DE19953170A1 - Leistungsregelvorrichtung und Ventilblock für eine Leistungsregelvorrichtung - Google Patents
Leistungsregelvorrichtung und Ventilblock für eine LeistungsregelvorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Leistungsregelvorrichtung für eine Hydropumpe (3), deren Verdrängungsvolumen mittels einer Verstelleinrichtung (15) verstellbar ist. Ein Leistungsregelventil (22) ist in einer mit einem Hydraulikfluid-Tank (12) verbundenen Leistungsregelleitung (21) angeordnet. Das Leistungsregelventil (22) öffnet die Leistungsregelleitung (21) zu dem Druckfluid-Tank (12), wenn die vom den Druck stromaufwärts des Leistungsregelventils (22) erzeugte Kraft größer als eine Rückstellkraft ist, die die Verstelleinrichtung (15) mit zunehmender Verstellung in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen (V¶min¶) auf das Leistungsregelventil (22) ausübt. Ferner ist ein Steuerventil (25) vorgesehen, welches in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Arbeitsdruck in einer Arbeitsleitung (13) der Hydropumpe (3) und dem Druck stromaufwärts des Leistungsregelventils (22) die Verstelleinrichtung (15) mit Stelldruck beaufschlagt. Das Steuerventil (25) ist mittels eines Stellglieds (31) mit einer variablen Zusatzkraft beaufschlagbar.
Description
Die Erfindung betrifft eine Leistungsregelvorrichtung für
eine Hydropumpe, deren Verdrängungsvolumen mittels einer
Verstelleinrichtung verstellbar ist. Ferner betrifft die
Erfindung einen Ventilblock für eine solche
Leistungsregelvorrichtung.
Eine Leistungsregelvorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist aus der EP 0 826 110 B1 bekannt. Die aus
dieser Druckschrift hervorgehende Leistungsregelvorrichtung
gliedert sich in ein Leistungsregelventil und ein
nachgeordnetes Steuerventil. Das Leistungsregelventil ist
über eine Koppelfeder mit dem Gestänge der
Verstelleinrichtung zum Verstellen des Verdrängungsvolumens
der Hydropumpe verbunden und befindet sich in einer mit
einem Hydraulikfluid-Tank verbundenen Leistungsregelleitung.
Das Leistungsregelventil wird von der Kraftdifferenz
zwischen einer durch den Druck in der Leistungsregelleitung
stromaufwärts des Leistungsregelventils hervorgerufenen
Stellkraft und einer von der Verstellvorrichtung über die
Kopplungsfeder hervorgerufenen Rückkopplungskraft
beaufschlagt. Bei der Rückkopplungsfeder kann es sich um ein
Federpaket handeln, so daß die Regelcharakteristik des
Leistungsregelventils nicht linear ist und einer
Leistungshyperbel angenähert ist. Übersteigt der in der
Leistungsregelleitung herrschende Druck den durch die
Vorspannung der Kopplungsfeder in Abhängigkeit von dem
eingestellten Verdrängungsvolumen variabel vorgegebenen
Schwellwert, so öffnet das Leistungsregelventil die
Leistungsregelleitung zu dem Hydraulikfluid-Tank hin. Je
kleiner das von der Verstelleinrichtung eingestellte
Verdrängungsvolumen der Hydropumpe ist, je größer ist der in
der Leistungsregelleitung von dem Leistungsregelventil
maximal eingestellte Druck. Idealerweise ist bei Verwendung
eines geeigneten Federpakets für die Kopplungsfeder das
Produkt aus eingeregeltem Maximaldruck und dem von der
Verstellvorrichtung eingestelltem Verdrängungsvolumen, also
die hydraulische Leistung, entsprechend einer vorgegebenen
Maximalleistung annähernd konstant. Der von dem
Leistungsregelventil in der Leistungsregelleitung
eingeregelte Druck wird an einem Steuerventil mit dem in der
Arbeitsleitung der Hydropumpe herrschenden Arbeitsdruck
verglichen. Übersteigt der in der Arbeitsleitung herrschende
Arbeitsdruck den von der Leistungsregelleitung in
Abhängigkeit von dem eingestellten Verdrängungsvolumen
vorgegebenen Maximaldruck, so erhöht das Steuerventil den
der Verstelleinrichtung zugeführten Stelldruck und schwenkt
damit die Hydropumpe auf ein geringeres Verdrängungsvolumen
zurück. Auf diese Weise wird eine Leistungsbegrenzung
erzielt.
Wenn in der Arbeitsleitung eine Förderstromdrossel vorhanden
ist, kann mit dem Steuerventil gleichzeitig eine
Förderstromregelung in der Weise vorgenommen werden, daß in
dem Regelbereich, bei welchem die Maximalleistung nicht
erreicht ist, die Hydropumpe auf einen konstanten
Förderstrom eingeregelt ist.
In der Praxis besteht das Bedürfnis, die von der
Leistungsregelvorrichtung begrenzte Maximalleistung in
Abhängigkeit von der Betriebssituation variabel vorzugeben.
Wenn beispielsweise mit einem dem Antrieb dienenden
Verbrennungsmotor mehrere Hydropumpen verbunden sind, wobei
beispielsweise eine Hydropumpe für den hydrostatischen
Fahrantrieb und eine weitere Hydropumpe zum Betrieb der
Arbeitshydraulik dient, muß sichergestellt werden, daß beim
Betrieb der unterschiedlichen hydraulischen Komponenten,
beispielsweise Fahrantrieb und Arbeitshydraulik, die
Maximalleistung des Verbrennungsmotors nicht überschritten
wird. Sind beide hydraulischen Komponenten, beispielsweise
der Fahrantrieb und die Arbeitshydraulik, in Betrieb, so muß
die Maximalleistung zumindest einer der Hydropumpen der
beiden hydraulischen Komponenten abgesenkt werden. Wenn
beispielsweise sich ein Baggerlader im Bagger-Standbetrieb
befindet, kann der Arbeitshydraulik eine höhere
Maximalleistung zugeteilt werden als im Laderbetrieb, bei
welchem sowohl der hydrostatische. Fahrantrieb als auch die
Arbeitshydraulik in Betrieb sind. Im Laderbetrieb muß die
von der zugeordneten Hydropumpe abgegebene Maximalleistung
entsprechend begrenzt werden.
Bei der aus der EP 0 826 110 B1 hervorgehende
Leistungsregelvorrichtung sind Maßnahmen zur variablen
Einstellung der begrenzenden Maximalleistung nicht
vorgesehen. Da die Leistungsregelung und die
Förderstromregelung über ein gemeinsames Steuerventil
erfolgt, würden sich Maßnahmen zur Veränderung der
eingestellten Maximalleistung gleichzeitig auf die
Regelcharakteristik zur Regelung des Förderstroms auswirken.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Leistungsregelvorrichtung für eine Hydropumpe mit variablem
Verdrängungsvolumen bei welcher die begrenzende
Maximalleistung variabel einstellbar ist, sowie einen
Ventilblock für eine solche Leistungsregelvorrichtung zu
schaffen.
Die Aufgabe wird bezüglich der Leistungsregelvorrichtung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des
Ventilblocks für die Leistungsregelvorrichtung durch die
Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch
Beaufschlagen des Steuerventils mit einer variablen
Zusatzkraft durch ein geeignetes Stellglied die von dem
Steuerventil in Verbindung mit dem Leistungsregelventil
begrenzte Maximalleistung variabel verstellt werden kann.
Durch eine elektronische Steuereinheit kann das Stellglied,
das beispielsweise durch einen Elektromagneten verkörpert
sein kann, in geeigneter Weise angesteuert werden, so daß
die Maximalleistung in Abhängigkeit von der
Betriebssituation verändert werden kann.
Der Ventilkolben des Steuerventils kann zusammen mit dem
Stellglied, beispielsweise dem Elektromagneten, in einem
kompakten Ventilblock integriert werden. Der Ventilkolben
kann dabei durch die Druckdifferenz zwischen zwei
Druckkammern angesteuert werden, die jeweils den
Ventilkolben an einer Druckbeaufschlagungsfläche,
beispielsweise an den beiden Stirnflächen des Ventilkolbens,
beaufschlagen. Die Zulaufdrossel kann in dem Ventilblock
integriert werden, indem sie die beiden Druckkammern
gedrosselt miteinander verbindet.
Die Unteransprüche 2 bis 8 beinhalten vorteilhafte
Weiterbildungen der Leistungsregelvorrichtung.
Es ist insbesondere vorteilhaft, die Zulaufdrossel in dem
Steuerventil, insbesondere in dem Ventilkolben des
Steuerventils, zu integrieren. Dadurch ergibt sich eine
besonders kompakte und störungsunanfällige Bauweise.
Neben dem Leistungsregelventil und dem Steuerventil für die
Leistungsbegrenzung ist vorteilhaft ein
Förderstromregelventil vorgesehen, das den von dem
Steuerventil eingestellten Stelldruck übersteuert. Die
Funktionen der Leistungsregelung und der Förderstromregelung
sind unterschiedlichen Ventilen zugewiesen. Dadurch kann auf
den Ventilkolben des Steuerventils für die Leistungsregelung
in der erfindungsgemäßen Weise einer Zusatzkraft zur
Veränderung der eingestellten Maximalleistung ausgeübt
werden, ohne das dadurch die Regelcharakteristik für die
Förderstromregelung beeinflußt wird.
Die Unteransprüche 10 bis 16 beinhalten vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventilblocks.
Die Zulaufdrossel kann als Bohrung in dem Ventilkolben
ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich eine besonders
einfache und kostengünstige Bauweise.
Das Förderstromregelventil und das Steuerventil für die
Leistungsregelung können in einem gemeinsamen Ventilblock
untergebracht sein, wodurch sich ebenfalls eine besonders
kompakte Bauweise ergibt. Insbesondere können sämtliche
Verbindungskanäle in dem Ventilblock integriert sein, so daß
der Ventilblock insgesamt nur über 5 Anschlüsse, nämlich
einem Arbeitsdruckanschluß, einen Stelldruckanschluß, einen
Tankanschluß, einen Leistungsregelanschluß und einen
Förderstromregelanschluß verfügt. Entlastungsdrosseln für
den Stelldruckanschluß und den Verbindungskanal zwischen dem
Steuerventil und dem Förderstromventil können ebenfalls in
dem Ventilblock integriert sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein hydraulisches Prinzipschaltbild eines
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Leistungsregelvorrichtung,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Ventilblocks für eine erfindungsgemäße
Leistungsregelvorrichtung,
Fig. 3 ein hydraulisches Ersatzschaltbild des in Fig. 2
gezeigten erfindungsgemäßen Ventilblocks und
Fig. 4 ein hydraulisches und elektrisches
Prinzipschaltbild zur Erläuterung einer Anwendung
der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung.
Bevor anhand der Fig. 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung und eines dafür
geeigneten erfindungsgemäßen Ventilblocks näher beschrieben
wird, soll zunächst kurz anhand von Fig. 4 eine Anwendung
der erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung aufgezeigt
werden.
Das in Fig. 4 dargestellte Prinzipschaltbild trifft
beispielsweise für einen Baggerlader zu. Eine
Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein Dieselmotor, treibt
über eine Welle 2 eine erste verstellbare Hydropumpe 3 und
eine zweite verstellbare Hydropumpe 4 an. Während die in
Fig. 4 dargestellte erste Hydropumpe 3 in einem offenen
Hydraulikkreislauf betrieben wird und eine Arbeitshydraulik
5 beispielsweise zur Betätigung einer Baggerschaufel
versorgt, wird die zweite Hydropumpe 4 zusammen mit
zumindest einem Hydromotor 6 im dargestellten Beispiel in
einem geschlossenen Hydraulikkreislauf betrieben. Der
Hydromotor 6 treibt ein Fahrzeugrad 7 an. Das
Verdrängungsvolumen der ersten Hydropumpe 3 ist über eine
erste Verstelleinheit 8 verstellbar, die eine erste
erfindungsgemäße Leistungsregelvorrichtung beinhaltet.
Dagegen ist das Verdrängungsvolumen der zweiten Hydropumpe 4
über eine erfindungsgemäße zweite Verstelleinheit 9
verstellbar, die ebenfalls eine erfindungsgemäße
Leistungsregelvorrichtung beinhaltet.
Am Beispiel eines Baggerladers lassen sich die
unterschiedlichen Betriebssituationen verdeutlichen. In
einem Baggerstandbetrieb steht der Baggerlader und der aus
der Hydropumpe 4 und im Hydromotor 6 bestehende
hydrostatische Fahrantrieb ist nicht in Betrieb.
Vorausgesetzt, daß die Maximalleistung der ersten Hydropumpe
3 mindestens so groß ist, wie die zulässige Gesamtleistung
Pges der Brennkraftmaschine 1, kann der ersten Hydropumpe 3
in diesem Betriebszustand die volle Gesamtleistung Pges der
Brennkraftmaschine 1 zugeteilt werden. In einem Laderbetrieb
hingegen, bei welchem sowohl der Fahrantrieb bestehend aus
der zweiten Hydropumpe 4 und dem Hydromotor 6 als auch die
Arbeitshydraulik 5 in Betrieb sind, muß die von der
Brennkraftmaschine 1 zur Verfügung gestellte Gesamtleistung
Pges zwischen der ersten Hydropumpe 3 und der zweiten
Hydropumpe 4 aufgeteilt werden, um eine Überlastung der
Brennkraftmaschine 1 zu vermeiden. Mit bisher üblichen
Leistungsregelvorrichtungen ist eine solche
Leistungsverteilung nicht möglich, da diese
Leistungsregelvorrichtungen auf eine feste, nicht variable
Maximalleistung, auf welche die Leistung der zugeordneten
Hydropumpe begrenzt wird, fest eingestellt werden. Mit einer
erfindungsgemäßen Leistungsregelvorrichtung wird es
ermöglicht werden, die Leistungsregelvorrichtungen in den
beiden Verstelleinheiten 8 und 9 beispielsweise durch ein
von einem elektrischen Steuergerät 10 erzeugtes Steuersignal
so anzusprechen, daß die eingestellte Maximalleistung
veränderbar ist. Die Zuordnung der Maximalleistung P1 für
die erste Hydropumpe 3 und der Maximalleistung P2 für die
zweite Hydropumpe 4 erfolgt dabei in der Weise, daß die
Summe der beiden Einzelleistungen P1 + P2 kleiner als die
zulässige Gesamtleistung Pges der Brennkraftmaschine 1 ist.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Leistungsregelvorrichtung, welche eine Variation der
begrenzenden Maximalleistung erlaubt.
Die Hydropumpe 3 wird über die Welle 2 beispielsweise von
der Brennkraftmaschine 1 angetrieben, saugt Hydraulikfluid
über eine Saugleitung 11 aus einem Hydraulikfluid-Tank 12 an
und fördert das Hydraulikfluid in eine Arbeitsleitung 13, in
welcher eine Förderstromdrossel 14 angeordnet ist. Das
Verdrängungsvolumen der Hydropumpe 3 ist über eine
Verstelleinrichtung 15 verstellbar. Die Verstelleinrichtung
15 besteht aus einem Stellkolben 16, welcher mit einem
Gestänge 17 verbunden ist und durch den in einer Stellkammer
18 herrschenden Stelldruck beaufschlagt wird. Die
Verstelleinrichtung 15 umfaßt ferner eine
Rückstelleinrichtung 19 mit einer Rückstellfeder 20. Sofern
in der Stellkammer 18 kein Stelldruck herrscht, schwenkt die
Rückstellfeder 20 die Hydropumpe 3 auf maximales
Verdrängungsvolumen Vmax aus. Mit zunehmendem Stelldruck in
der Stellkammer 18 wird die Hydropumpe 3 in Richtung auf
minimales Verdrängungsvolumen Vmin zurückgeschwenkt.
In einer Leistungsregelleitung 21 befindet sich ein im
Ausführungsbeispiel als Überdruckventil ausgebildete
Leistungsregelventil 22. Das Leistungsregelventil 22 ist
über eine vorzugsweise einstellbare Kopplungsfeder 23 mit
dem Gestänge 17 der Verstelleinrichtung 15 verbunden. Die
Kopplungsfeder 23 besteht vorzugsweise aus einem Federpaket
mit mehreren Federn unterschiedlicher Federkonstante, so daß
das Kraft-Weg-Diagramm der Kopplungsfeder 23 nicht einen
linearen, sondern einen progressiven Verlauf hat. Mit
zunehmender Rückschwenkung des Verdrängungsvolumens der
Hydropumpe 3 in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen
Vmin überträgt das Gestänge 17 der Verstellvorrichtung 15
eine zunehmend größere Kraft auf das Leistungsregelventil
22.
Wenn eine von dem Druck stromaufwärts des
Leistungsregelventils 22 in der Leistungsregelleitung 21
über die Umwegleitung 24 hervorgerufene Gegenkraft größer
als die durch die Vorspannung der Kopplungsfeder 23
hervorgerufene Kraft ist, so öffnet das Leistungsregelventil
22 die Leistungsregelleitung 21 zu dem Hydraulikfluid-Tank
12 hin. Diese Öffnung erfolgt solange, bis der Druck in der
Leistungsregelleitung 21 soweit abgebaut ist, daß ein
Kräftegleichgewicht zwischen der durch die Kopplungsfeder 23
ausgeübten Kraft und der von dem Druck in der
Leistungsregelleitung 21 ausgeübten Gegenkraft besteht. Der
in der Leistungsregelleitung 21 maximal herrschende Druck
ist folglich um so höher, je weiter die Verstellvorrichtung
15 das Verdrängungsvolumen der Hydropumpe 3 in Richtung auf
minimales Verdrängungsvolumen Vmin zurückgeschwenkt hat. Bei
Verwendung einer Kopplungsfeder 23 mit progressivem Verlauf
der Kraft-Weg-Charakteristik ergibt sich ein hyperbolischer
Zusammenhang zwischen dem in der Leistungsregelleitung
herrschenden Druck und dem von der Verstelleinrichtung 15
eingestellten Verdrängungsvolumen, so daß das Produkt aus
Druck und Verdrängungsvolumen, d. h. die maximale
hydraulische Leistung, konstant ist.
Das Leistungsregelventil 22 arbeitet mit einem Steuerventil
25 zusammen, welchem erfindungsgemäß ausschließlich die
Funktion der Leistungsbegrenzung, nicht jedoch der
Förderstromregelung zukommt. Für die Förderstromregelung ist
ein separates Förderstromregelventil 26 vorgesehen. Durch
das Trennen der Funktionen Leistungsbegrenzung und
Förderstromregelung ist es möglich, die eingestellte,
begrenzende Maximalleistung zu variieren.
Das Steuerventil 25 ist über eine Verbindungsleitung 27 mit
der Arbeitsleitung 13 stromaufwärts der Förderstromdrossel
14 und über eine Verbindungsleitung 28 mit der
Leistungsregelleitung 21 stromaufwärts des
Leistungsregelventils 22 verbunden. Das Steuerventil 25 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil
ausgebildet und wird durch die Differenz zwischen dem in der
Arbeitsleitung 13 herrschenden Arbeitsdruck und dem in der
Leistungsregelleitung 21 stromaufwärts des
Leistungsregelventils 22 herrschenden Leistungsregeldruck
angesteuert. Auf den Ventilkolben 29 des Steuerventils 25
wirken ferner eine Kraft durch eine vorzugsweise
einstellbare ersten Rückstellfeder 30 und eine durch ein
Stellglied 31 ausgeübte Zusatzkraft ein. Die von dem
Stellglied 31 ausgeübte Zusatzkraft wirkt dabei
gleichwirkend mit dem Leistungsregeldruck in der
Leistungsregelleitung 21 und entgegen dem Arbeitsdruck in
der Arbeitsleitung 13. Das Stellglied 31 ist vorzugsweise
als Elektromagnet ausgebildet, insbesondere als ein
Proportionalmagnet, dessen Stellkraft der erregenden
Stromstärke proportional ist.
Sofern die von dem Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 13
hervorgerufene Kraft kleiner ist als die von dem
Leistungsregeldruck, der Rückstellfeder 30 und dem
Stellglied 31 hervorgerufenen Gegenkraft, befindet sich ein
Ventilkolben 29 des Steuerventils 25 in seiner in Fig. 1
dargestellten ersten Ventilstellung 32 und verbindet die
Stellkammer der Verstelleinrichtung 15 über das
Förderstromregelventil 26 mit dem Hydraulikfluid-Tank 12.
Solange die Leistungsbegrenzung der
Leistungsregelvorrichtung nicht anspricht, erfolgt die
Regelung des Verdrängungsvolumens der Hydropumpe 3
ausschließlich über das Förderstromregelventil 26.
Übersteigt jedoch die von dem Arbeitsdruck in der
Arbeitsleitung 13 hervorgerufene Kraft die von dem
Leistungsregeldruck in der Leistungsregelleitung 21, der
Rückstellfeder 13 und dem Stellglied 31 hervorgerufene
Gegenkraft, so wird das Steuerventil 29 in seine zweite
Ventilstellung 33 verschoben, so daß die Arbeitsleitung 13
über das Steuerventil 25 und das Förderstromregelventil 26
mit der Stellkammer 18 der Verstellvorrichtung 15 verbunden
wird. Dadurch wird das Verdrängungsvolumen der Hydropumpe 3
in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen Vmin beim
Ansprechen der Leistungsregelvorrichtung zurückgeschwenkt.
Durch das Zurückschwenken in Richtung auf minimales
Verdrängungsvolumen Vmin wird die über die Kopplungsfeder 23
auf das Leistungsregelventil 22 ausgeübte Rückkopplungskraft
erhöht. Dies erlaubt einen höheren Leistungsregeldruck in
der Leistungsregelleitung 21 stromaufwärts des
Leistungsregelventils 22. Die Rückstellung in Richtung auf
minimales Verdrängungsvolumen Vmin erfolgt deshalb nur
solange, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht wird.
Grundsätzlich gilt, daß sich dieser Gleichgewichtszustand
bei um so kleineren Verdrängungsvolumen des Hydromotors 3
einstellt, je größer der Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung
13 ist. Bei geeigneter Charakteristik der Kopplungsfeder 23
läßt sich erreichen, daß das Produkt aus Arbeitsdruck in der
Arbeitsleitung 13 und Verdrängungsvolumen der Hydropumpe 3
auf einen konstanten Maximalwert, d. h. auf die
Maximalleistung P1 in Fig. 4, begrenzt wird.
Der Zulauf zu der Leistungsregelvorrichtung erfolgt über
eine Zulaufdrossel 34, welche die Leistungsregelleitung 21
mit der Arbeitsleitung 13 gedrosselt verbindet.
Der von dem Steuerventil 25 erzeugte Stelldruck wird von dem
Förderstromregelventil 26 übersteuert. Das
Förderstromregelventil 26 ist in einer Stelldruckleitung 35,
die sich von dem Steuerventil 25 zu der Stelldruckkammer 18
erstreckt, angeordnet. Das Förderstromregelventil 26 ist im
dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als 3/2-
Wegeventil ausgebildet. Die Stelldruckleitung 35 ist
stromaufwärts des Förderstromregelventils 26 über eine erste
Entlastungsdrossel 36 mit dem Druckfluid-Tank 12 verbunden.
Stromabwärts des Förderstromregelventils 26 ist die
Stelldruckleitung 35 bzw. die Stelldruckkammer 18 über eine
zweite Entlastungsdrossel 37 mit der ersten
Entlastungsdrossel 36 verbunden.
Das Förderstromregelventil 26 ist über eine erste
Verbindungsleitung 38 mit der Arbeitsleitung 13
stromaufwärts der Förderstromdrossel 14 und über eine zweite
Verbindungsleitung 39 mit der Arbeitsleitung 13 stromabwärts
der Förderstromdrossel 14 verbunden. Solange die
Leistungsregelvorrichtung bestehend aus dem
Leistungsregelventil 22 und dem Steuerventil 25 nicht
anspricht, wird das Verdrängungsvolumen der Hydropumpe 3 so
eingestellt, daß die Förderstromdrossel 14 von einem
konstanten Förderstrom durchströmt wird. Dazu wird das
Förderstromregelventil 26 über die Verbindungsleitungen 38
und 39 von dem Druckabfall an der Förderstromdrossel 14
beaufschlagt. Steigt der Druckabfall an der
Förderstromdrossel 14 und somit der die Förderstromdrossel
14 durchströmende Förderstrom an, so wird das
Förderstromregelventil 26 von seiner ersten Ventilstellung
40 in Richtung auf seine zweite Ventilstellung 41
verschoben, so daß der Stelldruck in der Stelldruckkammer 18
erhöht wird und das Verdrängungsvolumen der Hydropumpe 3 in
Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen Vmin
zurückgeschwenkt wird. Dadurch verringert sich wiederum der
durch die Förderstromdrossel 14 strömende Förderstrom und
somit der Druckabfall an der Förderstromdrossel 14, so daß
sich an dem Förderstromregelventil 26 ein
Gleichgewichtszustand einstellt. Der dem angeschlossenen
Verbraucher zugemessene Förderstrom ist durch Verändern des
Querschnitts der vorzugsweise verstellbaren
Förderstromdrossel 14 variierbar.
Dadurch, daß die Regelung des Förderstroms an einem von dem
Steuerventil 25 getrennten Förderstromregelventil 26
erfolgt, ist sichergestellt, daß durch eine Veränderung der
von dem Stellglied 31 vorgegebenen Maximalleistung P1 die
Charakteristik der Förderstromregelung unbeeinflußt bleibt.
Durch die von dem Stellglied 31 erzeugte Zusatzkraft wird
das Gleichgewicht zwischen dem Arbeitsdruck und dem
Leistungsregeldruck verschoben. Mit zunehmender von dem
Stellglied 31 erzeugten Zusatzkraft wird bei gleichem
Leistungsregeldruck in der Leistungsregelleitung 21 ein
höherer Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung 13 benötigt, um
das Steuerventil 25 zu betätigen. Folglich wird mit
zunehmender, durch das Stellglied 31 aufgebrachter
Zusatzkraft, eine zunehmend höhere Maximalleistung P1
eingestellt. Wenn das Stellglied 31 als Elektromagnet
ausgebildet ist, ist die Maximalleistung P1, auf welche die
Leistungsregelvorrichtung begrenzt, um so höher, je größer
der durch den Elektromagneten fließende Strom ist. Bei einem
Stromausfall begrenzt die Leistungsregelvorrichtung deshalb
auf die kleinstmögliche Maximalleistung P1, wodurch die
Betriebssicherheit gewährt ist.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ventilblocks 50,
welches für die erfindungsgemäße Leistungsregelvorrichtung
verwendet werden kann. In dem Ventilblock 50 sind das
Steuerventil 25 und das Förderstromregelventil 26 in einer
besonders kompakten Bauweise integriert. Fig. 3 zeigt ein
hydraulisches Ersatzschaltbild des in Fig. 2 dargestellten
Ventilblocks. Wie sich aus einem Vergleich mit Fig. 1
ergibt, entspricht die Bauweise des Ventilblocks der
Beschaltung der Ventile 25 und 26 in Fig. 1. Bereits
beschriebene Elemente sind deshalb mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen.
Der Ventilblock 50 verfügt über insgesamt fünf Anschlüsse,
die auch in Fig. 3 angegeben sind, nämlich einen
Arbeitsdruckanschluß P, einen Stelldruckanschluß A, einen
Tankanschluß T, einen Leistungsregelanschluß X1 und einen
Förderstromregelanschluß X2. Der Leistungsregelanschluß X1
und der Förderstromregelanschluß X2 sind aus Fig. 2 nicht zu
erkennen.
In einen Grundkörper 51 des Ventilblocks 50 sind eine erste
Querbohrung 52 für das Steuerventil 25 und eine zweite dazu
parallele Querbohrung 54 für das Förderstromregelventil 26
eingebracht. Die Querbohrungen 52, 53 sind jeweils über
einen Gewindestopfen 54 bzw. 55 verschlossen. In die erste
Querbohrung 52 ist eine Ventilhülse 57 eingesetzt, in
welcher der Ventilkolben 29 des Steuerventils 25 axial
bewegbar ist. Der Ventilkolben 29 hat eine erste ringförmige
Ausnehmung 56, welche über einen Verbindungskanal 58 mit dem
Arbeitsdruckanschluß P verbunden ist. An die ringförmige
Ausnehmung 56 schließt sich ein im Durchmesser erweiterter
Bereich 59 an, an welchem eine erste Steuerkante 60
ausgebildet ist. Des weiteren hat der Ventilkolben 29 eine
zweite ringförmige Ausnehmung 61, welcher über einen
Verbindungskanal 62 mit dem Tankanschluß T verbunden ist. An
die zweite ringförmige Ausnehmung 61 schließt sich ein im
Durchmesser erweiterter Bereich 92 an, an welchem eine
zweite Steuerkante 63 ausgebildet ist.
Da der Ventilkolben 29 des Steuerventils 25 in seiner in
Fig. 2 dargestellten Ruhestellung durch die erste
Rückstellfeder 30 in Fig. 2 nach links verschoben ist, ist
die zweite Steuerkante 63 geöffnet und ein Verbindungskanal
64 ist über den Verbindungskanal 62 mit dem Tankanschluß T
verbunden. Die ringförmige Ausnehmung 56 ist über eine in
dem Ventilkolben 29 ausgebildete Längsbohrung 65 mit einer
zwischen einer ersten Druckangriffsfläche 66 und dem
Verschlußstopfen 55 ausgebildeten ersten Druckkammer 67
verbunden. Dadurch wird die durch die linke Stirnfläche des
Ventilkolbens 29 gebildete Druckangriffsfläche 66 mit dem
Arbeitsdruck beaufschlagt. Der über den in Fig. 2 nicht
dargestellten Leistungsregelanschluß X1 einer zweiten
Druckkammer 68 zugeführte Leistungsregeldruck greift an
einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 69 an, welche die
rechte Stirnfläche des Ventilkolbens 29 bildet. Auf diese
Stirnfläche des Ventilkolbens 29 wirkt über einen
Federteller 70 ferner die erste Rückstellfeder 30 ein. Die
Vorspannung der ersten Rückstellfeder 30 kann durch
Verstellen des Federanlagekörpers 71 in dem Aufnahmekörper
72 verstellt variiert werden.
Die von dem als Elektromagneten ausgebildeten Stellglied 31
erzeugte Zusatzkraft wird über einen Stößel 73 unmittelbar
in den Ventilkolben 29 eingeleitet. Je höher der den als
Proportionalmagneten ausgebildeten Elektromagneten
durchfließende elektrische Strom ist, desto höher ist die
auf den Ventilkolben 29 ausgeübte Zusatzkraft. Der
Ventilkolben 29 stellt sich daher so ein, daß die von dem
Arbeitsdruck ausgeübte Stellkraft mit der von dem
Leistungsregeldruck, der ersten Rückstellfeder 30 und dem
Stellglied 31 ausgebrückten Gegenkraft im Gleichgewicht
steht.
Die Zulaufdrossel 34 ist vorteilhaft in dem Ventilblock 50
zwischen dem Arbeitsdruckanschluß P und der zweiten
Druckkammer 68 integriert. Besonders vorteilhaft eignet sich
dazu die Längsbohrung 65 in dem Ventilkolben 29. Die
Längsbohrung 65 ist durch eine erste Querbohrung 74 mit der
ringförmigen Ausnehmung 56 und somit mit dem
Arbeitsdruckanschluß P verbunden. Über eine drosselnde
Querbohrung 75 mit geringerem Querschnitt ist die
Längsbohrung 65 mit dem zweiten Druckraum 68 verbunden.
Ein zweiter Ventilkolben 76 für das Förderstromregelventil
26 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar in
die zweite Querbohrung 53 eingesetzt. Der Ventilkolben 76
weist eine erste ringförmige Ausnehmung 77 auf, die über den
Verbindungskanal 58 mit dem Arbeitsdruckanschluß P in
Verbindung steht. An die erste ringförmige Ausnehmung 77
schließt sich ein Bereich 78 mit erweitertem Durchmesser an,
an welchem eine erste Steuerkante 79 ausgebildet ist. An dem
Ventilkolben 76 ist ferner eine zweite ringförmige
Ausnehmung 80 ausgebildet, welche mit dem Verbindungskanal
64 in Verbindung steht. An die zweite ringförmige Ausnehmung
80 schließt sich ein Bereich 81 mit erweitertem Durchmesser
an, an welchem eine zweite Steuerkante 82 ausgebildet ist.
In der dargestellten Ruhestellung ist der zweite
Ventilkolben 76 durch die zweite Rückstellfeder 42, die in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Einzelfedern
42a und 42b zusammengesetzt ist, an seinen in Fig. 2 linken
Anschlag gedrückt, so daß die zweite Steuerkante 82 geöffnet
ist. Die Einzelfedern 42a und 42b der zweiten Rückstellfeder
42 liegen an einem Federteller 83 an, der an dem zweiten
Ventilkolben 76 in Anlage gehalten wird. In dem in den
Grundkörper 51 eingeschraubten Aufnahmekörper 84 befindet
sich eine von außen zugängliche Verstelleinrichtung 85, mit
welcher sich die axiale Lage eines zweiten Federtellers 86
und somit die Vorspannung der zweiten Rückstellfeder 42
verändern läßt.
In dem zweiten Ventilkolben 76 befindet sich eine als
Sackbohrung ausgeführte Längsbohrung 87, welche an einer
zwischen dem Verschlußstopfen 54 und dem zweiten
Ventilkolben 76 ausgebildeten dritten Druckkammer 88
ausmündet, so daß die dritte Druckkammer 88 mit dem
Arbeitsdruckanschluß P verbunden ist. Der Arbeitsdruck
greift dabei an einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche 89
des zweiten Ventilkolbens 76 an. Die dem
Förderstromregelanschluß X2 zugeführte Verbindungsleitung 39
ist mit einem vierten Druckraum 90 verbunden, so daß eine
zweite Druckbeaufschlagungsfläche 91 des zweiten
Ventilkolbens 76 mit dem Leistungsregeldruck beaufschlagt
wird. Die Gleichgewichtslage des zweiten Ventilkolbens 76
wird deshalb durch die Differenz zwischen dem Arbeitsdruck
und dem Druck an dem Förderstromregelanschluß X2 bestimmt.
Im Bereich des Verbindungskanals 62 weist der Ventilkoben 76
eine Durchführung 93 auf.
Von dem vierten Druckraum 90 erstreckt sich eine schräge
Längsbohrung 94 bis zu dem Stelldruckanschluß A. Diese
Längsbohrung 94 ist durch einen Verschlußstopfen 95
unterbrochen, so daß keine direkte Verbindung von dem
Tankanschluß T zu dem vierten Druckraum 90 besteht. In dem
Durchdringungsbereich zwischen dem Verbindungskanal 64 und
der Längsbohrung 94 befindet sich ein Verschlußstopfen 96,
in welchem eine Sackbohrung 97 ausgebildet ist. Die
Sackbohrung 97 ist über eine erste Querbohrung 98, welche
die erste Entlastungsdrossel 36 bildet, mit dem Tankanschluß
T verbunden. Ferner ist die Sackbohrung 97 über eine zweite
Querbohrung 99, welche die zweite Entlastungsdrossel 37
bildet, mit dem Stelldruckanschluß A verbunden. Durch
Verdrehen des Verschlußstopfens 96 kann der
Öffnungsquerschnitt, welcher durch Überlappung der
Querbohrungen 98 und 99 mit dem Querschnitt der Längsbohrung
94 entsteht, eingestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann anstatt
eines Elektromagneten für das Stellglied auch beispielsweise
ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor verwendet
werden, welcher über eine Gewindespindel die Vorspannung der
ersten Rückstellfeder 30 und somit die auf den ersten
Ventilkolben 29 ausgeübte Zusatzkraft verändert.
Claims (16)
1. Leistungsregelvorrichtung für eine Hydropumpe (3), deren
Verdrängungsvolumen mittels einer Verstelleinrichtung (15)
verstellbar ist mit
einem in einer mit einem Hydraulikfluid-Tank (12) verbundenen Leistungsregelleitung (21) angeordneten Leistungsregelventil (22), das die Leistungsregelleitung (21) zu dem Hydraulikfluid-Tank (12) öffnet, wenn die von dem Druck stromaufwärts des Leistungsregelventils (22) erzeugte Stellkraft größer als eine Rückstellkraft ist, die die Verstelleinrichtung (15) mit zunehmender Verstellung in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen (Vmin) auf das Leistungsregelventil (21) ausübt, und
einem Steuerventil (25), welches in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Arbeitsdruck in einer Arbeitsleitung (13) der Hydropumpe (3) und dem Druck stromaufwärts des Leistungsregelventils (22) die Verstelleinrichtung (15) mit Stelldruck beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (25) mittels eines Stellglieds (31) mit einer variablen Zusatzkraft beaufschlagbar ist.
einem in einer mit einem Hydraulikfluid-Tank (12) verbundenen Leistungsregelleitung (21) angeordneten Leistungsregelventil (22), das die Leistungsregelleitung (21) zu dem Hydraulikfluid-Tank (12) öffnet, wenn die von dem Druck stromaufwärts des Leistungsregelventils (22) erzeugte Stellkraft größer als eine Rückstellkraft ist, die die Verstelleinrichtung (15) mit zunehmender Verstellung in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen (Vmin) auf das Leistungsregelventil (21) ausübt, und
einem Steuerventil (25), welches in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Arbeitsdruck in einer Arbeitsleitung (13) der Hydropumpe (3) und dem Druck stromaufwärts des Leistungsregelventils (22) die Verstelleinrichtung (15) mit Stelldruck beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (25) mittels eines Stellglieds (31) mit einer variablen Zusatzkraft beaufschlagbar ist.
2. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied (31) ein Elektromagnet ist, insbesondere
ein Proportionalmagnet, dessen Kraft dem erregenden
elektrischen Strom proportional ist.
3. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied (31) gleichwirkend mit dem Druck in der
Leistungsregelleitung (21) stromaufwärts des
Leistungsregelventils (22) und entgegen dem Arbeitsdruck in
der Arbeitsleitung (13) auf einen Ventilkolben (29) des
Steuerventils (25) einwirkt.
4. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zulaufdrossel (34) in dem Steuerventil (25),
insbesondere in dem Ventilkolben (29) des Steuerventils
(25), integriert ist und die Leistungsregelleitung (21) mit
der Arbeitsleitung (13) verbindet.
5. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zulaufdrossel (34) einen konstanten
Öffnungsquerschnitt aufweist.
6. Leistungsregelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der von dem Steuerventil (25) eingestellte Stelldruck
von einem Förderstromregelventil (26) übersteuert wird.
7. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Förderstromregelventil (26) in einer
Stelldruckleitung (35) zwischen dem Steuerventil (25) und
der Verstelleinrichtung (15) angeordnet ist.
8. Leistungsregelvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Förderstromregelventil (26) den Stelldruck in
Abhängigkeit von dem Druckgefälle an einer in der
Arbeitsleitung (13) angeordneten Förderstromdrossel (14)
übersteuert.
9. Ventilblock (50) für eine Leistungsregelvorrichtung
mit einem ersten Ventilkolben (29) für ein Steuerventil (29), dessen erste Druckbeaufschlagungsfläche (66) an eine mit einem Arbeitsdruckanschluß (P) verbundene erste Druckkammer (67) angrenzt und dessen Druckbeaufschlagungsfläche (69) an eine mit einem Leistungsregelanschluß (X1) verbundene zweite Druckkammer (68) angrenzt,
mit einem den ersten Ventilkolben (29) mit einer variablen Zusatzkraft beaufschlagenden Stellglied (31),
und mit einer in dem Ventilblock (51) integrierten Zulaufdrossel (34), die den Arbeitsdruckanschluß (P) mit der zweiten Druckkammer (68) gedrosselt verbindet.
mit einem ersten Ventilkolben (29) für ein Steuerventil (29), dessen erste Druckbeaufschlagungsfläche (66) an eine mit einem Arbeitsdruckanschluß (P) verbundene erste Druckkammer (67) angrenzt und dessen Druckbeaufschlagungsfläche (69) an eine mit einem Leistungsregelanschluß (X1) verbundene zweite Druckkammer (68) angrenzt,
mit einem den ersten Ventilkolben (29) mit einer variablen Zusatzkraft beaufschlagenden Stellglied (31),
und mit einer in dem Ventilblock (51) integrierten Zulaufdrossel (34), die den Arbeitsdruckanschluß (P) mit der zweiten Druckkammer (68) gedrosselt verbindet.
10. Ventilblock nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zulaufdrossel (34) als eine in dem ersten
Ventilkolben (29) integrierte Bohrung (75) ausgebildet ist.
11. Ventilblock nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Ventilkolben (29) eine erste Steuerkante (60)
zum Verbinden des Arbeitsdruckanschlusses (P) mit einem
Verbindungskanal (64) und eine zweite Steuerkante (63) zum
Verbinden des Tankanschlusses (T) mit dem Verbindungskanal
(64) aufweist.
12. Ventilblock nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellglied (31) ein Elektromagnet ist, der über
einen Stößel (73) zusammen mit einer ersten Rückstellfeder
(30) auf den ersten Ventilkolben (29) einwirkt.
13. Ventilblock nach Anspruch 11 oder 12,
gekennzeichnet durch,
einen zweiten Ventilkolben (76) für ein
Förderstromregelventil (26), dessen erste
Druckbeaufschlagungsfläche (89) an eine mit einem
Arbeitsdruckanschluß (P) verbundene dritte Druckkammer (88)
angrenzt und dessen zweite Druckbeaufschlagungsfläche (95)
an eine mit einem Förderstromregelanschluß (X2) verbundene
vierte Druckkammer (90) angrenzt,
14. Ventilblock nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Ventilkolben (76) eine erste Steuerkante (79)
zum Verbinden des Arbeitsdruckanschlusses (P) mit einem
Stelldruckanschluß (A) und eine zweite Steuerkante (82) zum
Verbinden des Verbindungskanals (64) mit dem
Stelldruckanschluß (A) aufweist.
15. Ventilblock nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stelldruckanschluß (A) über eine Entlastungsdrossel
(37) mit dem Verbindungskanal (64) und der Verbindungskanal
(64) über eine weitere Entlastungsdrossel (36) mit dem
Tankanschluß (T) verbunden ist.
16. Ventilblock nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Ventilkolben (76) durch eine zweite
Rückstellfeder (40) beaufschlagt ist, deren Vorspannung von
außen einstellbar ist.
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