 stehen über entsprechende Buchsenbohrungen 109, 110 und 111 mit einer durchgehenden Bohrung 108 in der Buchse 101 in Verbindung. Der Eingangsdruck PS (der dem Ausgangsdruck der Pumpe 10 entspricht) wird auch einem Ende eines Kolbens 112 zugeführt, der gleitend in der Bohrung 108 der Buchse 101 montiert ist, wobei der Kolben an diesem Ende einen Ansatz 113, am gegenüberliegenden Ende einen Ansatz 114 sowie zwei dazwischen angeordnete Ansätze 115 und 116 aufweist.
• Der Ansatz 114 ist mit einem Flansch 117 ausgestattet, der in einen Anschlag am Ende der Buchse 101 eingreifen kann, gegen die die Feder 102 arbeitet, wobei eine weitere Feder 118 mit der Kraft F&sub1; vorgesehen ist, die zwischen dem Flansch 117 und dem Stellmittel 119 für die Druckausgleichsvorrichtung wirksam ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Druckausgleichsvorrichtung, von der Modulationsbuchse 101 und zugehörigen Bauteilen abgesehen, von konventioneller Ausführung ist.
• Die Buchse 101 und der Kolben 112 werden von einem zwei Positionen zulassenden, proportionalen Magnetventil 120 geregelt, das in der ersten (dargestellten) Position dazu dient, das zweite Druckregelsignal PC2 zur Öffnung 106 zu übertragen, wobei dieses Signal vom Eingangsdrucksignal PS abgeleitet ist. In der anderen Position des Ventiles ist die Öffnung 106 mit dem Behälter verbunden. Der Elektromagnet 121, der das Ventil 120 regelt, wird von einer mit im wesentlichen konstanter Spannung und variabler Frequenz arbeitenden Wechselstromversorgung 122 angetrieben, deren Frequenz in einem direkten Verhältnis zur Drehzahl des Primäraggregates steht, weil der Antrieb des Primäraggregates über die gleiche Stromversorgung erfolgt, so daß das zweite Druckregelsignal PC2 proportional zum Ausgangsdrehmoment des Primäraggregates ist. Eine sich verringernde Frequenz führt zu einer Steigerung der Magnetkraft und einer Erhöhung von PC2, während eine zunehmende Frequenz eine Reduzierung der Magnetkraft und eine Verringerung von PC2 zur Folge hat.
• Fig. 14 zeigt die Buchse 101 und den Kolben 112 in der maximalen Druckeinstellungsposition, d.h. im Ausgleich zwischen den in einer Richtung wirkenden Hydraulikdrücken und den in der anderen Richtung wirkenden Federn 102 und 118. Sollte die Drehzahl des Primäraggregates infolge der erhöhten Frequenz in der Wechselstromversorgung ansteigen, hat dies eine Erhöhung der Frequenz des Antriebssignales zum Elektromagneten 121 zur Folge, wodurch das zweite Druckregelsignal PC2 abnimmt, das auf das linke Ende der Buchse 101 in einer mit a&sub2; bezeichneten Fläche einwirkt und somit die Buchse nach links bewegt. Der Kolben 112 folgt der Buchse bei dieser Bewegung, obwohl es dabei zu einer unvermeidlichen Zeitverzögerung kommt, so daß das abgegebene erste Druckregelsignal PC1 vorübergehend ansteigt, weil die Öffnung 105 mit der Drucköffnung 104 so lange in Verbindung steht, bis der Druck im System abfällt und die Buchse 101 und der Kolben 112 wieder dieselbe relative Position eingenommen haben. Bei Beendigung dieser Bewegungen der Buchse 101 und des Kolbens 112 werden die entsprechenden Federn 102 und 118 nicht mehr so stark wie vorher zusammengedrückt, so daß die Druckeinstellung der Vorrichtung sich ändert, wie es dann der Fall ist, wenn die Buchse bei einer Abnahme der Frequenz in der Wechsel Stromversorgung des Primäraggregates sich nach rechts bewegt. Daraus ergibt sich, daß der Druck entsprechend der Frequenz in der Wechselstromversorgung des Primäraggregates moduliert wird, und damit auch das verfügbare Drehmoment, wobei dieses Signal auf den Aufsatzstellgliedmechanismus 30 einwirkt, um den Hub der Pumpe in Anpassung an den Pumpenausgangsdruck entsprechend zu steigern oder zu reduzieren.
• Fig. 15 ist eine graphische Darstellung, aus der die Betriebscharakteristik der Ausführungsform von Fig. 14 ersichtlich ist.
• Fig. 16 zeigt im Vergleich zu Fig. 14 eine alternative Modifizierung der konventionellen Druckausgleichsvorrichtung 40 von Fig. 9. Es ist erkennbar, daß bei dieser Anordnung die Modulationsbuchse 101 der Ausführungsform von Fig. 14 durch einen Modulationskolben 123 ersetzt ist, der in einem Gehäuse 124 zwischen den Maximal- und Minimaldruckanschlägen 125 und 126 gleitend montiert ist. Die konventionelle Druckausgleichsvorrichtung umfaßt wiederum einen Kolben 112 mit einer ähnlichen Konfiguration wie in Fig. 14, so daß gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Die Einwirkung auf den Kolben erfolgt zwischen der Feder 118, die zwischen dem Kolbenflansch 117 und einem Ende des Modulationskolbens 123 angeordnet ist, während auf das andere Ende mit der Fläche a&sub1; der zweite Regeldruck PC2 einwirkt, der vom ähnlich wie in Fig. 14 ausgeführten proportionalen Magnetventil 120 bereitgestellt wird, dessen Elektromagnet 121 ein eine im wesentlichen konstante Spannung und eine variable Frequenz aufweisendes Wechselstromantriebssignal empfängt, dessen Frequenz proportional zur Drehzahl des Primäraggregates ist. Somit wird das Druckregelausgangssignal PC1 von der Ausgleichsvorrichtung wiederum entsprechend der Frequenz in der Wechselstromversorgung zum Primäraggregat moduliert, und damit auchdas verfügbare Drehmoment, um so den Hub der Pumpe entsprechend zu steigern oder zu reduzieren. Bei dieser Ausführungsform wird die Strömungsmenge wiederum zu Lasten des Druckes konstant gehalten.
• Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, aus der die Betriebscharakteristik der Ausführungsform von Fig. 16 ersichtlich ist.
• Bei den Aus führungs formen von Fig. 14 und 16 könnte der Elektromagnet 121 auch so angeordnet werden, daß er direkt auf die Buchse 101 oder den Kolben 123 einwirkt.
• Fig. 18 zeigt eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Pumpe 30 von einem Primäraggregat 131 angetrieben wird, das anders als ein von einer Wechselstromversorgung betriebenes Primäraggregat ausgeführt ist, und bei dem es sich beispielsweise um eine Stauluftturbine handeln kann. Verbunden mit der Pumpe 130 ist ein Dauermagneterzeuger (DME) 132, der ein eine variable Frequenz aufweisendes Wechselstromausgangssignal erzeugt, das über eine Leitung 133 im wesentlichen auf eine konstante Spannung reguliert wird, wobei dieses Signal sich entsprechend der Drehzahl der Pumpe 130 und damit entsprechend einer Drehzahl des Primäraggregates 131 verändert. Das Ausgangssignal vom DME 132 wird den Elektromagneten 81, 82 und 121 der Pumpenverdrängungsregelmechanismen zugeführt, und zwar im wesentlichen wie im Zusammenhang mit Fig. 13, 14 und 16 der Zeichnungen dargestellt und beschrieben, jedoch mit der aus Fig. 19 und 20 ersichtlichen modifizierten Polarität. So ist beispielsweise in Fig. 14 und 20 die Buchse 101 in der Maximaldruckeinstellposition dargestellt, die der maximalen Drehzahl des Primäraggregates oder der maximalen Drehzahl entsprechen würde, bei der eine Druckregelung erforderlich ist. Der Kolben 112 ist in der Nullposition dargestellt, d.h. in einem Bereich mit stabilem Druck. Sollte die Drehzahl des Primäraggregates infolge einer geringeren verfügbaren Ausgangsleistung oder einer höheren Pumpenbelastung abnehmen, verringert sich die Frequenz des DME-Ausganges, und das Signal zum Elektromagneten 121 bewirkt eine 5höhere Kraft und reduziert das Drucksignal PC2, indem der Kolben des Ventiles 120 gegen die Vorspannfeder nach rechts bewegt wird. Aufgrund der Abnahme des Druckes in der Fläche a&sub2; kann die Buchse 101 sich durch die Einwirkung der Feder 102 nach links bewegen. Dadurch wird die relative Position der Buchse 101 und des Kolbens 112 vorübergehend verändert, und der Regeldruck PC1 wird durch Öffnen der Öffnung 105 zur PS-Öffnung 104 hin erhöht, wodurch es zu einer Reduzierung des Pumpenhubes kommt. Wenn der Systemdruck PS auf die neue niedrigere Einstellung absinkt, geht der Kolben 112 im Verhältnis zur Buchse 101 wieder in die Nullposition zurück. Falls die Pumpenbelastung sich verringert oder die Ausgangsleistung des Primäraggregates zunimmt, was eine erhöhte Drehzahl zur Folge hat, tritt das Gegenteil ein, und es kommt zu einer höheren Pumpenverdrängung, wodurch eine Anpassung des Leistungsbedarfes der Pumpe an die vom Primäraggregat zur Verfügung gestellte Leistung erfolgt, so daß ein Anhalten des Primäraggregates verhindert wird.
• Abgesehen davon, daß der Kern 82 bei einer abnehmenden Frequenz nach links und bei einer zunehmenden Frequenz nach rechts bewegt wird, entspricht die Regelung, wie aus Fig. 19 ersichtlich, derjenigen aus Fig. 13. Somit kann bei dieser Ausführungsform nach vorliegender Erfindung eine Pumpe auch dann entsprechend der Drehzahl eines Primäraggregates geregelt werden, wenn ein solches Aggregat nicht von einer Wechselstromversorgung angetrieben wird. Anstelle eines DME kann eine andere elektromagnetische Vorrichtung verwendet werden. Es versteht sich, daß bei den Ausführungsformen nach Fig. 13, 14, 16 und 18 auch andere Pumpen mit variabler Verdrängung eingesetzt werden können, wie beispielsweise eine Pumpe mit variabler Flügelsteigung oder eine Radialkolbenpumpe.
• Die vorliegende Erfindung läßt sich erkennbar für eine Reihe unterschiedlicher Anwendungsbereiche einsetzen. Sie kann beispielsweise zum Einsatz kommen, um das Drehmoment für ein Sekundäraggregat einzustellen, wenn das Primäraggregat und das Stellmittel von derselben Wechselstromversorgung mit konstanter Spannung und variabler Frequenz angetrieben werden, oder sie kann zum Einsatz kommen, um den Hub oder Ausgangsdruck einer Pumpe einzustellen, die im gleichen Anwendungsfall als Sekundäraggregat verwendet wird, d.h. wenn das Stellmittel und das Primäraggregat von derselben Wechselstrom-versorgung mit konstanter Spannung und variabler Frequenz angetrieben werden. Wenn das Primäraggregat nicht von einer derartigen Wechsel- Stromversorgung angetrieben wird, wird das Stellmittel von einer vom Primäraggregat abgeleiteten derartigen Versorgung, beispielsweise von einem DME, angetrieben, und das Stellmittel kann wiederum benutzt werden, um die Leistung zum Sekundäraggregat einzustellen, oder um den Hub oder den Druck einzustellen, wenn das Sekundäraggregat in Form einer Pumpe zum Einsatz kommt.
• Mehrphasenmotoren finden, wie bestens bekannt ist, weitgehende Verwendung, und der Einsatz eines solchen Motors, oder sogar eines Einphasenmotors, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung akzeptabel, weil Veränderungen in der Frequenz der Stromversorgung sich im wesentlichen in gleicher Weise auf jede Phase auswirken, und selbst wenn die Stellmittel lediglich eine Phase einer Mehrphasen- Stromversorgung in Anspruch nehmen, kommt dieselbe Frequenzveränderung zum Tragen.
• Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung dadurch einen wesentlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik bietet, daß sie den Antrieb eines elektromagnetischen Regelmittels durch ein Wechselstromsignal ermöglicht, dessen Frequenz proportional zur Drehzahl eines Primäraggregates ist, das ein Sekundäraggregat antreibt.

Claims (15)

1. Regelsystem mit offenem Regelkreis zur Regelung des Betriebsbereiches eines Sekundäraggregates (10), das von einem Primäraggregat (19) angetrieben wird, das im Einsatz von einer mit Wechselstrom (WS) arbeitenden Stromversorgung mit im wesentlichen konstanter Spannung betrieben wird, wodurch in der Wechselstromversorgung auftretende Frequenzveränderungen sich auf den Betrieb des Sekundäraggregates auswirken, dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin ein Stellmittel (90) umfaßt, das im Einsatz von derselben Wechselstromversorgung wie das Primäraggregat betrieben wird, eine im wesentlichen ähnliche inhärente Betriebscharakteristik wie das Primäraggregat aufweist, mit dem Sekundäraggregat verbunden ist und so betätigt werden kann, daß mit seiner Hilfe der Betriebsbereich des Sekundäraggregates entsprechend den Frequenzveränderungen in der Wechselstromversorgung eingestellt werden kann.

2. System nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem System um ein Hydrauliksystem, bei dem Sekundäraggregat um eine Pumpe mit variabler Verdrängung (10) und bei dem Primäraggregat um einen Elektromotor (19) handelt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die im wesentlichen ähnliche inhärente Betriebscharakteristik sich auf das Ausgangsdrehmoment oder die Ausgangskraft des Stellmittels (90) bezieht, dessen Ausgangsdrehmoment oder Ausgangskraft vollkommen proportional zur Frequenz der Wechselstromversorgung ist, wobei das Primäraggregat bzw. der Motor (19) in ähnlicher Weise vollkommen proportional zur Frequenz der Wechselstromversorgung ist.

4. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stellmittel (90) elektromagnetische Mittel (81, 82) umfaßt, die im Einsatz von der genannten Wechselstromversorgung betrieben werden.

5. System nach Anspruch 4, wobei das elektromagnetische Mittel einen Elektromagneten (81, 82) umfaßt.

6. System nach Anspruch 4, wobei das elektromagnetische Mittel einen Drehmomentmotor umfaßt.

7. System nach Anspruch 4, wobei das elektromagnetische Mittel einen Elektromotor umfaßt.

8. System nach Anspruch 2 und, soweit davon abhängig, nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei es sich bei der Pumpe um eine Taumelscheibenpumpe (10) handelt und das Stellmittel ein erstes Zylindermittel (70), in dem der Kolben (33) des Aufsatzstellgliedes der Taumelscheibenpumpe so montiert ist, daß eine begrenzte Gleitbewegung durchführbar ist, deren Ausmaß den Betriebsbereich der Pumpe bestimmt, wobei das erste Zylindermittel gleitend in der Art eines Kolbens in einem zweiten und feststehenden Zylinder (71) des Stellmittels montiert ist, sowie elektromagnetische Antriebsmittel (81, 82) umfaßt, die mit dem ersten Zylindermittel (70) verbunden sind und im Einsatz von der genannten Wechselstromversorgung betrieben werden, wodurch die Positionierung des ersten Zylindermittels (70) innerhalb des zweiten Zyiindermittels (71) entsprechend den Frequenzveränderungen in der Wechselstromversorgung erfolgt, um so den Betriebsbereich der Pumpe (10) zu verändern.

9. System nach Anspruch 8, wobei der Kolben (33) mit einem Kragen (33') ausgestattet ist, der in das offene Ende des ersten Zylindermittels (70) eingreifen kann, um die genannte Gleitbewegung zu begrenzen.

10. System nach Anspruch 2 und, soweit davon abhängig, nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Strömung des Hydraulikmediums im wesentlichen konstant gehalten werden muß und der Apparat weiterhin hydraulisch betätigte Modulationsmittel (101; 123) umfaßt, die von den Stellmitteln (120 - 122) geregelt werden.

11. System nach Anspruch 10, wobei das Modulationsmittel eine Buchse (101) umfaßt, in der ein Kolben (112) gleitend montiert ist, und wobei die Buchse und der Kolben gegen Federmittel (102; 118) arbeiten.

12. System nach Anspruch 10, wobei das Modulationsmittel einen Kolben (123) umfaßt, der im allgemeinen koaxial mit einem Kolbenventil (112) mit einem dazwischen wirksamen Federmittel (118) montiert ist.

13. System nach Anspruch 1 und, soweit davon abhängig, nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei das Stellmittel (90) so betätigt werden kann, daß das Drehmoment des Sekundäraggregates (10) sich dadurch einstellen läßt.

14. System nach Anspruch 2 und, soweit davon abhängig, nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei das Stellmittel (90) so betätigt werden kann, daß der Hub oder Druck der Pumpe (10) sich dadurch einstellen läßt.

15. System nach Anspruch 1 und, soweit davon abhängig, nach einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei es sich bei dem Primäraggregat um eine Stauluftturbine handelt.