DE4243075A1 - Elektrisch geregelte Verstellpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelschaltung für eine hydraulische Verstellpumpe. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Regeln einer hydrauli­ schen Verstellpumpe auf der Basis von Soll- und Istwert Signalen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein schall­ gedämpftes Hydraulikaggregat, welches zur Dämpfung vorge­ sehene Mittel gleichzeitig bei der Regelung der Pumpe ausnutzt.

Die Regelung mit Verstellpumpen ist bereits seit langem bekannt und es sei diesbezüglich auf "H. J. Matthies, Einführung in die Ölhydraulik, Stuttgart 1984, Seiten 192 bis 199" verwiesen.

Ein bei Regelschaltungen auftretendes Problem besteht darin, daß eine Pumpe üblicherweise natürliche Pulsatio­ nen besitzt, welche die Arbeitsweise einer Regelschaltung nachteilig beeinflussen können. Fig. 1 zeigt in verein­ fachter Darstellung eine Regelschaltung 1 für eine hy­ draulische Verstellpumpe 2, die durch einen Motor 3 an­ getrieben ist. Zusammen mit einem Steuer- und Regelgerät 4 können Pumpe 2 und Motor 3 ein sogenanntes Hydraulikag­ gregat 5 bilden. Vgl. dazu beispielsweise das Buch "Der Hydrauliktrainer", herausgegeben von Mannesmann Rexroth GmbH 1981, Seiten 181 bis 192. Der Ausgang der Pumpe 2 steht über eine Leitung 8 mit der Steuereinheit 4 in Verbindung. Über eine Abzweigleitung 9 ist an den Ausgang der Pumpe 2 ein Druckaufnehmer oder eine Druckmeßdose 10 angeschlossen, die ein den am Ausgang der Pumpe 2 gemes­ senen Druck repräsentierendes, elektrisches Drucksignal p′-Ist liefert. Dieses Drucksignal p′-Ist wird einem Reg­ ler 11 zugeführt, der ein Stellgrößensignal 12 an ein Regelgerät 13 der Pumpe 2 liefert, welches seinerseits ein nicht gezeigtes Steuerorgan der Pumpe 2 betätigt, um so die Pumpe 2 zu verstellen.

Neben dem auf p′-Ist basierenden Eingangsignal wird dem Regeler 11 auf Leitung 15 noch ein Eingangssignal p-Soll zugeführt.

Der hinter der Pumpe 2 angebrachte Druckaufnehmer 10 spricht auf die natürliche Pulsation der Pumpe 2 an, d. h. bei beispielsweise neun in der Pumpe 2 vorgesehenen Ver­ drängern und bei 25 Umdrehungen pro Sekunde ergeben sich pro Sekunde 225 Druckberge. Da das von der Druckmeßdose 10 gelieferte Ausgangssignal p′-Ist zum einen proportio­ nal und zum anderen differenziert oder abgeleitet paral­ lel in den Regler 11 eingegeben wird, bedeutet dies, daß das Ausgangssignal p′-Ist wegen des Differenzierens 225mal zum Übersteuern des Wertes führt. Jedesmal dann, wenn der Druck wegen der Pulsation wieder ansteigt, dann übersteuert der zwischen Druckmeßdose 10 und Regler 11 vorgesehene Differenzierer 16.

Wegen dieses unerwünschten Übersteuerns muß das Signal p′-Ist der Druckmeßdose 10 geglättet werden, was durch das hinter der Druckmeßdose 10 angeordnete, elektronische Filterglied 17 erreicht wird.

Alternativ ist es möglich, den Differenzierer 16 elektro­ nisch zu bedämpfen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird am p′-Ist ein gefiltertes Si­ gnal p′-Ist gebildet und zum einen proportional über die Leitung 18 und zum anderen differenziert über die Leitung 19 an den Regler 11 angelegt, worauf dann der Vergleich mit dem Solldruck p-Soll im Regler 11 erfolgt.

Durch das Filterglied 17 wird allerdings eine Verzögerung sozusagen in die Reglerschaltung eingebaut und der ge­ samte Regelkreis oder die Regelschaltung 1 wird träge.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Ins­ besondere bezweckt die Erfindung, eine Regelschaltung so­ wie ein eine solche Regelschaltung verwendendes Hydrau­ likaggregat derart auszubilden, daß bei geringem Aufwand keine oder eine drastisch verminderte Verzögerung er­ reicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die in den Ansprüchen ge­ nannten Maßnahmen vorgesehen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Regelschal­ tung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäß bevorzugten Regelschaltung;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungs­ gemäß bevorzugten Regelschaltung.

Fig. 4 einen bevorzugten Pulsdämpfer in Schnitt;

Fig. 5 und 6 eine schematische Seiten- bzw. Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hydraulikaggre­ gat.

Nachdem die Fig. 1 bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert wurde, sei nunmehr auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 eingegangen, wobei das Bezugszeichen 20 die erfindungsgemäße Regelschaltung bezeichnet. Im übrigen ist gemäß Fig. 2 wiederum eine hydraulische Verstellpumpe 2 gezeigt, die durch einen Motor 3 angetrieben wird. Fer­ ner ist eine Steuereinheit 4 vorgesehen, das zum einen mit der Pumpe 2 und zum anderen mit einem oder mehreren Verbrauchern 6 in Verbindung steht. Ähnlich dem Bezugs­ zeichen 5 in der Fig. 1 bezeichnet hier das Bezugszeichen 23 ein Hydraulikaggregat. Der Pumpenregler ist hier mit 24 bezeichnet und dieser liefert - ähnlich wie in Fig. 1 - ein Stellgrößensignal 12 an das Regelgerät 13 und em­ pfängt eingangsseitig auf Leitung 15 das Signal p-Soll. Weiterhin ist eine Druckmeßdose (Druckaufnehmer) 10 vor­ gesehen, die ein Signal p-Ist an den Pumpenregler 24 lie­ fert. Erfindungsgemäß liegt die Druckmeßdose 10 über hy­ draulische Dämpfungsmittel 25 am Ausgang der Pumpe 2. Im einzelnen ist die Pumpe 2 über eine Leitung 21 mit den Dämpfungsmitteln 25 verbunden und die Druckmeßdose 10 liegt über eine Leitung 26 an einer Leitung 22, die den Ausgang der Dämpfungsmittel 25 mit der Steuereinheit 4 verbindet.

Vorzugsweise sind die Dämpfungsmittel 25 in der Form ei­ nes in Fig. 4 dargestellten Reflexionsschalldämpfers 25 ausgebildet, und zwar ist dieser Reflexionsschalldämpfer unmittelbar hinter der Pumpe 2 vorgesehen. Die Dämpfungs­ mittel 25 haben die Eigenschaft, die Pulsation der Pumpe 2 drastisch zu verringern, beispielsweise durch Refle­ xion, und zwar ohne Verzögerung, jedenfalls ohne eine nennenswerte Verzögerung. Dies hat zur Folge, daß das aus der Druckmeßdose 10 austretende p-Ist-Signal kaum oder gar nicht mehr elektrisch geglättet werden muß, so daß das Signal p-Ist vorzugsweise einmal direkt und vorzugs­ weise einmal über einen Differenzierer 16 in den Pumpen­ regler 4 eingespeist werden kann.

Während das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 eine reine Druckregelung zeigt, bezieht sich das bevorzugte Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 3 auf sowohl Druck- als auch Förderstromregelung.

Fig. 3 ist ein Schaltbild der bevorzugten Ausgestaltung einer Reglerschaltung 30, die wiederum wie bei dem zuerst genannten Ausführungsbeispielen bei einer hydraulischen Verstellpumpe 2 mit Vorzug angewandt wird. Der Antriebs­ motor ist in Fig. 3 nicht dargestellt. Gezeigt sind wie­ derum Dämpfungsmittel in der Form eines Reflexionsdämp­ fers 25, die über eine Leitung 22 mit dem Verbraucher 6 verbunden sind. Über eine Leitung 26 steht die Druckmeß­ dose 10 mit dem Ausgang des Dämpfers 25 in Verbindung und liefert an ihrem Ausgang 31 ein elektrisches Signal p- Ist, welches dem Eingang 32 des Pumpenreglers 33 zuge­ führt wird. Dem Eingang 34 des Reglers 33 wird ein p- Soll-Signal zugeführt und ferner sind zwei weitere Ein­ gänge 35 und 36 vorgesehen, die der zur Zuführung eines Q-Ist- und eines Q-Soll-Signals dienen. Der Ausgang 37 des Reglers 33 steht über eine Leitung 38 mit einem Re­ gelgerät 39 für die Pumpe 2 in Verbindung. Das Regelgerät 39 weist ein Elektromagnetventil 40 mit einem Elektroma­ gneten 41 und einem Ventil 42 auf. Das Ventil 42 steht über eine Leitung 43 mit einem Stellorgan 44 in Verbin­ dung, welches dazu dient, das Verstellorgan 45 der Pumpe 2, beispielsweise eine Schrägscheibe oder dgl., zu ver­ stellen. Mit dem Stellorgang 44 ist ferner ein Weggeber 46 gekuppelt, der über eine Leitung 47 das Q-Ist-Signal an den Eingang 35 des Reglers 33 liefert.

Ein Kern der Erfindung beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind wiederum die Dämpfungsmittel 25, die unmit­ telbar hinter der Pumpe 2 vorgesehen sind und bewirken, daß das p-Ist-Signal fast keine Pulsationen zeigt und so­ mit vorzugsweise auch ohne jede elektrische Filterung di­ rekt dem Regler 33 zugeführt werden kann. Wie beim Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann, obwohl dies in Fig. 3 nicht näher dargestellt ist, das p-Ist-Signal wiederum einmal proportional und zum anderen über einen nicht ge­ zeigten Differenzierer dem Regler 33 zugeführt werden.

Durch die gleichzeitige Verwendung der hydraulischen Dämpfungsmittel 25, die auch als Pulsdämpfer bezeichnet werden können, erreicht man nicht nur eine verbesserte Ausgangsgröße für das hydraulische Aggregat, sondern darüber hinaus ergibt sich ein besseres Ansprechen des Pumpenreglers 33, da auf elektrische Filtermittel völlig oder jedenfalls weitgehend verzichtet werden kann.

In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausbildung für die Dämp­ fungsmittel 25 dargestellt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein erfindungsgemäßes Hydraulik­ aggregat, bei dem auf einem Ölbehälter 40 Motor 3, Pumpe 2 und Steuerblock 4 montiert sind. Eine Saugleitung 41 taucht in den Ölbehälter 40 ein. Eine Druckleitung 21 verbindet die Pumpe 2 mit einem hydraulischen Dämpfungs­ mittel 25, welches seinerseits über eine Druckleitung 22 mit der Steuereinheit 4 in Verbindung steht. Die Dämpfungsmittel 25 werden vorzugsweise unter Verwendung einer Körperschallisolation 42 mittels einer Schelle 43 zum Beispiel am Block 4 gehaltert. Die Druckleitung 22 kann auch als Schlauch ausgebildet sein.

Durch die Verwendung der hydraulischen Dämpfungsmittel zur Glättung der Druckpulsation wird gleichzeitig der Vorteil erzielt, daß die Geräuschemission des Aggregats erheblich vermindert wird.

Claims (8)

1. Regelschaltung für eine hydraulische Verstellpumpe (2) mit einem Pumpenregler (24, 33) mit mindestens zwei Ein­ gängen und mindestens einem Ausgang,
einem Druckaufnehmer (10) verbunden mit dem Ausgang der Pumpe (2) und einem Pumpenregler (24, 33) zur Lieferung eines den Istwert der Pumpe (2) darstellenden Signals P- Ist an diesen und
einem Fertigkeitsschalldämpfer (Dämpfungsmittel) (25), der mit seinem Eingang am Ausgang der Pumpe liegt und an dessen Ausgang der Druckaufnehmer (10) angeschlossen ist, so daß auf eine Filterung des elektrischen Ausgangssig­ nals des Druckaufnehmers mindestens weitgehend verzichtet werden kann.

2. Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dämpfungsfrequenz des Schalldämpfers ent­ sprechend der Erregerfrequenz (= Frequenz der Druck­ pulsation) der Pumpe ausgelegt wird.

3. Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, der am Ausgang der Dämpfungsmittel (25) liegende Druckaufnehmer (10) sein Ausgangssignal direkt proportio­ nal und differenziert an den Pumpenregler (25) anlegt.

4. Regelschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Pumpenregler (33) neben p-Ist- und p- Soll-Signalen auch Förderstrommengensignale Q-Ist und Q- Soll zugeführt werden.

5. Regelschaltung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Regler (33) abgegebene Stellgrößensignal (12) über ein elektrisches Steuerventil (40) und ein Stellorgan (44) ein Verstellorgan (45) der Pumpe (2) betätigt.

6. Hydraulikaggregat aus Pumpe, Motor sowie Steuer- und Regelgerät, gekennzeichnet durch einen Pumpenregler, der mit einem p-Ist-Signal von einer Druckmeßdose (10) belie­ fert wird, die am Ausgang eines Dämpfers (25) angeschlos­ sen ist, der seinerseits am Ausgang der Pumpe (2) und am Eingang der Steuereinheit (4) liegt.

7. Hydraulikaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßdose (10) ihr Ausgangssignal p-Ist zum einen direkt und zum anderen über einen Differenzie­ rer (16) an den Pumpenregler (24) anlegt.

8. Hydraulikaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (25) vorzugsweise in der Form eines Reflexionsschall­ dämpfers vorgesehen sind, der unter Verwendung einer Kör­ perschallisolation (42) an der Steuereinheit (4) ange­ bracht ist.