DE4410719A1

DE4410719A1 - Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe

Info

Publication number: DE4410719A1
Application number: DE4410719A
Authority: DE
Inventors: Walter Ing Grad Robeller; Berthold Dipl Ing Pfuhl; Volkmar Dipl Ing Leutner; Dieter Ing Grad Bertsch; Joachim Dr Ing Zumbraegel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-05
Also published as: JPH09510764A; WO1995026470A1; KR100329451B1; KR970701832A; DE59506814D1; EP0832360B1; US5879136A; EP0832360A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulisch verstellbaren Pumpe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Pumpen, insbesondere Axial-, Radialkolben- oder Flügelzellenpumpen, sind in vielen Ausführungsformen bekannt und werden in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungsbereichen der Hydraulik eingesetzt. Dabei sind die Hauptvorteile der elektrohydraulischen Verstellung dieser Pumpen die schnelle und präzise elektrische Ansteuerbarkeit und die Verlustarmut der mit ihnen aufgebauten Antriebe wegen des Fehlens von aufwendigen Ventilen zwischen Pumpe und Verbraucher. Die Verstellkolben der Pumpen werden dabei über ein Regelventil mit Druckmittel beaufschlagt. Die für die Pumpenverstellung bzw. -ausschwenkung maßgebliche Größe, die Exzentrizität des Hubringes bei Radialkolbenpumpen und Flügelzellenpumpen bzw. der Schwenkwinkel der Schrägscheibe bei Axialkolbenpumpen, wird mit einem Wegaufnehmer abgegriffen. Dieses der Pumpenfördermenge proportionale Istwertsignal des Wegaufnehmers wird einem elektronischen Regelverstärker zugeführt und dort mit dem anstehenden Sollwert verglichen. Diesem Regelverstärker, der das Regelventil ansteuert, wird gleichzeitig der Istwert der Ventilverstellung über einen Wegaufnehmer zugeführt. Die Ansteuerung des Regelventils bzw. der Pumpe kann dabei über eine Eigendruck- oder über eine Fremddruckversorgung erfolgen.

Bei derartigen elektrohydraulisch verstellbaren Pumpen wird das Verstellorgan (z. B. Hubring oder Schrägscheibe) von einem oder mehreren hydraulischen Verstellkolben in seiner Position gehalten. Die Geräuschentwicklung bei einer derartigen Kolbenpumpe ist sehr stark von der Steifigkeit der hydraulischen Einspannung des Verstellorganes abhängig. Die Geräuschentwicklung nimmt mit fallender Steifigkeit der hydraulischen Einspannung des Verstellorganes zu und wird durch die in Richtung der Verstellung wirkenden Anteile der Triebwerkskräfte verursacht. Je nach Steifigkeit der Einspannung führt dies zu einer mehr oder weniger starken Auslenkung des gesamten Triebwerkes im Takt der in den Druckraum der Pumpe ein- bzw. austretenden Kolben bzw. Kammern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrohydraulisch verstellbare Pumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß die Geräuschentwicklung der Pumpe wesentlich verringert wird, indem der Einfluß der auf die hydraulische Einspannung des Verstellorgans einwirkenden Anteile der Triebwerkskräfte vermindert wird, indem diesen entgegengewirkt wird. Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung des Regelventils mit einem impulsförmigen zusätzlichen Stellsignal, das vom Drehwinkel der Pumpe abhängig ist, werden die triebwerkskraftbedingten Oszillationen und damit das Betriebsgeräusch günstig beeinflußt. Diese Beeinflussung bzw. Verminderung geht weit über ein Maß hinaus, das mit der konstruktiven Gestaltung des Verstellorganes bzw. der Verstellkolben und der regelungstechnischen Auslegung des Lageregelkreises möglich wären.

Das zusätzliche impulsförmige Stellsignal wird auf vorteilhafte Weise über ein Drehzahlsignal gebildet, das durch einen herkömmlichen Drehzahlsensor an der Pumpe gewonnen wird. Dieser Drehzahlsensor detektiert den Vorbeilauf der Pumpenkolben bzw. -flügel und erzeugt ein entsprechendes Signal. Dieses Signal wird in Form eines Triggersignals einem Signalumformer zugeführt, der anhand einer abgelegten Kennlinie oder eines abgelegten Kennlinienfeldes das Triggersignal in ein Zusatzsignal überführt, welches dem Regelverstärker zur Bildung des zusätzlichen Stellsignals zugeführt wird. Damit läßt sich auf vorteilhafte Weise ein an ein bestimmtes Betriebsverhalten der Pumpe angepaßtes Stellsignal erzeugen. Durch entsprechende Auswahl der Kennlinie bzw. des Kennlinienfeldes kann eine Anpassung beispielsweise auf den Nennbetrieb bzw. auf ein gewünschtes Betriebsverhalten optimiert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem Signalumformer zusätzlich der Istwert der Pumpenverstellung zugeführt wird, da damit der Einfluß der Pumpenverstellung auf das Betriebsgeräusch vermindert wird. Da der Verlauf der Verstellkraft der Verstellkolben stark von den Betriebsbedingungen wie Exzentrizität und Pumpendruck abhängt, ist es vorteilhaft, wenn neben dem Istwert der Pumpenverstellung dem Signalumformer auch der Istwert des erzeugten Pumpendruckes als Eingangssignal zugeführt wird. Durch entsprechende Einbeziehung der auf die hydraulische Einspannung des Verstellorgans einwirkenden Störgrößen und Einbindung in ein Kennfeld kann das zusätzliche Stellsignal optimiert werden.

Steht zusätzlich zu den vorgenannten Einflußgrößen auf die hydraulische Einspannung des Verstellorgans ein vom Körperschall der Pumpe abhängiges Meßsignal zur Verfügung, kann über entsprechende Einbindung am Signalumformer ein nochmals verbessertes Optimierungs- bzw. Anpaßverhalten ermöglicht werden.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in Fig. 1 das an sich bekannte Prinzip-Schaltbild einer elektrohydraulisch verstellbaren Regelpumpe im offenen Kreis mit einer Ansteuerung der Pumpe bzw. des Regelventils durch Eigendruckversorgung. Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die verstellbare Pumpe 10 ist über eine Saugleitung 11 mit einem Druckmittelbehälter 12 verbunden und fördert dieses Druckmittel über eine Druckleitung 13 zu einem nicht dargestellten Verbraucher. Das Verstellorgan der Pumpe, beispielsweise der Hubring 14 (siehe Fig. 2) wird von zwei entgegengesetzt wirkenden Verstellkolben 15 und 16 beaufschlagt bzw. fixiert. Der Verstellkolben 16 mit kleinerem Kolbendurchmesser ist über eine Steuerleitung 17 mit der Druckleitung 13 verbunden, so daß der kleinere Verstellkolben 16 ständig mit dem Förderdruck beaufschlagt wird. Der Verstellkolben 15 mit größerem wirksamen Kolbendurchmesser ist über eine zweite Steuerleitung 18 mit dem Regelventil 20 verbunden. Dieses ist beispielsweise als 4/4-Proportionalventil ausgebildet und wird durch einen Stellmagneten 21 gegen die Wirkung einer Feder 22 in seine jeweilige Schaltstellung bewegt. Das Regelventil 20 ist weiterhin über eine Leitung 23 mit der Druckleitung 13 und über eine Leitung 24 mit einer Rücklaufleitung 25 bzw. dem Druckmittelbehälter 12 verbunden. Auf den weiteren Aufbau und die Wirkungsweise des Proportional- bzw. Regelventils 20 wird hier nicht näher eingegangen, da dieser an sich bekannt und nicht erfindungswesentlich ist.

Die Arbeitsstellung des Regelventils 20 wird über einen Wegaufnehmer 27 abgegriffen und als Istwertsignal 36 einem Regelverstärker 28 zugeführt. Diesem Regelverstärker 28 wird darüber hinaus die Arbeitsstellung des Verstellorganes 14 über einen an der Kolbenpumpe 10 angeordneten Wegaufnehmer 29 als weiterer Istwert 34 zugeführt. Durch diesen Regelverstärker 28 wird unter Einbeziehung der jeweiligen Eingangssignale das Regelventil 20 angesteuert.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild sind die Pumpe 10 und das Regelventil 20 schematisch dargestellt. Der Stellmagnet 21 des Regelventils 20 wird über eine Steuerleitung 31 vom Regelverstärker 28 angesteuert. Diesem Regelverstärker wird durch eine Sollwerteingabe 32 ein Betriebssollwert vorgegeben. An einem ersten Summierpunkt 33 wird der Sollwertvorgabe das Istwertsignal 34 des am Verstellorgan angeordneten Wegaufnehmers 29 zugeführt. An einem zweiten, nachgeschalteten Summierpunkt 35 wird dem entsprechenden Eingangssignal des Regelverstärkers 28 das Istwertsignal 36 des Vorsteuerventils vom Wegaufnehmer 27 zugeführt.

Zusätzlich zu der bisher beschriebenen Signalaufnahme ist an der Pumpe ein Drehzahlsensor 38 angeordnet, der beim Vorbeilauf eines nicht dargestellten Pumpenkolbens oder -flügels ein Signal erzeugt. Dadurch wird vom Drehzahlsensor beim Betrieb der Kolbenpumpe ein Triggersignal U_T erzeugt, das einem Signalumformer 39 zugeführt wird. Dieses Triggersignal U_T wird anhand eines im Signalumformer 39 abgelegten Kennlinienfeldes bzw. einer Kennlinie in ein Zusatzsignal U_A umgewandelt, das als weiteres Eingangssignal der Endstufe des Regelverstärkers 28 zugeführt wird. Das Zusatzsignal U_A wird anhand der im Signalumformer abgelegten Kennlinie bzw. des Kennfeldes so aus dem Triggersignal U_T abgewandelt, daß damit im Regelverstärker 28 ein überlagerndes Stellsignal ausgelöst wird. Damit werden die durch die Einwirkung der Triebwerkskräfte auf die Stellkolben wirkenden Kraftsprünge ausgeglichen. Das Zusatzsignal U_A ist dazu in seinem Verlauf und seiner Phasenlage so erzeugt, daß trotz der im Regelventil 20 auftretenden Verzögerungen ein zeitliches Aufeinandertreffen von Kraftsprung aus dem Triebwerk und Gegenaktion an den Verstellkolben sichergestellt ist. Die im Signalumformer 39 abgelegte Kennlinie bzw. das Kennfeld sind beispielsweise auf den Nennbetrieb der Pumpe abgestellt, d. h. das Triggersignal U_T wird im Signalumformer 39 anhand der abgelegten Kennlinie des Normalbetriebsverhaltens auf die dabei auftretenden triebwerkskraftbedingten Oszillationen abgestimmt.

Diese triebwerkskraftbedingten Oszillationen, bzw. der Einfluß der Triebwerkskräfte auf die Verstellkolben bzw. die hydraulische Einspannung sind stark von den Betriebsbedingungen wie Exzentrizität bzw. Verstellung des Verstellorganes und vom erzeugten Pumpendruck abhängig. Daher kann dem Signalumformer 39 zusätzlich zum Triggersignal U_T des Drehzahlsensors 38 das Istwert-Signal 34′ des Wegaufnehmers 29 am Verstellorgan zugeführt werden. Als weitere Eingangssignale für den Signalumformer 39 können diesem jeweils für sich oder in Kombination mit den anderen der Istwert des Pumpendruckes P_P und/oder ein durch einen Meßaufnehmer 40 an der Pumpe 10 erfaßtes Signal in Abhängigkeit vom Körperschall der Pumpe zugeführt werden.

Selbstverständlich sind Änderungen an der gezeigten Ausführungsform möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann für das den Verstellkolben steuernde Regelventil auch ein Servoventil verwendet werden.

Claims

1. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe (10), deren Verstellorgan (14) von mindestens einem Verstellkolben (15, 16) verstellbar ist, der über ein Regelventil (20) beaufschlagt wird, das wiederum von einem Regelverstärker (28) angesteuert wird, dem der Istwert (34) der Pumpenverstellung und der Istwert (36) der Regelventilverstellung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (20) über den Regelverstärker (28) mit einem zusätzlichen impulsförmigen Stellsignal angesteuert wird, welches vom Drehwinkel der Pumpe (10) abhängig ist.

2. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des zusätzlichen Stellsignals mindestens ein Drehzahlsensor (38) an der Pumpe (10) angeordnet ist.

3. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Drehzahlsensor (38) mindestens ein Triggersignal U_T erzeugt wird, das einem Signalumformer (39) zugeführt wird, der anhand einer abgelegten Kennlinie oder eines abgelegten Kennlinienfeldes das Triggersignal U_T in ein modifiziertes Zusatzsignal U_A überführt, welches am Regelverstärker (28) zur Bildung des zusätzlichen Stellsignals zugeführt wird.

4. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signalumformer zusätzlich der Istwert (34′) der Pumpenverstellung zugeführt wird.

5. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signalumformer (39) zusätzlich der Istwert des erzeugten Pumpendruckes P_P zugeführt wird.

6. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signalumformer (39) zusätzlich ein vom erzeugten Körperschall der Pumpe (10) abhängiges Schallsignal zugeführt wird.

7. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzsignal U_A unter Umgehung der Regler im Regelverstärker (28) direkt dessen Endstufe zugeführt wird.

8. Elektrohydraulisch verstellbare Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als axial oder radial arbeitende Kolbenpumpe (10) oder als Flügelzellenpumpe ausgebildet ist.