DE102014109205B4

DE102014109205B4 - Hydrostatische Pumpe eines bedarfsstromgeregelten hydrostatischen Antriebssystems

Info

Publication number: DE102014109205B4
Application number: DE102014109205.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kraft
Original assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: DE102014109203A1; DE102014109203B4; DE102014109205A1

Abstract

Hydrostatische Pumpe (2) eines bedarfsstromgeregelten, zumindest einen Verbraucher umfassenden hydrostatischen Antriebssystems (1) mit einem stufenlos verstellbaren Fördervolumen, die als einseitig verstellbare und im offenen Kreislauf betriebene Pumpe (2) ausgebildet ist, wobei die Pumpe (2) zur Veränderung des Fördervolumens eine Fördervolumenstelleinrichtung (10) aufweist, deren Einstellung mittels einer Stelleinrichtung (11) verstellbar ist, wobei die Stelleinrichtung (11) elektrisch ansteuerbar ist, wobei die Fördervolumenstelleinrichtung (10) der Pumpe (2) mittels eines elektrischen Vorgabesignals in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens verstellbar ist und in Abhängigkeit von einem hydraulischen Rückstellsignal in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (11) ein mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung (20) in Abhängigkeit von dem elektrischen Vorgabesignal betätigtes und als Regelventil ausgebildetes Stelldruckventil (15) umfasst, das die Beaufschlagung eines in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens wirkenden und die Fördervolumenstelleinrichtung (10) betätigenden Stellkolbendruckraums (12b) einer Stellkolbeneinrichtung (12) mit einem Stelldruck steuert, wobei das Stelldruckventil (15) mittels einer Kraftrückmeldeeinrichtung (30) mit der Fördervolumenstelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht, die an dem Stelldruckventil (15) eine der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) entgegenwirkende Rückmeldekraft erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Pumpe eines bedarfsstromgeregelten, zumindest einen Verbraucher umfassenden hydrostatischen Antriebssystems mit einem stufenlos verstellbaren Fördervolumen, die als einseitig verstellbare und im offenen Kreislauf betriebene Pumpe ausgebildet ist, wobei die Pumpe zur Veränderung des Fördervolumens eine Fördervolumenstelleinrichtung aufweist, deren Einstellung mittels einer Stelleinrichtung verstellbar ist, wobei die Stelleinrichtung elektrisch ansteuerbar ist, wobei die Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe mittels eines elektrischen Vorgabesignals in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens verstellbar ist und in Abhängigkeit von einem hydraulischen Rückstellsignal in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verstellbar ist.
Bei bedarfsstromgeregelten 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 Arbeitsmaschinen, beispielsweise Baggern, Landmaschinen, Forstmaschinen oder Flurförderzeugen, für die Steuerung der hydraulischen Verbraucher eingesetzt.
Um eine hohe Dynamik des Antriebssystems zu erzielen, ist es bereits bekannt, die Fördervolumenstelleinrichtung der im Fördervolumen verstellbaren Pumpe von einem elektrischen Vorgabesignal in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens zu verstellen. Zum Ausregeln des Fördervolumens der Pumpe auf den von den angesteuerten Verbrauchern angeforderten Volumenstrombedarf dient ein hydraulisches Rückstellsignal, das beispielsweise am Ausgang einer Lastdruckregeleinrichtung erzeugt wird oder das den den Bedarf der Verbraucher übersteigenden Förderstrom der Pumpe erfasst. In Abhängigkeit von dem hydraulischen Rückstellsignal ist die Fördervolumenstelleinrichtung in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens gesteuert. Die Stelleinrichtung der Pumpe ist hierzu elektrisch ansteuerbar.
Bekannte im Fördervolumen verstellbare Pumpen mit einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung weisen einen hohen Bauaufwand für die Stelleinrichtung auf, insbesondere bei der Ausführung der Stelleinrichtung als Regeleinrichtung mit einem als Regelventil ausgebildeten Stelldruckventil. Eine derartige Pumpe ist aus der 3 der DE 10 2011 107 222 A1 bekannt. Das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil der Pumpe, das einen eine Stellkolbeneinrichtung beaufschlagenden Stelldruck erzeugt, ist hierbei mittels eines elektrisch ansteuerbaren Vorgabeventils, das von dem elektrischen Vorgabesignal angesteuert ist, vorgesteuert. Die Rückmeldung der Ist-Position der von der Stellkolbeneinrichtung betätigten Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe auf das Stelldruckventil erfolgt mittels einer mechanischen Kopplung als Wegrückführung. Derartige elektrisch ansteuerbare Stelleinrichtungen verursachen jedoch aufgrund des elektrisch ansteuerbaren Vorsteuerventils, das einen Vorsteuerdruck für das den Stelldruck der Stellkolbeneinrichtung erzeugende Stelldruckventil erzeugt, sowie aufgrund der Wegrückmeldung der Ist-Position der Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe auf das Stelldruckventil einen hohen Bauaufwand und einen hohen Bauraumbedarf.
Die DE 10 2012 104 755 A1 offenbart eine hydrostatische Verdrängermaschine, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit veränderbarem Verdrängervolumen, die im geschlossenen Kreislauf betreibbar ist und in einen Arbeitskreis Druckmittel fördert, wobei das Verdrängervolumen mittels einer Stelleinrichtung einstellbar ist, die einen mit einem ersten Steuerdruckraum und einem zweiten Steuerdruckraum versehene Stellkolbeneinrichtung umfasst, die mit einem Verdrängervolumenstellorgan, insbesondere einer Schrägscheibe, in Wirkverbindung steht, wobei die Steuerdruckräume der Stellkolbeneinrichtung mittels eines Stellventils mit einer Speisedruckquelle verbindbar oder zu einem Behälter entlastbar sind.
Die DE 10 2008 063 928 A1 offenbart eine hydrostatische Maschine, deren Fördervolumen mittels eines elektrisch angesteuerten Stelldruckregelventils steuerbar ist, wobei die Stellposition eines Stellkolbens mittels eines Sensors erfasst wird und an eine das Stelldruckregelventil ansteuernde elektronische Steuereinrichtung gemeldet wird.
Die DE 10 2004 062 388 A1 offenbart eine im Fördervolumen verstellbare Hydropumpe, die im geschlossenen Kreislauf betreibbar ist, wobei das Fördervolumen mittels einer Verstellvorrichtung einstellbar ist, die einen mit einer ersten Stelldruckkammer und einer zweiten Stelldruckkammer versehenen Stellkolben umfasst, wobei zum Einstellen des Druckes in den Stelldruckkammern ein elektrisch betätigtes Stelldruckregelventil vorgesehen ist, wobei die Stellbewegung des Stellkolbens über eine Koppelstange an das Stelldruckregelventil rückgekoppelt wird.
Die DE 199 35 007 A1 offenbart eine im geschlossenen Kreislauf betriebene hydraulische Pumpe mit einem verstellbaren Fördervolumen auf, das mittels eines hydraulisch betätigten Nehmerkolbens angesteuert ist.
Die DE 195 13 032 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Verstellen des Fördervolumens einer Hydropumpe mit einem elektrisch angesteuerten Steuerventil, das einen Stellkolben ansteuert, wobei der Stellweg des Stellkolbens mittels eines Sensors erfasst wird und an eine das Steuerventil ansteuernde elektronische Steuereinheit gemeldet wird.
Die DE 33 02 546 C2 offenbart ein Antriebssystem mit einer als Motor und Pumpe betreibbaren Primäreinheit, wobei ein Verstellzylinder und ein Ventil vorgesehen sind, das den Verstellzylinder derart mit Druck beaufschlagt, dass die Primäreinheit auf Motorbetrieb geschwenkt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Pumpe mit einer elektrisch ansteuerbare Stelleinrichtung zur Verfügung, deren Stelleinrichtung einen geringen Bauaufwand aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stelleinrichtung ein mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von dem elektrischen Vorgabesignal betätigtes und als Regelventil ausgebildetes Stelldruckventil umfasst, das die Beaufschlagung eines in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens wirkenden und die Fördervolumenstelleinrichtung betätigenden Stellkolbendruckraums einer Stellkolbeneinrichtung mit einem Stelldruck steuert, wobei das Stelldruckventil mittels einer Kraftrückmeldeeinrichtung mit der Fördervolumenstelleinrichtung in Wirkverbindung steht, die an dem Stelldruckventil eine der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung entgegenwirkende Rückmeldekraft erzeugt. Ein derartiges als Regelventil ausgebildetes Stelldruckventil, das die Beaufschlagung des in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraums der Stellkolbeneinrichtung mit einem Stelldruck steuert und bei dem zur Rückmeldung der Ist-Position der Fördervolumenstelleinrichtung auf das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil eine Kraftrückmeldeeinrichtung vorgesehen ist, weist einen geringen Bauaufwand und Bauraumbedarf auf, da das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil auf einfache Weise direkt von der elektrischen Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von dem elektrischen Vorgabesignal als Sollwertvorgabe betätigt ist und die Istwertrückmeldung der Position der Fördervolumenstelleinrichtung ebenfalls in einfacher Weise durch die Kraftrückmeldeeinrichtung direkt auf das Stelldruckventil erfolgt. Insgesamt wird somit für die elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung der Pumpe ein einfacher und kostengünstiger Aufbau erzielt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Stellkolbeneinrichtung einen in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum auf, der von dem Förderdruck der Pumpe beaufschlagt ist, und/oder dass eine Federeinrichtung vorgesehen ist, die die Stellkolbeneinrichtung in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens beaufschlagt. Die Stellkolbeneinrichtung wird somit von der Federeinrichtung und/oder von dem Förderdruck der Pumpe, der in dem in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum ansteht, in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens beaufschlagt und das Stelldruckventil wirkt mit dem erzeugten Stelldruck entgegengerichtet in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe.
Hierdurch ergibt sich ein geringer Bauaufwand für das Stelldruckventil, das gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung an eine Stelldruckversorgungsleitung, an eine zu einem Behälter geführte Behälterleitung und an eine zu dem Stellkolbendruckraum geführte Stelldruckleitung angeschlossen ist, wobei das Stelldruckventil eine erste Steuerstellung aufweist, in der die Stelldruckversorgungsleitung mit der Stelldruckleitung verbunden ist und eine zweite Steuerstellung aufweist, in der die Stelldruckleitung mit der Behälterleitung verbunden ist. Ein derartiges als Dreianschluss-Zweistellungsventil ausgebildetes Stelldruckventil weist einen einfachen Aufbau auf. In der ersten Steuerstellung wird somit die Pumpe von dem mittels des Stelldruckventils erzeugten Stelldrucks in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens beaufschlagt. In der zweiten Steuerstellung des Stelldruckventils wird die Pumpe von der Federeinrichtung und/oder dem Förderdruck der Pumpe, der in dem in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum ansteht, in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens beaufschlagt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist zur Bedarfsstromregelung des Fördervolumens der Pumpe auf den von einem oder mehreren Verbrauchern, die von der Pumpe mit Druckmittel versorgt werden, angeforderten Volumenstrombedarf eine das hydraulische Rückstellsignal erzeugende Lastdruckregeleinrichtung vorgesehen, die von dem Förderdruck der Pumpe in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe sowie von dem höchsten Lastdruck der Verbraucher und einer Federeinrichtung in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens beaufschlagt ist. Das erfindungsgemäße als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil, das direkt mittels der elektrischen Betätigungseinrichtung betätigt wird und bei dem die Istwertrückmeldung der Position der Fördervolumenstelleinrichtung durch die Kraftrückmeldeeinrichtung erfolgt, weist eine relativ ungenaue Einstellung des Fördervolumens der Pumpe auf. Mit der Lastdruckregeleinrichtung, die von dem Förderduck der Pumpe, dem höchsten Lastdruck der Verbraucher und einer die Regeldruckdifferenz des hydrostatischen Antriebssystems vorgebenden Feder beaufschlagt ist und die in die elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung der Pumpe eingreift und Priorität gegenüber dem elektrischen Vorgabesignal hat, kann eine exakte Regelung des von der Pumpe gelieferten Fördervolumens auf den von den Verbrauchern angeforderten Volumenstrombedarf erzielt werden, so dass in dem hydrostatischen Antriebssystem mit der einfach aufgebauten elektrisch angesteuerten Stelleinrichtung der Pumpe in Verbindung mit der Lastdruckregeleinrichtung eine hohe Regelgenauigkeit des Fördervolumens der Pumpe erzielt wird.
Gemäß einer alternativen und vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung erfasst das hydraulische Rückstellsignal den überschüssig geförderten Volumenstrom der Pumpe.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist hierbei zur Bedarfsstromregelung des Fördervolumens der Pumpe auf den von einem oder mehreren Verbrauchern, die von der Pumpe mit Druckmittel versorgt werden, angeforderten Volumenstrombedarf eine das hydraulische Rückstellsignal erzeugende Mengenregeleinrichtung vorgesehen, die von einem Mengenregelventil und einer Staudüse gebildet ist, wobei das Mengenregelventil und die Staudüse in einer Zweigleitung angeordnet sind, die von der Förderleitung der Pumpe zu einem Behälter geführt ist, wobei das Mengenregelventil von dem Förderdruck der Pumpe in Richtung einer Durchflussstellung sowie dem höchsten Lastdruck der Verbraucher und einer Federeinrichtung in Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt ist und wobei zwischen dem Mengenregelventil und der Staudüse das hydraulisches Rückstellsignal erzeugt wird. Das erfindungsgemäße als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil, das direkt mittels der elektrischen Betätigungseinrichtung betätigt wird und bei dem die Istwertrückmeldung der Position der Fördervolumenstelleinrichtung durch die Kraftrückmeldeeinrichtung erfolgt, weist eine relativ ungenaue Einstellung des Fördervolumens der Pumpe auf. Mit der Mengenregeleinrichtung, die den von der Pumpe überschüssig, d.h. den Bedarf der angesteuerten Verbraucher übersteigenden, geförderten Fördervolumenstrom erfasst und die in die elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung der Pumpe eingreift und Priorität gegenüber dem elektrischen Vorgabesignal hat, kann eine exakte Regelung des von der Pumpe gelieferten Fördervolumens auf den von den Verbrauchern angeforderten Volumenstrombedarf erzielt werden, so dass in dem hydrostatischen Antriebssystem mit der einfach aufgebauten elektrisch angesteuerten Stelleinrichtung der Pumpe in Verbindung mit der Mengenregeleinrichtung eine hohe Regelgenauigkeit des Fördervolumens der Pumpe erzielt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das elektrisch betätigte Stelldruckventil im nicht angesteuerten Zustand der elektrischen Betätigungseinrichtung in die erste Steuerstellung betätigt. Im nicht angesteuerten Zustand des elektrisch betätigten Stelldruckventils ist somit die Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe auf die Stellung mit minimalem Fördervolumen verstellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das elektrisch betätigte Stelldruckventil bei einer Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung in Richtung einer zweiten Steuerstellung betätigt. Das elektrische Vorgabesignal, das das Stelldruckventil betätigt, führt somit zu einer Beaufschlagung der Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens. In Verbindung mit der die Ist-Position der Fördervolumenstelleinrichtung an das Stelldruckventil rückmeldenden Kraftrückmeldeeinrichtung wird hierbei erzielt, dass sich zu jedem Stromwert des elektrischen Vorgabesignals eine bestimmte Stellung der Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe und somit ein bestimmter Fördervolumenstrom ergibt. Das Fördervolumen der Pumpe kann somit stufenlos eingestellt werden.
Hinsichtlich eines einfachen Aufbaus mit einem geringen Bauaufwand und Bauraumbedarf für die elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung der Pumpe ergeben sich besondere Vorteile, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Kraftrückmeldeeinrichtung als Federeinrichtung ausgebildet ist, die zwischen dem Stelldruckventil und der Fördervolumenstelleinrichtung angeordnet ist. Eine Federeinrichtung kann mit geringem Bauaufwand zwischen dem Stelldruckventil der Fördervolumenstelleinrichtung angeordnet werden, um die Ist-Position der Fördervolumenstelleinrichtung der Pumpe an das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil zurückzumelden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wirkt das hydraulische Rückstellsignal auf das Stelldruckventil ein und erzeugt an dem Stelldruckventil eine der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung entgegenwirkende Rückstellkraft. Das hydraulische Rückstellsignal, das beispielsweise an der Mengenregeleinrichtung erzeugt wird, wird somit direkt als hydraulisches Signal an das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil der Pumpe geführt, um in die elektrische Stelleinrichtung der Pumpe einzugreifen und mit Priorität gegenüber dem elektrischen Vorgabesignal auf das Stelldruckventil einzuwirken.
Eine derartige hydraulische Einwirkung des hydraulischen Rückstellsignals auf das Stelldruckventil kann mit geringem Bauaufwand umgesetzt werden, wenn das Stelldruckventil mit einer von dem hydraulischen Rückstellsignal beaufschlagten Steuerfläche versehen ist, die an dem Stelldruckventil der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung entgegenwirkt. Das hydraulische Rückstellsignal führt somit zu einer Beaufschlagung des Stelldruckventils in einer Richtung der Verringerung des Fördervolumens der Pumpe, so dass die Pumpe mittels des hydraulischen Rückstellsignals auf den von den Verbrauchern angeforderten Volumenstrombedarf ausgeregelt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wirkt das hydraulische Rückstellsignal auf ein Rückstellsignalsteuerventil, das in der Stelldruckleitung angeordnet ist, die von dem Stelldruckventil zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung geführt ist, wobei das Rückstellsignalsteuerventil in einer ersten Steuerstellung das Stelldruckventil mit dem Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung verbindet und in einer zweiten Steuerstellung den Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung mit der Förderleitung der Pumpe verbindet, wobei das hydraulische Rückstellsignal das Rückstellsignalsteuerventil in Richtung der zweiten Steuerstellung beaufschlagt. Das hydraulische Rückstellsignal, das an der Mengenregeleinrichtung erzeugt wird, wird somit als hydraulisches Signal an das Rückstellsignalsteuerventil geführt, das in der Stelldruckleitung des Stelldruckventils angeordnet ist. Mit einem derartigen Rückstellsignalsteuerventil kann mit geringem Bauaufwand erzielt werden, mittels des hydraulischen Rückstellsignals in die elektrische Stelleinrichtung der Pumpe einzugreifen und mit Priorität gegenüber dem elektrischen Vorgabesignal auf das Stelldruckventil einzuwirken. Eine derartige hydraulische Einwirkung des hydraulischen Rückstellsignals auf die elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung der Pumpe mittels des in der Stelldruckleitung des Stelldruckventils angeordneten Rückstellsignalsteuerventils kann mit geringem Bauaufwand umgesetzt werden. Durch die Anordnung des Rückstellsteuerventils in der Stelldruckleitung, die von dem Stelldruckventil zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung geführt ist, wird auf einfache Weise erzielt, dass das hydraulische Rückstellsignal bei einer elektrischen Betätigung des Stelldruckventils zu einer Erhöhung des in dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung anstehenden Stelldrucks führt, so dass die Pumpe mittels des hydraulischen Rückstellsignals auf den von den Verbrauchern angeforderten Fördervolumenstrom ausgeregelt wird.
Zweckmäßigerweise ist gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung das Rückstellsignalsteuerventil von einer Feder in Richtung der ersten Steuerstellung beaufschlagt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Lastdruckregeleinrichtung von einem Lastdruckregelventil gebildet, das in der Stelldruckleitung angeordnet ist, die von dem Stelldruckventil zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung geführt ist, wobei das Lastdruckregelventil in einer ersten Steuerstellung das Stelldruckventil mit dem Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung verbindet und in einer zweiten Steuerstellung den Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung mit der Förderleitung der Pumpe verbindet, wobei das Lastdruckregelventil in Richtung der zweiten Steuerstellung von dem Förderdruck der Pumpe und in Richtung der ersten Steuerstellung von dem höchsten Lastdruck der Verbraucher und der Federeinrichtung beaufschlagt ist. Das hydraulische Rückstellsignal wird somit von dem Lastdruckregelventil in der Stelldruckleitung zwischen dem Lastdruckregelventil und dem in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum erzeugt. Übersteigt der Förderdruck der Pumpe die Summe aus der Vorspannung der Federeinrichtung und dem höchsten Lastdruck der Verbraucher, wird das Lastdruckregelventil in Richtung der zweiten Steuerstellung beaufschlagt, in der das hydraulische Rückstellsignal durch eine Verbindung des Stellkolbendruckraums mit der Förderleitung der Pumpe erhöht wird und somit die Pumpe in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens beaufschlagt wird. Mit einem derartigen Lastdruckregelventil kann mit geringem Bauaufwand erzielt werden, mittels des hydraulischen Rückstellsignals in die elektrische Stelleinrichtung der Pumpe einzugreifen und mit Priorität gegenüber dem elektrischen Vorgabesignal auf das Stelldruckventil einzuwirken. Eine derartige hydraulische Einwirkung des hydraulischen Rückstellsignals auf die elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung der Pumpe mittels des in der Stelldruckleitung des Stelldruckventils angeordneten Lastdruckregelventils kann mit geringem Bauaufwand umgesetzt werden. Durch die Anordnung des Lastdruckregelventils in der Stelldruckleitung, die von dem Stelldruckventil zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung geführt ist, wird auf einfache Weise erzielt, dass bei einer elektrischen Betätigung des Stelldruckventils eine Betätigung des Lastdruckregelventils in Richtung der zweiten Steuerstellung zu einer Erhöhung des in dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung anstehenden Stelldrucks führt, so dass die Pumpe auf den von den Verbrauchern angeforderten Fördervolumenstrom ausgeregelt wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Betätigungseinrichtung des Stelldruckventils mittels einer elektronischen Steuereinrichtung ansteuerbar, wobei das hydraulische Rückstellsignal von der elektronischen Steuereinrichtung gemessen wird und in Abhängigkeit des hydraulischen Rückstellsignals von der elektronischen Steuereinrichtung das Ansteuersignal der elektrischen Betätigungseinrichtung des Stelldruckventils beeinflusst wird. Das hydraulische Rückstellsignal wird somit in ein elektrisches Signal umgewandelt, das von der elektronischen Steuereinrichtung ausgewertet wird und anhand dessen das Ansteuersignal der elektrischen Betätigungseinrichtung des Stelldruckventils beeinflusst und korrigiert wird. Eine derartige elektronische Einwirkung des hydraulischen Rückstellsignals auf das Stelldruckventil kann mit geringem Bauaufwand umgesetzt werden, wenn ein Drucksensor vorgesehen ist, der das hydraulische Rückstellsignal erfasst und der mit der elektronischen Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht. Hierdurch kann ebenfalls mit geringem Bauaufwand erzielt werden, mittels des hydraulischen Rückstellsignals in die elektrische Stelleinrichtung der Pumpe einzugreifen und mit Priorität gegenüber dem elektrischen Vorgabesignal auf das Stelldruckventil einzuwirken, um die Pumpe mittels des hydraulischen Rückstellsignals auf den von den Verbrauchern angeforderten Fördervolumenstrom auszuregeln.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil als Längsschieberventil mit einem in einer Gehäusebohrung längsverschiebbaren Steuerschieber ausgebildet, wobei der Steuerschieber mit der elektrischen Betätigungseinrichtung und der Kraftrückmeldeeinrichtung in Verbindung steht. Ein derartiges, als Schieberventil ausgebildetes Stelldruckventil kann auf einfache Weise und bei geringem Bauaufwand direkt von der elektrischen Betätigungseinrichtung und der Kraftrückmeldeeinrichtung betätigt werden und somit als Regelventil ausgebildet werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt

1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines hydrostatischen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Pumpe,
2 den Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines hydrostatischen Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Pumpe,
3 den Schaltplan einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
4 den Schaltplan einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Die 1 zeigt den Schaltplan eines hydrostatsichen Antriebssystems 1 mit einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Pumpe 2.
Die Pumpe 2 ist als eine im Fördervolumen stufenlos verstellbare Pumpe ausgebildet, die im offenen Kreislauf betrieben ist und einseitig im Fördervolumen zwischen einer Stellung „V_Min“ mit minimalem Fördervolumen und einer Stellung „V_Max“ mit maximalem Fördervolumen verstellbar ist. Die Pumpe 2 steht zum Ansaugen von Druckmittel mittels einer Leitung 3 mit einem Behälter 4 in Verbindung und fördert in eine Förderleitung 5. Zur Steuerung eines oder mehrerer Verbraucher 6 des hydrostatischen Antriebssystems 1 ist jeweils ein Steuerventil 7 vorgesehen, das als in Zwischenstellungen drosselndes Wegeventil mit einer geschlossenen Neutralstellung ausgebildet ist.
Das Steuerventil 7 ist an die Förderleitung 5, eine Behälterleitung 9 sowie zu dem Verbraucher 6 geführte Druckmittelleitungen 8a, 8b angeschlossen. In der dargestellten Neutralstellung 7a sind die Anschlüsse abgesperrt. Bei einer Betätigung des Steuerventils 7 wird das Steuerventil 7 in Richtung der Schaltstellungen 7b bzw. 7c beaufschlagt, in denen das Steuerventil 7 die Verbindung der zu dem Verbraucher 6 geführten Druckmittelleitungen 8a, 8b mit der Förderleitung 5 und der Behälterleitung 9 steuert und in Abhängigkeit von einem Ansteuersignal einen bestimmten Öffnungsquerschnitt von der Förderleitung 5 zur Druckmittelleitung 8a bzw. 8b freigibt.
Die Pumpe 2 ist als elektro-hydraulisch im Fördervolumen verstellbare Pumpe ausgebildet, deren Fördervolumen mittels einer Fördervolumenstelleinrichtung 10, beispielsweise einer in der Neigung verstellbaren Schrägscheibe einer als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildeten Pumpe, einstellbar ist. Die Fördervolumenstelleinrichtung 10 ist mittels einer elektrisch angesteuerten Stelleinrichtung 11 einstellbar. Die Stelleinrichtung 11 umfasst eine Stellkolbeneinrichtung 12, die zur Betätigung mit der Fördervolumenstelleinrichtung 10 in Wirkverbindung steht.
Die Stellkolbeneinrichtung 12 weist einen in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens wirkenden und die Fördervolumenstelleinrichtung 10 betätigenden Stellkolbendruckraum 12a auf und einen in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens wirkenden und die Fördervolumenstelleinrichtung 10 betätigenden Stellkolbendruckraum 12b auf.
Der in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens wirkende Stellkolbendruckraum 12a ist von dem Förderdruck der Pumpe 2 beaufschlagt und steht hierzu mittels einer Steuerleitung mit der Förderleitung 5 in Verbindung. Weiterhin ist eine Federeinrichtung 13 vorgesehen, die die Stellkolbeneinrichtung 12 und somit die Fördervolumenstelleinrichtung 10 in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens beaufschlagt.
Der in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens wirkende Stellkolbendruckraum 12a ist als kolbenstangenseitiger Druckraum der Stellkolbeneinrichtung 12 ausgebildet.
Der in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum 12b ist als kolbenbodenseitiger Druckraum der Stellkolbeneinrichtung 12 ausgebildet. Der Stellkolbendruckraum 12b weist somit an der Stellkolbeneinrichtung 12 eine größere druckbeaufschlagte Fläche wie der Stellkolbendruckraum 12a auf.
Die Stelleinrichtung 11 weist zur Steuerung der Beaufschlagung des in Richtung Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraums 12b mit einem Stelldruck erfindungsgemäß ein elektrisch betätigtes Stelldruckventil 15 auf, das als Regelventil ausgebildet ist. Das Stelldruckventil 15 ist als Dreianschluss-Zweistellungsventil ausgebildet, das an eine Stelldruckversorgungsleitung 16 und an eine zu dem Behälter 4 geführte Behälterleitung 4a angeschlossen ist und mittels einer Stelldruckleitung 17 mit dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 in Verbindung steht. Die Stelldruckversorgungsleitung 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an die Förderleitung 5 der Pumpe 2 angeschlossen.
Das den Stelldruck in dem Stellkolbendruckraum 12b erzeugende Stelldruckventil 15 der Stelleinrichtung 11 ist mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 20, insbesondere eines Proportionalmagneten, direkt betätigt.
Zur Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 des Stelldruckventils 15 ist eine elektronische Steuereinrichtung 25 vorgesehen, die eingangsseitig mit einer Betätigungseinrichtung 26, beispielsweise einem oder mehrere Joysticks, in Wirkverbindung steht und die in Abhängigkeit von der Betätigung der Betätigungseinrichtung 26 ein elektrisches Vorgabesignal zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 20 und somit der Stelleinrichtung 11 erzeugt.
Das elektrische Vorgabesignal bildet somit an dem als Regelventil ausgebildeten Stelldruckventil 15 eine Sollwertvorgabe für die Fördervolumeneinstellung der Pumpe 2.
Das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil 15 steht weiterhin zur Rückmeldung der Ist-Position der Fördervolumenstelleinrichtung 10 auf das Stelldruckventil 15 mittels einer Kraftrückmeldeeinrichtung 30 mit der Fördervolumenstelleinrichtung 10 in Wirkverbindung. Die Kraftrückmeldeeinrichtung 30 erzeugt an dem Stelldruckventil 15 eine der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 entgegenwirkende Rückmeldekraft. Die Kraftrückmeldeeinrichtung 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Federeinrichtung 31 gebildet, die mittels eines mechanischen Koppelmittels 32 mit der Fördervolumenstelleinrichtung 10 bzw. der Stellkolbeneinrichtung 12 in Wirkverbindung steht.
Das elektrisch betätigte Stelldruckventil 15 ist im nicht angesteuerten Zustand der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 in eine erste Steuerstellung 15a betätigt, in der die Stelldruckversorgungsleitung 16 mit der Stelldruckleitung 17 und somit mit dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 verbunden ist. Die Verbindung der Stelldruckleitung 17 mit der Behälterleitung 4a ist in der ersten Steuerstellung 15a abgesperrt. Durch den im Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 anstehenden Stelldruck ist somit die Fördervolumenstelleinrichtung 10 in die Stellung mit minimalem Fördervolumen verstellt.
Das elektrisch betätigte Stelldruckventil 15 ist bei einer Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 in Richtung einer zweiten Steuerstellung 15b betätigbar, in der die Stelldruckleitung 17 und somit der in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 mittels der Behälterleitung 4a mit dem Behälter 4 verbunden ist. In der zweiten Steuerstellung 15b ist die Verbindung der Stelldruckleitung 17 mit der Stelldruckversorgungsleitung 16 abgesperrt.
Bei einer Betätigung der Betätigungseinrichtung 26 wird von der elektronischen Steuereinrichtung 25 das Stelldruckventil 15 in Abhängigkeit von der Betätigung der Betätigungseinrichtung 26 mit einem elektrischen Vorgabesignal angesteuert, so dass das Stelldruckventil 15 mit einer bestimmten in Abhängigkeit von der Höhe des elektrischen Vorgabesignals erzeugten Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 in Richtung der zweiten Steuerstellung 15b betätigt wird. Durch die Entlastung des Stellkolbendruckraums 12b zu dem Behälter 4 wird somit die Fördervolumenstelleinrichtung 10 der Pumpe 2 von der Federeinrichtung 13 und dem in dem Stellkolbendruckraum 12a stehenden Förderdruck der Pumpe 2 solange in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens verstellt, bis über die Kraftrückmeldeeinrichtung 30 an dem Stelldruckventil 15 eine Rückstellkraft erzeugt wird, die gleich groß wie die Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 ist. Bei Kraftgleichgewicht zwischen der elektrischen Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 und der Rückstellkraft der Kraftrückmeldeeinrichtung 30 befindet sich das Stelldruckventil 15 in einer Abgleichstellung, in der sich die Position der Fördervolumenstelleinrichtung 10 nicht weiter verändert. Mit einem derartigen als Regelventil ausgebildeten Stelldruckventil 15 kann somit mittels der Kraftrückmeldeeinrichtung 30 erzielt werden, dass mittels des elektrischen Vorgabesignals die Pumpe 2 in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens verstellbar ist und in Abhängigkeit von der Höhe des elektrischen Vorgabesignals beliebige Zwischenstellungen der Fördervolumenstelleinrichtung 10 zwischen der Stellung mit minimalem Fördervolumen und dem maximalen Fördervolumen definiert eingestellt werden können.
Eine derartige elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung 11, die ein direkt elektrisch betätigtes und als Regelventil ausgebildetes Stelldruckventil 15 umfasst, das zur Rückmeldung der Ist-Position der Fördervolumenstelleinrichtung 10 mittels der Kraftrückmeldeeinrichtung 30 mit der Fördervolumenstelleinrichtung 10 der Pumpe in Verbindung steht, weist einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auf, so dass sich für die im Fördervolumen verstellbare Pumpe 2 ein geringer Bauaufwand ergibt. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass eine derartige elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung 11 eine schlechte Regelgenauigkeit des Fördervolumens der Pumpe 2 aufweist.
Um das Fördervolumen der Pumpe 2 in dem bedarfsstromgeregelten hydrostatischen Antriebssystem exakt auf den von den angesteuerten Verbrauchern 6 angeforderten Volumenstrombedarf auszuregeln, ist die Fördervolumenstelleinrichtung 10 der Pumpe 2 in Abhängigkeit von einem den überschüssig geförderten Volumenstrom der Pumpe 2 erfassenden, hydraulischen Rückstellsignal in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verstellbar.
Hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem 1 der 1 eine das hydraulische Rückstellsignal erzeugende Mengenregeleinrichtung 40 vorgesehen, die von einem Mengenregelventil 41 und einer Staudüse 42 gebildet ist. Das Mengenregelventil 41 und die Staudüse 42 sind in einer Zweigleitung 43 angeordnet, die von der Förderleitung 5 der Pumpe 2 zu dem Behälter 4 geführt ist. Das Mengenregelventil 41 ist von dem Förderdruck der Pumpe 2 in Richtung einer Durchflussstellung 41 a sowie von dem höchsten Lastdruck der Verbraucher 6 und einer Federeinrichtung 46 in Richtung einer Sperrstellung 41 b beaufschlagt.
Hierzu ist an eine in Richtung einer Sperrstellung 41 b wirkende Steuerfläche des Mengenregelventils 41 eine den höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher 6 führende Lastdruckmeldeleitung 44 angeschlossen. An eine in Richtung einer Durchflussstellung 41 a wirkende Steuerfläche des Mengenregelventils 41 ist eine von der Förderleitung 5 abzweigende Förderzweigleitung 45 angeschlossen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Mengenregelventil 41 als Umlaufdruckwaage ausgebildet. Die Vorspannung der Federeinrichtung 46 des Mengenregelventils 41 entspricht hierbei der Regeldruckdifferenz des bedarfsstromgeregelten hydrostatischen Antriebssystems 1.
Zwischen dem Mengenregelventil 41 und der Staudüse 42 wird an der Zweigleitung 43 das hydraulische Rückstellsignal der Mengenregeleinrichtung 40 erzeugt und abgegriffen, das zur Korrektur der Fördervolumeneinstellung der Pumpe 2 und zum Ausregeln des von der Pumpe 3 geförderten Förderstroms auf den von den angesteuerten Verbrauchern 6 angeforderten Volumenstrombedarf dient.
In der 1 erfolgt die Korrektur der Fördervolumeneinstellung der Pumpe 2 in Abhängigkeit von dem hydraulischen Rückstellsignal der Mengenregeleinrichtung 40 in elektronischer Weise. Hierzu ist zur Erfassung des mittels der Mengenregeleinrichtung 40 erzeugten hydraulischen Rückstellsignals ein Drucksensor 50 vorgesehen, der eingangsseitig mit der elektronischen Steuereinrichtung 25 in Verbindung steht. Das hydraulische Rückstellsignal wird somit von der elektronischen Steuereinrichtung 25 gemessen und in Abhängigkeit des hydraulischen Rückstellsignals von der elektronischen Steuereinrichtung 25 das Ansteuersignal der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 des Stelldruckventils 15 entsprechend beeinflusst und korrigiert, um den von der Pumpe 2 gelieferten Fördervolumenstrom auf den von den angesteuerten Verbrauchern 6 angeforderten Volumenstrom auszuregeln.
Die elektronische Steuereinrichtung 25 dient weiterhin zur Ansteuerung des Steuerventils 7. Das Steuerventil 7 weist zu dessen Betätigung in Richtung der Schaltstellungen 7b und 7c entsprechende elektrische Ansteuereinrichtungen 35a, 35b auf, beispielsweise Magnete, die ausgangsseitig mit der Steuereinrichtung 25 in Verbindung stehen und von der Steuereinrichtung 25 durch ein entsprechendes Ansteuersignal ansteuerbar sind. Anstelle elektrischer Ansteuereinrichtungen 35a, 35b kann das Steuerventil 7 ebenfalls hydraulisch beaufschlagt sein, wobei zur Erzeugung eines das Steuerventil 7 beaufschlagenden Steuerdrucks elektrisch ansteuerbare Steuerdruckventile, beispielsweise Druckminderventile, vorgesehen sein können, die ausgangsseitig mit der Steuereinrichtung 25 in Verbindung stehen.
In der 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Bei der 2 erfolgt die Korrektur der Fördervolumeneinstellung der Pumpe 2 in Abhängigkeit von dem hydraulischen Rückstellsignal der Mengenregeleinrichtung 40 in hydraulischer Weise.
Das hydraulische Rückstellsignal wirkt hierbei als hydraulisches Signal auf das Stelldruckventil 15 ein und erzeugt an dem Stelldruckventil 15 eine der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 entgegenwirkende Rückstellkraft. Das Stelldruckventil 15 ist hierzu mit einer zusätzlichen Steuerfläche 55 versehen, die an eine Rückstellsignalleitung 56 angeschlossen, die zur Führung des hydraulischen Rückstellsignals an die Zweigleitung 43 zwischen dem Mengenregelventil 41 und der Staudüse 42 der Mengenregeleinrichtung 40 angeschlossen ist. Die Steuerfläche 55 wirkt hierbei der elektrischen Betätigungseinrichtung 20 entgegen.
In der 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Bei der 3 erfolgt die Korrektur der Fördervolumeneinstellung der Pumpe 2 in Abhängigkeit von dem hydraulischen Rückstellsignal der Mengenregeleinrichtung 40 ebenfalls in hydraulischer Weise.
Hierzu ist ein Rückstellsignalsteuerventil 60 vorgesehen, das in der Stelldruckleitung 17 angeordnet ist, die von dem Stelldruckventil 15 zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 geführt ist. Das Rückstellsignalsteuerventil 60 weist eine erste Steuerstellung 60a auf, in der das Stelldruckventil 15 mit dem Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 verbunden ist. In einer zweiten Steuerstellung 60b des Rückstellsignalsteuerventils 60 ist der Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 mit der Förderleitung 5 der Pumpe 5 verbunden. Das Rückstellsignalsteuerventil 60 steht hierzu mit einer Zweigleitung 61 in Verbindung, die an die Förderleitung 5 angeschlossen ist. In der ersten Steuerstellung 60a ist der Anschluss der Zweigleitung 61 abgesperrt. In der zweiten Steuerstellung 60b ist der mit dem Stellkolbendruckraum 12b in Verbindung stehende Abschnitt der Stelldruckleitung 17 mit der Zweigleitung 61 verbunden, so dass der Stellkolbendruckraum 12b von dem Förderdruck der Pumpe 2 beaufschlagt ist. In der zweiten Steuerstellung 60b des Rückstellsteuerventils 60 sind somit beide Stellkolbendruckräume 12a, 12b von dem Förderdruck der Pumpe 2 beaufschlagt, wobei aufgrund der größeren druckbeaufschlagten Fläche des Stellkolbendruckraums 12b die Pumpe 2 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens beaufschlagt wird. Das hydraulische Rückstellsignal beaufschlagt das Rückstellsignalsteuerventil 60 in Richtung der zweiten Steuerstellung 60b. Hierzu ist die das hydraulische Rückstellsignal führende Rückstellsignalleitung 56 an eine entsprechende in Richtung der zweiten Steuerstellung 60b wirkende Steuerfläche 63 des Rückstellsignalsteuerventils 60 angeschlossen. Das Rückstellsignalsteuerventil 60 ist bevorzugt von einer Feder 62 in Richtung der ersten Steuerstellung 60a beaufschlagt. Das Rückstellsignalsteuerventil 60 ist als Zwischenstellung drosselndes Proportionalventil ausgebildet.
In der 4 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Bei der Ausführungsform der 4 ist die Mengenregeleinrichtung 40 der 1 bis 3 nicht vorhanden. Um das Fördervolumen der Pumpe 2 in dem bedarfsstromgeregelten hydrostatischen Antriebssystem exakt auf den von den angesteuerten Verbrauchern 6 angeforderten Volumenstrombedarf auszuregeln, ist die Fördervolumenstelleinrichtung 10 der Pumpe 2 von einem hydraulischen Rückstellsignal in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verstellbar.
Hierzu ist bei der 4 eine das hydraulische Rückstellsignal erzeugende Lastdruckregeleinrichtung 110 vorgesehen, die von dem Förderdruck der Pumpe 2 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe 2 sowie von dem höchsten Lastdruck der Verbraucher 6 und einer Federeinrichtung 163 in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens der Pumpe 2 beaufschlagt ist. Die Vorspannung der Federeinrichtung 163 der Lastdruckregeleinrichtung 110 entspricht hierbei der Regeldruckdifferenz des bedarfsstromgeregelten hydrostatischen Antriebssystems 1.
Die Lastdruckregeleinrichtung 110 ist von einem Lastdruckregelventil 160 gebildet, das in der Stelldruckleitung 17 angeordnet ist, die von dem Stelldruckventil 15 zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 geführt ist. Das Lastdruckregelventil 160 weist eine erste Steuerstellung 160a, in der das Stelldruckventil 15 mit dem Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 verbunden ist. In einer zweiten Steuerstellung 160b des Lastdruckregelventils 160 ist der Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 mit der Förderleitung 5 der Pumpe 5 verbunden. Das Lastdruckregelventil 160 steht hierzu mit einer Zweigleitung 161 in Verbindung, die an die Förderleitung 5 angeschlossen ist. In der ersten Steuerstellung 160a ist der Anschluss der Zweigleitung 161 abgesperrt. In der zweiten Steuerstellung 160b ist der mit dem Stellkolbendruckraum 12b in Verbindung stehende Abschnitt der Stelldruckleitung 17 mit der Zweigleitung 161 verbunden, so dass der Stellkolbendruckraum 12b von dem Förderdruck der Pumpe 2 beaufschlagt ist. In der zweiten Steuerstellung 160b des Lastdruckregelventils 160 sind somit beide Stellkolbendruckräume 12a, 12b von dem Förderdruck der Pumpe 2 beaufschlagt, wobei aufgrund der größeren druckbeaufschlagten Fläche des Stellkolbendruckraums 12b die Pumpe 2 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens beaufschlagt wird. Das Lastdruckregelventil 160 ist in Richtung der zweiten Steuerstellung 160b von dem Förderdruck der Pumpe 2 beaufschlagt. Hierzu ist eine mit der Förderleitung 5 der Pumpe 2 in Verbindung stehende Signalleitung 156 an eine in Richtung der zweiten Steuerstellung 160b wirkende Steuerfläche 162 des Lastdruckregelventils 160 angeschlossen. In Richtung der ersten Steuerstellung 160a ist das Lastdruckregelventil 160 von dem höchsten Lastdruck der Verbraucher 6 und der Federeinrichtung 163 beaufschlagt. Die den höchsten Lastdruck der Verbraucher 6 führende Lastdruckmeldeleitung 44 ist hierzu an eine in Richtung der ersten Steuerstellung 160a wirkende Steuerfläche 164 des Lastdruckregelventils 160 angeschlossen. Das Lastdruckregelventil 160 ist als Zwischenstellung drosselndes Proportionalventil ausgebildet.
Das Lastdruckregelventil 160 erzeugt in dem Abschnitt der Stelldruckleitung 17 zwischen dem Lastdruckregelventil 160 und dem Stellkolbendruckraum 12b der Stellkolbeneinrichtung 12 das hydraulische Rückstellsignal, das zur Korrektur der Fördervolumeneinstellung der Pumpe 2 und zum Ausregeln des von der Pumpe 3 geförderten Förderstroms auf den von den angesteuerten Verbrauchern angeforderten Volumenstrombedarf dient. Übersteigt bei der 4 der Förderdruck der Pumpe 2 die Summe aus der Vorspannung der Federeinrichtung 163 und höchstem Lastdruck der Verbraucher 6, wird das Lastdruckregelventil 160 in Richtung der zweiten Steuerstellung 160b betätigt, so dass durch einen Beaufschlagung des Stellkolbendruckraums 12b mit dem Förderdruck der Pumpe 2 die Pumpe 2 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verstellt wird.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem 1 arbeitet wir folgt:

Im nicht angesteuerten Zustand der Betätigungseinrichtung 26 ist die Betätigungseinrichtung 20 des Stelldruckventils 15 von der elektronischen Steuereinrichtung 25 nicht angesteuert und das Stelldruckventil 15 befindet sich in der ersten Steuerstellung 15a, wodurch die Pumpe 2 in die Stellung mit minimalen Fördervolumen eingestellt ist.

Bei einer Betätigung der Betätigungseinrichtung 26 wird von der Steuereinrichtung 25 die Betätigungseinrichtung 20 des Stelldruckventils 15 in Abhängigkeit der Betätigung der Betätigungseinrichtung 26 mit einem entsprechenden elektrischen Vorgabesignals angesteuert. Hierdurch wird das Stelldruckventil 15 in Richtung der zweiten Steuerstellung 15b beaufschlagt und die Fördervolumenstelleinrichtung 10 der Pumpe 2 mittels des als Regelventil ausgebildeten Stelldruckventils 15 in Richtung des maximalen Fördervolumens verstellt und auf ein bestimmtes Fördervolumen eingestellt.
Zudem wird mittels der Steuereinrichtung 25 die entsprechende Ansteuereinrichtung 35a bzw. 35b des Steuerventils 7 in Abhängigkeit von dem Vorgabesignal der Betätigungseinrichtung 26 mit einem entsprechenden Ansteuersignal angesteuert und ein dem Ansteuersignal entsprechender Öffnungsquerschnitt an dem Steuerventil 7 eingestellt. Das Fördervolumen der Pumpe 2 wird hierbei mittels des elektrischen Vorgabesignals auf ein Fördervolumen und somit einen Volumenstrom voreingestellt, der den von dem Verbraucher 6 durch das Ansteuersignal eingestellten Durchflussquerschnitt des Steuerventils 7 angeforderten Volumenstrombedarf um ein bestimmtes Maß übersteigt. Die Pumpe 2 fördert somit eine bestimmte Überschussmenge, die den Volumenstrombedarf der angesteuerten Verbraucher 6 übersteigt.
Sobald in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 der Förderdruck der Pumpe 2 in der Förderleitung 5 die Vorspannung der Feder 46 an dem Mengenregelventil 41 und somit die Regeldruckdifferenz des Antriebssystems 1 übersteigt, wird das Mengenregelventil 41 von dem in der Förderdruckzweigleitung 45 anstehenden Förderdruck der Pumpe 2 entgegen der Kraft der Feder 46 und dem in der Lastdruckmeldeleitung 44 anstehenden höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher 6 in Richtung der Durchflussstellung 41 a beaufschlagt, so dass das hydraulische Rückstellsignal erzeugt wird. Das hydraulische Rückstellsignal greift in die Stelleinrichtung 11 im Sinne einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe 2 ein, so dass die von der Pumpe 2 gelieferte Überschussmenge exakt ausgeglichen und ausgeregelt wird und somit das Fördervolumen der Pumpe 2 auf den von den angesteuerten Verbrauchern 6 angeforderten Volumenstrombedarf exakt geregelt wird.
Sobald in dem Ausführungsbeispiel der 4 der Förderdruck der Pumpe 2 in der Förderleitung 5 die Vorspannung der Feder 163 an dem Lastdruckregelventil 160 und somit die Regeldruckdifferenz des Antriebssystems 1 übersteigt, wird das Lastdruckregelventil 160 von dem in der Signalleitung 156 anstehenden Förderdruck der Pumpe 2 entgegen der Kraft der Feder 163 und dem in der Lastdruckmeldeleitung 44 anstehenden höchsten Lastdruck der angesteuerten Verbraucher 6 in Richtung der zweiten Steuerstellung 160b beaufschlagt, so dass das hydraulische Rückstellsignal erzeugt wird und durch eine Beaufschlagung des Stellkolbendruckraums 12b durch den in der Förderleitung 5 anstehenden Förderdruck die Pumpe 2 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verstellt wird. Das hydraulische Rückstellsignal greift in die Stelleinrichtung 11 im Sinne einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe 2 ein, so dass die von der Pumpe 2 gelieferte Überschussmenge exakt ausgeglichen und ausgeregelt wird und somit das Fördervolumen der Pumpe 2 auf den von den angesteuerten Verbrauchern 6 angeforderten Volumenstrombedarf exakt geregelt wird.
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen. Das direkt elektrisch betätigte Stelldruckventil 15 der Stelleinrichtung 11, das in Verbindung mit der Kraftrückmeldeeinrichtung 30 als Regelventil ausgebildet ist, weist einen einfachen und kostengünstigen Aufbau sowie einen geringen Bauraumbedarf auf. In dem Antriebssystem 1 kann somit eine elektrisch im Fördervolumen geregelte Pumpe 2 eingesetzt werden, deren elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung 11 einfach aufgebaut und kostengünstig ist. Durch das elektrische Vorgabesignal, das das Stelldruckventil 15 der Pumpe 2 direkt betätigt, kann die Pumpe 2 gezielt und weich ohne Drucküberhöhung der jeweiligen Volumenstromanforderung der angesteuerten Verbraucher angepasst werden. Die relativ hohe Regelungenauigkeit des Fördervolumens der Pumpe 2 durch diese einfach aufgebaute elektrisch angesteuerte Stelleinrichtung 11 wird durch das an der Mengenregeleinrichtung 40 der 1 bis 3 bzw. der Lastdruckregeleinrichtung 110 der 4 erzeugte hydraulische Rückstellsignal ausgeglichen, das in die Stelleinrichtung 11 eingreift und Priorität gegenüber dem elektrischen Vorgabesignal hat, mit dem die elektrische Betätigungseinrichtung 20 des Stelldruckventils 15 angesteuert wird. Durch das hydraulische Rückstellsignal wird somit das Fördervolumen der Pumpe 2 bei einer Ansteuerung eines oder mehrerer Verbraucher 6 des hydrostatischen Antriebssystems 1 in einfacher Weise auf den von den angesteuerten Verbrauchern angeforderten Volumenstrombedarf ausgeregelt, so dass insgesamt in dem hydrostatischen Antriebssystem eine hohe Regelgenauigkeit des Fördervolumens der Pumpe 2 auf den von den angesteuerten Verbrauchern 6 angeforderten Volumenstrombedarf erzielt wird.

Claims

Hydrostatische Pumpe (2) eines bedarfsstromgeregelten, zumindest einen Verbraucher umfassenden hydrostatischen Antriebssystems (1) mit einem stufenlos verstellbaren Fördervolumen, die als einseitig verstellbare und im offenen Kreislauf betriebene Pumpe (2) ausgebildet ist, wobei die Pumpe (2) zur Veränderung des Fördervolumens eine Fördervolumenstelleinrichtung (10) aufweist, deren Einstellung mittels einer Stelleinrichtung (11) verstellbar ist, wobei die Stelleinrichtung (11) elektrisch ansteuerbar ist, wobei die Fördervolumenstelleinrichtung (10) der Pumpe (2) mittels eines elektrischen Vorgabesignals in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens verstellbar ist und in Abhängigkeit von einem hydraulischen Rückstellsignal in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (11) ein mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung (20) in Abhängigkeit von dem elektrischen Vorgabesignal betätigtes und als Regelventil ausgebildetes Stelldruckventil (15) umfasst, das die Beaufschlagung eines in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens wirkenden und die Fördervolumenstelleinrichtung (10) betätigenden Stellkolbendruckraums (12b) einer Stellkolbeneinrichtung (12) mit einem Stelldruck steuert, wobei das Stelldruckventil (15) mittels einer Kraftrückmeldeeinrichtung (30) mit der Fördervolumenstelleinrichtung (10) in Wirkverbindung steht, die an dem Stelldruckventil (15) eine der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) entgegenwirkende Rückmeldekraft erzeugt.
Hydrostatische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkolbeneinrichtung (12) einen in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum (12a) aufweist, der von dem Förderdruck der Pumpe (2) beaufschlagt ist, und/oder dass eine Federeinrichtung (13) vorgesehen ist, die die Stellkolbeneinrichtung (12) in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens beaufschlagt.
Hydrostatische Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stelldruckventil (15) an eine Stelldruckversorgungsleitung (16), an eine zu einem Behälter (4) geführte Behälterleitung (4a) und an eine zu dem Stellkolbendruckraum (12b) geführte Stelldruckleitung (17) angeschlossen ist, wobei das Stelldruckventil (15) eine erste Steuerstellung (15a) aufweist, in der die Stelldruckversorgungsleitung (16) mit der Stelldruckleitung (17) verbunden ist und eine zweite Steuerstellung (15b) aufweist, in der die Stelldruckleitung (17) mit der Behälterleitung (4) verbunden ist.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bedarfsstromregelung des Fördervolumens der Pumpe (2) auf den von einem oder mehreren Verbrauchern (6), die von der Pumpe (2) mit Druckmittel versorgt werden, angeforderten Volumenstrombedarf eine das hydraulische Rückstellsignal erzeugende Lastdruckregeleinrichtung (110) vorgesehen ist, die von dem Förderdruck der Pumpe (2) in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens der Pumpe (2) sowie von dem höchsten Lastdruck der Verbraucher (6) und einer Federeinrichtung (163) in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens der Pumpe (2) beaufschlagt ist.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Rückstellsignal den überschüssig geförderten Volumenstrom der Pumpe (2) erfasst.
Hydrostatische Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bedarfsstromregelung des Fördervolumens der Pumpe (2) auf den von einem oder mehreren Verbrauchern (6), die von der Pumpe (2) mit Druckmittel versorgt werden, angeforderten Volumenstrombedarf eine das hydraulische Rückstellsignal erzeugende Mengenregeleinrichtung (40) vorgesehen ist, die von einem Mengenregelventil (41) und einer Staudüse (42) gebildet ist, wobei das Mengenregelventil (41) und die Staudüse (42) in einer Zweigleitung (43) angeordnet sind, die von der Förderleitung (5) der Pumpe (2) zu einem Behälter (4) geführt ist, wobei das Mengenregelventil (41) von dem Förderdruck der Pumpe (2) in Richtung einer Durchflussstellung (41 a) sowie dem höchsten Lastdruck der Verbraucher (6) und einer Federeinrichtung (46) in Richtung einer Sperrstellung (41 b) beaufschlagt ist und wobei zwischen dem Mengenregelventil (41) und der Staudüse (42) das hydraulisches Rückstellsignal erzeugt wird.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betätigte Stelldruckventil (15) im nicht angesteuerten Zustand der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) in die erste Steuerstellung (15a) betätigt ist.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betätigte Stelldruckventil (15) bei einer Ansteuerung der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) in Richtung einer zweiten Steuerstellung (15b) betätigt ist.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftrückmeldeeinrichtung (30) als Federeinrichtung (31) ausgebildet, die zwischen dem Stelldruckventil (15) und der Fördervolumenstelleinrichtung (10) angeordnet ist.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Rückstellsignal auf das Stelldruckventil (15) einwirkt und an dem Stelldruckventil (15) eine der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) entgegenwirkende Rückstellkraft erzeugt.
Hydrostatische Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stelldruckventil (15) mit einer von dem hydraulischen Rückstellsignal beaufschlagten Steuerfläche (55) versehen ist, die an dem Stelldruckventil (15) der Betätigungskraft der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) entgegenwirkt.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Rückstellsignal auf ein Rückstellsignalsteuerventil (60) wirkt, das in der Stelldruckleitung (17) angeordnet ist, die von dem Stelldruckventil (15) zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum (12b) der Stellkolbeneinrichtung (12) geführt ist, wobei das Rückstellsignalsteuerventil (60) in einer ersten Steuerstellung (60a) das Stelldruckventil (15) mit dem Stellkolbendruckraum (12b) der Stellkolbeneinrichtung (12) verbindet und in einer zweiten Steuerstellung (60b) den Stellkolbendruckraum (12b) der Stellkolbeneinrichtung (12) mit der Förderleitung (5) der Pumpe (2) verbindet, wobei das hydraulische Rückstellsignal das Rückstellsignalsteuerventil (60) in Richtung der zweiten Steuerstellung (60b) beaufschlagt.
Hydrostatische Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellsignalsteuerventil (60) von einer Feder (62) in Richtung der ersten Steuerstellung (60a) beaufschlagt ist.
Hydrostatische Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastdruckregeleinrichtung (110) von einem Lastdruckregelventil (160) gebildet ist, das in der Stelldruckleitung (17) angeordnet ist, die von dem Stelldruckventil (15) zu dem in Richtung der Verringerung des Fördervolumens wirkenden Stellkolbendruckraum (12b) der Stellkolbeneinrichtung (12) geführt ist, wobei das Lastdruckregelventil (160) in einer ersten Steuerstellung (160a) das Stelldruckventil (15) mit dem Stellkolbendruckraum (12b) der Stellkolbeneinrichtung (12) verbindet und in einer zweiten Steuerstellung (160b) den Stellkolbendruckraum (12b) der Stellkolbeneinrichtung (120) mit der Förderleitung (5) der Pumpe (2) verbindet, wobei das Lastdruckregelventil (160) in Richtung der zweiten Steuerstellung (160b) von dem Förderdruck der Pumpe (2) und in Richtung der ersten Steuerstellung (160a) von dem höchsten Lastdruck der Verbraucher (6) und der Federeinrichtung (163) beaufschlagt ist.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betätigungseinrichtung (20) des Stelldruckventils (15) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (25) ansteuerbar ist, wobei das hydraulische Rückstellsignal von der elektronischen Steuereinrichtung (25) gemessen wird und in Abhängigkeit des hydraulischen Rückstellsignals von der elektronischen Steuereinrichtung (25) das Ansteuersignal der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) des Stelldruckventils (15) beeinflusst wird.
Hydrostatische Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das als Regelventil ausgebildete Stelldruckventil (15) als Längsschieberventil mit einem in einer Gehäusebohrung längsverschiebbar angeordneten Steuerschieber ausgebildet ist, wobei der Steuerschieber mit der elektrischen Betätigungseinrichtung (20) und der Kraftrückmeldeeinrichtung (30) in Verbindung steht.