DE2851705C2

DE2851705C2 - Förderstrom-Druckregelungsvorrichtung für ein hydrostatisches Getriebe

Info

Publication number: DE2851705C2
Application number: DE2851705A
Authority: DE
Inventors: Jörg 8770 Lohr Dantlgraber
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1978-11-30
Publication date: 1983-08-11
Also published as: GB2037955A; FR2443000A1; FR2443000B1; IT1209148B; IT7927591A0; DE2851705A1; GB2037955B; JPS5576203A; CH641257A5

Description

a) mit einem an der Abflußseite des Hydraulikmotors angeordneten Stromregler (5) mit eigener Druckwaage,

b) mit einem Druckregelventil (13), dessen Ventilraum (13a,) über eine Zuflußleitung von der Hochdruckleitung (2) des Arbeitskreises mit Druck versorgt wird und das über eine Abflußleitung (24, 25) mit dem Tank (T2) verbunden ist und das weiterhin über eine Steuerdruckleitung (10, 1OaJ mit der Verstellvorrichtung (la, \b, 12) der Verstellpumpe (1) in Verbindung steht, wobei

c) Zu- und Abflußleitung über zwei Drosselstellen (16, 1-3/iJl wobei zumindest eine verstellbar ist von einem beweglichen Ventilglied (13c/ gebildet wird, miteinander in Strömungsverbindung bringbar sind und die Steuerdruckleitung (10, 10a,) zwischen diesen beiden Drosselstellen abzweigt wobei

d) der Steuerdruckraum (13£>Jdes Druckregelventils mit der Verbindungsleitung (4) zwischen Hydraulikmotor (3) und Stromregler (5) verbunden ist, sowie

e) mit einer vom Arbeitsdruck beaufschlagten DruckU-grenzungseinrichtung (11) für den Höchstdruck der Arbeitrflüssigkeit,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Druckbegrenzungseinrichtung als weiteres Druckregelventil (11) ausgebildet ist, wobei die Ventilräume (11a, 13a,) beider in etwa gleich aufgebauten Druckregelventile (11, 13) untereinander und über die Zuflußleitung (15) mit der Druckseite (2) der Verstellpumpe (1) verbunden sind.

2. Förderstrom-Druckregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckleitung (10) in den Ventilräumen (11a, 13a,) vor der von den Steuerkanten (lie, Wf, 13e, 13/? der Druckregelventile gebildeten Ablaufdrossel (11Λ, \Zh) abzweigt und die Zulaufdrossei (\b) als Konstantdrossel ausgebildet ist und mit Zunahme des Steuerspaltes (11Λ, Mh) der über die Steuerleitung (10) auf die Verstellvorrichtung (\b) wirkende Steuerdruck abnimmt mit entsprechender Verkleinerung des Fördervolumens der Verstellpumpe (1).

3. Förderstrom-Druckregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckleitung (10') nach der von den Steuerkanten (lie, Wf, 13e, 13/)der Druckregelventile gebildeten Zulaufdrossel (11Λ, \3h) abzweigt und die Ablaufdrossel (16') als Konstantdrossel ausgebildet ist und mit Zunahme des auf die Verstellvorrichtung wirkenden Steuerdruckes bei sich vergrößerndem Steuerspalt (11Λ. \3h)dev Druckregelventile sich das Fördervolumen der Verstellpumpe entsprechend verringert.

40 Die Erfindung betrifft eine Forderstrom-Druckregelungsvorrichtung für ein hydrostatisches Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zur Erzielung eines wirtschaftlichen Betriebes eines solchen hydrostatischen Getriebes ist es erforderlich, daß die Verstellpumpe den durch die Einstellung der Regelungseinrichtung festgelegten Förderslrom fördert, ohne daß deren Druck wesentlich größer ist, als er zur Oberwindung der an dem Hydraulikmotor angreifenden äußeren Last erforderlich ist. In bekannter Weise erfolgt dies dadurch, daß die Regeleinrichtung für den Förderstrom von einer einstellbaren Blende gebildet wird, die an der Austrittsseite des Hydraulikmotors angeordnet wind, und zur Konstanthaltung der an dieser Blende wirkenden Druckdifferenz, deren Austrittsseite mit der Federseite des Druckregelventils verbunden ist, so daß der Regelkolben federseitig nicht nur von der Kraft der Regelfeder, sondern auch noch zusätzlich vom Druck der Austrittsseite belastet ist Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Regelkolben vom Pumpendruck beaufschlagt Der Regelkolben befindet sich im Gleichgewicht, wenn der Pumpendruck dem am Ausgang der Blende herrschenden Druck zusätzlich der Federkraft entspricht. Die Federkraft bestimmt demnach die an der Blende wirksame Druckdifferenz. Somit wird das Regelventil die Verstelleinrichtung der Verstellpumpe derart beeinflußt, daß deren Fördermenge nach Verlassen des Hydraulikmotors am Eingang der Blende einen solchen Staudruck erzeugt, der rückwirkend an der Druckseite einen Druck erzeugt, der den am Ausgang der Blende wirkenden Druck und zusätzlich der am Regelkolben des Druckregelventils wirkenden Federkraft der Regelfeder die Waage hält. Das Druckregelventil bildet somit gemeinsam mit der Verstellvorrichtung der Verstellpumpe eine vorgesteuerte Druckwaage, wobei das Vorsteuerventil das Druckregelventil und die Druckwaage die Verstellvorrichtung bildet. Der erforderliche Pumpendruck ergibt sich somit aus der Summe des vom Hydraulikmotor geforderten Druckes und dem von der Regelfeder festgelegten an der Blende wirkenden Differenzdruck. Eine solche Förderstrom-Druck-Regelung arbeitet zwar sehr wirtschaftlich, aber auch sehr träge. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Rückführung des am Ausgang der Blende wirkenden Druckes zum Druckregelventil und die daran sich anschließende Einwirkung über das Druckregelventil auf die Verstellvorrichtung viel Zeit erfordert und demgemäß auch die Bremswirkung auf die bewegten Massen beeinträchtigt. In vielen Anwendungsfällen wird jedoch eine sehr schnelle Förderstromregelung und hohe Bremswirkung gefordert, beispielsweise bei Kunststoffmaschinen. Um eine schnelle Regelung zu erreichen, ist es bekannt, die Verstellpumpe über ein Druckregelventil arbeiten zu lassen, das auf den maximal zulässigen Systemdruck eingestellt ist und die Stromregelung unabhängig von der Verstelleinrichtung von einem Stromregler durchzuführen. Hierbei ergibt sich ein unwirtschaftlicher Betrieb, insbesondere wenn der Hydraulikmotor vorwiegend kleine weit unter dem am Druckregelventil eingestellten maximalen Druck liegende Drücke fordert.

Zur Erzielung einer Förderstrom-Druckregelung, die nicht nur wirtschaftlich arbeitet, sondern auch schnell anspricht und darüber hinaus eine hohe Bremswirkung auf die bewegten Massen gewährleistet und die äußere Leckage kompensiert, ist es durch die US-PS 25 48 146 weiterhin bekannt, den Steuerkolben des Steuerventils im mittleren Bereich auf beiden Seiten mit keilförmig

verlaufenden Feinsteuernuten zu versehen, die mit einer umlaufenden Steuernut im Gehäuse des Regelventils zusammenarbeiten, wobei der sich in der umlaufenden Gehäusesteuernut 37 einstellende auf die Verstelleinrichtung der Verstellpumpe wirkende Steuerdruck von der Stellung des Steuerkolbens bestimmt wird. Die Feinsteuernuten am Steuerkniben wirken hier gemeinsam mit der umlaufenden Nut 37 wie zwei gegenläufig sich verstellende Drosseln. Die Maximaldruckbegrenzung erfolgt bei dieser bekannten Vorrichtung durch einen zusätzlichen Betätigungskolben an der Verstelleinrichtung der Pumpe. Die Größe des Maximaldruckes ergibt sich aus der wirksamen Fläche des Betätigungskoibens in Verbindung mit einer der Kraft des Betätigungskolbens entgegengerichteten Kraft der Vorspannfeder. Die Einstellung des Maximaldruckes läßt sich somit bei dieser bekannten Ausführung bestenfalls durch eine Änderung der Vorspannung der Feder eireichen. Da die Vorspannung dieser Feder gleichzeitig den Druck zwischen Motor und Stromregler festlegt, würde eine solche Änderung gleichzeitig den Regelbereich sowie die Ansprechempfindlichkeit und Stabilität der Regelung mit beeinflussen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optimale Einstellung der Regelung für jeden geforderten Maximaldruck des Getriebes sicherzustellen und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, daß sowohl der Regeldruck zwischen Hydromotor und Stromregler als auch der Maximaldruck zwischen Pumpe und Hydromotor auf einen gemeinsamen Betätigungskolben wirken können, so daß die erweiterte Regelung keine konstruktive Änderung der Pumpe erfordert.

Dies wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.

In dem Buch »Bauelemente der ölhydraulik«, Teil I, Otto Krausskopf-Verlag, 1974, sind auf Seite 144 im Bild 12 Druckregler gezeigt, bei denen über ein Zuschaltventil das Steueröl dem Stellgerät der Pumpe zugeführt wird, wobei der Druckaufbau zur Verstellung der Pumpe durch eine nachgeschaltete Drossel erzielt wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Schaltschemata, die die Zeichnung in den F i g. 1 und 2 zeigt, beschrieben.

In dem Echaltschema nach Fig.; ist mit 1 die als Flügelzellenpumpe ausgebildete Verstellpumpe mit den Verstellkolben la, Xbbezeichnet. Die Hochdruckleitung 2 führt zum Hydraulikmotor 3, dessen Abflußleitung 4 mit dem Eingang 5a e'm^-, Stromreglers 5 mit eigener Druckwaage verbunden ist. Vom Ausgang 5b des Stromreglers 5 führt eine Leitung 6 zum Tank Tl.

Über die mit dem Tank T in Verbindung stehende Saugleitung 7 saugt die Verstellpumpe 1 die Arbeitsflüssigkeit an. Der Verstellkolben la weist eine kleinere vom Druck zu beaufschlagende Druckfläche auf als der in die Gegenrichtung wirkende Verstellkolben 1 b.

Der Verstellkolben la steht über die Steuerleitung 9 mit der Hochdruckleitung 2 in Verbindung und wird damit vom Pumpendruck dauernd beaufschlagt. Der Verstelikolben la belastet den Laufring ic der Verstellpumpe in Richtung kleinerer Fördermenge. Der Verstellkolben \b, der den Laufring Ic in Richtung größerer Fördermenge belastet, wird über die Steuerleitung 10 vom Regeldruck des Druckregelventils 11 bzw. über den Leitungsabschnitt 10a und den Ventilraum Ua des Druckregelventils Ii "oin Regeldruck des Druckregelventils 13 beaufschlagt und zusätzlich durch die Kraft der Druckfeder 12. Der Leitungsabschnitt 10a, der die Ventilräume 11a, 13a der Druckregelventile 11, 13 miteinander verbindet, steht über die Zuflußleitung 15 mit Drosselstelle 16 mit der Hochdruckleitung 2 der Verstellpumpe in Verbindung. Der Steuerdruckraum HZ» des Druckregelventils 11 steht über den Leitungsabschnitt 18 mit der Zuflußleitung 15 in Verbindung. Das als Regelkolben ausgebildete Ventilglied Hc des

ίο Druckregelventils wird somit unmittelbar vom Pumpendruck beaufschlagt und ist damit gegen die in Gegenrichtung auf ihn wirkende Druckkraft der Regelfeder 20 belastet
Der Steuerdruckraum 136 des Druckregelventils 13

i-> steht über die Leitung 21 mit der Verbindungsleitung 4 zwischen Hydraulikmotor 3 und Stromregler 5 und damit mit dem Eingang 5a des Stromreglers 5 in Verbindung. Somit wird der Steuerdvuckraum 136 von dem am Eingang 5a des Stromreglers herrschenden

;o Druck beaufschlagt Dieser Druck wirkt am Ventilglied 13c gegen die Kraft der Regelfeder Tl Solange dieser Druck nicht der von der Regelte/Ier 22 auf das Ventilglied ausgeübten Kraft entspricht, verbleibt dieses in der gezeigten Schließstellung, in der der Ventilraum

>5 13a von dem Ringraum 13c/, der über den Leitungsabschnitt 24 und den Ringraum Wddes Druckregelventils 11 sowie über die Tankleitung 25 mit dem Tank T2 verbunden ist, unterbrochen. Sobald dieser Druck die Kraft der Regelfeder überwindet, verschiebt sich das Ventilglied 13c in Richtung der Repelfeder 22 und verbindet über den von dessen Steuerkante 13e und der Steuerkante 13/ im Gehäuse \3g gebildeten eine verstellbare Drosselstelle bildenden Steuerspalt 13Λ den Ventilraum 13a mit dem Ringraum 13t/ und damit mit

r, dem Tank Ti. Die Folge davon ist, daß in Strömungsrichtung des Steueröls gesehen — hinter der die Zulaufdrossel bildenden konstanten Drosselstelle 16 der Steuerdruck mit größer werdenden von den beiden Steuerkanten \3f, \3g gebildeten eine verstellbare Ablaufdrossel bildenden Steuerspalt 13Λ abnimmt.

Da dieser Steuerdruck auf den Verstellkolben \b wirk', wird in Abhängigkeit von dessen Größe die Fördermenge der Verstellpumpe 1 derart nachgestellt, daß im Steuerdruckraum 136 des Druckregelventils der

4Ί Steuerdruck den an der Regelfeder 22 eingestellten Wert nicht überschreitet. Dies gilt aucii für das den maximalen Pumpendruck festlegende Druckregelventil 11, dessen Steuerdruckraum 116 über die Zuflußleitung 15 mit der Hochdruckleitung 2 in Verbindung steht.

Vi Das Druckregelventil 13 ist mittels der Regelfeder 22 auf einen Regeldruck eingestellt, der mit Sicherheit dem Ansprechdruck des Stromreglers 5 entspricht. Der einzustellende Druck bewegt sich in der Größenordnung von 8—15 bar. Demnach muß die Verstellpumpe

jj derart angestellt werden, daß sie den durch die Einstellung des Stromreglers festgelegten Förderst.-om liefert, und zwar mit einem Druck, der um den Betrag des am Druckregelventil 13 eingestellten Druckes höher liegt, als der vom Hydraulikmotor 3 zur Überwindung

Di) der an diesem angreifenden äußeren Last erforderliche Druck. Übersteigt dieser am Pumpenaustritt in der Hochdruckleitung 2 herrschende Gesamtdruck den am Druckregelventil 11 mittels der Regelnder 20 eingestellten Regeldruck, tritt dieses in Tätigkeit, indem der

vj von der Steuerkante He des Ventilgliedes lic und der Steuerkante 11 /"des Cihäus^s Umgebildete die weitere Ablaufdrossel bildende Steuerspalt ΠΛ eine solche Größe annimmt, daß der hierbei sich einstellende

Steuerdruck über den Verstellkolben \b die Verstellpumpe soweit in Richtung kleinerer Fördermenge verstellt, daß der an diesem Druckregelventil eingestellte Pumpendruck nicht überschritten wird. Dadurch wird der am Stromregeleingang 5a herrschende Staudruck kleiner als der am Druckregelventil 13 eingestellte Druck, so daß letzteres seine Schließstellung einnimmt und für den weiteren Regelvorgang außer Funktion ist. Das Druckregelventil 51 ist demnach dem Druckregelventil 13 übergeordnet. Erst wenn das Druckregelventil 11 wieder durch Fallen des Pumpendruckes seine Schließstellung einnimmt und die Verbindung zwischen dem Ventilraum 11a und dem Ringraum lic/ durch Überdecken der beiden miteinander zusammenwirkenden den Steuerspalt 11Λ und damit die Ablaufdrossel bildenden Steuerkanten lic, 11 /"von Ventilglied Ilcund Gehäuse 1 ^unterbrochen ist, tritt das Druckregelventil 13 wieder in Funktion und damit auch der den Fördcrstrom TeStIe⁰^nCIe Siromrc'ler, "nd ⁷w^{ar |i}n^a^- hängig vom jeweiligen Pumpendruck, soweit dieser die von den beiden Druckregelventilen festgelegten Grenzwerte nicht unter- und überschreitet. Der Förderstrom läßt sich durch entsprechende Einstellung des Stromreglers 5 in Richtung kleinerer Fördermenge, unabhängig von finer gleichzeitigen Betätigung der Verstellvorrichtung der Verstellpumpe, verändern. Die Nachregelgeschwindigkeit der Pumpe auf diese neue Fördermenge hat somit auf die Einstellgeschwindigkeit der Fördermenge durch den Stromregler keinen Einfluß. Dadurch, daß der Stromregler weitgehend druckunabhängig die eingestellte Durchflußmenge konstant hält, wird die Bremswirkung auf die bewegten Massen von Hydraulikmotor und die mit diesen verbundenen Antriebseinheiten bei sich änderndem Druck nicht beeinträchtigt. Außerdem kann die über die Leckölleitung 3a nach außen abströmende Leckflüssigkeit des Hydraulikmotors dessen von dem Stromregler festgelegte Drehzahl

nicht beeinflussen.

Bei dem Schaltschema nach F i g. 2 wird die Steuerfliissigkeit den Ventilräumen I la. 13.7 der Druckregelventile 11,13 ohne Zwischenschaltung einer Zulaufdrossel über die Zuflußleitung 15 und dem Leitungsabschnitt 10a zugeführt. Die von den Steuerkanten He. 11/"und I3e, 13/von Ventilgliedern lic. \3c und Gehäuse i\g, 13^ gebildeten Steuerspalte 11Λ. 13Λ bilden somit verstellbare Zulaufdrosseln, die über die Ringräume lic/, 13c/und den Abflußleitungen 24, 25 mit der festeingestellten Ablaufdrossel 16' in der zum Tank T₂ führenden Abflußleitung 25 zusammenarbeiten. Der Steuerdruck zur Anstellung der Verstellpumpe 1 über den Verstellkolben \b der Verstellvorrichtung wird zwischen den Steuerspalten 1ΙΛ, 13// der Druckregelventile 11,13 und der als Konstantdrossel ausgebildeten Ablaufdrossel 16' abgenommen und über die Steuerdruckleitung 10' dem größeren Verstellkolben \b zugeführt. Hierbei vergrößert sich der Steuerdruck mit der Zunahme der Steuerspalte 11Λ, 13Λ im Gegensatz zu der Regelung nach F i g. I, bei der sich der Steuerdruck mit Zunahme der Steuerspalte verringert. Demgemäß greift die die Verstellpumpe auf maximale Fördermenge belastende Feder 12' auf der gegenüberliegenden Seite des größeren Verstellkolbens l£>am Hubring lean, und der kleinere dauernd unter Pumpendruck stehende Versteilkolben la belastet die Pumpe ebenfalls in Richtung größerer Fördermenge im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Das Regelergebnis ist bei beiden Ausführungsbeispielen das gleiche.

Anstelle eines Hydraulikmotors kann selbstverständlich auch ein Arbeitszylinder einen Teil des hydrostatischen Getriebes bilden. In diesem Falle wird jeweils die aus dem betreffenden Zylinderraum ausgestoßene Arbeitsflüssigkeit über den Stromregler 5 zum Tank Ti geleitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

20 30 Patentansprüche:

1. Förderstrom-Druckregelungsvorrichtung für ein aus einer Verstellpumpe (1) und Hydraulikmotor (3) bestehendes hydrostatisches Getriebe,