DE102011107222A1 - Hydrostatic drive system with a pump adjustable in the delivery volume - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem (1) mit einer im Fördervolumen verstellbaren Pumpe (2), die zur Versorgung mindestens eines Verbrauchers (V) vorgesehen ist, wobei eine Fördervolumenstelleinrichtung (10) der Pumpe (2) mittels eines Vorgabesignals in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens gesteuert ist und in Abhängigkeit von einem den überschüssig geförderten Volumenstrom der Pumpe (2) erfassenden, hydraulischen Rückstellsignal in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens gesteuert ist, wobei zur Erzeugung des Rückstellsignals eine Umlaufdruckwaage (31) vorgesehen ist, die in einer Rückstellsignalerzeugungsstellung (31b) das hydraulische Rückstellsignal erzeugt. Erfindungsgemäß ist einer das hydraulische Rückstellsignal führenden Rückstellsignalleitung (32) eine Druckbegrenzungseinrichtung (50) zugeordnet und/oder ist eine Abschalteinrichtung (70) für das hydraulische Rückstellsignal vorgesehen.The invention relates to a hydrostatic drive system (1) having a pump (2) which can be adjusted in the delivery volume and is provided for supplying at least one consumer (V), wherein a delivery volume adjusting device (10) of the pump (2) by means of a default signal in the direction of increasing the Controlled delivery volume is controlled and in response to a the excessively funded flow of the pump (2) detecting, hydraulic return signal in the direction of a reduction of the delivery volume, wherein for generating the reset signal, a circulation pressure compensator (31) is provided in a reset signal generating position (31b) generates the hydraulic reset signal. According to the invention, a reset signal line (32) leading to the hydraulic reset signal is assigned a pressure limiting device (50) and / or a switch-off device (70) is provided for the hydraulic reset signal.
Description
Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit einer im Fördervolumen verstellbaren Pumpe, die zur Versorgung mindestens eines Verbrauchers vorgesehen ist, wobei eine Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe mittels eines Vorgabesignals in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens gesteuert ist und in Abhängigkeit von einem den überschüssig geförderten Volumenstrom der Pumpe erfassenden, hydraulischen Rückstellsignal in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens gesteuert ist, wobei zur Erzeugung des Rückstellsignals eine Umlaufdruckwaage vorgesehen ist, die in einer Rückstellsignalerzeugungsstellung das hydraulische Rückstellsignal erzeugt.The invention relates to a hydrostatic drive system with a pump adjustable in the delivery volume, which is provided to supply at least one consumer, wherein a delivery volume control device of the pump is controlled by means of a default signal in the direction of increasing the delivery volume and in response to a surplus funded flow of the pump detected , Hydraulic reset signal is controlled in the direction of a reduction of the delivery volume, wherein for generating the return signal, a circulation pressure compensator is provided, which generates the hydraulic reset signal in a reset signal generation position.
Bei derartigen Antriebssystemen wird das Fördervolumen der Pumpe auf den von den angesteuerten Verbrauchern angeforderten Volumenstrombedarf geregelt, wodurch die Verbraucher mit einer an dem Steuerventil vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit bei geringen Energieverlusten betrieben werden können. Derartige Antriebssysteme werden in mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise Baggern oder Flurförderzeugen, für die Steuerung der hydraulischen Verbraucher eingesetzt.In such drive systems, the delivery volume of the pump is controlled to the volume flow demand requested by the driven consumers, whereby the consumers can be operated with a predetermined speed on the control valve at low energy losses. Such drive systems are used in mobile work machine, such as excavators or industrial trucks, for the control of hydraulic consumers.
Bei bekannten Load-Sensing-Antriebssystemen, bei denen die Pumpe im offenen Kreislauf betrieben ist und zur Steuerung der Verbraucher entsprechende Steuerventile vorgesehen sind, ist das Fördervolumen der Pumpe von dem höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher und einer Regeldruckdifferenz geregelt. Bei einer Ansteuerung eines oder mehrerer Steuerventile wird an den Steuerventilen jeweils ein bestimmter Öffnungsquerschnitt eingestellt. Die Pumpe wird durch den sich einstellenden höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher solange in Richtung einer Zunahme des Fördervolumens verstellt, bis der Förderdruck der Pumpe um die Regeldruckdifferenz höher als der höchste Lastdruck der angesteuerten Verbraucher ist. Hierdurch wird erzielt, dass von der Pumpe derjenige Volumenstrombedarf geliefert wird, der von den angesteuerten Verbrauchern durch die entsprechenden Öffnungsquerschnitte der Steuerventile angefordert wird.In known load-sensing drive systems in which the pump is operated in the open circuit and control of the consumer corresponding control valves are provided, the delivery volume of the pump is controlled by the highest load pressure of the driven loads and a control pressure difference. When one or more control valves are actuated, a specific opening cross section is respectively set on the control valves. The pump is adjusted by the self-adjusting highest load pressure of the driven loads in the direction of an increase of the delivery volume until the delivery pressure of the pump to the control pressure difference is higher than the highest load pressure of the driven consumers. In this way it is achieved that the volume flow demand is supplied by the pump, which is requested by the controlled consumers through the corresponding opening cross-sections of the control valves.
Aufgrund der Regelung des Fördervolumens der Pumpe in Abhängigkeit von dem höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher ergibt sich jedoch ein zeitverzögertes Ansprechverhalten der Fördervolumenregelung der Pumpe und somit ein spürbarer Zeitverzug zwischen der Einleitung der Bewegung durch Ansteuerung des entsprechenden Steuerventils und dem sich einstellenden Bewegungsbeginn des Verbrauchers, da der die Pumpe steuernde Lastdruck erst erzeugt wird, nachdem die Steuerventile in eine Öffnungsstellung beaufschlagt sind. Dies wird von einer Bedienperson als eine geringe Dynamik des Antriebssystems empfunden.Due to the regulation of the delivery volume of the pump in response to the highest load pressure of the driven consumer, however, there is a time-delayed response of the delivery volume control of the pump and thus a noticeable delay between the initiation of the movement by controlling the corresponding control valve and the self-adjusting movement of the consumer, since the pump controlling load pressure is generated only after the control valves are acted upon in an open position. This is perceived by an operator as a low dynamics of the drive system.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist bei gattungsgemäßen Antriebssystemen die Fördervolumenstelleinrichtung der in der Fördermenge verstellbaren Verstellpumpe von einem Vorgabesignal in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens gesteuert. Zum Ausregeln der Fördermenge der Pumpe auf den angeforderten Förderstrombedarf der angesteuerten Verbraucher dient ein hydraulisches Rückstellsignal, das den den Bedarf der Verbraucher übersteigenden Förderstrom der Pumpe erfasst und in Abhängigkeit von dem die Fördervolumenstelleinrichtung in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens gesteuert ist. Zur Erzeugung des hydraulischen Rückstellsignals ist eine von dem Förderuck der Pumpe und dem Lastdruck der Verbraucher gesteuerte Umlaufdruckwaage vorgesehen, die an einer Steuer- bzw. Regelkante das hydraulische Rückstellsignal erzeugt. Die Umlaufdruckwaage kann hierbei in einer die Förderleitung mit einem Behälter verbindenden Zweigleitung angeordnet sein, wobei in einer als Durchflussstellung ausgebildeten Rückstellsignalerzeugungsstellung an einer in der Zweigleitung stromab der Umlaufdruckwaage angeordneten, als Staudüse ausgebildeten Drosseleinrichtung ein Staudruck als hydraulisches Rückstellsignal erzeugt wird.In order to avoid this disadvantage, in generic drive systems the delivery volume adjusting device of the variable displacement pump is controlled by a default signal in the direction of increasing the delivery volume. To regulate the flow rate of the pump to the required flow rate of the driven consumer is a hydraulic reset signal that detects the demand of the consumer exceeds the flow rate of the pump and is controlled in response to which the delivery volume adjusting device in the direction of reducing the delivery volume. To generate the hydraulic reset signal is controlled by the Förderuck the pump and the load pressure of the consumer circulating pressure compensator is provided which generates the hydraulic reset signal at a control or control edge. The circulation pressure compensator may in this case be arranged in a branch line connecting the delivery line with a reservoir, wherein a back pressure is generated as a hydraulic reset signal in a return signal generating position designed as a flow position downstream of the circulating pressure compensator in the branch line, designed as a pitot tube.
Gattungsgemäßes Antriebssysteme sind aus der
Zur Steuerung der Fördermenge der Pumpe ist bei der
Bei der
In gattungsgemäßen Antriebssystemen werden Pumpen mit unterschiedlichen Ausführungen der Fördermengenregelung und unterschiedlichen Ansteuervarianten der Fördermengenstellvorrichtung und somit unterschiedlichen Stelleinrichtung für die Einstellung der Fördermenge der Pumpe eingesetzt, beispielsweise eine elektrohydraulische Regelung vergleichbar der
Zudem ist bei bestimmten Betriebszuständen die durch das hydraulische Rückstellsignal bedingte Verringerung der Fördermenge der Pumpe unerwünscht. Ein derartiger Betriebszustand liegt beispielsweise vor, wenn eine Bedienperson eine ruckartige bzw. schüttelnde Verbraucherbewegung mit einer schnellen und mehrfachen Geschwindigkeitsänderung Verbrauchers vorgibt. Durch das hydraulische Rückstellsignal, das den den Bedarf der Verbraucher übersteigenden, überschüssig geförderten Volumenstrom der Pumpe erfasst und eine Verringerung der Fördermenge der Pumpe bewirkt, führt bei derartigen Verbraucherbewegungen zu einer verringerten Dynamik der Verbraucherbewegung und somit zu einer geringen Dynamik des Antriebssystems.In addition, in certain operating conditions caused by the hydraulic reset signal reduction of the delivery rate of the pump is undesirable. Such an operating state exists, for example, when an operator specifies a jerky or shaking consumer movement with a rapid and multiple change in the speed of the consumer. Due to the hydraulic reset signal, which detects the demand of the consumer exceeding, excessively funded flow rate of the pump and causes a reduction in the flow rate of the pump leads in such consumer movements to a reduced dynamics of the consumer movement and thus to a low dynamics of the drive system.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile vermeidet.The present invention has for its object to provide a drive system of the type mentioned, which avoids the disadvantages mentioned.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einer das hydraulische Rückstellsignal führenden Rückstellsignalleitung eine Druckbegrenzungseinrichtung zugeordnet ist und/oder eine Abschalteinrichtung für das hydraulische Rückstellsignal vorgesehen ist.This object is achieved in that a reset signal leading to the hydraulic reset signal is associated with a pressure limiting device and / or a shutdown device for the hydraulic reset signal is provided.
Mit einer der Rückstellsignalleitung zugeordneten Druckbegrenzungseinrichtung kann auf einfache Weise die Höhe des hydraulischen Rückstellsignals begrenzt und an das Stelldruckniveau einer gewählten Ansteuerung der Fördervolumenstelleinrichtung angepasst werden. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Anpassung des Druckniveaus des hydraulischen Rückstellsignals an das Druckniveau der Ansteuerung der Fördervolumenstelleinrichtung möglich, so dass eine einfache und flexible Einbindung der erfindungsgemäßen Fördermengensteuerung bei unterschiedlichen Ansteuervarianten der Fördermengenstellvorrichtung und unterschiedlichen Varianten von Stelleinrichtung mit unterschiedlichen Stelldruckniveaus ermöglicht wird.With a pressure limiting device associated with the reset signal line, the height of the hydraulic reset signal can be limited in a simple manner and adapted to the setting pressure level of a selected activation of the delivery volume adjusting device. As a result, an adjustment of the pressure level of the hydraulic reset signal to the pressure level of the control of the delivery volume adjusting device is possible in a simple manner, so that a simple and flexible integration of the flow rate control according to the invention is made possible with different Ansteuerervarianten the flow rate control device and different variants of actuator with different Stelldruckniveaus.
Mit einer erfindungsgemäßen Abschalteinrichtung für das hydraulische Rückstellsignal kann auf einfache Weise das an der Umlaufdruckwaage erzeugte hydraulische Rückstellsignal, das zu einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe führt, unterbrochen werden und somit das durch das hydraulische Rückstellsignal bedingte Verringerung der Fördermenge der Pumpe vermieden werden. Mit einer derartigen Abschalteinrichtung kann somit für bestimmte Verbraucherbewegungen, beispielsweise einem Schütteln am Verbraucher, durch Abschalten des hydraulischen Rückstellsignals auf einfache Weise eine unerwünschte Verringerung der Fördermenge der Pumpe vermieden werden und eine verbesserte Dynamik des angesteuerten Verbrauchers und somit des Antriebssystems bei bestimmten Betriebszuständen erzielt werden.With a shutdown device according to the invention for the hydraulic reset signal, the hydraulic reset signal generated at the circulation pressure compensator, which leads to a reduction of the delivery volume of the pump, can be interrupted in a simple manner and thus the reduction of the delivery rate of the pump caused by the hydraulic reset signal can be avoided. With such a shutdown device can thus be avoided for certain consumer movements, such as shaking the consumer by switching off the hydraulic reset signal in a simple way an undesirable reduction in the flow rate of the pump and improved dynamics of the driven consumer and thus the drive system can be achieved in certain operating conditions.
Mit besonderem Vorteil ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Abschalteinrichtung von einem Abschaltventil gebildet, das in einer das hydraulische Rückstellsignal führenden Rückstellsignalleitung angeordnet ist. Mit einem Abschaltventil in der Rückstellsignalleitung kann das an der Umlaufdruckwaage erzeugte hydraulische Rückstellsignal, das zu einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe führt, auf einfache Weise unterbrochen und somit die Verringerung der Fördermenge der Pumpe durch das hydraulische Rückstellsignal abgeschaltet werden.With particular advantage, the shutdown device is formed by a shut-off valve, which is arranged in a reset signal line leading the hydraulic reset signal according to a preferred embodiment of the invention. With a shut-off valve in the reset signal line, the hydraulic reset signal generated at the circulation pressure compensator, which leads to a reduction of the delivery volume of the pump, interrupted in a simple manner and thus the reduction of the delivery rate of the pump can be switched off by the hydraulic reset signal.
Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus ergeben sich Vorteile, wenn das Abschaltventil eine Zuschaltstellung aufweist, in der die zu der Fördervolumenstelleinrichtung geführte Rückstellsignalleitung geöffnet ist, und eine Abschaltstellung aufweist, in der die Rückstellsignalleitung abgesperrt ist. Mit einem derartigen Zweistellungsventil, beispielsweise einem einfach aufgebauten Schaltventil, kann auf einfache Weise ein Zu- und Abschalten des hydraulischen Rückstellsignals für die Steuerung der Fördermenge der Pumpe ermöglicht werden.With regard to a simple structure, there are advantages if the shut-off valve has a connection position in which the reset signal line guided to the delivery volume adjusting device is open, and has a shut-off position in which the reset signal line is shut off. With such a two-position valve, for example, a simply constructed switching valve, can be made possible in a simple manner to connect and disconnect the hydraulic reset signal for controlling the flow rate of the pump.
Sofern in der Abschaltstellung des Abschaltventils der zu der Fördervolumenstelleinrichtung geführte Zweig der Rückstellsignalleitung zu einem Behälter entlastet ist, kann auf einfache Weise eine Entlastung der Stelleinrichtung von dem hydraulischen Rückstellsignal erzielt werden, so dass das Vorgabesignal für die Einstellung der Fördermenge der Pumpe bestimmend wird, wodurch die Pumpe in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens beaufschlagt wird und einen dem Vorgabesignal entsprechenden voreingestellten Förderstrom liefert. If, in the switch-off position of the shut-off valve, the branch of the reset signal line guided to the delivery volume adjusting device is relieved to a container, the hydraulic reset signal can be relieved in a simple manner, so that the default signal for setting the delivery rate of the pump becomes decisive the pump is acted upon in the direction of an increase of the delivery volume and delivers a preset flow corresponding to the preset signal.
Zweckmäßigerweise ist das Abschaltventil mittels einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere einem Schaltmagnet, zwischen der Zuschaltstellung und der Abschaltstellung betätigbar. Das Abschaltventil kann hierbei hydraulisch, elektro-hydraulisch oder direkt elektrisch betätigt werden. Eine direkte elektrische Betätigung des Abschaltventils durch einen Schaltmagnet ermöglicht eine einfache und kostengünstige Betätigung des Abschaltventils.Conveniently, the shut-off valve by means of an actuator, in particular a solenoid, between the Zuschaltstellung and the shut-off actuated. The shut-off valve can be operated hydraulically, electro-hydraulically or directly electrically. A direct electrical actuation of the shut-off valve by a solenoid allows a simple and inexpensive operation of the shut-off valve.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Rückstellsignalleitung mittels einer Staudüse zu einem Behälter entlastet. Mit einer derartigen Staudüse kann von der Rückstellsignalleitung ein Volumenstrom zum Behälter abströmen, wobei über die Wahl der Staudüse der zum Behälter abströmende Volumenstrom verändert und eingestellt und somit der Druckgradient des in der Rückstellsignalleitung anstehenden hydraulischen Rückstellsignals beeinflusst werden kann.According to one embodiment of the invention, the reset signal line is relieved by means of a pitot tube to a container. With such a pitot tube, a volume flow to the container can flow away from the reset signal line, the volume flow flowing to the container being changed and adjusted via the choice of the pitot tube, and thus the pressure gradient of the hydraulic reset signal pending in the return signal line can be influenced.
Mit besonderem Vorteil ist die Pumpe mittels des in der Signalleitung anstehenden Vorgabesignals auf ein vorgegebenes Fördervolumen, insbesondere das maximale Fördervolumen, voreingestellt. Durch ein entsprechendes konstantes bzw. unveränderbares Vorgabesignals wird somit die Pumpe durch das Vorgabesignal auf ein bestimmtes Fördervolumen, bevorzugt das maximale Fördervolumen, eingestellt, wodurch die Pumpe einen vorgegebenen Förderstrom, bevorzugt den maximalen Förderstrom, liefert. Sofern die Verbraucher den von der Pumpe gelieferten Förderstrom nicht vollständig abnehmen, wird an der Umlaufdruckwaage ein hydraulisches Rückstellsignal erzeugt, wodurch durch eine Verringerung des Fördervolumens der Pumpe eine Anpassung der Fördervolumens der Pumpe an den Bedarf der Verbraucher erfolgt und der von den Verbrauchern nicht abgenommen Überschußvolumenstrom begrenzt und verringert wird.With particular advantage, the pump by means of the pending in the signal line default signal to a predetermined delivery volume, in particular the maximum delivery volume, preset. By a corresponding constant or unchangeable default signal thus the pump is set by the default signal to a specific delivery volume, preferably the maximum delivery volume, whereby the pump delivers a predetermined flow, preferably the maximum flow. If the consumer does not completely reduce the flow delivered by the pump, a hydraulic reset signal is generated at the circulation pressure balance, whereby by reducing the delivery volume of the pump adjusting the delivery volume of the pump to the needs of the consumer takes place and not removed by the consumers excess volume flow is limited and reduced.
Sofern die Pumpe mittels des in der Signalleitung anstehenden Vorgabesignal auf ein vorgegebenes Fördervolumen voreingestellt ist, ergeben sich besondere Vorteile, wenn das Vorgabesignal mittels eines Vorgabeventils, insbesondere eines elektrisch verstellbaren Signals, einstellbar ist. Das durch das Vorgabesignal eingestellte Fördervolumen bildet somit eine Volumenstromvorgabe und eine Volumenstrombegrenzung der Pumpe. Durch Veränderung und Einstellung des Vorgabesignals kann somit auf einfache Weise die Volumenstrombegrenzung der Pumpe verändert und eingestellt und beispielsweise an die Antriebsleistung einer die Pumpe antreibenden Antriebsmaschine angepasst werden.If the pump is preset by means of the default signal present in the signal line to a predetermined delivery volume, there are particular advantages if the default signal by means of a default valve, in particular an electrically adjustable signal, is adjustable. The delivery volume set by the default signal thus forms a volume flow specification and a volume flow limitation of the pump. By changing and setting the default signal can thus be changed in a simple manner, the flow limitation of the pump and adjusted and adjusted, for example, to the drive power of a pump driving the drive machine.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigtFurther advantages and details of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic figures. This shows
In der
Das Antriebssystem
Zur Steuerung eines oder mehrerer Verbraucher V ist jeweils ein Steuerventil
Das Steuerventil
Zur Ansteuerung des Steuerventils
Die Pumpe
Die Stellkolbeneinrichtung
Die Fördervolumenstelleinrichtung
Die Steuereinrichtung
Die Pumps
Die Umlaufdruckwaage
Bei der Fördervolumenstelleinrichtung
Die Rückstellsignalleitung
Bei dem Antriebssystem
Weiterhin ist bei der
Die Abschalteinrichtung
Das Abschaltventil
Die Druckbegrenzungseinrichtung
In der
Die Ausführungsform der
Der Stellkolben
Zudem oder alternativ zu der Feder F kann der Stellkolben
Bei der Fördervolumenstelleinrichtung
Analog zu dem Ausführungsbeispiel der
Weiterhin ist bei der
Entsprechend der
In der
Die Ausführungsform der
Bei der
Das die Beaufschlagung des Stellduckraums
Das Stelldruckventil
Der Steuerschieber des Stelldruckventils
Die Pumpe
Bei der
Das Vorsteuerventil
Das Vorsteuerventil
Die erfindungsgemäße elektro-hydraulisch in der Fördermenge vorgesteuerte Pumpe
Analog zu den Ausführungsbeispielen der
Weiterhin ist bei der
Entsprechend den
In der
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf.The invention has a number of advantages.
Durch die der Rückstellsignalleitung
Mit dem Abschaltventil
In Verbindung mit der Druckbegrenzungseinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102008038382 A1 [0006, 0008, 0009] DE 102008038382 A1 [0006, 0008, 0009]
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