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Regelbare Sternkolbenpumpe Das aus einem Behälter angesaugte Öl ist
durch die Pumpe auf den für die Erzeugung der höchstnotwendigen Verstellkraft erforderlichen
Druck zu bringen. Das Drehmoment der für die Umwandlung der Ölenergie in Arbeitsleistung
verwendeten Motoren oder Kolben ist eine Funktion von Hubvolumen v und Druck p,
nämlich M = c ₧ v ₧ p. Je nach der Verstellgeschwindigkeit muß sich
die Drehzahl n bzw. Laufgeschwindigkeit des Verstellkolbens ändern, wodurch die
verbrauchte Ölmenge variabel bleibt, d. h., die angegebene Leistung X = c ₧
v ₧ p ₧ n der Pumpe muß der aufgenommenen Leistung der Verstellorgane
angepaßt werden. Verwendet man eine Pumpe konstanter Fördermenge v ₧ n, so
muß der Druck vermittels eines Überströmventils konstant gehalten werden und die
jeweils nicht benötigte Ölmenge über dieses Ventil abfließen. Der Pumpe konstanter
Fördermenge haftet aber nicht nur dieser Nachteil einer unwirtschaftlichen Betriebsweise
an, es wird darüber hinaus auch bei ihr ein wesentlicher Bruchteil der Ölenergie
in Wärme umgesetzt. In vielen Fällen sind die dann erforderlichen Ölkühler nicht
erwünscht, so daß eine Verwendung von Ölpumpen notwendig erscheint, deren Fördermenge
sich dem jeweiligen Verbrauch anpassen läßt. Solche Pumpen sind an sich bekannt.
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Bei einer der bekannten Pumpen eines Flüssigkeitsgetriebes, das aus
Pumpe und Motor besteht, erfolgt die Mengenregelung in Abhängigkeit vom Öldruck
der Pumpe durch einen druckbeaufschlagten Servokolben, dessen beide Steueröffnungen
durch
zwei Leitungen mit dem Servomotor verbunden sind. Da der Hilfssteuerkolben und Hauptsteuerkolben
der Sevoeinrichtung nicht mechanisch miteinander verbunden sind, ergibt sich der
Nachteil, daß der Regler pendelt, wenn seine Steuergeschwindigkeit nicht verhältnismäßig
gering ist, was andererseits gefährliche Druckspitzen bei plötzlichen Druckänderungen
hervorruft.
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Bei Flüssigkeitsgetrieben ist weiter bekannt, den Motorteil von einem
Zentrifugalregler zu beeinflussen, und zwar so, daß das Hubvolumen bei steigendem
Drehmoment vergrößert wird. Die Regelung des Motors erfolgt in Abhängigkeit vom
Drehmoment einer hydraulischen Meßdose, deren Druck auf einen federbelasteten Meßkolben
wirkt, der einen Servokolben verstellt. Der Meßkolben muß sowohl die Kräfte aufbringen,
um die Servoeinrichtung zu verstellen, als auch die Kräfte des Rückführungsgestänges
überwinden, so daß er ungenau arbeitet.
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Es ist auch bekannt, ein Flüssigkeitsgetriebe mit zwei Servoeinrichtungen
zu versehen. Durch die eine wird bei Überschreiten eines bestimmten Flüssigkeitsdruckes
der Pumpenhub über eine Leitung verringert, und zwar entgegen der Wirkung der zweiten
Servoeinrichtung, die über zwei Leitungen mit der Pumpe in Verbindung steht. Hier
sind beide Servosysteme nach Art eines Sicherheitsventils miteinander gekuppelt.
Die Pumpe wird durch den Flüssigkeitsdruck beeinflußt. Diese bekannte Einrichtung
ist sehr kompliziert und nicht geeignet, die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
zu lösen.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung wird ein Folgekolbensystem verwendet,
dessen Stellungsregler für die Pumpenexzentrizität von Hand verstellbar ist. Wird
der Höchstdruck überschritten, so werden die natürlichen Reaktionskräfte der Pumpe,
die nach der Nullmenge streben, dazu benutzt, das Folgekolbenstellungsregelsystem
durchgleiten zu lasen, wenn die Kräfte des Folgekolbens nicht mehr ausreichen. Damit
man diesen Druck variabel machen kann, wird der von einer Hilfspumpe erzeugte Hilfsdruck
in das Folgekolbenstellungssystem geleitet und durch ein Sicherheitsventil einstellbar
gemacht. Es handelt sich hier also um ein Stellungssystem mit Hilfsdruckspeisung,
das von den Reaktionskräften der Pumpe überdrückt werden kann.
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Bei einer anderenAnordnung wird dafür gesorgt, daß ein an die Förderleitung
angeschlossenes druckmäßigendes Absperrorgan den Weg des Öls zu einem Verstellkolben
freigibt, der die Pumpenfördermenge so lange verstellt, bis die ursprüngliche Druckerhöheung
wieder auf den Ursprungswert ausgeglichen ist, worauf dann das Absperrorgan die
Förderleitung zur Erzielung eines neuen Gleichgewichtes absperrt. Hier handelt es
sich also um eine reine Geschwindigkeitssteuerung. Es sind auch Pumpen bekannt,
deren Steuerung über einen Kraftverstärker von der Stellung eines oder mehrerer
Steuerschieber beeinflußt wird. Diese haben Nachteile, so können die Steuerschieber
meist nicht in der Nähe der Pumpe angeordnet werden; es ist eine Summierungseinrichtung
der einzelnen Schieberstellungen nötig, die bei mehr als zwei Schiebern sehr kompliziert
wird, und es muß eine Hilfspumpe vorgesehen sein.
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Es sind auch direkte Regler mit pneumatischer Feder bekannt, die auf
konstante Leistung regeln sollen. Die Hubverstellung der Pumpe wird also durch einen
vom Pumpendruck beaufschlagten, direkt wirkenden Kolbenregler bewirkt, dem ein elastisches
Mittel, das ein Luftkissen, eine Feder od. dgl. sein kann, entgegenwirkt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine durch ihre einfache Gestaltung und
betriebssichere Wirkungsweise besonders zweckmäßige Einrichtung zur Fördermengenregelung
von Sternkolbenpumpen mit einem unter dem Öldruck hinter der Pumpe und dem Druck
einer Feder stehenden Hilfskolben und einem von diesem beeinflußten, die Exzentrizität
der Pumpe in Abhängigkeit von deren Druckänderung verstellenden Kraftkolben, dessen
Kennzeichen darin besteht, daß der Hilfssteuerkolben in dem Kraftsteuerkolben, welcher
in an sich bekannter Weise in einem am Pumpengehäuse angebauten Reglergehäuse angeordnet
ist, axial verschiebbar ist, wobei Hilfssteuerkolben und Kraftsteuerkolben durch
die den Hilfssteuerkolben verstellende Federkraft schlüssig so miteinander verbunden
sind, daß die Spannung der Feder unter Zuhilfenahme eines Stiftes vom Hub des Kraftsteuerkolbens
abhängig ist und bei Verschiebung des Hilfssteuerkolbens entsprechend dem auf ihm
lastenden Öldruck seine steuernde Kante den Zufluß des Öls bzw. ein in ihm angeordneter
Abflußschlitz den Abfluß des Öls durch einen im Kraftsteuerkolben angeordneten Kanal
zum bzw. vom Druckölraum des Kraftsteuerkolbens ermöglicht. Zweckmäßig ist es, für
das durch den Abflußschlitz im Hilfssteuerkolben austretende Öl in an sich bekannter
Weise eine zum Pumpengehäuse führende Abflußleitung vorzusehen. Auch kann man einen
mit einem Rückschlagventil ausgerüsteten Leckölkanal vorsehen, über den bei durch
den Kraftsteuerkolben ganz oder teilweise abgeschalteter Fördermenge das durch die
Fliehkraftwirkung der Steuerpumpe vorgeförderte Öl zum Tank zurückfließt.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt Abb.
z einen Schnitt durch einen Regler gemäß der Erfindung, Abb. z eine schematische
Darstellung der gegenseitigen Anordnung von Sternkolbenpumpe in direktem Regler
und Verbraucher, Abb. 3 ein weiteres Beispiel der Anordnung des Reglers, Abb. q.
die Abhängigkeit der Drehzahl von Fördermenge und Öldruck, Abb. 5 ein Diagramm,
aus dem die Druckerhöhung in der Ansaugleitung infolge Vorförderwirkung hervorgeht.
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In dem Deckel des Pumpengehäuses einer Sternkolbenpumpe ist ein Regler
angebaut, wie er in
Abb. I schematisch wiedergegeben ist. Das von
der Pumpe geförderte Öl wird über eine in Abb. I nicht dargestellte Meßleitung einem
Stutzen I in einen unteren Druckölraum 2 zugeleitet. Von hier aus gelangt das Drucköl
über Kanäle 3, 4 in den Raum 5, wo es den Hilfssteuerkolben 6 beaufschlagt. Der
Hilfssteuerkolben ist über eine Kugel 7, einen Federteller 8 und eine Feder g gegenüber
einem unteren Federteller I0 abgestützt, es halten sich also Öldruck und Gegendruck
der Feder das Gleichgewicht. Der Federteller I0 sitzt auf einem übertragungsglied
i i, das an dem Laufring der Sternkolbenpumpe anliegt und diesen verstellt bzw.
verschiebt. In einer Bohrung I2 des mit einem Doppelschlitz I3 versehenen Übertragungsgliedes
II und einer Bohrung des Federtellers I0 ist ein Stift I4 angeordnet, der sich auf
einem den Doppelschlitz I3 durchgreifenden Steg I5 einer Abschlußplatte I6 abstützt.
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Mit steigendem Öldruck verschiebt sich der Hilfssteuerkolben 6 nach
unten und stellt eine Verbindung zwischen dem Druckkanal 3 und einem Steuerkanal
I7 her. Dadurch wird der Kraftkolben I8 an der Fläche I9 aus dem oberen Druckölraum
2o mit Druck beaufschlagt. Als Folge hiervon bewegt er sich so lange nach unten,
bis der Hilfssteuerkolben 6 den Steuerkanal I7 wieder abschließt. Bei sinkendem
Druck wird eine Verbindung des Kanals I7 mit dem gestrichelt angedeuteten Abflußschlitz
2I hergestellt, so daß sich der Kraftkolben 18 nach oben bewegt.
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Hebt oder senkt sich der Kraftkolben I8, so ändert sich die Spannung
der Feder g. Da das Heben und Senken des Kraftkolbens I8 aber eine Veränderung der
Pumpenförderungsmenge bedeutet und der Stift I4 feststeht, so ändert sich der eingestellte
Druck durch die veränderliche Federspannung in Abhängigkeit von der Förderungsmenge
der Pumpe.
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Um die Wirkung des Stiftes I4 zu erläutern, wird der Fall betrachtet,
bei dem ein Stift I4 nicht vorgesehen ist. In diesem Fall macht der untere Federteller
I0, wenn sich der Kraftkolben I8 bewegt, gegenüber diesem keine Relativbewegung,
er bewegt sich mit dem Kraftkolben I8 bzw. dem Übertragungsglied II, d. h., die
Federkraft ist unabhängig vom Hub des Kraftkolbens I8 und somit der Druck konstant.
Steht aber der Stift I4 fest, wie dies der Abb. 2 entspricht, so ändert sich der
Druck mit der Fördermenge.
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Durch entsprechende Ausführung des Hilfssteuerkolbens 6 ist es möglich,
die Regel- oder Steuergeschwindigkeit für den Hubregler so abzustimmen, daß auch
bei schnellen Laständerungen eine pendelfreie Veränderung des Pumpenhubes eintritt.
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In Abb.2 ist die gegenseitige Anordnung von Sternkolbenpumpe, indirektem
Regler und Verbraucher noch einmal schematisch dargestellt.
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Vom Öltank 22 geht eine Verbindungsleitung 23 zum Ansaugstutzen 24
der Sternkolbenpumpe 25. Von hier aus wird das Öl durch den Stern nach außen geschleudert
(Pfeil) und demzufolge mit erhöhtem Druck über einen schon einmal erwähnten Kanal
und die Leitung 26 dem Steuerzapfen 28 zugeführt, um den der Kolbenstern 2g rotiert.
Durch 30 ist auch hier wieder der Laufring angedeutet, der sich über die
Feder 3I, den Regler 32 und das Kipplager 33 abstützt. Vom Steuerzapfen 28 wird
das C51 über den Kanal 3 i einesteils dem Verbraucher 32 und andernteils dem Regler
32 zugeleitet.
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In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel angedeutet, bei dem der Regler
2g so seitlich am Gehäuse angebracht ist, daß das Übertragungsglied (Abb. 2) erst
über einen Umlenker 36 den Laufring 30 verstellt. Genau genommen drückt in diesem
Falle der Regler gegen eine Blattfeder, die den Läufer in die höchste Hubstellung
überführt. Bei steigendem Druck wird die Pumpe auf Null geregelt.
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In Abb. 4 ist der Zusammenhang zwischen Fördermenge O (1/min), Drehzahl
n (Umdr./min) und Öldruck p2 (in Atmospären) in der Verbraucherleitung wiedergegeben,
wie er sich beim Gebrauch der Regelung nach der Prüfung ergibt. Die außerdem eingezeichnete,
gegen die Ordinatenachse geneigt verlaufende Kurve stellt die Abschaltkurve dar.
Letztere zeigt, wie der am Regler eingestellte Drucksollwert je nach der Umdrehungszahl
n in bestimmtem Maße etwas überschritten wird.
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Es ist noch hervorzuheben, daß die Schleuderwirkung des Zylindersternes
zu einer Vorförderung des vom Tank angesaugten Öls führt. Entnimmt der Verbraucher
kein Öl, so wird dieses vorgeführte Öl über einen in den Abbildungen nicht näher
dargestellten Leckölkanal, der mit einem Rückschlagventil versehen ist, direkt dem
Tank zugeleitet. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei Fördermengen Null dauernd
eine Spülmenge durch die Pumpe fließt, so daß eine unzulässige Erwärmung verhindert
wird. Der Erfolg dieser Schaltung besteht also in einer Erhöhung des Ansaugdruckes
der Pumpe und in deren betriebssicherer Arbeitsweise bei der Fördermenge Null. Da
das Lecköl des Druckreglers ebenfalls dem Pumpengehäuse zufließt, so erfolgt hierdurch
eine weitere Erhöhung der Spülmenge.
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Wie durch die Vorförderwirkung der Sternpumpe der Druck p1 in der
Ansaugleitung erhöht wird, geht aus Abb. 5 .hervor, und zwar bezieht sich deren
Kurve a auf den Fall der nicht vorgesehenen Vorförderung und die Kurve b eben auf
den Fall der Vorförderung.