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Servosteuervorrichtung zur Veränderung der Leistung und Durchsatzrichtung
einer Pumpe veränderlicher Förderleistung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Servosteuervorrichtung zur Veränderung
der Leistung und Durchsatzrichtung einer Pumpe veränderlicher Förderleistung, die
über einen Zweiweg-Verteiler einen Hydraulikmotor speist.
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Eine bekannte Ausführung eines hydraulischen Getriebes weist eine
Pumpe auf, die einen Kreis speist, in dem sich eine Vorrichtung zur Steuerung der
Veränderung der Leistungsabgabe, d.h. der Ausströmungsmenge in den Kreis, befindet.
Diese Vorrichtung besteht dabei aus einer verstellbaren Drosselvorrichtung. Die
einstellbare Drosselvorrichtung ist bei diesem Getriebe mechanisch mit dem Zweiweg-Hauptverteiler
gekoppelt, der zwischen der Pumpe und dem von dieser gespeisten Hydraulikmotor zwischengeschaltet
ist. Diese Getriebeausführung weist gewisse Nachteile auf, und zwar besteht die
Neigung zu Kavitation, es wird ein unter Druck stehender Vorratsbehälter benötigt
und ein Abbremsen vermittels des hydraulischen Kreises ist nicht möglich.
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Weiterhin sind auch Pumpen veränderlicher Förderleistung des Trommeltyps
bekannt, die zur Veränderung der Förderleistung langsame Steuerbefehle und ziemlich
hohe Steuerkräfte erforderlich machen, wobei die ganze Trommel gekippt werden muß,
um eine Leistungsänderung zu erreichen. Ein anderer Nachteil von Trommelpumpen ist,
daß bei diesen ein großer neutraler Bereich vorhanden ist und daß infolgedessen
eine Bremsvorrichtung, die auf einen von der Pumpe gespeisten Hydraulikmotor einwirkt
und diesen Motor bei Druckabfall blockiert, dann, wenn die Pumpe zu fördern beginnt,
zunächst blockiert bleibt.
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Durch die Erfindung sollen daher diese Nachteile unter Verwendung
einer Kurbelwellenpumpe und einer Servosteuervorrichtung beseitigt werden, wobei
in der Servosteuervorrichtung die Verbindung zwischen dem Kauptverteiler und dem
die Pumpenleistung verändernden Element auf hydraulischem Wege erfolgen soll.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Servosteuervorrichtung
zur Veränderung der Leistung und Durchsatzrichtung einer einen Hydraulikmotor speisenden
Kurbelwellenpumpe veränderlicher Förderleistung mit einem zur Veränderung der Pumpenleistung
dienenden Steuerelement und einem zwischen der Pump enaus laßse ite und den beiden
Motoreinlässeaz zT>7:schengeschalteten Zweiweg-Hauptverteiler vorgeschlagen,
die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß da die beiden Steuerkammern
des Hauptverteilers jeweils mit den beiden Auslässen
eines Zweiweg-Hilfsverteilers
verbunden sind, dessen Eingang mit dem Ausgang einer gemeinsam mit der Hauptpumpe
antreibbaren, d.h. in Drehung versetzbaren Speisepumpe verbunden ist, der Ausgang
der Speisepumpe außerdem mit dem Eingang eines Steuerverteilers verbunden ist, welcher
die beiden Kammern eines Kraftzylinders speist, der über seine Kolbenstange mit
dem zur Veränderung der Pumpenleistung dienenden Steuerelement gekoppelt ist, wobei
die Schieber des Hilfsverteilers und des Steuerverteilers durch ein und denselben
Stellhebel betätigbar sind.
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Die Vorteile der vorgeschlagenen Vorrichtung sind, daß bei dieser
überhaupt keine Gefahr für Kavitation besteht und daß sie das Abbremsen vermittels
eines Hydraulikkreises gestattet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachfolgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. 1 ein senkrechter
Schnitt durch eine Servosteuervorrichtung, die einer Pumpe veränderlicher Leistung
zugeordnet ist, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verbindungen zwischen Hauptverteiler
und Hilfsverteiler, und Fig. 3 ein hydraulisches Schema von Hauptpumpe, Hydraulikmotor
und Servosteuervorrichtung ist.
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Die in den Figuren 1 - 3 dargestellte Servosteuervorrichtung ist einer
Hauptpumpe 2 zugeordnet, die durch einen Elektromotor 1 angetrieben, d.h. in Drehung
versetzt wird, dessen Welle 4 außerdem eine Speisepumpe (pompe de gavage) 3 antreibt.
Die Hauptpumpe 2 weist eine Kurbelwelle auf, deren Kurbelzapfen eine in Abhängigkeit-von
der Stellung einer axialen Kolbenstange Ila veränderliche Exzentrizität aufweist,
wodurch entsprechend der Hub eines Kolbens und die Pumpenleistung verändert wird.
Die Hauptpumpe 2 speist einen Hauptspeisekreis 5, der (in Fig. 3) in stark ausgezogenen
Linien dargestellt ist, und speist einen in diesen Kreis geschalteten Hydraulikmotor
26 über einen Zweiweg-Hauptverteiler 6 mit einem Schieber 6a (Fig. 1), der in Axialrichtung
in beiden Richtungen durch Federn 6b und 6c beaufschlagt ist, die jeweils in Steuerkammern
6d bzw.
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6e des Körpers des Verteilers 6 angeordnet sind. Der Ausgang der Pumpe
2 ist mit einem Eingang des Verteilers 6 über einen Kanal 29 verbunden, welcher
über ein Sicherheits- oder Überdruckventil 31, dessen Grenzwert einstellbar ist,
mit einem Vorratsbehälter lo für Flüssigkeit in Verbindung steht. Die Rücklauföffnung
des Verteilers 6 ist durch einen Kanal 32 unmittelbar mit der Ansaugöffnung der
Pumpe 2 verbunden. Die beiden Ausgänge des Verteilers 6 sind jeweils über einen
Kanal 24, 25 mit den beiden Eingängen des Motors 26 verbunden. In der Neutralstellung
des Verteilers 6, d.h. in der mittigen Stellung des Schiebers
6a,
stehen die Einlaß- und die Rücklauföffnung des Verteilers 6 miteinander und mit
dem Kanal 32 in Verbindung.
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Die Speisepumpe 3, deren Ansaugöffnung mit dem Behälter lo verbunden
ist, steht an ihrem Ausgang mit der Einlaßöffnung eines Hilfsverteilers 22 in Verbindung,
der einen Schieber 22a aufweist, welcher durch eine Feder 22b in der Neutralstellung
gehalten wird. In der Neutralstellung des Hilfsverteilers 22 steht dessen Einlaßöffnung
mit einer Rücklauföffnung in Verbindung, welche wiederum durch einen Kanal 33, in
dem sich ein Drosselelement wie z.B. eine Drosselstelle 33a befindet, mit dem Behälter
lo verbunden ist. Somit kann die Flüssigkeit in der Neutralstellung des Hilfsverteilers
22 fortlaufend entweichen.
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Die beiden Ausgänge des Hilfsverteilers 22 sind jeweils über einen
Kanal 34 bzw. 35 mit den Steuerkammern 6d und 6e des Hauptverteilers 6 verbunden.
Der Ausgang der Speisepumpe 3 ist außerdem mit der Einlaßöffnung eines Steuerverteilers
20 verbunden, der einen Schieber 7 aufweist, welcher durch eine Feder 7a rückgestellt
wird. Die Kammer, in welcher sich die Rückstellfeder 7a befindet, steht über einen
Rücklaufkanal 28 mit dem Flüssigkeitsbehälter 1o in Verbindung. Der Steuerverteiler
20 weist außerdem zwei Auslaßöffnungen auf, die jeweils über einen Kanal 19 bzw.
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19a mit den beiden Kammern eines Servosteuerzylinders oder
Kraftzylinders
11 verbunden sind. Der Kolben lla dieses Zylinders 11 ist fest mit einer Kolbenstange
lib verbunden, die ihrerseits mit dem Pumpenglied der Pumpe 2 verbunden ist und
aufgrund einer Axialverschiebung der Kolbenstange tIb zur Veränderung der Förderleistung
der Pumpe 2 dient.
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(Das erfolgt in diesem Falle vermittels einer Vorrichtung, durch welche
die Exzentrizität des Zapfens einer zur Steuerung dienenden Kurbelwelle für einen
oder mehrere Kolben verstellbar ist.) Der Kolben lla ist außerdem fest mit einer
zweiten Kolbenstange 12 verbunden, die (entsprechend der Zeichnung) nach links aus
dem Kraftzylinder herausgeführt und mit dem unteren Ende eines Hebels 17 vermittels
eines fest mit der Kolbenstange 12 verbundenen Zapfens 12a gekoppelt ist, wobei
der Zapfen 12a in ein Langloch 17a des Hebels eingreift. Der Hebel 17 ist an seinem
oberen Ende um eine Welle 17b drehbar gelagert, die sich am unteren Ende eines Anschlages
16 befindet. Außerdem ist der Hebel 17 um eine mittlere Welle 17c auf einer Haube
oder einem Deckel 18 drehbar gelagert, durch die bzw. den der Schieber 7 des Verteilers
20 nach außen verlängert ist. Der Anschlag 16 ist auf einem vorstehenden waagerechten
Zapfen 16a in Axialrichtung verschiebbar gelagert 5 und auf der rechten Stirnseite
des Anschlages stützen sich zwei Rollen 14 d 15 abs die an einem Stell- oder Steuerhebel
9 drehbar gelagert
sind. Dieser Hebel 9, der sich in der in Fig.
1 dargestellten senkrechten Lage in seiner Neutralstellung befindet, ist auf einer
zwischen den Rollen 14 und 15 befindlichen, quer verlaufenden Welle 13 drehbar auf
dem Zapfen 16a gelagert, wobei sich die Rolle 15 am unteren Ende des Hebels 9 befindet.
Außerdem ist der Hebel 9 um eine weitere Welle 9a -drehbar gelagert, welche aus
der Welle für die Rolle 14 bestehen kann und an einer Haube 21 befestigt ist, die
eine äußere Fortsetzung des Schiebers 22a des Verteils 22 bildet.
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Der Hebel 9 stellt den Steuerhebel dar, durch den die Förderleistung
der Hauptpumpe 2 und die Durchsatzrichtung durch den Hydraulikmotor 26 verändert
wird. Der Hebel 9 läßt sich von Hand verstellen, wie in den Figuren 1 und 2 angedeutet
ist, oder kann auch auf andere Weise betätigt werden wie z.B. vermittels eines doppeltwirkenden
Kraftzylinders, der selbsttätige Vorrichtungen für die Rückstellung in die Neutralstellung
aufweist, und schließlich auch vermittels eines Elektromagneten verstellt werden.
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Mit dem Ausgang der Speisepumpe 3 sind außerdem ein Druckeinstell-
oder bemessungsventil 23 und eine Bremsvorrichtung 8 verbunden, die bei Druckabfall
im Hauptkreis betätigt wird. Die Speisepumpe 3 hat die folgenden Funktionen: a)
sie speist die Hauptpumpe 2 mit geringem Druck, so daß jede Kavitation vermieden
wird; b) sie gleicht Olverluste im Hauptkreis und im Steuerverteiler
20
aus und erneuert das Öl ständig; und c) sie bringt die Flüssigkeit auf einen bestimmten
Druck zur Steuerung des Hauptverteilers 6 und des Servosteuerzylinders 11 über den
Verteiler 20 und ggf. zum Lösen der Sicherheitsbremse 8.
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Die Arbeitsweise der Servosteuervorrichtung ist wie folgt.
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Wenn sich der Hebel 9 in der Ruhestellung, d.h. in der in den Figuren
1 und 3 dargestellten senkrechten Stellung befindet, besteht eine Verbindung zwischen
den Eintritts-und Rücklauföffnungen des Hilfsverteilers 22, und die Flüssigkeit
im Speisekreis wird daher durch die Drosselvorrichtung 33a und den Kanal 33 zu dem
BeSter lo zurückgeführt. Die Speiseflüssigkeit wird dabei auf einen geringen Druck
P0 von einigen atü (Bar) gebracht. Dieser Druck muß jedoch ausreichend hoch sein,
um den Kolben lla des Servosteuerzylinders 11 in die äußerste linke Stellung zu
bringen, in welcher die Kolbenstange 11b die Hauptpumpe 2 entsprechend einer Förderleistung
null einregelt, so daß diese Pumpe leer läuft. In der Neutralstellung des Stellhebels
9 geht daher nur ein geringer Teil der zur Speisung aufgewandten Leistungsaufnahme
verloren. Infolge des niedrigen Drucks P0 am Ausgang der Speisepumpe 3 ist die Sicherheitsbremse
8 betätigt und der Hydraulikmotor 26 festgestellt.
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Wenn der Hydraulikmotor 26 in dem einen oder anderen Drehsinn in Drehung
versetzt werden soll,muß lediglich der Hebel 9 um einen der Drehzahl proportionalen
Winkel nach links bzw.
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nach rechts verschwenkt werden, wobei dieser Winkel proportional ist
der gewünschten Förderleistung der Pumpe 2. Es sei nun angenommen, daß der Hebel
9 im Uhrzeigersinn um die Welle 13 verschwenkt und in die in Fig. 1 in gestrichelten
Linien schematisch angedeutete Lage 91 gebracht wird. Durch diese Drehbewegung werden
die Haube 21 und der Schieber 22a des Verteilers 22 gegen die Kraft der Rückstellfeder
22b nach rechts verschoben. Durch Verschiebung des Schiebers 22 nach rechts wird
die Verbindung zwischen Einlaßrund Rücklauföffnung des Verteilers 22 unterbrochen
und diese öffnungen werden jeweils über die Kanäle 34 bzw. 35 mit den Kammern 6d
und 6e des Verteilers 6 verbunden. Daher erhält die Steuerkammer 6d über den Verteiler
22 und den Kanal 34 Flüssigkeit mit dem Druck P1 zugeführt, dessen Höhe durch das
Druckeinstellventil 23 bestimmt ist. Der Druck Pl ist größer als der Druck P0, und
zwar um einen Wert, der den verschiedenen Funktionen entspricht, welche durch den
Speisekreis ausgeführt werden müssen. Durch den Druck in der Steuerkammer 6d wird
der Schieber 6a des Hauptverteilers 6 nach rechts verschoben, so daß der rechte
Kanal 25 mit unter Druck stehender Flüssigkeit gespeist wird, indem dieser Kanal
in Verbindung mit dem Speisekanal 29 gebracht wird, während der andere Kanal 24
mit
dem Rücklaufkanal 32 verbunden ist. Durch die Erhöhung des Drucks im Speisekreis
auf den Wert P1 wird außerdem die Sicherheitsbremse 8 gelöst, so daß sich der Motor
26 drehen kann. Der Motor dreht sich im gewünschten Drehsinn, beispielsweise im
Uhrzeigersinn.
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Wenn der Hebel 9 im entgegengesetzten Sinn, d.h. in Fig. 1 nach links
geschwenkt wird, wird der Schieber 6a nach links verschoben, so daß der Kanal 24
unter Druck gesetzt und folglich der Motor 26 im entgegengesetzten Drehsinn in Drehung
versetzt wird.
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Der Hebel 9 bewirkt gleichzeitig mit der Verschiebung des Schiebers
22a des Hilfsverteilers 22 vermittels der unteren Rolle 15 auch eine Verschiebung
des Anschlages 16 auf dem Zapfen 16a nach rechts, so daß die obere Welle 17b in
die mit 17b1 angedeutete Stellung gebracht wird. Da sich in diesem Moment der Kolben
lla und folglich auch dessen Kolbenstange 12 in einer feststehenden Lage befinden,
spielt der Zapfen 12a die Rolle einer Drehachse für den Hebel 17, welcher um den
Zapfen gegen den Uhrzeigersinn verschenkt wirds wenn die obere Welle 17b nach links
verlagetz wird. DIe mittlere Welle 17c wird damit ebenfalls nach links verlagert
und nimmt dabei den ieber 7 des Steuerverteilers 2o gegen die Kraft der Rückstellfeder
7a mit. Dadurch wird die Einlaßöffnung des
Steuerverteilers 20
in Verbindung mit dem Kanal 19 und folglich mit der linken Arbeitskammer des Kraftzylinders
11 gebracht. Die unter dem Druck P1 stehende Speiseflüssigkeit wird auf diese Weise
in diese Arbeitskammer eingeführt und verschiebt den Kolben lla nach rechts. Da
bei dieser Verschiebung die nach links versetzte obere Welle 17b durch den Hebel
9 festgehalten wird, ruft die nach rechts erfolgende Verschiebung des fest mit der
Kolbenstange 12 verbundenen Zapfens 12a eine entsprechende Translation der mittleren
Welle 17c und des Schiebers 7 nach rechts hervor.
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Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, wenn der Zapfen 12a die Stellung
12a1 erreicht, hat sich der Kolben lla um eine ausreichend große Strecke nach rechts
verschoben, so daß sich der Schieber 7 wiederum in der Neutralstellung befindet,
in welcher er den Kanal 19 sperrt. Die Amplitude der Verlagerung des Kolbens lla
des Kraftzylinders 11 ist damit proportional der Verlagerung des Anschlags 16, d.h.
ist eine Funktion des Neigungswinkels des Hebels 9. Je größer dieser Winkel ist,
umso mehr wird der Anschlag 16 nach links verschoben und umso größer muß der Hub
des Kolbens lla sein, um den Schieber 7 in die mittige Neutralstellung zurückzubringen.
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Die Translation des Kolbens 11a und der Kolbenstange 11b hat eine
dazu proportionale Verstellung des Exzenterzapfens der Hauptpumpe 2 und folglich
der Förderleistung dieser
Pumpe zur Folge. Wenn die Förderleistung
der Pumpe ausgehend von der Stellung 91 des Hebels 9 gesteigert werden soll, ist
es lediglich erforderlich, den Hebel entsprechend der Darstellung von Fig. 1 weiter
im Uhrzeigersinn zu verschwenken.
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Um die Förderleistung der Pumpe auf. null zurückzubringen, wird der
Hebel 9 im entgegengesetzten Sinn, d.h. aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung
q gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt. In diesem Augenblick spielt der Zapfen 12a,
der sich in der in Fig. 1 mit 12a1 bezeichneten rechten Lage befindet, die Rolle
einer feststehenden Drehachse für den Hebel 17, der durch die Rückstellfeder 7a
nach rechts beaufschlagt wird, welche den vermittels der mittleren Welle 17c mit
dem Hebel 17 gekoppelten Schieber 7 nach rechts drückt. Durch diese Schwenkbewegung
des Hebels 17 wird die Welle 17b von der Stellung 17bl nach rechts verlagert, wobei
außerdem der Anschlag 16 nach rechts verschoben und in seine Ruhestellung gebracht
wird. Gleichzeitig stellt der in die rechtsseitige Stellung gebrachte Schieber 7
eine Verbindung zwischen der Einlaßöffnung des Steuerverteilers 20 und der Rohrleitung
19a her. Dadurch wird die unter dem Druck P1 stehende Speiseflüssigkeit in die rechte
Arbeitskammer des Servosteuerzylinders 11 eingeführt und verursacht eine Verlagerung
des Kolbens lla nach links. Bei dieser Verlagerung dreht sich der Hebel 17
im
Uhrzeigersinn um die obere Welle 17b und nimmt dabei den Schieber 7 des Verteils
20 nach links mit. In der linksseitigen Endstellung des Kolbens lla befindet sich
der Verteiler 20 wiederum in der Neutralstellung und die Förderleistung der Hauptpumpe
2 ist auf den Wert null zurückgegangen.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann außerdem mit einem Endstellungsblock
27 (Fig. 3) versehen werden, der zwei normalerweise geschlossene Ventile aufweist,
deren Einlässe jeweils mit den Kanälen 34 und 35, und deren Auslässe gemeinsam über
einen Kanal 27a mit dem Vorratsbehälter 1o verbunden sind. Wenn eines der beiden
Ventile wie z.B. das rechte Ventil des Blocks 27 in der Endstellung eines beliebigen,
von dem Hydraulikmotor 26 angetriebenen Elements betätigt wird, stellt das geöffnete
Ventil eine Verbindung zwischen dem Kanal 35 und dem Behälter lo her, so daß lediglich
im Speisekreis ein Druckabfall von mehreren atü auftritt. Aufgrund dieses Druckabfalls
wird der Hauptverteiler 6 in die Neutralstellung zurückgebracht, so daß der Motor
26 nicht länger gespeist wird und sich außerdem die Sicherheitsbremse 8 anlegt.
Wenn dann anschließend der Stellhebel 9 in die Neutralstellung zurückgeht, beträgt
der Druck im Speisekreis mehrere atü, so daß der Kolben 11a und mit diesem die Kolbenstangen
12 und 11b in die äußerste linke Stellung zurückkehren können,
welche
einer Förderleistung null der Pumpe 2 entspricht.
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Die Speiseflüssigkeit läuft dann durch den Kanal 19 und den Kanal
28 zum Vorratsbehälter 10 zurück. Auf diese Weise kann die Pumpe 2 bei der nächstfolgenden
Bewegungssteuerung selbsttätig mit der Förderleistung null anlaufen. - Patentansprüche
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