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Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer Axialkolbenpumpen
Die Erfindung betriff-t eine Einrichtung zur Regelung der Fördermenge verstellbarer
Axialkolbenpumpen, deren Verstellung durch ein Servoventil bewirkt wird, das über
seinen Steuerschieber einen von einem Nilisölkreis betätigten Servomotor steuert.
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Bei den bekannten Servoventilen ist es bisher nicht möglich, in da.s
Servoventil eingegebene Signale mit Hilfe eines zusätzlienen Regelkreises zu steuern,
ohne dabei den Steuerkreis des Servoventiles zu beeinflussen.
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So wird bei einer bekannten Vorrichtung die Axialkolbenpumpe durch
einen auf einen Servomotor wirkenden veränderlichen Stellöldruck verschwenkt. Zur
druckabhängigen Regelung ist in der Stellölleitung ein vom Förderdruck der Pumpebeeinflusstes,
die Pumpe auf konstantes Antriebsdrehmoment regelndes Leistungsbegrenzungsventil
angeordnet. Diesesverändert den Stellöldruck in Abhängigkeit von der Grösse des
Förderdruckes der Pumpe und verstellt diese. Durch diese Regelung wird der Stellöldruck
selbst verändert, so daß es nicht möglich ist, mit dieser Anordnung mehrere Pumpen
bzw. Maschinengruppen mit verschiedenen Leistungen über einen einzigen Stellölkreis
individuell zu steuern, da jeder-Pumpe ein spezifischer Stellölkreis zugeordnet
werden muß.
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Auch ist bereits eine Einrichtung vorgeschlagen worden, bei der die
willkürliche Einstellung der Axialkolbenpumpe durch den veränderten Druck einer
Ölsäule erfolgt und bei/eine selbsttätige, vom Arbeitsdruck abhängende Regelung
der Fördermenge dadurch bewirkt wird, daß bei Leistungs- bzw. Drucküberschreitung
der Druck der Stellölsäule durch den Druck eines Regelkreises übersteuert wird.
Dabei stützt sich dieser Übersteuerungsdruck über einen Zwischenkolben an der Stellölsäule
ab und veranlasst die Regelung der Axialkolbenpumpe.
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Infolge dieser Druckabstützung, die eine gegensaltige Beeinflussung
der Stellölsäule und des Regelkreises beinhaltet, ist die beschriebene Einrichtung
nicht für individuelle Mehrfachsteuerungen bzw. -regelungen.unter Verwendung einer
gemeinsamen Stellölsäule geeignet, da eine Beeinflussung sämtlicher Pumpen bei Ansprechen
der liegelung für eine Pumpe erfoigt. Ferner ist es aufwendig, diese Vorrichtung
so zu bauen, daß sie fttr beide Förderrichtungen brauchbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und universell anwendbare
Regeleinrichtung zu schaffen, die unter Vermeidung
der erörterten
Nachteile eine Regelung der Pumpe oder Pumpen ohne Veränderung des Hilfsöldruckes
zulässt.
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Dies geschieht bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss
dadurch, daß der Steuerraum des Steuerschiebers durch einen gegenüber dem Steuerschieber
verschieblichen Ringkolben, dessen Bewegung einerseits durch einen Anschlag am Steuerschieber
und andererseits durch einen Bund am Schiebergehäuse begrenzt ist, in zwei voneinander
getrennte Ringräume unterteilt ist, und daß einer der Ringräume mit der Verstärkerstufe
des Servoventiles verbunden ist, während der andere Ringraum mit einem von einem
Regelorgan beeinflussten Regelkreis in Verbindung steht. Dabei dient einer der beiden
Ölkreisläufe, nämlich der den Servomotor betätigende Hilfsölkreis, in an sich bekannter
Weise dem willkürlichen Verstellen der Axialkolbenpumpe, wobei die Steuerimpulse
über die Eingangs stufe des Servoventils in verschiedener Art, z.B. elektrisch,
pneumatisch, manuell, über eine Programmsteuerung eingegeben werden können. Der
andere Ölkreislauf, der Regelkreis, soll z.B. die eingestellte Beistung der Axialkolbenpumpe
konstant halten, bzw. diese auf einen vorbestimmten Wert begrenzen, wobei die BUrdermenge
der Pumpe ihrem jeweiligen Arbeitsdruck angepasst wird.
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Dies geschieht mit Hilfe der erSindungsgemäss vorgeschlagenen Einrichtung
so> daß die Wirkung des den Servomotor betätigenden Hilfsölkreises unter Zuhilfenahme
des durch einen Ringkolben unterteilten Steuerraumes des Steuerschiebers vom Regelkreis
übersteuert wird, ohne daß die beiden Kreise sich gegenseitig direkt beeinflussen.
Somit erfolgt die Regelung der Fördermenge der Pumpe ohne Änderung des Hilfsöldruckes
selbst, so daß dieser für mehrere Pumpen gleichzeitig zur Veriügu-ng stehen kann,
Ohne daß bei Ansprechen der Regelung
für eine Pumpe eine Beeinflussung
sämtlicher Pumpen erfolgt.
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lEan spart dadurch bei Anordnungen- mit mehreren Pumpen erhebliche
Kosten für sonst' notwendige zusätzliche Steueraggregate; aber auch bei einer Anordnung
mit nur einer Axialkolbenpumpe ist die erfindungsgemässe Einrichtung von Vorteil,
da der ursprüngliche Wert des Hilfsöldruckes während des Ansprechens der Regelung
erhalten bleibt und nach Fortfall der beispielsweise Überlastung sofort in der einmal
eingestellten Höhe wieder wirksam wird.
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In zeckmässiger Ausbildung der erfindungsgemässell Einrichtung steht
der Ringraum, dessen Volumen durch das Anliegen des Ringkolbens am Bund des Schiebergehäuses
begrenzt ist, mit dem Regelkreis in Verbindung und ist der Druck im Regelkreis grösser
als der Druck in dem mit der Vers%-ärkerstuf-e des Servoventiles verbundenen Ringraum,
wobei die Regelung w.irksam wird, sobald der im erstgenannten Ringraum herrschende
Druck den im anderen Ringraum herrschenden Druck unterschreitet.
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Das bedeutet, daß der Ringraum, dessen Volumen durch den Anschlag
des Ringkolbens am Steuerschieber begrenzt ist, mit der Verstärkerstufe des Servoventils
verbunden ist. Der Vorteil einer Regelung in Form einer Druckabsenkung liegt darin,
dass sowohl bei einem unvorhergesehenen Abfall des Druckes im Regelkreis als auch
im Hilfsölkreis immer eine Regelung der Pumpe oder Pumpen in Richtung kleinerer
F-örde-rmenge erfolgt.
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Um die erfindungsgemässe Einrichtung auch für Umkehrsteuerungen geeignet
zu machen, sind dem Steuerschieber für jede Förderrichtung durch Ringkolben in zwei
Ringräume unterteilte Steuerräume zugeordnet.
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Erfindungsgemäss ist das Regelorgan im Regelkreis ein wahlweise- mechanisch,
hydraulisch, pneumatisch, thermostatisch oder elektrisch in Abhängigkeit von einem
Parameter steuerbares Ventil.
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Dabei kann der genannte Parameter beispielsweise der Differenzdruck
der Arbeitsleitungen der Pumpe oder der über einer Drossel in einer der Arbeitsleitungen
der Pumpe abgenommene Differenzdruck sein.
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Weitere erfindungsgemässe Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsform und
den Ansprüchen.
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen: Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemässen Einrichtung und Fig. 2 schematisch ein Anwendungsbeispiel
für eine Mehrfachsteuerung.
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Die Verstellung der Pumpe 1 erfolgt durch den Servomotor 2, der mit
einem von der Hilfspumpe 14 gespeisten Hilfsölkreis über die Leitungen 21, 22 bzw.
23 betätigt wird. Die Zu-bzw. Abschaltung des Hilfsölkreises erfolgt durch die Steuerkolben
eines Steuerschiebers 6, der die erfindungsgemässen Ringkolben 7 bzw. 7' verschieblich
trägt, die die Steuerräume in einen inneren Ringraum ii bzw. 11' und einen äusseren
Ringraum lo bzw. 10' trennen. Die inneren Ringräume 11, 11' sind über Leitungen
26, 27 mit der Verstärkerstufe 5 eines Servoventiles verbunden, dessen Eingangsstufe
mit 4 bezeichnet ist. Die äusseren Ringräume lo, 1o' sind über die Leitungen 28,
29 mit einem das Regelventil 13 entlialtenden Regelkreis verbunden. Von der Leitung
21 gelangt über konstante Drosseln 12 vom Hilfsölkreis abgezweigtes Öl in alle Ringräume,
so daß sich dort Drücke aufbauen können, deren Grösse den inneren Ringräumen 11,
11' von den in die Eingangsstufe
4 des Servoventils eingegebenen
und in der Verstärkerstufe 5 umgewandelten willkürlichen Signalen abhängt, während
sie in den äusseren Ringräumen 10, 10t von Werten bestimmt wird, die in den Regelkreis
13, 28, 29 eingesteuert werden.
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Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise in Abhängigkeit
vom Arbeitsdruck der Pumpe 1 in den Leitungen 24-, 25. Selbstverständlich kann die
Anordnung auch so erfolgen, daß die Funktion der inneren Ringräume 11, 11' mit der
Funktion der äusseren Ringräume 10, 1o' vertauscht wird.
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Die Einrichtung ist so ausgelegt, daß zunächst in den äusseren Ringräumen
1o, 10t ein Druck herrscht, der grösser ist als der Druck in den mit der Verstärkerstufe
5 des Servoventiles verbundenen Ringräumen 11, 11' ist. Dieser schiebt die Ringkolben
7s, 7' gegen den in den inneren Ringräumen.
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11, 11' herrschenden geringeren Druck bis zu einem Bund 9 bzw. 9'
im Schiebergehäuse nach innen. In der dargestellten Mittelstellung der Pumpe 1 wird
der Schieber 6 durch die vorgespannte Feder 3 gehalten, wobei die symmetrisch angeordneten
Ringräume 11, 11' jeweils mit dem gleichen Druck beaufschlagt sind. Das gleiche
gilt für die Ringräume 10, 1o'.
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Wenn, um die Pumpe 1 willkürlich ZU verstellen, ein Signal in die
Eingangsstufe 4 des Servoventils gegeben wird, so werden über die Verstärkerstufe
5 die Drücke in den inneren Ringräumen 11, 11' so verändert, daß in einem der beiden
ein grösserer Druck herrscht als im anderen, wodurch der Steuerschieber 6 gegen
die kraft der Feder 3 bewegt wird, so daß der Hilfsölkreis 21/23 mit dem Servomotor
2 verbunden wird, der die Pumpe 1 verstellt. Dieser Verstellvorgang dauert so lange,
bis sich die Kraft der Feder 3 mit ti :uf den Steuerschieber 6 wirkenden Kraft (Steuerdruck
x Ringfläche) im Gleichgewicht befindet, so daß der Steuerschieber 6 erneut den
Hilfsölkreis vom Servomotor 2 trennt.
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Die eingestellte Fördermenge der Pumpe 1 wird nun mit Hilfe des Regelkreises
28, 29 mit Regelventil 13 geregelt, z.B.
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um die Leistung der Pumpe konstant zu halten, bzw. zu begrenzen. Dieser
Regelkreis wandelt die ihm über das Regelventil 13 eingegebenen Steuersignale in
hydraulische Drücke um, die die äusseren Ringräume 10, 10t beaufschlagen. Dabei
können die in das Regelventil 13 eingesteuerten Signale verschiedener Art sein,
z.B. mechanisch, thermostatisch, vom Arbeitsdruck der Pumpe 1 abhängend, elektrisch,
und auf verschiedene Weise wirken, z.B. durch Zu- bzw. Abschalten des Regelkreises
oder kontinuierlich.
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Sobald der vom Regelkreis erzeugte Druck in den äusseren Ringräumen
10, 1o' unter den grösseren der in den inneren Ringräumen 11, 11' herrschenden Drücke
absinkt, wird der betreffende Ringkolben 7, 7t gegen den Anschlag 8 bzw. 8' am Schieber
6 gepresst, SO daß die Kraft der Feder 3 gegen die jetzt entscheidande kleinere
Kraft wirkt, die durch den in den äusseren Ringräumen 10, 10t herrschenden abgeseniften
Druck hervorgerufen wird und somit den Steuerschieber 6 entgegengesetzt zur vorhergegangenen
Stellbewegung verschiebt. Dadurch wird die Pumpe 1 über den llilfsölkreis 21, 23
und Servomotor 2 zurückgeschwenkt, bis sich die sich aus der Feder 3 und dem abgesenkten
Druck in den Ringräumen 10, 10' ergebenden Kräfte wieder im Gleichgewicht befinden
und der Steuerschieber 6 in seine Mittellage zurückkehrt.
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Der im inneren Ringraum 11, 11' ' und dem Steuerkreis des Servoventils
herrschende willkürlich gewählte Hilfsöldruck bleibt bei diesem Übersteuerungsvorgang
unverändert.
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Infolge der kückstelikräft'e der Pumpe 1 wirken auf den Verstellzylinder
bzw. -kolaen noch weitere kräfte, teils in der
Schwenkrichtung,
teils gegen sie, ein Um die Rückwirkung solcher Kräfte auf den Hilfsöldruck zu kompensieren,
ist clz.s Steuerdruckventil 15 vorgesehen.
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Fig. 2 stellt schematisch eine Anordnung dar, in der mehrere Pumpen
1a, 1b, 1c an die Zu- bzw. Abflussleitungen 24 und 25 angeschlossen sind, deren
Servomotoren 2a, 2b, 2c über einen von der Pumpe 14 gespeisten gemeinsamen Hilfsölkreis
21 betätigt werden. Obwohl alle Pumpen über die Leitungen 26, 27 mit nur einem Servoventil
bzw. mit dessen Verstärkerstufe in Verbindung stehen, kann jede Pumpe 1a, 1b, lc
durch einen ihr zugeordneten aus den Zuleitungen 28, 29 und einem Regelventil 13a,
13b, 13c bestehenden Regelkreis unabhängig geregelt werden, wobei die Art und Charakteristik
der einzelnen Regelkreise verschieden voneinander sein kann.
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Ansprüche