Fördermengen-Regeleinrichtung für eine verstellbare Hydropumpe

Abstract

 Es wird eine Drehmomenten-Regeleinrichtung für eine verstellbare Hydropumpe beschrieben, weiche von einer Fördermengeneinstelleinrichtung ausgeht, bei der die Fördermengeneinstellung in Abhängigkeit von dem Förderdruck der Hydropumpe und einem Druck in einer Betriebsdruck-Steuerleitung bestimmt ist. Dazu ist ein Momentenventil vorgesehen, dessen Schließkraft von einer Meßfeder/ Meßfedersatz bestimmt ist, die/der mit dem Pumpenstellglied verbunden ist und in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung vorgespannt wird. Dabei verbindet das Momentenventil die Betriebsdruck-Steuerleitung in Abhängigkeit vom Druck in der Betriebsdruck-Steuerleitung und der Vorspannung der Meßfeder mit dem drucklosen Ablauf. Das Momentenventil kann als gesonderte Baugruppe an der Hydropumpe befestigt werden und die Regelcharakteristik kann durch Einstellung der Meßfeder von außen verändert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomenten-Regeleinrichtung für eine verstellbare Hydropumpe mit einem hydraulischen Servostellgerät zur stufenlosen Einstellung der Pumpenfördermenge, wobei die Fördermengeneinstellung in Abhängigkeit von dem Förderdruck der Hydropumpe und einem Druck in einer Betriebsdruck-Steuerleitung bestimmt ist, und bei der das Stellgerät eine das Pumpenstellglied in Richtung maximaler Fördermenge stellende Feder enthält und mindestens einen auf das Pumpenstellglied in Richtung einer Fördermengenverringerung wirkenden Kolben aufweist, dessen Kolbenfläche über ein hydraulisch betätigtes Steuerventil mit dem Förderdruck beaufschlagbar oder mit dem Ablauf verbunden ist, und die Betätigung des Steuerventiles durch den Druck in der Betriebsdruck-Steuerleitung erfolgt.

[0002] Zweck eines Momentenreglers ist es, das Aufnahmemoment einer Hydropumpe konstant zu halten. Es gilt die Beziehung, daß das Produkt aus Betriebsdruck und Hubvolumen der Pumpe konstant sein muß. Ein Maß für das Hubvolumen einer H^ydro- pumpe ist die Stellung des die Pumpenfördermenge einstellenden Pumpenstellgliedes.

[0003] Eine Fördermengen-Regeleinrichtung der eingangs genannten Art, die auch mit einer Momentenregelung kombiniert sein kann, ist beispielsweise aus der, DE-AS 15 28 55o bekannt. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fördermengen-Einstelleinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß zusätzlich eine Momentenregelung geschaffen ist.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß ein Momentenventil vorgesehen ist, dessen Schließkraft von einer Meßfeder/Meßfedersatz bestimmt ist, die/der mit dem Pumpenstellglied verbunden ist und in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung vorgespannt wird und das Momentenventil die Betriebsdruck-Steuerleitung in Abhängigkeit vom Druck in der Betriebsdruck-Steuerleitung und der Vorspannung der Meßfeder mit dem drucklosen Ablauf verbindet.

[0005] Leistungsregeleinrichtungen mit Momentventilen, die einerseits von einem durch das Pumpenstellglied vorgespannten Meßfedersatz und andererseits von einem dem Betriebsdruck der Pumpe proportionalen Druck beaufschlagt sind, sind ansich aus der DE-AS 2o 38 968 bekanntgeworden. Die Einstellung der Momentenkennlinie erfolgt bei dieser bekannten Regelung über ein Drosselsystem durch Absenken des Betriebsdruckes, welcher auf das Momentenventil wirkt. Dies führt zu erheblichen Verlusten. Weitere Verluste treten dadurch ein, daß bei Ausschwenkung der Pumpe das Stellmittel vor der Kolbenfläche im Stellgerät über eine Drossel verdrängt werden muß.

[0006] Demgegenüber ist bei der vorliegenden Erfindung dem Momentenventil das als Druckwaage wirkende, primär der Fördermengeneinstellung dienende Steuerventil nachgeschaltet. Dies hat den Vorteil, daß unterhalb der ansprechenden Momentenregelung am Momentenventil die Förderstromeinstellung unbeeinflußt bleibt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß kurze Ausschwenkzeiten (Einstellzeiten für die Pumpe auf maximale Fördermenge) ermöglicht sind, da der Stellkolben des Stellgerätes unmittelbar mit dem Ablauf verbunden werden kann. Trotzdem ist eine verlustarme Regelung gegeben, da im Gegensatz zum genannten Stand der Technik, DE-AS 2o 38 968, die Momentenkennlinie nicht durch ein Drosselsystem durch Absenken des Betriebsdruckes festgelegt wird, sondern ausschließlich durch Veränderung der Federvorspannung am Momentventil, das heißt durch Auslegung der Meßfeder bzw. des Meßfedersatzes.

[0007] Die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des Momentenventiles in einer Fördermengenregelung gestattet es in weiterer Ausbildung der Erfindung, daß das Momentenventil als gesonderte Baugruppe an der Hydropumpe befestigt werden kann und ein Mitnehmerstift des Pumpenstellgliedes am Momentenventil zur Änderung der Vorspannung der Meßfeder/Meßfedersatzes in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung angreift. Ein solches Momentenventil kann für Pumpen unterschiedlicher Größe und Leisung verwendet werden, wobei diese Pumpen lediglich im Verstellweg für das Pumpenstellglied übereinstimmen müssen, also beispielsweise im Schwenkwinkel bei verstellbaren Schrägachsenpumpen. Eine zweckmäßige Ausgestaltung eines solchen Momentenventiles sind in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet.

[0008] Da bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Momentenkennlinie allein durch Auslegung der Charakteristik der Meßfeder bzw. des Meßfedersatzes bestimmt ist, ergibt sich eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung, wenn im Momentenventil der Anschlag für die Meßfeder/Meßfedersatz mittels einer Handhabe von außen einstellbar ist. Durch die von außen einstellbare Meßfeder bzw. Meßfedersatz können beliebig viele unterschiedliche Momentenkennlinien vorgewählt werden und auch während des Betriebes eingestellt bzw. verstellt werden, was besonders bei der optimalen Anpassung des Pumpenmomentes an das Moment der die Pumpe antreibenden Antriebsmaschine von Vorteil ist. Eine schnelle Anpassung an beliebige Anwendungsfälle ist ermöglicht.

[0009] In weiterer Ausbildung kann zweckmäßig der Anschlag im Momentenventil stirnseitig am Ventilgehäuse angeordnet und für den Austausch der Meßfeder/Meßfedersatzes lösbar sein.

[0010] In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist die Momentenregeleinrichtung auch als Summenregelung für zwei oder mehrere antriebsseitig mechanisch gekoppelte Hydropumpen geeignet, wenn erfindungsgemäß daß das Schließglied des Momentenventiles jeder Pumpe von der Summe des Druckes in der Betriebsdruck-Steuerleitung der einzelnen Pumpe und dem Druck in der Betriebsdruckleitung der anderen Pumpe/Pumpen beaufschlagt ist und daß jedes Momentenventil die Betriebsdruck-Steuerleitung seiner Pumpe in Abhängigkeit vom Summen-Betriebsdruck und der Vorspannung seiner Meßfeder mit dem drucklosen Ablauf verbindet. Dazu weisen die Schließglieder der Momentenventile mehrere Meßflächen auf, die parallel wirken und jeweils vom Betriebsdruck einer der Pumpen beaufschlagt sind.

[0011] Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung für eine Hydropumpe,

Figur 2 schematisch im Schnitt und im Ausschnitt ein auf einer Hydropumpe angebrachtes Momentenventil gemäß der Erfindung,

Figur 3 schematisch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung für zwei antriebsseitig gekoppelte Hydropumpen, und

Figur 4 schematisch im Ausschnitt und in vergrößerter Darstellung das Momentenventil mit einem Schließglied mit mehreren Meßflächen.

[0012] Die Hydropumpe 1 wird über die Welle 2 durch einen nicht- dargestellten Antrieb angetrieben. Handelt es sich bei der Hydropumpe 1 beispielsweise um eine verstellbare Axialkolbenpumpe, besteht das Pumpenstellglied aus einem Schwenkglied 3, dessen Schwenkwinkel α dem Hubvolumen der Hydropumpe 1 proportional ist. Das nicht näher dargestellte Servostellgerät zur Einstellung des Schwenkwinkels α umfaßt eine Feder 4 und einen druckbeaufschlagbaren Stellkolben 5, wobei die Feder 4 die Hydropumpe 1 in Richtung maximalem Schwenkwinkel α , das heißt maximalem Fördervolumen einstellt. Ein Stellkolben 6 des Stellgerätes, der auch mit dem Kolben 5 funktionell vereinigt sein kann, übernimmt die Rückstellfunktion in Richtung kleinerer Schwenkwinkel α. Seine Kolbenfläche ist wesentlich größer als die des Stellkolbens 5. Der-auf den Kolben 6 wirkende Steuerdruck in der Leitung 7 wird über ein Steuerventil 8 und die Leitung 9 von der Förderdruckleitung 1o der Hydropumpe 1 abgenommen. Mit dem Steuerventil 8 in Reihe liegt ein übliches Druckbegrenzungsventil 11. Das Steuerventil 8 ist als Druckwaage ausgebildet und einerseits vom Förderdruck beaufschlagt und andererseits von einem Steuerdruck in der Betriebsdruck-Steuerleitung 12, welche den Betriebsdruck der Hydropumpe 1 hinter einer den Steuerstrom begrenzenden Drossel 13 von der Betriebsdruckleitung 14 nach einer gegebenenfalls verstellbaren Förderstromdrossel 15 abnimmt.

[0013] Ein Momentenventil 16 ist einerseits vom Druck in der Steuerleitung 12 beaufschlagt und andererseits von einer Meßfeder bzw. Meßfedersatz 17, dessen Vorspannung durch die Stellung des Kolben 6 bzw. des _Pumpenstellgliedes 3 bestimmt ist. Das Momentenventil 16 kann die Steuerleitung 12 mit dem drucklosen Ablauf 18 verbinden.

[0014] Erreicht der Betriebsdruck in der Steuerleitung 12 den am Momentenventil 16 eingestellten Wert, so daß dieses beginnt zum Ablauf zu öffnen, entsteht über die Drossel 13 ein Druckgefälle am Steuerschieber des,Steuerventiles 8. Der Steuerschieber wird in die Schaltposition II verschoben und versorgt den Kolben 6 mit Steuerdruck, so daß dieser bestrebt ist, das Stellglied 3 der.Hydropumpe 1 in Richtung kleinerer Fördermengen zu verstellen. Dabei wird die Meßfeder 17 bzw. der Meßfedersatz des Momentenventiles 16 vorgespannt. Die Meßfedern bzw. der Meßfedersatz ist in ihrer Federcharakteristik so ausgebildet, daß je nach Vorspannung eine Hüllkurve in der theoretisch gewünschten Leistungshyperbel entsteht. Einem definierten Betriebsdruck in der Leitung 1o entspricht ein vorgegebener Schwenkwinkel α . Die Fördermengeneinstellung der Hydropumpe 1 in dem Bereich, in welchem die Momentenregelung, das heißt das Momentenventil 16'noch nicht angesprochen hat, erfolgt in üblicher Weise über die Fördermengeldrossel 15 und bedarf keiner besonderten Erläuterung.

[0015] In Figur 2 ist eine Ausführungsform eines Momentenventiles 16 in seiner Zuordnung zu dem schwenkbaren Pumpenstellglied einer Schrägachsen-Axiälkolbenpumpe dargestellt. Die Pumpe ist im einzelnen nicht näher erläutert. Das schwenkbare Stellglied weist einen in das Momentenventil 16 ragenden Mitnehmerstift 2o auf. Das Momentenventil 16 ist bei der gezeigten Ausführungsform als in einem Ventilgehäuse 21 angeordnetes Sitzventil ausgebildet mit einem Ventilkegel 22 als Schließglied, welches von einem aus den Federn 23 und 24 gebildeten Meßfedersatz 17 beaufschlagt ist. Der Ventilsitz für den Ventilkegel 22 ist an einem in dem Ventilgehäuse 21 verschiebbar angeordneten Ventilkörper 25 ausgebildet, an welchem der Mitnehmerstift 2o des Pumpenstellgliedes angreift. Der Ventilkörper ist von einer Feder 26 beaufschlagt, welche im Ventilgehäuse 21 abgestützt ist und den Ventilkörper 25 formschlüssig mit dem Mitnehmerstift 2o in Eingriff hält. Die Feder 23 des Meßfedersatzes 17 ist an einem Anschlag 27 abgestützt und die Feder 24 an einer Stellschraube 28 in dem Anschlag 27.

[0016] Der Anschlag 27 ist stirnseitig in das Ventilgehäuse 21 eingeschraubt. Durch die Drehstellung des Anschlages 27 ist die Vorspannung des Meßfedersatzes 17 und damit die Lage der gewünschten Momentenkennlinien sowie der Ansprechpunkt des Momentenventiles 16 einstellbar. Dazu weist der Anschlag 27 eine Handhabe 29 auf. Der Verlauf der Momentenkennlinien bzw. der Federcharakteristik kann durch Veränderung der Vorspannung der Feder 24 mit Hilfe der Stellschraube 28 erfolgen.

[0017] Der in der Betriebsdruck-Steuerleitung 12 anstehende Druck wirkt durch den Kanal 3o in dem Ventilkörper 25 auf das Schließglied 22 gegen die Kraft des Meßfedersatzes 17. Die Weite des Ventilsitzes bestimmt dabei die für den Druck in der Leitung 12 wirksame Meßfläche am Schließglied 22. Übersteigt die durch den Druck in der Leitung 12 auf die Meßfläche ausgeübte Kraft die Vorspannkraft des Meßfedersatzes 17, hebt der Ventilkegel des Schließgliedes 22 vom Ventilsitz im Ventilkörper 25 ab und öffnet die Steuerleitung,32 zum drucklosen Ablauf, gebildet durch den Innenraum 31 des fest mit der Hydropumpe verbundenen Ventilgehäuses 21, wobei der Innenraum 31 mit dem drucklosen Innenraum 32 der Hydropumpe in Verbindung steht.

[0018] Durch die Bewegung des Pumpenstellgliedes in Richtung kleinerer Fördermengen bewegt der Mitnehmerstift 2o den Ventilkörper 25 in Figur 2 nach rechts gegen das Schließglied 22 und erhöht damit die Vorspannung des Federsatzes 17 entsprechend dem gewünschten Verlauf der Momentenkennlinie.

[0019] In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Regeleinrichtung als Summenmomentenregelung für zwei Hydropumpen 33, 34 dargestellt, deren Antriebswellen direkt oder über ein entsprechendes Verteilergetriebe 35 (nur schematisch durch einen Strich angedeutet) von einer gemeinsamen nicht dargestellten Antriebsmaschine angetrieben werden. Die Regeleinrichtungen für die einzelnen Pumpen entsprechen der in Figur 1 dargestellten Regeleinrichtung. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert. Lediglich die in Figur 1 mit 16 bezeichneten Momentenventile sind hier als Summenmomentenventile 36 ausgebildet und unterscheiden sich von dem Momentenventil 16 dadurch, daß das Schließglied 22 gemäß Figur 4 eine zusätzliche Meßfläche 37 aufweist. Auf diese Meßfläche 37 wirkt jeweils über eine Steuerleitung 38, 39 der Betriebsdruck der anderen Pumpe. Das Ansprechen, das heißt öffnen der _Momentenventile 36 für das Steuerdruckmittel in den Leitungen 12 zum drucklosen Ablauf erfolgt somit in Abhängigkeit von der Summe der Betriebsdrücke. Solche Regelungen sind zum Beispiel erforderlich, wenn zwei Hydropumpen von einer gemeinsamen Antriebswelle oder über ein Verteilergetriebe angetrieben werden und die Summe beider Aufnahmemomente der Pumpen das Antriebsmoment nicht überschreiten darf.

Ansprüche

1. Drehmomenten-Regeleinrichtung für eine verstellbare Hydropumpe mit einem hydraulischen Servostellgerät zur stufenlosen Einstellung der Pumpenfördermenge, wobei die Fördermengeneinstellung in Abhängigkeit von dem Förderdruck der Hydropumpe und einem Druck in einer Betriebsdruck-Steuerleitung bestimmt istund bei der das Stellgerät eine das Pumpenstellglied in Richtung maximaler Fördermenge stellende Feder enthält und mindestens einen auf das Pumpenstellglied in Richtung einer Fördermengenverringerung wirkenden Kolben aufweist, dessen Kolbenfläche über ein hydraulisch betätigtes Steuerventil mit dem Förderdruck beaufschlagbar oder mit dem Ablauf verbunden ist, und die Betätigung des Steuerventiles durch den Druck in der Betriebsdruck-Steuerleitung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein _Momentenventil (16, 36) vorgesehen ist, dessen Schließkraft von einer Meßfeder/ Meßfedersatz (17) bestimmt ist, die/der mit dem PumpenStellglied (3) verbunden ist und in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung vorgespannt wird und das Momentenventil (16, 36) die Betriebsdruck-Steuerleitung (12) in Abhängigkeit vom Druck in der Betriebsdruck-Steuerleitung (12) und der Vorspannung der Meßfeder (17) mit dem drucklosen Ablauf (18) verbindet.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Steuerventil (8) und das Momentenventil (16) bzw. deren Schließglieder wirkende Druck in der-Betriebsdruck-Steuerleitung (12) als Druck hinter einer Drossel (13) in der von der Betriebsdruckleitung (14) der Pumpe (1) abzweigenden Steuerleitung abgenommen ist und aufstrom der Abzweigung der Steuerleitung (12) eine gegebenenfalls veränderbare FörderstromDrossel (15) in der Betriebsdruckleitung vorgesehen ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Momentenventil (16, 36) als gesonderte Baugruppe an der Hydropumpe (1) befestigt ist und ein Mitnehmerstift (2o) des Pumpenstellgliedes am Momentenventil (16, 36) zur Änderung der Vorspannung der Meßfeder/ Meßfedersatzes (17) in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung angreift.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Momentenventil (16) als Sitzventil ausgebildet ist, bei dem das als Ventilkegel ausgebildete Schließglied (22) von der Meßfeder bzw. dem Meßfedersatz (17) beaufschlagt ist, die/der sich anderseits an einem verstellbaren Anschlag (27) im Ventilgehäuse (21) abstützt, und bei dem der Ventilsitz in einem verschiebbaren Ventilkörper (25) angeordnet ist, an welchem der Mitnehmerstift (2o) angreift.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (25) von einer Feder belastet ist, welche ihn in formschlüssiger Anlage an dem Mitnehmerstift (2o) hält.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (27) für die Meßfeder/Meßfedersatz mittels einer Handhabe (29) von außen einstellbar ist.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (27) stirnseitig am Ventilgehäuse (21) angeordnet und für den Austausch der Meßfeder/Meßfedersatzes (17) lösbar ist.

8. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Summenregelung für zwei oder mehrere antriebsseitig mechanisch gekoppelte Hydropumpen,-dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (22) des Momentenventiles jeder Pumpe (33, 34) von der Summe des Druckes in der Betriebsdruck-Steuerleitung (12) der einzelnen Pumpe und dem Druck in der _Betriebsdruckleitung (14) der anderen Pumpe/Pumpen beaufschlagt ist und daß jedes Momentenventil (36) die Betriebsdruck-Steuerleitung (12) seiner Pumpe in Abhängigkeit vom Summen-Betriebsdruck und der Vorspannung seiner Meßfeder (17) mit dem drucklosen Ablauf (18) verbindet.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließglieder der Momentenventile mehrere Meßflächen aufweisen, die parallel wirken und jeweils vom Betriebsdruck einer der Pumpen beaufschlagt sind.

Zeichnung