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Hydraulikschaltung zur v@@starmen Druckbegrenzung Die Erfindung betrifft
eine Hydrauliksachaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung mit mindestens einer,
im Entlastungsfall in Richtung Nullförderung schwenkenden, in mindestens einer Forderrichtung
arbeitenden Verstellpumpe mit hydraulisch oder servohydraulisch betätigtem Stellorgan,
welches den Pumpenkörper entsprechend eine. Steuerdruck aus Null schwenkt und mit
mindestens einem Ilydromotor rotatorischer oder translutorischer Bewegung.
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Für zur Anwendung kommende halboffene und geschlossene Hydrauliksysteme
sind llydraulikschnltungen mit verlustarmer Druckbegrenzung z. B. Nullhubregler
bekannt. Solche Nullhubregler o. dgl. beinhalten zumeist ein Druckbegrenzungsventil,
dessen bei Ansprüchen abfließender Ölstrom zumindest teilweise auf das Verstellorgan
der im drucklosen Zustand ausgeschwenkten Pumpe wirkt und deren Förderstrom verringert,
so daß weniger öl abgespritzt und somit weniger Leistung in Wärme umgesetzt wird.
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Ferner ist bekannt eine Hydraulikschaltung mit verlustarmer Druckbegrenzung
bei der in mindestens einer Arbeitsleitung der im drucklosen Zustand auf Nullforderung
stehenden Verstellpumpe je ein im Falle von tberdruck in eine Steuerleitung des
Pumpenverstellorganes abspritzendes Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, wobei
diese Steuerleitung vom Verstellorgan uus gesehen entgegen der zwecks Erzeugung
des Volumenstromes mechanisch oder hydraulisch angesteuerten Seite des Verstellorganes
liegt. (P 2 150 571.5) Diese Hydraulikschaltung hat den Nachteil, daß die normale
Ansteuerung durch zusätzlich erforderlichc Ventile und drosseln in den Steuerleitungen
bzw. in den Ableitungen zu. Tank erschwert bzw. verlangsamt wird und durch zusätzliche
hydraulische Widerstande noch unerwünschte Verlustlcistungen aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine IIydraulikschaltung
mit verlustarmer Druckbegrenzung zu schaffen, die gegenüber der bekannten Schaltung
Vorteile aufweist, indes die Verlustleistungen noch weiter verringert werden, und
die Regelung der Pumpenverstellung noch verfeinert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe liegt in mindestens einer Arbeitsleitung
der Verstellpupe ein bei überhöhtem Arbeitsdruck durch diesen betätigtes Wegeventil,
das einerseits den insbesondere bei Übersteuerung des Pumpenverstellorganes auftretenden
überhöhten lErbeitsdruck ganz oder teilweise auf die weite des iumpenverstellorgslncsAeitet
die zur Verlangsamung bzw. zur Rücknahme der Schwenkbewegung angesteuert werden
muß, andererseits die zu dieser Seite des Pumpe«-verstellorganes gehörende Steuerleitung
sperrt und über eine Drossel nur ein begrenzten Abfluß von dieser Seite des Pumpenverstellorganes
zur Tank frei gibt.
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Damit wird u. a. erreicht, daß auch bei zu schnellem Ansteuern des
Pumpenverstellorganes zum Beschleunigen bzw. Verzögern der Arbeitsaschine der Arbeitsdruck
an seiner oberen, durch die Vorspannkraft der Feder im Wegeventil gegebenen Druckgrenze
in aage gehalten wird. Die erfindungsgemäße Druckwaage gestattet also u. a.
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zum Beschleunigen bzw. Verzögern der Bewegung der Arbeitsmaschine
den maximalen Arbeitsdruck auszunutzen, ohne dal' bei versehentlichen Ubersteuern
ins Gewicht fallende ölmengen abspritzen und Leistungsverluste, die eine unerwünschte
Erwärmung des .\rbeitsöles zur Folge haben, entstehen.
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Konstruktiv kann es vorteilhaft scin, die vorerwähnten Drosseln ia
Wegeventil unterzubringen, so daX Wegeventil und Drossel eine Baueinheit bilden.
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Sind in beiden Arbeitsleitungen der Vcrstellpumpe Druckwaagen vorgesehen,
können diese zu einer Baueinheit, also zu einer doppeltwirkenden Druckwaage vereinigt
werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch in vorhandene Hydraulliksysteme
eo eingebaut werden, daß in diesen vorhandene Steuerungselemente zur Realisierung
der verlustarmen Druckbegrenzung genutzt werden und eine große Steuerungsfeinfühligkeit
er@@lt wird.
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Mit der erfindungsgeiäßen Hydraulikschaltung kann ferner bei Breis-,
Verzögerunge- und Lastsenkvorgängen eine Leistungsrückgewinnung erreicht werden.
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Es besteht auch die Möglichkeit das über das drosselnde Element abgespritzte
Ol über die Steuerleitung in den Tank abzuführen. Dabei kann es vorteilhaft sein,
enn die Stcuerdrücke durch Druckminderventile erzeugt werden, die rückwarts durchströmt
werden können.
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Der Erfindungsgedanko ermöglicht auch die Umschaltung der Hydraulikleistung
auf verschiedene Verbraucher, so daß der Geräteführer das Gerät mit möglichst nur
zwei Bedienungshcheln auf einfache eise und ohne lange Anlernzeit beherrschen kann,
In weiterer Modifikation des Erfindungsgedankens können auch mehrere Verbraucher
an lediglich einer Pumpe angeschlossen werden, wobei im Falle unterschiedlicher
Arbeitsdrücke der Differenzdruck z. B. durch Ventile weggedrosselt werden kann.
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In besonders gelagerten Fällen kann es zweckmäßig sein, den überhöhten
Arbeitsdruck zwar erfindungsgemäß zum betätigen des entsprechenden wegeventils einzusetzen,
die Verzögerung bzw. die Rücknahne der Schwenkbewegung des Pumpenverstellorganes
nicht durch den Arbeitsdruck, sondern durch Zuführung eincs llilfssteuerdruckes
über das Wegeventil zum Puinpenverstellorgan zu bewirken, wobei die Verlustleistung
im Arbeitskreis noch weiter verringert wird.
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Die mit den erfindungsgemäßen Anordnungen erzielbaren Vorteile liegen
u. a. in folgendem: t. Es können alle Betriebspunkte unter der Leistungshyperbel
und unter der von ihr abknickenden, druckbegrenzenden Geraden angesteuert werden.
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2. fleim Ausschwenken der aus Null schwenkenden Verstellpumpe auftretendc
überdrücke werden sofort zum Zurückschwenken der Pumpe verwendet, so daß die geringen
Abspritzmcngen nur eine vernachlässigbar kleine Verlustleistung zur Folge haben,
3.
Beim vcrsehentlichen tibersteuern des Pumpenschwewnkwinkels korrigiert sich die
erfindungsgemäße Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung automatisch
auf den richtigen Wert.
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4. Die erfindungsgemäße llydraulikschaltung ermöglicht wegen der AUS
Null schenkenden I'umpen eine hohe Feinfühligkeit beim Ansteuern von Bewegungen,
5. Bei Betrieb im geschlossenen oder halboffenen Kreis können auch alle in den negativen
Bercich der Leistungshyperbel transponierten Betricbspunktc gefahrcn werden.
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6. Beim Zurückschwenken der Pumpe erfolgender Druckrichtungswechsel
führt zum Abbremsen von gespeicherten kinetischen und potentiellen Energien über
die Pumpe. Die von der Pumpe nunmehr mechanisch abgegebene Leistung kann anderen
Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden (Leistungsrückgewinnung bzw.
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-speicherung) oder auf'erhalb des lTydrauliksystems vernichtet w
werden, wobei dieses in nur geringem Maße thermisch belastet wird (z. B. Wärmeabgabe
an das Kühlwasser einer Verbrennungsmuschine).
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7. Die erfindungsgemäße hydraulikschaltung benötigt bei Betrieb im
geschlossenen Kreis für diesen keine Druckbegrenzungsventile, die dem hohen Volumenstrom
angei)aßt sein müssen,da die von der Pumpe geförderten und angesaugten Ölmengen
gleich sind.
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8. Die erfindungsgemäße Hydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung
erübrigt im allgemeinen die Verwendung von Steuerventilen o. a., so daß die beim
Ansteuern von flewegungen erfolgen Vcrluste an den Schieberkanten entfallen, somit
mehr Leistung zur Verfügung steht und eine übermäßige thermische belastung des Hydrauliksystems
vermieden wird.
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Den Erfindungsgedanken nicht begrenzende Ausführungsbeispiele sind
in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
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Es zeigen: Fig0 1 Eine Ilydraulikschaltung zur verlustarmen Druckbegrenzung
bei Verwendung im geschlossenen kreislauf. Die weiter erforderlichen, den Erfindungsgedanken
aber nicht betreffende Ansaugventile, Druckbegrenzungsventile, Rückschlagventile
usw. sind nicht eingezeichnet worden.
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Fig. 2 diene Hydraulikschaltung wie vor, aber mit vereinigten Steuer-
und Abspritzleitungen.
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Fig. 3 Pine Hydraulikschaltung wir vor, aber mit zusätzlichem Hilfssteuerdruck
H0 Fig. 4 Eine einfuche Druckwaage mit in dem Wegeventil eingebauten Drossel.
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Fig. 5 Eine doppelte Druckwaage mit den beiden in dem Wegeventil eingebouten
Drosseln.
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Die twirkungsweise der beschriebenen Hydraulikschaltung ist folgende:
Im unbelasteten Zustand findet sich der Schwenkkörpe 6 (Fig. 1) der Verstellpumpe
4 in Mittellage (Stellung 0).
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Gibt man Steuerdruck PSt 2 auf Verstellkolben 7, so wird der Schwenkkörper
6 gegen die Kraft der Feder 8a in Richtung der Stellung 2 verstellt. Damit fördert
die Pumpe Öl in die Leitung 3, versucht den Motor 2 anzutreiben und somit das Massensystem
1 zu beschleunigen.
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Da der Motor 2 in Ruhelage kein öl aufnehmen kann, wird zunüchst
das von der Pumpe 4 geförderte Öl lediglich in die Leitung 3 gepreßt, wo sich ein
Cberdruck aufbaut und den Kolben des Wegeventils 9 gegen die stark vorgespannte
Feder 10 verschiebt Drucköl in die Steuerleitung 12 und damit än den Raum 13a des
Verstellorganes steuert und den Schwenkwinkel der Pumpe soweit zurücknimmt bzw.
zurückhält, bis
sich ein Glcichgewichtszustand eingestellt hat,
d. hç daß die Pumpe sich zunachst auf cinen kleinen Schwenkwinkel einstellt, mit
dem der maximale Arbeitsdruck, der durch die Vorspannkraft der Feder 10 im Wegeventil
gegeben ist, eingehalten wird0 Während der weiteren Beschleunigung des Massensysteis
1 fördert die Pumpe mit größer werdende.
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Schwenkmittel und steigendem Öldurchsatz zwecks an der obercn Druckgrenze,
bis der dem Vorsteuerdruck Pst 2 entsprechende Volumenstrom erreicht ist. Mittels
Drossel 11 kann das System schwingungsstabil eingestellt werden, ohne daß ein erheblicher
Ölstrom verlorengeht0 Nimmt man den Steuerdruck Pst 2 und damit den Schwenkwinkel
der Pumpe zurück, so will Motor 2 mehr Öl fördern, als die Pumpe aufnehmen kann,
Dadurch bericht der Druck in Leitung 3 zusammen und baut sich in 3a auf, Dadurch
wird das Wegeventil 9a gegen die Kraft der vorgespannten Feder 10a betatigt, der
Kolben des Wegeventils verschiebt sich und steuert Drucköl aus zeitung 3a in die
Steuerleitung 12a und damit in den Raum 7 des Verstellorganes, so daß der Schwenkwinkel
der Pumpe 4 nur in dem MaPe zurückgenommen wird, wie sich das Massensystem 1 vcrzögert.
Die im Massensystem gespeicherte Energie wird somit in die Pumpe und damit in deren
Antriebsmaschine entladen, wobei sich außer Wirkungsgradverlusten praktisch keine
weitere Leistungsverluste und Erwärmungen ergeben. Die entladene Energie kann anderen
Verbrauchern zur Vcrfügung gestellt werden (Leistungsrückgewinn) oder außerhalb
der hydraulik in Wärme umgesetzt werden (geringe thermische Belastung der Hydraulik).
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Fördert der Motor bereits in eine Richtung und reserviert man die
Pumpe so, daß sie in dieselbe Leitung fördert, so wird die Druckwaage sehr stark
angesteuert. Da der im Arbeitskreis herrschende Druck wesentlich größer als der
Steuerdruck ifit, ist eine Fehlbedienung beim Reversieren ausgeschlossen und die
Pumpe bleibt auf ihrer der maximalen Bremswirkung entsprechenden Schwenkwinkel,
der sich ii gleichen Maße, wie sich das Nassensystem verzögert,
praktisch
vcrlustfrei zurückgenommen wird. Die Bedienungsperson hat auf wichtige Maschinenbedienung
also nicht zu achten, da Fehlsteuereungen automatisch kompensiert @erden und das
Hydrauliksystem sich seinen richtigen Volumenstrom zwecks vcrlustfreier Bremsung
sucht.
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Die erfindungsgemaße Schaltung kann sowohl für den geschlossenen als
auch für den halboffenen Kreislauf eingesetzt werden, jedoch sind im letzteren Fall
(z. B.
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Zylinderbetrieb) die Differenzölmengen nachzusaugen bzw.
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abzuspritzen.