DE19517974A1 - Verschiebbare hydraulische Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung für eine verstellbare Hydropumpe mit einen hydraulischen Servostellgerät zur stufenlosen Einstellung der Pumpenfördermenge, bei der die Fördermengeneinstellung in Abhängigkeit von dem Förderdruck der Hydropumpe in einer Förderdruckleitung und einem Steuerdruck in einer Steuerleitung bestimmt ist, und das Stellgerät eine ein Pumpenstellglied in Richtung maximaler Fördermenge stellende Feder und mindestens ein auf das Pumpenstellglied in Richtung einer Fördermengenverringerung wirkenden Kolben aufweist, dessen Kolbenfläche über ein hydraulisch betätigtes Steuerventil mit dem Förderdruck beaufschlagbar oder mit einem Ablauf verbunden ist, und die Betätigung des Steuerventiles durch den Steuerdruck in der Steuerleitung erfolgt, wobei ein Momentenventil vorgesehen ist, dessen Schließkraft von einer Meßfederanordnung bestimmt ist, die mit dem Pumpenstellglied verbunden ist und in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung vorgespannt wird, und wobei das Momentenventil die Steuerleitung in Abhängigkeit vom Steuerdruck in der Steuerleitung und der Vorspannung der Meßfederanordnung mit dem Ablauf verbindet.

Eine derartige Regeleinrichtung ist aus der EP 0 149 787 bekannt. Diese bekannte Regeleinrichtung ist entweder als Momentenregelung oder als Leistungsregelung betreibbar, abhängig davon, ob in der Förderdruckleitung der Hydropumpe eine gegebenenfalls verstellbare Förderstromdrossel vorgesehen ist oder nicht. Bei derartigen Regeleinrichtungen besteht eine direkte Funktionsbeziehung zwischen dem Hubvolumen der Pumpe und dem lastabhängigen Betriebsdruck, von dem der das Steuerventil beaufschlagende Steuerdruck abhängig ist. Für eine Momentenregelung gilt die Beziehung, daß das Produkt aus Betriebsdruck und Hubvolumen der Pumpe konstant sein muß. Wenn die Drehzahl der Pumpe konstant ist, ist eine Momentenregelung gleichzeitig eine Leistungsregelung. Durch Leistungsregelungen werden zusätzlich Veränderungen der Drehzahl der Pumpe, die sich zum Beispiel auf die Förderstrommenge auswirkt, erfaßt und geregelt. Ein Maß für das Hubvolumen der Hydropumpe ist die Stellung des die Pumpenfördermenge einstellenden Pumpenstellgliedes, das über eine Meßfederanordnung mit dem Momentenventil verbunden ist. Die Form der hyperbelförmigen Momenten- bzw. Leistungskennlinie ist allein durch die Auslegung der Charakteristik der Meßfederanordnung bestimmt.

Diese bekannte Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung ist sehr stark von der lastseitig aus der Betriebsdruckleitung entnommenen Arbeitsfördermenge abhängig. Bei einer Änderung der Arbeitsfördermenge ändert sich auch die Steuerölmenge in der Steuerleitung, so daß die Pumpe entlang ihrer Leistungshyperbel verstellt wird. Eine Änderung der Lage der Leistungshyperbel, das heißt eine Änderung der Leistungseinstellung der Pumpe, ist nur über die direkte Verstellung der Vorspannung der Meßfederanordnung mittels einer Handhabe möglich. Diese Verstellung per Hand ist sehr umständlich und aufwendig. Bei bestimmten Anwendungen, zum Beispiel bei Baggerfahrzeugen oder dergleichen, ist es jedoch notwendig, die Leistungseinstellung der Pumpe abhängig vom Arbeitseinsatz oder von der Drehzahl des die Pumpe antreibenden Dieselmotors verändern zu können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 zu schaffen, mit der die Leistungseinstellung der Hydropumpe auf einfache Art und Weise verändert und an sich ändernde Arbeitsbedingungen angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung ist es dabei insbesondere möglich, den Steuerdruck in der Steuerleitung durch entsprechendes Einstellen der einstellbaren Drosseleinrichtung zu verändern, auch wenn die lastseitig aus der Betriebsdruckleitung entnommene Arbeitsfördermenge konstant bleiben soll. Damit kann die Leistungseinstellung der verstellbaren Hydropumpe schnell und auf einfache Art an unterschiedliche Arbeitsbedingungen angepaßt werden.

Die einstellbare Drosseleinrichtung besteht vorzugsweise aus dem elektrisch gesteuerten Mengen-Proportionalventil, durch das der Steuerdruck in der Steuerleitung stufenlos einstellbar ist. Durch diese Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Leistungseinstellung der Pumpe separat, zum Beispiel durch Betätigung eines Schalters im Führerhaus des Baggers, zu verändern.

In der geschlossenen Stellung des Steuerventiles sind die Förderstromregelung und die Leistungsregelung ausgeschaltet. In der Arbeitsstellung des Mengen- Proportionalventiles sind Förderstrom- und Leistungsregelung in gleicher Weise verstellbar.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die einstellbare Drosseleinrichtung aus einem Schaltventil und einer zu diesem parallel angeordneten Drossel gebildet. In diesem Fall sind die Leistungs- und die Förderstromregelung auch bei geschlossener Stellung des Schaltventiles wirksam. In diesem Ausführungsbeispiel kann zwischen der einstellbaren Drosseleinrichtung, das heißt dem Schaltventil und der dazu parallelen Drossel, und der Abzweigung zum Steuerventil und zum Momentenventil eine weitere Drossel in der Steuerleitung angeordnet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der Hydropumpe und der Abzweigung der Steuerleitung eine verstellbare Förderstromdrossel in der Förderdruckleitung angeordnet. Durch diese verstellbare Förderstromdrossel werden unter anderem Drehzahlschwankungen der Pumpe, die sich auf die Förderstrommenge auswirken, über die erfindungsgemäße Regelung erfaßt, die somit als Leistungsregelung arbeitet. Ist die verstellbare Förderstromdrossel nicht in der Förderdruckleitung vorgesehen, so stellt die erfindungsgemäße Regelung eine Momentenregelung dar.

Weiterhin kann die einstellbare Drosseleinrichtung mit einer Steuereinrichtung verbunden sein, über die mittels eines separaten Schalters verschiedene Betriebsarten der Hypropumpe einstellbar sind. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die Leistungseinstellung der Pumpe durch Bedienung des zum Beispiel im Führerhaus eines Baggers angeordneten separaten Schalters an den jeweiligen Arbeitseinsatz anzupassen. Dabei kann die Steuereinrichtung zusätzlich mit einer Einrichtung zur Messung der Dieseldrehzahl verbunden sein, so daß die Leistungseinstellung der Pumpe auch abhängig von der Dieseldrehzahl gesteuert oder verstellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung, in der die einstellbare Drosseleinrichtung durch ein Mengen-Proportionalventil gebildet ist,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung, in der die einstellbare Drosseleinrichtung durch ein Schaltventil und eine dazu parallele Drossel gebildet ist, und

Fig. 3 ein Schema eines weiteren Ausführungsbeispieles, bei dem die Leistungseinstellung der Pumpe durch einen separaten Schalter und eine Steuereinrichtung verändert werden kann.

Fig. 1 zeigt eine Hydropumpe 1, die über eine Welle 2 durch einen nicht dargestellten Antrieb angetrieben wird. Bei der Hydropumpe 1 kann es sich zum Beispiel um eine verstellbare Axialkolbenpumpe handeln, die ein Pumpenstellglied 3 aufweist, dessen Schwenkwinkel dem Hubvolumen der Hydropumpe 1 proportional ist. Ein Servostellgerät zur Einstellung des Schwenkwinkels der Hydropumpe umfaßt eine Feder 4 und einen druckbeaufschlagten Kolben 5, wobei die Feder 4 die Hydropumpe 1 auf einen maximalen Schwenkwinkel, das heißt auf maximales Fördervolumen einstellt. Ein Kolben 6, der auch mit dem Kolben 5 funktionell vereinigt sein kann, übernimmt die Rückstellfunktion in Richtung kleinerer Schwenkwinkel. Die Kolbenfläche des Kolbens 6 ist wesentlich größer als die des Kolbens 5. Der auf dem Kolben 6 bzw. auf dessen Kolbenfläche wirkende Stelldruck einer Stelldruckleitung 7 wird über ein Steuerventil 8 und der Leitung 9 von der Förderdruckleitung 10 der Hydropumpe 1 abgenommen. Ein Druckbegrenzungsventil 11 ist mit dem Steuerventil in Reihe geschaltet. Das Steuerventil 8 ist als Druckwaage ausgebildet und wird einerseits vom Förderdruck der Leitung 9, und andererseits von einem Steuerdruck einer Steuerleitung 12 beaufschlagt. Der Steuerdruck bzw. die Steuerölmenge in der Steuerleitung 12 ist über eine einstellbare Drosseleinrichtung 13 einstellbar, die in der Steuerleitung 12 angeordnet ist. Die Steuerleitung 12 nimmt den lastabhängigen Betriebsdruck der Hydropumpe 1 von einer Betriebsdruckleitung 15 hinter einer gegebenenfalls verstellbaren Förderstromdrossel 16 ab. Die Steuerölmenge der Steuerleitung kann somit durch die einstellbare Drosseleinrichtung 13 auf einfache Art und Weise verändert werden. Die gegebenenfalls verstellbare Förderstromdrossel 16 begrenzt den Förderstrom der Hydropumpe 1 in der Förderdruckleitung 10. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind der Förderdruck und der Steuerdruck, die das Steuerventil 8 beaufschlagen, vor bzw. hinter der Förderstromdrossel 16 abgenommen. In diesem Fall handelt es sich somit um eine Leistungsregelung. Ist die Förderstromdrossel 16 nicht vorhanden, so erhält man eine Momentenregelung.

Das Momentenventil 17 ist einerseits vom Druck der Steuerleitung 12 beaufschlagt und andererseits von einer Meßfederanordnung 18, deren Vorspannung durch die Stellung des Kolbens 6 bzw. des Pumpenstellgliedes 3 bestimmt ist. Das Momentenventil 17 kann die Steuerleitung 12 mit einem drucklosen Ablauf verbinden. Erreicht der Steuerdruck in der Steuerleitung 12 den am Momentenventil 16 eingestellten Wert, so beginnt diese zum Ablauf zu öffnen, und es entsteht ein Druckgefälle am Steuerschieber des Steuerventiles 8. Das Steuerventil 8 wird geöffnet und der Kolben 6 wird über die Stelldruckleitung 7 mit einem Stelldruck beaufschlagt und verschiebt diesen bzw. das Pumpenstellglied 3 in Richtung kleinerer Fördermengen. Dabei wird gleichzeitig die Meßfederanordnung 18 des Momentenventiles 17 vorgespannt, so daß die Pumpe entlang der Leistungshyperbeln verstellt wird.

Im in der Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die verstellbare Drosseleinrichtung 13 durch ein Mengen-Proportionalventil 13a gebildet, welches zum Beispiel elektrisch gesteuert sein kann. In der geschlossenen Stellung des Mengen- Proportionalventiles 13a sind die Leistungs- und die Förderstromregelung ausgeschaltet.

Im in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Bauelemente, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Aufbau und die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispieles entsprechen dem Aufbau und der zur Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispieles. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch die einstellbare Drosseleinrichtung 13 durch ein Schaltventil 13b und eine dazu parallel angeordnete Drossel 13c gebildet. Gegebenenfalls kann eine weitere Drossel 14 zwischen der Drosseleinrichtung 13 und der Abzweigung zum Steuerventil 8 und zum Momentenventil 17 der Steuerleitung 12 vorgesehen sein. Diese weitere Drossel 14 begrenzt die Steuerölmenge in der Steuerleitung 12, wenn sich das Schaltventil 13b in der offenen Stellung befindet.

Fig. 3 zeigt eine schematische Übersicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung. Die einstellbare Drosseleinrichtung der Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung 22 der Pumpe 1 ist mit einer Steuereinrichtung 20 verbunden, die mittels eines separaten Schalters 21 ansteuerbar ist. Durch entsprechendes Einstellen des Schalters 21 können verschiedene Betriebsarten, das heißt Leistungseinstellungen der Pumpe eingestellt werden. Der gezeigte Schalter 21 ist diskret verstellbar, es ist aber auch eine kontinuierliche Verstellung möglich. Abhängig vom Arbeitseinsatz können somit verschiedene Leistungseinstellungen der Pumpe 1 vorgenommen werden. Besonders günstig ist dabei, daß der Schalter 21 separat zum Beispiel im Führerhaus eines Baggers angeordnet werden kann. Weiterhin kann eine Einrichtung 23 zur Messung der Drehzahl des die Pumpe 1 antreibenden Dieselmotors 19 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden sein. Damit wird es möglich, die Leistung der Pumpe 1 abhängig von der Drehzahl des Dieselmotors kontinuierlich oder diskret zu verändern.

Claims (6)

1. Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung für eine verstellbare Hydropumpe (1) mit einem hydraulischen Servostellgerät zur stufenlosen Einstellung der Pumpenfördermenge, bei der die Fördermengeneinstellung in Abhängigkeit von dem Förderdruck der Hydropumpe (1) in einer Förderdruckleitung (10) und einem Steuerdruck in einer Steuerleitung (12) bestimmt ist, und das Stellgerät eine ein Pumpenstellglied (3) in Richtung maximaler Fördermenge stellende Feder (4) und mindestens einen auf das Pumpenstellglied (3) in Richtung einer Fördermengenverringerung wirkenden Kolben (6) aufweist, dessen Kolbenfläche über ein hydraulisch betätigtes Steuerventil (8) mit dem Förderdruck beaufschlagbar oder mit einem Ablauf (19) verbunden ist, und die Betätigung des Steuerventiles (8) durch den Steuerdruck in der Steuerleitung (12) erfolgt, wobei ein Momentenventil (17) vorgesehen ist, dessen Schließkraft von einer Meßfederanordnung (18) bestimmt ist, die mit dem Pumpenstellglied (3) verbunden ist und in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung vorgespannt wird, und wobei das Momentenventil (17) die Steuerleitung (12) in Abhängigkeit vom Steuerdruck in der Steuerleitung (12) und der Vorspannung der Meßfederanordnung (18) mit dem Ablauf (19) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Betriebsdruckleitung (15) der Pumpe abzweigenden Steuerleitung (12) eine einstellbare Drosseleinrichtung (13) zur Einstellung des auf das Steuerventil (8) und das Momentenventil (17) bzw. deren Schließglieder wirkenden Steuerdruckes angeordnet ist.

2. Regeleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drosseleinrichtung (13) aus einem elektrischen Mengen- Propertionalventil (13a) besteht.

3. Regeleinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drosseleinrichtung (13) aus einem Schaltventil (13b) und einer zu diesem parallel angeordneten Drossel (13c) besteht.

4. Regeleinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der einstellbaren Drosseleinrichtung (13) und der Abzweigung zum Steuerventil (8) und zum Momentenventil (17) eine Drossel (14) in der Steuerleitung (12) angeordnet ist.

5. Regeleinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufstrom der Abzweigung der Steuerleitung (12) eine gegebenenfalls verstellbare Förderstromdrossel (16) in der Förderdruckleitung (10) angeordnet ist.

6. Regeleinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drosseleinrichtung (13) mit einer Steuereinrichtung (20) verbunden ist, über die mittels eines separaten Schalters (21) verschiedene Betriebsarten der Hydropumpe (1) einstellbar sind.