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Suinmenleistunqs-Regelvorrichtung für eine wenigstens
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zwei Pumpen oder Pumpengruppen mit veränderlichem Fördervolumen und
mit einem gemeinsamen Antrieb aufweisende hydrostatische Anlage Die Erfindung bezieht
sich auf eine Summenleistungs-Regelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Eine Summenleistungs-Regelvorrichtung dieser Bauart ist aus DE-OS
20 17 656 bekannt. Diese bekannte Summenleistungs-Regelvorrichtung vermag aus folgenden
Gründen nicht in vollem Umfang zu befriedigen. Bei der Bemessung der im Leistungsregler
jeder Pumpe wirkenden resultierenden Stellkraft zur Fördervolumeneinstellung wird
u.a. auch das arithmetische Mittel der Arbeitsdrücke beider Pumpen berücksichtigt.
Hierdurch ist die Summenleistungs-Regelung aufgrund mangelnder Proportionalität
zwischen dem jeweiligen Arbeitsdruck und dem vorgenannten aritmetischen Mittel p
1 + p2 erschwert. Darüberhin-2 aus ist die bekannte Summenleistungs-Regelvorrichtung
nicht nur vielgliedrig und kompliziert, weil ein zusätzlicher Stellzylinder vorhanden
ist, der auf beide Fördervolumeneinstellungen wirkt. Dies führt zu einer verhältnismäßig
großen Empfindlichkeit und Regelungsungenauigkeit. Außerdem ist dieser zusätzliche
Stellzylinder nur vom Arbeitsdruck einer Pumpe beaufschlagbar, wodurch sich erhebliche
Ungenauigkeiten bei der Summenleistungs-Regelung ergeben bzw. keine Verstellenergie
vorhanden ist, wenn diese Pumpe drucklos arbeitet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Summenleistungs-Regelvorrichtung
der eingangs bezeichneten Bauart ausgestaltungsmäßig und regelungstechnisch zu vereinfachen
und zu ermöglichen, daß die Leistungs-
Regelung jeder Pumpe bzw.
Pumpengruppe bei konstanter Einhaltung der Summenleistung direkt in der Abhängigkeit
von den Leistungsfaktoren Druck und Fördervolumen der oder den anderen Pumpen bzw.
Pumpengruppen erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei einer erfindungsgemäß ausgestalteten Summenleistungs-Regelvorrichtung
ist es mit nur einem Steuerschieber möglich, die Summe aller sich für jede Pumpe
bzw. Pumpengruppe individuell aus dem Produkt aus Arbeitsdruck und Fördervolumen
ergebenden Einzelleistungen auch bei unterschiedlichen Arbeitsdrücken der Pumpen
konstant zu halten.
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Dies wird dadurch erreicht, daß der Steuerschieber mittels zwei gleichsinnig
arbeitender Drucksteuereinrichtungen die Druckbeaufschlagung der Stellkolben in
Richtung minimales Fördervolumen steuert und gleichzeitig im Kräftegleichgewicht
mit den von den Druckkolben erzeugten, ebenfalls an den Doppelhebeln angreifenden
Kräften steht.
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Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Abstand des jeweiligen Druckkolbens
von der Schwenkachse des ihn zugeordneten Doppelhebels eine abhängige Größe des
Fördervolumens der zugehörigen Pumpe ist und die jeweilige position des Steuerschiebers
sowohl von den von den Druckkolben erzeugten, an den zrTppelhebeln wirkendenliraften
als auch von dem Abstand abhängig ist, den die Druckkolben von den Schwenkachsen
der Doppelhebel einnehmen. Da die Drucksteuereinrichtungen gleichsinnig funktionieren,
wird deshalb bei Wahrung des vorbeschriebenen Kräftegleichgewichtes und somit bei
konstanter Aufrechterhaltung der Summe der beiden Einzelleistungen der Leistungsregler
der jeweils einen Pumpe bzw. Pumpengruppe in Abhängigkeit des Arbeitsdrucks der
anderen Pumpe oder Pumpengruppe verstellt.
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Es wird somit mit einem Steuerschieber erreicht, die Summe
der
Einzelleistungen der gemeinsam geregelten Pumpen konstant zu halten, ohne daß das
Verhältnis der Leistungsfaktoren Arbeitsdruck und Fördervolumen der Einzelpumpen
verändert wird. Der Überschuß an Leistung, der dann vorliegt, wenn ein Arbeitskreis
nicht die gesamte Antriebsleistung der gemeinsamen Antriebsmaschine aufnimmt, wird
also dem anderen Xbeitskreis zur Verfügung gestellt, wobei das Fördervolumen dem
in diesem Arbeitskreis herrschenden Arbeitsdruck selbsttätig aufgrund der individuellen
Leistungsregelung angepaßt wird.
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Die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 3 bis 5 ermöglichen auch dann
die Leistungsregelung der jeweils anderen Pumpe, wenn im Arbeitskreis der jeweils
einen Pumpe eine Überlagerung zum Eingriff kommt, zum Beispiel durch Druckabschneidung,
ßp oder Hubbegrenzunq. Bei einer Druckbegrenzung findet in dem einen Arbeitskreis
keine Druckerhöhung statt, die Benssungsgröße für die Verstellung des Leistungsreglers
des anderen Pumpenkreises sein könnte. Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 3 wird
in einem solchen Fall der Arbeitsraum des Verstellzylinders, der eine Verstellung
in Richtung minimales Fördervolumen bewirkt, durch eine zweite Arbeitsdruck führende
Leitung beaufschlagt, wodurch der Leistungsregler dieser Pumpe bzw. Pumpengruppe
im Sinne einer Verringerung des Fördervolumens verstellt wird und der Leistungsregler
der anderen Pumpe bzw. Pumpengruppe im Sinne einer Vergrößerung des Fördervolumens
verstellt wird. Dabei wird das Fördervolumen dem in diesem Brheitskreis herrschenden
Arbeitsdruck selbsttätig aufgrund der individuellen Leistungsregelung angepaßt.
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Für die Ausführung der Ausgestaltung nach Anspruch 3 eignet sich aemäß
Anspruch 4 ein Druckbegrenzungsventil.
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Es ist von Vorteil, wenn die Zuschaltung der zweiten Verbindungsleitung
nicht schlagartig sondern in Abhän-
gigkeit von dem sich in der
Summenleistungs-Regelvorrichtung einstellenden Kräfteverhältnis erfolgt.
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Gemäß Anspruch 5 ist deshalb eine Drossel für die Zuschaltung vorgesehen,
die vom Steuerschieber und somit in Abhängigkeit von dessen Steuerposition verstellt
wird.
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Darüberhinaus sind gemäß den Ansprüchen 5, 2 und 6 Kantensteuerungen
zur Steuerung des Steuerdrucks vorgesehen, deren Funktion von Steuerschiebern allgemein
benannt ist und wodurch auf erprobte Steuerungstechniken zurückgegriffen wird.
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Die Ausbildung nach Anspruch 7 führt zu einer einfachen und kompakten
Bauweise, wobei hervorzuheben ist, daß aufgrund des Leitunqsverlaufs nach Anspruch
8 innerhalb des Stellkolbens gegenüber dem Stand der Technik eine störende Hydraulikleitung
vermieden wird.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben.
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In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäß ausgestaltete Summenleistungs-Regelvorrichtung
teils vereinfacht, teils prinzipiell dargestellt.
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Es sind zwei hydraulische Pumpen 1,2 vorhanden, deren veränderliches
Fördervolumen durch jeweils einen allgemein mit 3 und 4 bezeichneten Leistungsregler
einstellbar ist und die jeweils in einen Arbeitskreis bzw. in eine Druckleitung
5,6 fördern. Zur Verstellung des Fördervolumens dient jeweils ein Stellzylinder
7,8 mit einem Stellkolben 9,10 und Arbeitsräumen 11,12; 13,14, von denen die Arbeitsräume
11,13 bei Druckbeaufschlagung eine Verstellung in Richtung des Pfeiles 15 und in
Richtung maximales Fördervolumen und die Arbeitsräume 12,14 eine Verstellung in
Richtung des Pfeiles 16 und in Richtung minimales Fördervolumen bewirken. Die Arbeitsträume
11,13 sind jeweils durch eine Druckleitung 17,18 mit der Druckseite der Pumpen 1,2
verbunden. Die Arbeitsräume 12,14 sind jeweils durch eine allgemein mit 19,20 bezeichnete
erste Verbindungsleitung mit den Druckleitungen 5,6 verbunden. Jedem Stellkolben
9,10 ist eine Druckfeder 21,22 zugeordnet, die die Stellkolben 9,10 in Richtung
auf maximales Fördervolumen (Pfeil 15) beaufschlagen. Die Stellkolben 9,10 ragen
aus den Stellzylindern 7,8 um ein beträchtliches Maß heraus und tragen in diesen
Abschnitten jeweils einen radial verstellbaren Druckkolben 22,23, deren Arbeitsträume
24,25 durch eine jeweils innerhalb des Stellkolbens 9,10 verlaufende Leitung 26,27
mit den Arbeitsräumen 11,13 in Verbindung stehen und somit mit dem Druck in den
Druckleitungen 5,6 beaufschlagbar sind.
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Für beide Leistungsregler 3,4 ist ein parallel zu den Stellkolben
9,10 verschiebbarer Steuerschieber 30 vorgesehen, der mittels je einer Drucksteuereinrichtung
31, 32 an die ersten Verbindungsleitungen 19,20 angeschlossen ist. Die Drucksteuereinrichtungen
31,32 werden durch zwei einen axialen Abstand voneinander aufweisendeszweiseitige
Steuerschultern 33,34 gebildet, die jeweils mit zwei Steuerkanten der Ste.uerschieberführung
35 jeweils zwei verstellbare Ringdrosseln 36,37; 38,39 bilden. Die jeweils zwei
Ringdrosseln 36,37 bzw. 38,39 umfassenden, sog. Doppelkantensteuerungen sind durch
die Steuerschieberführung 35 gegeneinander abgedichtet.
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Von der Mitte des Steuerschiebers 30 aus gesehen, schließt die erste
Verbindungsleitung 19 der Pumpe 1 außenseitig an die ihr zugeordnete Drucksteuereinrichtung
31 an. Dagegen schließt die erste Verbindungsleitung 20 der Pumpe.
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2 innenseitig an die ihr zugeordnete Drucksteuereinrichtung 32 an.
Jewei;ls zwischen den Ringdrosseln 36,37 bzw. 38, 39 führen von den Drucksteuereinrichtungen
31,32 die ersten Verbindungsleitungen 19,20 weiter und zwar zu den Arbeitsräumen
12,14 der Stellzylinder 7,8.
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Der Steuerschieber 30 ist durch eine Druckfeder 41 gegen ein allgemein
mit 42 bezeichnetes Hebelsystem vorgespannt, das aus zwei doppelarmigen Heben 43,44
mit jeweils rechtwinklig zueinander verlaufenden ersten Hebelarmen 45 und zweiten
Hebelarmen 46, wobei die ersten Hebelarme 45 aufeinanderzu gerichtet sind sowie
sich unterhalb des Steuerschiebers 30 überlappen und die zweiten Hebelarme sich
längs des Steuerschiebers 30 zu den Steuerkolben 9,10 hin erstrecken. Die Hebel
43,44 sind um Schwenkachsen 47,48 schwenkbar.
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Im Überlappungsbereich sind die ersten Hebelarme wechselseitig verjüngt,
so daß sie in einer etwa durch die Schwenkachsen 47,48 gehenden Ebene aneinanderliegen,
und zwar mittels eines vom einen Hebelarm 45 abstehenden keilförmigen Ansatzes 49,
der an dem verjüngten Abschnitt des anderen ersten Hebelarms 45 anliegt. Der Steuerschieber
30 weist eine kegelförmige Spitze 51 oder eine schneidenförmige Spitze auf, deren
Schneide sich parallel zu den Schwenkachsen 47,48 erstreckt. Infolgedessen liegen
die übereinander angeordneten ersten Hebelarme 45 und der Steuerschieber 30 punkt-
bzw. schneidenförmig aneinander an, wodurch eine genaue Ubertragung der noch zu
beschreibenden Beweçngen bei der Funktion der Summenleistungs-Regelvorrichtung gewährleistet
ist. Die zueinander gerichteten Druckkolben 22,23 liegen mit reibungsvermindernden
Kugeln oder Walzen 52 an den Außenseiten der zweiten Hebelarme 46 an.
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In den ersten Verbindungsleitungen 19,20 ist zwischen den Druckleitungen
5,6 und den Drucksteuereinrichtungen 1,32 jeweils ein Druckbegrenzungsventil 53,54
angeordnet, ieweils < ~ ç die durch eine Federkraft 55 beaufschlagt sind, und
die jeweils oberhalb eines bestimmten Arbeitsdruckes mittels einer jeweils zwei
Ringdrosseln 56,57; 58,59 aufweisenden Doppelkantensteuerung 60 bzw. 61 die Verbindungsleitung
19 bzw. 20 mit einem Rücklauf 62 bzw, 63 und/oder einer zweiten Verbindungsleitung
in Form eines Bypasses 64 bzw. 65 verbinden. Die Bypässe 64 bzw. 65 sind jeweites
zwischen den Rinodrosseln 56,57; 58,59 an die Druckbegrenzungsventile 53,54 angeschlossen.
Während der Bypaß 64 des Leistuncsreglers 3 -von der Mitte des Steuerschiebers 30
aus gesehen- innenseitig von der Ringdrossel 37 an die Drucksteuereinrichtung 31
angeschlossen ist, ist der Bypaß 65 außenseitig von der Ringdrossel 39 an die Drucksteuereinrichtung
32 angeschlossen.
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Im folgenden wird die Funktion beschrieben,
In der
Zeichnung bedeuten: FF = die Kraft, mit der der Steuerschieber 30 gegen die ersten
Hebelarme 45 wiRkt F1 bzw. F2 = die Kräfte, mit denen die aus den Druckleitungen
5,6 beaufschlaaten Druckkolben 22,23 gegen die zweiten Hebelarme 46 wirken a1 bzw.
a2 = wirksame Länge der ersten Hebelarme 45 s1 bzw. s2 = wirksame Länge der zweiten
Hebelarme 46 p1 = der Druck in der Druckleitung 5 p2 = der Druck in der Druckleitung
6.
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Für die vorbeschriebene Summenleistungs- Regelvorrichtung läßt sich
folgende Summenleistungsformel entwickeln: F s1 F2 . s2 FF - F1 . s1 + F2 . s2 a1
a2 al = a2 = a; F = proportional p s1 = s2 = s; s = proportional Q bei n = konstant
FF s 5 ( F1 + F2 FF = (F1 + F2 ) Da FF . a konstant ist, s dem Fördervolumen Q entspricht
und F1 bzw. F2 p1 bzw. p2 entspricht, gilt: Leistung P = Q . (p1 + p2 ) = Konstant
(Summenleistungsformel).
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In der in der Zeichnung dargestellten Funktionsstellung befindet sich
die svmmetrisch ausgebildete Summenleistungs- Regelvorrichtung (Pumpen 1,2 sind
ebenfalls gleich groß bemessen) in einer Funktionsstellung mit gleich großer Fördervolumeneinstellung.
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Es sei angenommen, daß derpirderstrom der Pumpe 1 in der Druckleitung
5 einen Widerstand zu überwinden hat, was zu einer Druckerhöhung in der Druck leitung
5 führt.
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Die Druckerhöhung wird durch die Druckleitung 17 dem Arbeitsraum
11 des Stellzylinders 7 sowie dem Arbeitsraum 24 des Druckkolbens 22 übertragen,
wobei der Druckkolben 22 um einen bestimmten Betrag aus geschoben wird (F1 größer)
, was zu einer Anhebung des Steuerschiebers 30 führt. Gleichzeitig wird die Druckerhöhung
durch die erste Verbindungsleitung 19 und die durch das Anheben des Steuerschiebers
30 vergrößerte Ringdrossel 36 dem Arbeitsraum 12 des Stellzylinders 7 übertragen,
wodurch sich der Steuerdruck im Arbeitsraum 12 erhöht und der Stellkolben 9 um einen
gewissen Betrag im Sinne einer Reduzierung des Fördervolumens ausgeschoben wird.
Dies führt zu einer Störung des Gleichgewichtes im Hebelsystem 42, weil s1 sich
verrinqert (siehe vorgenannte erste Formel). Es stellt sich ein neues Gleichgewicht
im Hebelsystem 42 ein, dem eine bestimmte Position des Stellkolbens 9 und eine bestimmte
Position des Steuerschiebers 30 zugeordnet ist. Die neue Position des Stellkolbens
9 ist gegenüber der früheren im Sinne einer ReduSerung des Fördervolumens um einen
bestimmten Betrag ausgeschoben; der Steuerschieber 30 ist um einen bestimmten Betrag
gesenkt worden, wodurch die Ringdrossel 36 und der Steuerdruck im Arbeitsraum 12
verkleinert worden sind.
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Gleichzeitig ist wie die Ringdrossel 36 auch die Ringdrossel 38 gesteuert
worden, so daß der Stellkolben 1o die gleiche Position einnimmt wie der Stellkolben
9.
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Wenn die Druckerhöhung einen vorbestimmten Wert übersteigt, kommt
eine Überlagerung zum Eingriff (Druckabschneidung), weil das Druckbegrenzungsventil
53 die Ringdrossel 56 öffnet. Folglich vergrößert sich durch
die
Ringdrossel 37 der Steuerdruck im Arbeitsraum 12, so daß der Stellkolben 9 im Sinne
einer Fördervolumenverringerung (Pfeil 16) verstellt wird. Da s1 sich verringert
wird das Gleichgewicht im Hebelsystem 42 gestört und es stellt sich ein neues Gleichgewicht
ein, indem der Steuerschieber 40 durch die Druckfeder 41 gesenkt wird.
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Auch in diesem Fall erfolgt gleichzeitig zur Steuerung der Ringdrosseln
36 und 37 die Steuerung der Ringdrossel 38, die verkleinert worden ist. Folglich
wird der Arbeitsdruck im Arbeitsraum 14 des Stellzylinders 8 verringert, was zu
einer Einschiebung des Stellkolbens 1o und somit zu einer Vergrößerung des Fördervolumens
für die Pumpe 2 führt. Die Verschiebung erfolgt solange bis wiederGleichgewicht
der sowohl an den Stellkolben 9,1o wirkenden Kräfte als auch der am Hebelsystem
42 wirkenden Kräfte herrscht, wobei der Leistungsüberschuß der Pumpe 1 der Pumpe
2 übertragen worden ist.
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Bei einer Druckerhöhung in der Druck leitung 6 bzw. beim Eingriff
einer Überlagerung im Arbeitskreis der Pumpe 2 funktioniert die Summenleistungs-Regelvorrichtung
entsprechend umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße Summenleistungs-Regelvorrichtung weist folgende
Vorteile auf: Es ist nur ein Steuerschieber 30 für zwei oder mehrere Pumpen bzw.
Pumpengruppen notwendig.
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Es ist eine exakte Leistungsregelung jedes Arbeitskreises und beim
Eingriff einer Überlagerung eine exakte Leistungsverzweigung oder Leistunasaufteilung
bei konstanter Einhaltung der Summenleistung möglich.
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Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt eine günstige Bauanordnung
und dadurch eine Platz sparende Bauweise.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung läßt sich auch bei einer Drei-Kreis-RegeTung
einsetzen.
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Es ist möglich, durch unterschiedlich lang bemessene erste Hebelarme
45 ( a1 ungleich a2) bzw. unterschiedliche Bemessung der Durchmesser der Druckkolben
22,23 , unterschiedliche Leistungen in den Arbeitskreisen der Pumpen 1,2 zu fahren.
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Es ist nur eine Leistungseinstellung notwendig,und zwar durch Verändern
der den Steuerschieber 30 beaufschlagenden Federkraft 41.
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