DE4135277A1 - Regler fuer eine verstellbare hydraulikpumpe - Google Patents

Description

Es ist bereits seit langem bekannt Regelungen mit Verstellpum­ pen vorzunehmen, wobei im einzelnen Druckregelungen, Strom­ regelungen, Leistungsregelungen und kombinierte Regelungen be­ kannt sind.

In den Fig. 6 und 7 ist zum einen im einzelnen und zum anderen in der Form eines Symbols 6 verwendenden Schaltbildes ein För­ derstrom-Druckregler 110 dargestellt. Hierbei wird der gesamte Förderstrom einer Pumpe 111 über eine verstellbare Blende 2 geleitet. Bei einer festen Stellung dieser Blende 2 ist der Druckabfall an der Blende 2 proportional dem Förderstrom. Da­ her kann man den Druckabfall als Maß für den Förderstrom ver­ wenden. Der Druckabfall (Differenzdruck) wirkt auf die beiden Stirnflächen eines ersten Reglerkolbens 4 eines Förderstrom­ reglers (oder Förderstromreglerventils) 112. Der Reglerkolben 4 hat eine fixierte Arbeitsposition, die dann erreicht ist, wenn eine Steueröffnung 6 (gebildet aus einer Steuerkante a am Kolben 4 und einer Bohrungswand b des Gehäuses) etwa dieselbe Fläche hat, wie eine Zuflußdüse 7, d. h. wenn die Kante a des Kolbens 4 die Bohrung b gerade öffnet. Durch Druckteilung zwischen der Zuflußdüse 7 und der variablen Abflußöffnung 6 kann der auf den Stellkolben wirkende Druck maximal gleich dem Pumpendruck (bei geschlossener Öffnung 6) und minimal gleich dem Tankdruck (bei voll geöffneter Öffnung 6) sein. Wenn in der beschriebenen Stellung des Kolbens 4 Kräftegleichgewicht herrscht, arbeitet die Förderstromregelung im stationären Be­ reich. Ist der von einem Verbraucher 3 bestimmte Arbeitsdruck niedriger als der an einer Feder 12 eines Druckreglers (Druck­ regelventils) 113 und einem Ventil 15 eingestellte Druck, dann ist eine Steueröffnung 13 des Druckregelventils 113 geschlos­ sen und wird bei der momentanen Betrachtung nicht berücksich­ tigt. Wenn nun zum Beispiel der freie Querschnitt der Blende 2 verkleinert wird, dann erhöht sich bei dem momentan strömenden Förderstrom der Druckabfall an der Verstellblende 2 und der Förderstromreglerkolben 4 wird gegen die steigende Kraft einer Druckfeder 5 verschoben. Dadurch vergrößert sich die Steuer­ öffnung 6, das Steueröl fließt mit geringem Widerstand zum Tank und der Druck an einem Stellkolben 9 der Pumpe 112 sinkt. Ein dem Stellkolben 9 gegenüberliegender Stellkolben 10 schiebt nun einen Hubring 11 der Pumpe 111 in Richtung kleine­ ren Förderstroms und zwar solange bis der Druckabfall an der Verstellblende 2 wieder der Federvorspannung der Feder 5 ent­ spricht. Bei Erhöhung des Verbraucherdrucks wird die wachsende Leckage der Pumpe 111 solange ausgeregelt bis der zweite oder Druckreglerkolben 14 des Druckreglers 113 die Steueröffnung 113 freigibt. Parallel zur Steueröffnung 6 fließt nun das Steu­ eröl zum Tank und der Druck am Steuerkolben 9 sinkt, wodurch die Pumpe 111 ihren Förderstrom verringert. Der Druck, bei welchem der Druckregler 113 die Steueröffnung freigibt (also der Abriegeldruck) wird durch Verstellen des elektrisch betä­ tigten Ventils 15 bestimmt. Durch die Verwendung dieses För­ derstrom-Druckreglers ist eine wiederholgenaue elektrische Regelung von Druck und Förderstrom möglich. Allerdings sind die beiden Regler, der Förderstromregler 111 und der Druckregler 113 speziell ausgebildet. Dem Mengen- oder Förderstromregler 112 ist sozusagen der Druckregler 113 überlagert. Beide Regler 111 und 113 beziehen ihr Steueröl über eine gemeinsame Düse 7. Bei diesem bekannten Förderstrom-Druckregler ist also nachtei­ lig, daß spezielle Bauteile komplett erforderlich sind. Dies gilt insbesondere für das Förderstromregelventil 111 und das Druckregelventil 113. Es liegt eine starre Systemanordnung vor, wobei keine Standardteile verwendet werden können. Ferner zeigt der bekannte Förderstrom-Druckregler 110 verglichen mit einem Standarddruckregler eine eingeschränkte Dynamik, was sich insbesondere durch langsames Aufregeln bemerkbar macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druck-Mengenregler (Förderstrom-Druckregler) vorzusehen, der die Verwendung von preiswert in hoher Stückzahl herstellbaren Standardreglern ermöglicht. Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe ein hydraulisches Schaltelement vorgesehen, welches automatisch entweder einen vorzugsweise als Standard­ regler ausgebildeten Druckregler oder einen vorzugsweise als Standardregler ausgebildeten Mengenregler (aber nicht beide Regler) an eine Stellvorrichtung insbesondere einen Stellkol­ ben einer verstellbaren Pumpe anlegt.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druck-Mengenreglers unter Verwendung von Schaltsymbolen;

Fig. 2 die gleiche Darstellung wie Fig. 1, wobei aber hier zum besseren Verständnis ein wesentliches Element der Er­ findung nämlich ein Schaltventil mit seinem Schaltkol­ ben im einzelnen dargestellt ist;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druck-Mengenreglers, wobei hier nicht wie in Fig. 1 der niedrigste Druck des Druck- bzw. Mengenreglers durch ein Schaltelement an den Verstellkolben angelegt wird, sondern vielmehr der höchste Druck von Druck- bzw. Men­ genregler;

Fig. 4 zeigt ähnlich wie Fig. 2 in Aufbau des Schaltelements im einzelnen wie es für das Funktionsprinzip der Druck­ zuschaltregelung vorzugsweise verwendet wird;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch vorzugsweise in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete Druck- bzw. Mengenreg­ ler;

Fig. 6 einen bekannten Druck-Mengenregler gemäß dem Mannesmann Prospekt RD 10 491/11. 83;

Fig. 7 das Schaltbild des Reglers gemäß Fig. 6.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Druck-Mengenreglers PQ wird anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Fig. 1 zeigt insge­ samt eine Anlage 20 bestehend aus einer Pumpeneinheit 21 mit dem erfindungsgemäßen Druck-Mengenregler PQ. Der Druck-Mengen­ regler PQ umfaßt im wesentlichen eine an der Pumpeneinheit 21 angebrachte Schaltventilplatte 22, eine verstellbare Blenden­ einheit 24 und eine Mengenreglerplatte 23, die unabhängig von einer Druckreglerplatte 25 ebenso wie diese an der Schaltven­ tilplatte 22 angebracht ist.

Die Pumpeneinheit 21

Die Pumpeneinheit 21 weist eine Hydraulikpumpe 30 auf, deren Förderstrom (Menge) verändert werden kann. Die Veränderung der Menge erfolgt durch auf die Pumpe 30 einwirkende Stellmittel 31, welche entsprechend der Information empfangen von der Men­ genreglerplatte 23 oder der Druckreglerplatte 25 die Pumpe 30 zur Abgabe von mehr oder weniger Druckmittel veranlassen. Im dargestellten Fall umfassen die Stellmittel einen ersten Stellkolben 31 und einen zweiten Stellkolben 33 die beispiels­ weise bei einer Flügelzellenpumpe auf den Hubring einwirken können, wie dies für den Stand der Technik in Fig. 6 gezeigt ist. Zudem ist noch eine Feder 32 vorgesehen, welche den ersten Stellkolben 31 in Richtung eines größeren Fördervolu­ mens der Pumpe 30 vorspannt. Man erkennt, daß der Durchmesser des ersten Stellkolbens 31 größer ist als der des zweiten Stellkolbens 33. Die verschiedenen Anschlüsse der Pumpenein­ heit 21 sind mit 40 bis 45 bezeichnet. Ausgangsseitig steht die Pumpe 30 über eine Leitung 34 mit dem Anschluß 40 in Ver­ bindung, der auf Leitung 34 herrschende mit P1 bezeichnete Pumpendruck liegt über eine Steuerleitung 37 am zweiten Hubkolben 33 mit der kleineren Druck beaufschlagten Fläche und ferner über eine Steuerleitung 38 am Anschluß 43. Eingangsseitig steht die Pumpe 30 über eine Saugleitung 36 und Anschluß 41 mit einem Tank in Verbindung. Eine weitere Tank­ verbindung der Pumpe 30 zur Abführung von Lecköl erfolgt über die Verbindungsleitung 39 zum Anschluß 42 und dann zum Tank. Ein Leitungsabschnitt 391 verbindet die Leitung 39 mit dem Anschluß 45. Der erste Stellkolben 31 mit der größeren Druck beaufschlagten Fläche ist über eine Steuerleitung 35, die am Anschluß 44 endet mit einem vom Druck-Mengenregler kommenden Stell- oder Steuerdruck (Steuersignal) beaufschlagbar.

Erfindungsgemäß wird am Anschluß 44 ein Steuerdruck angelegt und zwar entweder ein von der Mengenventilplatte 23 geliefer­ ter Steuerdruck oder aber ein von der Druckreglerplatte 25 gelieferter Steuerdruck. Die Schaltventilplatte 22 entscheidet ob, die Mengenreglerplatte oder Druckreglerplatte ein entspre­ chendes Steuersignal an den Anschluß 44 liefern darf.

Die Schaltventilplatte 22

Die Schaltventilplatte 22 enthält in erster Linie ein Schalt­ ventil 145, welches vorzugsweise in der in Fig. 2 gezeigten Art und Weise ausgebildet ist. Die Schaltventilplatte 22 weist zusätzlich zu den den Anschlüssen 43, 44 und 45 der Pumpenein­ heit 21 entsprechenden Anschlüssen noch Anschlüsse 46 bis 51 auf und ferner einen mit X bezeichneten Steueranschluß. In der Schaltventilplatte 22 verläuft eine die Anschlüsse 46 und 43 verbindende Verbindungsleitung und eine den Anschluß 51 mit dem Steueranschluß X verbindende Leitung 59. Ferner sind die Anschlüsse 48 und 45 sowie 49 und 45 verbindende Leitungen 60, 61 und 62 vorgesehen.

Abgesehen von diesen Verbindungsleitungen ist das als 3/2-We­ geventil ausgebildete Schaltventil 145 über eine Leitung 53 mit dem Anschluß 47 und mit einer Leitung 56 mit dem Anschluß 50 verbunden. Die Leitung 53 ist zum einen über eine Leitung 55 mit einem Nutzanschluß des Ventils 145 verbunden und steht ferner über eine Leitung 54 mit der einen Kolbenstirnseite (vgl. Fig. 2) des Ventils 145 in Verbindung. In ähnlicher Wei­ se ist die mit dem anderen Nutzanschluß verbundene Leitung 56 noch über eine Leitung 57 mit der anderen Kolbenstirnseite verbunden. Ausgangsseitig ist der Ausgang des Ventils 145 über eine Leitung 58 mit dem Anschluß 44 verbunden.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausbildung des Schaltventils 145.

In einer Längsbohrung in einem Gehäuse 121 ist ein Schaltkol­ ben 120 hin und her bewegbar in der in Fig. 2 gezeigten Weise angeordnet.

Erfindungsgemäß sind vorzugsweise zwei unabhängig voneinander arbeitende Regler, nämlich ein Mengenregler Q und ein Druck­ regler P vorgesehen und an der die Schaltventilplatte 22 bil­ denden Anschlußplatte befestigt.

Die Mengenreglerplatte 23

Der Mengenregler Q ist in der Mengenreglerplatte 23 unterge­ bracht, die einen Steueranschluß X sowie den Anschlüssen 46, 47 und 48 der Schaltventilplatte 22 entsprechende und dement­ sprechend in der gleichen Weise bezeichnete Anschlüsse be­ sitzt. Ein im einzelnen in Fig. 5 gezeigtes Mengenreglerventil 65 ist ähnlich einem 3/2-Ventil ausgebildet und steht ein­ gangsseitig über Leitungen 66, 67 mit dem Anschluß 46 und so­ mit mit dem Pumpenausgangsdruck P1 in Verbindung. Über Leitung 68 liegt der Ausgangsdruck P1 der Pumpe 30 ferner an der einen Stirnseite des Ventils 65 (bzw. des Kolbens 120) an.

Ausgangsseitig ist das Mengenregelventil 65 über eine Leitung 69 mit Anschluß 47 und mit seinem anderen Anschluß über Lei­ tung 70 mit Anschluß 48 verbunden. Gegenüberliegend zu der dem Pumpendruck ausgesetzten Seite des Mengenregelventils 65 liegt über Leitung 76 der am Steueranschluß X anliegende Druck P2 an und ferner übt eine einstellbare Feder 75 eine Kraft aus.

Das Mengenregelventil 65 bildet - wie sich im einzelnen auch aus Fig. 5 ergibt - eine Zulaufdüse 71 und in Reihe damit eine entsprechend der Kolbenstellung veränderbare Abflußdüse 72. Diese Hintereinanderschaltung von Zulaufdüse 71 und Abflußdüse 72 verbindet den Eingangs-Anschluß des Ventils 65 mit dem ei­ nen Ausgangs-Anschluß. Der zweite Ausgangs-Anschluß steht über eine Dämpfungsdüse 73 und eine Verbindungsleitung 74 mit dem Verbindungspunkt zwischen Zulaufdüse 71 und Abflußdüse 72 in Verbindung. Dämpfungsdüse 73 und Abflußdüse 72 sind entspre­ chend der Bewegung des Kolbens 120 des Ventils 65 verstellbar.

Das Mengenregelventil Q bestimmt in bekannter Weise die von der Pumpe 30 an einen nicht gezeigten Verbraucher abgegebene Druckmittelmenge durch Bestimmung der Differenz zwischen dem Pumpenausgangsdruck P1 und dem Druck P2, der hinter der ver­ stellbaren Blendeneinheit 24 abgegriffen wird. Dieser Druck P2 liegt über Leitungen 125 an den Steueranschlüssen X.

Die Druckreglerplatte 25

Die Druckreglerplatte 25 besitzt den entsprechenden Anschlüs­ sen der Schaltventilplatte 22 entsprechende Anschlüsse 49, 50 und 51, die auch in entsprechender Weise bezeichnet sind. Fer­ ner ist in der Druckreglerplatte 25 ein Druckregelventil 80 vorgesehen, welches nach Art eines 3/2-Ventils ausgebildet ist. Der Eingangs-Anschluß des Ventils 80 liegt über eine Lei­ tung 86 und eine Leitung 85 am Anschluß 51. Ferner ist der An­ schluß 51 über die Verbindungsleitung 85 und 87 mit der einen Stirnseite des Ventils 80 also mit dem Druck P2 verbunden. Der eine Ausgangs-Anschluß liegt über eine Leitungen 83, 81 am An­ schluß 49 während der andere Ausgangs-Anschluß über eine Lei­ tung 84 am Anschluß 50 liegt. Ferner liegt der Anschluß 49 über die Leitungen 81 sowie 82 an der anderen Stirnseite des Ventils 80. An dieser Stirnseite des Ventils 80 liegt ferner die von einer einstellbaren Feder 91 erzeugte Kraft an.

Das Ventil 80 bildet ferner eine Serienschaltung einer Zulauf­ düse 88 und einer Abflußdüse 89. Ähnlich wie bei dem Mengenre­ gelventil 65 ist der Mittelabgriff zwischen den beiden Düsen 88, 89 über eine Dämpfungsdüse 90 mit dem anderen Ausgang-An­ schluß verbunden. Die beiden Düsen 89, 90 sind gleichzeitig verstellbar.

Fig. 5 zeigt die Mengenreglerplatte 23 sowie die Druckregler­ platte 25 gemäß Fig. 1. Den Fig. 1 bzw. 2 entsprechende Be­ zugszeichen wurden eingeführt.

Was die Arbeitsweise des Druckmengenreglers gemäß Fig. 1, 2 und 5 anlangt, so dürfte sich diese für den Fachmann aus der obigen Beschreibung bereits ergeben. Ergänzend sei darauf hin­ gewiesen, daß die beiden Regler, d. h. der Mengenregler Q und der Druckregler P unabhängig voneinander arbeiten und sich nicht direkt gegenseitig beeinflussen wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, insbesondere durch die beim Stand der Technik vorhandene gemeinsame Düse 7 in den Fig. 8 und 9. Dadurch bleiben die Eigenschaften der als Standardregler zu bezeichnenden Mengen- und Druckregler erhalten.

Während der Mengenregler Q am Ausgang 47 ein Stellsignal in der Form eines Drucksignals liefert, stellt der Druckregler sein Stellsignal in der Form eines Drucksignals am Ausgang 50 zur Verfügung. Die Aufgabe des Schaltventils 145 besteht darin automatisch das jeweils niedrigere dieser Signale durchzulas­ sen und an den Stellkolben 31 zur Regelung der Pumpe anzule­ gen.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen das gleiche Funktionsprinzip wie die Fig. 1 und 2, allerdings für die sogenannte Druckzu­ schaltregelung, d. h. das Schaltventil 150 gemäß Fig. 3 und 4 wählt von dem am Anschluß 47 in Form eines Drucksignals anlie­ genden Stellsignal des Mengenreglers Q und dem am Anschluß 50 in Form eines Drucksignals anliegenden Stellsignal des Druckreglers P das jeweils größere Signal aus und legt dieses an den Stellkolben 310, der hier gegen einen eine kleinere Fläche jedoch die zusätzliche Feder besitzenden Stellkolben 330 wirkt. Im übrigen sind beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 die Verhältnisse analog, d. h. der Kolben 151 des Schaltventils 150 ist sozusagen komplementär ausgebildet. Ferner sind die Mengen- bzw. Druckregelventile in der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Art und Weise abgewandelt. Inbesondere kann der Schaltkolben 151 auch als eine Kugel ausgebildet sein.

Es ist ferner möglich, die unabhängig voneinander arbeitenden und sich somit nicht direkt gegenseitig beeinflussenden Men­ gen- und Druckregler im Rahmen beliebiger anderer Konfigura­ tionen einzusetzen wie mehrere Druck- und/oder Mengenregler und zwar immer unter Verwendung eines Schaltventils, so daß nur der eine oder der andere Regler sein Signal liefert, nicht aber beide Regler gleichzeitig oder einander direkt beeinflus­ send.

Claims (8)

1. Regler für eine verstellbare Hydraulikpumpe deren Förder­ menge durch eine Stellvorrichtung veränderbar ist und mit mindestens zwei die Stellvorrichtung betätigenden Regler, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein hydraulisches Schaltelement (145) vorgese­ hen ist, welches automatisch den Regler (P) mit der Stellvor­ richtung (31) verbindet, der den jeweils höchsten oder nie­ drigsten Steuerdruck bereitstellt.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hy­ draulische Schaltelement ein Schaltventil (145) ist.

3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (145) in einer Schaltventilplatte (122) angeord­ net ist.

4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schaltventilplatte (122) mindestens zwei Regler unabhängig voneinander angebracht sind.

5. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regler als Standardregler ausgebildet sind.

6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von den Reglern abgegebene Stellsignal in der Form von Drucksignalen vorliegen, und daß das Schaltventil das jeweils niedrigere Signal auswählt und an die Stellvorrichtung der Hydraulikpumpe anlegt.

7. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer Druckzuschaltregelung das Schaltventil das jeweils höhe­ re Signal aus den von den Reglern gelieferten Drucksignalen auswählt und an die Stellvorrichtung anlegt.

8. Regler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (120, 151) des Schaltventils durch den je­ weils höheren Druck der Regler in die Schaltstellung verscho­ ben wird, in der das jeweils auszuwählende Drucksignal an die Stellvorrichtung weitergeleitet wird.