DE2340663A1

DE2340663A1 - Servogesteuerte, hydraulische kraftuebertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2340663A1
Application number: DE19732340663
Authority: DE
Inventors: Kenneth K Knapp
Original assignee: Abex Corp
Current assignee: PepsiAmericas Inc
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1974-05-16
Also published as: US3803987A; IT990195B; CA977614A; FR2206450B1; GB1440096A; JPS49135204A; FR2206450A1

Description

Servogesteuerte, hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Kraftübertragungsvorrichtungen, beispielsweise Axialkolbenpumpen oder -Motoren, und befaßt sich insbesondere mit einer Pumpe bzw· einem Motor dieser Art, der sich durch eine variable Strömungsmittelverdrängung kennzeichnet und dessen Verdrängung durch ein direkt bedientes oder fernbedientes, hydraulisches Drucksteuersystem einstellbar ist. Darüberhinaus kann die erfindungsgetnäße Vorrichtung eine ferngesteuerte, sich selbst ausgleichende, hydrostatische Antriebssteuereinrichtung aufweisen.

Der im folgenden verwendete Begriff "Pumpe" soll gleichzeitig auch hydraulische Kraftübertragungsvorrichtungen des Motortyps einschließen. Axialkolbenpumpen und -Motoren

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

die mit verschiedenartigen Steuereinrichtungen ausgerüstet sind, sind bereits bekannt und in den folgenden US-Patentschriften beschrieben:

2 749 B44, 2 835 268, 2 915 985, 3 o17 864, 3 o89 426,

3 25o 277, 3 286 6o1, 3 3o2 585, 3 381 624, 3 4o5 646, 3 422 767,3 429 225 , 3 461 277, 3 51o 231, 3 554 671, 3 588 286. Diese Druckschriften zeigen den allgemeinen, auf diesem Gebiet bekannten Stand der Technik.

Erfindungsgemäß soll nun eine Kraft- bzw. Strömungsmittelübertragungsvorrichtung des Axialkolbentyps geschaffen werden, bei der die Strömungsmittelverdrängungselemente und die mit diesen arbeitenden Steuerelemente eine integrale Einheit bilden, die verhältnismäßig einfach aufgebaut ist und sich leicht installieren, einstellen und warten läßt. Außerdem soll bei dieser Axialkolbenkraftübertragungsvorrichtung dia Strömungsmittelverdrängung kontinuierlich von einer maximalen Verdrängungseinstellung in der einen Richtung über den Verdrängungswert Null auf eine maximale Verdrängungseinstellung in der anderen Richtung einstellbar sein. Darüberhinaus soll die erfindungsgemäße Vorrichtung so gebaut sein, daß sich das Strömungsmittelverdrängungssteuersystsm durch eine verbesserte hydrostatische Steuereinrichtung fernbedienen läßt, so daß die Vorrichtung universeller eingesetzt und betrieben werden kann.

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine servogesteuerte Übertragungsvorrichtung des Axialkolbentyps geschaffen, bei dBr sich in einem Körper eine drehbare Kolbenlauftrommel befindet, bei der ferner innerhalb eines in dem Körper befindlichen Kurvenlagerstuhls eine eine Taumelscheibe bildende Kippscheibe verschwenkbar gelagert ist, und bei der schließlich mehrere Kolben in der Kolbenlauftrommel axial verschiebbar sind und an der Trommelscheibe anstoßen,

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Die Kolben sind so beschaffen, daß sis beim Drehen der Lauftrommel und in bezug auf die Taumelscheibe eine Hin- und Herbewegung ausführen. Zwei Antriebe sind der Kippscheibe gegenüberliegend angelenkt, um diese Scheibe aus einer Stellung, in der sie eine maximale Strömungsmittelverdrängung der Kolben bewirkt, in einer ersten Strömungsrichtung über eine Stellung, in der die Kolben eine minimale Strömungsmittelverdrängung bewirken, bis zu einer Stellung, in der eine maximale Strömungsmittelverdrängung in einer zweiten und entgegengesetzten Strömungsrichtung erfolgt, zu verschwenken. Die Antriebe sind so angeschlossen, daB sie über ein Servowahlventil mit Druckmittel beaufschlagt werden. Dieses Ventil weist eine von aussen betätigte Ventilsteuereinrichtung auf, mit dBr der Strömungsmitteldruck entweder dem einen oder dem anderen Antrieb zuführbar ist. Desweiteren ist dieses Ventil mit einer Ventilkurvenbahnfolgevorrichtung versehen, die mechanisch an der Kippscheiba angelenkt iat und so beschaffen ist, daß sie den Strömungsmitt8ldurchfIuB durch das Steuerventil absperren kann, sobald die Kippscheibe in eine Lage verschwenkt worden ist, in der sie zu einer entsprechenden Lage der Steuerventilvorrichtung in einem linearen Verhältnis steht. Die Ventilstsuervorrichtung läßt sich über ein hydrostatisches oder ein elektrisches Steueis/stem direkt bedienen oder fernbedienen. Die Geometrie des mechanisches Gestänges, durch das die Ventilsteuervorrichtung an die Kippscheibe angelenkt ist, ist so gewählt, daß die Wirkung der Kippscheibe auf die Steuerventilvorrichtung im wesentlichen linear ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Figur 1 sine Seitenansicht einer Axialkolbenpumpe,

Figur 2 eine teilweise weggeschnittene, hintere Stirnansicht der Pumpe von Figur 1,

Figur 3 eine Teil-Axial-Schnittansicht der Pumpe längs der Linie 3-3 in Figur 2,

Figur 4 eine Schnittansicht der Pumpe längs der Linie 4-4 in Figur 3,

Figur 5 eine Teil-Schnittansicht der Pumpensteuerung längs der Linie 5-5 in Figur 2,

Figur 6 eine Umrissansicht des Steuergestänges der Pumpe,

Figur 7 eine Schnittansicht des Pumpensteuermechanismus längs der Linie 7-7 in Figur 2, in Verbindung mit einer schematischen Darstellung eines in einiger Entfernung angeschlossenen hydrostatischen Antriebes für den Steuermechanismus,

Figur B eine vergrößerte Teil-Schnittansicht der Steuervorrichtung von Figur 7, die diese Steuervorrichtung irvfclem Schaltzustand zeigt, in dem sie eine Änderung der Verdrängung der Pumpe bewirkt, und

Figur 9 eine Teil-Schnittansicht der Steuervorrichtung von Figur 7, die diese Steuervorrichtung in dem Schaltzustand zeigt, in dem sie eine entgegengesetzte Änderung der Verdrängung der Pumpe bewirkt,

In den Figuren 1-4 ist eine hydraulische Kraftübertragungspumpe bzw. ein diesbezüglicher Motor 9oodes Axial-

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kolbentyps dargestellt, der eine Antriebswelle 11 aufweist, die sich durch einen Öffnungsblock 12 hindurch in eine drehbare KoIbenlauftrommel 1o hinein- . erstreckt, die ihrerseits in einem Pumpenkörper 13 von einer Lageranordnung 14 drehbar gelagert wird. Mehrere Pumpenkolben 15 sind in Zylindern 16 angeordnet, die die Lauftrommel 1o bildet. An jedem Kolben ist ein Kolbenschuh 17 drehbar angebracht, der durch eine Schuhhalterungsanordnung 19 an einer Gleitscheibe 18 gehalten wird. Diese Gleitscheibe wird im folgenden auch Taumelscheibe genannt. Die Taumelscheibe und die Halterungsanordnung 19 sind auf der Kippkurve 21 gelagert, die ihrerseits in einem Lagerstuhl 22 sitzt der von einer Endkappe 23 gebildet wird. Die Endkappe -liegt an einem Abstandsring 24 an, der die Lageranordnung 14 und die Lauftrommel Io in die richtige Betriebsstellung trägt, sobald die Endkappe 23 mit dem Körper 13 in der dargestellten Weise zusammengebaut ist. Die Endkappe 23 steht mit dem Körper 13 durch nicht dargestellte Verbindungselemente (beispielsweise Kopfschrauben} in Verbindung. Ein Lager 25 befindet sich zwischen, den komplementären, zylindrischen Oberflächen der Kippkurve 21 und des Lagerstuhls 22, so daß eine ziemlich leichte Drehbewegung der Kippkurve in dem Lagerstuhl ermöglicht wird. Das Lager 25 ist am besten in den Figuren 3 und 4 zu sehen.

WiB aus Figur 4 hervorgeht, sind außerdem Halerungskonsole 26 vorhanden, die die Kippkurve 21 in dem Lagerstuhl zurückhalten, wenn die Pumpe 9oo keinen Förderdruck erzeugt. Der von der Pumpe 9oo erzeugte Förderdruck bringt in an sich bekannter Weise die Kippkurve 21 an dem Lager 25 zur festen Anlage, sobald die Pumpe in Betrieb ist.

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Wie aus Figur 3 hervorgeht, weist die Schuhhalterungsanordnung 19 eins Schuhhalterungsplatte 27 auf, die die Kolbenschuhe 17 während des Betriebs der Pumpe 9oo an der Taumelscheibe 1B festhält. Die Halterungsplatte wird van der Kippkurve 21 durch eine Kombination aus Radial- und Drucklager 28 und einer Keilwelle 29 abgestützt, die sich in eine in der Kippkurve vorhandene Gegenbohrung 31 hineinerstreckt. Die Welle 29 ist in der Kippkurva 21 durch eine mit einer Schulter versehene Nutter 32 federnd befestigt, die die Feder 33, beispielsweise eine Tellerfeder, trägt und im zusammengepreßten Zustand hält. Es wird darauf hingewiesen, daß die Schulter der Mutter 32 in der Gegenbohrung 31 Spiel hat, so daß die Halterungsplatte 27 sich bei längs der Welle 29 erfolgender Einwirkung von Axialkräften sehr leicht bewegen kann. Der Zweck dieser gezeigten und beschriebenen Konstruktion besteht darin, nur ein begrenztes Abheben der Kolbenschuhe 17 zu ermöglichen. Ein solches Abheben ist an sich bekannt und bei den in den eingangs genannten Druckschriften beschriebenen Vorrichtungen dieser Art verwirklicht.

Wie aus Figur 3 ferner hervorgeht, ist das innere Ende der Antriebswelle 11 durch eine Keilverbindung in der Lauftrommel 1o mit Hilfe eines Druckschnappringes 34 befestigt, der die Welle in der inneren Axialstellung festhält und durch ein Befestigungselement, beispielsweise eine Kopfschraube 35, befestigt wird, die gegen eine Feder 36, beispielsweise eine Tellerfeder, sowie eine Unterlegscheibe 37 festgezogen ist, wobei die Unterlegscheibe 37 an der Lauftrommel 1o anliegt, wie aus. der Zeichnung ersichtlich ist.

Wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, öffnet sich die Gegenbohrung 31 in eine Bohrung 38, die eine Fassung bildet,

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welche den Grundkörper eines Steuerarms 39 aufnimmt. Der Stsuerarm 39 wird in der Bohrung 38 durch einen Schnapp- oder Sprengring 41 festgehalten. Das vordere Ende des Steuerarms 39 bildet eine Gabel 42, die einen Steuerarmzapfen 43 aufnimmt.

Die Endkappe 23 bildet gegenüberliegende Zylinder 44 und. 45, die einen mit zwei Enden versehenen Kolben 46 aufnehmen. Die Mitte des Kolbens 46 ist zur Aufnahme des Stsuerarmzapfens 43 und der Gabel 42 weggeschnitten und durchbohrt. Passende Dichtungen, beispielsweise Q-Ringe, sind an jedem Ende des Kolbens 46 vorgesehen. Die Enden der Zylinder 44 und 45 werden durch Köpfe 47 und 48 geschlossen, die an der Endkappe 23 durch nicht dargestellte Befestigungselemente, beispielsweise Kopfschrauben, befestigt sind. Bei der gezeigten Konstruktion bildet der Kolben 46, die Zylinder 44 und 45 und die Köpfe 47 und 48 Kammern 49 und 41.

Wie teilweise und etwas schematisch in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, begrenzen die Endkappe 23 und die Köpfe 47 und 48 Strömungsmittelkanäle 52 und 53, die mit Kanälen 54 und 55 in Verbindung stehen, die sich in einer Servosteuereinheit 56 befinden. Die Fortsetzungder Kanäle 54 und 55 ist den Figu^ren 7 - 9 zu entnehmen.

Die Servosteuereinheit 56 und ihr zugehöriges mechanisches Gestänge mit der Kippkurve 21 sind am besten aus den Figuren 4-7 erkennbar, wobei das Gestänge als solches vor allem Figur 6 entnommen werden kann.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die Kippkurve 21 durch Halterungskonsole 26 in dem Lagerstuhl 22 gehalten. Die Konsole 26 bilden gebogene Schlitze (Figur 4), durch die hindurch sich von dem Kurvenkörper Dübelstifte 2o und

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erstrecken. Somit bewegen sich diese Stifte auf einer gebogenen Bahn, wenn sich die Kippkurve in dem Lagerstuhl 22 dreht.

Wie aus den Figuren 4- 6 hervorgeht, ist der Dübelstift 3o an einem Rückkopplungshebel 95 angelenkt, der durch einen Keil 96 an einer Steuerwelle 92 befestigt ist. Die Steuerwelle 92 ist in einem Lager 93 gelagert und erstreckt sich in den Körper 57 der Steuereinheit 56 hinein. Ein Rückkopplungsbügel 91 ist an dem vorderen' Ende der Welle durch einen Keil 94 befestigt. Die geteilten Enden des BügBls 91 umfassen den Mittelabschnitt einer Mitnehmerventilhülse 61 und passen in eine Umfangsnut, die in der Hülse so ausgebildet ist, daß die Hülse innerhalb des Steuerkörpers 57 zu einer Axialbewegung veranlaßt wird, sobald die Welle 92 über den Hebel 95 durch die gebogene Bewegung des Dübelstiftes 3o in Drehung versetzt wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Strömungsmittelverdrängungen in die Kammern 49 und 51 hinein und aus ihnen heraus eine entsprechende gebogene Bewegung der Kippkurve 21 bewirkt. Die Bewegung der Kippkurve 21 ruft ihrerseits eine entsprechende Bewegung des Dübelstiftes 3o hervor, die über den Rückkopplungshebel 95 auf die Welle 92 übertragen wird.Durch Drehung der Welle 92 wird der Bügel 91 verschwenkt. Die Bewegung des Bügels 91 wiederum bewirkt eine entsprechende Axialbewegung der Mitnehmerhülse 61 .

Das ganze mechanische Rückkopplungsgestängesystem ist am besten aus Figur 6 ersichtlich. Es wird darauf hingewiesen, daß die Geometrie des mechanischen Gestänges so sein soll, daß die Reaktion der Taumelscheibe bei der Einstellung einer bestimmten Strömungsmittelverdrängungs-

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mange auf die Einstellung der Steuerventilspindel 62 im wesentlichen linear ist.

Aus den Figuren 5 und 6 und entsprechend den Figuren θ und 9 geht hervor, daß die Steuereinheit 56 einen Korper 57. auf^WBaÜr einen Seitendeckel 58 und einen oberen Stirndeckel 59 besitzt. Der Körper 57begrenzt eine Bohrung, die das Mitnehmerventil 61 hin- und herbeweglich und stromungsmitteldicht aufnimmt. Eine hohle Steuerventilspindel 62 sitzt in der Mitnehmerhulse 61 und ist in ihr hin- und herbeweglich und stromungsmitteldicht gelagert.

Wie aus Figur 7 hervorgeht, stehen die obenerwähnten Kanäle 54 und 55 mit den Kolbenverdrängungskammern 59 und 51 von Figur 3 in Verbindung. Dar Körper 57 enthält ebenfalls Kanäle 82, 83, 84 und 85,wie aus der Zeichnung hervorgeht. Der Kanal 82 befindet sich über dem Kanal 54 und ist so angeschlossen, daß er aus einer Quelle P ein unter Druck stehendes, inkompressibles Strömungsmittel aufnehmen kann, das dazu dient, den Kolben 46 in der durch die Steuereinheit 56 beschriebenen Weise anzutreiben, wie dies im folgenden beschrieben wird. Der Kanal 83 liegt zwischen den Kanälen 54 und 55 und dient als Abflußkanal für das aus der Kammer 49 und der Kammer 51 verdrängte Strömungsmittel, wie dies durch die Arbeitsweise der Steuereinheit 56 vorgeschrieben wird. Die Kanäle 84 und 85 stehen mit dem Kanal 83 in der gezeigten Weise in Verbindung und dienen dazu, die Enden der Hülse 61 und Spindel 62 mit gleich großen und in ihrer entgegengesetzten Wirkung ausgeglichenen Kräften zu beaufschlagen. Unter Druck stehendes Strömungsmittel wird außerdem an einer Kolben, und Zylindersteuerantriebsvorrichtung 7o zugeleitet, die an dem unteren Ende des Körpers 54 angebracht ist. Das

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in den Kanal 83 austretende Strömungsmittel wird durch ein nicht dargestelltes Rückschlagventil in die Gehäusekammer 86 (Figur 3) zurückgeleitet» Dieses Rückschlagventil hält den Austrittsdruck im Kanal 83 auf beispielsweise etwa 1,8 bis 5,6 kp/cm , um dadurch als geeignete Druckquelle für den Antrieb 7o zu dienen.

Die Hülse 61 begrenzt vier Umfangsnuten, an deren Boden sich ins Innere der Hülse führende öffnungen befinden. Die Ventilspindel 62 weist drei Umfangsnuten auf, bei denen sich in der oberen und in der unteren Nut Öffnungen befinden, die durch den hohlen Kanal 87 in Verbindung stehen. Das offene Ende der Spindel 62 wird durch einen Gewindestopfen oder dergleichen verschlossen.

Die Nuten und benachbarten Stege der Spindel 62 sind in bezug auf die in der Hülse 61 vorhandenen Öffnungen mit Abstand getrennt, um a) die zum Kanal 87 führenden Öffnungen abzusperren und die zu den Kanälen 54 und 55 führenden Hülsenöffnungen zu versperren,sobald die Hülse in bezug auf die Spindel 62 die in Figur 7 gezeigte Lage einnimmt} um ferner b) eine Verbindung zwischen den Kanälen 82 und 54 und zwischen den Kanälen 55 und 83 herzustellen, sobald die Spindel 62 in bezug auf die Hülse 61, wie aus Figur 8 ersichtlich, abwärts bewegt worden isti und um c) eine Verbindung über die Kanäle 82, 87 und 55 und zwischen den Kanälen 54 und 83 herzustellen, sobald die Spindel 62 in bezug auf die Hülse 61, wie aus Figur 9 ersichtlich, abwärts bewegt worden ist.

Der Antrieb 7o weist einen Zylinder 63 auf, der an dem Körper 54 in der gezeigten Weise befestigt ist und an seinem unteren Ende durch eine Endkappe 64 verschlossen ist. Ein mit Innengewinde versehener Enddeckel65 ist an

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der Kappe 64 angebracht. Der Zylinder 63 nimmt eine verschiebbare Kolbeneinheit 66 auf, die mit Kolbenstangen versehen ist, welche sich über und unter den Zylinder erstrecken. Die obere Stange steht mit dem unteren Ende der Ventilspindel 62 durch eine seitlich hinterschnittene Schlitzhaltervorrichtung in Verbindung, wobei diese Verbindung durch eine axial zusammengepreßte Feder 72 aufrechterhalten wird.

Die untere Stange des Kolbens 66 ist in eine zentrierende Federanordnung, einen Halterungsring 71, eine unter geringer Spannung stehende Feder 67 und einen unteren Halterungsring 73 eingesetzt und steht mit diesen Teilen in Verbindung, die alle die untere Kolbenstange umgeben und mit Hilfe einer Unterlegscheibe 74 und einer Schraube 75 mit dieser Stange verbunden sind. Die Halterungsringe und die Feder sitzen in einer Büchse 69, die in den Deckel 65 einstellbar eingeschraubt ist. Ein Federschnappring 71 hält die HalterungsringB, die Feder und die Kolbenstange in zentrischer Lage innerhalb der Büchse 69, wobei die Feder weiter zusammengepreßt wird, wenn die Kolbenstange in der einen oder anderen Richtung in bezug auf die Büchse bewegt wird. Durch Einstellen der Büchse 69 wird für den Kolben 66 und die Ventilspindel 62 eine bestimmte Ruhelage ausgewählt, die für die Taumelscheibe 16, wie im folgenden ersichtlich, einer Null-VBrdrängungsstellung oder einer ausgewählten Verdrängungsstellung entspricht. Die Einstellung der Büchse wird durch eine Sicherungsoder Verriegelungsmutter 76 fixiert. Ein Stopfen 77 verschließt das obere Ende der Büchse 69.

Die Kolbeneinheit 66 bildet auf jeder Seite des Kolbens innerhalb des Zylinders 63 eine Kammer 97 und eine Kammer 98. Die Kammer 97 steht über eine Leitung 1o1 mit einer Fernbedienungseinheit 1oo in Strömungsmittelverbindung, während die Kammer 98 über eine Leitung 99 zu

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der FernbediBnungssinheit eine StrömungsmittBlvsrbindung hat.

Aus dem Kanal 84 wird unter Druck stehendes Strömungsmittel durch einen gebildeten Kanal 8Ö in einen Kanal 89 gelenkt und von diesem dann an den Kugelrückschlagventilen 78 vorbei in die Leitungen 99 und 1o1 hineingeführt. Die dargestellten Kugelrückschlagventile werden von Federn 79, welche von Halterungsstopfen 81 festgehalten werden, in die geschlossene Lage gedruckt. Bei der gezeigten Anordnung strömt das Strömungsmittel dann durch ein entsprechendes Rückschlagventil in die Kammern 97 bzw. 98 und die Fernbedienungs- oder Antriebseinheit 1oo ein, wenn der Innendruck in diesen Elementen unter den in den Kanälen 83, 84 und 85 herrschenden Druck fällt.

Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, weist die Fernbedienungsoder Antriebseinheit 1oo einen Körper 1o2 auf, der eine Bohrung bildet, die einen hin- und herbeweglichen Steuerschieber 11o aufnimmt. Eine Endkappe 1o3 verschließt das eine Ende des Körpers 1o2, während eine Steuerhebelkappe 1o4 ihr anderes Ende verschließt. Halterungsringe 1o7 und 1o8 werden durch unter Spannung stehende zentrierende Federn 1o5 und 1oB mit Schultern an jedem Ende des Schiebers tb in Anlage gehalten, um dadurch den Schieber 11o in seine zentrierte und neutrale Stellung zu drücken Das eine Ende des Schiebers 11o erstreckt sich in eine geschlossene Kammer 113 hinein, während sein anderes Ende in eine geschlossene Kammer 114 hineinläuft. Ein Kanal 118 im Körper 1o2 verbindet die Kammer 114 mit der Leitung 1o1, und ein weiterer Kanal 119 ist vorgesehen, der eine Verbindung zwischen der Kammer 113 und der Leitung herstellt.

In der Steuerhebelkappe 1o4 befindet sich eine seitliche

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Bohrung, die eine drehbare Antriebswelle 115 aufnimmt. Die Welle 115 ist an dem Schieber 11o durch einen Betätigungsarm angelenkt, so daB der Schieber durch Drehen der Welle in der einen oder anderen Richtung bewegt werden kann. Ein» handbetätigter Hebel 116 steht mit der Welle 115 außerhalb der Kappe 1o4 in Verbindung, sodaß der Schieber 11o vdn Hand bedienbar ist, um Strömungsmittel entweder aus der Kammer 113 ader der Kammer 114 in der gewünschten Weise zu verdrängen und dadurch die Steuerung 7o zu betätigen.

Ein schmaler Umfangsschlitz 112 ist rund um die Mitte des Schiebers 11o ausgebildet und läßt sich mit kleinen Kanälen 1o9 und 111 in Verbindung bringen, die sich im Körper 1o2 befinden. Die Anordnung ist so getroffen, daß dann, wenn der Hebel 116 losgelassen wird, der Schieber in seine Mittelstellung zurückkehrt, in der die Leitung 1o9 mit der Leitung 111 durch den Schlitz 112 in Verbindung steht. In dieser Mittellage des Schiebers b efindet sich das aus den Kammern 97, 9ff, 113 und 114 bestehende System im Gleichgewicht, wobei die Ventile 7B jeglichen Strömungsmitte lverlust durch Leckage oder dergleichen ersetzen. Nicht gezeigte Belüftungsventile dienen im System dazu, kompressible Strömungsmittel, wie beispielsweise Luft, aus dem System zu entfernen.

Obgleich die Steuereinheit 7o als Hydraulikeinheit beschrieben wurde-, kann sie auch als von Hand betätigbare oder elektrisch betriebene Einheit ausgeführt sein. Die beschriebene hydraulische SteueBinheit eignet sich beispielsweise für Bergbaumaschinen. Eine manuelle Einheit könnte sich für Fälle zeitweiliger Benutzung eignen. Eine elektrischeEinheit wäre insbesondere in Verbindung mit automatischen Steuersystemen von Vorteil. Sie wäre beispielsweise für Abänderungen bei elektrischen Steuereinheiten verwendbar, die in den US-Patentschriften

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3 4o1 711 und 3 424 163 beschrieben sind.

Die Betriebsweise der Steuereinheit 7o mit Hilfe der Fernbedienungs- oder Betätigungseinheit 1oo wird im folgenden erläutert. Veränderungen der Strömungsmittelverdrängung der Pumpe 9oo durch Positionierung der zentralen Ventilspindel 62 werden im Hinblick auf die Figuren 3-7 unter Bezug auf die Figuren B und 9 verständlich.

Der Bügel 91 und die Hülse 61 sind in den Figuren B und 9 in der zentralen oder Mittelstellung gezeigt, in der die Taumelscheibe 1B durch das Gestänge von Figur 6 rechtwinklig zur Achse der Pumpe eingestellt wird, wobei die Strömungsmittelverdrängung durch die Pumpe entsprechend Null ist. In Figur B ist die Steuerspindel abwärts bewegt worden, wobei die Bewegung des Kolbens 46, der Kippkurve 21 und des Bügels 91 durch das zugehörige Gestänge noch nicht begonnen hat. Das Strömungsmittel von der Quelle P läuft zunähst in die Kolbenkammer 49 durch die Kanäle S2, Θ4 und 52 und beginnt. Strömungsmittel aus der Kammer 51 durch die Kanäle 53, 55 und B4 zu verdrängen. Infolgedessen beginnen sich der Kolben 46 und der Kippsteuerarm 39 abwärts zu bewegen, wobei die Taumelscheibe 1ß gedreht wird. Durch das Gestänge von Figur 6 bewirkt die Bewegung der Kippkurve 21 eine entsprechende Bewegung des Bügels 91 und eine Abwärtsbewegung der Hülse

61. Der rechts befindliche Pfeil zeigt die Bewegungsrichtung ,des Gestänges an. Wenn sich die Hülse 61 abwärts bewegt, wird die Strömung durch die verschiedenen öffnungen verringert und kommt zum Stillstand, sobald die Hülse 61 durch das Gestänge in eine Lage gebracht worden ist, die durch die STeuerspindel 62 festgelegt ist. Die Taumelscheibe 1B bleibt dann mit Hilfe des Kolbens 46 in dieser Stellung fixiert, bis eine andere Verdrängungslage durch die Steuerspindel 62 festgelegt wird, wenn die Fernbedienungs·

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einheit 1οο betätigt wird. Wenn der Handhebel 116 der Einheit 1oo losgelassen wird, kehren alle Gestängeteile in eine neutrale oder andere vorgewählte Lage zurück. Die der Darstellung in Figur 9 zu grundeliegende Betriebsweise ist derjenigen von Figur θ gleich, findet jedoch in umgekehrter Richtung statt.

Die Steuervorrichtung weist also eine Einrichtung zur Positionierung der Eingangsgliedöffnungen (Steuerspindel) auf, und zwar derart, daß Strömungsmittel unter Druck den entsprechenden Kanälen zugeleitet wird, ferner eine Betätigungseinrichtung, um den Pumpentaumelscheibenwinkel zu verändern, und ein Rückkopplungsgestänge, durch das die Taumelscheibenposition auf das Ruckkopplungsglied (Hülse) übertragen wird, die den Steuerdruck zu beiden Seiten der Betätigungsoder Antriebseinheit ausgleicht, wodurch eine weitere Bewegung der Pumpentaumelscheibe verhindert wird. Daher gibt es für jede Stellung des Eingangsglieds (Spindel) innerhalb des Betriebsbereites, in dem mechanische Hemmungen auftreten, nur eine einzige Pumpentaumelscheibenstellung.

Unter normalen Bedingungen positioniert bei einer gegebenen Spindelstellung die Taumelscheibe die Hülse über das Rückkopplungsgestänge so, daß die Taumelscheibe in dieser Stellung gehalten wird. Jegliche Störung stört das Druckgleichgewicht an den Enden der Kolben 46, wodurch eine Korrekturbewegung der Taumelscheibe veranlaßt wird, die das System in die eingestellte Lage zurückbringt.

Wenn die Steuerspindel verschoben wird, so wird durch die Änderung der Öffnungsflächen das Druckgleichgewicht in den Kammern 49 und 51 gestört, wodurch die Taumelscheibe veranlaßt wird, sich zu bewegen, bis die Hülse wieder eine

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Lage einnimmt,in der sich die Drücke erneut im Gleichgewicht befinden. Somit wird der Taumelscheibenwinkel und dadurch die Pumpenverdrängung an jedem Betriebspunkt, der frei von mechanischen Hemmungen oder Hindernissen, beispielsweise Anschlägen ist, direkt durch die Stellung der Eingangsspindel gesteuert. Die Öffnungskonfiguration und das spielfreie Rückkopplungsgestänge können so ausgelegt sein, daß diese Beziehung mit nur sehr geringen Abweichungen eingehalten wird (Abweichungen kleiner als 2 % des vollen Winkels bei Steuerdrücken der Quelle P von über 28, 1 kp/cm^). Diese Art der Folge-Servosteuerung ist im allgemeinen sehr genau und stabil und läßt sich auch, falls dies der Anwendungsfall erfordert, so bauen, daß sie schnell arbeitet.

Da die Stellung der Servospindel 62 für die Pumpenverdrängung maßgeblich ist,ist das Verfahren zur Steuerung dieser Spindel sehr wichtig. Das hier beschriebene Verfahren läßt sich als "Flüssigkeitssteuerung" bezeichnen und gründet sich auf die Verdrängung eines inkompressiblen Strömungsmittels aus einem Zylinder in einen anderen, um dadurch die Bewegung eines Kolbens zu bewirken.

Die STeuereinheit 1oo ist die Kommando- oder"Sender^aEinheit, während die Zylinder/Kolbenanordnung 7o die Empfängereinheit darstellt. Die wiederauffüllbaren Rückschlagventile 78 der Empfängereinheit ermöglichen das Füllen der Hohlräume und Leitungen, die den Sender mit dem Empfänger verbinden. Der Sender besitzt nicht dargestellte Ausblasstopfen, die ein Ausblasen von Luft ermöglichen, so daß die Inkompressibilität des im System vorhandenen Strömungsmittels sichergestellt wird. Der für das Wiederauffüllen verwendete Gegendruck muß ausreichend hoch bemssen sein, um die Rückschlagventile zu öffnen, so daß die Inkompressibilität des Strömungsmittels aufrechterhalten wird (also beispielsweise 1,76 bis 5,62kp/cm ), wodurch jederauftretende Leckage -

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ausfluB ersetzt werden kann.

Wenn der Schieber 11o bewegt wird, verdrängt er Strömungsmittel βμε der einen Endkammer durch die angeschlossenen Leitungen hindurch in einen Endhohlraum. Da das Strömungsmittel im wesentlichen inkompressäbel ist, wird dadurch der Kolben 78 des Empfängers 7o veranlaßt, sich in einem dem Verdrängungsvolumen proportionalen Maß zu bewegen. Vorzugsweise sind die Flächen gleich, so daß derEmpfänger sich um denselben Betrag bewegt wie der Sender. Wenn sich der Empfängerkolben bewegt, drückt er natürlich das Strömungsmittel von der entgegengesetztenSeite zurück durch die angeschlossenen Leitungen zur folgenden Seite der Sendereinheit. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt der Druck auf einer der beiden Seiten des eingeschlossenen Steuervolumens unter den in der Servovorrichtung herrschenden Gegendruck abfällt, öffnen sich die Rückschlagventile, um die Steuerflüssigkeit wieder aufzufüllen.

Der Empfängerkolben 66 ist über eins spielfreie Verbindung an die Servoeingangsspindel 62 angeschlossen. Daher wird die Stellung der Pumpentaumelscheibe 18 durch die Stellung des Kolbens der Sendereinheit ferngesteuert.

Desweiteren ist.darauf hinzuweisen, daß in die Bedienungsoder Antriebseinheit 1oo eine neiirale Stellung eingebaut ist, in der die Endkammern durch den schmalen Schlitz des Schiebers 11o miteinander verbunden sind. Bewegt sich der Schieber um beispielsweise annähernd ήτ 2 mm, so werden die Öffnungen verschlossen, und der Arbeitshub beginnt.

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Claims

Patentansprüche

Iy Servogesteuerte, hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung mit einem Körper, in dem sich drehbare Kolbenlauftrommel und eine eine Taumelscheibe bildende Kippkurve befinden, die in einem in dem Körper ausgebildeten Kurvenlagerstuhl drehbar gelagert ist, und mit mehreren Kolben, die in der Kolbenlauftrommel axial beweglich gelagert sind, an der Taumelscheibe anliegen und durch Drehen der Kolbenlauftrommel in bezug auf die Taumelscheibe hin- und herbewegbar sind, gekennzeichnet durch ein Paar hydraulischer Antriebselemente (44, 45, 46), die der Kippkurve (21) gegenüberliegend angelenkt und so betätigbar sind, daß sie die Kippkurve aus einer Stellung, in der sie eine minimale Strömungsmittelverdrängung durch die Kraftübertragungsvorrichtung bewirkt, in eine Stellung maximaler Strömungsmittelverdrängung durch die Kraftübertragungsvorrichtung verschwenken, ferner durch eine Servosteuerventilvorrichtung (56), die mit den Antriebselementen (44, 45, 46 ) verbunden ist und das Strömungsmittel jedem Antriebselement zuführt und von jedem Antriebselement abführt, um dadurch die Kippkurve (21) wahlweise zu positionieren, wobei die Servosteuerventilvorrichtung (56) ein von aussen betätigtes Steuerschieberventil (62) aufweist, das unter Druck stehendes Strömungsmittel einem der Antriebselemente (44, 45, 46) zuführt, während es das Abfließen des Strömungsmittels von dem anderen Antriebselement (44, 45, 46)zuläßt, und wobei das Servosteuerventi1 (56) ferner ein Mitnehmerhülsenventil (61) aufweist, das mechanisch an der Kippkurve (21) durch ein Gestänge angelenkt ist und so betätigbar ist, daß es den Strömungsmittelfluß durch das Steuerschieberventil (62) absperrt, sobald die Kipfkurve (21) in eine Stellung geschwenkt ist, die einer von dem Schieberventil (62) festgelegten Stellung entspricht, wobei

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das Gestänge geometisch so ausgelegt ist, daß zwischen der Strömungsmittelverdrängung durch die Kraftübertragungsvorrichtung und der entsprechenden Stellung des Schieberventils (62) ein im wesentlichen linearer Zusammenhang besteht.
2. Hydraulische Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Antriebselement (4o, 45, 46) eine hydraulische Kolben- und Zylindereinrichtung aufweist.
3. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine strömungsmittelbetätigte Steuervorrichtung (7o), die das Schieberventil (62) positioniert.
4. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (7o) eine fernbediente hydraulische Positionierungseinrichtung (1oo) aufweist.
5. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Steuereinrichtung (7o) eine doppelt wirkende Kolben- und Zylindereinheit (63, 66) aufweist.
6. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daB die Antriebselemente (44, 45,46) mit einer Doppelkopfkolbeneinrichtung (46) versehen ist, die an die Kippkurve (21) angelenkt ist.
7. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (7o) dahingehend arbeitet, daß sie, sobald auf sie keine äußeren Stellkräfte einwirken, die Kippkurve (21) in eine Stellung zurückführt, die eine vorgewählte Strömungsmittelverdrängung durch die Vorrichtung bewirkt.

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8. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische PositionierungseinrichtungC1oo) einen Körper (1o2) aufweist, der eine erste Kammer (113) und eine zweite Kammer (114) sowie einen Kolben (11o) besitzt, der zwischen den Kammern (113, 114) hin- und herbeweglich gelagert und so betätigbar ist, daß er Strömungsmittel in eine der Kammern hineinbewegt, während Strömungsmittel aus der anderen der beiden Kammern verdrängt wird.
9. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (112), die zwischen den Kammern (113, 114) eine Strömungsmittelverbindung herstellt, sobald die Positionierungseinrichtung (1oo) sich in einer neutralen Stellung befindet.
10. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine elektrisch angetriebene Steuereinrichtung, die so betätigbar ist, daß sie das Schieberventil (62) positioniert.
11. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden hydraulischen Antriebselemente (44,45, 46) die Kippkurve (21) aus einer Stellung, in der eine maximale Strömungsmittelverdrängung durch die Übertragungsvorrichtung hindurch in einer ersten Strömungsrichtung stattfindet, über eine Stellung minimaler Strömungsmittelverdrängung in eine Stellung maximaler Strömungsmittelveinirängung in einer zweiten Richtung verschwenken, die der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzt ist.
12. Kraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer strömungsmittelgetriebenen Steuervorrichtung, die das Schieberventil verstellt, und die aus einer Steuereinrichtung mit Kolben und Zylinder besteht, die an das Steuerelement eines Servosteuerventils anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (63, 66) zwei Steuer-

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kammern (97, 98} umgekehrt veränderlichen Volumens aufweist, ferner eine Rückschlagventileinrichtung (7B), die an eine Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels anschließbar und so betätigbar ist, daß sie in die Ste₍uerkammern (97, 98) Strömungsmittel einspeist, daß die aus Kolben und Zylinder bestehende Antriebseinrichtung (1oo) zwei Antriebskammern (113, 114) umgekehrt veränderlichen Volumens aufweist, daß jede der Steuerkammern (97, 98) mit einer entsprechenden Antriebskammer (113, 114) durch eine Leitung (99, 1o1) verbindbar ist, daß die Steuervorrichtung (63, 66) mit einer Einrichtung zum Ausgleich des Strömungsmitteldruckes in den Steuerkammern (97, 98) und den Antriebskammern (113, 114) versehen ist, sobald die Steuervorrichtung (63, 66) eine neutrale Stellung einnimmt, und daß die Steuereinrichtung (7o) ein Element aufweist, das diese Steuereinrichtung in einer gewählten Position zentriert, sobald der Strömungsmitteldruck zwischen den Steuerkammern (97, 98) ausgeglichen wird.

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