DE2119647A1

DE2119647A1 - Regeleinrichtung für eine Hydropumpe

Info

Publication number: DE2119647A1
Application number: DE19712119647
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dipl.-Ing. 7251 Hemmingen; Romes Roman 7251 Fridsheim Leutner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-04-22
Filing date: 1971-04-22
Publication date: 1972-11-02
Also published as: FR2136563A6; IT1006535B; GB1386472A; US3750534A; CH535455A

Description

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Wd/Pu 19.4.71 -

Anlage zur

Zusatz-Patent- und '

Gebrauchsmusterhilfs-Anmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart Regeleinrichtung für eine Hydropumpe

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung mit einem Lageregelkreis für eine verstellbare hydrostatische Pumpe, deren Stellglied mit Hilfe eines druckmittelbeaufschlagten Kraftverstärkers einstellbar ist und der Lage-Ist-Wert des Stellglieds mit einem einen Differenzdruck erzeugenden Mittel gemessen wird, worauf der Lage-Ist-V/ert in einem hydraulischen Summierverstärker mit dem ebenfalls als Differenzdruck vorliegenden Lage-Soll-Wert verglichen, die Differenz der beiden Signale verstärkt wird und als Differenz- * druck auf ein den Kraftverstärker steuerndes Servoventil einwirkt, nach Patent (Patentanmeldung P 21 11 359·7)·

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Die Regeleinrichtung nach dem Hauptpatent eignet sich besonders vorteilhaft für in offenem Kreislauf arbeitende Pumpen d. h. -,.-.. mit ihr können Regel- bzw. Begrenzungsvorgänge ohne zusätzlichen, großen Aufv/and nur in einem Quadranten des Pumpenkennfeldes durchgeführt werden. Da der Hauptregelkreis ein Leistungskreis ist, müßte zum Reversieren der Pumpe in einem geschlossenen Kreislauf der Sollwert der Leistung das Vorzeichen wechseln, tim eine Vorzeichenumkehr des Lagesollwertes bei weiterhin korrekter Rückkopplungsbedingung des Leistungsistwertes zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine·Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei geringem Aufwand in allen vier Quadranten des Pumpenkennfeldes arbeitet.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurcherreicht, daß das Sollwertsignal des Lageregelkreises vor seinem Eintritt in den Summierverstärker einen bipolaren hydraulischen Begrenzer durchläuft und daß dem Begrenzer ein Begrenzungssignal in Form einer hydraulischen Größe zugeführt wird, das Informationsträger für Soll- und Istwert von Pumpenförderleistung und Pumpenförderdruck ist und diese Größen regelt und begrenzt.

Eine derartige Regeleinrichtung ist weitgehend aus denselben Elementen aufgebaut wie diejenige nach dem Hauptpatent und zeichnet sich ebenfalls dadurch aus, daß sich die Signalverarbeitung ,, hydraulischer Differenzdrücke bedient, "während die Sigaleingabe der Sollwerte über elektrohydraulisch^ Wandler erfolgen kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß zusätzlich zu dem durch die Leistungsbegrenzung gewährten Schutz der Antriebsmaschine der Pumpe gegen Abwürgen und Durchdrehendurch Begrenzung des positiven und negativen Arbeitsmomentes eine vollständige Kontrolle der hydrostatischen Drücke auch bei rein trägen Lasten in allen Quadranten gesichert ist.

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Die Kontrolle der Drücke auch im zweiten und vierten Quadranten (Pumpe arbeitet als Hydromotor) wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch eine hydraulische Logik festgestellt wird, ob· Betrieb in einem dieser Quadranten vorliegt. In diesem Fall wird die Verstellgesehwindigkeit der Pumpe so geregelt, daß keine unzulässig hohen Drücke entstehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der.Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Regeln und Begrenzen -der Leistung, des Druckes und des Förderstromes einer verstellbaren Pumpe;

Fig* 2 eine Einzelheit des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1,

Fig. 3 ein Diagramm.

In Fig. 1 ist mit 11 eine verstellbare und umkehrbare Pumpe bezeichnet, deren Stellglied in üblicher Weise von einem Kraftverstärker eingestellt wird. Die Lage des Stellgliedes wird von einem hydraulisch-mechanischen Lagemeßgerät 12 gemessen, das einentsprechendes hydraulisches Signal einem hydraulischen Verstärker 15 einspeist. Dessen Ausgangssignal wird über einen bipolaren fluidischen Begrenzer einem Servoventil 15 zugeführt, welches den Kraftverstärker für die Pumpe 11 steuert. Die genannten Elemente bilden einen Lage regelkreis L, der in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist.

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Das Führungssignal A dieses Lageregelkreises kann mechanisch, hydraulisch oder über einen elektro-fluidisehen Wandler 16 vorgegeben werden. Die Begrenzung und Regelung von Leos tung und Druck der Pumpe erfolgt durch die Begrenzung des Führungssignals A in einem bipolaren fluidischen Begrenzer 17 > dem ein die entsprechenden Informationen enthaltendes Begrenzungssignal B zugeführt wird. Das Signal B besteht aus einer Information über den Soll- und Istwert der Leistung und des Druckes.

Der Istwert der Leistung wird in einem hydraulischen Multiplizierer l8 aus dem Förderdruck ρ und der Fördermenge Q, ermittelt. Der dem Multiplizierer nachgeschaltete hydraulische Gleichrichter 19 bildet den Absolutwert des Leistungsistwertes. Der Absolutwert wird einem hydraulischen Summierverstärker 20 eingespeist, dem auch der Leistungssollwert C zugeführt wird. Arn Summierverstärker 20 wird die Differenz der Absolutwerte von Leistungsist- und Sollwert gebildet und verstärkt. Der Sollwert C wird dem Summierverstärker beispielsweise über einen elektrohydraulischen Wandler 21 vorgegeben.

Ist diese Differenz negativ (Leistungssollwert größer als Leistungssie
istwert), so wird/durch einen dem Summierverstärker 20 nachge-

schalteten hydraulischen Übertrager 22 kurzgeschlossen, ist sie ^positiv, wird sie einem hydraulischen Summierverstärker 25 zugeführt. Der übertrager 22 besteht z. B. auseinem Rückschlagventil zwischen den Differenzausgängen des Summierverstärkers 20 oder aus einer Begrenzung im Verstärker 20 selbst. ·

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung.eignet sich insbesondere für Pumpen., die in geschlossenem Kreislauf arbeiten, d. h. in allen vier Quadranten ""des Pumpenkennfelds (siehe Diagramm nach Fig. 3). . ■ . ■ "

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Die Druekbegrenzung im 1, und 3· Quadranten sowie die Begrenzung der Pumpenstellgeschwindigkeit im 2. und 4. Quadranten des
Pumpenkennfeldes erfolgt dadurch, daß eine hydraulische Auswahlschaltung 24 entscheidet, in welchem Quadranten die Pumpe arbeitet. Der Auswahlschaltung wird über ein beliebiges Mittel, z. B. über einen elektrohydraulisehen Wandler 25, der Drucksollwert D zugeführt. Das- Ausgangssignal Ξ,Έ¹ der hydraulischen Auswahlschaltung 24 entspricht der Differenz zwischen Druckistwert P und Sollwert D. Es wird, solange es einen negativen Wert hat (Sollwert größer
als Istwert), unterdrückt, wann es positiv ist, bei Betrieb im
1. oder 3. Quadranten auf den zum Verstärker 23 führenden Ausgang geschaltet (E), bei Betrieb im 2. oder 4. Quadranten auf den zum Begrenzer führenden Ausgang (E'). Das begrenzende Signal bestimmt die Stellgeschwindigkeit der Pumpe.

Der Begrenzer 17 arbeitet in der Weise, daß sein Ausgangssignal
dem Betrage nach nicht größer v/erden kann als die Differenz
q,,,,,^' - b, wobei q^_w„_v der Betrag des gesamten Signalhubes

OiIl u.a. SuI OhA. ' -

von Null bis zur Sättigung, und b der Betrag des Begrenzungssignals B ist. Solange demnach das Signal B Null ist, steht der Fördermengenregelung keine Begrenzung entgegen.

Erst wenn aus- dem Übertrager 22 ein Signal kommt (Istwert der
Leistung größer Sollwert der Leistung) oder aus der Auswahlschaltung 24 ein Signal das Überschreiten des zulässigen Förderdruckes ρ meldet, erfährt der Lagesollvrert der Pumpe eine Begrenzung.

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Mathematisch formuliert gilt:

b =. a . (Ni - N) wenn Ni > N ^Wsmax . ^S

b = O . wenn Ni < N_

N, = q, . P„ -

, = q im stationären Fall

1 . ο

wobei q . q. = Soll- bzw. Istvrert der Fördermenge si

N . N. ·= Soll- bzv7. Istwert der Förderleistung

SX -

P = Förderdruck

a = Verstärkungsfaktor von Summierverstärker

Daraus ergibt sich:

N,

I ₊ a ^
1 + a

2L_ ₌ gSS« mit N¹ - q .P

σ τ W smax. ρ

smax

V/ir nun a genügend groß (z. B. a = 20), so gilt angenähert

was einer echten Leistungsregelung entspricht.

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Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Auswahlschaltung 24, angeschlossen an den geschlossenen Kreislauf eines aus Pumpe 11 und Hydromotor 27 bestehenden hydrostatischen Getriebes. Der Hydromotor treibt eine beliebige Last, z. B. eine Winde 28, die den Hydromotor dann, wenn die Last treibt (freier Fall), als Pumpe' antreibt, worauf die Pumpe 11 als Hydromotor arbeitet. Durch ein Auswahlventil 28 wird der jeweils höhere pruck-im Leitungsnetz 29* 30, 31, 32 einem hydraulischen Verstärker 33 über eine Leitung 34 zugeführt. Dort wird er mit dem Sollwert des Druckes verglichen, der vom elektrohydraulisehen Wandler 25 vorgegeben wird. Die Differenz wird verstärkt und, solange sie negativ ist, in einem hydraulischen Übertrager 35 blockiert. Vom Ausgang des Übertragers wird ein entsprechendes hydraulisches Signal F einer Logik 36 zugeführt, die aus den Schieberventilen 37 und 38 besteht. Diese Logik schaltet das Signal F in Abhängigkeit vom Quadranten, in dem die Pumpe gerade arbeitet, auf einen der beiden Ausgänge 39 oder 40. Dabei macht das Schieberventil 37 die durch das Auswahlventil 28 getroffene, zur Signalverarbeitung am Verstärker 33 erforderliche Auswahl wieder rückgängig. Beim Betrieb im 1. und 3· Quadranten liegt das Signal F am Anschluß 39* sonst am Anschluß 40.

Das Schieberventil 38 wird vom Istwertsignal G des Lageregelkreises L (Fig. l) gesteuert. 1st der Lageistviert G positiv, so wird das Signal F, sofern es am Anschluß 39 liegt, auf den Ausgang 4l und von dort auf den Summierverstärker 23 geschaltet (Fig. l).. Liegt das Signal F am Anschluß 40,^ so wird es auf den Ausgang. 42 und von dort auf den Begrenzer l4 geschaltet. Bei Betrieb im 1. oder 3. Quadranten liegt das Signal F am Ausgang 4l, beim Betrieb im 2. und 4. Quadranten am Ausgang 42/

Im Diagramm nach der Fig. 3 sind auf der Abszisse der Pumpendruck p, auf der Ordinate die Pumpenfördermenge q aufgetragen. In allen vier Qudranten sind die Grenzleistungshyperbeln N = P . q = const, und die Linien q = const, aufgetragen, im I. und III. Quadranten zusätzlich die Begrenzungslinien für P ~ const.

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.Im I. und III. Quadranten arbeitet die Hydromaschine als Pumpe, je nach Förderrichtung im I. oder III.; im II. und IV. Quadranten arbeitet sie als Hydromotor.

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Claims

Robert Bosch GmbH . R. 300 Stuttgart Ansprüche:

1.]Regeleinrichtung mit einem Lageregelkreis für eine verstellbare hydrostatische Pumpe, deren Stellglied mit Hilfe eines druckmittelbeaufschlagten Kraftverstärkers einstelbar ist.und der ·

• einen Lage-Ist-Wert des Stellglieds mit einen/Differenzdruck erzeugenden Mittel gemessen wird, worauf der Lage-Ist-Wert in einem hydranlischen Summierverstärker mit dem ebenfalls als Differenzdruck vorliegenden Lage-Soll-Wert verglichen, die Differenz der beiden Signale verstärkt wird und als Differenzdruck auf ein den Kraft- '

verstärker steuerndes Servoventil einwirkt, nach Patent

(Patentanmeldung P 21 11 359·7)> dadurch gekennzeichnet, daß das Sollwertsignal (A) des Lageregelkreises (L) vor seinem Eintritt in den Summierverstärker (13) einen bipolaren hydraulischen Begrenzer (17). durchläuft, und daß dem Begrenzer ein Begrenzungssignal (B) in Form einer hydraulischen Größe zugeführt wird, das Informationsträger für Soll- und Istwert von PumpeniörderIeistung und Pumpenförderdruck ist und diese Größen regelt und begrenzt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des BegrenzungsSignaIs (B) ein als hydraulische Größe vorliegendes, leistungs- und druckabhängiges Signal von einem hydraulischen Summierverstärker (23) summfert werden.

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3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,· daß der leistungsabhängige Anteil des Begrenzungssignais (B) durch Multiplikation des Lageistwertes mit dem Pumpendruck ·in einem hydraulischen Multiplizierer (l8) gebildet wird> daß von diesem Produkt mit hydraulischen Mitteln der Betrag gebildet wird, der in einem hydraulischen Summierverstärker "(20) init dem"--'

P LeistungsSollwert (C) verglichen und die so erhaltene Differenz, im Summierverstärker (20) verstärkt wird, und daß ferner dessen Ausgangssignal' durch Verbinden der'DIfferenzäusgänge über ein Rückschlagventil (22) dann kürzgeschlossen wird, wenn es negativ ist. -" -'."■·-■■- . ■ ;■■'■■ "'--■·■■

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis ~$, dadurch gekennzeichnet, daß der druckabhängige Anteil des Begrenzungssignals (B) dadurch gebildet wird, daß das Drucksignal über ein Auswahlventil (28)

a . aus dem Pumpen/Motorkreis herausgeführt und mit dem als hydraulische Größe vorliegenden Druck-Sollwertsignal (25) in einem hydraulischen Summierverstärker (33) verglichen und verstärkt . wird, wobei der negative Signalteil durch Verbinden der Verstärker-· ausgänge über ein Rückschlagventil unterdrückt wird.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine hydraulische Logik (24) festgestellt wird, in welchem Quadranten des Kennfeldes in den Koordinaten Druck (p) und Fördermenge (q) die Pumpe arbeitet.

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6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Logik (24) bei Betrieb der Pumpe im I^-. und J5. Quadranten des Kennfeldes den druckabhängigen Teil des Begrenzungssignals auf den die Fördermenge begrenzenden hydraulischen Begrenzer (17) aufschaltet, bei Betrieb im 2. und 4* Quadranten hingegen mit einem Organ (14), das die Stellgeschvrindigkeit der Pumpe beeinflußt.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gpkennzeiohnet, da:3 das Organ als hydraulischer Begrenzer ausgebildet ist, der das dem Servoventil (15) im Lageregelkreis (L) zugeführte Signal

I
begrenzt. //

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