DE4307827A1

DE4307827A1 - Hydraulic power supply system - with variable delivery provided by variable displacement pump that is adjusted to meet demands determined by commands to load devices

Info

Publication number: DE4307827A1
Application number: DE19934307827
Authority: DE
Inventors: Franz-Peter Salz; Wolfgang Dr Hahmann; Otwin Dr Eich
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1993-10-07

Abstract

The hydraulic power system has a variable displacement pump (12a) that has the swash plate controlled by a servo actuator (32a) coupled to a valve (40a) with an input from a controller (22). The pump speed and swash plate angle are measured (48a,46a) and provide feedback to the controller. Output from the pump is supplied to valves (16) controlling a number of load devices (10) e.g. motors, linear actuators. Signals applied to the valves are based upon command signals (51,52,53). These signals are summed and provide the control setting to adjust the power supply. ADVANTAGE - Allows pump delivery to be adjusted to meet load demands.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a hydraulic system according to the Oberbe handle of claim 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, herkömmliche Hydrau liksysteme so zu verbessern, daß sie nicht schwingungsanfällig sind und sich im übrigen durch erhöhtes Reaktionsvermögen auf zu verändernde Verbraucherströme auszeichnen, wobei vorausge setzt wird, daß für die Funktion des erfindungsgemäßen Systems stets ein ausreichender Pumpenstrom gefördert werden kann.The invention has for its object conventional Hydrau to improve lik systems so that they are not susceptible to vibration are and in the rest due to increased reactivity Characterize consumer flows to be changed, whereby prev is that for the function of the system according to the invention sufficient pump flow can always be pumped.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale. Die Lösung hat den Vorteil, daß die Verbraucherstromsollwerte direkt auf die Pumpe ein wirken und somit beschleunigt veränderte Verbraucherstrombe dingungen erfüllen.The task is solved by the in the characteristic part of the Claim 1 cited features. The solution has the advantage that the consumer current setpoints directly on the pump act and thus accelerated changes in consumer electricity meet conditions.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.Further advantages of the invention result from the features of subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing is shown and described in detail below. It demonstrate:

Fig. 1 einen Schaltplan für ein Hydrauliksystem gemäß der Erfindung; Figure 1 is a circuit diagram for a hydraulic system according to the invention.

Fig. 2 einen Schaltplan einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems; Fig. 2 is a circuit diagram of another embodiment of the hydraulic system of the invention;

Fig. 3 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems; Fig. 3 is a circuit diagram of another embodiment of the hydraulic system of the invention;

Fig. 4 einen Schaltplan einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems; und Fig. 4 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the hydraulic system of the invention; and

Fig. 5 eine schematische Darstellung der das erfindungs gemäße Hydrauliksystem steuernden Bausteine. Fig. 5 is a schematic representation of the components controlling the Invention hydraulic system.

Den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Hydrauliksystemen ist gemeinsam, daß mehrere hydraulische Verbraucher 10′, 10′′, 10′′′ von einer Pumpe 12 gespeist werden. Jedem Verbraucher ist ein Druckregelventil, z. B. eine Druckwaage oder eine Druckdifferenzwaage 14′, 14′′, 14′′′ vorgeschaltet. Jedem der Druckregelventile 14 wird einerseits der Druck vor dem jedem Verbraucher 10 zugeordneten Steuerventil 16′, 16′′, 16′′′ (Wegeventil) und andererseits der Druck eines jeden Verbrau chers 10 aufgegeben. Auf diese Weise wird an jedem Steuerven til 16 eine konstante Druckdifferenz eingestellt und eine im wesentlichen lastunabhängige und der Ansteuerung proportionale Einstellung des einem jeden Verbraucher zugeführten Volumen stroms (Verbraucherstrom) ermöglicht.The hydraulic systems shown in FIGS. 1 to 4 have in common that several hydraulic consumers 10 ', 10 '', 10 ''' are fed by a pump 12 . Every consumer has a pressure control valve, e.g. B. upstream of a pressure compensator or a differential pressure compensator 14 ', 14 '', 14 '''. Each of the pressure regulating valves 14 , on the one hand, the pressure upstream of the control valve 16 ', 16 '', 16 ''' assigned to each consumer 10 (directional valve) and, on the other hand, the pressure of each consumer 10 are given up. In this way, a constant pressure difference is set on each Steuererven valve 16 and a substantially load-independent and proportional to the control setting of the volume flow supplied to each consumer (consumer flow).

Bei den Steuerventilen 16 handelt es sich vorzugsweise um magnetgesteuerte Ventile, die den Verbraucherstrom in weiten Bereichen in Abhängigkeit von Signalen a und b steuern. Der Verbraucherstrom bleibt solange konstant eingeregelt, wie die Signale a und b konstant bleiben und die Pumpe 12 einen für sämtliche Verbraucher 10 ausreichenden Pumpenstrom fördert. Im übrigen sind die Verbraucher 10 über eine Kaskade von Wechsel ventilen 18′, 18′′ miteinander verbunden, an der der jeweils höchste Lastdruck P_x abgegriffen werden kann, der in einem Wandler 20 in ein elektrisches Signal umgewandelt und einem nachstehend noch zu beschreibenden Steuergerät 22 zugeführt wird. Außerdem wird der Pumpendruck über einen weiteren Wand ler 24 als elektrisches Signal in das Steuergerät 22 eingege ben. Darüber hinaus ist das Steuergerät 22 mit Sollwertgebern 26′, 26′′, 26′′′ und Sollwertabgebern 28′, 28′′, 28′′′ ver bunden. Die Sollwertgeber 26 können automatisch oder manuell ansteuerbar sein. Die Abgeber 28 sind hier als Verstärker dargestellt und nachfolgend als solche angeführt, deren jewei lige Ausgänge a und b mit den respektiven Eingängen a und b der jeweiligen Verbraucher 10 verbunden sind. Aus Gründen der Klarheit ist die Verbindung in der Zeichnung nicht darge stellt.The control valves 16 are preferably solenoid-controlled valves which control the consumer flow over a wide range as a function of signals a and b. The consumer current remains constant as long as the signals a and b remain constant and the pump 12 promotes a pump current sufficient for all consumers 10 . Otherwise, the consumers 10 are connected via a cascade of exchange valves 18 ', 18 ''to each other, at which the highest load pressure P _x can be tapped, which is converted into an electrical signal in a converter 20 and a control unit to be described below 22 is supplied. In addition, the pump pressure via a further wall ler 24 as an electrical signal in the control unit 22 ben. In addition, the control unit 22 with setpoint transmitters 26 ', 26 '', 26 ''' and setpoint transmitters 28 ', 28 '', 28 ''' a related party. The setpoint generator 26 can be controlled automatically or manually. The transmitters 28 are shown here as amplifiers and are listed below as such, the respective outputs a and b of which are connected to the respective inputs a and b of the respective consumers 10 . For the sake of clarity, the connection is not shown in the drawing.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Pumpe 12a handelt es sich um eine Regelpumpe, die nach Maßgabe der Erfindung von einem Stell glied 30a verstellt werden kann. Bei dem Stellglied 30a han delt es sich um einen Zylinder, in dem ein Kolben 32a mit einer mit dem Rotor 34a der Pumpe 12a verbunden Kolbenstange 36a beweglich ist. Der Kolben 32a verstellt die Position des Pumpenrotors 34a, was hier nur angedeutet wird. Auf einer Seite wird der Kolben 32a belastet durch eine Feder 38a sowie durch den Steuerdruck der über ein Wegeventil 40a zugeführt wird. An seiner von der Feder 38a abgewandten Seite wird der Kolben 32 vom Pumpendruck beaufschlagt. Die Feder 36a und der aus dem Wegeventil 40 zugeführte Druck wirken im Sinne einer Vergrößerung des Fördervolumens der Pumpe 12a.The pump 12 a shown in FIG. 1 is a control pump which can be adjusted by an actuator 30 a in accordance with the invention. The actuator 30 a is a cylinder in which a piston 32 a is movable with a piston rod 36 a connected to the rotor 34 a of the pump 12 a. The piston 32 a adjusts the position of the pump rotor 34 a, which is only hinted at here. On one side, the piston 32 a is loaded by a spring 38 a and by the control pressure which is supplied via a directional valve 40 a. On its side facing away from the spring 38 a, the piston 32 is acted upon by the pump pressure. The spring 36 a and the pressure supplied from the directional control valve 40 act in the sense of increasing the delivery volume of the pump 12 a.

Der Verstellweg, mit dem die Pumpe 12a durch das Stellglied 30a verstellt wird, wird gemessen und als Stellsignal über eine Leitung 42 dem Steuergerät 22 für noch zu beschreibende Zwecke aufgegeben. Zudem wird die Drehzahl der Pumpe 12a gemessen und über eine Leitung 44 als Signal n in das Steuer gerät 22 eingegeben. Sowohl das Signal als auch das die Drehzahl kennzeichnende Signal n werden dem Steuergerät 22 über geeignete Wandler 46, 48 in einer für das Steuergerät 22 geeigneten Form, z. B. als elektrische Spannung, zugeführt.The adjustment path with which the pump 12 a is adjusted by the actuator 30 a is measured and given to the control device 22 as an actuating signal via a line 42 for purposes to be described later. In addition, the speed of the pump 12 a is measured and entered into the control device 22 via a line 44 as a signal n. Both the signal and the speed n signal n are the control unit 22 via suitable converters 46 , 48 in a form suitable for the control unit 22 , for. B. supplied as an electrical voltage.

In Fig. 1 ist das Hydrauliksystem im Ruhezustand dargestellt, d. h., die Steuerventile 16 befinden sich in einer Mittel stellung. Die Verbraucher 10 bewegen sich also nicht. Bei Betrieb der Anlage sind die Steuerventile angesteuert. Dabei ist die Druckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und der höch sten aktiven Last konstant.In Fig. 1, the hydraulic system is shown in the idle state, that is, the control valves 16 are in a central position. The consumers 10 do not move. The control valves are activated when the system is in operation. The pressure difference between the pump pressure and the highest active load is constant.

Werden durch die Sollwertgeber 26 über das Steuergerät 22 und die Verstärker 28 den Verbrauchern 10 andere, z. B. höhere Verbraucherströme, vorgegeben, würde sich diese Druckdifferenz vorübergehend verringern. Die Reduzierung wird jedoch durch das erfindungsgemäße System weitgehend überwunden, indem die Sollwerte, welche an den Verbrauchern 10 die größeren Ströme erzeugen, praktisch gleichzeitig der Pumpe 12a aufgegeben werden.If the setpoint generator 26 via the control unit 22 and the amplifier 28, the consumers 10 other, for. B. higher consumer flows, this pressure difference would temporarily decrease. However, the reduction is largely overcome by the system according to the invention, in that the setpoints which generate the larger currents at the consumers 10 are given to the pump 12 a practically simultaneously.

Die über die Verstärker 28 an die Magnete der Wegeventile 16 gelegten veränderten Sollwertsignale S₁, S₂ und S₃ werden in einer Summierstufe 50 (Fig. 5) zusammengelegt. Am Ausgang der Summierstufe 50 erscheint somit ein Signal ΣQ_v, das die Summe der neuen Sollwerte ist, auf die der Verbraucherstrom erhöht werden muß. Das Signal ΣQ_v wird an einen Eingang einer Ver gleichsstufe 52 gelegt, an deren anderem Eingang die in einer Multiplikationsstufe 54 aus der Drehzahl n der Pumpe 12 und ihrer Rotor- bzw. Flügelstellung α ermittelte aktuelle Förder menge Q_p liegt. Da die Werte ΣQ_v und Q_p zu diesem Zeitpunkt, d. h. unmittelbar nach Eingabe der neuen Sollwerte, nicht gleich sein können, fällt am Ausgang der Vergleichsstufe 52 ein Wert W an, der über einen Verstärker 56 dem Magneten des Wegeven tils 40 zugeführt wird, der in Fig. 5 durch den Block L dargestellt ist. Infolgedessen wird das Ventil 40 so verstellt, daß dem Zylinder 30 an die federbelastete Seite des Kolbens 32 Druck zugeführt und die Pumpe 12a durch den Kolben 32 im Sinne einer Erhöhung des Pumpenstromes verstellt wird. Dies wiederum führt zu einer unmittelbaren Änderung der Ver braucherströme, d. h. der erhöhte Druckmittelbedarf der Ver braucher 10 wird bereits an deren Wegeventilen 16 anliegen, wenn diese unter dem Einfluß der an ihren Magneten anliegenden neuen Sollwerte ihre Durchlässe verändern.The changed setpoint signals S ₁ , S ₂ and S _{3 applied} to the magnets of the directional control valves 16 via the amplifiers 28 are combined in a summing stage 50 ( FIG. 5). A signal ΣQ _v thus appears at the output of summing stage 50 , which is the sum of the new setpoints to which the consumer current must be increased. The signal ΣQ _v is applied to an input of a comparison stage 52 , at the other input of which the current delivery quantity Q _p determined in a multiplication stage 54 from the speed n of the pump 12 and its rotor or blade position α. Since the values ΣQ _v and Q _p cannot be the same at this point in time, ie immediately after the new setpoints have been entered, a value W arises at the output of the comparison stage 52 , which is fed to the magnet of the directional control valve 40 via an amplifier 56 , which is represented by block L in FIG . As a result, the valve 40 is adjusted so that the cylinder 30 is supplied with pressure on the spring-loaded side of the piston 32 and the pump 12 a is adjusted by the piston 32 in the sense of an increase in the pump current. This in turn leads to an immediate change in the consumer flows, ie the increased pressure medium requirement of the consumer 10 will already be applied to their directional control valves 16 when these change their passages under the influence of the new setpoints applied to their magnets.

Über einen nebengeordneten Stromkreis wird auch der aktuelle Pumpendruck P_p in einer Vergleichsstufe 58 mit dem höchsten Lastdruck P_{x max} verglichen. Die sich infolge der neuen Soll werte zwangsläufig ergebende Differenz Δp am Ausgang der Ver gleichsstufe 58 kann über eine nicht gezeigte Dämpfungsstufe, deren Zweck es u. a. ist, Druckspitzen zu unterdrücken, an den Magnet des Pumpenventils 40 gelegt werden, um die in oben beschriebener Weise erreichte Neueinstellung der Pumpe 12 nachzustellen.The current pump pressure P _p is also compared in a comparison stage 58 with the highest load pressure P _{x max} via a secondary circuit. The resulting inevitably as a result of the new target values difference Δp at the output of the comparison stage 58 can be applied to the solenoid of the pump valve 40 via a damping stage, not shown, the purpose of which is, inter alia, to suppress pressure peaks, in order to achieve the above-described manner Readjust the pump 12 .

Es sei erwähnt, daß der Pumpenstrom, in dem in Fig. 1 gezeig ten System gleich dem oder den Verbraucherströmen sein muß. Sofern die neu vorgegebenen Sollwerte einen Pumpenstrom bedin gen, der die Leistung der Pumpe 12a überfordern, kann eine Angleichung des Systems an die neuen Sollwerte nur durch Verringerung der Verbraucherströme, wie im Stand der Technik üblich, erzielt werden.It should be mentioned that the pump current in the system shown in FIG. 1 must be equal to the consumer flow or flows. Unless the new setpoints gen a pump current bedin that overwhelm the capacity of the pump 12 a, an approximation of the system to the new target values can usually only by reducing the load currents, as in the prior art can be achieved.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungs gemäßen Hydrauliksystems unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß das aus Verbraucher- und Pumpendruck abgeleitete Differenzsignal Δp nicht zum Verstellen des Pum penwegeventils 40 dient, sondern zum Verstellen eines Ventils 60, das in einem die Pumpenleitung 64 mit einem Tank 62 ver bindenden Bypass liegt. Das Ventil 60 kann die Zufuhr von Druckmittel zu den Verbrauchern 10 gezielt steuern, indem es je nach seiner durch das Signal Δp vorgegebenen Stellung mehr oder weniger des von der Pumpe 12b geförderten Druckmittels nicht zu den Verbrauchern 10 gelangen läßt, sondern zu dem Tank 62 abzweigt. Dieses System setzt voraus, daß der Pumpen strom größer ist als die Summe der Verbraucherströme. Zusätz lich kann die Pumpe 12b nach Maßgabe des in Fig. 1 beschriebe nen Systems angesteuert werden.The embodiment of the hydraulic system according to the invention shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that the differential signal .DELTA.p derived from consumer and pump pressure is not used to adjust the pump directional control valve 40 , but rather to adjust a valve 60 which in a bypass is connected to the pump line 64 with a tank 62 ver. The valve 60 may selectively control the supply of pressure medium to the consumers 10, by letting it according to its predetermined by the signal Dp position more or less of the conveyed printing means b of the pump 12 does not reach the consumer 10, but to the tank 62 branches. This system requires that the pump current is greater than the sum of the consumer flows. In addition, the pump 12 b can be controlled in accordance with the system described in FIG. 1.

Das Hydrauliksystem gemäß Fig. 3 bedient sich einer Konstant pumpe 12c. In diesem Fall wird das an der Vergleichsstufe 56 abgegriffene Signal W zum Verstellen eines die Pumpenleitung 64 mit dem Tank 62 verbindenden Ventils 66 benutzt, um den Pumpenstrom den sollwertgerechten Verbraucherströmen anzuglei chen, d. h. das Ventil 66 regelt durch Abführen einer bestimm ten Menge des Druckmittels aus der Leitung 64 in den Tank 62 die Verbraucherströme.The hydraulic system according to FIG. 3, a constant-operated pump 12 c. In this case, the signal W tapped at the comparison stage 56 is used to adjust a valve 66 connecting the pump line 64 to the tank 62 in order to adjust the pump current to the setpoint-appropriate consumer flows, ie the valve 66 regulates by removing a certain amount of the pressure medium the line 64 into the tank 62 the consumer flows.

Das in Fig. 4 dargestellte Hydrauliksystem ähnelt den oben beschriebenen in der Erfassung der an den Vergleichsstufen 52 und 58 liegenden Werte W und Δp. Diese werden in der beschrie benen Reihenfolge dazu benutzt, den Magnet eines Ventils 68 anzusteuern, das dem Stellzylinder 30d der Pumpe 12d Druck mittel zuführt, um die Pumpe 12d den Gegebenheiten der neuen Sollwerte entsprechend zu verstellen. Die Kolbenstange 36d des in dem Zylinder 30d gleitenden Kolbens 32d ist mechanisch mit einer dem Magnet des Ventils 68 entgegenwirkenden Feder 70 gekoppelt, derart, daß diese bei einer zu einer Erhöhung des Pumpenstromes führenden Bewegung der Kolbenstange 36d kom primiert wird. Andererseits dehnt sich die Feder 70, wenn die Kolbenstange 36d zur Verringerung der von der Pumpe 12 geför derten Druckmittelmenge in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.The hydraulic system shown in FIG. 4 is similar to that described above in the detection of the values W and Δp at the comparison stages 52 and 58 . These are used in the order described to control the solenoid of a valve 68 , which supplies the actuating cylinder 30 d to the pump 12 d with pressure medium in order to adjust the pump 12 d according to the circumstances of the new setpoints. The piston rod 36 d of the piston 32 d sliding in the cylinder 30 d is mechanically coupled to a spring 70 counteracting the magnet of the valve 68 , in such a way that it is compressed when the piston rod 36 d leads to an increase in the pump current. On the other hand, the spring 70 expands when the piston rod 36 d is moved in the opposite direction to reduce the amount of pressure medium delivered by the pump 12 .

Die Beschreibung beschränkt sich auf die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Elemente und deren Funktionen. So sind nicht in allen Fällen die zur Umwandlung hydraulischer Meßwerte in elektrische Signale erforderlichen Wandler darge stellt, da diese, wie auch die die beschriebenen Funktionen auslösenden, bzw. ausführenden Bausteine dem Fachmann bekannt sind.The description is limited to that for understanding the Invention required elements and their functions. So are not in all cases the hydraulic conversion Measured values in electrical signals required transducers Darge as this, as well as the functions described triggering or executing building blocks known to those skilled in the art are.

BezugszeichenReference numerals

10 Verbraucher
12 Pumpe
14 Druckregelventil
16 Steuerventil
18 Wechselventil
20 Wandler
22 Steuergerät
24 Wandler
26 Sollwertgeber
28 Sollwertausgeber
30 Stellglied
32 Kolben
34 Rotor, Schwenkflügel
36 Kolbenstange
38 Feder
40 Wegeventil
42 Leitung
44 Leitung
46 Wandler
48 Wandler
50 Summierstufe
52 Vergleichsstufe
54 Mulipl. Stufe
56 Verstärker
58 Vergleichsstufe
60 Ventil
62 Tank
64 Pumpenleitung
66 Ventil
68 Ventil
70 Feder 10 consumers
12 pump
14 pressure control valve
16 control valve
18 shuttle valve
20 converters
22 control unit
24 converters
26 setpoint adjuster
28 setpoint output
30 actuator
32 pistons
34 rotor, swivel wing
36 piston rod
38 spring
40 way valve
42 line
44 line
46 converters
48 converters
50 summation level
52 comparison level
54 Mulipl. step
56 amplifiers
58 comparison level
60 valve
62 tank
64 pump line
66 valve
68 valve
70 spring

Claims

1. Hydraulic system in which one or more consumers ( 10 ) are fed by a common pump ( 12 ) in accordance with changeable setpoints (S ₁ to S ₃ ) via a control valve ( 16 ), the individual consumers ( 10 ) supplied consumer flows can be controlled by the assigned control valves ( 16 ), characterized in that the current delivery volume of the pump ( 12 ) (pump flow) is compared with the respective consumer flow setpoints (S ₁ to S ₃ ) and a difference between the pump flow and the sum the consumer current setpoints is used to adapt the pump current to the consumer currents.

2. Hydraulic system according to claim 1, characterized in that the deviation from specified limit values the difference between the pump current and the sum of the consumers is.

3. Hydraulic system according to claim 1, characterized in that the pump ( 12 ) is a control pump with a hydraulic actuator ( 30 ) adjustable swivel wing ( 34 ), the actuator ( 30 ) being fed via a directional control valve ( 40 ), which can be controlled via a first control circuit ( 50 , 54 , 52 ) in accordance with a value corresponding to the deviation.

4. Hydraulic system according to claim 2, characterized in that the directional control valve ( 40 ) is additionally controllable via a second control circuit ( 58 ) in accordance with a value derived from the difference between the pump pressure and the consumer pressure.

5. Hydraulic system according to claim 1, characterized in that the pump ( 12 ) is a control pump which is provided with an adjustable via a hydraulic actuator ( 30 ) pivoting wing, the actuator ( 30 ) via a directional valve ( 40 ) is fed which can be controlled via a first control circuit ( 50 , 54 , 52 ) in accordance with a value corresponding to the deviation, and which, from the pump flow ( 64 ) of the pump ( 12 ), leads to a tank ( 62 ) with a directional valve ( 60 ) branches, which can be controlled via a second control circuit ( 58 ) in accordance with a value derived from the difference between pump pressure and consumer pressure.

6. Hydraulic system according to claim 1, characterized in that the pump ( 12 ) is a constant pump, from the pump current ( 64 ) branches to a tank ( 62 ) leading line with a directional valve ( 66 ), which in accordance with one of the deviation corresponding value can be controlled.