DE2704107A1

DE2704107A1 - Verfahren und vorrichtung zur leistungsregelung in hydraulischen und hydraulisch-pneumatischen systemen

Info

Publication number: DE2704107A1
Application number: DE19772704107
Authority: DE
Inventors: Lars Hagberg
Original assignee: Hytec AB
Current assignee: Hytec AB
Priority date: 1976-02-05
Filing date: 1977-02-01
Publication date: 1977-08-11
Also published as: FI770228A; SE7601234L; FR2340577A1; JPS52112802A; US4118149A; GB1575441A; SE396239B

Description

7ATENTANW.M.TE

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT Orthstraße 12 - D-8000 München 60 · Telefon (089) 832024/5 Telex 5212744 ■ Telegramme Interpatent

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S-781 OO Borlänge Schweden

Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsregelung in hydraulischen und hydraulisch-pneumatischen

Systemen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung, die einem hydraulischen oder hydraulisch-pneumatischen System zugeführt wird, und insbesondere auf ein Verfahren zur Regelung des Mediumflusses, der dem System zugeleitet wird, wodurch die dem System zugeführte Durchflußmenge immer mit dem momentanen Durchsatzbedarf des Systems übereinstimmt.

In bekannten Systemen arbeitet man im Normalfall, zumindest trifft das für kleinere Systeme zu, mit einem konstanten Fluß des Mediums von der zum System gehörenden Pumpe. Die Größe dieses Flusses entspricht dem maximalen Flußbedarf des Systems. Dies bedeutet, daß normalerweise das System mit einer Leistung versorgt wird, die den momentanen Leistungsbedarf des Systems übersteigt. Von der zugeführten Leistung wird dabei nur ein Teil in nutzbare Arbeit umgesetzt, abgesehen von den Zeiten, wenn das System maximal belastet wird. Hierbei läßt man unvermeidbare Reibungsverluste außer acht. Der Teil der beaufschlagten Leistung, der nicht für eine nützliche Arbeit ausgenutzt wird, ist demnach ein Verlusteffekt und geht in Wärme in dem System über. In den Fällen, in denen die Belastungs-

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Schwankungen groß sind, kann die Wärmeentwicklung im System zur Folge haben, daß z.B. das Hydraulikmittel so stark erwärmt wird, daß es, sofern es aus einer Flüssigkeit besteht, siedet. Das Erwärmen einer beispielsweise aus öl bestehenden Hydraulikflüssigkeit ist mit mehreren Kachteilen behaftet. Unter anderem kann sich die Viskosität der Flüssigkeit in einem so hohen Grad ändern, daß die systemeigenen Baugruppen eine schlechtere Funktion ausführen oder gar ausfallen. Beim Sieden werden schädliche Dampfblacen gebildet und aus dem Sieden ergibt sich auch in den Fällen, bei denen das Hydraulikmittel aus öl besteht, daß es zur Bildung von Schlackenprodukten (Verkokung) kommt, die sich wiederum in Rohrleitungen, Ventilen und Filtern ablagern. Auch in diesem Fall führt es zu schlechterer Funktion oder zum Ausfall bei den im System enthaltenen Baugruppen. Das Erwärmen der Hydraulikflüssigkeit hat auch ein schnelles Altern und Verspröden des Dichtungsmaterials zur Folge. Hinzu kommt, daß das Öl durch Schlackenprodukte und hohe Wärme schneller säuert. Die Schlackenerzeugnisse und das Versauern des Öls bedingen immer kürzere Zeiträume zwischen den Ölwechseln. Darüber hinaus müssen in verhältnismäßig kurzen Intervallen andere Wartungsarbeiten, wie Filterwechsel und Austausch von Dichtungen, durchgeführt werden.

Es ist auf unterschiedliche Weise versucht worden, die Leistungsverluste zu vermindern, um dadurch die Nachteile zu verringern, die sich aus der Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit ergeben. Die gefundenen Lösungen sind alle mit dem Kachteil behaftet, daß, zumindest für kleinere Systeme, die an die Systeme gelieferte Energie die Summe der Energie, die zu nützlicher Arbeit verwendet wird, und der Energie, die zum Überwinden der Reibungsverluste erforderlich ist, übersteigt. Die vorstehend dargelegten Verluste und die daraus folgende Erwärmung bestehen demnach weiterhin, wenn auch in einem kleineren Umfang. Beispiele für derartige Lösungen sind Systeme mit

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druckausgleichenden Pumpen, Servosysteme mit elektronischen Organen zur Umstellung des Antriebsaggregates und manuell geregelte Pumpen. Diese Lösungen haben aber alle den Nachteil einer unzureichenden Regelung und/oder größerer Kosten für den Einbau und Betrieb.

Der Trend zu höheren Energiepreisen läßt es auch zwingend notwendig werden, Verluste in hydraulischen und hydraulischpneumatischen Systemen zu vermeiden. Ebenso tragen die immer strengeren Auflagen des Umweltschutzes dazu bei, daß unnötiger Lärm von z.B. in Kompressoren und Müllabfuhr- und Reinigungsfahrzeugen arbeitenden Motoren abzustellen ist. Dies kann man dadurch erreichen, daß die Motoren so geregelt werden, daß sie immer mit der richtigen Drehzahl arbeiten, d.h. sie daran gehindert werden, mit zu hoher Drehzahl zu laufen.

Die Erfindung beseitigt die vorstehend genannten Kachteile unter gleichzeitiger Erfüllung der aufgestellten Forderungen. Bei der Leistungsregelung hydraulischer und hydraulisch-pneumatischer Systeme nach der Erfindung wird der Fluß des Mediums an ein System nach der momentanen Belastung des Systems ausgerichtet.

Der erforderliche Fluß des Mediums wird in den hier angesprochenen Systemen durch eine Pumpe bewirkt. In dem Fall, in dem das Mittel aus einer Flüssigkeit besteht, wird diese von einem Hauptbehälter zum System geliefert und fließt nach dem Einsatz wieder in den Behälter zurück. Die entsprechenden prinzipiellen Anordnungen haben natürlich auch dann Gültigkeit, wenn das Medium aus Gas besteht. Nach der Erfindung erfolgt die Anpassung des Durchsatzes entweder durch Regelung der Drehzahl eines Motors mit veränderlicher Drehzahl, der eine Pumpe mit fester Durchsatzleistung antreibt, oder durch Regelung der Leistung einer Pumpe mit veränderlicher Umwälzung, die von einem Motor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Die Drehzahl des Motors bzw. die Förderleistung der Umwälzpumpe ist an den momentanen Durchflußbedarf im System

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anzupassen. Diese Anpassung ist im Prinzip unabhängig vom aktuellen Arbeitsdruck im System.

Eine Regeleinrichtung nach der Erfindung wird in die Druckleitung von der Pumpe zum System eingeschaltet. Die Regeleinrichtung ertastet zu jeder Zeit den Durchflußbedarf des Systems und paßt den Durchsatz von der Pumpe zum System an. Sofern die Anpassung durch Regelung der Drehzahl der Pumpe erfolgt, wenn die Pumpe eine feste Förderleistung hat, wird der Durchfluß dadurch angepaßt, daß die Drehzahl des Motors, der die Pumpe antreibt, geregelt wird. Der Einsatz dieser Regelmethode bietet sich an, wenn die Drehzahl des Motors leicht verstellbar ist, z.B. wenn es sich um einen Verbrennungsmotor handelt. Die Regelung der Pumpenforderleistung empfiehlt sich immer dann, wenn der Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl arbeitet, z.B. ein elektrischer Synchronmotor ist.

In der Regeleinrichtung ist eine Drossel des Durchflusses zum System angebracht. An dieser Steuerung entsteht ein Druckunterschied, der abgetastet wird. Da der Druckunterschied mit größer werdendem Durchfluß steigt, wird in dieser Form die Größe des Durchsatzes ertastet. Dieses Abfühlen ist mithin unabhängig vom Systemdruck. Die Regeleinrichtung gestattet gleichzeitig, daß die von der Pumpe geförderte Flußmenge kontinuierlich so lange ansteigt, bis die abgetastete Durchflußmenge mit dem im voraus eingestellten Wert übereinstimmt. Wenn dieser Wert überschritten wird, vermindert die Regeleinrichtung die von der Pumpe geförderte Flußmenge auf einen Wert, der unter dem im voraus eingestellten Wert liegt. Danach erhöht sich erneut die von der Pumpe zugeführte Flußmenge. Dies beschreibt die Arbeitsweise der Regeleinrichtung, wenn der Durchsatzbedarf des Systems gleich oder größer als der eingestellte Grenzwert ist. In dieser Weise erfolgt eine erste Regelung des Durchflusses zum System.

In dem Fall, in dem der Durchsatzbedarf des Systems niedriger als der Wert ist, der dem im vorangegangenen Absatz angeführten

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Grenzwert entspricht, erfolgt eine kontinuierliche Erhöhung des zugeführten Flusses zum System und damit des Druckes im ganzen System. Dieser gesamte Druck wird abgetastet, und wenn

er einen Grenzwert übersteigt, der einstellbar sein kann, verringert die Regeleinrichtung die von der Pumpe geförderte Flußmenge. Für diese Regelung bedient man sich der vorstehend erwähnten Abtastung des Druckunterschiedes an der Drossel. Bei erreichtem Grenzwert für den Druck wird ein an der Sekundärseite der Drossel liegendes Druckbegrenzungsventil geöffnet. Hierbei erhöht sich der Durchsatz durch die Drossel so lange, bis die abgetastete Flußmenge mit dem im voraus eingestellten Wert übereinstimmt. In der gleichen Weise, wie schon beschrieben, verringert danach die Regeleinrichtung die von der Pumpe geförderte Durchsatzmenge, sobald der genannte eingestellte Wert überschritten wird.

Der Erfindungsgedanke ist in der Form eines praktischen Hydraulikventils verwirklicht. Dieses stellt allerdings nur ein Beispiel dafür dar, wie sich der Erfindungsgedanke in die Praxis umsetzen läßt. Die Erfindung wird eingehender in Verbindung mit den Figuren beschrieben, von denen

Fig. 1 einen Schaltplan für eine Anordnung nach der vorliegenden Erfindung enthält,

Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt zeigt, die ein Beispiel für eine Regeleinrichtung nach der Erfindung darstellt, und

Fig. 3 einen Schaltplan für Steuerkreise enthält, die dazu vorgesehen sind, daß sie im Anschluß an die Steuerorgane der Regeleinrichtung zur Antriebspumpe des Hydrauliksystems eingeschaltet werden können.

In Fig. 1 umschließt der Block 20 Organe, die miteinander verbunden sind, um nach der Erfindung zu arbeiten. In diesem Block ist eine Drossel 21 vorhanden, die ihrer Größe nach verstellbar ist. Diese Drossel ist von einer Einlaufverbindung 22 und einer Auslaufverbindung 23 umgeben, die in

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die Primärleitung 31 a und b des Hydrauliksystems eingeschaltet werden. Die Primärleitung 31 wird von einer Pumpe gespeist, die ihrerseits durch einen Motor 39 getrieben wird. Dem Notor 39 nachgeschaltet ist ein Regelgerät 3^, zu dessen Bestandteilen ein Kolben 33 und eine Feder 50 gehören. Der Kolben 33 arbeitet in gewohnter Weise in einem Zylinder 54·· Das vom Zylinder und Kolben gebildete Volumen ist mit einer Verbindung 32, im weiteren mit Steuerleitung bezeichnet, an die Verbindung 27 zwischen zwei vorgespannten Rückschlagventilen 24- und 25 angeschlossen, von denen 24 im weiteren als vorgespanntes Rückschlagventil und 25 als federbelastetes Rückschlagventil bezeichnet werden. Für die unterschiedlichen Bezeichnungen hat man sich deshalb entschieden, um in der weiteren Beschreibung leichter zwischen den einzelnen Organen unterscheiden zu können. Die Leitung 31 a und b verbindet die Pumpe 30 mit der Last 51 des Hydrauliksystems. Von der Last fließt das Hydraulikmedium über eine Rücklaufleitung 52 zu einem Hauptbehälter 53 zurück.

Das vorgespannte Rückschlagventil 24 ist über eine Verbindung 29 an die Einlaufverbindung 22 in einer solchen Weise angeschlossen, daß es in geöffneter Stellung die Einlaufverbindung 22 mit einer Verbindung 27 verbindet. Die Verbindung 27 ist wiederum zum federbelasteten Rückschlagventil 25 geschaltet, das in geöffneter Stellung die Verbindung 27 mit dem Hauptbehälter 53 verbindet. Das vorgespannte Rückschlagventil

24 ist über eine Verbindung 28 und eine Drossel 40 mit der Auslaufverbindung 23 verbunden. Der Anschluß des vorgespannten Rückschlagventils 24 zur Verbindung 28 erfolgt von der federbelasteten Seite des Rückschlagventils aus. Diese Seite steht nicht mit den Anschlüssen 27 und 29 in direkter Verbindung. Das federbelastete Rückschlagventil 25 ist mit einer Leckverbindung 26 ausgestattet, die im Ventil als solchem aufgebohrt sein kann. Es versteht sich von selbst, daß die Leckverbindung auch um das federbelastete Rückschlagventil 25 angeordnet sein kann. Diese zweite Alternative mit einer außerhalb des

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federbelasteten Rückschlagventils liegenden Leckverbindung ist in der Zeichnung nicht dargestellt. An die Verbindung 28 ist auch ein Druckbegrenzungsventil 41 angeschlossen, das in geöffneter Stellung die Verbindung 28 mit dem Hauptbehälter verbindet. Der Wert für den Druck in der Verbindung 28, bei dem das gerade erwähnte Druckbegrenzungsventil 41 öffnet, kann regelbar sein.

Das Druckbegrenzungsventil 41 kann auch durch ein Richtungsventil 42 überbrückt sein, das mittels äußerer Impulse zwischen einer Stellung für das Sperren und einer Stellung für das Durchlassen von Hydraulikmedium umstellbar ist. Die Steuerung der Stellungen des Richtungsventils ist dabei derart, daß, wenn das Hydrauliksystem Arbeit ausführt, das Richtungsventil sich in der Sperrstellung befindet. Die Impulse können aus Signalen von einem Endschalter 57» einem manuell zu betätigenden Schalter usw. bestehen, wobei die Signale das Richtungsventil 42 in die Sperrstellung bringen, wenn das System arbeitet. Die Punktion ist unabhängig vom Typ der Signale, die beispielsweise von elektrischer, hydraulischer, pneumatischer, mechanischer oder manueller Art sein können.

In Fig. 2 ist ein Beispiel gezeigt, wie der soeben beschriebene prinzipielle Schaltungsplan in einer praktischen Konzeption realisierbar ist. In der Figur ist ein Ventilgehäuse dargestellt, das in der praktischen Ausbildung alle beschriebenen, im Block 20 nach Fig. 1 liegenden Organe enthält. Den in Fig. 1 beschriebenen einzelnen Organen sowie den Verbindungen damit sind, soweit sie in Fig. 2 abgebildet sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben worden. Von den äußeren, außerhalb des Blocks 20 liegenden Organen, die für den Einsatz einer Vorrichtung nach der Erfindung erforderlich sind, ist ein Handrad 56 zu sehen, das zum Einstellen der Drossel 21 Verwendung findet. Ansonsten sind in Fig. 2 nur Gewinde, Muttern und Bolzen enthalten, die für ein praktisches Verwirklichen der Erfindung notwendig sind.

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In Fig. 3 sind zwei Rückschlagventile 35» 36 und zwei Drosseln 37» 38 dargestellt. Die Rückschlagventile sind gegeneinander gerichtet. Die Drosseln sind regelbar.

Die Arbeitsweise einer nach der Erfindung arbeitenden Anordnung ist am einfachsten zu verstehen, wenn man von der Annahme ausgeht, daß sich eine bestimmte Menge des Hydraulikmediums in dem Raum befindet, der von der Verbindung 27, der Steuerleitung 32 und dem Zylinder 5^- gebildet wird. Die erwähnte Menge Hydraulikmedium drückt dabei den Kolben 33 gegen die Feder 50, so daß diese etwas zusammengedrückt wird. Hierbei wird ein Regelarm, der mit dem Kolben 33 verbunden ist, etwas aus seiner Ausgangslage verschoben, was besagt, daß der Motor 39 mit einer Drehzahl arbeitet, die etwas niedriger als die Drehzahl ist, die der Ausgangslage des Kolbens entspricht. Eine Veränderung der Menge des Hydraulikmediums im Raum bedeutet auch eine Veränderung der Lage des Kolbens 33 und damit auch der Drehzahl des Motors 39· Wenn der Kolben kontinuierlich bei Änderung des Volumens verschoben wird, verändert sich ebenfalls die Drehzahl des Motors 39 kontinuierlich. Die Feder 50 ist dauernd bestrebt, den Kolben 33 in dessen Ausgangsstellung zurückzuführen, und hält in dieser Weise auch einen bestimmten Druck am Hydraulikmedium innerhalb des hier angesprochenen Volumens aufrecht. Das federbelastete Rückschlagventil 25 enthält eine Leckverbindung 26, was bedeutet, daß während der ganzen Zeit ein Fluß von Hydraulikmedium durch das Rückschlagventil zum Hauptbehälter 53 fließt. Hierdurch wird kontinuierlich der genannte Raum von Hydraulikmedium geleert, was bedeutet, daß der Kolben 33 im Takt mit dem Entleeren von Hydraulikmedium in seine Ausgangslage verschoben wird. Hierbei erhöht sich die Drehzahl des Motors 39 im Verhältnis zur Verschiebung des Kolbens.

Die erhöhte Drehzahl des Motors 39 hat wiederum zur Folge, daß die Pumpe 30 einen immer größeren Fluß an Hydraulikmedium zur Primärleitung 31 a fördert und damit auch zur Einlaufverbindung 22. Dieser Fluß läuft durch die Drossel 21 und von dort

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aus weiter durch die Auslaufverbindung 23, die Primärleitung 31 b und zur Last 51» um von dort aus über die Rücklaufleitung 52 zum Hauptbehälter 53 zurückzufließen. Der größere Durchsatz zur Primärleitung 31 a und damit zur Verbindung 22 ergibt einen immer höher werdenden Druckunterschied an der Drossel 21. Diesen Druckunterschied ertastet das vorgespannte Rückschlagventil 24 durch seinen Anschluß an die Verbindungen 22 und 23. Bei einem bestimmten oberen Wert des Druckunterschiedes öffnet das vorgespannte Rückschlagventil 24-, wodurch die Verbindung mit der Verbindung 27 kraftschlüssig wird. Das in der Verbindung 27, der Steuerleitung 32 und dem Zylinder 5^ gebildete Volumen wird dabei dem Hydraulikmedium zugeführt, wobei der Kolben 33 aus seiner Lage geschoben wird. Dieses bewirkt wiederum ein Drosseln der Drehzahl des Motors 39 und damit eine Verminderung des Durchsatzes der Puiape 30.

Das vorgespannte Rückschlagventil 24 öffnet auch bei einem bestimmten oberen Druck in der Einlaufverbindung 22. Der Druck am Hydraulikmedium verringert in bereits beschriebener Weise die Überdrosselung 21, so daß der Druck immer niedriger an der Sekundärseite der Drossel als an deren Primärseite ist. Ein Druckanstieg an der Primärseite löst immer eine diesem entsprechende Druckerhöhung an der Sekundärseite aus, was bedeutet, daß der eingestellte Wert des Druckbegrenzungsventils bei weiterem Druckanstieg alsbald erreicht wird und das Druckbegrenzungsventil öffnet, wodurch Hydraulikmedium von der Verbindung 28 zum Behälter 53 fließt. Hierdurch wird der Druck an der Primärseite des Druckbegrenzungsventils auf den Wert gesperrt, auf den das Druckbegrenzungsventil eingestellt worden ist. Bei weiterem Druckanstieg in der Einlaufverbindung 22 erhöht sich mithin der Druckunterschied an der Drossel 21, was vom vorgespannten Rückschlagventil 24 ertastet wird. Dieses Ventil öffnet, wenn der Druckunterschied den früher erwähnten eingestellten Wert erreicht.

Die an die Verbindung 28 angeschlossene Drossel 40 hat mehrere verschiedenartige Punktionen. Bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil 41 entsteht an dieser Drossel ein Druckunterschied, der

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zum Druckunterschied an der Drossel 21 zu addieren ist. Hierdurch öffnet das vorgespannte Rückschlagventil 24 bei einem niedrigeren Wert des Durchsatzes als bei geschlossenem Druckbegrenzungsventil und der Fluß von der Pumpe 20 wird in dieser Weise begrenzt gehalten. Gleichzeitig schützt das Druckbegrenzungsventil 41 das System gegen Überlastung, soweit sich diese auf den Druck bezieht. Die von der Last 51 ausgelösten Druckanstiege im System können eine solche Größenordnung annehmen, daß das Druckbegrenzungsventil öffnet. Die Drosseln 40 und 21 können dabei so gewählt sein, daß der Druckabfall an der Drossel 40 ausreichend ist, um das vorgespannte Rückschlagventil 24 trotz etwaiger Gegenwirkung des Druckabfalls an der Drossel 21 zu öffnen. Hierbei erfolgt ein Abregeln des dem System zugeleiteten Flusses in der weiter vorstehend beschriebenen Form.

Bei einem großen Zulauf von Hydraulikmedium in den Raum, der von der Verbindung 27, der Steuerleitung 32 und dem Zylinder 54 gebildet wird, kann der Druck in diesem Raum so groß werden, daß das federbelastete Rückschlagventil 25 öffnet. Hierbei erfolgt eine schnellere Umstellung der Drehzahl des Motors und damit der von der Pumpe 30 abgegebenen Flußmenge, als wenn nur die Leck verbindung 26 den genannten Raum von Hydraulikmedium leert.

Das Druckbegrenzungsventil 41 stellt, wie bereits erwähnt, auch ein Sicherheitsventil dar, das verhindert, daß ein allzu hoher Druck in der Auslaufverbindung 23 und damit im gesamten System entsteht. Hierdurch vermeidet man die Kosten für ein gesondertes Sicherheitsventil für das System. In geöffneter Lage verbindet das Druckbegrenzungsventil 41 die Verbindung 28 mit dem Hauptbehälter 53· Dabei wird das Hydrauliksystem von Hydraulikmedium geleert, wobei der Druck im System auf den zulässigen Wert reduziert wird. Wenn dieser Zustand eingetreten ist, sperrt das Druckbegrenzungsventil 41 ab. Die Drossel 40 in der Verbindung 28 regelt allein die Geschwindigkeit, mit der diese Druckverminderung vor sich geht, bis

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zu dem Zeitpunkt, an dem das vorgespannte Rückschlagventil öffnet. Hierbei sieht man von evtl. der Pumpe 30 zugeführtem Hydraulikmedium ab. Die Drossel 40 wie auch das Druckbegrenzungsventil 41 können beide zum regelbaren Einstellen der zulässigen Durchsatzmenge bzw. des höchstzulässigen Druckes angeordnet sein. Das vorgespannte Rückschlagventil 24 kann auch in dem Fall öffnen, bei dem Hydraulikmedium von der Last zu einer Regeleinrichtung nach der Erfindung fließt.

In der vorstehenden Beschreibung der Erfindung ist unterstellt worden, daß das Regelgerät 34 die Drehzahl eines Motors 39 regelt. Dieses Regelverfahren bietet sich natürlich für die Fälle an, bei denen man mit einem Motor arbeitet, dessen Drehzahl leicht regelbar ist, z.B. einem Verbrennungsmotor oder Druckluftmotor (Preßluft). Ein derartiger Motor treibt dann im Normalfall eine Pumpe mit konstanter Fördermenge. Bei anderen Ausführungsfornien kann es zweckmäßig sein, mit Motoren mit konstanter Drehzahl, z.B. elektrischen Synchronmotoren, und Pumpen mit veränderlicher Förderleistung zu arbeiten. Hierbei läßt man stattdessen das Regelgerät die Fördermenge der Pumpe regeln.

Bei bestimmten Ausbildungen kann es sich als erforderlich erweisen, die Geschwindigkeit, mit welcher der Kolben 33 im Zylinder 34 aus seiner bzw. in seine Ausgangsstellung verschoben wird, zu regeln. Anders ausgedrückt wird angegeben, daß die Zeitkonstante für den Zufluß bzw. Abfluß von Hydraulikmedium im Zylinder 5^ eingestellt wird. Eine derartige Regelung der Zeitkonstante zur Veränderung der Größe des mit Hydraulikmedium gefüllten Teils des Zylinders 54 dient zur Anpassung der Geschwindigkeit für die Bewegung des Kolbens 33 an die Charakteristik des Motors 39 und/oder der Pumpe 30.

Die im vorangegangenen Absatz beschriebene Regelung der Zeitkonstante wird durch die in Fig. 3 dargestellten

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Baugruppen bewirkt. Die in dieser Weise miteinander gekopelten Baugruppen werden zwischen der Steuerleitung 32 und dem Zylinder 34 angeschlossen. Beim Zuführen von Hydraulikmedium in den Zylinder 34 regelt die Drossel 37 die Größe der Durchsatzmenge dergestalt, daß das Rückschlagventil 35 geschlossen, das Rückschlagventil 36 hingegen geöffnet wird.Beim Abfluß von Hydraulikmedium aus dem Zylinder 34 regelt die Drossel die Größe der Durchsatzmenge dadurch, daß das Rückschlagventil 36 geschlossen, das Rückschlagventil 35 aber geöffnet wird.In dieser Form ist es möglich, geeignete, voneinander unabhängige Zeitkonstanten zur Erhöhung bzw. Verminderung des von der Pumpe 30 in die Zulaufleitung 31 geförderten Flusses zu erhalten. Zur Erzielung der entsprechenden Eigenschaften sind auch andere Wege vorstellbar, z.B. das Arbeiten mit Pufferräumen zum Volumen, das durch die Verbindung 27, die Steuerleitung 32 und den Zylinder 34 gebildet wird.

Eine nach der Erfindung arbeitende Anordnung ermöglicht es, daß der Arbeitsdruck in einem Hydrauliksystem immer aufrechterhalten wird, da die Anordnung immer den Durchsatz der Pumpe 30 einregelt, sobald der Druck im Zylinder 34- sinkt. Dies stellt sicher, daß beispielsweise eine Anordnung nach der Erfindung zur Steigerung der Sicherheit in solchen Hydrauliksystemen Verwendung finden kann, wo ein niedriger Druck im Hydrauliksystem die Gefahr für Betriebsunfälle in sich bergen kann. Beispiele für diesbezügliche Systeme sind in Fahrzeugen zu finden, beispielsweise in Traktoren. Wenn der Motor in einem Traktor durch z.B. Freikuppeln während einer längeren Bergabfahrt so lange im Leerlauf gelaufen wird, daß der Druck im Hydrauliksystem der Lenkung zu weit gesunken ist, kenn das Lenken des Traktors in Frage gestellt sein.

Das Richtungsventil 42 verwendet man, um in Systemen, in denen ein mehr oder weniger hoher Ruhedruck nicht erforderlich ist, den Energieverbrauch zu verringern. Bei Stellung des Richtungsventils auf Durchgang fließt Hydraulikmedium von der Pumpe

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zum Behälter, wobei nur die Druckunterschiede zu überwinden sind, die für das Fließen des Hydraulikmediums über die Drosseln 21 und 40 wie auch über das federbelastete Rückschlagventil 25 benötigt werden. In entsprechender, früher beschriebener Form regelt der Druckunterschied zwischen den Verbindungen 22 und 28 die Lage des vorgespannten Rückschlagventils 24 und damit auch die Größe des Flusses von der Pumpe 30.

Bei einer alternativen Ausbildung kann eine Einrichtung nach der Erfindung mit einem Ventil ergänzt werden, das beispielsweise eine elektrische Steuerung aufweist. Dieses Ventil wird in die Anordnung ein- und ausgeschaltet und zwar abhängig davon, ob dessen regelnde Funktion erforderlich ist oder nicht. Das Ventil kann auch so ausgelegt werden, daß man mit dessen Hilfe den höchstzulässigen Druck im System regelt.

Ein entscheidender Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß sie in Hydrauliksysteme geschaltet werden kann, ohne daß deren Aufbau geändert zu werden braucht. Die Einrichtung wird nur in die Primär leitung des Hydraulik syst ems geschaltet und an die Steuerleitung der Anordnung ist noch an ein Regelgerät anzuschließen, das auf den systemeigenen Motor und/oder die Pumpe für das Fördern des Mediums zugeschnitten ist.

In der vorstehenden Beschreibung ist ausgeführt worden, daß eine Einrichtung nach der Erfindung mit Hydraulikflüssigkeit als Medium arbeitet. Auch wenn die Erfindung aus rein praktischen Erwägungen in Verbindung mit einer mit Hydraulikflüssigkeit arbeitenden Einrichtung geschildert worden ist, eignet sich der Erfindungsgedanke genau so gut bei Einsatz von Gas, z.B. Luft, als Medium.

Die Erfindung ist ebenfalls als zweckmäßig zur Verwendung für das Regeln der Drehzahl eines Verbrennungsmotors dargestellt worden. Ein derartiges Regeln kann aber auf alle Arten von Motoren ausgedehnt werden, z.B. Elektromotoren, die beispielsweise mit Hilfe von Thyristoren, drehzahlgeregelt werden.

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Claims

Patentansprüche

(iJ Verfahren zur Regelung der Leistung, mit der ein hydraulisches, ein pneumatisches oder ein hydraulisch-pneumatisches System unabhängig vom momentanen Druck im System beaufschlagt wird, wobei das System mit einem Medium, beispielsweise Hydraulikflüssigkeit oder Gas, über eine Primärleitung versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Durchsatzes in der Primärleitung (31 a und b) laufend abgetastet wird und daß sich die geförderte Flußmenge dauernd erhöht, bis die abgetastete Durchsatzmenge mit einem im voraus eingestellten Wert übereinstimmt, der regelbar sein kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmenge kontinuierlich ansteigt, bis der Druck im System einen Grenzwert erreicht, der einstellbar sein kann, und daß bei weiterem Druckanstieg über den Grenzwert hinaus die dem System zugeführte Flußmenge abnimmt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Primärleitung (31 a und b) des Systems ein Regelgerät (20) eingeschaltet ist, in dem eine Drossel (21) enthalten ist, die einstellbar sein kann und die im Regelgerät von einer Einlaufverbindung (22) und einer Auslaufverbindung (23) umgeben ist, wobei die Verbindungen Anschluß an die Primärleitung (31 a und b), ein vorgespanntes Rückschlagventil (24), ein mit einer Leckverbindung (26) ausgestattetes, federbelastetes Rückschlagventil

(25) und an die Verbindungen (27, 28, 29) zum Durchfluß von Medium zwischen den Organen haben und wobei an die Verbindung (2?) zwischen dem vorgespannten Rückschlagventil (24) und dem federbelasteten Rückschlagventil (25) eine Steuerleitung (32) angeschlossen ist, daß das vorgespannte Rückschlagventil (24) den Druckabfall an der Drossel (21) abtastet und öffnet, wenn dieser Druckabfall einen bestimmten Wert erreicht, damit das Medium über die Verbindung (29) zur Verbindung (27) geleitet wird, wodurch sich der Druck in der

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Verbindung (27) und der daran angeschlossenen Steuerleitung (32) erhöht, welcher Druck einen federbelasteten Kolben (33) in einem Regelgerät (3^) zum Regeln der Durchsatzmenge zur Primärleitung ( 31 a und b) dergestalt beaufschlagt, daß, ausgehend von einem bestimmten Ausgangsdruck in der Steuerleitung, der Fluß des Mediums zur Primärleitung (31 a und b) niedriger als beim genannten Ausgangsdruck ist, wenn der Druck in der Steuerleitung diesen Ausgangsdruck übersteigt, und höher ist, wenn der Druck in der Steuerleitung den Ausgangsdruck unterschreitet, und daß der Druck in der Verbindung (27) und damit auch in der Steuerleitung (32) bei geschlossenem, vorgespanntem Rückschlagventil (24) dauernd dadurch abnimmt, daß Medium von der Verbindung (27) durch die Leckverbindung (26) im federbelasteten Rückschlagventil (25) herausgedrückt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbar ausgelegte Druckbegrenzungsventil (41) zwischen der Auslaufverbindung (23) und der Rückleitung oder den Behälter (53) des Systems eingeschaltet ist, wodurch bei einem bestimmten Druck im System das Druckbegrenzungsventil öffnet und der Druck in der Auslaufverbindung (23) gegenüber diesem Wert gesperrt wird, wodurch bei weiterem Druckanstieg in der Einlaufverbindung (22) der Druckunterschied an der Drossel (21) bewirkt, daß das vorgespannte Rückschlagventil (24) öffnet und die zugeführte Menge des Mediums zum System geringer wird.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung im vorgespannten Rückschlagventil (24) regelbar ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckverbindung (26) im federbelasteten Rückschlagventil (25) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Leckverbindung (26) als gesonderter Nebenschlußkanal, am federbelasteten

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Rückschlagventil (26) vorbeigeleitet, angeordnet ist und daß in diesem Kanal eine regelbare Drossel zur Einstellung der Größe des Leckflusses angeordnet sein kann.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls regelbar ausgelegte Drossel (40) zwischen der Auslaufverbindung (23) und dem Druckbegrenzungsventil (41) in die Verbindung (28) geschaltet ist.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drossel (40) in der Verbindung (28) zwischen der Auslaufverbindung (23) und dem Druckbegrenzungsventil (41) kleiner als der Querschnitt der Drossel (21) zwischen der Einlaufverbindung (22) und der Auslaufverbindung (23) ist, wodurch bei gleichem Durchsatz durch die Drosseln der Druckunterschied an der Drossel mit dem kleineren Querschnitt größer als der Druckunterschied an der Drossel mit dem größeren Querschnitt ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Druckbegrenzungsventil (41) ein Richtungsventil (42) angeschlossen ist, wobei das Richtungsventil durch Impulse von einem Grenzschalter, einem manuell zu betätigenden Kommandogeber usw. in die Durchflußstellung geschaltet wird, wenn das System sich in Ruhelage befindet.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Steuerleitung (32) zwei gegeneinander gerichtete und hintereinander geschaltete Rückschlagventile (35» 36) angeordnet sind wobei jedes Rückschlagventil zu einer regelbaren Drossel (37» 38) in Nebenschlußschaltung liegt, wodurch die Zeitkonstante für den Zu- bzw. Ablauf des Mediums zum bzw. vom Regelgerät (34) und damit auch die Zeitkonstante zur Änderung des Mediumflusses zum System geregelt werden können.

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12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Zylinders im Regelgerät (34) mit den dazugehörigen Verbindungen, der Querschnitt der Leckverbindung (26), der Hub des Zylinders (54) und die Federkonstante der Feder (50) aneinander angepaßt sind, um eine geeignete Zeitkonstante zum Ausgleichen des Überdrucks in dem Raum zu erhalten, der vom Zylinder im Regelgerät (34) mit den zugehörigen Verbindungen gebildet ist.
13· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät (3^) bei konstanter Förderleistung einer Pumpe oder eines Kompressors (30) zur Versorgung des Systems mit dem Medium die Drehzahl eines Motors (39) zur Änderung des von der Pumpe oder vom Kompressor abgegebenen Durchsatzes des Mediums regelt.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelgerät (3*0 bei veränderlicher Förderleistung der Pumpe (30) diese Leistung zur Änderung des Flusses zum System regelt.
15· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei pneumatischen Systemen das Regelgerät (3*0 einen Regler zur Bestimmung der Durchsatzgröße aus einem Gasbehälter aussteuert.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium aus Flüssigkeit, z.B. Öl, besteht.

17· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium aus Gas, z.B. Luft, besteht.

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