DE3844398C2 - Hydraulische Schaltung für eine Verstellpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verstellpumpen mit einem Stromregelventil und Druckbegrenzungsventil zur Druckabschneidung und Leistungsbegrenzung sind bekannt (DE-OS 23 50 390). Das Stromregelventil hat die Aufgabe, den Förderstrom der Pumpe dem Bedarf des Verbrauchers anzupassen. Vergrößert sich der Druckabfall an einer den Arbeitsmitteldurchfluß durch den Verbraucher einstellenden Meßdrossel, weil der Lastwiderstand für den Verbraucher sinkt, so erhöht sich der Durchfluß und damit die Stellgeschwindigkeit des Verbrauchers und über das Stromregelventil wird die Pumpe in Richtung geringerer Fördermenge zurückgeschwenkt. Verringert sich aber der Druckabfall an der Meßdrossel infolge eines steigenden Lastwiderstandes, so erhält der Verbraucher einen zu geringen Durchfluß und das Stromregelventil erhöht die Fördermenge der Pumpe.

Steigt jedoch der Lastdruck eines Verbrauchers auf den maximal zulässigen Pumpendruck an, so geht der Druckunterschied an der Meßdrossel für den Verbraucher gegen Null und der Durchfluß verringert sich, bis der Verbraucher stehen bleibt. In diesem Fall herrscht am Stromregelventil ein hydraulisches Druckgleichgewicht, da der Regelkolben des Ventils einerseits vom Pumpendruck und gegensinnig vom Lastdruck und einer Feder verstellt wird, so daß über die Feder die hydraulische Stelleinrichtung der Pumpe voll ausgeschwenkt wird und damit die Pumpe die maximale Fördermenge liefert. Da diese Fördermenge von dem Verbraucher nicht abgenommen wird, ist eine Überlastung der Pumpe bzw. des Antriebes die Folge.

Es ist deshalb die Aufgabe des Druckbegrenzungsventils, bei Überschreiten eines maximalen Pumpendruckes, der durch eine Feder festgelegt wird, anzusprechen und den Verstellkolben der Pumpe mit Druckmittel zu beaufschlagen. In diesem Fall wird die Pumpe vollständig zurückgeschwenkt. Dies hat zur Folge, daß alle an die Pumpe angeschlossenen Verbraucher stillgesetzt werden.

Um diesen Nachteil der Betriebsunterbrechung zu vermeiden, kann der Verbraucher mit einem zu hohen Lastdruck, wenn insbesondere bei einem Stellzylinder der Kolben auf Endanschlag gefahren ist, von der Pumpendruckleitung abgetrennt werden, indem für den Kolben ein entsprechender Endschalter am Stellzylinder vorgesehen ist, der das Abschaltsignal liefert. Dies bedeutet aber, daß der Kolben tatsächlich auf Anschlag gefahren sein muß, damit der Endschalter anspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Erreichen der Druck- bzw. Leistungsgrenze der Verstellpumpe den Förderstrom an den verfügbaren Pumpendruck bzw. die verfügbare Pumpenleistung anzupassen.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist das bekannte Druckbegrenzungsventil in der Steuerleitung angeordnet, das bei Überschreiten eines vorbestimmten Pumpendruckes den Ansteuerdruck für das Pumpenregelventil bzw. Stromregelventil ändert, so daß über dieses Ventil die Pumpe zurückgeschwenkt wird, bis der vom Verbraucher bzw. den Verbrauchern verlangte Fördermengenbedarf eingestellt ist. Erfindungsgemäß ist somit vermieden, daß in dem geschilderten Betriebsfall der Überlastung die Fördermenge der Pumpe auf Null zurückgenommen wird und damit die Verbraucher stillgesetzt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Dementsprechend kann in der Steuerleitung auch ein Leistungsregelventil angeordnet sein, um entsprechend dem herrschenden Pumpendruck und Schwenkwinkel der Pumpe, also Pumpenhub, das Ansteuersignal für das Pumpenregelventil zu verringern und damit die Fördermenge zu verkleinern.

Wesentlich ist auch, daß in die Steuerleitung entweder ein Hochdrucksignal oder ein Niederdrucksignal eingespeist werden kann. Das Hochdrucksignal entspricht insbesondere dem Lastdruck auf der Zulaufseite zum Verbraucher. In diesem Fall ist die Steuerleitung eine Lastdruckmeldeleitung, die über eine Wechselventilkette an die einzelnen Verbraucher angeschlossen ist, um den jeweils höchsten Lastdruck zu ermittteln. Andererseits kann die Signalleitung ein Niederdrucksignal führen, das ein Maß für die den Verbraucher durchfließende Durchflußmenge ist und ablaufseitig zwischen dem Verbraucher und dem Tank ermittelt wird. Hierzu ist ein in den Ablauf geschaltetes Ventil, insbesondere eine Ablauf-Druckwaage vorgesehen, die bei Erreichen ihrer Endstellung die Signalleitung über eine sich öffnende Steuerkante an eine Druckquelle anschließt.

darüber hinaus läßt sich der vom Pumpenregelventil im Stellzylinder eingesteuerte Steuerdruck abgreifen und als Vorsteuerdruck für hydraulisch betätigte Meßdrosseln bzw. Wegeventile verwenden. Sinkt bei Unterversorgung der Verbraucher, wenn also die Pumpe voll ausgeschwenkt ist und weiterhin Förderstrombedarf gemeldet wird, der Druck im Stellzylinder unter einen bestimmten Wert ab, so läßt sich über die Vorsteuerventile der Wegeventile deren Betätigungsdruck verringern, so daß alle Wegeventile zurückgestellt und die Durchflüsse verringert werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Verstellpumpe, deren Stromregelventil an eine Signalleitung für Lastdruck angeschlossen ist und

Fig. 2 eine Verstellpumpe mit einem Stromregelventil, das an eine Signalleitung für ein durchflußabhängiges Niederdrucksignal angeschlossen ist.

In Fig. 1 fördert eine Verstellpumpe 1 Arbeitsmittel in eine Pumpendruckleitung 2, an die ein Verbraucher 3 mit einem Lasthalteventil 4 und einem Wegeventil 5 als Förderstromdrossel angeschlossen ist. Die hydraulische Verstellung der Verstellpumpe erfolgt durch einen Kolben 8 in einem Stellzylinder 9, der von einer Feder 10 in Richtung maximaler Fördermenge und vom Druck im Steuerraum 11 in Richtung minimaler Fördermenge beaufschlagt ist. Der Druck im Raum 11 des Stellzylinders 9 wird an einem Stromregelventil 12 eingestellt, dessen Kolben einerseits vom Druck in der Pumpendruckleitung über die Steuerleitung 14 und andererseits von einer Feder 15 und dem Druck in einer Steuerleitung 16 beaufschlagt ist, um den Raum 11 mit der Pumpendruckleitung über die Leitung 17 bzw. mit einem Tank T zu verbinden. Die Steuerleitung 16 ist über eine Drossel 20 an den Tank angeschlossen. Das andere Ende der Steuerleitung 16 ist über ein Wechselventil 21 an die Zulaufleitung 22 zum Verbraucher 3 bzw. über eine Leitung 24 an die Zulaufleitung eines zweiten Verbrauchers oder bei Vorhandensein mehrerer Verbraucher wiederum an ein Wechselventil angeschlossen (nicht dargestellt), so daß in der Steuerleitung 16 stets der Druck ansteht, der am Verbraucher mit dem höchsten Lastwiderstand auftritt.

In der Steuerleitung 16 ist ferner ein Druckbegrenzungsventil 30 angeordnet, das von einer Feder 31 in die dargestellte Durchlaßstellung und vom Pumpendruck in der Leitung 32 in die Sperrstellung beaufschlagt ist.

In Reihe zum Druckbegrenzungsventil 30 liegt ein weiteres Regelventil 34, das ebenfalls von einer Feder 35 in die Durchlaßstellung und vom Pumpendruck in der Leitung 36 sowie vom Schwenkwinkel der Verstellpumpe 1 über ein mechanisches Gestänge 37 in Sperrstellung beaufschlagt ist.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Der Kolben des Stromregelventils 12 wird einerseits vom Pumpendruck und andererseits vom Lastdruck des am höchsten belasteten Verbrauchers in der Steuerleitung 16 sowie zusätzlich von der Feder 15 beaufschlagt, die so ausgelegt ist, daß bei hydraulischem Druckgleichgewicht am Ventilkolben von der Feder 15 der Pumpendruck um einen bestimmten Betrag höher als der höchste Lastdruck geregelt wird. Diese Druckdifferenz beträgt üblicherweise 15 bar und entspricht der Druckdifferenz, die an dem Wegeventil 5 ansteht.

Wird der Querschnitt am Wegeventil 5 verringert, vergrößert sich der Druckabfall und damit auch die Druckdifferenz am Stromregelventil 12, so daß dessen Kolben entgegen der Kraft der Feder 15 verschoben wird, wodurch Arbeitsmittel in den Kolbenraum 11 des Stellzylinders 9 gelangt und die Pumpe zurückschwenkt, bis der Druckabfall an dem Wegeventil 5 wieder der Federvorspannung der Feder 15 entspricht.

Umgekehrt sinkt beim Vergrößern des Querschnittes am Wegeventil 5 der Druckabfall und damit die Druckdifferenz am Ventil 12, so daß die Feder 15 den Kolben zurückschiebt und der Kolbenraum 11 zum Tank hin entlastet wird, wodurch die Pumpe ausschwenkt, um den höheren Förderstrombedarf zu decken.

Steigt der Lastdruck an einem Verbraucher so hoch an, daß der maximal zulässige Pumpendruck erreicht und überschritten wird, so würde die Pumpe durch Druckentlastung im Raum 11 weiter ausschwenken. Dies wird durch das Druckbegrenzungsventil 30 vermieden, dessen Ventilkolben in Sperrichtung vom Pumpendruck und in Öffnungsstellung von der Feder 31 beaufschlagt ist, die auf den maximalen Pumpendruck eingestellt ist. Es wird somit bei Überschreiten des maximal zulässigen Pumpendruckes das Druckbegrenzungsventil 30 in Drosselstellung verschoben. Dadurch sinkt der Ansteuerdruck am Ventil 12 und das Stromregelventil 12 steuert nunmehr entsprechend dem Signaldruck bzw. dem Pumpendruck in der Leitung 2 die hydraulische Verstellung der Pumpe derart, daß nur die verlangte Fördermenge geliefert wird. Mit anderen Worten, bleibt auch bei Überschreiten des Pumpendrucks die hydraulische Verstellung der Pumpe im Regelbereich, ohne daß die Versorgung des hydraulischen Systems durch völliges Zurückschwenken der Pumpe zusammenbricht, wenn einer der Verbraucher einen zu hohen Lastdruck hat.

Um zu vermeiden, daß ein zu hoher Lastdruck des Verbrauchers 3 in die Steuerleitung 16 gelangt, ist zwischen dem Abgriff der Signalleitung im Zulauf 22 und im Verbraucher das Rückschlagventil 4 vorgesehen.

Wie vorstehend erläutert, gilt für die Druckdifferenzen folgende Beziehung; Die Druckdifferenz am Wegeventil 5 plus der Druckdifferenz am Druckbegrenzungsventil 30 ist gleich die Druckdifferenz am Stromregelventil 12. Da die Druckdifferenz am Stromregelventil ein von der Feder 15 vorbestimmter Festwert ist, muß dieser Wert stets durch das Zusammenwirken der Druckdifferenzen am Druckbegrenzungsventil 30 und am Wegeventil 5 aufgebracht werden.

Auch bei Ansprechen des Ventils 34 für die Leistungsbegrenzung wird abhängig vom Pumpenhub und dem Pumpendruck der Signaldruck in der Leitung 16 gedrosselt und wird auf diese Weise der Druck im Kolbenraum 11 erhöht, um die Pumpe zurückzuschwenken.

Die Ventile 30 und 34 können auch als Vorsteuerventile für das Förderstromregelventil 12 angesehen werden.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der die Steuerleitung 16 ein Niederdrucksignal führt. Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Es bestehen aber folgende Unterschiede: Das Stromregelventil 12 ist im Sinne einer Druckerhöhung im Kolbenraum 11 von der Feder 15 und gegensinnig vom Signal in der Leitung 16 beaufschlagt.

In die Ablaufleitung 40 des Verbrauchers 3 zum Tank T ist vor der tankseitigen Steuerkante 41 eines Wegeventils, dessen zulaufseitige Steuerkante mit 52 bezeichnet ist, ein Ventil, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Druckwaage 42 angeordnet. Da die beiden Steuerkanten 41 und 52 in bekannter Weise am Kolben des Wegeventils ausgebildet sind, werden sie stets gleichsinnig verstellt; dies ist über die Verbindung 43 angedeutet. Die Verstellung des Wegeventils erfolgt durch eine hydraulische Verstelleinrichtung 44. Der Vorsteuerdruck in der Leitung 47 für die Verstelleinrichtung 44 wird an einem Druckminderventil 45 eingestellt, das an eine Steuerdruckleitung 46 angeschlossen ist.

Der Regelkolben der Druckwaage 42 ist einerseits vom Druck stromauf der tankseitigen Steuerkante 41 über die Leitung 48 verstellbar und andererseits vom Betätigungsdruck in der Leitung 47 und einer Feder 49. Der Druck in der Leitung 48 ist ein Maß für die Durchflußmenge durch den Verbraucher, die über die Steuerkante 41 abfließt. Erhöht sich dieser Druck, weil der Verbraucher 3 im Hinblick auf die Drosselstellung der Steuerkante 41 zu schnell läuft, so wird die Druckwaage in Drosselstellung verschoben und umgekehrt.

Solange der Verbraucher 3 lastführend ist, also stets weiteren Förderstrombedarf benötigt, ist die Druckwaage 42 in ihrer geöffneten Endstellung, in der sie zusätzlich eine Steuerkante öffnet, über die die Betätigungsleitung 47 mit der Signalleitung 16 verbindbar ist. In der Steuerleitung 16 wird somit ein Niederdrucksignal eingespeist.

Das Niederdrucksignal beaufschlagt das Stromregelventil 12 in der bereits geschilderten Weise, daß nämlich mit steigendem Signaldruck in der Leitung 16 die Pumpe in Richtung größerer Fördermenge verstellt wird, während mit sinkendem Signaldruck die Fördermenge verringert wird.

Spricht das Druckbegrenzungsventil 30 an, weil der maximale Pumpendruck die Kraft der Feder 31 übersteigt, so gelangt das Druckbegrenzungsventil 30 in Drosselstellung und verringert den Ansteuerdruck für das Stromregelventil 12. Durch die Kraft der Feder 15 wird dieses 12 verstellt und die den Pumpendruck führende Leitung 17 mit dem Kolbenraum 11 verbunden. Damit wird die Pumpe 1 zurückgeschwenkt und bleibt im Regelbereich, ohne die Versorgung der Verbraucher mit Druckmittel zu unterbrechen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Signalleitung 16 über die Steuerkante der Druckwaage 42 nicht an die Leitung 47 für den Betätigungsdruck der Wegeventile angeschlossen sein muß, sondern auch an die Zulaufleitung 22 des Verbrauchers 3. In diesem Fall gelangt dann der Lastdruck über die geöffnete Steuerkante der Druckwaage 42 in die Steuerleitung 16, die dann ein Hochdrucksignal führt, so daß das Stromregelventil 12 gemäß Fig. 1 aufgebaut sein muß.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, ist ferner an den Kolbenraum 11 der hydraulischen Verstellung der Pumpe 1 die Steuerdruckleitung 46 angeschlossen. Ist bei entsprechendem Förderstrombedarf der Verbraucher die Pumpe voll ausgeschwenkt und sinkt der Druck im Raum 11 unter einen vorbestimmten Druck, der unter dem minimalen Sollwert am Druckminderventil 45 liegt, der elektrisch einstellbar ist, so sinkt auch der Druck in der Leitung 47 und damit der Betätigungsdruck für die hydraulische Verstellung der Wegeventile. Die Folge ist, daß die Wegeventile durch den verringerten Betätigungsdruck stärker gedrosselt werden, wodurch der Durchfluß durch alle Verbraucher verhältnisgleich reduziert wird.

Überschreitet der Leistungsbedarf der Verbraucher die maximal verfügbare Antriebsleistung (Grenzlastregelung), dann ist zweckmäßigerweise die Summe der Verbraucherleistungen zu reduzieren bzw. an der verfügbaren Antriebsleistung anzupassen.

Daher ist es besonders vorteilhaft, das Leistungsbegrenzungsventil 34 in die beschriebene Signalleitung 46 einzusetzen, wie dies mit Ventil 34a und der Leitung 36a angedeutet ist. Dadurch wird bei Überschreitung der Leistungsgrenze eine künstliche Unterversorgung erzeugt und die Verbraucherleistungen reduziert.

Claims (12)

1. Hydraulische Schaltung zur lastabhängigen Steuerung des Förderstroms einer Verstellpumpe, mit einem Stellzylinder zum Verändern der Pumpenförderleistung, mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher, welchem das von der Pumpe geförderte Fluid über eine verstellbare Förderstromdrossel zugeführt wird, mit einem druckbetätigten Stromregelventil zum Ansteuern des Stellzylinders, welches diesen wechselweise mit der Pumpendruckleitung oder mit einem Tank verbindet, wobei die Steuerseite dieses Stromregelventil im Kräftegleichgewicht zwischen dem Pumpenförderdruck einerseits und einem Lastdruck hinter der Förderstromdrossel sowie einer Stellfeder andererseits verschoben wird, und mit einem Druckbegrenzungsventil zum Begrenzen des maximal zulässigen Pumpendrucks, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (30) in einer Steuerleitung (16) angeordnet ist, die vom Lastdruck beaufschlagt und über eine Drosselstelle (20) mit dem Tank sowie mit einer Steuerseite des Stromregelventils (12) verbunden ist, daß das Druckbegrenzungsventil (30) im Kräftegleichgewicht zwischen einer Stellfeder (31) und dem Pumpenförderdruck verschoben wird und beim Erreichen des maximalen zulässigen Pumpendruckes die Steuerleitung (16) drosselt.

2. Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (30) von einer Feder (31) in Öffnungsrichtung und vom Pumpendruck in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei durch die Feder der maximale Pumpendruck bestimmt ist.

3. Hydraulische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (16) für das verbraucherabhängige Signal ein weiteres Ventil (34) zur Leistungsbegrenzung der Pumpe vorgesehen ist, das von einer Feder (35) in Öffnungsrichtung und vom Druck und Hub der Pumpe in Schließrichtung beaufschlagt ist.

4. Hydraulische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal den Lastdruck eines am höchsten belasteten Verbrauchers darstellt.

5. Hydraulische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal abhängig vom Durchfluß durch einen Verbraucher an einem Ventil (42) erzeugt wird, das im Ablauf des Verbrauchers (3) zum Tank angeordnet ist und das abhängig vom ablaufseitigen Druck in eine Arbeitsstellung verschiebbar ist, in der über das Ventil (42) in die Steuerleitung (16) ein Drucksignal eingespeist wird.

6. Hydraulische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (42) eine Druckwaage ist, die vom Druck stromauf einer tankseitig angeordneten Steuerkante (41) beaufschlagt ist.

7. Hydraulische Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (16) über eine sich in Offenstellung der Druckwaage öffnende Steuerkante an eine Fremddruckquelle anschließbar ist.

8. Hydraulische Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal abhängig vom Durchfluß durch den lastführenden Verbraucher ist.

9. Hydraulische Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenregelventil (12) von einer Feder (15) und gegensinnig vom Druck in der Steuerleitung beaufschlagt ist, wobei mit steigendem Signaldruck der Stellzylinder mit dem Tank zum Vergrößern der Fördermenge und mit sinkendem Signaldruck der Stellzylinder mit der Pumpendruckleitung zum Verringern der Fördermenge verbunden wird, und daß die Signalleitung (16) über eine Drossel (20) mit dem Tank verbunden ist.

10. Hydraulische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über die sich öffnende Steuerkante des Ventils (42) ein Niederdrucksignal in die Steuerleitung (16) eingespeist wird.

11. Hydraulische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über die sich öffnende Steuerkante des Ventils (42) ein Hochdrucksignal in die Steuerleitung (16) eingespeist wird.

12. Hydraulische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellzylinder (9) eine Steuerdruckleitung (46) angeschlossen ist, an die die hydraulische Stelleinrichtung von Wegeventilen der Verbraucher über Vorsteuerventile (45) angeschlossen sind und daß bei Unterschreiten eines vorbestimmten Druckes in der Steuerdruckleitung (46) der die Stelleinrichtungen betätigende Steuerdruck absenkbar ist.