DE2101727A1

DE2101727A1 - Vorrichtung zur Regelung des Hubs hubveranderhcher Hydraulikpumpen

Info

Publication number: DE2101727A1
Application number: DE19712101727
Authority: DE
Inventors: Brian Paul Huyton Lancashire Jones (Großbntanmen)
Original assignee: Joseph Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1970-01-15
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1971-07-22
Also published as: GB1333742A; FR2075605A5; AU2434071A

Description

Vorrichtung zur Regelung des Hubs hubveränderlicher Hydraulikpumpen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Hubs hubveränderlicher Hydraulikpumpen in Abhängigkeit von Lasten, die an Einrichtungen angelegt sind, welche Leistung von den Pumpen erhalten

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer solchen Vorrichtung zu Regelung des Hubs in einer zweckmäßigen Form.

Die Erfindung besteht in einer servobetätigten Vorrichtung zur Rege lung des Hubs einer hubveränderlichen Hydraulikpumpe, und die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen doppelt-wirkenden Kolben, der auf der einen Seite mit einem Betriebsdruck beaufschlagbar ist, der von einem von der Pumpe kommenden Ausgangsdruck abgeleitet ist, einen Ventilstößel, der von einem ersten Drucksignal bewegbar ist, das von dem Ausgangsdruck abgeleitet ist und das mit dem Kolben zur Regelung des Drucks auf der anderen Seite zusammenwirkt, den Ventilstößel in Richtung entgegengesetzt zur Wirkungsrichtung des ersten Drucksignals drückende Spannmittel, wobei eine solche Anordnung vorgesehen ist, daß eine Erhöhung im ersten Drucksignal den Stößel so bewegt, daß der Druck auf der anderen Seite des Kolbens zur Erzeugung einer entsprechenden Verrringerung oder Erhöhung im Hub der Pumpe erhöht oder verringert wird, wobei der Kolben gegenüber dem Stößel in eine Gleichgewichtslage gedrückt wird, in der die entgegengesetzt wirkenden Kräfte am Kolben gleich sind, und auf ein zweites 25 004

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Drucksignal ansprechende Mittel zur Bewegung des Stößels gegen die Spannmittel zur Verringerung des Hubs der Pumpe.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 eine sehematische Darstellung einer Servoanordnung zum Andern

des Hubs einer Hydraulikpumpe und
Fig. 2 bis 5 sehematische Darstellungen von Vorrichtungen mit Pumpen, bei denen die in Fig. 1 gezeigte Anordnung eingesetzt ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 hat eine Hydraulikpumpe eine Anzahl von Axialkolben 10» die über Schuhe 11 an einer Taumelscheibe 12 angreifen. Die Taumelscheibe 12 sitzt auf einem Lagerzapfen (nicht dargestellt), um dessen Achse sie mit Hilfe eines Arms 13 bewegbar ist, der an einem Kolben I4 sitzt, welcher in einem Zylinder I5 verschiebbar ist. Die Pumpe weist zwei öffnungen (nicht dargestellt) und ein Freikolbenventil 16 auf, das Fließwege I7 und 16 hat, die jeweils mit der entsprechenden Öffnung verbunden sind. Ferner weist das Ventil 16 einen Fließweg 19 auf, der mit einem Ende des Zylinders 15 verbunden ist, so daß der Zylinder 15 jeweils mit derjenigen Pumpenöffnung in Verbindung steht, die unter dem höheren Druck steht, um den Kolben I4 nach links gemäß der Darstellung in Fig. 1 zu drücken. Die effektive Querschnittsfläche auf der £eite des Kolbens 14, die am Fließweg 17 liegt, ist gemäß der Darstellung kleiner als die effektive Querschnittsfläche auf der gegenüberliegenden :eite.

Der Kolben I4 hat eine Axialbohrung 32, die in eine Kammer j>P innerhalb der Pumpe führt. Der Kolben I4 weist eine Hülse 2b innerhalb der Bohrung J>2 auf, die Öffnungen 27 hat, welche durch die ..and des Kolbens 14 mit dem Zylinder 15 in Verbindung stehen. Ferner weist die Hülse 26 eine Ri ri^aiis nehmung 28 auf. L;in Ventilstößel 20 iüt innerhalb der Hülse 26 verschiebbar und hat einen Schaft i?1, mitteln dessen eine Feder 22 den Ventilstößel 20 in Hichtung nach linkt:! spannt.

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Der Ventilstößel 20 weist eine Schulter 23 auf, die innerhalb einer Kammer 24 sitzt. Die Kammer 24 ist über einen Fließweg 25 mit dem Fließweg 19 verbunden.

Eine Hülse 34 ist am Ventilstößel 20 befestigt und kann in Anlage an gegenüberliegenden Enden einer Kammer 35 innerhalb des Kolbens 14 gelangen, um die axiale Bewegung des VentilstSßels 20 gegenüber dem Kolben 14 zu begrenzen. Fließwege 38 ermöglichen eine Verbindung zwischen der Kammer 35 imd dem Ende des Zylinders 15» das vom Fließweg 19 entfernt liegt. Der Ventilstößel 20 weist ferner eine axiale Kammer 29 auf, von der aus zwei Querkanäle 30 und- 31 zur Außenseite des Ventilstößels 20 öffnen. Dabei ist eine solche Anordnung vorgesehen, daß der Kanal 30 gleichzeitig mit der Öffnung 27 und der Kammer 35 in ' < Verbindung stehen kann, und in diesem Zustand ist die Ausnehmung 28 ™ in der Hülse 26 von der Bohrung 32 getrennt, steht aber mit dem Kanal 31 in Verbindung. Ferner ist die Anordnung so vorgesehen, daß dann, wenn der Ventilstößel 20 ausreichend weit gewandert ist, um eine Verbindung zwischen der Ausnehmung 28 und er Bohrung 32 herzustellen, der Kanal 50 nur mit der Kammer 35 in Verbindung steht. Ein Kolben 36, der koaxial zum Ventilstößel 20 angeordnet ist, greift am Schaft 21 an und wird von einem Drucksignal beaufschlagt, das in eine Kammer 37 in einer noch zu beschreibenden Weise gelangt.

Im Betrieb steht die Kammer 33 immer unter Niederdruck. Ein Drucksignal, das von der Hochdrucköffnung der Pumpe stammt, wird über das Ventil 16 dem Zylinder I5 zugeleitet, um die Taumelplatte 12 in Richtung A auf eine Lage größten Hubs zu drücken. Das gleiche Signal wird über den Fließweg 25 zur Schulter 23 geleitet, um den Ventilstößel nach rechts in Richtung auf eine Lage zu drücken, in der die Kraft als Folge der Druckbeaufschlagung der Schulter 23 durch die Feder 22 ausgeglichen wird. Wenn der Kanal 30 sowohl mit der Öffnung 27 als auch mit der Kammer 35 in Verbindung steht, wandert der Kolben I4 nach rechts, bis die Ausnehmung 28 mit der Bohrung 32 in Verbindung steht, und der entstehende Druckabfall in der Kammer 35 bewirkt eine Wanderung des Kolbens 14 gegenüber dem Ventilstößel 20 in die in der Zeichnung dargestellte Lage, und .in dieser Relativlage herrscht ein Kräfte-

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ausgleich. Der Kolben 14 folgt jeder anschließenden !Bewegung des Ventilstößels 20. Ein Anstieg oder ein Abfall im Druck im Fließweg 25 bewirkt ein Wandern des Ventilstößels 20 und des Kolbens 14 nach rechts bzw. links, um jeweils den Hub der Pumpe zu vergrößern oder zu verkleinern. Vorzugsweise sind die Abmessungen des Ventilstößels 20 so gewählt, daß das Produkt des Drucks in der Hochdrucköffnung und des Hubs der Kolben 10 im wesentlichen konstant bleibt. Der Leistungsausgang der Pumpe und folglich die Last an einem Antrieb, der zum Antreiben der Pumpe verwendet wird, bleibt also im wesentlichen konstant.

Wenn die Kammer 37 mit einem Drucksignal beaufschlagt wird, bewegt der Kolben 36 den Ventilstößel 20 aus einer kräfteausgeglichenen Lage in eine Richtung, in der eine Bewegung des Kolbens 14 erfolgt, um den Hub der Pumpe zu verkleinern.

Das in Fig. 2 gezeigte System weist eine Pumpe 40 und eine Servoanordnung 41 auf, wie sie in wesentlichen zuvor beschrieben worden ist. Der PuBpenausgang 42 ist ait der Servoanordnung 41 über den Fließweg 19 verbunden, wie das beschrieben worden ist. Der Fließweg 19 ist über ein Druckminderventil 43 ait der Kammer 37 verbunden.

Ein Drosselstelle 51 ist in eine Leitung 52 zwischen der Kammer 37 und Niederdruck geschaltet. Die Drosselstelle 51 ist so vorgesehen, daß an ihr ein sehr großes Druckgefälle herrscht» so daß der Druck in der Kammer 37 nicht nennenswert beeinflußt wird.

Bei Drücken innerhalb des Austritts 42, die unter den Drücken liegen, bei denen das Ventil 43 wirksam wird, vergrößert oder verkleinert die Servoanordnung den Hub der Pumpe 40 bei einer entsprechenden Abnahme oder Erhöhung im Druck am Austritt 42. Die Servoanordnung 41 ist eine Anordnung konstanter Leistung, wie das beschrieben worden ist, so daß die Pumpe 40 nicht bis zu einem Null-Hub herabgeregelt wird. Dementsprechend wird also bei einem Solldruck das Ventil 43 wirksam, und der Druckanstieg in der Kammer 37 bewirkt, daß die Pumpe 40 keinerlei Hub

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mehr hat. Wenn das Ventil 43 geschlossen ist, fällt der Druck in der Kammer 37 über die Leitung 52 und die Drosselstelle 51 ab. Sie Pumpe 40 weist zwischen dem Einlaß und dem Auslaß eine Oberströmventilanordnung auf, die bei einem Solldruck im Auslaß 42 wirksam wird, um die beiden Öffnungen miteinander zu verbinden. Der Druck, bei dem die Überströmventilanordnung wirksam wird, ist höher als derjenige, bei dem das Ventil 43 wirksam wird.

Das in Fig. 3 gezeigte System weist zwei Pumpen 40 und zugehörige Servoanordnungen 41 auf, deren Ausbau im wesentlichen wie beschrieben ist. Die Pumpenaustritte 42 sind über identische Durchfluß-Drosselstellen 44 und 45 miteinander verbunden. Die Fließwege 19 sind mit einem Punkt zwischen den Drosselstellen 44 und 45 verbunden. Eine dritte Pumpe 46 hat einen Austritt 47» von dem aus Verbindungen 48 und 49 mit den Kammern 37 ä.ex jeweiligen Servoanordnung 4I über ein Rückschlagventil 53 bestehen. Die Pumpe 46 hat eine unabhängige zugehörige Hubsteuerung (nicht dargestellt), und alle Pumpen 40 und 46 werden von einem einzigen Antrieb angetrieben. Ein Überströmventil bzw. Druckminderventil 43 ist wie zuvor zwischen die Fließwege I9 und die Kammern 37 geschaltet. Die Kammern 37 sind ebenfalls wie zuvor mit Niederdruck über eine Drosselstelle 5I verbunden.

Im Betrieb sprechen die Servoanordnungen 4I auf einen Druckanstieg im Austritt 47 an» um die Hubwege der Pumpen 40 zu verkleinern und damit die Last am Antrieb zu verringern, während der Leistungsausgang der Pumpe 46 beibehalten wird. Die Hübe der Pumpe 40 ändern sich ebenfalls, wie beschrieben, entsprechend dem Mittel der Drücke in den Austritten 42. Das Ventil 43 arbeitet wie zuvor, um die Pumpen 40 keinen Hub ausführen zu lassen, und zwar bei Drücken in den Leitungen 42, die über einem Sollwert liegen. Der Ausgang der Pumpe 46 bleibt im wesentlichen unverändert.

Ein System dieser Art eignet sich besoriders für Vorrichtungen, bei denen eine Vielzahl angetriebener systeme vorgesehen sind, wobei es bei einem davon erforderlich ist, die volle Leistung aufrechtzuerhalten.

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Es versteht sich, daß in einem solchen System eine oder jede beliebige Anzahl von Pumpen 40 zusammen mit einer Pumpe A6 vorgesehen sein können, wobei die Beschränkung in der Fähigkeit des Antriebs liegt, die Pumpen anzutreiben.

Das in Fig. 4 gezeigte System besteht im wesentlichen aus zwei der in Fig. 2 gezeigten Systeme, mit der Maßgabe, daß die Austritte 42 der Pumpen 40 durch identische Drosselstellen 44 und 45 miteinander verbunden und die Fließwege I9 mit einem Punkt zwischen den Drosselstellen 44 und 45 verbunden sind. Die Pumpen 40 werden von einem einzigen Antrieb angetrieben. Die Druckminderventile 43 sind zwischen die Austritte 42 und die zugehörigen Kammern 37 geschaltet, wie das zuvor schon der Fall war. Die Servoanordnungen 4I sprechen auf das Mittel der Drücke in den Austritten 42 an. Die Drosselstellen 44 und 45 wirken als eine summierende Verbindung, und der Gesamtleistungsausgang der Pumpen 40 bleibt im wesentlichen konstant. Bei Solldrücken in den Austritten 42 werden die Ventile 43 wirksam, um wie zuvor zu einer Beseitigung des Hubs der Pumpen 40 zu führen.

Das in Fig. 5 gezeigte System weist eine Pumpe 40, eine Servoanordnung Al, ein Druckminderventil 45 und eine Drosselstelle 51 auf, die gemäß der Darstellung in Fig. 2 angeordnet sind. Ein zusätzliches Stellglied 54 mit einem Kolben 55 und einer Kammer 58 ist mit der Anordnung 41 derart verbunden, daß der Kolben 55 in einer Flucht mit dem Kolben 36 liegt. Der Kolben 36 weist einen Schaft 56 auf, der sich aus der Einheit 4I herauserstreckt, damit der Kolben 55 daran angereifen kann. Eine Pumpe 57t die vom selben Antrieb wie die Pumpe 40 angetrieben ist, hat eine unabhängige Hubregelung (nicht dargestellt) und einen Austritt 59· Der Austritt 59 ist über ein Rückschlagventil 60 mit der Kammer 58 verbunden. Die Kammer 58 ist über eine Drosselstelle 61 mit der Niederdruckseite verbunden.

Im Betrieb spricht dann, wenn die Last an der Pumpe 40 unter dem Wert liegt, bei dem das Druckminderventil 43 wirksam wird, das Stellglied 54 auf einen Druckanstieg im Austritt 59 an, um den Hub der Pumpe 40

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zu verkleinern, wobei der Leistungsausgang der Pumpe 57 i^m wesentlichen konstant bleibt. Das System ist damit für Vorrichtungen anwendbar, bei denen eine Pumpe einen vollen Leistungsausgang beibehalten muß, während die Gesamtlast an einem Antrieb begrenzt wird. Es versteht sich, daß dieses System so abgewandelt werden kann, daß es eine Anzahl von Pumpen 40 enthält. Dabei können die Austritte der Pumpen 40 miteinander verbunden sein, wie das im Zusammenhang mit Fig. 3 4 beschrieben worden ist.

Patentansprüche

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Claims

Pat entansprüche

\1J Servobetätigte Vorrichtung zur Regelung des Hubs einer hubveränderlichen Hydraulikpumpe, gekennzeichnet durch einen doppelt-wirkenden Kolben (H), der auf der einen Seite mit einem Betriebsdruck beauf-BChlgabar ist, der von einem von der Pumpe kommenden Ausgangsdruck abgeleitet ist, einen Ventilstößel (20), der von einem ersten Drucksignal bewegbar ist, das von dem Ausgangsdruck abgeleitet ist und das mit dem Kolben (14) zur Regelung des Drucks auf der anderen Seite zusammenwirkt, den Ventilstößel (20) in Richtung entgegengesetzt zur Wirkungsrichtung des ersten Drucksignals drückende Spannmittel (22), wobei eine solche Anordnung vorgesehen ist, daß eine Erhöhung im ersten Drucksignal den Stößel (20) so bewegt, daß der Druck auf der anderen Seite des Kolbens (14) zur Erzeugung einer entsprechenden Verringerung oder Erhöhung im Hub der Pumpe erhöht oder verringert wird, wobei der Kolben (Η) gegenüber dem Stößel (20) in eine Gleichgewichtslage gedrückt wird, in der die entgegengesetzt wirkenden Kräfte am Kolben (14) gleich sind, und auf ein zweites Drucksignal ansprechende Mittel (56) zur Bewegung des Stößels (20) gegen die Spannmittel (22) zur Verringerung des Hubs der Pumpe.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (20) in einem Kern (26) des Kolbens (I4) verschiebbar ist und Mittel (34) zur Begrenzung der axialen Bewegung des Stößels (20) gegenüber dem Kolben (14) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite des Kolbens (14) über den Ventilstößel (20) entweder mit der einen Seite des Kolbens (14) oder mit einer Niederdruckzone in Verbindung Bteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Querechnitteflache der einen Seite des Kolbens (14) kleiner als die effektive Querschnittsfläche der anderen Seite ist.

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5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die auf das zweite Drucksignal ansprechenden Mittel (36) durch einen Hilfskolben gebildet sind, der in einer Funktionsverbindung mit dem Ventilstößel (20) steht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt des Hubs der Pumpe und des Ausgangsdrucks bei Fehlen des zweiten Drucksignals im wesentlichen konstant gehalten ist.
7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel (22) durch eine Feder gebildet sind und daß der Ventilstößel (20) mit einer Schulter (23) versehen ist, die vom ersten Drucksignal beaufschlagbar ist, wobei der Ventilstößel (20) einen Schaft (21) auf- m weist, mit dem die Feder: (22) zusammenwirkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die auf das zweite Drucksignal ansprechenden Mittel (36) durch einen Hilfskolben gebildet sind, der in einer axialen Flucht mit dem Schaft (21) liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ^kennzeichnet durch ein Druckminderventil, das bei einem Sollwert des Ausgangsdrucks zur Bildung des zweiten Drucksignals wirksam wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine Druekmit- \ tel-Drosselstelle (51)» mittels derer die auf das zweite Drucksignal ™ ansprechenden Mittel (36) mit einem Niederdruck in Verbindung stehen.
11. Servoregelung, bestehend aus einer Anzahl hubveränderlicher Hydraulikpumpen und zugehörigen Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt (42) der jeweiligen Pumpe (40) über eine Durchfluß-Drosselstelle (44,45) mit einem gemeinsamen Punkt verbunden ist, der mit einer Seite des jeweiligen doppeltwirkenden Kolbens (Η) in Verbindung steht.

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12. Servoregelung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein einziges Druckminderventil (43)» das bei einem Sollwert des Drucks am gemeinsamen Punkt zur Erzeugung des zweiten Drucksignals für die jeweilige Vorrichtung (41) wirksam wird.
13. Servoregelung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine weitere Pumpe (46), deren Ausgang (47) niit den auf das zweite Drucksignal ansprechenden Mitteln (36) in der jeweiligen Vorrichtung (4I) verbunden ist, und ein Rückschlagventil (53)» durch das das Druckmittel nur von der weiteren Pumpe (46) zu den Vorrichtungen (4I) fließen kann.

14· Servoregelung, bestehend aus einer hubveränderlichen Hydraulikpumpe und einer Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch eine weitere Pumpe (57)» ein auf den Ausgangsdruck der weiteren Pumpe (57) ansprechendes Stellglied (54) zur Bewegung des Ventilstößeis (20) der Vorrichtung (4I) zur Verkleinerung des Hubs der ersten Pumpe (40)» eine Durchfluß-Drosselstelle (61) zwischen dem Stellglied (54) und der Efiederdruekzone und ein Rückschlagventil (60) zwischen dem Ausgang der zweiten Pumpe (57) und d-em Stellglied (54)» durch das Druckmittel nur von der weiteren Pumpe (57) zu» Stellglied (54) fließen kann.

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