DE2749267A1

DE2749267A1 - Druckfluid-quelle mit veraenderbarem durchsatz

Info

Publication number: DE2749267A1
Application number: DE19772749267
Authority: DE
Inventors: Norbert Codreanu
Original assignee: Poclain Hydraulics France SA
Current assignee: Poclain Hydraulics France SA
Priority date: 1976-11-03
Filing date: 1977-11-03
Publication date: 1978-05-11
Also published as: FR2370317B1; FR2370317A1

Description

BEETZ* L AM PRECHT- BEETZ 8000 München 22 - Steinsdorfstr. 10 TKLBFON (O8S) 22 72 01 - 22 72 44 · 2B8S10 Telex B93O48 -Telegramm Allpatent München

96-27.487P

PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. R. BEETZ «en. DIpI.-Ing. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. BEETZ Jr. Dipl.- Phya. U. H EI OR ICH

Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-Ing. J. SIEQFRIED

3. Nov. 1977

POCLAIN HYDRAULICS, 6o4lo Verberie, Frankreich

Druckfluid-Quelle mit veränderbarem Durchsatz

Die Erfindung betrifft eine Quelle für ein Druckfluid mit veränderbarem oder variablem Durchsatz.

Es ist derzeit bereits möglich, eine Änderung des Durchsatzes eines Druckfluids zu erreichen, wobei im allgemeinen dazu Spezialpumpen mit veränderbarem Hub verwendet werden, die kostspielig sind wegen des zu ihrer Herstellung erforderlichen technologischen Aufwandes.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine relativ billige Druckfluid-Quelle mit veränderbarem Durchsatz zu schaffen.

Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß eine Pumpe mit konstantem Hub und damit konstantem Durchsatz verwendet wird,

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wobei der Durchsatz der tatsächlich dem Nutzkreis zugeführt wird, eingestellt bzw. geregelt wird. Darüber hinaus wird diese Einstellung bzw. Verriegelung der dem Nutzkreis zugeführten Durohflußraenge elektrisch oder vorzugsweise elektronisch so durchgeführt, daa sie bequem unabhängig vom Antrieb der Pumpe gemaoht werden kann. Der zum Speicherbehälter rückgefUhrte Durohsatz 1st praktisch drucklos derart; daß der Qesamtwlrkungagrad praktisch duroh die Anbringung des vorge* sohlagenen Systems nicht verringert wird·

Die Erfindung gibt seilt eine Druokfluid-Quelle mit veränderbarem Durohsatz an, die mindestens eine Pumpe aufweist, an deren Druckleitung eine Rückschlagklappe oder ein RUoksohlagventll angeordnet ist, die den Durchfluß des von der Pumpe kommenden Fluids zuläßt, und die einen Entnahme-Speioherbehälter aufweist.

Mindestens eine Pumpe besitzt konstanten oder festen Hub, wobei In einer Fluid-RUokfUhfleitung, die den Teil der Druokleltung der Pumpe festen Hubs zwischen der Pumpe und dem Rückschlagventil mit dem Speicherbehälter verbindet, ein Zweistellunge-Verteiler oder -Sohleber vorgesehen 1st, der mit einem Glied zur zyklischen Regelung oder Einstellung der Lage verbunden 1st, um den übergang von der ersten in die zweite Stellung zu erreiohen und ihn dann zur ersten Stellung rUokzufUhren,, während eines Regelzyklus, und der in der ersten Stellung die Stetigkeit der Rüok«»W*lluae sichere teilt und im Gegensatz dazu in der zweiten Stellung diese RückfUhrleitung sperrt. Das Einstell-, Steuer- bzw. Regelglied ist im übrigen elektrisch steuerbar und ermöglicht die Wahl des ZeitVerhältnisses während eines Zyklus» während dem der Verteiler in der zweiten Stellung In der Periode des Zyklus ist »u einem Wert zwischen O und 1, wobei die elektrische Steuerung des Regelglieds getrennt

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und unabhängig von der Antriebseinrichtung der Pumpe festen Hubs 1st.

Vorzugsweise weist das Hegelglied ein elastisches Rüokholglied des Verteilers in seine zweite Stillung uJCUl einen RUokholzylinder des Verteilers mit gegenüber dem elastischen RUokholglied entgegengesetzter Wirkung, ein Zweistellungs-Verteilerrelais, das mit einem Elektromagneten mit zyklischer Versorgung verbunden ist, eine erste Verbindungsleitung, die die Druokleitung mit dem Zylinder verbindet, eine zweite Verbindungleitung, die die erste Verbindungsleitung mit dem Verteilerrelais verbindet, und eine dritte Verbindungsleitung, die das Verteilerrelais mit dem Speicherbehälter verbindet,,auf, Di· erste Stellung des Verteilerrelais entspricht einem Verbinden der zweiten und der dritten Verbindungsleitungen, wobei die zweite Stellung des Verteilerrelais der Abtrennung der zweiten von der dritten Verbindungsleitung entspricht.

Vorteilhaft können weiter folgende Merkmale zusätzlich verwendet werden:

Eine in der Verbindung angeordnete Verengung, die duroh die zweite und die dritte .Verbindungsleitung und das Verteilerrelais in dessen erster Stellung gebildet iatj

ein weiterer Zylinder, um den Verteiler in seine.y zwei*· 4IaUiHt zurückzubringen, der mit der zweiten Verbindungeleitung zwlsohen der Verengung und einer weiteren Verengung an« geordnet ist, die zwisohen der Verbindung der zweiten Verbindungsleitung mit der ersten Verbindungeleitung und der genannten ersten Verengung angeordnet istj

eine elektrische Steuerung dee Regelgliede, die einen

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Sägezahnsignal-Generator mit einstellbarer Frequenz, einen Diskriminator mit zwischen Null und der Maximalamplitude der Sägezahnsignale einstellbarem Schwellenwert, und einen Leistungsverstärker aufweist, der ein zur Steuerung des Regelglieds geeignetes Signal liefert;

eine elektrische Steuerung, die zusätzlich einen Funktionsgenerator aufweist, der den Schwellenwert des Diskriminator gemäß einer vorgegebenen zeltabhängigen Funktion steuert; und

eine elektrische Steuerung dieser Art, bei der die Funktion f (kr Zeit t eine Exponentalfunktlon der Form

f - f_p (1 - e-^o) ist, wobei f und t Konstanten sind.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeisplele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Druckfluid-Quelle gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Änderung des tatsächlich nutzbaren Durchsatzes abhängig von der Zeit,

Fig. 3 ein AusfUhrungsbeispiel der zyklischen Steuerung der Quelle gemäß Flg. 1,

Flg. 4 bis 7 zeitabhängige Veränderungen von verschiedenen Spannungen, Strumen'und Durchsätzen - der Anordnung gemäß FIg* 3 bzw. der Quelle gemäß Flg. 1,

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Pig. O schernatisch ein anderes AusfUhrungsbeispiel eines Teils der Anordnung gemäß Fig. 3,

Fig. 9 die Abhängigkeit des DurcheatBiß Q^ abhängig von der Zeit t, der durch die gemäß Fig. 8 verlinderte Anordnung gemäß Fig. 3 erhalten wird.

In der schematischen Anordnung gemäß Fig. 1 sind dargestellt {

eine Pumpe 1 mit konstantem Durchsatz, ein Motor 2 zum Antrieb der Pumpe 1, ein Fluid-Speicherbehälter 3,

eine mit dem Speicherbehälter 3 verbundene Saugleitung 4 der Pumpe 1,

ein Nutzkreis 5,

eine Druckleitung 6 der Pumpe 1, die mit dem Nutzkreis 5 verbunden ist,

eine Rückschlagklappe oder ein Rückschlagventil 7, das in der Druckleitung 6 zwischen der Pumpe 1 und dem Nutzkreis 5 angeordnet ist und den Durchtritt des Fluids von der Pumpe 1 zum Nutzkreis 5 zuläßt,

eine RUckführleitung mit zwei Teilleitungen 8a, 8b, die die Druckleitung 6 mit dem Speicherbehälter 3 verbinden, wobei der eine Teil 8a einerseits mit dem Teil der Druckleitung 6 zwischen der Pumpe 1 und dem Rückschlagventil 7 verbunden ist und andererseits mit einem Zweistellungs-Verteiler 9 oder "Schieber verbunden ist und wobei der andere Teil 8b diesen Verteiler 9 mit dem Speicherbehälter 3 verbindet,

ein elastisches oder nachgiebiges RUckholglied 10, das am Verteiler 9 angebracht ist und diesen in dessen zweite

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Stellung zurückholt,

•Inen ersten RUokholzylinder 11, der die dem RUckholglled IO entgegengesetzte Wirkung besitzt und ebenfalls mit dem Verteiler 9 verbunden 1st,

eine erste Verbindungsmittel 12, die den ersten Zylinder 11 mit dem Teil der Druckleitung 6 zwisohen der Pumpe 1 und dem Rückschlagventil 7 verbindet,

ein Verteilerrelais 13 mit zwei Stellungen bzw, eine Verteiler-Steuereinriohtung,

ein Steuerungs-Elektromagnet 1,4, der mit dem Verteilerrelais 13 verbunden ist,

eine zweite Verbindungsleitung 15, die die erste Verbindungsleitung 12 mit dem Verteilerrelais 13 verbindet,

eine dritte Verbindungsleitung 16, die das Verteilerrelais 13 mit dem Speicherbehälter 3 verbindet,

eine Anordnung 17 zur zyklischen Steuerung des Elektromagneten 14, die mit dem Elektromagneten 14 über ein Kabel 18 verbunden ist,

eine erste Verengung 19 in einer Innenleitung 20 des Verteilerrelais 13* die die zweite Verbindungsleitung 15 mit der dritten Verbindungsleitung 16 verbindet, wenn das Verteilerrelais 13 in seiner ersten Stellung ist,

ein dritter Rückholzylinder 29, der mit dem Verteilerrelais 13 verbunden ist und entgegengesetzt zum Elektromagneten 14 wirkt,

eine den zv/eiten RUckholzylinder 29 mit der zweiten Veroindungsleitung 15 verbindende Leitung': 30 zwischen einer darin gebildeten Verengung 23 und dem Verteilerrelais 13,

diese zweite Verengung 23, die in der zweiten Verbindungsleitung 15 angeordnet ist,

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•In «weiter RUckholzylinder 2I₄ day mits dem Verteiler 9 verbunden let und ihn in seine zweite Stellung zurüokholt und über eine leitung 22 mit der zweiten Verbindungsleitung 15 zwiaohen der zweiten Verengung 23 und dem Verteilerrelais 13 verbunden 1st,

Der Verteiler 9 hat folgende Stellungen)

Bine erate Stellung zur Verbindung der Teilleitungen 8a und Ob und

eine zweite Stellung zum Verschließen oder Absperrten der Teilleitungen 8a und 8b,

Das Verteilerrelais 13 hat folgende Stellungen}

Bin· erste Stellung zur Verbindung der zweiten und der dritten Verbindungsleitung 15, 16 über die Leitung 20 und

eine zweite Stellung zum Verschließen dieser Verbindungsleitungen 15 und 16.

Fig. 2 zeigt die Änderung des Durohflusses oder Durchsatzes Q₇, der das Rückschlagventil 7 durchsetzt abhängig von der Zeit t. Der Verteiler 9 wird periodisch in seine erste Stellung gebracht und dann in seine zweite Stellung zurückgebracht gemäß dem weiter unten erläuterten Betrieb. Dabei sind dargestellt die Periode T des Steuerzyklus der Anordnung 17, der Bruchteil A der Periode T, während der der Verteiler 9 in seiner zweiten Stellung ist entsprechend dem Verschließen der Teilleitung 8a, wobei ein Verhältnis Π gebildet ist. Bei konstantem Durchsatz Q der Pumpe 1 und das Rückschlagventil 7 durchfließendem mittleren Durchsatz 0 ergeben sich folgende Beziehungen:

Π - A/T (1),

%- Q_c . η (2).

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Die Anordnung 17 fcur zyklischen Steuerung let gemäß der in Fig. 3 dargestellten Anordnung elektronischer Art und weist hintereinander auf:

Eine Quelle elektrischer Energie, die eine Potentialdifferenz V gegenüber Erde 2k bzw, Masse abgibt«

ein Sägezahnsignal-Generator 25,

ein Diskriminator 26 zur Verarbeitung der vom Generator 25 abgegebenen Signale,

eine Handsteuerung 27 des Schwellenwerts des Diskriminators 26, und

ein Leistungsverstärker 28 des vom Diskriminator 26 abgegebenen Signals zur Versorgung des Elektromagneten Ik,

Der Aufbau dieser verschiedenen Bauelemente ist relativ einfach und ergibt sich eindeutig aus der Zeichnung, weshalb eine ausführliche Beschreibung entbehrlich ist.

Die Pig« k, 5, 6 und 7 zeigen Xnderungen der Spannung V₂₅ des Generators 25 bzw. der Spannung V«g des Diskriminator 26 bzw. des Stroms I.u in den Elektromagneten Ik bzw. den Durchfluß oder Durchsatz Qg, der den Verteiler 9 durchsetzt abhängig von der Zeit t. ₀ wobei außerdem der mittels der Handsteuerung einstellbare Schwellenwert s des Diskriminator 26 dargestellt ist.

Es kann jedoch auch eine Weiterbildung der Anordnung gemäß Fig. 2 verwendet werden, die darin besteht, die Handsteuerung 27 durch eine automatische Steuerung zu ersetzen. Eine derartige in Flg. 8 dargestellte automatische Steuerung weist einen Umschalter mit zwei Stellungen 28a, 28b auf und erreicht eine exponentiell absinkende Steuerung des Schwellenwerts s

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des Diskriminators 26. Auf diese Weise wird, so lange der Umschalter in der Stellung 28a ist, ein Durchsatz Q₇ durch das Rückschlagventil 7 erreicht, derart, wie er in Fig. 9 dargestellt ist. Dieser Durchsatz Q₇ entspricht dabei

Q₇ - Q_c (1 - e-^fc/to) O), wobei t eine Zeitkonstante ist.

Wenn der Umschalter in seiner Stellung 28b ist, beträgt der Durchsatz Q₇ Null.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß den Fig. 1 bis wird im folgenden erläutert.

Der Sägezahnsignal-Generator 25 gibt sägezahnförmige Signale Vpj. (Fig. 4) ab, die den Diskriminator 26 versorgen, damit dieser abhängig vom Wert des Schwellenwerts s Rechtecksignale V"₂g (Fig. 5) erzeugt.

Der Erregerstrom I₁₂, des Elektromagneten 14 erregt diesen und bringt das Verteilerrelais 13 in dessen zweite Stellung, wenn diese von Null verschieden ist. Darüber hinaus entsprechen sich die Stellungen gleichen Rangs des Verteilers 9 bzw. des Verteilerrelais 1J>, wobei die erste Stellung des Verteilers 9 der ersten Stellung des Verteilerrelais 13 entspricht.

Daraus folgt, daß bei den Verteiler 9 durchsetzendem Durchsatz Qq folgende Gleichung (4) erfüllt wird:

Q₇ + Q₉ = Q_c
weil der Durchsatz Q. entweder durch das Rückschlagventil 7

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oder durch den Verteiler 9 fließt. Daraus ergibt sich nun entsprechend der Veränderungskurve des Durchsatzes Qq nach Fig. ιdie Veränderungskurve des Durchsatzes Q₇ gemäß Fig.

Mittels den Verengungen 19, 13 wird eine Betriebsinstabilität verhindert, die sich aus einer zyklischen Steuerung ergeben könnten. Es handelt sich lediglich um eine Dämpfung eines Sohwingungszustandes.

Der Durchsatz Q₇ gemäß Fig. 9 1st bei bestimmten Anwendungsfällen von Bedeutung wie bei der Steuerung der Drehung des Gestänges eines mit einem Gestänge versehenen Hydrauli kbaggers.

Selbstverständlich sind weitere AusfUhrungsbeispiele möglich, beispielsweise kann das Verteilerrelais vorteilhaft durch einen mit dem Elektromagneten verbundenen Stift gebildet sein, der sich bezüglich eines Sitzes verschiebt. Wenn er in Anlage auf dem Sitz durch die Wirkung des Elektromagneten iat, stellt der Stift Dichtheit sicher, wobei andererseits in der anderen Stellung der Stift vom Sitz herausgehoben 1st.

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Claims

Ansprüche

Druckfluid-Quelle mit veränderbarem Durchsatz,

mit mindestens einer Pumpe« deren Druckleitung mit einer Rückschlagklappe versehen 1st, die den Durchtritt des von der Pumpe kommenden Fluids ermöglicht, und

mit einem Speicherbehälter,

dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens eine der Pumpen (1) festen Hub besitzt, und

daß in einer Fluid-RUokführleitung (8a, 8b), die den Teil der Druckleitung (6) der Pumpe (1) mit festem Hub zwisohen der Pumpe (1) und dem Durchschlagventil (7) mit dem Speicherbehälter (3) verbindet, ein Zweistellungs-Verteller (9) angeordnet ist, der mit einer Einrichtung (10, 11, 13) zur zyklischen Steuerung oder Regelung seiner Stellung rwrpW&in durch die er von seiner ersten in seine zweite Stellung ge· braoht und dann in seine erste Stellung zurUckgebraoht wird., während eines Regelzyklus, wobei In seiner ersten Stellung die Kontinuität der RUckführleitung (8a, 8b) sichergestellt wird, wobei die Regeleinrichtung (13) eine elektrische Steuerung (14) aufweist zur Wahl des Verhältnisses (R) der Zeit (A) während eines Zyklus,während der der Verteiler (9) in seiner zweiten Stellung ist, zur Periode (T) des Zyklus auf einen Wert zwischen Null und Eins, wobei die elektrische Steuerung Ί4) der Regeleinrichtung getrennt und unabhängig von der Antriebseinrichtung (Motor 2) der Pumpe (1) mit festem Hub ist.
2. Quelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung aufweist:

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ORIGINAL INSPECTED

ein elastisches Rückholglied (10) des Verteilers (9) in seine zweite Stellung und einen ersten RUckholzylinder (11) des Verteilers (9) mit gegenüber dem elastischen Rückholglied (10) entgegengesetzter Wirkung,

ein Verteilerrelais (13) mit zwei Stellungen, das mit einem Elektromagneten (14) mit zyklischer Versorgung (Anordnung 17) verbunden ist,

eine erste Verbindungsleitung (12), die die Druckleitung (6) mit dem ersten RUckholzylinder (11) verbindet,

eine zweite Verbindungsleitung (15)* die die erste Verbindungsleitung (12) mit dem Verteilerrelais (13) verbindet, und

eine dritte Verbindungsleitung (16), die das Verteilerrelais (13) mit dem Speicherbehälter (3) verbindet,

wobei die erste Stellung des Verteilerrelais (13) der Verbindung der zweiten und der dritten Verbindungsleitung (15, 16) entspricht und wobei die zweite Stellung des Verteilerrelais (13) der Trennung oder Sperrung der zweiten und der dritten Verbindungsleitung (15, 16) entspricht.
3. Quelle nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verengung (19) in der Verbindung angeordnet ist, die durch die zweite und die dritte Verbindungsleitung (15, 16) und das in der ersten Stellung befindliche Verteilerrelais (13) gebildet ist.
4. Quelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Zylinder (21) vorgesehen ist, der das Rückholen des Verteilers (9) in seine zweite Stellung bewirkt und mit der zweiten Verbindungsleitung (15) zwischen der Verbindung (19) und einer weiteren Verbindung (23) verbunden ist, die

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zwischen dem Anschluß der zweiten Verbindungsleitung ander ersten Verbindungsleitung (12) und der ersten Verbindung (19) angeordnet ist.
5. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrische Steuerung der Regeleinrichtung aufweist: einen Sägezahnsignal-Generator (25) einstellbarer Frequenz,

einen Diskriminator (26) mit zwischen Null und der Maximalamplitude der Sägezahnsignale einstellbarem Schwellenwert (s) und

einen Leistungsverstärker (28) zur Abgabe eines zur Steuerung des Regelglieds (Elektromagnet 14) geeigneten Signals.
6. Quelle nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuerung weiter einen Punktionsgenerator (27, 28a) aufweist, der den Schwellenwert (s) des Diskriminators (26) gemäß einer zeitabhängigen Punktion steuert.
7. Quelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Zeit (t) abhängige Funktion (f) eine Exponentialfunktion der Form

f - ^fo ί¹ -

ist, wobei f_Q und t_Q Konstanten sind.

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