DE3711053C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wenn mehrere geregelte, insbesondere druckgeregelte Pumpen gemeinsam in eine Arbeitsdruckleitung bzw. ein Verbrauchernetz speisen, sind die Fördermengeneinstellungen der Pumpen unbestimmt, weil sich aufgrund des in etwa konstanten Arbeitsdruckes keine Beziehung herleiten läßt, die eine gleichmäßige Fördermengeneinstellung bei allen Pumpen, d. h. den Parallelbetrieb, ermöglicht. Deshalb können die Pumpen zu jeder Zeit beliebige Förder­ mengeneinstellungen einnehmen, z. B. kann eine Pumpe in maximaler und die andere Pumpe in minimaler Fördermen­ geneinstellung stehen. Dies hat folgende Nachteile.

Die Belastung und damit der Verschleiß ist ungleichmäßig verteilt.

Jeder Pumpenantrieb muß auf Maximalleistung und 100% Einschaltdauer ausgelegt werden, auch wenn die Maximal­ leistung selten erreicht wird.

Die Pumpen pendeln im Schwenkwinkel, auch wenn die geförderte Gesamtmenge sich nicht ändert. Das hat Verluste und Geräusche zur Folge.

Dem sogenannten Mooringbetrieb kann bei Verbrauchermenge Q = 0 eine Pumpe in positiver maximaler Fördermengenein­ stellung und eine zweite in negativer maximaler Förder­ mengeneinstellung stehen. Dabei schluckt die zweite Pumpe die Fördermenge, die die erste fördert. Das hat einen erhöhten Verschleiß sowie Verlustleistung zur Folge und ist mit hoher Geräuschentwicklung verbunden.

Es ist bekannt, wenigstens zwei in eine gemeinsame Arbeitsdruckleitung bzw. ein gemeinsames Verbrauchernetz speisende Pumpen veränderlicher Fördermenge durch ein mechanisches Gestänge zum Gleichlauf- bzw. Parallelbetrieb zu zwingen. Diese Maßnahme führt nicht nur zu Leistungsver­ lusten, sondern es ist auch eine aufwendige stabile Mechanik notwendig. Außerdem ergibt sich bei dieser Ausgestaltung eine große und sperrige Bauweise, wodurch die räumliche Anordnung am Verwendungsort erschwert wird und insbesondere eine Anordnung der Pumpen in verhältnismäßig geringem Abstand voneinander vorgegeben ist.

Eine andere bekannte, und zwar hydraulische, Methode, wenigstens zwei Pumpen annähernd gleichmäßig zu betreiben, d. h., den Verschleiß und die Belastung auf alle Pumpen über die Zeit gleichmäßig zu verteilen, ist die sogenannte Kaskadenregelung. Bei dieser Maßnahme werden die Pumpen bewußt auf etwas unterschiedliche Reglerkennlinien eingestellt. Die erste Pumpe regelt z. B. bei 200 bar, die zweite bei 205 bar und die dritte bei 210 bar ein. Damit ist die Belastung eindeutig definiert und das Pendeln wird vermieden, wobei jedoch aufgrund unterschied­ licher Belastung der Pumpen letztere einem unterschied­ lichen Verschleiß unterliegen. Um einen gleichmäßigen Verschleiß zu erreichen, ist es erforderlich, z. B. einmal pro Woche die Einstellung der Pumpen zyklisch zu vertauschen. Außerdem ist bei dieser bekannten Methode ein Druckanstieg in Stufen vorgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelein­ richtung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß bei Gewährleistung einer gleichmäßigen Belastung der Maschinen untereinander ein hydraulischer Gleichlaufbe­ trieb bzw. Parallelbetrieb erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung stellt sich die eine Maschine als Führungsmaschine und die wenigstens eine andere Maschine als Folgemaschine dar. Dabei wird in die Regelung der anderen Maschine ein von deren Volumeneinstellung abhängiges Steuersignal als Istwert und ein von der Volumeneinstellung der einen Maschine abhängiges Steuersignal als Sollwert einbezogen. Infolge­ dessen wird die wenigstens eine andere Maschine in Abhängigkeit von der Volumeneinstellung der einen Maschine geregelt, wodurch sich der angestrebte Gleich- bzw. Parallellauf ergibt.

Es ist zwar an sich bekannt, bei Summen-Momentenreglern in die Regelung der Pumpen deren Volumeneinstellungen wechselseitig einzubeziehen, jedoch erfolgt dies unter völlig anderen Voraussetzungen und zu einem anderen Zweck, nämlich zur Erreichung eines günstigen Drehmomen­ tes, wobei mit Federsätzen eine Reglerkennlinie in Form einer Hyperbel angestrebt wird, während bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine Reglerkennlinie im wesentlichen in der Form einer Geraden ohne Steigung ergibt.

Bei den Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2 und 4 wird auf bewährte Mittel zum Steuern bzw. Regeln zurückge­ griffen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 führt zu einer einfachen und praktikablen Bauweise bei Maschinen mit umkehrbarer Durchsatzrichtung.

Die Ausbildung nach Anspruch 6 umfaßt einfache und praktikable Merkmale für eine Fernsteuerung des Druckreg­ lers.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in vereinfachten Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan mit einer Antriebs­ einheit, die zwei Pumpen veränderlicher Fördermenge aufweist, die in eine gemeinsame Arbeitsdruckleitung speisen und mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Regeleinrichtung für den Gleichlaufbetrieb der Pumpen;

Fig. 2 eine Abwandlung der Regeleinrichtung;

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele der Regeleinrichtung;

Fig. 5 ein Steuermittel in Form eines Druckbegrenzungsven­ tils der Regeleinrichtung in vergrößerter Schnitt­ darstellung.

Die Pumpen 1, 2 der Antriebseinheit sind von gleicher Grundausstattung, und sie weisen jeweils einen Regler 3, 4 für deren Verstelleinrichtung und ein Steuermittel 5 auf, das ein von der Fördermengeneinstellung der zugehörigen Pumpen 1, 2 abhängiges Steuersignal X_ist erzeugt.

Die Regler 3 werden jeweils durch eine Druckwaage gebildet.

Die Verstelleinrichtung umfaßt einen hydraulischen Zylinder 6 mit einem Verstellkolben 7, der die zugehörige Pumpe 1, 2 gegen eine im Kolbenringraum 8 angeordnete Druckfeder 9 in Richtung geringe Fördermenge bzw. Nullstel­ lung und in entgegengesetzter Richtung in Richtung maximale Fördermenge verstellt. Hierzu ist der Kolbenraum 11 des Zylinders 6 durch eine Verbindungsleitung 12 mit einem Arbeitsdruckleitungsabschnitt 13 der zugehörigen Pumpe 1, 2 verbunden, wobei die Arbeitsdruckleitungsab­ schnitte 13 an eine zu einem Verbraucher B führende gemeinsame Arbeitsdruckleitung 14 angeschlossen sind. In der Verbindungsleitung 12 ist das durch die Druckwaage gebildete Regelventil 15 des Reglers 3 angeordnet. Das Steuermittel 5 wird beim vorliegenden Ausführungsbei­ spiel jeweils durch ein Druckregelventil, hier ein Druckbegrenzungsventil 17, gebildet, dessen Schieber über eine Ventilfeder 18 durch einen Stößel 19 verstell­ bar ist, der eine Schrägfläche 21 am Verstellkolben 7 abtastet. Der Kolbenringraum 8 ist durch eine Leitung 10 mit der Verbindungsleitung 12 verbunden und deshalb mit Arbeitsdruck beaufschlagt.

Die Pumpen 1, 2 bzw. deren Regler 3, 4 unterscheiden sich jedoch wesentlich hinsichtlich der Regelung und der Anschlüsse bzw. Verrohrung. Beim vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Regler 3 ein Druckregler mit einem Proportionalventil, dessen Schieber 16 über einen von der Verbindungsleitung 12 ausgehenden Leitungsabschnitt 22 mit dem Arbeitsdruck gegen eine Ventilfeder 23 verstell­ barer Federkraft beaufschlagbar ist. Dagegen ist der Schieber 16 des Reglers 4 einerseits durch das vom zugehörigen Druckbegrenzungsventil 17 erzeugte Steuersignal X_{ist 1} als Istwert und andererseits von der Ventilfeder 23 und dem vom Druckbegrenzungsventil 17 der ersten Pumpe erzeugten Steuersignal X_ist als Sollwert beauf­ schlagt. Hierzu sind beide Druckbegrenzungsventile 17 eingangsseitig mittels Leitungsabschnitten 24 an die Verbindungsleitung 12 angeschlossen, wobei in den Leitungsabschnitten 24 eine Drossel 25 angeordnet ist, und andererseits an den Ablauf angeschlossen. In Strömungs­ richtung hinter der Drossel 25 zweigt von dem Leitungsab­ schnitt 24 der Pumpe 2 eine Verbindungsleitung 26 ab, über die der Schieber 16 des Reglers 4 mit dem die Fördermengeneinstellung der Pumpe 2 definierenden Steuer­ signal X_{ist 1} beaufschlagbar ist. Dagegen zweigt vom Leitungsabschnitt 24 der Pumpe 1 hinter der Drossel 25 eine Verbindungsleitung 27 ab, mittels der und mittels einem von ihr abzweigenden Leitungsabschnitt 28 das Regelventil 15 der Pumpe 2 wie vorbeschrieben mit dem die Fördermengeneinstellung der Pumpe 1 definierenden Drucksignal X_ist als Sollwert X_soll beaufschlagbar ist.

Bei den Regelventilen 15 handelt es sich prinzipiell um gleiche Ventile, deren Funktion entweder durch den Anschluß an den Abeitsdruck (Pumpe 1) oder durch den Anschluß an das Drucksignal X_{ist 1} (Pumpe 2) bestimmt ist. Beim Regler 3 wird an der das Regelventil 15 bildenden Druckwaage der Arbeitsdruck gegen die Kraft der Ventilfeder 23 (Reglereinstellung) abgewogen. Beim Regler 4 wird das den Istwert bildende Drucksignal X_{ist 1} gegen die Kraft der Ventilfeder 23 und das den Sollwert X_soll bildende Drucksignal X_ist abgewogen. Die Anordnung einer verstellbaren Drossel 29 in einer die Verbindungs­ leitung 12 zwischen dem Zylinder 7 und dem Regelventil 15 mit der zugehörigen Ablaufleitung 31 verbindenden Querleitung 32 sowie eine vom Regelventil 15 ausgehende Parallelleitung 30 sind bei beiden Regelventilen 15 gleich.

Aufgrund dieser Ausgestaltung ergibt sich im Betrieb der Antriebseinheit eine Fördermengeneinstellung der Pumpe 2 in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung der Pumpe 1, also ein Parallel- bzw. Gleichlaufbetrieb, wobei die Parallelität bzw. der Gleichlauf durch Verände­ rung der Kraft der Ventilfeder 18 und/oder der Ventilfeder 23 des Reglers 4 eingestellt werden kann. Die Fördermengen­ einstellungen der Pumpen 1, 2 bzw. deren Schwenkwinkel a sind jeweils gleich einstellbar. Die Pumpe 1 stellt somit eine Führungspumpe dar, während die Pumpe 2 eine Folgepumpe ist. Auf diese Weise ist eine gleiche Förder­ mengeneinstellung der Pumpen 1, 2 ohne einen wesentlichen Druckanstieg in der Reglerkennlinie erreichbar. Es wird somit im Regelbereich ein im wesentlichen konstanter Arbeitsdruck aufrechterhalten.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, der Antriebseinheit mehrere als nur eine abhängig geregelte Pumpe 2 zuzuordnen. Dies ist durch einen weiteren Arbeitsdruckleitungsabschnitt 13 und eine weitere Verbindungsleitung 27 jeweils bei 33 angedeutet. Es können somit eine oder mehrere Folgepum­ pen 2 durch ein Steuermittel 2, hier das Druckbegrenzungs­ ventil 17 der Führungspumpe 1, geregelt werden. Bei Ausfall der Führungspumpe 1 kann eine der Folgepumpen 2 leicht in eine Führungspumpe umgerüstet werden.

Der Druckregler 3 der Führungspumpe 1 läßt sich in einfacher Weise in eine fernsteuerbare Ausführungsform verwandeln, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Hierzu ist eine Verbindungsleitung 35 angeordnet, die von der den Arbeitsdruck führenden Verbindungsleitung 12 ausgeht und zum Schieber 16 des Reglers 3 auf der Seite führt, an der die Ventilfeder 23 (Druckfeder) angeordnet ist. Von dieser Verbindungsleitung 35 zweigt hinter einer Drossel 36 eine Leitung 37 zum Ablauf ab, in der ein durch ein Druckregelventil gebildetes Fernsteuerventil 38 angeordnet ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Druckbegren­ zungsventile 17 über vorzugsweise ein gemeinsames in einer Verbindungsleitung 40 angeordnetes Druckreduzier­ ventil 41 mit der Arbeitsdruckleitung 14 verbunden, wobei die Druckbegrenzungsventile 17 über Drosseln 42 enthaltende Leitungsabschnitte 43 mit dem Druckreduzier­ ventil 41 verbunden sind. Die das Steuersignal X_ist zum Regler 4 der Folgepumpe 2 übertragende Verbindungslei­ tung 44 zweigt zwischen der Drossel 42 und dem Druckbe­ grenzungsventil 17 von dem Leitungsabschnitt 43 der Führungspumpe 1 ab und ist mit dem ersten Ausführungsbei­ spiel vergleichbar angeordnet. Die das Steuersignal X_{ist 1} zum Regler 4 übertragende Verbindungsleitung 45 zweigt zwischen der Drossel 42 und dem Druckbegrenzungs­ ventil 17 vom Leitungsabschnitt 43 der Folgepumpe 2 ab.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von den vorbeschriebenen dadurch, daß die Steuermittel 5 durch Druckreduzierventile 50 gebildet sind, die aus dem Arbeitsdruck ein fördermengenabhängiges Steuersig­ nal X_ist bzw. X_{ist 1} erzeugen und hierzu von den Stößeln 19 in Abhängigkeit von der zugehörigen Fördermengeneinstel­ lung beaufschlagt werden. Das Druckreduzierventil 50 der Führungspumpe 1 ist in einer Leitung 51 angeordnet, die von der Arbeitsdruck führenden Verbindungsleitung 12 ausgeht und über wenigstens einen Leitungsabschnitt 52 mit dem Regler 4 der Folgepumpe 2 auf der Seite der Feder 23 oder mit weiteren Folgepumpen 2 verbunden ist. Die Ausführungen gemäß Fig. 3 und 4 weisen durch die Verwendung der Druckreduzierventile 41 bzw. 50 insbesondere bei hohen Arbeitsdrücken geringere Verlust­ leistung auf.

Fig. 5 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Schnittansicht eines Druckregelventils in vergrößerter Darstellung, das als Druckbegrenzungsventil 17 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 und in prinzipieller Umkehrung auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 einsetzbar ist. Das Stellelement 19 wirkt mittels der einerseits an ihm abgestützten und andererseits am Schieber 16 angreifen­ den Feder 18 auf den Schieber 16 des Druckbegrenzungsven­ tils 17, der mittels Steuerkanten 61 das Steuersignal X_ist bzw. X_{ist 1} einregelt. Hierbei geben die Steuerkanten 61 zwischen dem Schieber 16 und der ihn aufnehmenden Bohrung 62 den Ab- bzw. Rücklauf durch einen Kanal 63 im Ventilgehäuse 64 mehr oder weniger frei.

Das Ventilgehäuse 64 ist im Gehäuse des Zylinders 6 bzw. einem Anbauteil desselben eingeschraubt. Der Schieber 16 befindet sich in einer Einstellbuchse 65, die mittels einem Gewinde 66 durch Drehen an einem Angriffselement, hier einem Innensechskant 67, axial im Ventilgehäuse 64 verstellbar und mittels einer auf der Einstellbuchse 65 aufgeschraubten Kontermutter 68 feststellbar ist. Zwischen dem Anschluß 69 und einer die Bohrung 62 in der Einstellbuchse 65 schneidenden Querbohrung 71 ist eine Eingangsdrossel 72 angeordnet, die der Drossel 25 gemäß Fig. 1 und 2 oder der Drossel 42 gemäß Fig. 3 entspricht. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist eine solche Drossel nicht erforderlich.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen, und es können die Steuersignale X_ist und X_{ist 1} auch mit Hilfe eines Steuerdrucks gebildet werden, der z. B. in an sich bekannter Weise durch eine Hilfspumpe erzeugt wird.

Claims (6)

1. Regeleinrichtung für wenigstens zwei mit einer gemein­ samen Arbeitsleistung in Verbindung stehende hydrostati­ sche Maschinen veränderlichen Förder- oder Schluckvolu­ mens, bei der jeder Maschine eine Verstellvorrichtung mit einem Regler zur Regelung der Volumeneinstellung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Regler (3, 4) ein Steuermittel (5) zugeordnet ist, das in Abhängigkeit von der Veränderung der Volumeneinstellung einer zugehörigen ausgewählten Maschine (1, 2) ein Steuersignal (X_ist bzw. X_{ist 1}) erzeugt und daß das von der Volumeneinstellung der einen Maschine (1) abhängige Steuersignal (X_ist) als Sollwert (X_soll) und das von der Volumeneinstellung der wenigstens einen anderen Maschine (2) abhängige Steuersignal (X_{ist 1}) als Istwert dem Regler (4) der anderen Maschine (2) übermittelt wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Verstellvorrichtung eine hydraulisch beaufschlagbare Zylinder-Kolben-Einheit (6, 7) ist, die Steuermittel (5) durch Druckbegrenzungsventile (17), Druckreduzierventile (50) oder verstellbare Drosseln gebildet sind, und die Regler (3, 4) Druckregler sind.

3. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (5) von einem mit der Verstellvorrichtung (6, 7) zusammenwirkenden Wegmesser steuerbar ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegmesser durch eine Schrägfläche (21) an einem Teil der Verstelleinrichtung (6, 7), vorzugsweise am Verstellkolben (7) und ein die Schrägfläche (21) abtastendes Stellelement (19) gebildet ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei für den Betrieb in beide Durchsatzrichtungen eingerichtete Maschinen (1) die Wegmesser bei der Null-Stellung der Verstellvorrichtungen (5) sich in ihren Mittelstellungen befinden.

6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (3) der einen Maschine (1) ein Fernsteu­ erventil (38), vorzugsweise in Form eines Druckregelven­ tils zugeordnet ist.