DE4214770C1 - Regelvorrichtung zur Regelung des Verdrängungsvolumens einer hydrostatischen Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Regelung des Verdrängungs­ volumens einer hydrostatischen Maschine nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Regelvorrichtungen dieser Art sind aus der Praxis als sogen. Druckregler oder auch als Leistungsregler bekannt, die den Volumenstrom in einem Hydrauliksystem durch Verstellung des Verdrängungsvolumens der hydrostati­ schen Maschine so an die Bedürfnisse des Verbrauchers anpassen, daß der Arbeitsdruck im Hydrauliksystem oder die Leistung der hydrostatischen Maschine auf einem dem Gegendruck am jeweiligen Regelventil entsprechenden Sollwert konstant gehalten wird. Durch Veränderung des dem Regelventil über die Steuerdruckleitung zugeführten Steuerdruckes ist es möglich, den eingestellten Sollwert des Arbeitsdrucks bzw. der Leistung ferngesteuert zu verstellen.

Bei Einsatz von derart druck- oder leistungsgeregelten hydrostatischen Maschinen in Arbeitsantrieben für beispielsweise Löffel von Baggerfahrzeugen können Situationen auftreten, in denen die Leistung der beim Graben gegen erhöhte Widerstände auf geringeres Fördervolumen (bei Hydropumpen) bzw. größeres Schluckvolumen (bei Hydromotoren) verstellten hydrostatischen Maschinen nicht ausreicht, um diese erhöhten Widerstände zu überwinden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die beim Arbeiten gegen erhöhte Widerstände auf kleineres bzw. größeres Verdrängungsvolumen eingestellte hydrostatische Maschine bei unveränderter Drehzahl eine erhöhte Leistung aufbringen kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. In der Zwischenstellung des Stellkolbens des Stellzylinders, die bei Hydropumpen einer verringerten und bei Hydromotoren einer vergrößerten Verdrängungsvolumen-Einstellung entspricht, wird der mit dem Gegendruck am Regelventil eingestellte Sollwert der Regelgröße (Arbeitsdruck oder Leistung) entsprechend dem angelegten Steuerdruck erhöht, so daß die hydrostatische Maschine, beispielsweise die Hydropumpe, bei verringertem Fördervolumen einen größeren Arbeitsdruck erzeugen kann und somit die Möglichkeit bietet, größere Widerstände zu überwinden. Vorzugsweise ist der mit dem Gegendruck am Regelventil eingestellte Sollwert der Regelgröße gleich dem Nenndruck und der um den Steuerdruck erhöhte Sollwert gleich dem Höchstdruck der hydrostatischen Maschine.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Stellkolben einen an seiner Mantelfläche ausmündenden und in den Druckraum des Stellzylinders einmündenden Durchgang auf, der eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Anschluß an die Steuerdruckleitung herstellt, wenn der Stellkolben seine Zwischenstellung bzw. seinen Zwischenstellungsbereich erreicht. Durch entsprechende Auslegung der Öffnungsquerschnitte des Durchgangs und des Anschlusses an die Steuerdruckleitung und/oder durch Verwendung von beispielsweise in den letztgenannten Anschluß einmündenden Kerben (auch Drosselkerben) kann die Zwischenstellung zu einem Zwischenstellungsbereich erweitert werden. In diesem Falle ist es vorteilhaft, mit Hilfe eines verstellbaren Anschlags den Stellkolben auf verschiedene Zwischenstellungen innerhalb des Zwischenstellungsbereichs einzustellen.

Um sicherzustellen, daß nur dann der erhöhte Sollwert der Regelgröße am Regelventil eingestellt ist, wenn sich der Stellkolben in seiner Zwischen­ stellung befindet, ist es vorteilhaft, den Stellzylinder mit einem Anschluß an eine zum Tank führende Entlastungsleitung und den Stellkolben mit einem weiteren, zweiten Durchgang zu versehen, der eine Verbindung zwischen dem Anschluß an die Steuerdruckleitung und dem Anschluß an die Entlastungslei­ tung herstellt, wenn der Stellkolben eine andere als seine Zwischenstellung, vorzugsweise seine Ausgangsstellung, einnimmt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Stelldruckleitung über das Regelventil an die Arbeitsleitung angeschlossen, so daß bei in der Zwischen­ stellung befindlichem Stellkolben der Arbeitsdruck als Steuerdruck das Regelventil beaufschlagt und auf diese Weise den mit dem Gegendruck, vorzugsweise dem Druck einer Feder, eingestellten Sollwert der Regelgröße maximal verdoppelt.

Durch entsprechende Einstellung einer in der Steuerdruckleitung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung angeordneten, vorzugsweise verstellbaren Drossel ist es in Verbindung mit dem zweiten Durchgang im Stellkolben und der Entlastungsleitung möglich, jeden beliebigen Steuerdruck und damit erhöhten Sollwert der Regelgröße einzustellen. Statt oder vorzugsweise zusätzlich zu der in der Steuerdruckleitung angeordneten Drossel kann der in den Druckraum des Stellyzlinders einmündende Durchgang im Stellkolben gedrosselt sein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf den Schaltplan der einzigen Figur näher beschrieben.

Die in der Figur gezeigte hydrostatische Maschine 1 ist eine Axialkolben- Verstellpumpe in Schrägscheibenbauart für den Mitteldruckbereich, die für einen Nenndruck von 250 bar und einen Höchstdruck von 315 bar ausgelegt ist. Die Verstellpumpe 1 ist von einem nicht gezeigten Antriebsmotor antreibbar und über eine Ansaugleitung 2 sowie eine Leckölleitung 3 an den Tank 4 und über eine Arbeitsleitung 5 an einen nicht gezeigten Hydromotor angeschlos­ sen.

Der Verstellpumpe 1 ist eine Regelvorrichtung zur Regelung ihres Verdrän­ gungsvolumens zugeordnet. Diese Regelvorrichtung umfaßt einen doppeltwirken­ den Stellzylinder 6 und ein Regelventil 7.

Der Stellzylinder 6 dient zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Verstellpumpe 1. Er umfaßt einen Differential-Stellkolben 8, dessen Kolben­ stange 9 mit dem mit der Schrägscheibe der Verstellpumpe 1 verbundenen Stellglied 10 gekoppelt ist. Der Stellkolben 8 begrenzt im Stellzylinder 6 mit seiner (kleineren) Kolbenringfläche einen in der Figur linken Zylinder­ raum 11 und mit seiner (größeren) Kolbenfläche einen in der Figur rechten Zylinderraum 12, der nachstehend als Druckraum bezeichnet und in dem ein verstellbarer Anschlag 13 für den Stellkolben 8 angeordnet ist. Eine Vorspannfeder 14 im linken Zylinderraum 11 beaufschlagt den Stellkolben 8 im Sinne einer Verkleinerung des Druckraums 12 und damit im Sinne eines Ausschwenkens der Verstellpumpe 1 auf größeres Verdrängungsvolumen.

Der Stellzylinder 6 weist vier Anschlüsse auf: einen Anschluß des linken Zylinderraums 11 an eine Rückstelldruckleitung 15, einen Anschluß des Druckraums 12 an eine Stelldruckleitung 16, einen Anschluß an eine Steuer­ druckleitung 17 und einen Anschluß an eine Entlastungsleitung 18. Die beiden letztgenannten Anschlüsse sind in demjenigen Bereich angeordnet, der vom Stellkolben 8 ständig überdeckt ist. Ein Durchgang 19 ist im Stellkolben 8 ausgebildet und verbindet dessen Mantelfläche mit dem Druckraum 12. Der Stellkolben 8 weist einen weiteren, radial verlaufenden Durchgang 20 auf.

Es ist zu erkennen, daß der Stellzylinder 6 nicht nur zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Verstellpumpe 1 dient, sondern gleichzeitig auch als 2/3-Wegeventil ausgebildet ist, dessen Ventilkörper vom Stellkolben 8 gebildet ist, dessen Steueranschlüsse die Anschlüsse an die Stelldrucklei­ tung 16 sowie die Rückstelldruckleitung 15 und dessen Arbeitsanschlüsse die Anschlüsse an die Steuerdruckleitung 17 und die Entlastungsleitung 18 sind. In der in der Figur gezeigten (rechten) Ausgangsstellung des Stellkolbens 8, die der Einstellung der Verstellpumpe 1 auf maximales Verdrängungsvolumen entspricht, verbindet der Durchgang 20 die Arbeitsanschlüsse miteinander, während die Verbindung des Druckraums 12 mit der Steuerdruckleitung 17 gesperrt ist. In einer (nicht gezeigten) Zwischenstellung des Stellkolbens 8, in der die Verstellpumpe 1 auf ein entsprechend geringeres Verdrängungs­ volumen eingestellt ist, verbindet der Durchgang 19 den Druckraum 12 mit der Steuerdruckleitung 17, während der Anschluß an die Entlastungsleitung 18 gesperrt ist. In der in der Figur linken Endstellung des Stellkolbens 8, in der die Verstellpumpe 1 auf minimales oder Null-Verdrängungsvolumen eingestellt ist, sind beide Arbeitsanschlüsse gesperrt. Durch Erweiterung der Öffnungsquerschnitte des Arbeitsanschlusses an die Steuerdruckleitung 17 und/oder des Durchganges 19, z. B. mittels entsprechend breiter Ringnuten im Außenumfang des Stellkolbens 8 und/oder in der Innenwand des Stellzylinders 6, ist es möglich, die Verbindung zwischen dem Druckraum 12 und der Steuerdruckleitung 17 nicht nur in der Zwischenstellung, sondern in einem sich gegebenenfalls bis zur Endstellung des Stellkolbens 8 erstreckenden Zwischenstellungsbereich aufrechtzuerhalten.

Andere Ausführungsformen des 2/3-Wegeventils sind denkbar. Beispielsweise kann die Verbindung zwischen der Stelldruckleitung 16 und dem Druckraum 12 anstelle des im Gehäuse des Stellzylinders 6 ausgebildeten Anschlusses über eine axiale Durchgangsbohrunq im Stellkolben 8 erfolgen, während statt des Durchgangs 20 sowie des im Gehäuse des Stellzylinders 6 ausgebildeten Anschlusses an die Steuerdruckleitung 17 ein Durchgang mit einem radialen, an der Mantelfläche des Stellkolbens 8 ausmündenden Abschnitt und einem axial durch den Stellkolben 8 bis zu dessen dem Druckraum 12 gegenüberlie­ genden Stirnfläche verlaufenden und dort an die Steuerdruckleitung 17 angeschlossenen Abschnitt verwendet werden kann. Die Verbindung zwischen dem Druckraum 12 und der Steuerdruckleitung 17 erfolgt in diesem Fall über einen an die axiale Durchgangsbohrung angeschlossenen und an der Mantelfläche des Stellkolbens 8 ausmündenden Radialkanal, der bei in der Zwischenstellung bzw. im Zwischenstellungsbereich befindlichen Stellkolben 8 über eine Ringnut im Gehäuse des Stellzylinders 6 mit dem radialen Abschnitt des an die Steuerdruckleitung 17 angeschlossenen Durchganges in Verbindung steht.

Eine verstellbare Drossel 21 ist in der Steuerdruckleitung 17 angeordnet. Die Entlastungsleitung 18 mündet in eine zum Tank 4 führende Ablaufleitung 22 ein, die über eine Verbindungsleitung 23 mit einer Drosselstelle 24 an die Stelldruckleitung 16 angeschlossen ist.

Das Regelventil 7 ist ein stetig verstellbares 3/2-Wegeventil mit jeweils einem Arbeitsanschluß an die Ablaufleitung 22, die Stelldruckleitung 16 bzw. eine zur Arbeitsleitung 5 führende Anschlußleitung 25.

Der Ventilkörper 26 des Regelventils 7 ist durch die Kraft einer einstellbaren Feder 27 in der in der Zeichnung gezeigten (linken) Ausgangsstellung gehalten und mit einem von der Anschlußleitung 25 über eine Leitung 28 abgenommenen Regeldruck gegen die Kraft der Feder 27 in Richtung (rechte) Endstellung ansteuerbar. In der Ausgangsstellung des Regelventils 7 sind die Anschlüsse an die Stelldruckleitung 16 und die Ablaufleitung 22 geöffnet, während der verbleibende Anschluß gesperrt ist. In der Endstellung sind die Anschlüsse an die Stelldruckleitung 16 und die Anschlußleitung 25 vollständig geöffnet, während der Anschluß an die Ablaufleitung 22 gesperrt ist. Mit der Feder 27 wird der Sollwert der Regelgröße eingestellt; er entspricht dem Nenndruck der Verstellpumpe 1.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist wie folgt:

Die Verstellpumpe 1 ist auf maximales Verdrängungsvolumen eingestellt. Dementsprechend befinden sich der Stellkolben 8 des Stellzylinders 6 und der Ventilkörper 26 des Regelventils 7 jeweils in der in der Figur gezeigten Ausgangsstellung, in der die Stelldruckleitung 16 und die Steuerdruckleitung 17 zum Tank 4 hin entlastet sind. Sobald die Verstellpumpe 1 durch den Antriebsmotor angetrieben wird, fördert sie einen entsprechenden Volumen­ strom in die Arbeitsleitung 5, in der sich ein der Belastung am Hydromotor entsprechender Arbeitsdruck aufbaut, der als Regeldruck über die Leitung 28 das Regelventil 7 ansteuert. Sobald die hydraulische Kraft des Arbeitsdrucks und damit des Regeldrucks die Federkraft der Feder 27 übersteigt, verschiebt sie den Ventilkörper 26 des Regelventils 7 in der Figur nach rechts in eine Regelstellung, in der der Arbeitsdruck als Stelldruck über den Druckraum 12 den Stellkolben 8 des Stellzylinders 6 beaufschlagt und unter Zurückschwen­ ken der Verstellpumpe 1 auf kleineres Verdrängungsvolumen so lange in Richtung Endstellung verschiebt, bis Kraftgleichgewicht am Regelventil 7 herrscht.

Wenn dabei der Stellkolben 8 seine Zwischenstellung erreicht und bei gesperrtem Anschluß an die Entlastungsleitung 18 die Verbindung zwischen Druckraum 12 und Steuerdruckleitung 17 herstellt, gelangt Druckmittel aus der Arbeitsleitung 5 über das Regelventil 7 und den Stellzylinder 6 in die Steuerdruckleitung 17 und strömt durch die Drossel 21, um mit dem sich hinter derselben einstellenden Druck als Steuerdruck den mit der Feder 27 am Regelventil 7 eingestellten Sollwert der Regelgröße zu erhöhen und bei unverändertem Arbeitsdruck das Regelventil 7 zurück in Richtung Ausgangs­ stellung zu verstellen. Mit der dabei eintretenden Entlastung der Stell­ druckleitung 16 zum Tank 4 hin wird der Stellkolben 8 durch den durch die Rückstelldruckleitung 15 herangeführten Arbeitsdruck und die Vorspannfeder 14 in Richtung Ausgangsstellung verschoben, bis die Steuerdruckleitung 17 über den Durchgang 20 im Stellkolben 8 zum Tank 4 hin entlastet und damit der ursprüngliche, mit der Feder 27 am Regelventil 7 eingestellte Sollwert der Regelgröße wieder erreicht ist.

Nun beginnt erneut der vorbeschriebene Zyklus der Verstellung des Regelven­ tils 7 und Verschiebung des Stellkolbens 8 zwischen der jeweiligen Ausgangsstellung und der Regel- bzw. Zwischenstellung mit der entsprechenden periodischen Schwankung des Sollwerts der Regelgröße zwischen dem ursprüng­ lichen, mit der Feder 27 eingestellten und dem um den Steuerdruck erhöhten Wert und wiederholt sich, solange der Arbeitsdruck den Nenndruck der Verstellpumpe 1 von 250 bar übersteigt. Dabei ist die Drossel 21 so eingestellt, daß sich aufgrund ihrer Dämpfung ein Steuerdruck von 65 bar in der Steuerdruckleitung einstellt und somit der Sollwert der Regelgröße am Regelventil 7 auf 315 bar, d. h. den Höchstdruck der Verstellpumpe 1, eingestellt ist. Auf diese Weise kann die Verstellpumpe 1 bei der der Zwischenstellung des Stellkolbens 8 entsprechenden verringerten Verdrän­ gungsvolumen-Einstellung bis zu ihrem Höchstdruck belastet werden.

Sobald der Arbeitsdruck diesen Höchstdruck von 315 bar übersteigt, wird das Regelventil 7 in Richtung Endstellung verstellt und damit der Stellkolben 8 des Stellzylinders 7 ausgehend von seiner Zwischenstellung in seine Endstellung verschoben und damit die Verstellpumpe 1 auf minimales bzw. Null-Verdrängungsvolumen eingestellt. Wenn sodann infolge entsprechender Verringerung des Arbeitsdrucks das Regelventil 7 durch die Feder 27 und den Steuerdruck zurück in seine Ausgangsstellung verstellt wird, erfolgt die Verschiebung des Stellkolbens 8 ebenfalls in Richtung Ausgangsstellung und damit das Ausschwenken der Verstellpumpe 1 auf größeres Verdrängungsvolumen.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung kann bei entsprechender Anpassung des Stellzylinders und seiner Anschlüsse auch mit reversierbaren Hydromotoren und Hydropumpen eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, der mit ihr durchführbaren Druck- bzw. Leistungsregelung eine Förderstromregelung zuzuordnen.

Claims (9)

1. Regelvorrichtung zur Regelung des Verdrängungsvolumens einer hydrostati­ schen Maschine, die an wenigstens eine Arbeitsleitung angeschlossen und mit einem zur Verstellung ihres Verdrängungsvolumens vorgesehenen Stellzylinder gekoppelt ist, der wenigstens einen an eine Stelldrucklei­ tung angeschlossenen Druckraum aufweist und dessen Stellkolben durch den Stelldruck im Druckraum von einer Ausgangsstellung in wenigstens einer Richtung bis in eine Endstellung verschiebbar ist, mit einem Regelventil, das von einem dem Arbeitsdruck in der Arbeitsleitung proportionalen Regeldruck gegen einen Gegendruck und einen über eine Steuerdruckleitung zugeführten Steuerdruck in Richtung einer Regelstellung beaufschlagt ist, in der das Regelventil die Stelldruckbeaufschlagung des Stellzylinders regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckleitung (17) an den Stellzylinder (6) angeschlossen ist, und daß der Stellkolben (8) den Anschluß an die Steuerdruckleitung (17) in einer vorgegebenen Zwischenstellung bzw. einem Zwischenstellungs­ bereich des Stellkolbens (8) zwischen seiner Ausgangs- und seiner Endstellung öffnet, wodurch die Steuerdruckleitung (17) mit dem in der Stelldruckleitung (16) herrschenden Druck beaufschlagt wird.

2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (8) einen an seiner Mantelfläche ausmündenden und in den Druckraum (12) des Stellzylinders (6) einmündenden Durchgang (19) aufweist, der eine Verbindung zwischen dem Druckraum (12) und dem Anschluß an die Steuerdruckleitung (17) herstellt, wenn der Stellkolben (8) seine Zwischenstellung bzw. seinen Zwischenstellungsbereich erreicht.

3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (6) einen Anschluß an eine zum Tank (4) führende Entlastungsleitung (18) und der Stellkolben (8) einen weiteren, zweiten Durchgang (20) aufweist, der eine Verbindung zwischen dem Anschluß an die Steuerdruckleitung (17) und den Anschluß an die Entlastungsleitung (18) herstellt, wenn der Stellkolben (8) eine andere als seine Zwischenstel­ lung einnimmt.

4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Durchgang (20) die Verbindung zwischen dem Anschluß an die Steuerdruckleitung (17) und dem Anschluß an die Entlastungsleitung (18) herstellt, wenn der Stellkolben (8) sich in seiner Ausgangsstellung bzw. im Bereich derselben befindet.

5. Regelvorrichtung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelldruckleitung (16) über das Regelventil (7) an die Arbeitsleitung (5) angeschlossen ist.

6. Regelvorrichtung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Druckraum (12) des Stellzylinders (6) einmündende Durchgang (19) im Stellkolben (8) als Drosselstelle ausgebildet ist.

7. Regelvorrichtung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerdruckleitung (17) eine Drosselstelle (21) angeordnet ist.

8. Regelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (21) in der Steuerdruckleitung (19) verstellbar ist.

9. Regelvorrichtung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen für den Stellkolben (8) vorgesehenen verstell­ baren Anschlag (13) im Druckraum (12) des Stellzylinders (6).