EP0924427A1

EP0924427A1 - Leistungsregelventil

Info

Publication number: EP0924427A1
Application number: EP98121603A
Authority: EP
Inventors: Dieter Dittmann
Original assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2018-11-12
Also published as: DE59808896D1; EP0924427B1; DE19756600C1

Abstract

Eine Leistungsregeleinrichtung (1) zum Begrenzen der Leistung zumindest einer an der Leistungsregeleinrichtung (1) angeschlossenen, mittels einer Verstellvorrichtung (51-54) verstellbaren und in einer Arbeitsleitung (3) fördernden Hydropumpe (4) weist einen Hyperbelregler auf. Der Hyperbelregler wirkt über einen Schwenkhebel (31) auf ein Proportionalventil (9) zurück. Ein Angriffselement (35) ist auf dem Schwenkhebel (31) so verschiebbar, daß der Hebelarm, mit welchem das Angriffselement (35) an dem Schwenkhebel (31) angreift, veränderbar ist. Erfindungsgemäß ist die Leistungsregeleinrichtung (1) als von der Verstellvorrichtung (51-54) baulich getrennte Ventileinheit ausgebildet. Das Angriffselement (35) wird von einem bewegbaren Drossel-Ventilkörper (10) eines in der Arbeitsleitung (3) angeordneten Drosselventils (8) mitgeführt. Die Stellung des Drossel-Ventilkörpers (10) wird von einem Differenzdruck gesteuert, der die Differenz zwischen dem in der Arbeitsleitung (3) herrschenden Arbeitsdruck der Hydropumpe (4) und einem Steuerdruck ist, der durch das Proportionalventil (9) in Abhängigkeit von der durch den Schwenkhebel (31) vermittelten Rückwirkung geregelt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsregelventil zum Begrenzen der Leistung zumindest einer an dem Leistungsregelventil angeschlossenen, mittels einer Verstellvorrichtung verstellbaren Hydropumpe.

Eine Leistungsregeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z. B. aus der DE 196 26 793 C1 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine hydraulische Regeleinrichtung beschrieben, die für zwei parallel arbeitende Hydropumpen jeweils ein Leistungsregeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 umfaßt. Die beiden Leistungsregeleinrichtungen werden von einer den Hydropumpen gemeinsamen Druck-Regeleinrichtung angesteuert.

Die bekannten Leistungsregeleinrichtungen umfassen jeweils einen sogenannten Hyperbelregler, der über einen Schwenkhebel auf ein als Leistungsregelventil wirkendes Proportionalventil zurückwirkt. Der Schwenkhebel ist mittels eines als Schwenkkolben ausgebildeten Angriffselements mit dem Stellkolben der Verstellvorrichtung der jeweils zugeordneten Hydropumpe verbunden. In dem Stellkolben ist für das Angriffselement eine Druckkammer geschaffen, die mit der Arbeitsleitung der zugeordneten Hydropumpe in Verbindung steht. Das Angriffselement wird von dem Stellkolben der Verstellvorrichtung mitgeführt, so daß sich der Hebelarm, über welchen das Angriffselement an dem Schwenkhebel angreift mit zunehmendem Fördervolumen der zugeordneten Hydropumpe verlängert. Der Stellkolben der Verstellvorrichtung ist einerseits mit dem Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung der zugeordneten Hydropumpe und andererseits mit einem Gegendruck beaufschlagt, der durch das Proportionalventil eingestellt wird. Der von dem Proportionalventil eingestellte Gegendruck hängt von der Rückwirkung über den Schwenkwinkel ab. Diese Rückwirkung ist einerseits von dem Druck in der Arbeitsleitung der zugeordneten Hydropumpe und andererseits von dem Hebelarm abhängig, mit welchem das Angriffselement an dem Schwenkhebel angreift. Durch diese Konstellation ergibt sich eine hyperbolische Regelkennlinie, d. h. bei Erreichen der vorgegebenen Maximalleistung regelt die Leistungsregeleinrichtung die Hydropumpe auf eine konstante Leistung, also auf ein konstantes Produkt aus Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung und Fördervolumen der Hydropumpe ein.

Dabei wird jedoch davon ausgegangen, daß das Fördervolumen der Hydropumpe ausschließlich von der durch den Stellkolben der Verstellvorrichtung vorgegebenen Ausschwenkung abhängt. Diese Voraussetzung trifft jedoch nur dann zu, wenn die Hydropumpe durch den Antriebsmotor mit einer konstanten Drehzahl angetrieben wird.

Die bekannte Leistungsregeleinrichtung ist daher für Antriebssysteme mit variabler Antriebsdrehzahl nicht einsetzbar. Ein weiterer Nachteil bei der bekannten Leistungsregeleinrichtung ist darin zu sehen, daß die bekannte Leistungsregeleinrichtung mit dem Stellkolben der Verstellvorrichtung verbunden werden muß, d. h. an der Verstellvorrichtung der Hydropumpe montiert werden muß. Die entsprechende Verbindung zwischen dem Schwenkhebel und dem Stellkolben erfordert einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand. Zudem läßt sich die gleiche konstruktive Lösung nicht bei allen Typen der zu verwendenden Hydropumpen in gleicher Weise verwirklichen und es ist für jede Type der Hydropumpe eine Sonderkonstruktion erforderlich.

Zwar ist aus der DE-OS 24 61 897 ein Leistungsregelventil bekannt, das von der Antriebsdrehzahl der Hydropumpe unabhängig ist. Dieses Leistungsregelventil bedient sich jedoch nicht eines Hyperbelreglers, der über einen Schwenkhebel auf ein Proportionalventil zurückwirkt. Statt dessen weist dieses in der Arbeitsleitung der Hydropumpe vorgesehene Leistungsregelventil einen Ventilkörper auf, dessen Stirnseite von dem Druckfluid angeströmt wird. Der entstehende Druck bewirkt eine Verschiebung des Ventilkörpers gegen eine Rückstellfeder. Mit zunehmender Verschiebung des Ventilkörpers wird ein Regelschlitz geschlossen. Der Regelschlitz ist geometrisch so ausgeformt, daß die Veränderung des Drosselquerschnitts als Funktion des Verschiebewegs des Ventilkörpers nicht linear ist sondern so bestimmt ist, daß das Produkt aus Arbeitsdruck und Drosselquerschnitt zumindest näherungsweise konstant ist. Auf diese Weise wird zumindest annähernd eine Leistungsregelung erreicht.

Nachteilig bei dem aus der DE-OS 24 61 897 bekannten Leistungsregelventil ist jedoch, daß dessen Regelcharakteristik für viele Anwendungsfälle zu ungenau ist. Der Staudruck an der Stirnseite des Ventilkolbens ist eine relativ ungenaue Regelgröße und wird von dem Druckabfall an dem Regelschlitz beeinflußt. Der Drosselquerschnitt des Regelschlitzes wirkt daher auf den Verschiebeweg des Ventilkörpers zurück, so daß sich eine relativ ungenaue Regelcharakteristik ergibt. Zudem hängt der Staudruck auch von der Viskosität und somit der Temperatur des Druckfluids ab. Dieses Leistungsregelventil konnte sich daher gegenüber Leistungsregelventilen mit einem exakten Hyperbelregler nicht durchsetzen. Ferner ist nachteilig, daß zum Verändern der Regelleistung der Regelschlitz verändert werden muß. Bei hohen Leistungen ergeben sich sehr hohe Federkräfte, die sehr große Federn erfordern.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungsregeleinrichtung mit einem einen Schwenkhebel aufweisenden Hyperbelregler zu schaffen, die auch zur Ansteuerung von Hydropumpen geeignet ist, die nicht mit konstanter Drehzahl angetrieben werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.

Der Erfindung liegt das Konzept zugrunde, den Hyperbelregler mit dem Schwenkhebel in einer von der Hydropumpe baulich losgelösten Einheit zu integrieren. Der Schwenkhebel wird über das Angriffselement nicht mit dem Stellkolben der Verstellvorrichtung der Hydropumpe verbunden. Statt dessen ist ein Drosselventil vorgesehen, dessen Ventilkörper das Angriffselement mitführt. Das Drosselventil drosselt die Strömung in der der Hydropumpe zugeordneten Arbeitsleitung. Der Druckabfall an den Drosselventilen kann zur Ansteuerung der Verstellvorrichtung der Hydropumpe herangezogen werden. Da eine derartige Steuerung z. B. bei förderstromgeregelten Hydropumpen ohnehin vorhanden und üblich ist, ergibt sich für die Ansteuerung der Hydropumpe kein zusätzlicher konstruktiver Aufwand. Die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung ist vielmehr gegen die bei förderstromgeregelten Hydropumpen übliche festverstellbare Drossel in der Arbeitsleitung der Hydropumpe auszutauschen. Auf diese Weise können bereits im Betrieb befindliche Hydropumpen auch mit einer erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung nachgerüstet werden.

Die Leistungsregeleinrichtung ist dabei vollkommen unabhängig von der Antriebsdrehzahl der zugeordneten Hydropumpe. Ferner kann die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung universell für verschiedenste Typen von Hydropumpen eingesetzt werden, da eine mechanische Verbindung zwischen dem Schwenkhebel und dem Stellkolben der Verstellvorrichtung nicht geschaffen werden muß. Es genügt, die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung in die Arbeitsleitung einzuschleifen. Dennoch arbeitet die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung aufgrund des Hyperbelreglers äußerst exakt.

Die Ansprüche 2 bis 13 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Drossel-Ventilkörper des Drosselventils kann entsprechend Anspruch 2 von der Druckdifferenz zwischen zwei Drosselventil-Kammern beaufschlagt werden, wobei die erste Drosselventil-Kammer mit der Arbeitsleitung und die zweite Drosselventil-Kammer mit einem Steuerausgang des Proportionalventils verbunden ist. Entsprechend Anspruch 3 kann der Drossel-Ventilkörper vorteilhaft als Hohlkolben ausgebildet sein, wobei eine der beiden Drosselventil-Kammern entsprechend Anspruch 4 im Inneren des Drossel-Ventilkörpers integriert sein kann. Dabei kann die entsprechende Drosselventil-Kammer mit einem Meßkolben verschlossen sein, der sich an einem Gehäuseteil der Leistungsregeleinrichtung abstößt.

Entsprechend Anspruch 5 kann im Mantelbereich des Drossel-Ventilkörpers eine Ringnut ausgebildet sein, an der die mit einem den Drossel-Ventilkörper umgebenden Drossel-Zylinderkörper zusammenwirkende Steuerkante entsprechend Anspruch 5 ausgebildet ist. Der Drosselquerschnitt zwischen dem Zulauf und dem Ablauf des Drosselventils hängt dabei von der Stellung des Drossel-Ventilkörpers ab.

Das Angriffselement kann entsprechend Anspruch 6 in dem Drossel-Ventilkörper verschiebbar gelagert sein und bis in die Hohlbohrung des Drossel-Ventilkörpers ragen, so daß es vom Arbeitsdruck der Arbeitsleitung gegen den Schwenkhebel beaufschlagt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise. Dabei ist die Bewegungsrichtung des Angriffselements vorzugsweise entsprechend Anspruch 7 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Drossel-Ventilkörpers gerichtet, so daß die Stellung des Drossel-Ventilkörpers den Hebelarm und der Arbeitsdruck die auf den Hebelarm ausgeübte Kraft festlegt.

Entsprechend Anspruch 8 kann ein justierbares Anschlagelement für den Drossel-Ventilkörper vorgesehen sein, um den maximalen Förderstrom der Hydropumpe variabel festzulegen.

Das Proportionalventil kann entsprechend Anspruch 9 einen mit der Arbeitsleitung verbundenen ersten Eingangsanschluß, einen mit einem Druckmedium-Tank verbundenen zweiten Eingangsanschluß und einem mit dem Drosselventil verbundenen Steuerausgang aufweisen. Der Druck an dem Steuerausgang ist dabei einerseits zu dem Arbeitsdruck an dem mit der Arbeitsleitung verbundenen Eingangsanschluß und andererseits der über die Rückwirkung auf das Proportionalventil einwirkenden Rückwirkungskraft proportional. Der Schwenkhebel greift entsprechend Anspruch 10 an dem Proportional-Ventilkörper des Proportionalventils vorzugsweise so an, daß der Proportional-Ventilkörper mit zunehmender Kraftbeaufschlagung des Schwenkhebels durch das Angriffselement den Steuerausgang zunehmend mit dem ersten Eingangsanschluß verbindet. Eine proportionale, lineare Ansteuerung des Proportionalventils kann dadurch erreicht werden, daß der Schwenkhebel den Proportional-Ventilkörper entsprechend Anspruch 11 gegen eine Rückstellfeder beaufschlagt.

Vorzugsweise ist die Vorspannung der Rückstellfeder über ein Justierelement entsprechend Anspruch 12 einstellbar, so daß die Begrenzungsleistung, auf welche die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung die angeschlossenen Hydropumpe begrenzt, einstellbar ist. Die Einstellung kann entweder manuell z. B. mit einer Einstellschraube erfolgen oder aber über eine hydraulische oder elektrische Ansteuerung entsprechend Anspruch 13. Vorzugsweise ist dazu ein Proportional-Elektromagnet vorgesehen, über welchen die Vorspannung der Rückstellfeder variabel einstellbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung in einer teilweise geschnittenen Darstellung mit einem Schaltbeispiel für die hydraulische Beschaltung; und
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung, wobei der Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht darin, daß die Vorspannung der Rückstellfeder des Proportionalventils über einen Proportional-Elektromagneten einstellbar ist; und
Fig. 3: die Regel-Kennlinie der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ventile in einem P-Q-Diagramm.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Die Leistungsregeleinrichtung 1 weist vier Anschlüsse auf, nämlich einen Arbeitsleitungs-Eingang P, einen Arbeitsleitungs-Ausgang A, einen mit einem Druckmedium-Tank 2 verbundenen Tankanschluß T und einen Melde-Anschluß X. Der Arbeitsleitungs-Eingang P ist über die Arbeitsleitung 3 mit dem Arbeitsleitungs-Anschluß B der Hydropumpe 4 verbunden. An dem Arbeitsleitungs-Ausgang A ist bzw. sind ein oder mehrere Verbraucher angeschlossen. Der Melde-Anschluß X ist über eine Melde-Leitung 5 mit dem Load-Sensing Anschluß X der noch näher zu beschreibenden Ventilsteuereinheit 6 der Hydropumpe 4 verbunden. Der Melde-Anschluß X und der Arbeitsleitungs-Ausgang A sind im Gehäuse 7 der Leistungsregeleinrichtung 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel miteinander verbunden. Der Melde-Ausgang X und der Arbeitsleitungs-Ausgang A können jedoch auch zu einem gemeinsamen Ausgang vereinigt sein, so daß die Melde-Leitung 5 von der Arbeitsleitung 3 stromabwärts des Arbeitsleitungs-Ausgangs A, vorzugsweise z. B. unmittelbar an dem angeschlossenen Verbraucher, abzweigt.

Die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung 1 gliedert sich im wesentlichen in ein Drosselventil 8 und ein Proportionalventil 9, die im dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer gemeinsamen Ventileinheit in einem gemeinsamen Gehäuse 7 baulich vereinigt sind.

Das Drosselventil 8 besteht aus einem Drossel-Ventilkörper 10, der in einem den Drossel-Ventilkörper 10 umgebenen Drossel-Zylinderkörper 11 in Längsrichtung bewegbar ist. Der Drossel-Ventilkörper 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Hohlkolben ausgebildet und weist eine als Sackbohrung ausgeführte Hohlbohrung 12 auf. Die Hohlbohrung 12 ist über eine Querbohrung 13 mit einer an der Mantelfläche des Drossel-Ventilkörpers 10 ausgebildete Ringnut 14 verbunden. An dem Drossel-Zylinderkörper 11 ist ein mit dem Arbeitsleitungs-Eingang P verbundener Zulauf 15 und ein mit dem Arbeitsleitungs-Ausgang A verbundener Ablauf 16, z. B. in Form von Radialschlitzen, ausgebildet.

Der Drossel-Ventilkörper 10 ist in Fig. 1 in seiner Stellung mit maximalem Drosselquerschnitt dargestellt. Wenn sich der Drossel-Ventilkörper 10 in Fig. 1 nach unten bewegt, verringert sich der Drosselquerschnitt des Drosselventil 8 zunehmend, da sich die Steuerkante 17 am in Fig. 1 oberen Ende der Ringnut 14 mit der Verschiebung des Drossel-Ventilkörpers 10 ebenfalls nach unten bewegt und die Verbindung zu dem Ablauf 16 einengt. Die in Fig. 1 dargestellte Stellung des Drossel-Ventilkörpers 10 mit maximalem Drossel-Querschnitt und somit maximalem Fördervolumen der angeschlossenen Hydropumpe 4 läßt sich durch das justierbare Anschlagelement 18 variabel einstellen. Das justierbare Anschlagelement 18 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gewindebolzen ausgebildet und läßt sich in den Anschlußstutzen 19 einschrauben und mittels der Mutter 20 und der Kontermutter 21 fixieren.

Die Stellung des Drossel-Ventilkörpers 10 ist durch die Druckdifferenz zwischen einer im Inneren des Drossel-Ventilkörpers 10 ausgebildeten ersten Drosselventil-Kammer 22 und einer zweiten im Ausführungsbeispiel an dem Anschlußstutzen 19 an der in Fig. 1 oberseitigen Stirnseite des Drossel-Ventilkörpers 10 ausgebildeten zweiten Drosselventil-Kammer 23 angesteuert. Die erste Drosselventil-Kammer 22 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel Teil der Hohlbohrung 12 und ist somit über den Arbeitsleitungs-Eingang P mit der Arbeitsleitung 3 verbunden. Die erste Drosselventil-Kammer 22 ist durch einen Meßkolben 24, der sich an der Verschlußkappe 25 des Gehäuses 7 abstützt, verschlossen. Bei Druckerhöhung in der ersten Drosselventil-Kammer 22 bewegt sich der Drossel-Ventilkörper 10 daher in Fig. 1 nach oben, während sich der Drossel-Ventilkörper 10 bei einer Druckerhöhung in der zweiten Drosselventil-Kammer 23 in Fig. 1 nach unten bewegt. Die zweite Drosselventil-Kammer 23 ist über eine in dem Anschlußstutzen 19 durch einen Verschlußkörper 26 endseitig verschlossene Steuerleitung 27 mit einem Steuerausgang A' des Proportionalventils 9 verbunden.

In dem Gehäuse 7 der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung 1 ist ein um eine Schwenkachse 30 schwenkbarer Schwenkhebel 31 angeordnet, an welchem ein in einer Radialbohrung 32 des Drossel-Ventilkörpers 10 angeordnetes, kolbenartiges Angriffselement 35 über einen Gleitschuh 33 angreift. Die Stirnfläche 34 des Angriffselements 35 befindet sich im Ausführungsbeispiel innerhalb der Hohlbohrung 12 und wird somit von dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Arbeitsdruck gegen den Schwenkhebel 31 beaufschlagt. Die Bewegungsrichtung des Angriffselements 35 verläuft dabei senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Drossel-Ventilkolbens 10. Während der Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 3 die Kraft festlegt, mit welcher das Angriffselement 35 auf den Schwenkhebel 31 einwirkt, wird der Hebelarm mit welchem das Angriffselement 35 an dem Schwenkhebel 31 angreift durch die Stellung des Drossel-Ventilkörpers 10 festgelegt. Beim Verschieben des Drossel-Ventilkörpers 10 in Fig. 1 nach unten gleitet der Gleitschuh 33 auf der Oberfläche des Schwenkhebels 31 nach unten, so daß sich der Hebelarm verkürzt. Insgesamt wirkt daher über den Schwenkhebel 31 ein Drehmoment auf das Proportionalventil 9 zurück, das dem Produkt aus dem Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 3 und dem Drosselquerschnitt des Drosselventils 8, also der von dem Drosselventil 8 festgelegten hydraulischen Leistung proportional ist.

Die über den Schwenkhebel 31 vermittelte Rückwirkkraft wirkt über den Stößel 40 auf den Proportional-Ventilkolben 41 des Proportionalventils 9 ein und verschiebt den Proportional-Ventilkörper 41 gegen die von der Rückstellfeder 42 aufgebrachte Rückstellkraft in Fig. 1 nach unten. Der Proportional-Ventilkörper 41 ist in einem Proportional-Zylinderkörper 43 bewegbar, der den Proportional-Ventilkörper 41 umgibt und einen mit der Arbeitsleitung 3 verbundenen ersten Eingangsanschluß P', einen mit dem Druckmedium-Tank 2 verbundenen zweiten Eingangsanschluß T' und einem über die Steuerleitung 27 mit dem Drosselventil 8 verbundenen Steuerausgang A' aufweist.

In der in Fig. 1 dargestellten Grundstellung ist der Druckmedium-Tank 2 mit dem Steueranschluß A' verbunden und somit die zweite Drosselventil-Kammer 23 zum Druckmedium-Tank T hin belüftet. Das Drosselventil 8 arbeitet mit dem durch das justierbare Anschlagelement 18 vorgegebenen Maximalöffnungsquerschnitt. Bei Ansprechen der Leistungsbegrenzung wird jedoch der Proportional-Ventilkörper 41 in Fig. 1 nach unten bewegt, so daß die Trennwand 44 des Proportional-Ventilkörpers 41 zunehmend die Verbindung zwischen dem mit der Arbeitsleitung 3 verbundenen Eingangsanschluß P' und dem Steuerausgang A' freigibt. Dadurch wird die zweite Drosselventil-Kammer 23 mit Steuerdruck beaufschlagt und der Drossel-Ventilkörper 10 in Fig. 1 nach unten bewegt, so daß sich der Drosselquerschnitt des Drosselventils 8 verringert. Dadurch verkürzt sich der Hebelarm, mit welchem das Angriffselement 35 auf den Schwenkhebel 31 einwirkt, so daß ein Gleichgewichtsszustand gefunden wird. Wie beschrieben wird das Produkt aus Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 3 und variablem Drosselquerschnitt des Drosselventils 8 und somit die hydraulische Leistung auf einen konstanten Wert eingeregelt.

Da der Steuerdruck in der Drosselventil-Kammer 23 neben der Ventilstellung des Proportionalventils 9 auch von dem am Eingangsanschluß P' des Proportionalventils 9 anstehenden Arbeitsdruck abhängt muß bezüglich des Arbeitsdrucks eine Kompensation erfolgen. Dies geschieht beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Drosselventil-Kammer 22 und den Meßkolben 24.

Als Proportionalventil 9 kann ein hydraulisches Proportionalventil jeder bekannten Bauart Verwendung finden. Die Vorspannung der Rückstellfeder 42 ist vorzugsweise über ein Justierelement, das an dem Federteller 46 der Rückstellfeder 42 angreift, einstellbar. Ein weiterer Federteller 47 der Rückstellfeder 42 liegt an dem Proportional-Ventilkörper 41 des Proportionalventils 9 an. Auf diese Weise ist die Begrenzungsleistung, auf welche die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung begrenzt, einstellbar. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Justierelement als Gewindebolzen 45 ausgebildet und mittels einer Mutter 47 und einer Kontermutter 48 fixierbar. Die Rückstellfeder 42 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei ineinander angeordneten Rückstellfedern 42a und 42b zusammengesetzt.

In Fig. 1 ist als Beispiel die äußere Beschaltung der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung am Beispiel einer förderstromgeregelten Hydropumpe 4 dargestellt. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung 1 ist jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.

Die Leistungregeleinrichtung 1 ist in die Arbeitsleitung 3 eingeschleift und stellt gleichzeitig das Drosselelement dar, das bei der Förderstromregelung das Fördervolumen für den an dem Arbeitsleitungs-Ausgang A angeschlossenen Verbraucher vorgibt. Ein Förderstromregelventil 50 erfaßt den Druckabfall über dem Drosselventil 8 und regelt in Abhängigkeit davon über die im Ausführungsbeispiel zwei Stellzylinder 51 und 52 und zwei Stellkolben 53 und 54 aufweisende Verstellvorrichtung das Fördervolumen der Hydropumpe 4. Ferner ist ein Druckbegrenzungsventil 55 vorgesehen, das den Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 3 auf einen zulässigen Maximalwert begrenzt. Das Förderstromregelventil 50 und das Druckbegrenzungsventil 55 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventile ausgebildet und jeweils durch eine Rückstellfeder 56 bzw. 57 in ihre Grundstellung beaufschlagt.

Das Förderstromregelventil 50 und das Druckbegrenzungsventil 55 sind über eine Verbindungsleitung 60 mit der Arbeitsleitung 3 und über eine Verbindungsleitung 61 mit dem Druckmedium-Tank 2 verbunden. Das Druckbegrenzungsventil 55 befindet sich im dargestellten Ausführungsbeispiel in der Verbindungsleitung 62 zwischen dem Förderstromregelventil 50 und der Druckkammer 63 des Stellzylinders 51. Bei einer Erhöhung des Druckabfalls über dem Drosselventil 8 erhöht das Förderstromregelventil 50 den Druck in der Leitung 62 und somit in der Stellkammer 63, so daß die Hydropumpe 4 zurückgeschwenkt wird und somit der Druckabfall über dem Drosselventil 8 sinkt. Auf diese Weise wird ein Gleichgewichtszustand erreicht. Wenn umgekehrt der Druckabfall sinkt verringert das Förderstromregelventil 50 den Druck in der Stellkammer 63 und die Hydropumpe 4 wird bis zum Erreichen des Gleichgewichtszustands weiter ausgeschwenkt. Beim Überschreiten des maximal zulässigen Arbeitsdrucks in der Arbeitsleitung 3 erhöht das Druckbegrenzungsventil 55 den Druck in der Stellkammer 63 und schwenkt die Hydropumpe 4 soweit zurück, daß der Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 3 auf den zulässigen Maximaldruck begrenzt wird.

Das Zusammenwirken der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung 1, des Förderstromregelventils 50 und des Druckbegrenzungsventils 55 wird nachfolgend anhand von Fig. 3 beschrieben.

Fig. 3 zeigt ein p-Q-Diagramm, wobei p den Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 3 und Q das von der Hydropumpe 4 abgegebene Fördervolumen symbolisieren. Solange die von der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung 1 vorgegebene Maximalleistung noch nicht erreicht ist, regelt das Förderstromregelventil 50 das Fördervolumen der Hydropumpe 4 im Regelbereich 60 in Fig. 3 auf ein konstantes Fördervolumen Q_max ein, das durch das justierbare Anschlagelement 18 verbraucherangepaßt vorgegeben wird. Sobald die zulässige Maximalleistung der Hydropumpe 4 erreicht wird, regelt die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung 1 entlang der Hyperbel 61 das Produkt aus Arbeitsdruck p und Fördervolumen Q auf einen konstanten Wert ein, so daß eine Überlastung der Hydropumpe 4 vermieden wird. Wenn jedoch in der Arbeitsleitung 3 der maximal zulässige Arbeitsdruck P_max überschritten wird, regelt das Druckbegrenzungsventil 55 die Hydropumpe 4 zurück, um eine Drucküberlastung des Systems zu vermeiden. Die Maximalleistung, auf welche die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung 1 einregelt, ist durch das Justierelement 45 einstellbar.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung 1 gegenüber an der Verstellvorrichtung der Hydropumpe 4 angreifenden Leistungsregeleinrichtungen liegt darin, daß die Leistungsregelung von der Drehzahl der die Hydropumpe 4 antreibenden Antriebswelle 58 unabhängig ist. Bekannte Leistungsregeleinrichtungen regeln das Produkt aus Arbeitsdruck und Schwenkwinkel der Hydropumpe 4 ebenfalls mit einem Schwenkhebelmechanismus auf einen konstanten Wert ein. Das Fördervolumen der Hydropumpe ist jedoch nur dann dem Schwenkwinkel proportional, wenn die Antriebsdrehzahl konstant ist. Bei einigen Antriebskonzepten ist dies nicht sichergestellt und dort kann eine bekannte Leistungsregeleinrichtung nicht zum Einsatz kommen. Ein weiterer erheblicher Vorteil liegt darin, daß die bekannte Leistungsregeleinrichtung als von der Hydropumpe 4 getrennte separate Ventileinheit ausgebildet ist. Eine mechanische Verbindung mit der Verstellvorrichtung 51 bis 54 der Hydropumpe 4 ist nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung 1 wird lediglich in die Arbeitsleitung 3 eingeschleift und ist daher vom verwendeten Typ der Hydropumpe 4 vollkommen unabhängig. Dadurch ist eine hohe universelle Einsetzbarkeit der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung 1 gegeben.

Fig. 2 zeigt ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 leicht abgewandeltes zweites Ausführungsbeispiel. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich insoweit eine wiederholende Beschreibung erübrigt.

Der Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die Vorspannung der Rückstellfeder 42 nicht mittels des Gewindebolzens 45 starr einstellbar ist, sondern mittels eines über einen Stößel 70 an dem Federteller 46 angreifenden, im einzelnen nicht weiter dargestellten Proportional-Elektromagneten in Abhängigkeit von einem den Anschlußleitungen 72 und 73 des Proportional-Magneten 41 zuführbaren elektrischen Steuersignals variabel einstellbar ist. Auf diese Weise ist die Begrenzungsleistung der erfindungsgemäßen Leistungsregeleinrichtung 1 variabel vorgebbar. Z. B. können an einer Hydropumpe 4 mehrere Verbraucher jeweils über eine separate Leistungsregeleinrichtung 1 angeschlossen sein. Die Leistungszuweisung für die einzelnen Verbraucher hängt dann z. B. davon ab, wieviele andere Verbraucher zugeschaltet sind. Dies kann durch eine entsprechendes auf den Proportional-Magneten 71 einwirkendes Steuersignal berücksichtigt werden. Hyperbeln anderer Regelleistungen sind in Fig. 3 mit den Bezugszeichen 63 und 64 versehen.

Claims

Leistungsregeleinrichtung (1) zum Begrenzen der Leistung zumindest einer an der Leistungsregeleinrichtung (1) angeschlossenen, mittels einer Verstellvorrichtung (51-54) verstellbaren und in eine Arbeitsleitung (3) fördernden Hydropumpe (4)
mit einem Hyperbelregler, der über einen Schwenkhebel (31) auf ein Proportionalventil (9) zurückwirkt und einem Angriffselement (35), das auf dem Schwenkhebel (31) so verschiebbar ist, daß der Hebelarm, mit welchem das Angriffselement (35) an dem Schwenkhebel (31) angreift, veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Leistungsregeleinrichtung (1) als eine von der Verstellvorrichtung (51-54) baulich getrennte Ventileinheit ausgebildet ist, und

daß das Angriffselement (35) von einem bewegbaren Drossel-Ventilkörper (10) eines in der Arbeitsleitung (3) angeordneten Drosselventils (8) mitgeführt wird, wobei die Stellung des Drossel-Ventilkörpers (10) von einem Differenzdruck gesteuert ist, der die Differenz zwischen dem in der Arbeitsleitung (3) herrschenden Arbeitsdruck der Hydropumpe (4) und einem Steuerdruck ist, der durch das Proportionalventil (9) in Abhängigkeit von der durch den Schwenkhebel (31) vermittelten Rückwirkung geregelt wird.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Drossel-Ventilkörper (10) von der Druckdifferenz zwischen einer ersten (22) und zweiten (23) Drosselventil-Kammer beaufschlagt ist, wobei die erste Drosselventil-Kammer (22) mit der Arbeitsleitung (3) und die zweite Drosselventil-Kammer (23) über eine Steuerleitung (27) mit einem Steuerausgang (A') des Proportionalventils (9) verbunden ist.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Drossel-Ventilkörper (10) als Hohlkolben ausgebildet ist und der Drossel-Ventilkörper (10) eine Hohlbohrung (12) aufweist, die mit der Arbeitsleitung (3) in Verbindung steht.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Drosselventil-Kammer (22) im Inneren des Drossel-Ventilkörpers (10) ausgebildet ist und mit einem Meßkolben (24) verschlossen ist, des sich an einem Gehäuseteil (25) der Leistungsregeleinrichtung (1) abstützt.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Hohlbohrung (12) mit einer im Mantelbereich des Drossel-Ventilkörpers (10) vorgesehenen Ringnut (14) verbunden ist, die einen in einem den Drossel-Ventilkörper (10) umgebenden Drossel-Zylinderkörper (11) ausgebildeten Zulauf (15) mit einem in dem Drossel-Zylinderkörper (11) ausgebildeten Ablauf (16) über einen Drosselquerschnitt verbindet, der von der Stellung des Drossel-Ventilkörpers (10) abhängt.
Leistungsregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Angriffselement (35) in dem Drossel-Ventilkörper (10) verschiebbar gelagert ist und von dem Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung (3) gegen den Schwenkhebel (31) beaufschlagt ist, indem eine Stirnfläche (34) des Angriffselements (35) in die Hohlbohrung (12) des Drossel-Ventilkörpers (10) ragt.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Bewegungsrichtung des Angriffselements (35) senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Drossel-Ventilkörpers (10) gerichtet ist.
Leistungsregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein justierbares Anschlagelement (18) vorgesehen ist, an welchem der Drossel-Ventilkörper (10) bei Erreichen des durch das Anschlagelement (18) einstellbaren maximalen Förderstroms der Hydropumpe (4) anschlägt.
Leistungsregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Proportionalventil (9) einen mit der Arbeitsleitung (3) verbundenen ersten Eingangsanschluß (P'), einen mit einem Druckmedium-Tank (2) verbundenen zweiten Eingangsanschluß (T') und einen über eine Steuerleitung (27) mit dem Drosselventil (8) verbundenen Steuerausgang (A') aufweist.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Proportionalventil (9) einen Proportional-Ventilkörper (41) aufweist, an welchem der Schwenkhebel (31) so angreift, daß der Proportional-Ventilkörper (41) mit zunehmender Kraftbeaufschlagung des Schwenkhebels (31) durch das Angriffselement (35) den Steuerausgang (A') zunehmend mit dem ersten Eingangsanschluß (P') verbindet.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Schwenkhebel (31) den Proportional-Ventilkörper (41) gegen eine Rückstellfeder (42) beaufschlagt.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorspannung der Rückstellfeder (42) über ein Justierelement (45; 70, 71) einstellbar ist.
Leistungsregeleinrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorspannung der Rückstellfeder (42) hydraulisch oder elektrisch, insbesondere mittels eines Proportional-Elektromagneten (71), zur Vorgabe der Begrenzungsleistung der Leistungsregeleinrichtung (1) veränderbar ist.