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Anordnung zum Steuern von regelbaren Pumpen, DruckflüssigkeitsMotoren
und -Getrieben Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung von regelbaren Pumpen,
Druckflüssigkeits-Motoren und -Getrieben, bei denen eine stufenlose Verstellung
des Kolbenhubes aus der Nullstellung in den beiden Förderrichtungen mittels eines
Druckflüssigkeits-Stellmotors erfolgt, dessen Stellkolben den Bewegungen eines Vorsteuerschiebers
unverzüglich und genau nachfolgt, wobei die von Hand steuerbare Fördermenge der
Pumpe bzw. die Geschwindigkeit des Motors von selbsttätigen Einrichtungen, z. B.
in Abhängigkeit von den durch Änderung der Fahrwiderstände eines Fahrzeuges bedingten
Veränderungen des Betriebsdruckes nach bestimmten Funktionen, z. B. Abgabe einer
konstanten Leistung, korrigierend übersteuert wird.
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Für die Steuerung derartiger hydrostatischer Maschinen sind viele
Vorschläge gemacht worden, die sich meist auf bestimmte Anwendungsgebiete mit genau
umrissenen Arbeitsbedingungen beschränken. So ist es (nach der deutschen Patentschrift
905 456) bekannt, bei einem plötzlich auftretenden Druckstoß, z. B. beim Aufsetzen
des Kolbens einer hydraulischen Presse auf das Werkstück, den Vorsteuerschieber
des Stellmotors eines an die Druckleitung angeschlossenen Kölbchens gegen Federwirkung
in Richtung auf Null zurückzubewegen. Die maximale Außenstelle für die gewünschte
größte Fördermenge wird durch einen mittels Gewinde verstellbaren Anschlag begrenzt.
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Hierbei ist der Kolben des Stellmotors über ein Rückschlagventil von
der Druckleitung aus beaufschlagt. Bei geeigneter Dimensionierung des Arbeitsraumes
im Stellmotor kann die nach dem schlagartigen Aufsetzen der Presse bis zur Erreichung
der Nullstellung der Pumpe noch zwischenzeitlich von dieser abgegebene Fördermenge
für den Nullhub des Stellmotors verbraucht werden. Die Anwendung des Hochdruckes
zur Betätigung des Stellmotors hat außer in diesen relativ seltenen Fällen schlagartiger
Abstoppungen den erheblichen Nachteil, daß die Regelgeschwindigkeit bei einer willkürlichen
Veränderung der Fördermenge bzw. der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsmotors vom
Arbeitsdruck abhängig ist und somit dem Bedienenden die auf Erfahrung beruhenden
Vergleichsmöglichkeiten für die Größe der zu erwartenden Beschleunigung oder Verzögerung
entzogen oder zumindest erheblich erschwert wird.
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Es ist ferner eine Steuerung für Pumpen (französische Patentschrift
1106 729) bekannt, um einem von Hand gesteuerten Vorsteuerschieber eines Stellmotors
mittels eines Dreipunkthebels automatisch von Meßgeräten eine Korrektur aufzudrücken.
Bei dieser bekannten Anordnung wird der eine Haltepunkt des Dreipunkthebels von
dem mit dem Steuerknüppel verbundenen Gestänge, der andere von dem Kolben eines
hydraulischen Hilfszylinders gehalten. Der Vorsteuerschieber ist an einem geeigneten
dritten Punkt des Dreipunkthebels angelenkt. Der Kolben dieses Hilfszylinders ist
mit zwei gleich großen Kolbenflächen an einem Umsteuerschieber angeschlossen, welcher,
durch eine- äußerst geringe Kraft bewegt, die Zuleitungen und die entsprechenden
Abflußleitungen für die zwei gleich großen Kolbenflächen entgegengesetzt wirkend
drosselt bzw. öffnet. Hierdurch kann gegen die Wirkung einer zweiseitigen Feder
der entsprechende Haltepunkt des Dreipunkthebels und damit die Stellung des Vorsteuerschiebers
gegenüber der Handeinstellung korrigiert werden. Diese Einrichtung gestattet zwar
mit sehr geringen Steuerkräften und Hüben und mit einem Druck von praktisch Null
zu arbeiten, bedingt aber wesentliche zeitliche Verzögerungen, wenn bei großen Verstellwiderständen
für den Stellkolben ein genügend hoher Druck aufgebaut werden soll, da über die
Drosselstellen mit steigendem Druck wachsende Flüssigkeitsmengen abströmen. Andererseits
erfordert eine völlige Schließung einer Drosselstelle wieder einen entsprechend
vergrößerten Hub im Umsteuerschieber.
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Es ist ferner bekannt, direkt auf das Gestänge des Vorsteuerschiebers
einen kleinen von Hochdruck gegen Federwirkung beaufschlagten Kolben wirken zu lassen.
Hierbei folgt der Handsteuerknüppel den Bewegungen des Vorsteuerschiebers und die
verminderte Fördermenge bleibt auch nach Abklingen des Druckstoßes auf dem erreichten
niedrigen Wert eingestellt. Es ist bekannt, den Steuerknüppel mit einer Reibungsbremse
(Industrierundschau, 1958, H. 8, S. 35, Bild 14) zu versehen und in dem festgelegten
Steuerknüppel eine zweiseitig wirkende
Feder einzubauen, welche
es dem Gestänge des Vorsteuerschiebers beim Ansprechen des Druckkolbens erlaubt,
während dessen Wirkung auszuweichen und anschließend in die Sollstellung zurückzuweichen.
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Die bekannten Ausführungen befriedigen wohl im Betrieb mit größeren
Fördermengen, gestatten es aber infolge der Toleranzen im Gestänge nicht, die bei
Druckpumpen ganz scharf einzusteuernde Nullstellung genau genug zu erreichen. Infolgedessen
werden durch geringe Restfördermengen sehr hohe Drücke aufgebaut, welche z. B. bei
mit laufender Brennkraftmaschine haltenden Fahrzeugen im Druck flüssigkeitsmoto-r
größere Drehmomente als die Haltebremse entgegensetzt verursachen, so daß das Fahrzeug
wiederholt Rucke bis zur Entspannung der Flüssigkeit ausführt. Bei größeren Entfernungen
des Steuerpultes von der Pumpe scheitert die Verwendung billiger mechanischer Fernsteuerungen,
wie sie als in Schläuchen untergebrachte Bowdenzüge insbesondere als Flexibalumsteuerung
bekannt sind, daran, daß bei einem Wechsel der Bewegungsrichtung des Handsteuerhebels
bis zu 8 cm Leerläufe eintreten können, welche insbesondere durch die Verlegung
der Flexibalzüge in Kurven bedingt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben dargelegten Nachteile
der bekannten Ausführungen zu vermeiden und eine Steuerung zu schaffen, welche mit
einfachsten Mitteln aufgebaut für möglichst viele Anwendungsgebiete einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Vorsteuerschieber
des die Pumpe verstellenden Stellmotors mittels des Stehkolbens eines kleinen Hilfsstellmotors
bewegt wird, dessen Kolben vorübergehend durch automatisch wirkende, z. B. vom Betriebsdruck
abhängige Differentialkolben gegenüber der von Hand mittels des Vorsteuerschiebers
des Hilfsstellmotors eingestellten Sollstellung verschoben werden kann.
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Die erfindungsgemäß wirkende Anordnung zum Steuern bietet erhebliche
Vorteile. Einmal können für eine ganze Typenreihe von Pumpen, welche .entsprechend
ihrer Größe verschieden große Verstellkräftebenötigen, einheitliche kleine und wirtschaftlich
herstellbare Reglerelemente verwendet werden, die sich lediglich durch die Charakteristik
der eingebauten Rückzugfedersätze und/oder der Hebelarme ihrer Angriffspunkte unterscheiden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch in mechanischen Fernsteuerungen
angewandt -werden, wobei das Gestänge oder die Bowdenzüge sowohl zwischen dem Vorsteuerschieber
des die Pumpe verstellenden Stellkolbens und -dem Stellkolben, des Hilfsstellmotors
oder zwischen dem Vorsteuerschieber des letzteren und dem Handhebel angeordnet sein
kann. Es ist jedoch erforderlich, das Gestänge bzw. die Bowdenzüge in bekannter
Weise mittels vorgespannter Federn derart vorzuspannen, daß die Vorspannkräfte ein
Mehrfaches der Stellkräfte betragen, um jedes Spiel darin und damit Abweichungen
der Soll- und Iststellungen vermeiden zu können.
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Die erfindungsgemäße Steueranordnung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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Darin bedeutet a den Stellmotor, dessen Stellkolben über eine Zahnstange
und x ein Zahnradsegment die Pumpe d aus der dargestellten Nullstellung nach beiden
Seiten bis in die Stellungen für die Abgabe der maximalen Fördermenge beispielsweise
um 20 oder 25° ausschwenkt. Dem Aufbau des Stellmotors a entspricht der Aufbau des
kleineren Hilfsstellmotors e. Der Vorsteuerschieber c des Stellmotors a entspricht
in seiner Wirkungsweise dem Vorsteuerschieber k des Hilfsstellmotors e. Beide Stellmotoren
haben Differentialkolben und sind mit den Zylinderräumen der kleineren Kolbenflächen
an eine Druckflüssigkeitsquelle, z. B. die Speisedruckpumpe des Getriebes, angeschlossen.
Der Vorsteuerschieber c des die Pumpe verstellenden Stehkolbens des Stellmotors
a ist mit dem nicht näher bezeichneten Stellkolben des Hilfsstellmotors e entweder
direkt gekuppelt oder mit einem Gestänge b (bzw. einem Bowdenzug) verbunden. Der
Vorsteuerschieber k des Hilfsstellmotors e ist mit einem Handsteuerhebel h über
ein Gestänge verbunden.
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An dem Vorsteuerschieber c ist ein Hebel f aasgelenkt, welcher einen
festen Drehpunkt, z. B. am Gehäuse des Stellmotors a, hat. Die durch Federkraft
in ihre Ruhestellungen zurückgedrückten Differentialkolben der beiden Schieber g
(für beide Förderrichtungen) sind mit ihren kleinen Druckräumen an die Druckleitung
der Pumpe zum Sekundärteil und mit ihren großen Druckräumen an die Druckleitung
der Speisepumpe angeschlossen, so daß ihr Hub proportional einer vom jeweiligen
Betriebsdruck abhängigen und durch die gewählte gerade oder gebrochene Federcharakteristik
bestimmten Funktion ist.
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Die Wirkungsweise der Steuerung ist folgende: Wird der Steuerhebel
h aus seiner Mittelstellung heraus nach links bewegt, so verschiebt sich der Vorsteuerschieber
k entsprechend nach rechts, und der Stellkolben des Hilfsstellmotors folgt ihm unverzüglich
und genau. Die entsprechende Bewegung wird in gleicher Weise von dem letzteren über
das Gestänge b auf den Vorsteuerschieber c und mittels des diesem unverzüglich und
genau folgenden Stellkolbens des Stellmotors a auf die Pumpe d übertragen,
welche. dadurch nach rechts in die gewünschte Förderstellung ausschwenkt. Durch
die nach rechts gerichtete Bewegung des Vorsteuerschiebers c schwenkt das freie
Ende des Hebels f nach links und kommt bei Einstellung der vollen Fördermenge der
Pumpe d bei niedrigem Betriebsdruck nahezu zum Anschlag an den Kolben 1 im linken
Druckventil g: Dies entspräche beispielsweise der Fahrt eines Fahrzeuges mit Höchstgeschwindigkeit
auf einer ebenen guten Fahrbahn, wobei die Leistung der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs
bereits fast völlig ausgenutzt ist. Kommt das Fahrzeug auf eine Steigung, so wächst
der Fahrwiderstand, der diesem proportionale Betriebsdruck der Pumpe d steigt, wodurch
die Kraft auf den Kolben 1 größer wird, die Gegenkraft der Feder überwindet und
den .Kolben 1 nach rechts bewegt, den Hebel f vor sich herschiebend,. bis die dem
Ausschwenkwinkel der Pumpe d proportionale Fahrgeschwindigkeit so weit herabgesetzt
ist, daß der Betriebsdruck annähernd wieder der Übertragung der vollen Leistung
entspricht. Durch das Zurückschieben des. Hebels f wird der Stellkolben des Hilfsstellmotors
e nach links zurückgedrückt, während die Stellung seines Vorsteuerschiebers k aufrechterhalten
bleibt, sofern das den Steuerhebel h verbindende Gestänge eine hierfür. ausreichende
sehr geringe Reibung aufweist. Hierdurch öffnet sich die vom Vorsteuerschieber k
normalerweise geschlossene Verbindung im Stellkolben nach dem großen Zylinderrauen
und
verbindet diesen über die in den kleinen Zylinderraum gehende Bohrung mit der Druckquelle,
z. B. der Speisedruckpumpe. Der Stellkolben des Hilfsstellmotors e wird daher gegen
den vollen Speisedruck zurückgedrängt. Die aus dem großen Zylinderraum verdrängte
Menge Druckflüssigkeit muß also über das den Speisedruck regelnde Ventil ausgeschoben
werden. In dem gleichen Moment, in dem der Betriebsdruck im Getriebe, z. B. durch
Nachlassen der Steigung, sinkt und die Feder den Kolben l etwas zurückschiebt, bewegt
sich der Steilkolben des Hilfsstellmotors e unter dem Speisedruck im großen Zylinderraum
derart nach rechts, daß der Hebel f am Kolben 1 anliegenbleibt und die Pumpe wieder
entsprechend ausschwenkt. Wenn der Kolben 1 seine Nullstellung erreicht, haben auch
die Stellkolben und damit die Pumpe die vom Handhebel h vorgegebene und aufrechterhaltene
Sollstellung wieder erreicht.