EP0972939A2 - Leistungsregelvorrichtung für mehrere Hydropumpen - Google Patents

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EP0972939A2
EP0972939A2 EP99113343A EP99113343A EP0972939A2 EP 0972939 A2 EP0972939 A2 EP 0972939A2 EP 99113343 A EP99113343 A EP 99113343A EP 99113343 A EP99113343 A EP 99113343A EP 0972939 A2 EP0972939 A2 EP 0972939A2
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EP
European Patent Office
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control device
throttle
hydraulic pump
valve
power control
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EP99113343A
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French (fr)
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EP0972939A3 (de
EP0972939B1 (de
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Dieter Dittmann
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
Original Assignee
Brueninghaus Hydromatik GmbH
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Publication of EP0972939A3 publication Critical patent/EP0972939A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/002—Hydraulic systems to change the pump delivery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/08—Regulating by delivery pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/12—Parameters of driving or driven means
    • F04B2201/1205—Position of a non-rotating inclined plate
    • F04B2201/12051—Angular position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/06—Pressure in a (hydraulic) circuit
    • F04B2205/061—Pressure in a (hydraulic) circuit after a throttle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/16—Opening or closing of a valve in a circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/17—Opening width of a throttling device
    • F04B2205/172—Opening width of a throttling device after the pump outlet

Definitions

  • the invention relates to a power control device for Regulation of the hydraulic power of a hydraulic pump, the Swivel angle adjustable by means of an adjustment device is.
  • a power control device is, for example, from the DE 196 26 793 C1 known.
  • a hydraulic control device described for two Hydropumps operating in parallel each have a power control device includes.
  • the two power control devices are from a pressure control device common to the hydraulic pumps controlled.
  • the known power control devices each include a so-called hyperbola regulator, which has a swivel lever to a proportional valve acting as a capacity control valve reacts.
  • One acts on the swivel lever Working pressure in the working line belonging to the hydraulic pump proportional force over a variable leverage causes a variable torque.
  • the leverage depends on the position of an adjusting piston of the adjusting device Hydraulic pump and thus from the set delivery volume of the Hydraulic pump. It therefore acts on the proportional valve overall a torque that the product of the Working pressure in the associated work management and the set delivery volume of the hydraulic pump, d. H. the promoted hydraulic power of the hydraulic pump, proportional is.
  • a disadvantage of this known design of a power control device is the relatively complex mechanical Construction by means of the pivot lever, which is a considerable constructive Effort requires and is also prone to failure.
  • a power control valve is known from DE 35 41 750 C2, which is arranged in the working line of the hydraulic pump and not coupled to the adjustment device of the hydraulic pump are.
  • This power control valve has a control slot on, which is geometrically shaped so that the change of Throttle cross section as a function of the displacement of the Valve body of the valve is not linear, but so it is determined that the product of working pressure and Throttle cross section is at least approximately constant.
  • the disadvantage of these power control valves is, however relatively imprecise control characteristics and the relatively high construction effort, since the throttle cross section of these power control valves must be dimensioned and adjusted exactly. The Manufacturing and assembly work is therefore considerable. Further are very high spring forces for the Reset of the valve body required so that the return spring must be interpreted relatively large. Generally is therefore a power control with a control function valve in the work line in practice unsatisfactory.
  • the invention is based on the finding in the case of a power control device instead of one previously used Swivel lever with variable lever arm to achieve the power control function to provide a hydraulic auxiliary circuit with a current control device, the the secondary circuit constant volume flow, and an outlet throttle, the throttle cross section of the swivel angle of the hydraulic pump is set and the appropriate dimensioning the performance control function guaranteed. Because the Valves and throttles that do not perform the power function in the management, but in one with only a small one Volume flow through the secondary circuit are arranged, these valves and throttles are subject to a significantly lower rate Wear. Furthermore, there is only a small heat loss on, so that these valves are designed to be relatively small and too can be summarized in a common valve block. The design effort for the solution according to the invention is therefore relatively small.
  • the hydraulic according to the invention Power control is compared to the previously known mechanical Power control with an adjustable swivel lever much less prone to failure.
  • the current control device the task is to ensure a constant volume flow for the secondary circuit to supply, from a throttle arranged in the secondary circuit and one either downstream or upstream of the Throttle valve arranged. Doing so the relief valve from the pressure drop across the throttle so controlled that the opening cross section of the Limit valve is reduced when the pressure drop at the throttle increases and vice versa the opening cross section the limit valve is increased when the Pressure drop at the throttle reduced. That way ensures that the pressure drop across the throttle is always is kept constant, resulting in a constant volume flow Consequence.
  • the limit valve can according to claim 3 For example, be designed as a 2/2-way valve.
  • the discharge throttle is preferably so designed that their throttle cross section with increasing Swivel angle of the hydraulic pump starting from the neutral position enlarged. If the power control device the power the hydraulic pump to a constant maximum output the opening cross-section of the outlet throttle is limited to be interpreted according to claim 5 so that the Opening cross-section proportional to the square root of the tang of the swivel angle of the hydraulic pump increases.
  • the control valve can be according to claim 6 3/2-way valve that a first with the working line connected connection, a second with a pressure medium tank connected connection and a direct or indirect connected to the adjusting device of the hydraulic pump has third connection.
  • a first with the working line connected connection a second with a pressure medium tank connected connection and a direct or indirect connected to the adjusting device of the hydraulic pump has third connection.
  • the hydraulic pump is arranged a pressure relief valve.
  • the valve piston of the control valve is claimed accordingly 8 preferably from the pressure difference between that in the Working pressure prevailing high pressure and that in the secondary circle between the flow control device and the flow restrictor prevailing secondary pressure.
  • control valve is according to claim 9 connected to the adjusting device that the control valve with increasing pressure in the secondary circuit between the Current control device and the flow restrictor one Adjusting cylinder of the adjusting device increasingly to one Pressure medium tank ventilated to the swivel angle of the Increase hydraulic pump.
  • the flow restrictor is corresponding Claim 10 preferably arranged so that it Secondary circuit connects directly to a pressure medium tank.
  • Fig. 1 shows a hydraulic circuit diagram of an embodiment the power control device according to the invention, which is generally designated by reference number 1.
  • a hydraulic pump 2 sucks the pressure medium from a pressure medium tank 4 and conveys the pressure medium in a work line 3, to which a consumer, not shown can be connected.
  • the hydraulic pump 2 is a Drive shaft 5 preferably driven at a constant speed.
  • Adjustment device that a first actuating piston 7a, a first actuating cylinder 8a, a second actuating piston 7b and has a second actuating cylinder 8b.
  • the first actuating cylinder 8a there is an adjusting spring 9, which is the adjusting device 6 of the hydraulic pump 2 in the direction of maximum Funding volume applied.
  • the actuating device 6 is the Hydraulic pump 2 in the direction of minimum displacement pivoted back.
  • the secondary circuit 10 branches off from the work line 3 Secondary circuit 10.
  • the secondary circuit 10 is generally with a current control device designated by reference numeral 11 a constant volume flow is fed to the working line 3.
  • the outflow from the secondary circuit 10 into the pressure medium tank 4 takes place via a variable discharge throttle 12.
  • the throttle cross section the flow restrictor 12 depends on the swivel angle the hydraulic pump 2.
  • the current control device 11 is in the illustrated embodiment from a limit valve 13, which as 2/2-way valve is formed. Downstream of the relief valve 13 is a preferably adjustable Throttle 14.
  • the throttle cross section of the throttle 14 is true preferably adjustable for adjustment purposes, but during the operation of the power control device according to the invention 1 unchangeable.
  • the limit valve 13 is the pressure drop at the Throttle 14 controlled. If the pressure drop across the throttle 14 increases, therefore the flow through the decreases Limit valve 13. If, conversely, the pressure drop across the Throttle 14 decreases, the flow increases through the limit valve 13. Through this control mechanism hence the volume flow through the flow control device 14 regardless of the prevailing in the management 3 High pressure always adjusted to a constant value.
  • the secondary pressure prevailing in the secondary circuit 10 acts on Control valve 17 a.
  • the control valve 17 is in the embodiment designed as a 3/2-way valve and is by the Pressure difference between that prevailing in the working line 3 High pressure and that in the branch between the Current control device 11 and the outlet throttle 12 prevail Secondary pressure controlled.
  • the control valve 17 has one first connection 18 connected to the working line 3, a second connection connected to the pressure medium tank 4 19 and one indirectly via a pressure relief valve 21 the second actuating cylinder 8b of the adjusting device 6 connected third connection 20. If the secondary pressure in the secondary circle 10 compared to that prevailing in the working line 3 High pressure rises, one becomes above that Pressure relief valve 21 leading connecting line 22 increasingly vented to the pressure medium tank 4.
  • the pressure relief valve 21 is the one in the working line 3 prevailing high pressure. If the in the working line 3 prevailing high pressure by means of Return spring 21 exceeds the adjustable threshold, acts on the pressure relief valve 21 on the second actuating cylinder 8b of the actuating device 6 with that in the working line 3 prevailing high pressure, so that the actuator 6 the hydraulic pump 2 in the direction of the minimum delivery volume swings back.
  • the operation of the power control device according to the invention 1 is as follows:
  • the valve body of the Control valve 17 is due to the increased difference between the high pressure prevailing in the working line 3 and therefore the secondary pressure prevailing in the secondary circuit 10 moved that the connecting line 22 and thus the second actuating cylinder 8b with an increased actuating pressure be charged.
  • the hydraulic pump 2 is therefore in the direction pivoted back to a reduced volume.
  • FIG. 4 is an enlarged, fragmentary illustration of FIG Fig. 1.
  • the throttle cross-section A from the outlet throttle 12 must be designed so that this throttle cross section A ⁇ from proportional to the root of the tangent of the pivot angle of the hydraulic pump. 2
  • FIG. 2 and 3 show a constructive implementation according to an embodiment of the power control device 1.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through the Power control device 1 and FIG. 3 a section along the line III-III in Fig. 2nd
  • the elements of the power control device 1 are in the in Fig. 2 illustrated embodiment in a first Integrated housing block 40 and a second housing block 41, which are screwed together by screws 42 and 43.
  • An input 44 becomes the one prevailing in the working line 3 High pressure supplied, while a first outlet 45 with the Pressure medium tank 4 is connectable.
  • a second Output 46 via the connecting line shown in Fig. 1 16 connected to the control valve 17.
  • the control valve 17 is not integrated in the two housing bodies 40 and 41, but arranged externally.
  • one in one conventional flow control device provided Flow control valve the task of the invention Take over control valve 17.
  • the limit valve 13 which is designed as a 2/2-way valve Current control device 11. Downstream of the Limit valve 13 is the throttle 14 of the limit valve 11 arranged.
  • a first valve chamber 47 of the limiting valve 13 is over a connecting line 48 to the upstream portion the throttle 14 connected.
  • the pressure drop therefore acts on the valve piston 51 on the throttle 14, the valve piston 51 in FIG. 2 is shifted further to the right and thus the opening cross-section of the limit valve 13 is reduced when the pressure drop across the throttle 14 increases.
  • the valve piston 51 in Fig. 2 shifted to the left and that Limit valve 13 opened further when that Pressure drop at the throttle 14 is reduced.
  • the throttle cross section the throttle 14 is cone-shaped by the distance End portion 52 of the grub screw 53 from the conical Recess 54 fixed in the first housing body 40. By turning the threaded pin 53 can therefore change the throttle cross section of the throttle 14 and by means of lock nut 55.
  • the valve piston 51 of the limit valve 13 is by means of a return spring 56 in the opening direction of the limit valve 13 acted upon.
  • the adjustable throttle 14 is located downstream Flow restrictor 12.
  • the operation of the variable flow restrictor 12 can be in conjunction with Fig. 3, the one Section along the line III-III in Fig. 2 shows recognize.
  • a swivel cradle 60 or swash plate of the hydraulic pump 2 is indicated in Fig. 3.
  • the swivel cradle 60 is with a Pivot pin 61 is connected in a rotationally fixed manner, which when the Swivel cradle of the hydraulic pump 2 accordingly compared to fixed insert 67 is rotated.
  • the fixed Insert part 67 is via a pin 69 with a housing part 40 connected.
  • the pivot pin 61 has a junction area 62, an opening area 63 and an axial bore 64 on, the mouth area 62 with the mouth area 63 connects. Closes at the mouth area 63 there is a gap 65 connected to the first outlet 45.
  • the pivot 61 When the pivot 61 is turned, a control edge 66 twisted so that it increasingly closes the gap 65 and thus the throttle cross section of the discharge throttle 12 is increasing narrowed.
  • the length of the Gap 65 can be achieved that the throttle cross section Flow restrictor 12 proportional to the root of the tangent Swivel angle ⁇ of the hydraulic pump 4 or of the pivot 61 is.
  • the gap 65 is to be designed, for example, that its length is not perpendicular to the plane of FIG. 2 constant but a function of the angle of rotation ⁇ .
  • the invention is not based on the illustrated embodiment limited.
  • other configurations can also be used the discharge throttle 12 or the current control device 11 Find use.

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Abstract

Eine Leistungsregelvorrichtung (1) dient zur Regelung der hydraulischen Leistung einer in eine Arbeitsleitung (3) fördernden Hydropumpe (2), deren Schwenkwinkel mittels einer Verstellvorrichtung (6) verstellbar ist. Mit der Arbeitsleitung (3) ist eine Stromregeleinrichtung (11) verbunden, die einem Nebenkreis (10) einen konstanten Volumenstrom zuführt. Ferner ist in dem Nebenkreis (10) eine Ablaufdrossel (12) vorgesehen, deren Drosselquerschnitt von dem Schwenkwinkel der Hydropumpe (2) abhängig ist. Ein Steuerventil (17) beaufschlagt mit zunehmendem Nebendruck in dem Nebenkreis (10) zwischen der Stromregeleinrichtung (11) und der Ablaufdrossel (12) die Verstellvorrichtung (6) in Richtung auf einen vergrößerten Schwenkwinkel der Hydropumpe (2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungsregelvorrichtung zur Regelung der hydraulischen Leistung einer Hydropumpe, deren Schwenkwinkel mittels einer Verstellvorrichtung verstellbar ist.
[Stand der Technik]
Eine Leistungsregelvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 196 26 793 C1 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine hydraulische Regeleinrichtung beschrieben, die für zwei parallel arbeitende Hydropumpen jeweils eine Leistungsregeleinrichtung umfaßt. Die beiden Leistungsregeleinrichtungen werden von einer den Hydropumpen gemeinsamen Druckregeleinrichtung angesteuert.
Die bekannten Leistungsregeleinrichtungen umfassen jeweils einen sogenannten Hyperbelregler, der über einen Schwenkhebel auf ein als Leistungsregelventil wirkendes Proportionalventil zurückwirkt. Dabei wirkt auf den Schwenkhebel eine dem Arbeitsdruck in der der Hydropumpe zugehörigen Arbeitsleitung proportionale Kraft ein, die über einen variablen Hebelweg ein variables Drehmoment hervorruft. Der Hebelweg hängt von der Stellung eines Stellkolbens der Verstellvorrichtung der Hydropumpe und somit von dem eingestellten Fördervolumen der Hydropumpe ab. Auf das Proportionalventil wirkt daher insgesamt ein Drehmoment ein, daß dem Produkt aus dem Arbeitsdruck in der zugehörigen Arbeitsleitung und dem eingestellten Fördervolumen der Hydropumpe, d. h. der geförderten hydraulischen Leistung der Hydropumpe, proportional ist.
Nachteilig bei dieser bekannten Bauweise einer Leistungsregelvorrichtung ist jedoch der relativ komplexe mechanische Aufbau mittels des Schwenkhebels, der einen erheblichen konstruktiven Aufwand erfordert und zudem störanfällig ist.
Aus der DE 35 41 750 C2 ist ein Leistungsregelventil bekannt, das in der Arbeitsleitung der Hydropumpe angeordnet ist und nicht mit der Verstellvorrichtung der Hydropumpe gekoppelt sind. Dieses Leistungsregelventil weist einen Regelschlitz auf, der geometrisch so geformt ist, daß die Veränderung des Drosselquerschnitts als Funktion des Verschiebewegs des Ventilkörpers des Ventils nicht linear ist, sondern so bestimmt ist, daß das Produkt aus Arbeitsdruck und Drosselquerschnitt zumindest näherungsweise konstant ist. Nachteilig bei diesen Leistungsregelventilen ist jedoch die relativ ungenaue Regelcharakteristik und der relativ hohe bauliche Aufwand, da der Drosselquerschnitt diese Leistungsregelventile exakt dimensioniert und justiert werden muß. Der Fertigungs- und Montageaufwand ist daher erheblich. Ferner sind bei hohen Leistungen sehr hohe Federkräfte für die Rückstellung der Ventilkörper erforderlich, so daß die Rücksteilfeder relativ groß ausgelegt werden müssen. Allgemein ist daher eine Leistungsregelung mit einem die Regelfunktion übernehmenden Ventil in der Arbeitsleitung in der Praxis unbefriedigend.
[Aufgabe der Erfindung]
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungsregelvorrichtung zu schaffen, die unmittelbar von der Verstellvorrichtung der Hydropumpe angesteuert wird, wobei die Leistungsregelfunktion jedoch nicht mechanisch über einen veränderlichen Hebelarm sondern hydraulisch realisiert ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, bei einer Leistungsregelvorrichtung anstatt eines bisher verwendeten Schwenkhebels mit variablem Hebelarm zur Erzielung der Leistungsregelfunktion einen hydraulischen Nebenkreis vorzusehen mit einer Stromregeleinrichtung, die dem Nebenkreis einen konstanten Volumenstrom zuführt, und einer Ablaufdrossel, deren Drosselquerschnitt von dem Schwenkwinkel der Hydropumpe eingestellt wird und die bei geeigneter Dimensionierung die Leistungsregelfunktion gewährleistet. Da die die Leistungsfunktion realisierenden Ventile und Drosseln nicht in der Arbeitsleitung, sondern in einem mit einem nur geringen Volumenstrom durchströmten Nebenkreis angeordnet sind, unterliegen diese Ventile und Drosseln einem erheblich geringeren Verschleiß. Ferner tritt eine nur geringe Verlustwärme auf, so daß diese Ventile relativ klein ausgelegt und zu einem gemeinsamen Ventilblock zusammengefaßt werden können. Der konstruktive Aufwand für die erfindungsgemäße Lösung ist daher relativ gering. Die erfindungsgemäße hydraulische Leistungsregelung ist gegenüber der bisher bekannten mechanischen Leistungsregelung mit einem verstellbaren Schwenkhebel wesentlich weniger störanfällig.
Die Ansprüche 2 bis 10 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Entsprechend Anspruch 2 kann die Stromregeleinrichtung, die die Aufgabe hat, dem Nebenkreis einen konstanten Volumenstrom zuzuführen, aus einer in dem Nebenkreis angeordneten Drossel und einem entweder stromabwärts oder stromaufwärts der Drossel angeordneten Begrenzungsventil bestehen. Dabei wird das Begrenzungsventil von dem Druckabfall an der Drossel so angesteuert, daß der Öffnungsquerschnitt des Begrenzungsventils verringert wird, wenn sich der Druckabfall an der Drossel erhöht und umgekehrt der Öffnungsquerschnitt des Begrenzungsventil vergrößert wird, wenn sich der Druckabfall an der Drossel verringert. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der Druckabfall an der Drossel stets konstant gehalten wird, was einen konstanten Volumenstrom zur Folge hat. Das Begrenzungsventil kann entsprechend Anspruch 3 beispielsweise als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein.
Entsprechend Anspruch 4 ist die Ablaufdrossel vorzugsweise so ausgelegt, daß sich deren Drosselquerschnitt mit zunehmendem Schwenkwinkel der Hydropumpe ausgehend von der Neutralstellung vergrößert. Wenn die Leistungsregelvorrichtung die Leistung der Hydropumpe auf eine konstante Maximalleistung begrenzt ist der Öffnungsquerschnitt der Ablaufdrossel entsprechend Anspruch 5 so auszulegen, daß der Öffnungsquerschnitt proportional zur Quadratwurzel des Tanges des Schwenkwinkels der Hydropumpe ansteigt.
Das Steuerventil kann entsprechend Anspruch 6 ein 3/2-Wegeventil sein, daß einen ersten mit der Arbeitsleitung verbundenen Anschluß, einen zweiten mit einem Druckmedium-Tank verbundenen Anschluß und einen mittelbar oder unmittelbar mit der Versteilvorrichtung der Hydropumpe verbundenen dritten Anschluß aufweist. Vorzugsweise ist entsprechend Anspruch 7 zwischen dem Steuerventil und der Verstellvorrichtung der Hydropumpe ein Druckbegrenzungsventil angeordnet. Der Ventilkolben des Steuerventils wird entsprechend Anspruch 8 vorzugsweise von der Druckdifferenz zwischen dem in der Arbeitsleitung herrschenden Hochdruck und dem in dem Nebenkreis zwischen der Stromregeleinrichtung und der Ablaufdrossel herrschenden Nebendruck beaufschlagt.
Vorzugsweise ist das Steuerventil entsprechend Anspruch 9 so mit der Verstellvorrichtung verbunden, daß das Steuerventil mit zunehmendem Druck in dem Nebenkreis zwischen der Stromregeleinrichtung und der Ablaufdrossel einen Stellzylinder der Verstellvorrichtung zunehmend zu eine Druckmedium-Tank hin belüftet, um den Schwenkwinkel der Hydropumpe zu erhöhen. Die Ablaufdrossel ist entsprechend Anspruch 10 vorzugsweise so angeordnet, daß sie den Nebenkreis unmittelbar mit einem Druckmedium-Tank verbindet.
[Beispiele]
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
einen hydraulischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung;
Fig. 2
eine geschnittene Darstellung eines konstruktiven Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung;
Fig. 3
einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2; und
Fig. 4
eine ausschnittsweise Darstellung von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
Eine Hydropumpe 2 saugt das Druckmedium aus einem Druckmedium-Tank 4 an und fördert das Druckmedium in einer Arbeitsleitung 3, an die ein nicht dargestellter Verbraucher angeschlossen sein kann. Die Hydropumpe 2 wird über eine Antriebswelle 5 vorzugsweise mit konstanter Drehzahl angetrieben. Zur Verstellung des Drehwinkels der Hydropumpe 2 dient eine allgemein mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnete Verstellvorrichtung, die einen ersten Stellkolben 7a, einen ersten Stellzylinder 8a, einen zweiten Stellkolben 7b und einen zweiten Stellzylinder 8b aufweist. Im ersten Stellzylinder 8a befindet sich eine Stellfeder 9, die die Verstellvorrichtung 6 der Hydropumpe 2 in Richtung auf maximales Fördervolumen beaufschlagt. Mit zunehmendem Druck in dem zweiten Stellzylinder 8b wird die Stellvorrichtung 6 der Hydropumpe 2 in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen zurückgeschwenkt.
Erfindungsgemäß verzweigt von der Arbeitsleitung 3 ein Nebenkreis 10. Dem Nebenkreis 10 wird über eine allgemein mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnete Stromregeleinrichtung aus der Arbeitsleitung 3 ein konstanter Volumenstrom zugeführt. Der Ablauf aus dem Nebenkreis 10 in den Druckmedium-Tank 4 erfolgt über eine variable Ablaufdrossel 12. Der Drosselquerschnitt der Ablaufdrossel 12 hängt von dem Schwenkwinkel der Hydropumpe 2 ab.
Die Stromregeleinrichtung 11 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Begrenzungsventil 13, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Stromabwärts des Begrenzungsventils 13 befindet sich eine vorzugsweise einstellbare Drossel 14. Der Drosselquerschnitt der Drossel 14 ist zwar vorzugsweise zu Justagezwecken einstellbar, jedoch während des Betriebs der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung 1 unveränderlich. In der in Fig. 1 dargestellten Grundstellung wird der Ventilkolben des Begrenzungsventils 13 durch die Rückstellfeder 15 in die Durchlaßstellung beaufschlagt. Das Begrenzungsventil 13 wird von dem Druckabfall an der Drossel 14 angesteuert. Wenn der Druckabfall an der Drossel 14 ansteigt, verringert sich daher der Durchfluß durch das Begrenzungsventil 13. Wenn umgekehrt der Druckabfall an der Drossel 14 sich verringert, erhöht sich der Durchfluß durch das Begrenzungsventil 13. Durch diesen Regelmechanismus wird daher der Volumenstrom durch die Stromregeleinrichtung 14 unabhängig von dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck stets auf einen konstanten Wert eingeregelt.
Der in dem Nebenkreis 10 herrschende Nebendruck wirkt auf ein Steuerventil 17 ein. Das Steuerventil 17 ist im Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil ausgebildet und wird von der Druckdifferenz zwischen dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck und dem in dem Nebenkreis zwischen der Stromregeleinrichtung 11 und der Ablaufdrossel 12 herrschenden Nebendruck angesteuert. Das Steuerventil 17 weist einen mit der Arbeitsleitung 3 verbundenen ersten Anschluß 18, einen mit dem Druckmedium-Tank 4 verbundenen zweiten Anschluß 19 und einen über ein Druckbegrenzungsventil 21 mittelbar mit dem zweiten Stellzylinder 8b der Verstellvorrichtung 6 verbundenen dritten Anschluß 20 auf. Wenn der Nebendruck in dem Nebenkreis 10 gegenüber dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck ansteigt, wird eine über das Druckbegrenzungsventil 21 führende Verbindungsleitung 22 zunehmend zum Druckmedium-Tank 4 hin belüftet.
Das Druckbegrenzungsventil 21 wird von dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck beaufschlagt. Wenn der in der Arbeitsleitung 3 herrschende Hochdruck einen mittels der Rückstellfeder 21 einstellbaren Schwellwert überschreitet, beaufschlagt das Druckbegrenzungsventil 21 den zweiten Stellzylinder 8b der Stellvorrichtung 6 mit dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck, so daß die Stellvorrichtung 6 die Hydropumpe 2 in Richtung auf minimales Fördervolumen zurückschwenkt.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung 1 ist folgendermaßen:
Wenn der Hochdruck in der Arbeitsleitung 3 ansteigt hat dies zunächst keinen Einfluß auf den von der Stromregeleinrichtung 11 in den Nebenkreis 10 eingespeisten Volumenstrom, da die Stromregeleinrichtung unabhängig von dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck dem Nebenkreis 10 stets einen konstanten Volumenstrom zuführt. Die Ablaufdrossel 12 läßt jedoch aufgrund des gestiegenes Druckgefälles an der Ablaufdrossel 10 zu dem Druckmedium-Tank 4 kurzfristig einen größeren Volumenstrom abfließen, als über die Stromregeleinrichtung 11 nachfließt. Dies hat zur Folge, daß der Nebendruck in dem Nebenkreis 10 absinkt und über die Verbindungsleitung 16 dem Steuerventil 17 ein entsprechend verminderter Druck zugeführt wird. Der Ventilkörper des Steuerventils 17 wird aufgrund der erhöhten Differenz zwischen dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck und dem in dem Nebenkreis 10 herrschenden Nebendruck daher so verschoben, daß die Verbindungsleitung 22 und somit der zweite Stellzylinder 8b mit einem erhöhten Stelldruck beaufschlagt werden. Die Hydropumpe 2 wird daher in Richtung auf ein verringertes Fördervolumen zurückgeschwenkt.
Wenn umgekehrt der Hochdruck in der Arbeitsleitung 3 absinkt, hat dies zur Folge, daß der über die Ablaufdrossel 12 aus dem Nebenkreis 10 abfließende Volumenstrom kurzzeitig verringert wird, da das Druckgefälle an der Ablaufdrossel absinkt. Der dem Nebenkreis 10 zugeführte Volumenstrom ist jedoch von dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck unabhängig, so daß der aus dem Nebenkreis 10 abgeführte Volumenstrom kurzzeitig geringer ist, als der dem Nebenkreis 10 zugeführte Volumenstrom. Dies hat einen Druckanstieg in dem Nebenkreis 10 zur Folge, so daß der dem Steuerventil 17 über die Verbindungsleitung 16 zugeführte Druck ansteigt. Da sich der in dem Nebenkreis 10 herrschende Nebendruck gegenüber dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck erhöht, hat dies schließlich zur Folge, daß das Steuerventil 17 die Verbindungsleitung 22 und somit den zweiten Stellzylinder 8b der Verstellvorrichtung 6 zum Druckmedium-Tank 4 hin belüftet. Die Hydropumpe 2 verschwenkt daher in Richtung auf ein erhöhtes Fördervolumen, bis die Gleichgewichtslage wieder erreicht wird. Dies ist dann der Fall, wenn der dem Nebenkreis 10 über die Stromregeleinrichtung 11 zuströmende Volumenstrom dem über die Ablaufdrossel 12 abströmenden Volumenstrom entspricht.
Für eine quantitative Analyse sind in Fig. 4 die nachfolgend verwendeten mathematischen Größen nochmals wiedergegeben. Fig. 4 ist eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung von Fig. 1.
Zunächst ist als Gleichgewichtsbedingung davon auszugehen, daß der den Nebenkreis 10 über die Stromregeleinrichtung 11 zuströmende Volumenstrom Qzu gleich dem aus dem Nebenkreis 10 über die Abströmdrossel 12 abströmende Volumenstrom Qab ist: Qzu = Qab
Für den zuströmenden Volumenstrom und den abströmenden Volumenstrom gelten folgende Beziehungen: Qzu = Azu · vzu = Azu 2·Δp ζ·α Qab = Aab · vab = Aab 2·px ζ·α
Dabei sind Azu der Öffnungsquerschnitt der Stromregeleinrichtung 11, vzu die Geschwindigkeit des zuströmenden Volumenstroms, Aab der Drosselquerschnitt der Ablaufdrossel 12, vab die Geschwindigkeit des abströmenden Volumenstroms, Δp der Druckabfall an der Drossel 14, px der Nebendruck in dem Nebenkreis 10, ζ die Dichte des Druckmediums und α ein Reibungsbeiwert. Unter der Näherung px = pHD - Δp ≈ pHD gilt Azu Δp = Aab · pHD
Der Drosselquerschnitt Aab der Ablaufdrossel 12 ist eine Funktion des Schwenkwinkels β der Hydropumpe 2, d. h. es gilt Aab = f(β)
Wenn die Leistungregelvorrichtung 1 die von der Hydropumpe 4 abgegebene hydraulische Leistung auf einen konstanten Wert einregeln soll, bedeutet dies, daß das Produkt aus dem in der Arbeitsleitung 3 herrschenden Hochdruck pHD und dem von der Hydropumpe 4 geförderten Förderstrom Qpump auf einen konstanten Wert eingeregelt wird, d. h. es gilt pHD · Qpumpe = const
Da der Förderstrom der Hydropumpe dem Hub der Zylinder proportional ist und dieser wiederum dem Tangens des Schwenkwinkels β der Hydropumpe 2, gilt: pHD · tanβ = const bzw. pHD = const tan β
Durch Einsetzen der Gleichung (9) in die Gleichung (5) ergibt sich: Azu Δp = f(β) · const tan β bzw. Aab = f(β) ∼ tan β
Um zu Erreichen, daß die Leistungsregeleinrichtung 1 die Hydropumpe 2 auf eine konstante hydraulische Leistung einregelt, muß daher der Drosselquerschnitt Aab der Ablaufdrossel 12 so ausgelegt werden, daß dieser Drosselquerschnitt Aab proportional der Wurzel des Tangens des Schwenkwinkels β der Hydropumpe 2 ist.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine konstruktive Realisierung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Leistungregelvorrichtung 1. Dabei zeigt Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Leistungsregelvorrichtung 1 und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.
Die Elemente der Leistungsregelvorrichtung 1 sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem ersten Gehäuseblock 40 und einem zweiten Gehäuseblock 41 integriert, die durch Schrauben 42 und 43 miteinander verschraubt sind. Einem Eingang 44 wird der in der Arbeitsleitung 3 herrschende Hochdruck zugeführt, während ein erster Ausgang 45 mit dem Druckmedium-Tank 4 verbindbar ist. Dagegen ist ein zweiter Ausgang 46 über die in Fig. 1 dargestellte Verbindungsleitung 16 mit dem Steuerventil 17 verbunden. Das Steuerventil 17 ist in den beiden Gehäusekörpern 40 und 41 nicht integriert, sondern extern angeordnet. Beispielsweise kann ein in einer konventionellen Förderstromregelvorrichtung vorgesehenes Förderstromregelventil die Aufgabe des erfindungsgemäßen Steuerventils 17 übernehmen. An den Eingang 11 schließt sich das als 2/2-Wegeventil ausgebildete Begrenzungsventil 13 der Stromregeleinrichtung 11 an. Stromabwärts des Begrenzungsventils 13 ist die Drossel 14 des Begrenzungsventils 11 angeordnet.
Eine erste Ventilkammer 47 des Begrenzungsventils 13 ist über eine Verbindungsleitung 48 mit dem stromaufwärtigen Abschnitt der Drossel 14 verbunden. Dagegen ist eine zweite Ventilkammer 49 des Begrenzungsventils 13 über eine Verbindungsleitung 50 mit dem stromabwärtigen Abschnitt der Drossel 14 verbunden. Auf den Ventilkolben 51 wirkt daher das Druckgefälle an der Drossel 14 ein, wobei der Ventilkolben 51 in Fig. 2 weiter nach rechts verschoben wird und somit der Öffnungsquerschnitt des Begrenzungsventils 13 verringert wird, wenn das Druckgefälle an der Drossel 14 zunimmt. Umgekehrt wird der Ventilkolben 51 in Fig. 2 nach links verschoben und das Begrenzungsventil 13 weiter geöffnet, wenn sich das Druckgefälle an der Drossel 14 verringert. Der Drosselquerschnitt der Drossel 14 wird durch den Abstand des kegelförmigen Endabschnitts 52 des Gewindestifts 53 von der kegelförmigen Ausnehmung 54 in dem ersten Gehäusekörper 40 festgelegt. Durch Verdrehen des Gewindestifts 53 läßt sich daher der Drosselquerschnitt der Drossel 14 verändern und mittels einer Kontermutter 55 festsetzen.
Der Ventilkolben 51 des Begrenzungsventils 13 wird mittels einer Rückstellfeder 56 in die Öffnungsrichtung des Begrenzungsventils 13 beaufschlagt.
Stromabwärts der Drossel 14 befindet sich die verstellbare Ablaufdrossel 12. Die Funktionsweise der variablen Ablaufdrossel 12 läßt sich in Verbindung mit Fig. 3, die einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 zeigt, erkennen.
Eine Schwenkwiege 60 oder Schrägscheibe der Hydropumpe 2 ist in Fig. 3 angedeutet. Die Schwenkwiege 60 ist mit einem Drehzapfen 61 drehfest verbunden, der beim Verschwenken der Schwenkwiege der Hydropumpe 2 entsprechend gegenüber dem feststehenden Einsatzteil 67 verdreht wird. Das feststehende Einsatzteil 67 ist über einen Zapfen 69 mit einem Gehäuseteil 40 verbunden. Der Drehzapfen 61 weist einen Einmündungsbereich 62, einen Ausmündungsbereich 63 und eine Axialbohrung 64 auf, die den Einmündungsbereich 62 mit dem Ausmündungsbereich 63 verbindet. An den Ausmündungsbereich 63 schließt sich ein mit dem ersten Ausgang 45 verbundener Spalt 65 an. Beim Verdrehen des Drehzapfens 61, wird eine Steuerkante 66 so verdreht, daß sie den Spalt 65 zunehmend absperrt und somit den Drosselquerschnitt der Ablaufdrossel 12 zunehmend verengt. Durch entsprechende Ausgestaltung der Länge des Spalts 65 läßt sich erreichen, daß der Drosselquerschnitt der Ablaufdrossel 12 proportional der Wurzel des Tangens des Schwenkwinkels β der Hydropumpe 4 bzw. des Drehzapfens 61 ist. Dazu ist der Spalt 65 beispielsweise so auszugestalten, daß dessen Länge senkrecht zu der Ebene der Fig. 2 nicht konstant sondern eine Funktion des Drehwinkels β ist.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise können auch andere Ausgestaltungen der Ablaufdrossel 12 oder der Stromregeleinrichtung 11 Verwendung finden.

Claims (10)

  1. Leistungsregelvorrichtung (1) zur Regelung der hydraulischen Leistung einer in eine Arbeitsleitung (3) fördernden Hydropumpe (2), deren Schwenkwinkel (β) mittels
    einer Verstellvorrichtung (6) verstellbar ist, mit
    einer mit der Arbeitsleitung (3) verbundenen Stromregeleinrichtung (11), die einem Nebenkreis (10) einen konstanten Volumenstrom (Qzu) zuführt,
    einer in dem Nebenkreis (10) angeordneten Ablaufdrossel (12), deren Drosselquerschnitt (Aab) von dem Schwenkwinkel (β) der Hydropumpe (2) abhängig ist, und
    einem Steuerventil (17), das mit zunehmenden Nebendruck (px) in dem Nebenkreis (10) zwischen der Stromregeleinrichtung (11) und der Ablaufdrossel (12) die Verstellvorrichtung (6) in Richtung auf einen vergrößerten Schwenkwinkel (β) der Hydropumpe (2) beaufschlagt.
  2. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Stromregeleinrichtung (11) aus einer in dem Nebenkreis (10) angeordneten Drossel (14) und einem stromabwärts oder stromaufwärts der Drossel (14) in dem Nebenkreis (10) angeordneten Begrenzungsventil (13) besteht,
    wobei das Begrenzungsventil (13) von dem Druckabfall (Δp) an der Drossel (14) angesteuert wird.
  3. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Begrenzungsventil (13) ein 2/2-Wegeventil ist.
  4. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich der Drosselquerschnitt (Aab) der Ablaufdrossel (12) mit zunehmendem Schwenkwinkel (β) der Hydropumpe (2) ausgehend von der Neutralstellung vergrößert.
  5. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Leistungsregelvorrichtung (1) die Leistung der Hydropumpe (2) auf eine konstante Maximalleistung begrenzt,
    wobei der Öffnungsquerschnitt (Aab) der Ablaufdrossel (14) proportional zur Quadratwurzel des Tangens des Schwenkwinkels (β) der Hydropumpe (2) ist.
  6. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Steuerventil (17) ein 3/2-Wegeventil ist, mit einem mit der Arbeitsleitung (3) verbundenen ersten Anschluß (18), einem mit einem Druckmedium-Tank (4) verbundenen zweiten Anschluß (19) und einem zumindest mittelbar mit der Verstellvorrichtung (6) der Hydropumpe (2) verbundenen dritten Anschluß (20).
  7. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen dem Steuerventil (17) und der Verstellvorrichtung (6) der Hydropumpe (2) ein Druckbegrenzungsventil (21) angeordnet ist.
  8. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Ventilkolben des Steuerventils (17) von der Druckdifferenz zwischen dem in der Arbeitsleitung (3) herrschenden Hochdruck (pHD) und dem in dem Nebenkreis (10) zwischen der Stromregeleinrichtung (11) und der Ablaufdrossel (12) herrschenden Nebendruck (px) beaufschlagt wird.
  9. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) mit zunehmendem Nebendruck (px) in dem Nebenkreis (10) zwischen der Stromregeleinrichtung (11) und der Ablaufdrossel (12) einen Stellzylinder (8b) der Verstellvorrichtung (6) zunehmend zu einem Druckmedium-Tank (4) hin belüftet, um den Schwenkwinkel (β) der Hydropumpe (2) zu erhöhen.
  10. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das die Ablaufdrossel (12) den Nebenkreis (10) mit einem Druckmedium-Tank (4) verbindet.
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