Die Erfindung bezieht sich auf eine Fördermengen-Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Fördermengen-Regeleinrichtung dieser Art, ist beispielsweise aus der DE-A-15 28 550 und der FR-A-22 11 054 bekannt. Bei diesen bekannten Regeleinrichtungen erfolgt die Fördermengeneinstellung zwecks Durchfahren einer bestimmten Leistungskurve ausschließlich in Abhängigkeit des Pumpenförderdrucks bzw. eines diesem synchronen Steuer- bzw. Betriebsdrucks. Dabei handelt es sich um Maßgaben, die sich jeweils in Abhängigkeit der Belastung erst einstellen und deshalb unzureichend und außerdem verzögert wirksam sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fördermengen-Regeleinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß zusätzlich eine Momentenregelung geschaffen ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht eine direkte Funktionsbeziehung zwischen dem Hubvolumen der Pumpe und der Steuerung des Betriebsdrucks, der das Steuerventil betätigt, wodurch eine verlustarme Momentenregeiung gegeben ist, weil die Momentenkennlinie nicht durch ein Drosselsystem durch Absenken des Betriebsdruckes festgelegt wird, sondern ausschließlich durch Veränderung der Federvorspannung am Momentventil, d. h. durch Auslegung der Meßfeder bzw. des Meßfedersatzes. Für eine Momentenregelung gilt die Beziehung, daß das Produkt aus Betriebsdruck und Hubvolumen der Pumpe konstant sein muß. Ein; Maß für das Hubvolumen einer Hydropumpe ist die Stellung des die Pumpenfördermenge einstellenden Pumpenstellgliedes, das er- findungsgemäß mittels der/dem Feder/Meßfedersatz mit dem Momentenventil verbunden ist. Außerdem ist 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.
Es ist zwar aus DE-A-15 28 550 und aus DE-A-20 38 968 ansich bekannt, zur Fördermengen-Regelung ein Momentenventil mittels eines Meßfedersatzes mit dem Pumpenstellglied zu verbinden, jedoch bestehten wesentliche Unterschiede zwischen diesen bekannten Ausgestaltungen und der erfindungsgemäßen Lösung. Bei der Ausgestaltung gemäß DE-A-15 28 550 erfolgt keine Momentenregelung, sondern es wird der Pumpendruck so eingestellt, daß er den max. Betriebsdruck um einen bestimmten Wert nicht überschreitet. DE-A-20 38 968 offenbart eine Leistungs-Regelvorrichtung für zwei oder mehrere Hydropumpen, und außerdem ist das Momentenventil nicht so angeordnet, daß es die Betriebsdruck-Steuerleitung in Abhängigkeit vom Druck in der Betriebsdruck-Steuerleitung und der Vorspannung des Meßfedersatzes mit dem drucklosen Ablauf verbindet.
Außerdem ist aus FR-A-13 18 661 ein Momentenventil ansich bekannt, dessen Feder mit dem Pumpengestell verbunden ist, jedoch bezieht sich diese bekannte Ausgestaltung auf eine manuell verstellbare Pumpe, und außerdem wird das Momentenventil nicht in Abhängigkeit vom Druck in der Betriebsdruck-Steuerleitung gesteuert.
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 Leistung 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 Momentenventils ist in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet.
Da bei dererfindungsgemäßen 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.
In weiterer Ausbildung kann zweckmäßig der Anschlag im Momentenventil stirnseitig am Ventilgehäuse angeordnet und für den Austausch der Meßfeder/Meßfedersatzes lösbar sein.
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 Momentenventils 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.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Die Hydropumpe 1 wird über die Welle 2 durch einen nichtdargestellten Antrieb angetrieben. Handelt es sich bei der Hydropumpe 1 beispielsweise um eine verstellbare Axialkolbenpumpe, besteht das Pumpenstellglied aus einem Schwenkglied 3, dessen Schwenkwinkel a dem Hubvolumen der Hydropumpe 1 proportional ist. Das nicht näher dargestellte Servostellgerät zur Einstellung des Schwenkwinkels a umfaßt eine Feder 4 und einen druckbeaufschlagbaren Steilkolben 5, wobei die Feder 4 die Hydropumpe 1 in Richtung maximalen Schwenkwinkel α, das heißt maximalen Fördervolumen einstellt. Ein Stellkolben 6 des Stellgerätes, der auch mit dem Kolben 5 funktionell vereinigt sein kann, übernimmt die Rückstellfunktion in Richtung kleinerer Schwenkwinkel a. 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 10 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.
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.
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 11 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 10 entspricht ein vorgegebener Schwenkwinkel a. 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 Fördermengendrossel 15 und bedarf keiner besonderten Erläuterung.
In Figur 2 ist eine Ausführungsform eines Momentenventiles 16 in seiner Zuordnung zu dem schwenkbaren Pumpenstellglied einer Schrägachsen-Axialkolbenpumpe dargestellt. Die Pumpe ist im einzelnen nicht näher erläutert. Das Schwenkbare Stellglied weist einen in das Momentenventil 16 ragenden Mitnehmerstift 20 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 20 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 20 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.
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.
Der in der Betriebsdruck-Steuerleitung 12 anstehende Druck wirkt durch den Kanal 30 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 12 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.
Durch die Bewegung des Pumpenstellgliedes in Richtung kleinerer Fördermengen bewegt der Mitnehmerstift 20 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.
In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Regeleinrichtung als Summenmomemtenregelung für zwei Hydropumpen 33, 34 dargestellt, deren Antriebswellen direkt oder über ein entsprechendes Verteilergetriebe 35 (nurschematisch 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 Figur4 eine zusätzliche Meßfläche 37 aufweist. Auf diese Meßfläche 37wirktjeweils 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.