DE4447154A1 - Load-Sensing-Schaltung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Load-Sensing-Schaltung nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
Derartige Load-Sensing-Schaltungen sind aus der Praxis bekannt und bei
spielsweise in dem von der Firma Mannesmann Rexroth ausgegebenen "Hydrau
lik-Training, Antriebs- und Steuerungstechnik in mobilen Antriebsmaschinen",
RD 00 315/9.82 auf Seite 68 in hydraulisch-mechanischer Ausführung
beschrieben. Diese bekannten Load-Sensing-Schaltungen sind stark schwin
gungsanfällig, so daß häufig instabile Zustände auftreten können; erschwe
rend hinzukommen die hohen Volumenkapazitäten in den in der Praxis die
relativ großen Abstände zwischen der Hydropumpe und den Verbrauchern
überbrückenden Schläuchen und insbesondere bei mobilen Anwendungen starke
Schwankungen der Öltemperatur, der Antriebsdrehzahl sowie bei Fahrzeugen wie
etwa Baggern mit mehreren Verbrauchern die Bewegung sich verändernder Massen
(Ausleger, Stiel, Löffel). Load-Sensing-Schaltungen in elektro-hydraulischer
Ausführung zeigen ein stabileres Betriebsverhalten, dem jedoch ein erheblich
größerer konstruktiver Aufwand gegenübersteht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Load-Sensing-Schaltung der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß mit geringem konstruktiven Aufwand ein
stabileres Betriebsverhalten erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 im
Zusammenwirken mit dessen gattungsbildenden Merkmalen gelöst. Die Rückmelde
einrichtung sorgt dafür, daß nach jeder Einstellung der Hydropumpe auf
größeres oder kleineres Fördervolumen die am Regelventil wirkende Resul
tierende der Rückmeldekraft und der Gegenkraft auf einen kleineren bzw.
größeren Wert eingestellt ist. Damit ist die Sollwert-Einstellung des
Regelventils derart verändert, daß eine erneute Verstellung der Hydropumpe
auf noch größeres oder kleineres Fördervolumen nur mit einer kleineren bzw.
größeren, gegen die Gegenkraft wirkenden Druckdifferenz zwischen dem
Arbeitsdruck und dem Lastdruck durchgeführt werden kann. Es ergibt sich auf
diese Weise eine mit zunehmendem Fördervolumen abfallende und, umgekehrt,
mit abnehmendem Fördervolumen ansteigende p-V- bzw. p-Q-Kennlinie, die eine
Load-Sensing-Schaltung mit sog. Proportional verhalten kennzeichnet. Diese
weist im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Load-Sensing-
Schaltungen mit sog. Integralverhalten, d. h. mit Kennlinien mit der Steigung
Null, ein erheblich stabileres Betriebsverhalten auf, weil das Fördervolumen
bei einer kleinen Regelabweichung nur langsam, bei einer großen Regelabwei
chung jedoch schnell verändert wird. Die Schwingungsanfälligkeit eines
solchen Systems ist sehr gering.
Die Rückmeldeeinrichtung ist vorteilhafterweise als eine Volumenstrom-Rück
meldeeinrichtung und/oder Förderstrom-Rückmeldeeinrichtung ausgebildet,
wobei die von ersterer Rückmeldeeinrichtung erzeugte Kraft eine hydraulische
Kraft und die von letzterer Rückmeldeeinrichtung erzeugte Kraft eine
mechanische Kraft sein kann.
Die Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung umfaßt die erste und zweite Meßfläche,
wobei die erste Meßfläche größer als die zweite Meßfläche ist. Wenn
beispielsweise der Drosselquerschnitt einer die Druckdifferenz zwischen dem
Arbeitsdruck und dem Lastdruck bei Durchfluß eines entsprechenden Volumen
stroms erzeugenden Verstelldrossel vergrößert und damit diese Druckdifferenz
reduziert wird, steuert das Regelventil die Hydropumpe so lange auf größeres
Fördervolumen und damit größeren Volumenstrom, bis dieser an der Verstell
drossel die ursprüngliche, vor der Vergrößerung des Drosselquerschnitts
vorhandene Druckdifferenz erzeugt. Der größere Volumenstrom beschleunigt den
oder die Verbraucher, so daß der Arbeitsdruck und der Lastdruck in gleichem
Maße ansteigen. Dieser Druckanstieg erzeugt an den unterschiedlich großen
Meßflächen eine um eine der Meßflächendifferenz entsprechende Kraftkomponen
te größere hydraulische Kraft der Druckdifferenz. Diese Kraftkomponente ist
ein Maß für die Zunahme des Volumenstroms und stellt somit die Rückmelde
kraft dar, die gegen die Gegenkraft wirkt, die vorzugsweise die Einstell
kraft einer Druckfeder ist. Um die Hydropumpe erneut auf größeres
Fördervolumen auszuschwenken, ist eine der Kraftkomponente entsprechend
geringere Druckdifferenz erforderlich. Dies bedeutet eine geringere Zunahme
des Volumenstroms und damit kleinere Regelabweichungen bzw. geringeres
Überschwingen und infolgedessen eine verbesserte Stabilität.
Die Fördervolumen-Rückmeldeeinrichtung umfaßt wenigstens eine Wegmeßfeder,
die an dem das Fördervolumen der Hydropumpe verstellenden Stellglied sowie
am Ventilkörper angreift und die Beaufschlagung des letzteren durch die
Gegenkraft mit zunehmender Verstellung der Hydropumpe auf größeres oder
kleineres Fördervolumen reduziert bzw. verstärkt. Auf diese Weise ist ebenso
wie im Falle der Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung eine kleinere bzw.
größere Druckdifferenz erforderlich, um die Hydropumpe erneut auf größeres
bzw. kleineres Fördervolumen einzustellen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Ventilkörper und
einem ersten, doppeltwirkenden und ortsfesten Stellzylinder ein zweiter,
einfachwirkender, von der Gegenkraft in Richtung eines ortsfesten Anschlags
beaufschlagter Stellzylinder eingespannt, dessen Stellkolben unter der
Wirkung des Arbeitsdrucks den Ventilkörper gegen die Gegenkraft beauf
schlagt, wobei der Stellkolben des ersten Stellzylinders die vom Arbeits
druck und vom Lastdruck beaufschlagbaren Meßflächen aufweist und unter der
Wirkung der Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsdruck und dem Lastdruck über
den zweiten Stellzylinder den Ventilkörper gegen die Gegenkraft beauf
schlagt. Der Ventilkörper übernimmt gemeinsam mit dem ersten Stellzylinder
die Load-Sensing-Funktion und mit dem zweiten Stellzylinder eine Druckre
gelung, die dem Load-Sensing überlagert ist, d. h. statt letzterem in
Funktion tritt, wenn die hydraulische Kraft den zweiten Stellzylinder in
Anlage am ortsfesten Anschlag hält.
Die Druckregelung weist bei Verwendung der Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung
ein integrales Verhalten und bei Einsatz der Fördervolumen-Rückmeldeeinrich
tung das gleiche proportionale Verhalten wie die Load-Sensing-Regelung auf.
Bei Ausbildung der Fördervolumen-Rückmeldeeinrichtung mit einer oder
mehreren Wegmeßfedern, deren Kennlinien einer Leistungshyperbel angenähert
sind, ergibt sich statt der Druck- eine Leistungsregelung. Deren Kennlinie
kann ebenso wie die der vorerwähnten Druckregelung durch gleichzeitige
Verwendung der Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung entsprechend der Meßflä
chendifferenz abgewandelt werden.
Ferner ist es möglich, mit Hilfe einer Übersteuerungseinrichtung zum
Verändern der Größe der die Meßflächen beaufschlagenden Druckdifferenz
zwischen dem Arbeitsdruck und dem Lastdruck die Kennlinien der Load-Sen
sing-Regelung und ggfs. der Druck- oder Leistungsregelung gezielt zu
verändern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den verbleiben
den Ansprüchen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand dreier bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan einer Load-Sensing-Schaltung in einer ersten
Ausgestaltung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfin
dung,
Fig. 2 ein Diagramm, das die Kennlinie der Load-Sensing-Schaltung nach Fig.
1 zeigt,
Fig. 3 einen vereinfachten Schaltplan einer Load-Sensing-Schaltung in einer
zweiten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 4 einen vereinfachten Schaltplan einer Load-Sensing-Schaltung in einer
dritten Ausgestaltung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
Fig. 5 einen vereinfachten Schaltplan einer Load-Sensing-Schaltung gemäß dem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 ein Diagramm, das die Kennlinie der Load-Sensing-Schaltung nach Fig.
5 zeigt, und
Fig. 7 einen vereinfachten Schaltplan einer Load-Sensing-Schaltung gemäß dem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Load-Sensing-Schaltung für eine nullhubgeregelte
Hydropumpe 1 verstellbaren Fördervolumens V, die im offenen Kreislauf zwei
parallelgeschaltete Verbraucher 2 wie etwa zwei Hydromotoren über zwei
Arbeitsleitungen 3 hydraulisch antreibt. Die Hydropumpe 1 ist mit einem
nicht gezeigten Antriebsmotor mechanisch gekoppelt und über eine Hauptar
beitsleitung 4 an die beiden Arbeitsleitungen 3 sowie über eine Saugleitung
5 an den Tank 6 angeschlossen. Von den Verbrauchern 2 führt je eine
Rücklaufleitung 7 ebenfalls zum Tank 6.
Die Hydropumpe 1 ist beispielsweise als Axialkolbenpumpe ausgebildet, deren
Stellglied 8 zur Verstellung ihres Fördervolumens V über die Kolbenstange 9
mit dem Stellkolben 10 eines Hydrozylinders 11 in Differentialbauweise
mechanisch gekoppelt ist. Der Stellkolben 10 definiert im Hydrozylinder 11
mit seiner kleineren, kreisringförmigen Stirnfläche einen Druckraum 12 und
mit seiner gegenüberliegenden, größeren, kreisförmigen Stirnfläche einen
Druckraum 13. Der Druckraum 12 ist über eine erste Stelldruckleitung 14 an
die Hauptarbeitsleitung 4 und über eine zweite Stelldruckleitung 15 an den
Druckraum 13 angeschlossen.
Die Load-Sensing-Schaltung besteht aus einem Regelventil 16 in der zweiten
Stelldruckleitung 15, einer Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung 17 und je
einer Verstelldrossel 18 in den beiden Arbeitsleitungen 3. Das Regelventil
16, das schaltsymbolisch in Fig. 7 dargestellt ist, teilt die zweite
Stelldruckleitung 15 in einen ersten, an den Druckraum 12 angeschlossenen
Stelldruckleitungsabschnitt 19 und einen zweiten, an den Druckraum 13
angeschlossenen Stelldruckleitungsabschnitt 20. Es ist als ein drosselndes
3/2-Wegeventil mit einem Arbeitsanschluß P an den ersten Stelldrucklei
tungsabschnitt 19, einem Arbeitsanschluß A an den zweiten Stelldrucklei
tungsabschnitt 20 und einem Arbeitsanschluß T an eine zum Tank 6 führende
Entlastungsleitung 21 ausgebildet.
Der Ventilkörper 22 des Regelventils 16 weist an seinen beiden Enden eine
erste Meßfläche MF₁ und eine zweite Meßfläche MF₂ auf. Die erste Meßfläche
MF₁ ist größer als die zweite Meßfläche MF₂ und definiert einen Arbeits
druck-Steuerraum 23, der über eine Arbeitsdruck-Steuerleitung 24 an den
ersten Stelldruckleitungsabschnitt 19 angeschlossen ist. Die zweite Meßfläche
MF₂ definiert einen Lastdruck-Steuerraum 25, der über eine Lastdruck-Steuer
leitung 26 an ein Wechselventil 27 in einer Verbindungsleitung 28 ange
schlossen ist. Die Verbindungsleitung 28 verbindet diejenigen Arbeitslei
tungsabschnitte 3, 29 miteinander, die in Strömungsrichtung nach den
Verstelldrosseln 18, d. h. zwischen diesen und den Verbrauchern 2 angeordnet
sind. Im Lastdruck-Steuerraum 25 ist eine vorgespannte Druckfeder 30
angeordnet, die den Ventilkörper 22 in Fig. 1 nach links in Richtung einer
ersten Arbeitsstellung beaufschlagt, in der die Arbeitsanschlüsse A und T
miteinander verbunden sind, während der Arbeitsanschluß P gesperrt ist.
Die Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung 17 umfaßt die beiden unterschiedlich
großen Meßflächen MF₁ und MF₂ am Ventilkörper 22 und dient zur Erzeugung
einer am Ventilkörper angreifenden Rückmeldekraft FR, wie nachstehend
beschrieben ist.
Die Funktion der Load-Sensing-Schaltung nach Fig. 1 ist wie folgt:
Die nullhubgeregelte Hydropumpe 1 wird durch den im Druckraum 12 des Hydrozylinders 11 herrschenden, über die erste Stelldruckleitung 14 von der Hauptarbeitsleitung 4 abgenommenen Stell- bzw. Arbeitsdruck pA und ggfs. durch eine nicht gezeigte Druckfeder im Druckraum 12 in Richtung maximalen Fördervolumens beaufschlagt, solange das Regelventil 16 seine vorerwähnte erste Arbeitsstellung einnimmt. In dieser ist der Druckraum 13 des Hydrozylinders 11 über den zweiten Stelldruckleitungsabschnitt 20, die geöffneten Arbeitsanschlüsse A und T des Regelventils 16 sowie die Entlastungsleitung 21 zum Tank 6 hin entlastet, während sich infolge des gesperrten Arbeitsanschlusses P im Druckraum 12 der volle Stell- bzw. Arbeitsdruck pA aufbaut und den Stellkolben 11 in Richtung seiner in Fig. 1 rechten Endstellung beaufschlagt, die dem maximalen Fördervolumen V der Hydropumpe 1 entspricht.
Die nullhubgeregelte Hydropumpe 1 wird durch den im Druckraum 12 des Hydrozylinders 11 herrschenden, über die erste Stelldruckleitung 14 von der Hauptarbeitsleitung 4 abgenommenen Stell- bzw. Arbeitsdruck pA und ggfs. durch eine nicht gezeigte Druckfeder im Druckraum 12 in Richtung maximalen Fördervolumens beaufschlagt, solange das Regelventil 16 seine vorerwähnte erste Arbeitsstellung einnimmt. In dieser ist der Druckraum 13 des Hydrozylinders 11 über den zweiten Stelldruckleitungsabschnitt 20, die geöffneten Arbeitsanschlüsse A und T des Regelventils 16 sowie die Entlastungsleitung 21 zum Tank 6 hin entlastet, während sich infolge des gesperrten Arbeitsanschlusses P im Druckraum 12 der volle Stell- bzw. Arbeitsdruck pA aufbaut und den Stellkolben 11 in Richtung seiner in Fig. 1 rechten Endstellung beaufschlagt, die dem maximalen Fördervolumen V der Hydropumpe 1 entspricht.
Die Vorspannung (Einstellkraft oder Gegenkraft FG) der Druckfeder 30 ist so
gewählt, daß sie gleich der hydraulischen Kraft derjenigen Druckdifferenz
Δp zwischen dem vor der Verstelldrossel 18 abgenommenen Arbeitsdruck pA der
Hydropumpe 1 und dem nach der Verstelldrossel 18 abgenommenen Lastdruck pL
des Verbrauchers 2 ist, die, an beiden Meßflächen MF₁ und MF₂ des
Ventilkörpers 22 wirkend, an derjenigen Verstelldrossel 18 entsteht, die auf
größten Drosselquerschnitt eingestellt ist und vom maximalen Volumenstrom Q
der Hydropumpe 1 durchströmt wird; in diesem Fall ist die jeweils andere
Verstelldrossel 18 vollständig geschlossen.
Unter diesen Bedingungen steht die hydraulische Kraft der vom maximalen
Volumenstrom Q an der Verstelldrossel 18 erzeugten Druckdifferenz Δp im
Gleichgewicht mit der Vorspannung oder Gegenkraft FG der Druckfeder 30, so
daß das Regelventil 16 seine in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung einnimmt,
in der sämtliche Arbeitsanschlüsse A, P und T gesperrt sind.
Wenn nun beispielsweise der Drosselquerschnitt der Verstelldrossel 18
verringert wird, steigt die Druckdifferenz Δp entsprechend an und
verschiebt den Ventilkörper 22 in Fig. 1 nach rechts in eine zweite
Arbeitsstellung, in der bei gesperrtem Arbeitsanschluß T die Arbeitsan
schlüsse A und P geöffnet sind und die beiden Stelldruckleitungsabschnitte
19 und 20 miteinander verbinden. Der Stell- bzw. Arbeitsdruck beauf
schlagt nun die größere, kreisförmige Kolbenfläche des Stellkolbens 10,
verschiebt diesen somit in Fig. 1 nach links und schwenkt damit die
Hydropumpe 1 auf kleineres Fördervolumen V zurück, bis sie denjenigen,
reduzierten Volumenstrom Q fördert, der an der Verstelldrossel 18 die
ursprüngliche, der Vorspannung FG der Druckfeder 30 entsprechende Druckdif
ferenz Δp verursacht, d. h. bis sich am Ventilkörper 22 erneut Kraftgleich
gewicht einstellt. Entsprechend dem reduzierten Volumenstrom Q verringert
sich die Belastung der Hydropumpe 1, so daß der Arbeitsdruck pA und der
Lastdruck pL um den gleichen Wert fallen. Da der Lastdruck pL jedoch an der
kleineren der beiden Meßflächen MF₁ und MF₂ wirkt, nimmt seine hydraulische
Kraft um ein der Meßflächendifferenz MF₁-MF₂ entsprechendes geringeres Maß
ab als die hydraulische Kraft des die größere Meßfläche MF₁ beaufschlagenden
Arbeitsdrucks pA. Die Differenz zwischen der hydraulischen Kraft der
Druckdifferenz Δp vor und derjenigen nach dem vorgenannten Zurückschwenken
der Hydropumpe 1 auf kleineres Fördervolumen V ist ein Maß für die
resultierende Verringerung des Volumenstroms Q. Diese Kraftdifferenz an den
die Rückmeldeeinrichtung 17 bildenden Meßflächen MF₁ und MF₂ wird hier als
Rückmeldekraft FR bezeichnet, die am Ventilkörper 22 gleichsinnig mit der
Vorspannung FG der Druckfeder 30 wirkt. Die Rückmeldekraft FR verstärkt also
die Beaufschlagung des Ventilkörpers 22 durch die Gegenkraft FG und stellt
somit das Regelventil 16 auf einen größeren Sollwert des Volumenstroms Q
ein. Damit ergibt sich die in Fig. 2 dargestellte, mit abnehmendem
Volumenstrom Q ansteigende p-Q-Kennlinie, die ein proportionales Betriebs
verhalten der Hydropumpe 1 kennzeichnet.
Das Betriebsverhalten der Hydropumpe 1 folgt der gleichen Kennlinie, wenn
der Drosselquerschnitt der Verstelldrossel 18 vergrößert wird. Damit fällt
die Druckdifferenz Δp, so daß der Ventilkörper 22 in die erste
Arbeitsstellung überführt und damit die Hydropumpe 1 so lange auf größeres
Fördervolumen V ausgeschwenkt wird, bis sie denjenigen, größeren Volumen
strom Q fördert, der an der Verstelldrossel 18 die ursprüngliche Druckdif
ferenz Δp verursacht, d. h. bis sich Kraftgleichgewicht am Ventilkörper 22
einstellt. Durch den größeren Volumenstrom Q erhöht sich die Belastung der
Hydropumpe 1, so daß der Arbeitsdruck pA und der Lastdruck pL im gleichen
Maße ansteigen. Die hydraulische Kraft des an der größeren Meßfläche MF₁
wirkenden Arbeitsdrucks pA nimmt um ein der Meßflächendifferenz entsprechen
des größeres Maß zu als die hydraulische Kraft des die kleinere Meßfläche MF₂
beaufschlagenden Lastdrucks pL. Die dadurch in bereits beschriebener Weise
entstehende Rückmeldekraft FR wirkt am Ventilkörper 22 gegensinnig zur
Gegenkraft FG, womit das Regelventil 16 auf einen kleineren Sollwert des
Volumenstroms Q eingestellt ist. Es ergibt sich die gleiche, in Fig. 2
gezeigte, mit zunehmendem Volumenstrom Q fallende p-Q-Kennlinie, die ein
proportionales Betriebsverhalten der Hydropumpe 1 kennzeichnet.
Das nach der vorstehenden Beschreibung zur Steuerung der Hydropumpe 1
eingesetzte Regelventil 16 übernimmt gleichzeitig auch die Funktion einer
Regelung, mit der das Fördervolumen V der Hydropumpe 1 bei wechselnden
Belastungen derart verstellt wird, daß der geförderte Volumenstrom Q dem mit
der Verstelldrossel 18 eingestellten Sollwert übereinstimmt.
Wenn beispielsweise die Belastung des Verbrauchers 2 so stark ansteigt, daß
der Antriebsmotor gedrückt wird und damit die Hydropumpe 1 einem dem
Drehzahl-Abfall entsprechenden kleineren Volumenstrom Q fördert, wird der
Ventilkörper 22 in gleicher Weise wie bei der vorbeschriebenen Steuerung in
die erste Arbeitsstellung verschoben und damit die Hydropumpe 1 so lange auf
größeres Fördervolumen V ausgeschwenkt, bis sie denjenigen Volumenstrom Q
fördert, der an der Verstelldrossel 18 die ursprüngliche Druckdifferenz Δp
erzeugt. In entsprechender Weise wird bei zu geringer Belastung des
Verbrauchers 2 und dementsprechendem Höherdrehen des Antriebsmotors und der
Hydropumpe 1 letztere auf kleineres Fördervolumen eingestellt, bis der
geförderte Volumenstrom Q dem Bedarf des Verbrauchers angepaßt ist.
Wenn die bisher geschlossene Verstelldrossel 18 ebenfalls geöffnet wird,
teilt sich der von der Hydropumpe 1 geförderte Volumenstrom Q entsprechend
den eingestellten Drosselquerschnitten und den an den Verbrauchern 2
wirkenden Belastungen an den Abzweigungen der Arbeitsleitungen 3 von der
Hauptarbeitsleitung 4 in zwei Teilvolumenströme, die die Verbraucher 2 mit
entsprechender Geschwindigkeit antreiben. Der jeweils höhere Lastdruck pL
wirkt über das Wechselventil 27 und die Lastdruck-Steuerleitung 26 auf die
zweite Meßfläche MF₂ des Ventilkörpers 22, während der in beiden Arbeitslei
tungen 3 gleiche Arbeitsdruck pA die erste Meßfläche MF₁ beaufschlagt. Auf
diese Weise wirkt am Ventilkörper 22 die jeweils kleinere der sich an beiden
Verstelldrosseln 18 einstellenden Druckdifferenz Δp; mit anderen Worten,
die vorbeschriebene Steuerung und Regelung steuert bzw. regelt in der
vorbeschriebenen Weise lediglich den stärker belasteten Verbraucher 2.
Die Load-Sensing-Schaltung nach Fig. 3 unterscheidet sich bei ansonsten
gleicher Konstruktion und Funktion von derjenigen nach Fig. 1 durch eine
Übersteuerungseinrichtung 31 zum Verändern der Größe der die erste und
zweite Meßfläche MF₁, MF₂ beaufschlagenden Druckdifferenz Δp. Die
Übersteuerungseinrichtung 31 umfaßt eine dritte Meßfläche MF₃, die am
Ventilkörper 22 ausgebildet ist, einen Steuerdruckraum 32 definiert und über
eine an diesen angeschlossene Steuerdruckleitung 33 mit einem externen
Steuerdruck pS gegen die Gegenkraft FG der Druckfeder 30 beaufschlagt werden
kann, um die Druckdifferenz Δp nach Bedarf zu erhöhen; diese mit steigendem
Steuerdruck pS ein Zurückschwenken der Hydropumpe 1 auf kleineres Fördervo
lumen bewirkende Funktion der Übersteuerungseinrichtung 31 wird auch als
Negativ-Control-Funktion bezeichnet. Andererseits ist auch eine sog.
Positiv-Control-Funktion möglich, mit der bei steigendem Steuerdruck die
Hydropumpe 1 auf größeres Fördervolumen V ausgeschwenkt wird; zu diesem
Zweck kann die Steuerdruckleitung 33 an den dem Steuerdruckraum 32 gegen
überliegenden, in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 34 bezeichneten Druckraum
angeschlossen sein.
Fig. 4 zeigt eine Load-Sensing-Schaltung, die statt der hydraulischen
Übersteuerungseinrichtung 31 eine Übersteuerungseinrichtung 35 umfaßt, die
als elektrisch ansteuerbarer Eingangsteil, beispielsweise in Form eines
Schaltmagneten oder Regelmagneten, für das Regelventil 16 ausgebildet ist
und bei entsprechender Ansteuerung den Ventilkörper 22 mit einer Zusatzkraft
beaufschlagt, die entweder gegen die Gegenkraft FG der Druckfeder 30 (bei
Durchführung der Negativ-Control-Funktion) oder in entgegengesetzte Richtung
(bei Durchführung der Positiv-Control-Funktion) wirkt.
Die Load-Sensing-Schaltung nach Fig. 5 unterscheidet sich bei ansonsten
gleicher Konstruktion und Funktion von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß
statt der Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung 17 mit unterschiedlich großen
Meßflächen MF₁ und MF₂ gleichgroße und deshalb mit den Bezugszeichen MF′₁
und MF′₂ bezeichnete Meßflächen sowie eine Fördervolumen-Rückmeldeeinrich
tung 36 in Form einer Wegmeßfeder verwendet werden, die am Stellglied 8 der
Hydropumpe 1 und an dem der Druckfeder 30 gegenüberliegenden Ende des
Ventilkörpers 22 angreift. Die Wegmeßfeder 36 erfaßt die Fördervolumen-Ein
stellung der Hydropumpe 1, indem sie den Ventilkörper 22 bei zunehmendem
Fördervolumen V mit entsprechend zunehmender Rückmeldekraft FR und bei
abnehmendem Fördervolumen V mit entsprechend abnehmender Rückmeldekraft FR
gegen die Gegenkraft FG der Druckfeder 30 beaufschlagt. Auf diese Weise wird
die Beaufschlagung des Ventilkörpers 22 durch die Gegenkraft FG und damit
die Sollwert-Einstellung des Regelventils 16 derart verändert, daß sich die
in Fig. 6 gezeigte, mit zunehmendem Fördervolumen V abfallende und,
umgekehrt, mit abnehmendem Fördervolumen V ansteigende p-V-Kennlinie ergibt,
die eine Load-Sensing-Schaltung mit sog. Proportional verhalten kennzeichnet.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Ausführungsbeispiele, die sowohl die
Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung 17 als auch die Fördervolumen-Rückmelde
einrichtung 36 verwenden.
Fig. 7 zeigt eine Load-Sensing-Schaltung mit überlagerter Druck- bzw.
Leistungsregelung. Sie umfaßt einen ersten, doppeltwirkenden und ortsfesten
Stellzylinder 37, einen zweiten, einfachwirkenden Stellzylinder 38 und das
Regelventil 16 nach Fig. 1, allerdings ohne die vom Differenzdruck Δp
beaufschlagbaren Meßflächen. Diese sind als Meßflächen MF′₁ und MF′₂
gleicher Größe am Stellkolben 39 des ersten Stellzylinders 37 ausgebildet.
Die erste Meßfläche MF′₁ definiert den Arbeitsdruck-Steuerraum 23, der über
die Arbeitsdruck-Steuerleitung 24 an die Hauptarbeitsleitung 4 angeschlossen
ist. Die zweite Meßfläche MF′₂ definiert den Lastdruck-Steuerraum 25, der
über die Lastdruck-Steuerleitung 26 an das Wechselventil 27 in der die
Arbeitsleitungsabschnitte 29 verbindenden Verbindungsleitung 28 angeschlos
sen ist. Die an der dem höherbelasteten Verbraucher zugeordneten Verstell
drossel 18 abgenommene Druckdifferenz Δp wirkt am Stellkolben 39 des ersten
Stellzylinders 37 und beaufschlagt über dessen Kolbenstange 40 den zweiten,
in einer Führung 41 längsverschiebbar geführten Stellzylinder 38 in Fig. 7
nach links in Richtung des Ventilkörpers 22.
Der Stellkolben 42 des zweiten Stellzylinders 38 weist eine kreisringförmige
Kolbenfläche 43 auf, die gemeinsam mit einer kreisringförmigen Zylinderflä
che 44 gleicher Größe einen ebenfalls kreisringförmigen Druckraum 45
definiert, der von der Kolbenstange 46 durchsetzt und über eine Steuerlei
tung 47 an den zweiten Stelldruckleitungsabschnitt 15, 20 angeschlossen ist.
Der Stellkolben 42 beaufschlagt unter der Wirkung des im Druckraum 45
anstehenden, über den zweiten Stelldruckleitungsabschnitt 15, 20 von der
ersten Stelldruckleitung 14 abgenommenen Arbeitsdrucks pA ausreichender
Größe den Ventilkörper 22 des Regelventils 16 gegen die Gegenkraft FG der
einstellbaren Druckfeder 30 in Richtung der zweiten Arbeitsstellung.
Die Rückmeldeeinrichtung ist hier als Fördervolumen-Rückmeldeeinrichtung 36
ausgebildet, die im Falle der vorerwähnten Druckregelung eine Wegmeßfeder
und im Falle der vorerwähnten Leistungsregelung eine Anordnung mehrerer, in
Reihe geschalteter Wegmeßfedern mit unterschiedlichen Kennlinien umfaßt, die
einer Leistungshyperbel angenähert sind. Die Wegmeßfeder bzw. Wegmeßfeder-
Anordnung 36 greift an der Kolbenstange 9 des Stellkolbens 10 des
Hydrozylinders 11 und an dem den Stellzylindern 37, 38 gegenüberliegenden,
von der Druckfeder 30 beaufschlagten Ende des Ventilkörpers 22 an. Somit
wird die Wegmeßfeder bzw. Wegmeßfeder-Anordnung 36 mit zunehmendem Zurück
schwenken der Hydropumpe 1 auf kleineres Fördervolumen V gespannt, so daß
die dabei entstehende Rückmeldekraft FR gleichsinnig mit der Druckfeder 30
wirkt, d. h. der Ventilkörper 22 in Richtung der ersten Arbeitsstellung und
über diesen und den Stellkolben 42 der zweite Stellzylinder 38 gegen einen
ortsfesten Anschlag 48 beaufschlagt wird.
Der Ventilkörper 22 übernimmt gemeinsam mit dem ersten Stellzylinder 37 die
Load-Sensing-Funktion und gemeinsam mit dem zweiten Stellzylinder 38 die
Druck- oder Leistungsregelung, wobei die p-V-Kennlinien sowohl der Load-Sen
sing-Regelung als auch der Druck- oder Leistungsregelung der Kennlinie der
Wegmeßfeder 36, beispielsweise der in Fig. 6 gezeigten Kennlinie, bzw. der
Leistungshyperbel der Wegmeßfeder-Anordnung 36 entsprechen.
Die Meßflächen MF′₁ und MF′₂ sind größer als die Kolbenfläche 43 und die
Zylinderfläche 44, und zwar derart, daß während der Load-Sensing-Funktion
die hydraulische Kraft der an den Meßflächen MF′₁ und MF′₂ wirkenden
Druckdifferenz Δp größer als die hydraulische Kraft des an der
Zylinderfläche 44 wirkenden Arbeitsdrucks pA ist und somit den zweiten
Stellzylinder 38 im Abstand vom ortsfesten Anschlag 46 hält; dadurch ist die
Wirkung des Arbeitsdrucks pA auf den Stellkolben 42 und damit den
Ventilkörper 22 ausgeschaltet. Bei Überschreiten des Wertes, bei dem die
Druck- bzw. Leistungsregelung die Load-Sensing-Funktion übersteuern soll,
übersteigt die hydraulische Kraft des an der Kolbenfläche 43 und an der
Zylinderfläche 44 wirkenden Arbeitsdrucks pA die hydraulische Kraft der an
den Meßflächen MF′₁ und MF′₂ wirkenden Druckdifferenz Δp und verschiebt den
zweiten Stellzylinder 38 gegen den ortsfesten Anschlag 48. Dadurch sind der
zweite Stellzylinder 38 und der Stellkolben 39 des ersten Stellzylinders 37
stillgelegt, und der Arbeitsdruck pA verschiebt den Stellkolben 42 des
zweiten Stellzylinders 38 in Fig. 7 nach links und überführt auf diese
Weise den Ventilkörper 22 in die zweite Arbeitsstellung; die Hydropumpe wird
entsprechend der Kennlinie der Wegmeßfeder 36 bzw. der Leistungshyperbel der
Wegmeßfeder-Anordnung 36 auf kleineres Fördervolumen V zurückgeschwenkt.
Claims (9)
1. Load-Sensing-Schaltung für eine wenigstens einen Verbraucher (2) über
mindestens eine Arbeitsleitung (3) antreibende, nullhubgeregelte Hydro
pumpe (1) verstellbaren Fördervolumens (V), mit einem auf einen Sollwert
des Volumenstroms (Q) der Hydropumpe (1) einstellbaren Regelventil (16),
dessen Ventilkörper (22) über eine erste Meßfläche (MF₁, MF′₁) vom
Arbeitsdruck (pA) der Hydropumpe (1) gegen eine Gegenkraft (FG) in
Richtung einer Arbeitsstellung und über eine zweite Meßfläche (MF₂, MF′₂)
vom Lastdruck (pL) des Verbrauchers (2) gleichsinnig mit der Gegenkraft
(FG) in Richtung einer anderen Arbeitsstellung beaufschlagbar ist, wobei
das Regelventil (16) in der einen Arbeitsstellung eine Verstellung der
Hydropumpe (1) auf kleineres und in der anderen Arbeitsstellung auf
größeres Fördervolumen (V) hervorruft,
gekennzeichnet durch eine Rückmeldeeinrichtung (17, 36) zur Erzeugung
einer dem Volumenstrom (Q) oder dem eingestellten Fördervolumen (V) der
Hydropumpe (1) entsprechenden und auf den Ventilkörper (22) wirkenden
Rückmeldekraft (FR), die die Beaufschlagung des Ventilkörpers (22) durch
die Gegenkraft (FG) und damit die Sollwerteinstellung des Regelventils
(16) gegensinnig zu Änderungen des Volumenstroms (Q) bzw. Fördervolumens
(V) ändert.
2. Load-Sensing-Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückmeldeeinrichtung eine Volumenstrom-Rückmeldeeinrichtung (17)
umfaßt, die beide Meßflächen aufweist, wobei die erste Meßfläche (MF₁)
größer als die zweite Meßfläche (MF₂) ist.
3. Load-Sensing-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückmeldeeinrichtung eine Fördervolumen-Rückmeldeeinrichtung (36)
umfaßt, die mit wenigstens einer Wegmeßfeder (36) ausgebildet ist, die an
dem das Fördervolumen (V) der Hydropumpe (1) verstellenden Stellglied (8)
und am Ventilkörper (22) angreift.
4. Load-Sensing-Schaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennlinie(n) der Wegmeßfeder(n) (36) einer Leistungshyperbel
angenähert ist bzw. sind.
5. Load-Sensing-Schaltung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Arbeitsdruck (pA) in Strömungsrichtung vor und der Lastdruck (pL)
in Strömungsrichtung hinter einer Drosselstelle (18) in der Arbeitslei
tung (3) abgenommen wird.
6. Load-Sensing-Schaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drosselstelle (18) eine Verstelldrossel ist.
7. Load-Sensing-Schaltung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch,
gekennzeichnet durch eine Übersteuerungseinrichtung (31, 35) zum Verän
dern der Größe der die Meßflächen (MF₁, MF₂) beaufschlagenden Druckdif
ferenz (Δp) zwischen dem Arbeitsdruck (pA) und dem Lastdruck (pL).
8. Load-Sensing-Schaltung nach wenigstens einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Ventilkörper (22) und einem ersten, doppeltwirkenden und
ortsfesten Stellzylinder (37) ein zweiter, einfachwirkender, von der
Gegenkraft (FG) in Richtung eines ortsfesten Anschlags (48) beaufschlag
ter Stellzylinder (38) eingespannt ist, dessen Stellkolben (42) unter der
Wirkung des Arbeitsdrucks (pA) den Ventilkörper (22) gegen die Gegenkraft
(FG) beaufschlagt, und daß der Stellkolben (39) des ersten Stellzylinders
(37) die vom Arbeitsdruck (pA) und vom Lastdruck (pL) beaufschlagbaren
Meßflächen (MF′₁, MF′₂) aufweist und unter der Wirkung der Druckdifferenz
(Δp) zwischen dem Arbeitsdruck (pA) und dem Lastdruck (pL) über den
zweiten Stellzylinder (38) den Ventilkörper (22) gegen die Gegenkraft (FG)
beaufschlagt.
9. Load-Sensing-Schaltung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die vom Arbeitsdruck (pA) beaufschlagte Kolbenfläche (43) des
Stellkolbens (42) des zweiten Stellzylinders (38) kleiner als die vom
Arbeitsdruck (pA) und vom Lastdruck (pL) beaufschlagbaren Meßflächen (MF′₁,
MF′₂) des Stellkolbens (39) des ersten Stellzylinders (37) ist.
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