DE2352739A1

DE2352739A1 - Momentbegrenzer fuer pumpen mit veraenderlicher verdraengung

Info

Publication number: DE2352739A1
Application number: DE19732352739
Authority: DE
Inventors: Richard Joseph Ifield
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-23
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1974-05-02
Also published as: SE406001B; IT996322B; DE2352739C2; GB1412830A; CA998566A; FR2204231A5; US3877839A

Description

PATENTANWÄLTE
Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

- D 5602 LANGENBERG · BÖKENBUSCH41 2352739

Postfach 86 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Richard Joseph Ifield, 95 Gopeland Road,

Beecroft, Hew South Wales, Australien

Momentbegrenzer für Pumpen mit veränderlicher Verdrängung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf hydraulische Pumpen und Motoren, die aus einem Grundkörper und -einem Rotor bestehen, der von einer äußeren Abstützung umgeben und ,an dieser befestigt ist, wobei der Grundkörper mit einem Einlaß und einem Auslaß für die zu pumpende Flüssigkeit versehen ist und der Rotor eine Mehrzahl· von Kolben trägt, die in ,gleichen Winkelabständen und parallel oder im Winkel zur Rotationsachse des Rotors angeordnet sind und sich beim Verdrehen des Rotors hin und her bewegen und dabei Flüssigkeit pumpen. Eine Pumpe dieser Art wird im folgenden als eine Kolbenpumpe mit veränderlicher "Verdrängung bezeichnet.

Eine Ausbildungsform dieser Kolbenpumpe, an welcher die Erfindung verwendet werden kann, besteht aus einer drehbaren Zylinderblockeinrichtung, in welcher die Kolben in gleichen Abständen um die Zylinderblockachse herum angeordnet sind; parallel zu dieser Achse verlaufen Zylinderbohrungen. Der Zylinderblock ist mit einer Antriebsvorrichtung in der Weise verbunden, daß die Antriebsvorrichtung und der Zylinderblock mit gleichen Geschwindigkeiten umlaufen.

— 2 —

409818/0379

Während der Rotation der Antriebswelle ändert sich die Entfernung zwischen jedem der Kolben und der Mundungsfläche stetig. Während der ersten Hälfte der Umdrehung bewegt sich jeder Kolben von der Mündungsfläche weg und während der anderen Hälfte der Umdrehung auf diese zu; dabei ist die Einlaßöffnung fluchtend ausgerichtet, wenn sich der Kolben wegbewegt, die Auslaßöffnung ist fluchtend ausgerichtet, wenn sich der Kolben dichter heranbewegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kolbenpumpe mit veränderlicher Verdrängung mit einem Momentbegrenzer zu schaffen, der einfach und zweckmäßig ist und in der Herstellung billig ist, der auf einfache Weise im Betrieb verstellt oder gesteuert werden kann, um an jedes von einer Kraftmaschine verfügbares Moment angepaßt werden zu können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein hydr©- st-atisch abgeglichenes Gleitlager für den Pumpenrotor und auf den hydrostatischen Lagerdruck ansprechende druckempfindliche Vorrichtungen vorgesehen sind.

Bei der Verwendung von Kolbenpumpen mit veränderlicher Verdrängung zur Kraftübertragung ist es gewöhnlich notwendig, eine Handsteuerung vorzusehen, um die maximale Pumpenverdrängung einzustellen, sowie, Übersteuerungsvorrichtungen vorzusehen, und zwar eine, mittels derer die Pumpenverdrängung verringert werden kann, wenn der Übertragungsdruck einen vorbestimmten Wert überschreitet, um die kraftübertragenden Teile gegen eine Überlastung zu.schützen, und eine weitere, um die Pumpenverdrängung zu verrringern, wenn das Antriebsmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet, um eine überlastung des Motors und des Elektromotors zu verhindern, welcher die Pumpe antreibt.

Das theoretische Antriebsmoment der Pumpe ist das Produkt aus der Pumpenverdrängung und der Druckdifferenz, so daß die Momentbegrenzer

409818/0 37 3 _ ₃ _

auf dieser Tatsache basieren» Bisher enthielten Momentbegrenzer einen Ventilstößel,-.der mit dem Pumpenausgangsdruck beaufschlagt ist und ein Einstellventil betätigt, das die Pumpenverdrängung über einen Einstellmotor reguliert, wobei die Bewegungen des Stößels gegen eine Federbelastung erfolgten, die mittels eines auf die Bewegungen des Einstellmotors ansprechenden Mitnehmers veränderbar ist, so daß die Federbelastung der Pumpenverdrängung umgekehrt proportional ist. Momentbegrenzer dieser Art sind im Aufbau kompliziert und kostspielig in der Herstellung; sie können nur auf speziellen Prüfgerüsten, die mit Dynamometern zur Momentmessung ausgerüstet sind, korrekt eingestellt werden. Diese Momentbegrenzer können nicht nach einer Proportionalbeziehung an die jeweils verfügbaren, sich verändernden Momente angepaßt w,erden, wie sie von Benzinmotoren geliefert werden, die über einen gewissen Bereich von Drosselklappenöffnungen betrieben werden₀

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Lagerbelastung der Rotorstütze bei Pumpen mit veränderlicher Verdrängung das Produkt aus der Pumpenverdrängung und dem Betriebsdruck ist, so daß die Lagerbelastung dem theoretischen Antriebsmoment proportional ist. Nach der Erfindung wird daher die auf das Moment ansprechende Lagerbelastung in einen Druckmitteldruck umgewandelt, so daß der Druckmitteldruck dem theoretischen Antriebsmoment der 'Pumpe proportional ist.

Fach der Erfindung weist die druckempfindliche Vorrichtung ein Schaltventil mit einem unter dem Lagerdruck gegen den Druek einer Feder beweglichen Glied auf, sowie ein mittels des Schaltventils betätigtes Steuerventil zur Steuerung der Einstellvorrichtung für die Pumpenverdrängung. Dabei ist das Moment als Funktion der Geschwindigkeit der,die Pumpe antreibenden Antriebsmaschine steuerbar und ein mit einer negativen Vorbelastung und mit einer mit der Geschwindigkeit der Antriebsmaschine und der Antriebskraft veränderlichen Last beaufschlagtes Glied; vorgesehen«

409818/0379 -4-

Bei dem Momenteegrenzer nach, der Erfindung kann auch eine Stabilisierungsvorrichtung in Form einer mit der Einstellvorrichtung verbundenen Kolben-Zylinder-Einrichtung vorgesehen sein; das Schaltventil ist mit einem mittels der Stabilisierungsvorrichtung als Funktion der Geschwindigkeit der Änderung der Pumpenverdrängung veränderlichen Druckmitteldruck zur Erhöhung der Stabilität beaufschlagt.

Bei dem erfindungsgemäßen Momentbegrenzer ist mittels des Schaltventils die Wirkung der anderen, am Steuerventil angreifenden Steuermittel überwindbar und das Antriebsmoment der Pumpe durch die Veränderung der Pumpenverdrängung unabängig von der Einstellung der anderen Steuermittel begrenzbar.

Erfindungsgemäß ist das Steuerventil als ein richtungssteuerndes Einstellventil ausgebildet, das einen axialbeweglichen Ventilkörper besitzto In einer ersten axialen Endstellung des Ventilkörpers ist die Einstellvorrichtung mittels des Einstellventils entsprechend der Einstellung der genannten anderen Steuermittel steuer bar, während in einer zweiten axialen Endstellung des Ventilkörpers die Pumpenleistung mittels des Einstellventils und der Einstellvorrichtung reduzierbar ist. Dabei ist der Ventilkörper durch eine Druckänderung infolge der Betätigung des Schaltventils in die zweite'Endstellung bewegbar. Das Steuerventil kann auch aus einem kombinierten, von Hand betätigten und selbsttätigen verstell- und richtungssteuernden Einstellventil bestehen, das eine von Hand betätigbare und mit Durchtrittsöffnungen versehene Hülse und einen drehbaren, von einem Einstellmotor angetriebenen Ventilkörper besitzt, welcher infolge der Betätigung des Schaltventils axial verschiebbar ist_o

Vorteilhafterweise weist bei dem Momentbegrenzer nach der Erfindung das Schaltventil einen auf den Lagerdruck ansprechenden Ventilstößel auf, der sich an einem federbelasteten Ventilteil abstützt,

409818/0379 "

wobei die Federbelastung zur Einstellung eines maximalen Moments mechanisch einstellbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer besonderen Ausbildung einer Axialkolbenpumpe beschrieben, welche über ihren Mittelpunkt hinweg nach vorn und nach hinten angetrieben werden kann; sie kann jedoch gleich gut auch auf andere Ausführungsformen von Pumpen mit veränderlicher Verdrängung zur Anwendung kommen₀

Die Erfindung ist weiterhin im folgenden in Bezug auf eine besondere Art eines hydrostatisch abgeglichenen Gleitlagers beschrieben, sie kann jedoch mit gleich gutem Erfolg auch bei anderen Ausführungen von hydrostatisch abgeglichenen lagern verwendet werden, bei denen der hydrostatische Druck die auf das Moment ansprechende Last unterstützt. Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Erfindung im Zusammenhang mit weiteren Steuerungen wird im folgenden eine geeignete, vollständige Steuerung beschrieben, jedoch ist die Erfindung, nicht auf die Art und der Einzelheiten dieser Steuerung oder der damit verbundenen Einstellvorrichtungen beschränkt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Abbildungen im einzelnen beschrieben?

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe, bei der die Erfindung verwendet werden kann;

.Fig. 2 zeigt eine Endansicht der stationären Mündungsfläche der in Fig. 1 dargestellten Pumpe;

Fig. 3 ist eine diagrammatische Darstellung einer Pumpensteuerung bei einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Steuerventils;

409818/0 3 79

Patentanmeldung P 23 52 739.1 Richard Joseph Ifield? 352739

NACHGEREICHTJ

Ergänzung zu Seite 6 der Beschreibung unmittelbar im Anschluß an die Figurenbeschreibung von Fig. 6:

Fig. 7) S und 9 stellen Schnitte entlang der Linien bzw. 8 bzw. 9 in Fig. 4 dar.

409S 18/037 9

Mg₀ 5 stellt graphisch den Arbeitsbereich eines erfindungsgemäßen, auf die Maschinengeschwindigkeit ansprechenden Momentbegrenzers dar;

Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit zur Verwirklichung der in Fig. dargestellten Steuercharakteristiko ■ ■

Gemäß Fig. 1 enthält die Zylindertrommel 1 der Pumpe neun axiale Zylinder mit Kolben 2, die über ein Kugelgelenk 5 und eben ausgebildete Gleitlagerflächen"an einer im Winkel einstellbaren Schiefscheibe 4 anliegen und mit einer Gleitlagerhalterungsplatte 5 in Berührung mit der, Fläche gehalten werden«.

Der Zylinderrotor liegt einer Mündungsfläche 6 unter dem. Druck einer Anzahl von Federn 7 an, die über die Antriebswelle 8 auf das Drucklager 9 einwirken.

Die Schiefscheibe 4 befindet sich auf einem teilweise zylindrisch ausgebildeten Körper 10, der in einem Abschlußteil 11 des Gehäuses gel'agert ist, wobei der Winkel der Schiefscheibe durch eine Verstellung des Kolbens 12 mit einem Einstellmotor mittels einer Zahnstange 13 einstellbar ist, die sich im Eingriff mit der Zähnung an dem teilweise zylindrischen Körper 10 befindet. Durch eine Verstellung des Kolbens mit dem Einstellmotor- kann der zylindrische Körper 10 in jeder Richtung bis zu einem Winkel von etwa 20° verdreht werden, wodurch sich der Hub der Kolben und die Durchflußrichtung durch die Durchtrittsöffnungen änderte

Für den Fall, daß sich der Körper 10 in der dargestellten Lage befindet und die Pumpe im Uhrzeigersinn in Blickrichtung vom Ende der

409818/0379

Antriebswelle 8 angetrieben wird, erfolgt der Austritt aus der Öffnung A in Fig. 2, die entsprechend als vorderseitige Hoch« drucköffnung "bezeichnet wird. Wenn der Körper 10 in der entgegengesetzten Richtung geneigt ist, erfolgt der Austritt durch die Öffnung B, die entsprechend als rückseitige Hochdrucköffnung bezeichnet wird,,

Die Antriebswelle 8 ist in hohem Grade anpassungsfähig ausgebildet, so daß die Zylindertrommel 1 in ihrer Ausrichtung gegen die ebene Mündungsfläche 6 frei ist und an vier zum Teil sphärisch ausgebildeten G-Ieitlcörpern gehalten wird« Die Lagerbelastung der Zylindertrommel liegt auf dem Gleitkörper H, wenn die Schiefscheibe 4 in der dargestellten Richtung geneigt ist_o Wenn die Schiefscheibe in der entgegengesetzten Richtung geneigt ist, würde die Lagerbelastung an dem Gleitkörper 15 anliegen. An der Zylindertrommel treten keine theoretischen, seitwärts gerichteten Belastungen auf, so daß ein in dem aufgeschnittenen Teil der Fig. 2 gezeigter Gleitkörper, der zu jeder Seite angeordnet ist, lediglich zu Halterungszwecken dient.

Die Gleitkörper H und 15 sind gegen die Lagerbelastungen hydrostatisch abgeglichen. Sie können z.B. über die mit C und D bezeichneten Verbindungspunkte über Düsenöffnungen mit der Hochdruckseite verbunden sein. Der abgeschlossene Bereich der Kugelflächen der Gleitkörper'ist hinreichend groß für die Anforderungen bei der maximalen Pumpenverdrängung. Der erforderliche hydrostatische Ausgleichsdruck wird zunehmend geringer als der Mündungsdruc'k, wenn die Pumpenverdrängung verringert wird; unter diesen Bedingungen arbeitet der Gleitkörper mit einem geringen Spielraum an seiner Kugelfläche, wobei die so entstehende Undichtigkeit einen geeigneten Druckabfall an der verengten Öffnung erzeugt.

Das Innere des Pumpengehäuses wird auf dem gleichen Druck gehalten, der auch an der Hdederdruckseitigen Mündung herrscht, so daß die

409818/0379 _Λ

— O —

Lagerbelastung dem Produkt aus der Mündungsdruckdifferenz und dem tangens des Winkels der Schiefscheibe proportional ist. Das Antriebsmoment der Pumpe ist also theoretisch dem Produkt aus diesen beiden Teränderliehen proportional, so daß der hydrostatische Druck an dem G-leitkörper dem theoretischen Antriebsmoment proportional istο Mach der Erfindung wird dieser hydrostatische Druck an dem belasteten Gleitlager als Signal für den Momentbegrenzer verwendet.

Die beiden Enden des Einstellzylinders sind mit den mit E und F bezeichneten Verbindungspunkten dargestellt und die verschiedenen, mit den Buchstaben A, B, 0, D, E und F in Fig. T und 2 bezeichneten Verbindungspunkte sind in dem Diagramm der Steuerung nach Fig« 3 in gleicher Weise bezei-chnet.

Nach Fig. 3 ist eine Niederdruckpumpe 17 eingangsseitig mit einem Vorratsgefäß 18 verbunden; ihr Ausgangsdruck wird durch die Einstellung eines niederdruckseitigen.Entlastungsventils 19 begrenzt., Die Pumpe fördert direkt in das Innere des Gehäuses der Kolbenpumpe mit veränderlicher Verdrängung, von wo aus die Flüssigkeit durch eines der Rückschlagventile 20 oder 21 der jeweiligen Niederdrucköffnung zugeführt wirdo Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn und vorwärts gerichteter Förderung,herrscht an der Öffnung A Hochdruck und die Öffnung B wird von der Niederdruckpumpe her durch das Rückschlagventil 20 beaufschlagt«, :

Von den Pumpenöffnungen A und B ausgehende Leitungen besitzen Rückschlagventile 22 und 23, die stromabwärts miteinander verbunden sind und den ausgewählten Höchstdruck über Drosseln 24 und 25 an die. hydrostatisch abgeglichenen Gleitkörper H bzw. 15 durch die Verbindungspunkte C und D liefern, wie bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurde₀

. - 9 409818/0379

Der jeweilige Höchstdruck wird von den Rückschlagventilen 22 und 23 der Mitterbohrung eines von Hand "betätigten Umschaltventils 26 zugeführt, das weiterhin eine enge Bohrung enthält, sowie an einem · Ende eine mittlere Durchbohrung, die in Verbindung zu dem Vorratsgefäß 18 steht.

Zwei Ausbohrungen 28 und 29 im G-ehäuse 27 des von Hand betätigten Umschaltventils stehen über ein Steuerventil 30 und die Verbindungspunkte Ξ bzw. ¥ mit den Zylindern der Einstellvorrichtung 12 der Übertragungspumpe in Verbindung. Das von Hand betätigte Umkehrventil 26 ist in einer Stellung dargestellt, in der dem Verbindungspunkt E zu der Einstellvorrichtung Höchstdruck zugeführt wird, während der Yerbindungspunkt i¹ über die Ausbohrung 29 mit dem Vorratsgefäß in Verbindung steht. Dadurch wird bewirkt, daß sich der Einstellkolben in die in Pig. 1 gezeigte Stellung maximaler Pumpenverdrängung bewegt. Eine nach außen gerichtete Bewegung des Umschaltventils 26 bewirkt eine Umkehrung der Drücke, an den Verbindungspunkten E und F, so daß sich der Einstellkolben 12 in die andere Extremsteilung bewegte

Das Steuerventil 30 enthält einen Steuerkörper 31 mit einem vergrößerten Kolben 32 an einem Ende, der innerhalb eines Zylinders 33 gleitbeweglich ist und unter dem Druck einer leder 34 steht, der der gezeigten Stellung entgegengerichtet ist» Die Federkammer und das davon entfernte Ende des Steuerkörpers 31 stehen mit dem Vorratsgefäß 18 in Verbindung_o Der Ausgang der Niederdruckpumpe 1? ist über eine Drossel 35 mit dem Zylinder 33 verbunden, so daß der Steuerkörper 31 gegen den Druck der Feder 34 in die gezeigte Stellung verschoben wird, in welcher er die Betätigung des Einstellmotors entsprechend der Verstellung des von Hand betätigten Umkehrventils 27 nicht beeinflußt.

Die Ausbohrungen 36 und 37 des Steuerventils 30 sind mit den Öffnungen A bzw. B der Übertragungspumpe -verbunden. Bei Entlastung

409818/0379 - 10 -

^4 ■

des Zylinders 33 bewegt sich der Steuerkörper 31 entgegengesetzt zu der gezeigten Richtung und trennt die mit dem von Hand betätigten Umschaltventil 27 verbundenen Ausbohrungen davon ab und stellt eine Verbindung zwischen den Pumpenöffnungen A und B zu den Verbindungspunkten Ί? bzw_o E des EinstellmotorZylinders her₀

Die Öffnung A ist die Hochdrucköffnung für den Vorwärtsantrieb, so daß eine Verstellung des Steuerkörpers 31 bewirkt, daß der Kolben 12 des Einstellmotors die Pumpenverdrängung bei Vorwärtsantrieb verringert, jedoch kann dadurch nicht bewirkt v/erden, daß eine über die Pumpenverdrängung 0 hinausgehende .Bewegung erfolgt, weil dann die Öffnung B zur Hochdrucköffnung werden würde₀ In entsprechender Weise geht der Betrieb vor sich, wenn das von Hand betätigte Ventil umgekehrt eingestellt wird.

Bei Übersteuerung arbeitet die Pumpe als Motor'und bei Vorwärtseinstellung des TJmschaltventils wird die Öffnung B zur Hochdrucköffnung. Eine Verstellung des Steuerkörpers 31 bewirkt dann, daß der Einstellkolben die Pumpenverdrängung vergrößert, wie es bei Übersteuerungsbedingungen erwünscht ist_e

Bei einer Drehung der Pumpe entgegen dem Uhrzeigersinn ist es lediglich erforderlich, die Verbindungen der Öffnungen A und B mit den Ausbohrungen 36 und 37 zu vertauschen«.

Bei den meisten Anwendungen von Übertragungspumpen mit veränderlicher Verdrängung ist es notwendig, eine Abschaltvorrichtung der Pumpe bei einem vorbestimmten Maximaldruck im Bereich außerhalb der Endpunkte der Kolbenbewegung vorzusehen, um eine Überlastung der Pumpe zu vermeiden, sowie eine Abschaltung bei einem vorbestimmten maximalen Antriebsmoment der Pumpe, um eine Überlastung der Antriebsmaschine der Pumpe zu verhindern.

-11-

409818/0379

Eine Schaltventilvorrichtung 38 enthält zwei kleine Stößel 39 und 40, die sich an Ventilkörpern 41 und 42 abstützen, welche durch einstellbare Federn 43 und 44 unter Druck in ihrem Sitz gehalten werden und Bohrungen abschließen, die mit dem Zylinder 33- des Steaerventils in Verbindung stehen? die Auslaßkammern des Schaltventils sind mit dem Vorratsgefäß verbunden.

Eine Zuleitung überträgt den jeweils höheren Druck von der Öffnung A oder B auf das Ende des Stößels 39, so daß bei zu hohem Druck das Ventil 41 öffnet und den Auslaß des Zylinders 33 öffnet, wodurch die Pumpe außerhalb einer Endstellung zum Stillstand kommt₀

Die Drücke an den G-leitkörpern 14 und 15 werden durch die Rückschlagventile 45 und 46 dem Bnde des Stößels 40 zugeführt, so daß dieser auf den hydrostatischen Druck an dem Gleitkörper anspricht. der jeweils das belastete lager abstützte Die Kraft an dem Stößel 40 spricht daher auf das Antriebsmoment der Pumpe an, Falls dieser Druck zu hoch wird, öffnet das Ventil und gibt den Auslaß des Zylinders 33 des Steuerventils frei und begrenzt auf diese Weise das Antriebsmoment der Pumpe durch Veränderung der Pumpenverdrän-

Ton dem Hochdruck an der·. Pompenauslaßöffnungen betriebene Steuerungen neigen zu Instabilitäten, besonders bei hohen Verstärkungen., d_eh._e geringer PumpexLverdrängung, Die Erfindung schließt aueh eine Stabilisierungsvorrichtung ein, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Veränderung der Pumpenverdrängung arbeitet. Sin typisches Ausfülirungsbeispiel dieses Teils der Erfindung ist in dem Magramm dar ge s teilt „

Kolben 47 ist in der dargestellten Weise mit einer Mitnehmerrolle 48 versehen,, die einem Hocken 49 an dem Kolben des Einstellmotors anliegt,, Vorzugsweise ist der Uocken äo geformt, daß die Bewegungen des Kolbens 47 relativ zum Einstellmotor 12 naeh einer

409S1S/0379 -12,

inversen Funktion der Pumpenverdrängung erfolgt. Das äußere Ende des Zylinders für den.Kolben 47 ist durch eine Mitterbohrung mit der Innenseite des Pumpengehäuses verbunden und unterliegt daher dem von der Niederdruckpumpe erzeugten Druck, der die Mitnehmerrolle in Berührung an dem locken hält« Die ringförmige Zylinderkammer steht in Verbindung mit der Federklammer des Schaltventils 38 und* ist über eine Drossel 51 mit dem Vorratsgefäß verbunden» Die Druckdifferenz an der Drossel 51» die durch die Bewegungen des Kolbens 47 entsteht, wirkt auf die eingeschlossenen Kolben und 53 in der Weise ein, daß dadurch die Belastung der Ventile 41 und 42 verändert wird_e

Wenn eines der Ventils 41 oder 42 öffnet und den Pumpendruck oder das Antriebsmoment der Pumpe begrenzt, wird durch die Druckdifferenz an der Drossel 51 eine Kraft zum Schließen des Ventils zur Verfugung gestellt. Eine Verringerung des Drucks an den Stößeln 39 und.49, die eine Schließung des zugeordneten Ventils erlaubt, bewirkt die Entstehung einer Druckdifferenz an der Drossel 51, die so eine Kraft zur Öffnung des Ventils zur Verfugung stellt. Auf diese Weise stellt diese Vorrichtung ein Führungsglied zur Stabilisierung der selbsttätigen Steuerung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Änderung der Pumpenverdrängung dar β *

Bei vielen Anwendungen von Pumpen mit veränderlicher Verdrängung ist es erwünscht, die maximale Pumpenverdrängung mittels einer Handsteuerung zu verändern und den Maximaldruck und das Maximalmoment übersteuernde Vorrichtungen vorzusehen. Pig. 4 zeigt ein Ventil, das die Ventile 27 und 30 in I¹Ig₅, 3 ersetzen kann und eine Handsteuerung für die Verdrängung erlaubte

Ein von Hand betätigter Steuerhebel 54 verdreht eine mit Öffnungen, versehene Hülse 55 in einem Gehäuse 56_o Ein drehbarer Ventilteil 57 innerhalb der mit Öffnungen.versehenen Hülse besitzt einen

409818/0379 , " - 13 -

gezähnten Antriebsbogen 58, der durch ein Zahnrad 59 angetrieben wird, das an dem Körper.10 in Fig. 1 angebracht ist, oder durch die Zahnstange an dem Kolben 12 des Einstellmotors. In jedem Falle steht die Zahnradkammer mit dem Inneren des Pumpengehäuses in Verbindung und ist mit dem Druck der Niederdruckpumpe 17 beaufschlagte Dieser Druck wirkt auf einen ringförmigen Bereich des mit den Zähnen angetriebenen Ventilkörpers ein, der über· eine Drossel 61 mit einem Zylinder 60 auf der entgegengesetzten Seite verbunden ist, Normalerweise befindet sich der Kolben im Zylinder 60 unter dem Druck, der auf die unterschiedlichen Flächen einwirkt, in der gezeigten lage, jedoch bewegt sich der drehbare Ventilkörper mit Zahnantrieb nach links in der Zeichnung, wenn der Zylinder 60 freigegeben wird. Dieser entspricht dem Zylinder 33 in Fig. 3, die Freigab event ile können denen des Schal tventils 38 in Fig. 3 ähnlich sein und die Verbindung K entspricht der gleichen Verbindung in dem Diagramm der Fig. 3.

Richtungssteuernde, drehbare Wählventile dieser Art sind wohl bekannt. Wie in der Zeichnung dargestellt, besitzen sie üblicherweise Ausbohrungen für jeden der verschiedenen Drücke mit Durchtrittsöffnungen durch die Hülse, die in diametral gegenüberliegenden Paaren angeordnet sind, um seitlich gerichtete Belastungen der Ventile zu vermeiden,,

Die mit A und B bezeichneten Durchtrittsöffnungen stehen mit den in ähnlicher Weise bezeichneten Öffnungen der Übertragungspunkte in Verbindung. Die mit E und F bezeichneten Öffnungen sind in entsprechender Weise mit Enden des Zylinders des Einstellmotors verbunden» Die mit G- bezeichnete Öffnung ist mit dem jeweiligen Höchstdruck verbunden, der in ähnlicher Weise in Fig. 3 gekennzeichnet ist. Die mit H bezeichnete Öffnung ist mit dem Vorratsgefäß verbunden, das ständig mit dem Ende des Zylinders, der das Ventil 57 enthält, in Verbindung steht, sowie durch eine Mittelbohrung mit einer Ringkammer, die einen Durchmesser besitzt, der

409818/0379 - ^u -*

dem Außendurchmesser in der Hülse 55 gleich ist.

In der gezeigten normalen Betrietisstellung wird durch eine Verdrehung der Ventilhülse eine Verbindung zwischen den Durchtrittsöffnungen E und F des Einstellzylinders und der jeweiligen Höchstdrueköffnung G oder der Vorratsgefäßöffnung H hergestellt. Die da-■ durch "bewirkte Verstellung des Kolbens des Einstellmotors schließt die Durchtrittsöffnungen G und H, so daß das Ventil normalerweise als eine auf eine Stellung ansprechende Steuerung arbeitet. Unter diesen Bedingungen sind die Durchtrittsöffnungen A und B geschlossen,

Wenn eines der Übersteuerungsventile 4-1 oder 42 in Pig. 3 geöffnet ist, so geben sie den Zylinder 60 frei und bewirken, daß der Steuerventilkörper 57 in asialer Richtung na.ch links gleitet. Dadurch werden die Öffnungen H und 6- von ihrer Verbindung mit den Ventilausnehmungen getrennt und die Öffnungen A und B freigegeben. Die Öffnung A steht dann mit einem Einstellzylinder des Einstellmotors über die öffnung F und die Öffnung B mit dem anderen Einstellzylinder über die Öffnung E in Verbindung. Dieses Ventil arbeitet daher in ähnlicher Weise wie das im Zusammenhang mit I¹Ig. 3 foesctaielaieaae Steuerventil 3O₀

Die Jedery die das Ventil 42 zur Momentbegrenzung belastet ₉ ist in der Darstellung mit einer Einstellschraube versehen. Selbstverständlich kann, diese Schraube durch einen Stößel.ersetzt werden, der mittels einer Nockenwelle betätigt wird*, die mit der Steuerung der Antriebsmaschine verbunden ist₉ so daß das Antriebsmoment der Pumpe eine Funktion der Einstellung der Steuerung der Antriebsmaschine wirdβ ■ , '

Eine bevorzugte Methode zur Steuerung des Antriebsmomentes der Pumpe als Funktion der Einstellung der Leistungssteuerung der Antriebsmaschine besteht darin, dafür zu sorgen, daß das Steuernde Moment nach einer steuerbaren Funktion der Antriebsmaschinengeschwindigkeit zunimmt bis die Moment-Sollwert-Linie die Linie des

409818/0379

von der Antriebsmaschine her verfügbaren Moments schneidet. Dies ist "beispielhaft durch die Kurven in Fig. 5 dargestellt. Die Kurven a bis a_r stellen das Moment am Ausgang der Antriebsmaschine bei einer bestimmten Drosselklappenöffnung oder einer bestimmten !Förderleistung der Brennstoffpumpen bei Dieselmotoren dar« Die Kurve Ta stellt die Linie eines gesteuerten Moments dar₅ das mit dem Quadrat der Motorgeschwindigkeit zunimmt ₉ xfobei zusätzlich eine negative Konstante vorhanden ist₉ so daß für Motorgeschwindigkeiten unter 15$ der Maximalgeschwindigkeit die Momentbelastung den Wert 0$ beträgt und auf 100$ bei 40$ der maximalen Motorgeschwindigkeit ansteigt» Die tatsächlichen Ar-. beitsbedingungen der gesteuerten laschine liegen an den Schnittpunkten der a- und der b-Kurven vor«,

Die Kurve Id₁ stellt für die Momentensteuerung eine Minimal einstellung und die Kurve b₂ eine Maximaleinsteilung bei verschiedenen leistungsanforderungen an die Antriebsmaschine dar, wobei „jede andere Kurve zwischen diesen Grenzen verlaufen kann,,

line Möglichkeit zur Erreichung dieser Steuercharakteristik ist in -Figo 6 dargestellt,, die einen Momentbegrenzer, die Niederdruckpumpe 17s das Vorratsgefäß 18 und das niederdruckseitige Entlastungsventil .19 zeigte

Die mit Buchstaben gekennzeichneten Yerbindungspunkte zu dem Momentbegrenzer sind J_P an dem der auf das Moment ansprechende hydrostatische Druck an den G-leitlagern anliegt, IC₂ an dem der Steuerdruck des Steuerventils 30 in Fig_o 3 oder der in lig_o 4 dargestellten Torrichtung herrscht ₉ und L₉ an dem der Stabilisierungsclriiek vom Zylinder 50 in Figo 3 be steht _Θ

Eine verstellbare Durchtrittsöffnung 62 ist in den Auslaßkanal von der niederdruckpumpe 17 angebaut· Der Druckabfall an dieser Öffnung liegt an dem Kolben 63 gegen die Kraft einer Feder 64 an₉

3018/0379 ' - 16 -

die das Ventil schließt. Die Feder 64 erzeugt die gewünschte negative Konstante«, Die Pumpe 17 wird von der Antriebsmaschine angetrieben, so daß der" Druck am Punkt J, der dem Antriebsmoment

2
der Pumpe proportional ist, durch K₁ Ή -K₂ gegeben ist, wobei U die Maschinengeschwindigkeit ist, Kp die negative Konstante und K- sich mit der Einstellung der Leistungssteuerung an der Antriebsmaschine ändert, so. daß dadurch die Linien des gesteuerten Moments entsprechend den Linien b., und b_? in Fig_o 5 erzeugt werden. , .

409818/0379

Claims

Patentansprüche

M ₀) Momentbegrenzer zur Begrenzung des Antriebsmoments "bei einer Kolbenpumpe mit veränderlicher Verdrängung, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydrostatisch abgeglichenes Gleitlager (H, 15) für den Pumpenrotor (1) und auf den hydrostatischen lagerdruck ansprechende druckempfindliche Vorrichtungen (30; 38; 54-61; 62-64) vorgesehen sind_o

Momentbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Vorrichtung ein Schaltventil (38) mit einem unter dem Lagerdruck gegen den Druck einer Feder (43, 44) "beweglichen Glied (41 , 42) aufweist, sowie ein mittels des Schaltventils betätigtes Steuerventil (30} 54-61) zur Steuerung der Einstellvorrichtung (12) für die Pumpenverdrängung.

3· Momentbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Moment als Punktion der Geschwindigkeit der die Pumpe antreibenden Antriebsmaschine steuerbar ist und daß ein mit einer negativen Vorbelastung (64) und mit einer mit der Geschwindigkeit der Antriebsmaschine und der Antriebskraft veränderlichen last beaufschlagtes Glied (63) vorgesehen ist.

4ο Momentbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stabilisierungsvorrichtung in Form einer mit der Einstellvorrichtung (12) verbundenen Kolben-Zylinder-Einrichtung (47,50)

409818/0373.

vorgesehen ist und daß das Schaltventil (38) mit einem mittels der Stabiiisierungsvorrichtung als Funktion der Geschwindigkeit der Änderung der Pumpenverdrängung veränderlichen !Druckmitteldruck zur Erhöhung der Stabilität beaufschlagt ist₀

Momentbegrenzer nach Anspruch 2₉ dadurch gekennzeichnet, daß mittels des- Schaltventils (38) die Wirkung der anderen am Steuerventil (30? 54-61) angreifenden Steuermittel überwindbar und das Antriebsmoment der Pumpe durch die"Veränderung der S¹UmPenverdrängung unabhängig von der Einstellung der anderen Steuermittel begrenzbar ist«

6ο Momentbegrenzer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnete, daß das Steuerventil als ein richtungssteuerndes Einstellventil (30? 54=61) ausgebildet ist, daß das Einstellventil einen axialbeweglichen Ventilkörper (31I 57) besitzt, daß in einer ersten axialen Endstellung des Ventilkörpers die Einstellvorrichtung (12) mittels des Einstellventils entsprechend der Einstellung der genannten anderen Steuermittel steuerbar ist₉ daß in einer, zweiten axialen Endstellung des Ventilkörpers mittels des Einstellventils und der Einstellvorrichtung die Pumpenleistung reduziert ist und daß der Ventilkörper durch eine Druckänderung als Folge der Betätigung des Schaltventils (38) in die zweite Endstellung bewegbar ist«,-

ο Momentbegrenzer nach Anspruch 6_S dadurch gekennzeichnet ₉ daß das Steuerventil aus einem kombinierten, von Hand betätigten und selbsttätigen verstell- und richtungssteuernden Einstell= ventil besteht, das eine von Hand betätigbare und mit Durch= trittsöffnungen versehene Hülse (55) und einen drehbaren^

- 19.«

4098 18/0379

ta

von einem Einstellmotor angetriebenen Ventilkörper (57) "besitzt, welcher infolge der Betätigung des Schaltventils (38) axial verschiebbar is.to

8. Momentbegrenzer nach Anspruch 5₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (38) einen auf den Lagerdruck ansprechenden Ventilstößel (39* 40) aufweist ₉ der sich an einem federbelasteten Ventilteil (41₉ 42) abstützt,? und daß die Federbelastung (439 44) zur Einstellung eines maximalen Moments mechanisch einstellbar ist₀

409 818/0379 ■

Leerseite