DE3340332C2 - Leistungs-Regelvorrichtung für einen hydrostatischen Antrieb mit Fördermengeneinstellung - Google Patents
Leistungs-Regelvorrichtung für einen hydrostatischen Antrieb mit FördermengeneinstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungs-Regeivorrichtung für einen hydrostatischen Antrieb im offenen
Kreislauf mit einer Stelleinrichtung für das Förder-
65 volumen der Hydropumpe des Antriebs, bestehend aus einem von einem Stelldruck beaufschlagbaren Stellkolben,
der sich gegen eine Wegmeßfeder abstützt, deren andere Seite auf den Steuerschieber eines Leistungsventiles
wirkt, welches den auf den Stellkolben wirkenden Stelldruck steuert und bei welchem der Steuerschieber
gegen die Kraft der Wegmeßfeder von dem Druck des Arbeitsmediums des Getriebes beaufschlagt ist.
Derartige Leistungs-Regelvorrichtungen sind allgemein
bekannt Für die gleichzeitige abhängige Regelung mehrerer Pumpen ist eine derartige Regelvorrichtung
beispielsweise in der DE-AS 20 38 968 beschrieben. Eine solche Regelvorrichtung ist auch für die Regelung
einer einzelnen Pumpe geeignet
Normalerweise werden leistungs- oder druckgeregelte, verstellbare Hydropumpen durch Federsysteme oder
durch die auf den Stellkolben der Stelleinrichtung wirkende Feder auf maximales Fördervolumen eingestellt
gehalten. Mit steigendem Druck des durch die Hydropumpe geförderten Arbeitsmediums wird die Hydropumpe
mittels eines geeigneten Regelsystems, beispielsweise einer Regelvorrichtung der vorstehend als bekannt
genannten Art, entsprechend der Regelcharakteristik der Vorrichtung auf kleineres Fördervolumen gestellt.
Das bedeutet, daß auch dann, wenn die volle Fördermenge der Hydropumpe für den durch den hydrostatischen
Antrieb angetriebenen Verbraucher nicht benötigt wird, die maximale Fördermenge von der Hydmpumpe
gefördert wird. So einstehen erhebliche Verluste durch nicht benötigtes Fördern der maximalen Fördermenge
der Hydropumpe eines solchen hydrostatischen Antriebes.
Insbesondere bei durch derartige hydrostatische Antriebe angetriebene Bau- und Erdbewegungsmaschinen
kommt es heute mehr denn je darauf an, daß die gestellten Forderungen mit dem geringsten Aufwand an Energie
erfüllt werden. Die installierte Leistung muß kraftstoffsparend maximal genützt werden können. Dazu ist
es aus Z. »Der Konstrukteur« 3/1983, Seite 109 ff., bekannt, eine Begrenzung des maximalen Förderstromes
der Hydraulikpumpe vorzusehen, um mit Teilgeschwindigkeit fördern zu können. Durch einen zusätzlichen, auf
den Meßkolben der leistungsgeregelten Pumpe wirkenden Kolben und einen darauf wirkenden variablen Steuerdruck
wird die Pumpe auf jeden beliebigen Förderstrom unterhalb der Regelkurve eingestellt.
Die nachstehend erläuterte Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei hydrostatischen Antrieben
im offenen Kreislauf, wie sie beispielsweise für Bagger, Krane oder andere Baumaschinen verwendet werden,
der beidseitig jeweils mit Arbeitsmedium beaufschlagbare Arbeitskolben zur Hin- bzw. Herbewegung eines
Verbrauchers bisher in beiden Bewegungsrichtungen hinsichtlich der vom hydrostatischen Antrieb bzw. dessen
Hydropumpe aufgebrachter Leistung gleich behandelt wurden. Mit anderen Worten wird bisher von der
Hydropumpe auch bei Rückbewegungen des oder der Verbraucher die volle Leistung aufgebracht, obwohl sie
für diese Bewegungen nicht benötigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungs-Regeivorrichtung
der eingangs genannten Art so mit einer Fördermengeneinstellung zu kombinieren, daß bei Her- bzw. Rückstellbewegungen eines von dem
hydrostatischen Antrieb angetriebenen Verbrauchers keine Verlustleistung durch Förderung eines zu großen,
nicht benötigten Fördervolumens aufgebracht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Leistungs-Regeivorrichtung der eingangs genannten Art dadurch ge-
kennzeichnet, daß im lastlosen Zustand der Hydropumpe
der Steuerschieber gegen die Wegmeßfeder in Schaltstellung »minimales Fördervolumen« vorgespannt
ist, daß dem Steuerschieber ein Steuerkolben zugeordnet ist, der gegen die Kraft der Wegmeßfeder
an dem Steuerschieber durch eine Druckfeder in Anlage gehalten ist, und die Druckfeder den Steuerschieber in
Richtung der Schaltstellung »minimal^ Fördermenge« der Hydropumpe hält, wobei der Steuerkolben eine erste
Kolbenfläche aufweist, die gegen die Kraft der Druckfeder mit einem die Leistungsaufnahme eLies
vom hydrostatischen Antrieb angetriebenen Verbrauchers bestimmenden, einstellbaren Steuerdruck beaufschlagbar
ist, und der Steuerkolben eine zweite Kolbenfläche aufweist, die in Richtung der Kraft der Druckfeder
mit einem Rückstelldruck beaufschlagbar ist der einem vorgegebenen Arbeitsdruck bei einer Rückbewegung
des Verbrauchers mit verminderter Leistungsaufnahme entspricht.
Im lastlosen Zustand der Hydropumpe den Steuerschieber
des Leistungsventiles gegen die Wegmeßfeder in Schaltstellung »minimales Fördervolumen« vorzuspannen,
ist an sich bekannt. Dieses Vorspannen des Steuerschiebers gegen die Kraft der Wegmeßfeder
kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch eine den Stellkolben der Stelleinrichtung in Richtung
minimaler Fördermenge der Hydropumpe vorspannende Feder oder durch Ausführung des Stellkolbens
als zweiseitig beaufschlagbarer Kolben mit unterschiedlichen Kolbenflächen, so daß durch einen der minimalen
Fördermenge entsprechender Stelldruck auf Tdie größere der beiden Kolbenflächen wirkt und den
Stellkolben in Richtung minimaler Fördermenge hält. Zusätzlich ist aus dem Buch »Bauelemente der ÖI-hydraulik«
Teil 1, Krausskopf-Taschenbücher »ölhydraulik und pneumatik« bei einer Leistungs-Regelvorrichtung
auch noch eine druckabhängige Förderstrom-Steuervorrichtung vorgesehen. Damit kann der Förderstrom
unterhalb der Regelkurve eingestellt werden und auch von einer minimalen Förderstromeinstellung ausgegangen
werden. Der eingestellte Förderstrom behält aber seine eingestellte Größe unabhängig vom jeweils
herrschenden Arbeitsdruck und vor allen Dingen wird nicht unterschieden, welche Bewegungen der Verbraucher
ausführt.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Zuordnung eines Steuerkolbens mit Druckfeder zum Steuerschieber
des Leistungsventiles ist es auf einfache Weise möglich, zum eiren die Hydropumpe in Abhängigkeit
von dem einstellbaren Steuerdruck — wie an sich aus dem vorgenannten Buch bekannt — eines von dem hydrostatischen
Antrieb angetriebenen Verbrauchers Volumen zu steuern, das heißt hinsichtlich der Fördermenge
einzustellen. Der einstellbare Steuerdruck des Verbrauchers wird dazu auf die erste Kolbenfläche des
Steuerkolbens gegen die Druckfeder gegeben. Zum anderen ist die Möglichkeit geschaffen, den Förderstrom
der Hydropumpe in Abhängigkeit vom Fülldruck für die Her- bzw. Rückbewegung am Hydromotor des hydrostatischen
Antriebes zurückzustellen, so uaß von der Hydropumpe bei einer Rückbewegung des Verbrauchers
keine nicht benötigte Leistung aufgebracht wird. Dies geschieht dadurch, daß der Rückstelldruck auf die
zweite Kolbenfläche des Steuerkolbens in Richtung der Kraft der Druckfeder gegeben wird. Der der Erfindung
zugrundeliegende Gedanke besteht also darin, den Rückstelldruck als Meßgröße für die Fördermengeneinstellung
bzw. Fördermengenrückstellung der Hydropumpe auszunutzen.
Ist der Hydromotor des hydrostatischen Antriebes als beidseitig jeweils mit Arbeitsmedium beaufschlagbarer
Arbeitskolben zur Hin- bzw. Herbewegung eines Verbrauchers ausgebildet, ist eine zweckmäßige Ausgestaltung
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mit der Arbeitsdruckleitung zur Zuführung von Arbeitsmedien
für eine Her- oder Rückbewegung des Verbrauchers zum Arbeitskolben ein Regelventil verbunden ist.
ίο welches in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck in der Arbeitsdruckleitung
zum Arbeitskolben für eine Hinbewegung des Verbrauchers öffnet und den Arbeitsdruck für
die Rückbewegung des Verbrauchers als Rückstelldruck auf die zweite Kolbenfläche des Steuerkolbens
gibt. Das den Rückstelldruck auf den Steuerkolben gebende Regelventil wird somit vom Arbeitsdruck des Arbeitsmediums
für die Hinbewegung am Hydromotor gesteuert Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist dadurch
gekennzeichnet, daß in der Arbeitsdruckleitung zur Zuführung von Arbeitsmedium für eine Hin- bzw. Vorbewegung
des Verbrauchers zum Arbeitskolben ein zum Arbeitskolben hin öffnendes Rückschlagventil mit dazu
parallel liegender Drosselstelle angeordnet ist und die vor und nach der Drosselstelle auftretende Druckdifferenz
beim Her- oder Rückbewegen des Arbeitskolbens als Stelldruck für das Öffnen des Regelventil benutzt
wird.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt schematisch einen hydrostatischen Antrieb mit Leistungs- und Fördermengenregelung.
Der hydrostatische Antrieb umfaßt zwei durch eine nicht dargestellte Antriebsmaschine über ein Getriebe 1
angetriebene Hydropumpen 2 (es können auch eine oder mehrere Pumpen vorgesehen sein) und einen aus
zwei doppelseitig beaufschlagbaren Arbeitskolben 3 bestehenden Hydromotor (es kann auch nur ein oder auch
mehrere Arbeitskolben vorgesehen sein). Die Hydropumpen 2 und die Arbeitskolben 3 sind in einem offenen
Kreislauf über Arbeitsdruckleitungen 4 als hydrostatischer Antrieb verbunden, wobei bei der gezeigten Ausführungsform
die rechte Hydropumpe 2 in eine andere, einen nicht dargestellten Verbraucher speisende Arbeitsdruckleitung
5 fördert. In der zu den Arbeitskolben 3 führenden Arbeitsdruckleitung 4 ist eine insgesamt
mit 6 bezeichnete Regeleinrichtung bekannter Art angeordnet, welche hier nicht näher beschrieben wird, da
bekannt und für die Erfindung nicht wesentlich. Die Regeleinrichtung 6 wird durch eine aus Wegeventilen 7
bestehende Gebereinrichtung 7 mit einem Steuerdruck in den Leitungen 8, 9 angesteuert, um in bekannter, für
die Erfindung nicht wesentlicher Weise die Zufuhr von Arbeitsdruckmedium zu den Arbcilskolben 3 zu steuern
und deren Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung vorzugeben. Die Wegeventile in der Gebereinrichtung 7
werden zur einstellbaren Vorgabe der gewünschten Steuerdrücke für die einzelnen Verbraucher in bekannter
Weise mit Steuerdruckmittel durch eine Leitung 10 versorgt, welche Steuerdruckmittel von einer von dem
Getriebe 1 angetriebenen Hilfspumpe 11 liefert.
Die Stelleinrichtung für die Einstellung der Fördermenge der Hydropumpe bzw. Hydropumpen 2 mit
druckabhängiger Leistungsregelung umfaßt einen zweiseitig über Steuerleitungen 12, 13 beaufschlagbaren
Stellkolben 14, welcher mit den Stellhebeln für die Einstellung des Fördervolumens der Pumpen 2 über eine
Stange 15 formschlüssig gekoppelt ist. Mit 16 ist ein
Leistungsventil bezeichnet, dessen Steuerschieber 17 einerseits von einer Wegmeßfeder 18 beaufschlagt ist,
welche an der Stange 15 bzw. dem Stellkolben 14 zur Erfassung des Stellweges bzw. der Fördervolumeneinstellung
der Pumpen dient. An dem Steuerschieber 17 des Leistungsventiles 16 liegt andererseits ein Steuerkolben
19 an. Auf der gleichen Seite des Steuerschiebers 17 sind Steuerflächen 20, 21 gebildet, welche über Leitungen
22, 23 mit den Arbeitsdruckleitungen 4, 5 verbunden sind. Der Steuerkolben ist gegen den Steuerschieber
17 durch eine Druckfeder 24 vorgespannt, welche die Kraft der Wegmeßfeder 18 übersteigt und diese
überdrucken kann. Der Steuerkolben 19 weist eine erste Kolbenfläche 25 auf, die über eine Leitung 26 mit dem
höchsten der einstellbaren Steuerdrücke an den Wegeventilen der Gebereinrichtung 7 beaufschlagbar ist und
die gegen die Druckfeder 24 wirkt. Der Steuerkolben JS
weist eine zweite Kolbenfläche 27 in Richtung der Druckfeder 24 auf, welche über eine Druckleitung 28
mit einem Regelventil 29 verbunden ist, welches auch in Zwischenstellungen ansteuerbar ist und als regelbares
2/2-Wegeventil bezeichnet werden kann.
Das Regelventil 29 verbindet in seiner geöffneten Stellung die Druckleitung 28 mit der Arbeitsdruckleitung
30, welche zu den Zylinderräumen 31 der Arbeitskolben 3 führt, welche der kleineren Kolbenfläche der
Arbeitskolben 3 für die Her- bzw. Rückbewegung des durch den oder die Arbeitskolben angetriebenen Verbrauchers
zugeordnet sind. Die den größeren Kolbenflächen der Arbeitskolben 3 zugeordneten Zylinderräume
32 sind mit einer Arbeitsdruckleitung 33 verbunden, in welcher sich ein zu den Zylinderräumen 32 öffnendes
Rückschlagventil 34 mit parallel liegender einstellbarer Drosselstelle 35 angeordnet ist Der Schieber des Regelventiies
29 wird einerseits über eine Steuerleitung 36 mit der Arbeitsdruckleitung 33 für die Hinbewegung
der Arbeitskolben 3 nach der Drosselstelle 35 verbunden, und andererseits ist der Schieber des Regelventiles
29 über ein Wechselventil 37 und eine Steuerleitung 38 entweder mit der Arbeitsdruckleitung 33 oder über eine
Leitung 39 mit der Arbeitsdruckleitung 30 für die Rückbewegung der Arbeitskolben 3 verbunden.
Der durch das Leistungsventil 16 in den zu den Zylinderräumen des Stellkolbens 14 führenden Steuerleitungen
12 und 13 einstellbare Stelldruck wird bei der gezeigten Ausführungsform über Rückschlagventile 40,41
aus den Arbeitsdmckleitungen 4,5 abgeleitet Das Stelldruckmittel
für die Einstellung des Stelldruckes könnte auch aus der von der Hilfspumpe 11 kommenden Leitung
10 abgezweigt sein. Es sei weiter darauf hingewiesen, daß die Funktion der Druckfeder 24 auch durch die
Wirkung eines in den Zylinderraum vor der zweiten Kolbeniläche 27 abgeschalteten Hiifsdruckes übernommen
sein kann.
Die Funktion der vorbeschriebenen Regeleinrichtung ist folgende:
Bei Stillstand, das heißt nicht angetriebenen Hydropumpen
Z sind diese durch Verschiebung der Stange 15 in der Zeichnung nach links unter der Kraft der Feder 24
auf maximales Fcrdervolumen eingestellt, da auf den Stellkolben 14 keine Stelldrücke wirken. Werden die
Hydropumpen 2 durch die nicht dargestellte Antriebsmaschine und das Getriebe 1 angetrieben, baut sich
über die Arbeitsdruckleitungen 4 bzw. 5 und die Rückschlagventile 40 bzw. 41 in den Steuerleitungen 12, 13
ein Stelldruck auf, welcher den Stellkolben 14 und damit die Stange 15 unter Zusammendrückung der Wcgmeßfcdcr
18 nach rechts in der Zeichnung bewegt, da die Kolbenfläche auf der linken Seite des Stellkolbens 14
größer ist als auf der rechten Seite. Der Steuerschieber 17 des Leistungsventiles 16 bleibt in der gezeigten Stellung
nach links, das heißt Umlauf des Stelldruckmittels in den Leitungen 12, 13. Die Druckfeder 24 hält den
Steuerschieber 17 in der angegebenen linken Stellung gegen die Kraft der zusammengedrückten Wegmeßfeder
18. Beide Pumpen sind auf minimale Fördermenge zurückgestellt. Beim Zuschalten eines Verbrauchers
(Arbeitskolben 3) an der Gebereinrichtung 7 wird der Stelldruck für das Zuschalten des Verbrauchers über die
Leitung 26 auf die erste Kolbenfläche 25 des Steuerkolbens 19 gegeben. Dieser Stelldruck wirkt der Druckfeder
24 entgegen und schwächt deren Wirkung auf den Steuerschieber 17, so daß sich der Steuerschieber 17 in
der Zeichnung nach rechts bewegen kann unter Freigabe des StcHdruckrnittels in der Leitung 12 zum Ablauf,
so daß durch Überwiegen des Stelldruckes in der Stelldruckleitung 13 der Stellkolben 14 in der Zeichnung
nach links in Richtung größerer Fördermenge der Hydropumpen verstellt wird. Abhängig vom den Verbraucher
ansteuernden Steuerdruck werden also die Hydropumpen fördermengengesteuert und auf Leistung gefahren.
Die Grenzleistungsregelung der Hydropumpen 2 erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß der Arbeitsdruck
in den Arbeitsdruckleitungen 4 und/oder 5 über die jeweiligen Leitungen 22,23 auf die Steuerflächen 20 und/
oder 21 am Steuerschieber 17 wirkt und den Steuerschieber 17 gegen die Kraft der Wegmeßfeder 18 in die
in der Figur linke Stellung bewegt, so daß sich ein Stelldruck in der Stelldruckleitung 12 aufbaut, welcher den
Kolben 14 nach rechts in Richtung kleinerer Fördermenge der Pumpen bewegt. Die Wegmeßfeder 18 wirkt
hier also als Leistungsmeßfeder. Diese Leistungsregelung hat Vorrang vor der vorstehend beschriebenen
Fördervolumenregelung, da im Falle der einsetzenden Leistungsregelung der Steuerschieber 17 von dem Steuerkolben
19 abgehoben wird.
Wird durch Einstellung an der Gebereinrichtung 7 und entsprechender Einstellung an der Regeleinrichtung
6 der Verbraucher (Arbeitskolben 3) durch entsprechende Speisung der Arbeitsdruckleitung 30 mit
Arbeitsdruckmittel auf Rückbewegung gestellt, wird für diese Rückbewegung aus praxisbezogener Erfahrung
weniger Leistung von dem hydrostatischen Antrieb benötigt. Das Zurückdrücken erfolgt unter Abbau des Arbeitsdruckes
in der Leitung 33. Dadurch wird das Regelventil 29 geöffnet und der Arbeitsdruck in der Arbeitsdruckleitung
30 für die Rückstellbewegung gelangt über die Leitung 28 in den Zylinderraum vor der zweiten
Kolbenfläche 27 des Steuerkolbens 19. Die Kraft der Feder 24 wird unterstützt, der Steuerschieber 17 des
Leistungsventiles 16 wird nach links bewegt, so daß die Hydropumpen 2 in Richtung kleinerer Fördermenge
entsprechend der vorbeschriebenen Leistungsregelung verstellt werden. Es wird nur noch soviel Arbeitsmedium
gefördert, daß der für die Rückbewegung erforderliche Druck in den Zylinderräumen 31 der Arbeitskolben
3 aufrechterhalten wird. Leistungsverluste durch das Fördern nicht benötigter Mengen von Arbeitsdruckmittel
während des Rückstellvorganges sind vermieden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Leistungs-Regeivorrichtung für einen hydrostatischen
Antrieb im offenen Kreislauf mit einer Stelleinrichtung für das Fördervolumen der Hydropumpe
des Antriebs, bestehend aus einem von einem Stelldruck beaufschlagbaren Stellkolben, der sich
gegen eine Wegmeßfeder abstützt, deren andere Seite auf den Steuerschieber eines Leistungsvent'les
wirkt, welches den auf den Steilkolben wirkenden Stelldruck steuert und bei welchem der Steuerschieber
gegen die Kraft der Wegmeßfeder von dem Druck des Arbeitsmediums des Getriebes beaufschlagt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß im lastlosen Zustand der Hydropumpe (2) der Steuerschieber
(17) gegen die Wegmeßfeder (18) in Schaltstellung »minimales Fördervolumen« vorgespannt
ist, daß dem Steuerschieber (17) ein Steuerkolben (19) zugeordnet ist, der gegen die Kraft der
Wegmeßfeder (18) an dem Steuerschieber (17) durch eine Druckfeder (24) in Anlage gehalten ist, und die
Druckfeder (24) den Steuerschieber (17) in Richtung der Schaltstellung »minimale Fördermenge« der
Hydropumpe (2) hält, wobei der Steuerkolben (19) eine erste Kolbenfläche (25) aufweist, die gegen die
Kraft der Druckfeder (24) mit einem die Leistungsaufnahme eines vom hydrostatischen Antrieb angetriebenen
Verbrauchers bestimmenden, einstellbaren Steuerdruck beaufschlagbar ist, und der Steuerkolben
(19) eine zweite Kolbenfläche (27) aufweist, die in Richtung der Kraft der Druckfeder (24) mit
einem Rückstelldruck beaufschlagbar ist, der einem vorgegebenen Arbeitsdruck bei einer Rückbewegung
des Verbrauchers mit verminderter Leistungsaufnahme entspricht.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 bei einem hydrostatischen Antrieb mit einem beidseitig jeweils
mit Arbeitsmedien beaufschlagbaren Arbeitskolben (3) zur Hin- bzw. Herbewegung eines Verbrauchers,
dadurch gekennzeichnet, daß mit der Arbeitsdruckleitung (30) zur Zuführung von Arbeitsmedien für
eine Her- oder Rückbewegung des Verbrauchers zum Arbeitskolben (3) ein Regelventil (29) verbunden
ist, welches in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck in der Arbeitsdruckleitung (33) zum Arbeitskolben
für eine Hinbewegung des Verbrauchers öff.iet und den Arbeitsdruck für die Rückbewegung des Verbrauchers
als Rückstelldruck auf die zweite Kolbenfläche (27) des Steuerkolbens (19) gibt.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsdruckleitung (33)
zur Zuführung von Arbeitsmedium für eine Hinbzw. Vorbewegung des Verbrauchers zum Arbeitskolben ein zum Arbeitskolben (3) hin öffnendes
Rückschlagventil (34) mit dazu parallel liegender Drosselstelle (35) angeordnet ist und die vor und
nach der Drosselstelle auftretende Druckdifferenz beim Her- oder Rückbewegen des Arbeitskolbens
(3) als Stelldruck für das öffnen des Regelventiles (29) benutzt wird.
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