DE4018700A1 - Leistungsregelung fuer eine hydraulisch verstellbare pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsregelung für eine hydraulisch verstellbare Pumpe, bei der die Fördermenge über eine Steuereinrichtung in einem ersten Steuersystem durch einen Steuerdruck veränderbar ist.

Für Leistungsregelungen dieser Art sind z. B. sogenannte Hebelregler bekannt geworden, mit denen das Fördervolumen der Pumpe so geregelt werden kann, daß eine bestimmte, der Beziehung p × V = const. entsprechende Leistungshyperbel von den im Betrieb auftretenden Wertepaaren Fördervolumen und Förderdruck eingehalten wird (DE-OS 27 34 933). Diese, mit einem mechanisch arbeitenden Hebelsystem mit veränder­ lichem Angriffspunkt für den Steuerdruck ausgerüsteten Hebelregler haben die Nachteile einer aufwendigen Bauform und eines verhältnismäßig umständlichen Wegrückführungs­ systems, die insbesondere bei Mehrpumpensystemen freizügige Geräteanordnungen beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Leistungsregelung für hydraulisch verstellbare Pumpen zu entwickeln, mit der ohne Verlust der Genauig­ keit der Regelcharakteristik einfachere Bauformen von Pumpensystemen erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem auf die Steuereinrichtung wirkenden Steuerdruck ein Gegen­ steuerdruck entgegenwirkt, der in einem ausschließlich hydraulisch arbeitenden zweiten Steuersystem in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe so erzeugt wird, daß das Wertepaar Förderdruck und Fördermenge der Pumpe dem hyperbolischen Verlauf einer Konstantleistungsfunktion folgt.

Der wesentliche Gedanke, der der Erfindung zugrunde liegt, besteht demnach darin, ein zweites Steuersystem zu schaffen, das ausschließlich hydraulisch arbeitende Bauteile enthält, mit denen ein Gegendruck in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe so erzeugt wird, daß die gewünschte Leistungshyperbel von jedem momentan auftretenden Wertepaar Förderdruck und Fördervolumen streng eingehalten wird. Durch die Realisierung dieses Erfindungs­ gedankens wird es möglich, die bei jeder hydraulisch verstellbaren Pumpe bereits vorhandenen Einrichtungen unverändert zu nutzen und lediglich das zweite Steuersystem zuzuschalten. Dabei ist es nur erforderlich, die Leistungs­ formel p × V = const. erfindungsgemäß in einen hydrauli­ schen Schaltkreis zu übertragen.

Ein besonders vorteilhaftes zweites Steuersystem für die erfindungsgemäße Leistungsregelung enthält ein System von vier Drosseln, von denen die erste und zweite Drossel in einer ersten, direkt oder indirekt am Förderdruck der Pumpe liegenden Drosselstrecke und die dritte und vierte Drossel in einer zweiten, an einem konstanten Druck liegenden Drosselstrecke jeweils in Durchflußrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die zweite und die vierte Drossel in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe in einer Drosselver­ stelleinrichtung durch Koppelung ihrer Verstellglieder in ihrem Querschnitt simultan so veränderbar sind, daß das Verhältnis der Druckabfälle an der ersten und zweiten Drossel stets gleich dem Verhältnis der Druckabfälle an der dritten und vierten Drossel ist, und wobei der zwischen der dritten und vierten Drossel auftretende Druck als Gegen­ steuerdruck der Steuereinrichtung der Pumpe zugeführt wird.

Bei diesem erfindungsgemäßen zweiten Steuersystem wirkt die Schaltungsanordnung von vier Drosseln in zwei Drossel­ strecken mit an ihren Enden jeweils simultan veränderlichen Drosselquerschnitten als hydraulische Realisierung einer Leistungshyperbel p × V = const., wenn das Verhältnis der Druckabfälle an der ersten und zweiten Drossel stets gleich dem Verhältnis der Druckabfälle an der dritten und vierten Drossel ist. Der gewünschte Gegensteuerdruck kann dann zwischen der dritten und vierten Drossel abgenommen werden.

Mit Vorteil kann das beschriebene erfindungsgemäße Regel­ system dadurch ergänzt werden, daß der ersten Drossel­ strecke ein Verhältnisdruckventil vorgeschaltet ist, an dessen Hochdruckkolben der Förderdruck der Pumpe und an dessen Eingangsseite ein Versorgungsdruck anliegt. Das Vorschalten des Verhältnisdruckventils hat den Vorteil, daß einerseits die Förderdrücke mehrerer Pumpen an mehrere Flächen des Hochdruckkolbens additiv wirkend angeschlossen werden können und andererseits Verluste an Druckmittel, die bei einem direkten Anschluß des Förderdrucks der Pumpe an die erste Drosselstrecke auftreten würden, vermieden werden.

Eine weitere vorteilhafte Ergänzung des erfindungsgemäßen zweiten Steuersystems besteht darin, daß der zweiten Drosselstrecke ein Druckminderventil vorgeschaltet ist, an dessen Eingangsseite ein Versorgungsdruck anliegt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß mögliche Druckschwan­ kungen des Versorgungsdrucks ausgeglichen werden und an der dritten Drossel der zweiten Drosselstrecke stets ein konstanter Druck ansteht.

Die Bauart des erfindungsgemäßen zweiten Steuersystems erlaubt eine vorteilhafte Weiterbildung, bei der die Drosselverstelleinrichtung für die zweite und vierte Drossel in ihrer Charakteristik durch eine verstellbare Feder und/oder durch einen verstellbaren Versorgungsdruck veränderbar ist. Durch diese Maßnahme kann die gewünschte Leistung, die bei einem bestimmten Arbeitszustand der Maschine gewünscht wird, in einfacher Weise kontinuierlich oder diskontinuierlich eingestellt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Figur zeigt ein leistungsgeregeltes Doppelpumpensystem mit hydraulisch verstellbaren Schrägscheiben-Axialkolben­ pumpen, das aus den Baueinheiten Pumpensystem A, erstes Steuersystem B und zweites Steuersystem C aufgebaut ist. Die Systeme A und B enthalten entsprechend den beiden Pumpen des Doppelpumpensystems alle Baueinheiten (in spiegelbildlicher Wiedergabe) doppelt, weshalb die folgende Beschreibung insoweit auf den linken Teil der Figur beschränkt werden kann. Das zweite Steuersystem C wirkt als Summenleistungsregelung auf beide Teile der Systeme A und B.

Das Pumpensystem A und das erste Steuersystem B weisen eine Steuerdruckcharakteristik mit fallender Kennlinie auf (negative control), wie sie in neuerer Zeit häufig zur Anwendung kommt. Die erfindungsgemäße Leistungsregelung kann mit geringfügigen Anpassungen selbstverständlich auch bei einer Steuerdruckcharakteristik mit steigender Kennlinie angewandt werden.

Eine als hydraulisch verstellbare Schrägscheiben-Axial­ kolbenpume ausgebildete Pumpe 1 mit Förderstromleitung 2 ist durch einen Stellzylinder 3 mit Stellkolben 4 und Ausschwenkfeder 5 in ihrem Fördervolumen verstellbar. Von der Kolbenseite 6 des Stellzylinders 3 führt eine Leitung 7 über einen Druckabschneider 8 zu einer Steuereinrichtung 9, die eingangsseitig über die Leitungen 30 und 29 mit der Förderstromleitung 2 der Pumpe 1 verbunden ist. Die Steuer­ einrichtung 9 weist einen Steuerkolben 10 auf, an dem über eine Leitung 11 ein Steuerdruck anliegt. Die Leitung 11 kann z. B. vom Eingang einer Drossel am Ausgang des Blocksteuergeräts einer Arbeitsmaschine oder von einem Steuerdruckgeber kommen.

Die Steuereinrichtung 9 ist ferner über eine Rückmelde­ feder 12 und eine starre Wegrückführung 13 mit dem Stell­ kolben 4 des Stellzylinders 3 verbunden. An der der Rück­ meldefeder 12 gegenüberliegenden Seite der Steuereinrich­ tung 9 ist eine einstellbare Vorspannungsfeder 15 angebracht, die der Rückmeldefeder 12 entgegenwirkt.

Erfindungsgemäß weist das zweite Steuersystem C eine erste Drosselstrecke 16 mit einer ersten Drossel D1 und einer zweiten Drossel D2 sowie eine zweite Drosselstrecke 17 mit einer dritten Drossel D3 und einer vierten Drossel D4 auf, wobei die Drosseln D1 und D2 sowie die Drosseln D3 und D4 jeweils hintereinandergeschaltet sind. Die Drosseln D2 und D4 sind mit Hilfe einer Drosselverstelleinrichtung 18 in ihrem Querschnitt veränderbar, wobei die Drosselverstell­ einrichtung 18 so konstruiert ist, daß beide Drosseln D2 und D4 stets simultan um den gleichen Betrag ihres Querschnitts verändert werden können. Zwischen den Drosseln D1 und D2 wird über eine Leitung 19 ein Drosselsteuerdruck abgenommen, der die Drosselverstelleinrichtung 18 gegen die Kraft einer verstellbaren Rückstellfeder 20 betätigt. Der zwischen den Drosseln D3 und D4 anstehende Druck in der zweiten Drosselstrecke 17 wird über Leitungen 31 und 32 einem Gegensteuerkolben 33 der Steuereinrichtung 9 zugeführt, der dem Steuerkolben 10 entgegenwirkt.

Die erste Drosselstrecke 16 ist mit einem Verhältnisdruck­ ventil 21 verbunden, an dessen Hochdruckkolben 22 über die Leitung 29 der Förderdruck der Pumpe 1 anliegt. Die Nieder­ druckseite des Verhältnisdruckventils 21 ist über eine Leitung 23 mit einer Versorgungsdruckquelle 24 (nicht darge­ stellt) verbunden. Die zweite Drosselstrecke 17 ist mit einem Druckminderventil 25 verbunden, dessen Eingang über die Leitungen 26 und 23 mit der Versorgungsdruckquelle 24 in Verbindung steht.

Auf der der Drosselsteuerdruckseite gegenüberliegenden Seite der Drosselverstelleinrichtung 18 steht über Leitung 27 ein Druck an, der über einen Druckgeber 28 (nicht dargestellt) veränderbar ist und aus einem Versorgungsdruck gewonnen werden kann. Der Druckgeber 28 mit Leitung 27 einerseits und die Rückstellfeder 20 andererseits können wahlweise einzeln oder zusammen vorhanden sein.

Die beschriebene Leistungsregelung arbeitet wie folgt:
Wenn der über die Leitung 11 am Steuerkolben 10 der Steuer­ einrichtung 9 anliegende Steuerdruck steigt, wird die Steuereinrichtung 9 entgegen der Kraft der Rückmeldefeder 12 aus ihrer Gleichgewichtslage in der Figur nach rechts verschoben. Dadurch erhöht sich der Druck sowohl in der Leitung 7 als auch derjenige auf der Kolbenseite des Stell­ zylinders 3, da die Steuereinrichtung 9 über die Leitung 30 mit der unter Förderdruck stehenden Leitung 29 verbunden ist. Die Folge ist eine Bewegung des Stellkolbens 4 ent­ gegen der Kraft der kleineren, direkt mit dem Pumpendruck verbundenen Gegenfläche des Stellkolbens 4 und der Aus­ schwenkfeder 5 in der Figur nach links und damit eine Verringerung des Fördervolumens der Pumpe 1. Diesem Vorgang entgegen wirkt eine durch die Linksbewegung der mit dem Stellkolben 4 starr verbundenen Wegrückführung 13 hervorge­ rufene Verstärkung der Federkraft der Rückmeldefeder 12 in Richtung einer neuen Gleichgewichtsstellung der Steuer­ einrichtung 9 einerseits und der Pumpe 1 andererseits. Erhöht sich der Förderdruck in der Förderstromleitung 2 der Pumpe 1, greift nun die erfindungsgemäße Leistungsregelung wie folgt ein:

Durch die Druckerhöhung in der Förderstromleitung 2 der Pumpe 1 erfolgt über Leitung 29 und dem Hochdruckkolben 22 des Verhältnisdruckventils 21 auch eine Erhöhung des über die Leitung 23 aus der Versorgungsdruckquelle 24 stammenden Drucks in der ersten Drosselstrecke 16 und zwar sowohl vor der ersten Drossel D1 als auch zwischen den Drosseln D1 und D2. Durch die Erhöhung des Drucks zwischen den Drosseln D1 und D2 wird über Leitung 19 die Drosselverstelleinrichtung 18 in der Figur nach unten, d. h. in Richtung größeren Querschnitts der zweiten und vierten Drossel D2 und D4 verschoben. Da an der dritten Drossel D3 in der zweiten Drosselstrecke 17 über das Druckminderventil 25 und aus der mit dem Druckminderventil 25 über die Leitungen 26 und 23 verbundenen Versorgungsdruckquelle 24 stets ein konstanter Druck anliegt, bewirkt die fortschreitende Öffnung der vierten Drossel D4 eine Druckerniedrigung zwischen der dritten und vierten Drossel D3 und D4. Diese Druckminderung gelangt über die Leitungen 31 und 32 als Druckentlastung an den Gegensteuerkolben 33 der Steuereinrichtung 9. Diese Druckentlastung wirkt somit der oben beschriebenen Erhöhung der Federkraft der Rückmeldefeder 12 entgegen und bewirkt damit eine weiter in der Figur nach rechts verschobene Gleichgewichtsstellung der Steuereinrichtung 9 als sie ohne die Leistungsregelung eintreten würde sowie eine größere Rückstellung des Fördervolumens der Pumpe 1. Das Förder­ volumen folgt damit aufgrund der erfindungsgemäßen Leistungsregelung der hyperbolischen Abhängigkeit vom Druck bei Regelung auf konstante Leistung.

Wenn der Steuerdruck in Leitung 11 fällt, laufen die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Weise ab. Durch die Steuereinrichtung 9 und den Stellzylinder 3 wird zunächst die Fördermenge in Richtung einer neuen Gleichgewichtslage erhöht. Wenn der Förderdruck in der Förderstromleitung 2 der Pumpe 1 abgesenkt wird, bewegt sich die Drosselverstell­ einrichtung 18 der zweiten Steuereinheit C aufgrund des nachlassenden Drucks in der Figur nach oben und bewirkt damit eine Erhöhung des Drucks am Gegensteuerkolben 33 der Steuereinrichtung 9, wodurch ebenfalls die Fördermenge der Pumpe 1 erhöht wird.

Bei der erfindungsgemäßen Leistungsregelung kann die gewünschte Leistung, die konstant gehalten werden soll, durch zwei verschiedene, einzeln oder zusammen wirkende Maßnahmen, verändert werden. Zum einen kann hierzu an der Rückstellfeder 20 der Drosselverstelleinrichtung 18 die dem Drosselsteuerdruck über Leitung 19 entgegenwirkende Federkraft verändert werden. Zum anderen, oder zusätzlich zur Veränderung der Federkraft, kann über die Leitung 27 von dem Druckgeber 28 der Drosselverstelleinrichtung 18 ein dem Drosselsteuerdruck aus der Leitung 19 entgegen­ gesetzt wirkender Druck veränderbar zugeführt werden. Diese Maßnahmen bewirken einen Übergang von einer Leistungs­ hyperbel auf eine andere (Mode-Verstellung).

Das vor der ersten Drosselstrecke 16 liegende Verhältnis­ druckventil 21 erlaubt, zwei Förderdrücke von den beiden Pumpen des Doppelpumpensystems dem Hochdruckkolben 22 zuzuführen und verhindert größere Druckmittelverluste, die eintreten würden, wenn die erste Drosselstrecke 16 direkt mit dem Förderdruck der Pumpen verbunden wäre. Das Druckminderventil 25 vor der zweiten Drosselstrecke 17 bewirkt, daß an der dritten Drossel D3 stets ein konstanter Druck anliegt.

Wie bereits erwähnt, ist das in der Figur dargestellte System ein Doppelpumpensystem, bei dem die erfindungsgemäße Leistungsregelung auf beide Pumpen wirkt. Dies geschieht dadurch, daß einerseits die Drücke der beiden Pumpen auf den Hochdruckkolben 22 des Verhältnisdruckventils 21 additiv wirken und andererseits der auf den Gegensteuer­ kolben 33 der Steuereinrichtung 9 wirkende Gegensteuer­ druck ebenso auf die entsprechenden Baueinheiten des ersten Steuersystems B der zweiten Pumpe wirkt (Summenleistung­ sregelung).

Claims (5)

1. Leistungsregelung für eine hydraulisch verstellbare Pumpe, bei der die Fördermenge über eine Steuer­ einrichtung in einem ersten Steuersystem durch einen Steuerdruck veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem auf die Steuereinrichtung (9) wirkenden Steuerdruck ein Gegensteuerdruck entgegenwirkt, der in einem ausschließlich hydraulisch arbeitenden zweiten Steuersystem (C) in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe (1) so erzeugt wird, daß das Wertepaar Förder­ druck und Fördermenge der Pumpe (1) dem hyperbolischen Verlauf einer Konstantleistungsfunktion folgt.

2. Steuersystem für die Leistungsregelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein System von vier Drosseln (D1, D2, D3, D4) , von denen die erste (D1) und zweite Drossel (D2) in einer ersten, direkt oder indirekt am Förderdruck der Pumpe (1) liegenden Drosselstrecke (16) und die dritte (D3) und vierte Drossel (D4) in einer zweiten, an einem konstanten Druck liegenden Drossel­ strecke (17) jeweils in Durchflußrichtung hinterein­ ander angeordnet sind, wobei die zweite (D2) und die vierte Drossel (D4) in Abhängigkeit vom Förderdruck der Pumpe (1) in einer Drosselverstelleinrichtung (18) durch Koppelung ihrer Verstellglieder in ihrem Querschnitt simultan so veränderbar sind, daß das Verhältnis der Druckabfälle an der ersten (D1) und zweiten Drossel (D2) stets gleich dem Verhältnis der Druckabfälle an der dritten (D3) und vierten Drossel (D4) ist, und wobei der zwischen der dritten (D3) und vierten Drossel (D4) auftretende Druck als Gegensteuer­ druck der Steuereinrichtung (9) der Pumpe (1) zugeführt wird.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Drosselstrecke (16) ein Verhältnisdruck­ ventil (21) vorgeschaltet ist, an dessen Hochdruck­ kolben (22) der Förderdruck der Pumpe (1) und an dessen Eingangsseite ein Versorgungsdruck (24) anliegt.

4. Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Drosselstrecke (17) ein Druckminderventil (25) vorgeschaltet ist, an dessen Eingangsseite ein Versorgungsdruck (24) anliegt.

5. Steuersystem nach einem der der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselverstell­ einrichtung (18) für die zweite (D2) und vierte Drossel (D4) in ihrer Charakteristik durch eine verstellbare Feder (20) und/oder durch einen verstellbaren Versorgungsdruck (28) veränderbar ist.