DE2119647A1 - Regeleinrichtung für eine Hydropumpe - Google Patents
Regeleinrichtung für eine HydropumpeInfo
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Description
R. 300 ■■■■·■
Wd/Pu 19.4.71 -
Anlage zur
Zusatz-Patent- und '
Gebrauchsmusterhilfs-Anmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart Regeleinrichtung für eine Hydropumpe
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung mit einem Lageregelkreis
für eine verstellbare hydrostatische Pumpe, deren Stellglied
mit Hilfe eines druckmittelbeaufschlagten Kraftverstärkers einstellbar ist und der Lage-Ist-Wert des Stellglieds mit einem
einen Differenzdruck erzeugenden Mittel gemessen wird, worauf der Lage-Ist-V/ert in einem hydraulischen Summierverstärker mit dem
ebenfalls als Differenzdruck vorliegenden Lage-Soll-Wert verglichen,
die Differenz der beiden Signale verstärkt wird und als Differenz- *
druck auf ein den Kraftverstärker steuerndes Servoventil einwirkt,
nach Patent (Patentanmeldung P 21 11 359·7)·
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Robert Bosch GmbH - R. 300
Stuttgart
Die Regeleinrichtung nach dem Hauptpatent eignet sich besonders
vorteilhaft für in offenem Kreislauf arbeitende Pumpen d. h. -,.-..
mit ihr können Regel- bzw. Begrenzungsvorgänge ohne zusätzlichen, großen Aufv/and nur in einem Quadranten des Pumpenkennfeldes durchgeführt
werden. Da der Hauptregelkreis ein Leistungskreis ist,
müßte zum Reversieren der Pumpe in einem geschlossenen Kreislauf der Sollwert der Leistung das Vorzeichen wechseln, tim eine Vorzeichenumkehr
des Lagesollwertes bei weiterhin korrekter Rückkopplungsbedingung des Leistungsistwertes zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine·Regeleinrichtung
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei geringem Aufwand
in allen vier Quadranten des Pumpenkennfeldes arbeitet.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurcherreicht, daß das Sollwertsignal
des Lageregelkreises vor seinem Eintritt in den Summierverstärker einen bipolaren hydraulischen Begrenzer durchläuft
und daß dem Begrenzer ein Begrenzungssignal in Form einer hydraulischen Größe zugeführt wird, das Informationsträger für Soll- und
Istwert von Pumpenförderleistung und Pumpenförderdruck ist und
diese Größen regelt und begrenzt.
Eine derartige Regeleinrichtung ist weitgehend aus denselben
Elementen aufgebaut wie diejenige nach dem Hauptpatent und zeichnet
sich ebenfalls dadurch aus, daß sich die Signalverarbeitung ,,
hydraulischer Differenzdrücke bedient, "während die Sigaleingabe der Sollwerte über elektrohydraulisch^ Wandler erfolgen kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin,
daß zusätzlich zu dem durch die Leistungsbegrenzung gewährten Schutz der Antriebsmaschine der Pumpe gegen Abwürgen und Durchdrehendurch
Begrenzung des positiven und negativen Arbeitsmomentes eine vollständige Kontrolle der hydrostatischen Drücke auch bei
rein trägen Lasten in allen Quadranten gesichert ist.
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Robert Bosch GmbH . R. ;500
Stuttgart -
Die Kontrolle der Drücke auch im zweiten und vierten Quadranten (Pumpe arbeitet als Hydromotor) wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß durch eine hydraulische Logik festgestellt wird, ob· Betrieb in einem dieser Quadranten vorliegt. In diesem Fall
wird die Verstellgesehwindigkeit der Pumpe so geregelt, daß keine unzulässig hohen Drücke entstehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Ein Ausführungsbeispiel der.Erfindung ist in der Zeichnung
wiedergegeben. Diese zeigt in
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Regeln und Begrenzen -der Leistung, des Druckes und des Förderstromes
einer verstellbaren Pumpe;
Fig* 2 eine Einzelheit des Ausführungsbeispiels nach
der Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm.
In Fig. 1 ist mit 11 eine verstellbare und umkehrbare Pumpe bezeichnet,
deren Stellglied in üblicher Weise von einem Kraftverstärker
eingestellt wird. Die Lage des Stellgliedes wird von einem hydraulisch-mechanischen Lagemeßgerät 12 gemessen, das einentsprechendes
hydraulisches Signal einem hydraulischen Verstärker 15 einspeist. Dessen Ausgangssignal wird über einen bipolaren
fluidischen Begrenzer einem Servoventil 15 zugeführt, welches den Kraftverstärker für die Pumpe 11 steuert. Die genannten
Elemente bilden einen Lage regelkreis L, der in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist.
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Robert Bosch GmbH - ' 'R. 500
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Das Führungssignal A dieses Lageregelkreises kann mechanisch, hydraulisch oder über einen elektro-fluidisehen Wandler 16 vorgegeben werden. Die Begrenzung und Regelung von Leos tung und Druck
der Pumpe erfolgt durch die Begrenzung des Führungssignals A in einem bipolaren fluidischen Begrenzer 17 >
dem ein die entsprechenden
Informationen enthaltendes Begrenzungssignal B zugeführt wird. Das Signal B besteht aus einer Information über den
Soll- und Istwert der Leistung und des Druckes.
Der Istwert der Leistung wird in einem hydraulischen Multiplizierer
l8 aus dem Förderdruck ρ und der Fördermenge Q, ermittelt. Der dem
Multiplizierer nachgeschaltete hydraulische Gleichrichter 19 bildet
den Absolutwert des Leistungsistwertes. Der Absolutwert wird einem hydraulischen Summierverstärker 20 eingespeist, dem auch
der Leistungssollwert C zugeführt wird. Arn Summierverstärker 20
wird die Differenz der Absolutwerte von Leistungsist- und Sollwert
gebildet und verstärkt. Der Sollwert C wird dem Summierverstärker beispielsweise über einen elektrohydraulischen Wandler 21 vorgegeben.
Ist diese Differenz negativ (Leistungssollwert größer als Leistungssie
istwert), so wird/durch einen dem Summierverstärker 20 nachge-
istwert), so wird/durch einen dem Summierverstärker 20 nachge-
schalteten hydraulischen Übertrager 22 kurzgeschlossen, ist sie ^positiv, wird sie einem hydraulischen Summierverstärker 25 zugeführt.
Der übertrager 22 besteht z. B. auseinem Rückschlagventil zwischen den Differenzausgängen des Summierverstärkers 20 oder aus
einer Begrenzung im Verstärker 20 selbst. ·
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung.eignet sich insbesondere
für Pumpen., die in geschlossenem Kreislauf arbeiten, d. h. in allen vier Quadranten ""des Pumpenkennfelds (siehe Diagramm nach
Fig. 3). . ■ . ■ "
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Die Druekbegrenzung im 1, und 3· Quadranten sowie die Begrenzung
der Pumpenstellgeschwindigkeit im 2. und 4. Quadranten des
Pumpenkennfeldes erfolgt dadurch, daß eine hydraulische Auswahlschaltung 24 entscheidet, in welchem Quadranten die Pumpe arbeitet. Der Auswahlschaltung wird über ein beliebiges Mittel, z. B. über einen elektrohydraulisehen Wandler 25, der Drucksollwert D zugeführt. Das- Ausgangssignal Ξ,Έ1 der hydraulischen Auswahlschaltung 24 entspricht der Differenz zwischen Druckistwert P und Sollwert D. Es wird, solange es einen negativen Wert hat (Sollwert größer
als Istwert), unterdrückt, wann es positiv ist, bei Betrieb im
1. oder 3. Quadranten auf den zum Verstärker 23 führenden Ausgang geschaltet (E), bei Betrieb im 2. oder 4. Quadranten auf den zum Begrenzer führenden Ausgang (E'). Das begrenzende Signal bestimmt die Stellgeschwindigkeit der Pumpe.
Pumpenkennfeldes erfolgt dadurch, daß eine hydraulische Auswahlschaltung 24 entscheidet, in welchem Quadranten die Pumpe arbeitet. Der Auswahlschaltung wird über ein beliebiges Mittel, z. B. über einen elektrohydraulisehen Wandler 25, der Drucksollwert D zugeführt. Das- Ausgangssignal Ξ,Έ1 der hydraulischen Auswahlschaltung 24 entspricht der Differenz zwischen Druckistwert P und Sollwert D. Es wird, solange es einen negativen Wert hat (Sollwert größer
als Istwert), unterdrückt, wann es positiv ist, bei Betrieb im
1. oder 3. Quadranten auf den zum Verstärker 23 führenden Ausgang geschaltet (E), bei Betrieb im 2. oder 4. Quadranten auf den zum Begrenzer führenden Ausgang (E'). Das begrenzende Signal bestimmt die Stellgeschwindigkeit der Pumpe.
Der Begrenzer 17 arbeitet in der Weise, daß sein Ausgangssignal
dem Betrage nach nicht größer v/erden kann als die Differenz
q,,,,,^' - b, wobei q^w„v der Betrag des gesamten Signalhubes
dem Betrage nach nicht größer v/erden kann als die Differenz
q,,,,,^' - b, wobei q^w„v der Betrag des gesamten Signalhubes
OiIl u.a. SuI OhA. ' -
von Null bis zur Sättigung, und b der Betrag des Begrenzungssignals
B ist. Solange demnach das Signal B Null ist, steht der Fördermengenregelung
keine Begrenzung entgegen.
Erst wenn aus- dem Übertrager 22 ein Signal kommt (Istwert der
Leistung größer Sollwert der Leistung) oder aus der Auswahlschaltung 24 ein Signal das Überschreiten des zulässigen Förderdruckes ρ meldet, erfährt der Lagesollvrert der Pumpe eine Begrenzung.
Leistung größer Sollwert der Leistung) oder aus der Auswahlschaltung 24 ein Signal das Überschreiten des zulässigen Förderdruckes ρ meldet, erfährt der Lagesollvrert der Pumpe eine Begrenzung.
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Robert Bosch GmbH - · R.
Stuttgart
Mathematisch formuliert gilt:
b =. a . (Ni - N) wenn Ni > N Wsmax . S
b = O . wenn Ni < N_
N, = q, . P„ -
, = q im stationären Fall
1 . ο
wobei q . q. = Soll- bzw. Istvrert der Fördermenge
si
N . N. ·= Soll- bzv7. Istwert der Förderleistung
SX -
P = Förderdruck
a = Verstärkungsfaktor von Summierverstärker
Daraus ergibt sich:
N,
I + a ^
1 + a
1 + a
2L_ = gSS« mit N1 - q .P
σ τ W smax. ρ
smax
V/ir nun a genügend groß (z. B. a = 20), so gilt angenähert
was einer echten Leistungsregelung entspricht.
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Stuttgart
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Auswahlschaltung 24,
angeschlossen an den geschlossenen Kreislauf eines aus Pumpe 11 und Hydromotor 27 bestehenden hydrostatischen Getriebes. Der Hydromotor
treibt eine beliebige Last, z. B. eine Winde 28, die den Hydromotor dann, wenn die Last treibt (freier Fall), als Pumpe'
antreibt, worauf die Pumpe 11 als Hydromotor arbeitet. Durch ein Auswahlventil 28 wird der jeweils höhere pruck-im Leitungsnetz
29* 30, 31, 32 einem hydraulischen Verstärker 33 über eine Leitung
34 zugeführt. Dort wird er mit dem Sollwert des Druckes verglichen,
der vom elektrohydraulisehen Wandler 25 vorgegeben wird. Die
Differenz wird verstärkt und, solange sie negativ ist, in einem hydraulischen Übertrager 35 blockiert. Vom Ausgang des Übertragers
wird ein entsprechendes hydraulisches Signal F einer Logik 36 zugeführt,
die aus den Schieberventilen 37 und 38 besteht. Diese Logik schaltet das Signal F in Abhängigkeit vom Quadranten, in dem die
Pumpe gerade arbeitet, auf einen der beiden Ausgänge 39 oder 40. Dabei macht das Schieberventil 37 die durch das Auswahlventil 28
getroffene, zur Signalverarbeitung am Verstärker 33 erforderliche Auswahl wieder rückgängig. Beim Betrieb im 1. und 3· Quadranten
liegt das Signal F am Anschluß 39* sonst am Anschluß 40.
Das Schieberventil 38 wird vom Istwertsignal G des Lageregelkreises
L (Fig. l) gesteuert. 1st der Lageistviert G positiv, so wird
das Signal F, sofern es am Anschluß 39 liegt, auf den Ausgang 4l und von dort auf den Summierverstärker 23 geschaltet (Fig. l)..
Liegt das Signal F am Anschluß 40,^ so wird es auf den Ausgang. 42
und von dort auf den Begrenzer l4 geschaltet. Bei Betrieb im 1. oder 3. Quadranten liegt das Signal F am Ausgang 4l, beim Betrieb
im 2. und 4. Quadranten am Ausgang 42/
Im Diagramm nach der Fig. 3 sind auf der Abszisse der Pumpendruck p,
auf der Ordinate die Pumpenfördermenge q aufgetragen. In allen vier Qudranten sind die Grenzleistungshyperbeln N = P . q = const,
und die Linien q = const, aufgetragen, im I. und III. Quadranten
zusätzlich die Begrenzungslinien für P ~ const.
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Robert Bosch GmbH - .R. JOO
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.Im I. und III. Quadranten arbeitet die Hydromaschine als Pumpe,
je nach Förderrichtung im I. oder III.; im II. und IV. Quadranten
arbeitet sie als Hydromotor.
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Claims (7)
1.]Regeleinrichtung mit einem Lageregelkreis für eine verstellbare
hydrostatische Pumpe, deren Stellglied mit Hilfe eines druckmittelbeaufschlagten
Kraftverstärkers einstelbar ist.und der ·
• einen Lage-Ist-Wert des Stellglieds mit einen/Differenzdruck erzeugenden
Mittel gemessen wird, worauf der Lage-Ist-Wert in einem hydranlischen
Summierverstärker mit dem ebenfalls als Differenzdruck vorliegenden Lage-Soll-Wert verglichen, die Differenz der beiden
Signale verstärkt wird und als Differenzdruck auf ein den Kraft- '
verstärker steuerndes Servoventil einwirkt, nach Patent
(Patentanmeldung P 21 11 359·7)> dadurch gekennzeichnet, daß
das Sollwertsignal (A) des Lageregelkreises (L) vor seinem Eintritt in den Summierverstärker (13) einen bipolaren hydraulischen
Begrenzer (17). durchläuft, und daß dem Begrenzer ein Begrenzungssignal
(B) in Form einer hydraulischen Größe zugeführt wird, das Informationsträger für Soll- und Istwert von PumpeniörderIeistung
und Pumpenförderdruck ist und diese Größen regelt
und begrenzt.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des BegrenzungsSignaIs (B) ein als hydraulische Größe
vorliegendes, leistungs- und druckabhängiges Signal von einem hydraulischen Summierverstärker (23) summfert werden.
- 10 -
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Robert Bosch GmbH - R. 300 ■
Stuttgart ■"■'"'"■-:: - "
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,·
daß der leistungsabhängige Anteil des Begrenzungssignais (B)
durch Multiplikation des Lageistwertes mit dem Pumpendruck ·in
einem hydraulischen Multiplizierer (l8) gebildet wird> daß von
diesem Produkt mit hydraulischen Mitteln der Betrag gebildet wird,
der in einem hydraulischen Summierverstärker "(20) init dem"--'
P LeistungsSollwert (C) verglichen und die so erhaltene Differenz,
im Summierverstärker (20) verstärkt wird, und daß ferner dessen
Ausgangssignal' durch Verbinden der'DIfferenzäusgänge über ein
Rückschlagventil (22) dann kürzgeschlossen wird, wenn es negativ
ist. -" -'."■·-■■- . ■ ;■■'■■ "'--■·■■
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis ~$, dadurch gekennzeichnet,
daß der druckabhängige Anteil des Begrenzungssignals (B) dadurch
gebildet wird, daß das Drucksignal über ein Auswahlventil (28)
a . aus dem Pumpen/Motorkreis herausgeführt und mit dem als hydraulische
Größe vorliegenden Druck-Sollwertsignal (25) in einem hydraulischen Summierverstärker (33) verglichen und verstärkt .
wird, wobei der negative Signalteil durch Verbinden der Verstärker-·
ausgänge über ein Rückschlagventil unterdrückt wird.
5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß über eine hydraulische Logik (24) festgestellt wird, in
welchem Quadranten des Kennfeldes in den Koordinaten Druck (p)
und Fördermenge (q) die Pumpe arbeitet.
- 11 -
20 98 4570361 .
Robert Bosch GmbH R. J300
Stuttgart
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulische Logik (24) bei Betrieb der Pumpe im I-. und
J5. Quadranten des Kennfeldes den druckabhängigen Teil des Begrenzungssignals
auf den die Fördermenge begrenzenden hydraulischen Begrenzer (17) aufschaltet, bei Betrieb im 2. und 4*
Quadranten hingegen mit einem Organ (14), das die Stellgeschvrindigkeit
der Pumpe beeinflußt.
7. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gpkennzeiohnet, da:3
das Organ als hydraulischer Begrenzer ausgebildet ist, der das
dem Servoventil (15) im Lageregelkreis (L) zugeführte Signal
I
begrenzt. //
begrenzt. //
209845/0361
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