DE3509856A1 - HYDRAULIC SYSTEM FOR VEHICLES - Google Patents
HYDRAULIC SYSTEM FOR VEHICLESInfo
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Abstract
Description
Hydraulikanlage für FahrzeugeHydraulic system for vehicles
Die Erfindung betrifft eine Hydraulikanlage für Fahrzeuge, insbesondere für die Arbeitshydraulik in Gabelstaplern, Ladern u.dgl., mit einer sauggeregelten Förderpumpe, mit über Steuerventile zuschaltbare Verbraucher und mit einem Druckbegrenzungsventil.The invention relates to a hydraulic system for vehicles, in particular for the working hydraulics in forklifts, loaders, etc., with a suction-controlled Feed pump, with consumers that can be switched on via control valves and with a pressure relief valve.
Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, den Förderstrom einer Pumpe und/oder den Systemdruck zu ändern, um die Hydraulikanlage besser an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. So ist z.B. beim Laden von Gabelstaplern, Ladern u.dgl. ein hoher Systemdruck zur Erzeugung einer großen Reißkraft erwünscht, während nur eine geringe Geschwindigkeit des Volumenstromes erforderlich ist. Andererseits ist zum Bewegen der Schaufel und beim Fahren ein hoher Volumenstrom erwünscht, während gleichzeitig nur ein geringerer Druck erforderlich ist. Die Leistungsaufnahme einer Pumpe bestimmt sich bekanntlich aus dem Produkt aus dem Förderstrom multipliziert mit dem Druck. Änderungen des Druckes oder des Volumenstromes wirken sich dementsprechend jeweils gegenseitig aus.Various measures are already known to reduce the flow rate of a Pump and / or change the system pressure in order to better adapt the hydraulic system to the respective To adapt to requirements. For example, when loading forklifts, loaders, etc. a high system pressure for generating a large tear force is desirable while only a low velocity of the volume flow is required. On the other hand is for moving the shovel and at Driving a high volume flow desirable, while at the same time only a lower pressure is required. The power consumption As is well known, a pump is determined by multiplying the product of the flow rate with the pressure. Changes in pressure or volume flow have a corresponding effect each from each other.
Es sind bereits sauggeregelte Förderpumpen für Hydraulikanlagen vorgeschlagen worden, bei denen diese im Ruhezustand nur einen niederen Druck anbieten, der klein ist im Verhältnis zum Maximaldruck. Durch diese Maßnahme soll eine Energieeinsparung erreicht werden. Nachteilig dabei ist jedoch, daß der Systemdruck durch ein Druckbegrenzungsventil begrenzt wird und keine Einstellung des Ansaugstromes zur Förderpumpe möglich ist.Suction-controlled feed pumps for hydraulic systems have already been proposed in which these only offer a low pressure in the idle state, the small one is in relation to the maximum pressure. This measure is intended to save energy can be achieved. The disadvantage here, however, is that the system pressure is reduced by a pressure relief valve is limited and no adjustment of the suction flow to the feed pump is possible.
Bekannt sind auch Hydraulikanlagen mit Druckreglern, die eine Konstanthaltung des Druckes in dem Hydrauliksystem innerhalb des Regelbereiches der Pumpe bieten. Damit fördert die Pumpe nur soviel Hydraulikflüssigkeit, wie von den Verbrauchern abgenommen wird.Hydraulic systems with pressure regulators that keep them constant are also known of the pressure in the hydraulic system within the control range of the pump. This means that the pump only delivers as much hydraulic fluid as from the consumers is removed.
Ebenso ist auch eine kombinierte Druck-Förderstrom-Regelung durch entsprechende Regelventile bekannt. Zuzüglich zur Funktion des Druckreglers läßt sich damit ein konstanter Förderstrom bei variabler Antriebsdrehzahl erreichen. Dabei erfolgt die Anpassung über den Differenzdruck einer in die Arbeitsleitung eingebauten variablen oder konstanten Blende.There is also a combined pressure and flow rate control corresponding control valves known. In addition to the function of the pressure regulator This enables a constant flow rate to be achieved at a variable drive speed. The adjustment takes place via the differential pressure in the working line built-in variable or constant aperture.
Nachteilig bei diesen bekannten Hydraulikanlagen ist jedoch, daß sie relativ aufwendig und teuer sind. So sind z.B. bei der Druck-Förderstrom-Regelung zwei Regelventile erforderlich und eine Regelung läßt sich überhaupt nur dann erreichen, wenn eine aufwendigerere Förderpumpe mit einer Verstelleinrichtung vorhanden ist, durch die der Förderstrom geregelt werden kann.A disadvantage of these known hydraulic systems, however, is that they are relatively complex and expensive. This is the case with pressure and flow control, for example two control valves are required and control can only be achieved at all if a more complex feed pump with an adjustment device is available, through which the flow rate can be regulated.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikanlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln bei einer sauggeregelten Förderpumpe der Förderstrom derart eingestellt werden kann, daß die Förderung sich entsprechend den gewünschten Anforderungen ergibt, wobei gleichzeitig auch bei einem nicht benöticlten Förderntrom dieser bis auf einen Ilinimalwert (Pilotstrom) zurückgeht und auch eine stufenlose Regelung ermöqlicht.The present invention is therefore based on the object of a To create hydraulic system of the type mentioned, in which with simple means In the case of a suction-controlled feed pump, the flow rate can be set in such a way that that the promotion results in accordance with the desired requirements, with at the same time, even if the conveying flow is not required, this is down to a linear value (Pilot current) decreases and also enables a stepless regulation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing part of claim 1 mentioned features solved.
Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung dPr Förderpumpe nunmehr in Abhängigkeit von dem Differenzdruck, der an der Meßdrossel erzeugt wird. Bei einem qerinsenDifferenzdruck wird nur ein geringer Volumenstrom erzeugt, während umgekehrt bei einem qrnßen Differenzdruck ein hoher Volumenstrom vorliegt. Diese Regelung erfolgt dabei über das vor der Förderpumpe liegende Regelventil. Aus diesem Grunde kann als Förderpumpe eine einfache Förderpumpe ohne die Notwendigkeit einer eigenen Verstelleinrichtung zur Regelung des Förderstromes verwendet werden.According to the invention, the dPr feed pump is now regulated as a function on the differential pressure that is generated at the measuring throttle. With a qerinsen differential pressure only a small volume flow is generated, while vice versa with a large differential pressure there is a high volume flow. This control takes place via the upstream of the feed pump lying control valve. For this Basically, a feed pump can be used simple feed pump without the need for its own adjustment device Regulation of the flow rate can be used.
Da die Regelung der Förderpumpe nicht auf den Systemdruck selbst, sondern auf die Druckdifferenz reagiert, wird ein weiterer sehr großer Vorteil erreicht. Die Leistungsaufnahme der Pumpe ist damit nicht mehr abhängig von deren rnaxirnalenlriö(Jlichen Leistunqsau fnahme,sondern deren L e ist u n g saufnahme richtet sich automatisch nach den jeweiligen Verhältnissen. Dies bedeutet, daß damit eine erhebliche Energieeinsparung erreicht wird und die Anlage selbst auch einfacher ausgelegt werden kann. Insbesondere kann bei Leerlaufbetrieb die LeistungsauFnahme der Pumpe auf einen Minimalwert zurückgenommen werden, wenn sowohl der Förderstrom als auch der Druck niedrig qehalten werden.Since the control of the feed pump is not based on the system pressure itself, but rather reacts to the pressure difference, another very great advantage is achieved. The power consumption of the pump is thus no longer dependent on its maximum peripheral pressure (Jlichen Power consumption, but whose power consumption is directed automatically according to the respective circumstances. This means that there is a considerable saving in energy is achieved and the system itself can also be designed more simply. In particular the pump's power consumption can be reduced to a minimum value during idle operation if both flow and pressure are kept low.
Die erfindungsgemäße Lösung wird dabei mit einfachen Mitteln erreicht. Es ist neben der bekannten Mer3drossel lediglich ein Regelventil erforderlich. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die wirksamen Kolbenflächen in dem Regelventil gleich groß sind. Es wurde nämlich festgestellt, daß nur in diesem Falle die Regelung des Förderstromes nur von der Druckdifferenz durch die Meßdrossel abhängig ist und zwar unabhängig davon, ob der Systemdruck z.B. 20 oder 200 bar beträgt.The solution according to the invention is achieved with simple means. In addition to the well-known throttle valve, only a control valve is required. pre-condition this, however, is that the effective piston areas in the control valve are the same are. It was found that only in this case the control of the flow rate depends only on the pressure difference through the measuring throttle and is independent whether the system pressure is e.g. 20 or 200 bar.
Als Pumpen sind alle Pumpen verwendbar, die geometrisch konstantes Verdränger-Volumen haben, dies sind z.B. Radialkolbenpumpen, Flügelzellenpumpen, Taumelscheibenpumpen und gg f. auch Zahnradpumpen, soweit es zu keinen Problemen bezüglich Kavitation kommen kann.All pumps that are geometrically constant can be used as pumps Have displacement volumes, e.g. radial piston pumps, vane pumps, Swash plate pumps and, if necessary, also gear pumps, as far as there are no problems regarding cavitation can occur.
In der Praxis wird stets ein Mindeststrom als sogenannter Pilotstrom erforderlich sein, da hinter der erfindungsgemäusen Meßbl ende stets ein Druck vorhanden sein sollte, damit das Regelventil ansprechen kann.In practice, a minimum current is always used as a so-called pilot current be necessary, since there is always a pressure behind the measuring orifice according to the invention should be so that the control valve can respond.
In Weiterbildung der Erfindung kann hierzu hinter der Pumpe und vor der Meßdrossel ein an sich bekanntes Druckbegrenzungsventil angeordnet sein, über das bei Minimalförderung der Pilotstrom abfließt.In a further development of the invention, this can be done behind and in front of the pump the measuring throttle a known pressure relief valve can be arranged over that the pilot current flows off with minimum funding.
Statt über dieses Druckbegrenzungsventil kann der Pilotstrom ggf. auch über einen der Verbraucher abgeleitet werden. Wenn z.B. einer der Verbraucher eine hydrostatische Servolenkung mit offener Mitte ist, welche selbst stets eine minimale Fördermenge benötigt, kann der Pilotstrom damit über diesen Verbraucher geleitet werden. In diesem Falle wird das Druckbegrenzungsventil der Lenkungssteuerung auf einen niedrigeren Druck eingestellt.Instead of using this pressure relief valve, the pilot flow can, if necessary, can also be derived via one of the consumers. For example, if one of the consumers is an open center hydrostatic power steering, which is always a If a minimum delivery rate is required, the pilot current can thus use this consumer be directed. In this case the pressure relief valve becomes the steering control set to a lower pressure.
Die Regelung des Förderstromes kann dabei in dem Regelventil stufenlos erfolgen. Hierzu ist lediglich eine entsprechende Ausgestaltung des Regelventiles, welche an sich bekannt ist, erforderlich.The regulation of the flow rate can be stepless in the control valve take place. All that is needed is a corresponding design of the control valve, which is known per se, is required.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem weitere erfindungsgemäße Merkmale hervorgehen, anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.The following is an embodiment of the invention from which further Features according to the invention emerge, described in principle with reference to the drawing.
Es zeigt: Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Hydraulikanlage, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Taumelscheibenpumpe mit in einem angeflanschten gehäuse integrierten er findungsgemäßen Regelventil und einer Meßdrossel, Fig. 3 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Regelventil.It shows: FIG. 1 a circuit diagram of the hydraulic system according to the invention, Fig. 2 shows a longitudinal section through a swash plate pump with a flange-mounted housing integrated he inventive control valve and a measuring throttle, Fig. 3 a longitudinal section through the control valve according to the invention.
Die erfindungsgemäße Förderstromregelung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz wird nachfolgend anhand der Fig. 1 erläutert.The delivery flow control according to the invention as a function of the pressure difference is explained below with reference to FIG.
Eine Pumpe 1 saugt aus einem Behälter 2 über einen Sauganschluß S, ein Regelventil 3 und den Kanal S' die Hydraulikflüssigkeit an. Über eine Meßdrossel 4, welche fest eingestellt oder ggf. auch einstellbar ist, wird die Hydraulikflüssigkeit zum Verbraucher geleitet. Verbraucher 5, z.B. eine Lenkung, und Verbraucher 6, z.B. eine Arbeitshydraulik, werden über dazugehörige Ventile 5a und 6a geschaltet. Ein Prioritätsventil 7 versorgt die Lenkung vorrangig mit Öl.A pump 1 sucks from a container 2 via a suction connection S, a control valve 3 and the channel S 'to the hydraulic fluid. Via a measuring throttle 4, which is permanently set or possibly also adjustable, is the hydraulic fluid directed to the consumer. Consumer 5, e.g. a steering system, and Consumers 6, e.g. a working hydraulics, are via the associated valves 5a and 6a switched. A priority valve 7 primarily supplies the steering with oil.
Die von der Förderpumpe 1 geförderte Hydraulikflüssigkeit erzeugt beim Durchlauf durch die Meßdrossel 4 eine Druckdifferenz am Drosseleingang 8 und am Drosselausgang 9.The hydraulic fluid delivered by the feed pump 1 is generated when passing through the measuring throttle 4, a pressure difference at the throttle inlet 8 and at the throttle outlet 9.
In der in der Fig. 1 dargestellten Schaltstellung ist kein Verbraucher eingeschaltet. Aus diesem Grunde fließt über die Meßdrossel nur Leckstrom der Ventile bzw. ein geringer Pilotstrom. Aus diesem Grunde befindet sich das Regelventil 3 in der dargestellten Lage, in der nur ein Mindeststrom angesaugt werden kann, welcher u.a. auch zur Deckung der Leckagen im System und des Schmierölbedarfes erforderlich ist.In the switching position shown in FIG. 1, there is no consumer switched on. For this reason, only leakage current from the valves flows through the measuring throttle or a low pilot current. For this reason there is the control valve 3 in the position shown, in which only a minimum current can be drawn in, which also required to cover leakages in the system and the need for lubricating oil is.
Wird nun einer der Verbraucher 5 oder 6 oder beide eingeschaltet, und zwar durch eine entsprechende Betätigung der Ventile 5a und/oder 6a, so wird an der Meßdrossel 4 ein Druckqefälle angezeigt mit Druckdifferenz zwischen dem Drosseleingang 8 und dem Drosselausgan 9. Diese Druckdifferenz schaltet das Regelventil auf Durchlauf in Abhängigkeit von den Druckkräften an x1 und an x2, sowie der Schließkraft einer Feder 10. Die Pumpe 1 kann nun in entsprechendem Maße Hydraulikflüssigkeit ansaugen und den Verbrauchern 5 und/oder 6 die gewünchte Menge zur Verfügung stellen.If one of the consumers 5 or 6 or both is now switched on, by a corresponding actuation of the valves 5a and / or 6a, so becomes at the measuring throttle 4 a pressure drop indicated with a pressure difference between the throttle inlet 8 and the throttle outlet 9. This pressure difference switches the control valve to throughflow depending on the pressure forces at x1 and x2, as well as the closing force of a Spring 10. The pump 1 can now suck in hydraulic fluid to a corresponding extent and provide the consumers 5 and / or 6 with the desired amount.
Der Systemdruck wird über ein Druckbegrenzungsventil 11 begrenzt bzw. über die Last am Verbraucher eingestellt.The system pressure is limited or reduced via a pressure relief valve 11. set via the load on the consumer.
Dabei bestimmt der Verbraucher mit dem höchsten Arbeitsdruck das Druckniveau der Pumpe.The consumer with the highest working pressure determines the pressure level the pump.
Diese Schaltung trägt erheblich zur Verringerung des Energieverbrauchs bei gegenüber der bekannten Verwendung von Konstantpumpen oder sauggeregelten Pumpen, die bei den bekannten Systemen drehzahlabhängig, Leistung aufnehmen.This circuit helps significantly to reduce energy consumption when compared to the known use of fixed displacement pumps or suction-regulated pumps, which in the known systems, depending on the speed, absorb power.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird weiterhin auch die Leistungsaufnahme bei abgeschalteten Verbrauchern auf die reine Leerlaufleistung der Pumpe reduziert.The circuit according to the invention also increases the power consumption reduced to the pure idle power of the pump when consumers are switched off.
In der Fig. 2 ist in Prinzipdarstellung die Pumpe 1 als Taumelscheibenpumpe dargestellt, an die in einem Gehäuse 12 das Regelventil 3 und die Meßdrossel 4 integriert sind. In dieser Figur sind auch zur besseren Übersicht die Punkte S, S', P, x1 und x2 angegeben. Aufbau und Wirkungsweise einer Taumelscheibenpumpe sind allgemein bekannt, weshalb nachfolgend hier nicht näher darauf eingegangen wird. Wie ersichtlich, erhalten über den Umfang verteilte Förderkolben 15 der Pumpe 1 über "S"' und eine Bohrung 13 die Hydraulikflüssigkeit. Eine Taumelscheibe 14 sorgt in üblicher Weise für den Hub der Förderkolben 15.In Fig. 2, the pump 1 is a swash plate pump in a schematic representation shown, on which the control valve 3 and the measuring throttle 4 are integrated in a housing 12 are. In this figure, the points S, S ', P, x1 and are also for a better overview x2 specified. The structure and mode of operation of a swash plate pump are general known, which is why it will not be discussed in more detail below. As can be seen get over the circumference distributed delivery piston 15 of the pump 1 via "S" 'and a Bore 13 the hydraulic fluid. A swash plate 14 provides in the usual way for the stroke of the delivery piston 15.
Über einen Ringraum 16 sind die Förderkolben 15 nach zugehörigen Rückschlagventilen 20 auf ihrer Druckseite miteinander verbunden. In dem Ringraum 16 bzw. vor der Meßdrossel 4 befindet sich dann die Meßstelle 8, während sich die MeD-stelle 9 hinter der Meßdrossel befindet.The delivery pistons 15 are connected to the associated check valves via an annular space 16 20 connected to one another on their pressure side. In the annular space 16 or in front of the measuring throttle 4 is then the measuring point 8, while the MeD point 9 is behind the measuring throttle is located.
In der Fig. 3 ist das Regelventil 3 dargestellt, mit dem eine stufenlose Regelung des Förderstromes möglich ist.In Fig. 3, the control valve 3 is shown, with which a stepless Regulation of the flow rate is possible.
Auch in dieser Fig. sind wiederum zur besseren Erläuterung die Punkte S, S', x1 und x2 angegeben.Also in this figure are again for better explanation the Points S, S ', x1 and x2 indicated.
Das Regelventil weist zwei Kolben 17 und 18 auf, wobei deren wirksame Kolbenflächen bei x1 und x2 gleich groß sein müssen. Bei entsprechender Gehäuseausführung können die Kolben auch in einem Stück ausgeführt sein. Der Kolben 18 ist mit mindestens einer Bohrung 19 an seinem Umfang versehen, welche mit dem Pumpeneingang S' stufenlos zur Deckung gebracht werden kann. Je nach den vorhandenen Druckdifferenzen wird eine Überdeckung bzw. Absperrung durch die Stellung des Kolbens 17 bzw. 18 erreicht. Zum Absperren des S-Pumpeneinganges S' wird der Kolben 17 entsprechend in der Fig. 3 nach rechts verschoben, wodurch der Kolben 18 ebenfalls so weit nach rechts verschoben wird, daß die gezeichnete Absperrstellung erreicht wird. Umgekehrt wird bei einem höheren Druck bei X2 auf den Kolben 18 unter Berücksichtigung der Schließkraft der Feder 10 eine Öffnungsbewegung eingeleitet.The control valve has two pistons 17 and 18, the effective Piston areas at x1 and x2 must be the same size. With the appropriate housing design the pistons can also be made in one piece. The piston 18 is at least a bore 19 provided on its circumference, which is continuously variable with the pump inlet S ' can be brought to congruence. Depending on the existing pressure differences an overlap or shut-off is achieved by the position of the piston 17 and 18, respectively. To shut off the S-pump inlet S ', the piston 17 is shown in FIG. 3 shifted to the right, whereby the piston 18 also shifted so far to the right is that the drawn shut-off position is reached. The opposite is true for a higher pressure at X2 on the piston 18 taking into account the closing force of the Spring 10 initiated an opening movement.
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