DE69024223T2

DE69024223T2 - Fluidmaschine

Info

Publication number: DE69024223T2
Application number: DE69024223T
Authority: DE
Inventors: William Rampen; Stephen Salter
Original assignee: Artemis Intelligent Power Ltd
Current assignee: Artemis Intelligent Power Ltd
Priority date: 1989-09-28
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2010-09-28
Also published as: DE69024223D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine druckmittelangetriebene Maschine (einen Motor) und/oder eine druckmittelfördernde Maschine (Pumpe) mit mehreren Arbeitskammern mit sich zyklisch änderndem Volumen und Ventilmitteln zur Steuerung der Verbindung jeder Kammer nacheinander mit Niederdruck- und Hochdruckverteilern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf nichtkompressible Druckmittel, jedoch wird ihre Verwendung mit Gasen nicht ausgeschlossen. Sie bezieht sich insbesondere auf Maschinen, bei denen jede Kammer ein in einem Zylinder hin- und hergehender Kolben ist, jedoch ist ihre Verwendung mit durch flexible Membranen oder Drehkolben begrenzte Kammern nicht ausgeschlossen.
Bei der Erfindung werden elektromagnetische Mittel zur Steuerung der Betätigung der Ventilmittel eingesetzt. Durch die Verwendung elektromagnetischer Mittel wird volle elektronische Steuerung mit der dadurch ermöglichten Ausgefeiltheit und Präzision ermöglicht.
In der EP-A-0361927 wird eine Druckmittelmaschine beschrieben, bei der elektromagnetisch gesteuerte Tellerventile zwischen dem Niederdruckverteiler und den Arbeitskammern zur Erzielung des Pumpbetriebs verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft das Vorsehen elektromagnetisch gesteuerter Tellerventile sowohl an der Hochdruck- als auch an der Niederdruckseite einer Druckmittelmaschine.
Erfindungsgemäß wird eine Druckmittelmaschine mit mehreren Arbeitskammern mit sich zyklisch änderndem Volumen, einem Hochdruck-Druckmittelverteiler und einem Niederdruck-Druckmittelverteiler, mehreren elektromagnetisch gesteuerten Tellerventilen, wobei mindestens ein derartiges Tellerventil jede Arbeitskammer jeweils mit jedem Verteiler verbindet, und elektronischen Folgesteuerungsmitteln zur Betätigung der Tellerventile in zeitgesteuerter Beziehung zu dem sich ändernden Volumen der Kammern vorgesehen, wobei jedes der Tellerventile die jeweilige Kammer durch Eingriff eines ringförmigen Ventilteils mit einem ringförmigen Ventilsitz von dem jeweiligen Verteiler abschließt, und wobei ein Elektromagnetventil vorgesehen ist, um durch Reaktion mit einem ferromagnetischen Material an dem Tellerventil jedes der Ventilteile relativ zu seinem Sitz magnetisch zu bewegen, wobei jedes Tellerventil einen Schaft und einen vergrößerten Kopf aufweist und das ringförmige Ventilteil am Kopf und das ferromagnetische Material am Schaft vorgesehen ist.
Vorzugsweise umgibt die Spule jedes Elektromagnetventils den jeweiligen Schaft und reagiert mit einem ringförmigen Stück aus ferromagnetischem Material am Schaft. Zweckmäßigerweise bewegt sich das ferromagnetische Material am Schaft des mindestens einen Ventils im magnetischen Feld eines bezüglich der Verteiler feststehenden Dauermagneten, wobei der Dauermagnet so mit dem ferromagnetischen Material zusammenwirkt, daß das Ventil in einer Position verriegelt wird, in der das ringförmige Ventilteil vom Ventilsitz beabstandet ist, oder in einer Position, in der das ringförmige Ventilteil am Sitz abschließt. Wünschenswerterweise sind die Spule des Elektromagnetventils, der Dauermagnet und das ferromagnetische Material ringförmig, wobei sich das ferromagnetische Material mit dem Ventilschaft abwechselnd in magnetischen Eingriff mit der Spule und dem Magnet bewegt.
Vorzugsweise werden die Erregungsimpulse zur Betätigung der Elektromagnetventile von einer Mikroprozessorsteuerung erzeugt, die als Eingangssignal unter anderem das Arbeitskammervolumen, den Druck im Hochdruckverteiler und die Arbeitsollgeschwindigkeit betreffende Daten erhält.
In der EP-A-0361927 wird zwar eine Druckmittelpumpe beschrieben, jedoch wird kein Hinweis hinsichtlich der Lösung des Problems gegeben, das auftritt, wenn das Prinzip, auf dem die Betätigung einer Druckmittelpumpe basiert, zum Betrieb eines Motors verwendet werden soll, nämlich, wie die Ventile gegen einen Überdruck zu öffnen sind. Zur Verwendung von Tellerventilen in einem Motor muß auf sie entweder eine große Kraft ausgeübt werden oder es müssen ihnen sorgfältig gesteuerte Zeitsteuerimpulse zugeführt werden, so daß sich jedes Ventil nur dann bewegt, wenn die Drücke auf seinen entgegengesetzten Seiten im wesentlichen gleich sind. Diese Beschreibung betrifft den letzten Ansatz bei Anwendung der Erfindung auf einen Motor.
Der Betriebszyklus eines Hydromotors besteht aus zwei Phasen- die erste ist der Arbeitshub, bei dem die Arbeitskammer zum Hochdruckverteiler freiliegt, bis sie in ihre Maximalvolumenposition gezwängt ist. Die zweite Phase ist der Auslaßhub, bei dem die Ventile umgeordnet werden, um die Kammer mit dem Niederdruckverteiler zu verbinden, und das Volumen in die Mindestvolumenposition zurückgetrieben wird. Normalerweise werden Schaltöffnungen verwendet, um die entsprechenden Verteiler-/Kammerverbindungen herzustellen. Diese sind annehmbar, es sei denn, der Filtrationsgrad ist gering, da der Zwischenraum an den Grenzflächen an den Schaltöffnungen aus Undichtigkeitsgründen klein gehalten werden muß. Des weiteren ist bei der Schaltöffnungskozistruktion ein schwieriger Konstruktionskompromiß zwischen Undichtigkeit und Scherverlusten erforderlich, welche bei Tellerventilen vollständig ausgeschaltet werden.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen weiter beispielhaft beschrieben; es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schziittansicht eines Mehrkolben-Hydromotors mit zugehöriger Steuereinrichtung,
Figur 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines der Hochdrucktellerventile des Motors nach Figur 1 auf der Zylinderseite, die in der unteren Hälfte geschlossen und in der oberen Hälfte geöffnet gezeigt werden,
Figur 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines der Niederdruckventile des Motors nach Figur 1 am Zylinderende, die links geschlossen und rechts geöffnet gezeigt werden, und
Figur 4 eine schematische Schziittansicht eines Hydromotors, der mit einer Pumpe verbunden ist, um eine Übertragungseinheit mit veränderlicher Drehzahl am Ausgang einer Kraftmaschine bereitzustellen.
In Figur 1 wird als schematischer Schnitt ein Mehrkolben-Hydromotor 10 gezeigt, wobei die Zylinder mit 11 und die Hubkolben mit 12 gekennzeichnet sind. In der Seitenwand jedes Zylinders 11 befindet sich ein mit einem Hochdruckverteiler 14 in Verbindung stehendes Tellerventil 13 und in der Endwand jedes Zylinders ein mit einem Niederdruckverteiler 16 in Verbindung stehendes Tel lerventil 15. Die Tellerventile 13 und 15 sind aktive elektromagnetische Ventile, die von einer Mikroprozessorsteuerung 20, die über Optokoppler 21 ventiltreibenden Halbleitern 22 Steuersignale zufübrt, elektrisch gesteuert werden.
Die Kolben 12 wirken auf eine an einer Ausgangswelle 24 befestigte Antriebsnocke 23, wobei die Position der Nocke 23 von einem Codierer 25 erfaßt wird.
Auf ähnliche Weise, wie in der Beschreibung der obengenannten europäischen Patentanmeldung beschrieben, empfängt die Steuerung 20 Eingangssignale vom Codierer 25, einem Druckwandler 26 (über einen Analog-Digital-Wandler 27) und über eine Leitung 28, an die ein Ausgangssolldrehzahlsignal angelegt werden kann.
Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Tellerventile ähneln sich insofern, als bei ihnen jeweils das aktive Ventilglied (in Figur 2 als 30 und in Figur 3 als 40 gezeigt) unter dem Einfluß eines ringförmigen magnetischen Pols (32, 42), der zwischen einem Dauermagnetring (33, 43) und einer Elektromagnetspule (34, 44) ,angeordnet ist, im Ventildurchgang (31, 41) axial gleitbar ist. Der vergrößerte Kopf (30a, 40a) jedes Ventils dichtet zu einem Tellersitz (35, 45) ab, aber beim Ventil 30 neigt hoher Druck im Zylinder 11 dazu, den Kopf 30a vom Sitz 35 abzuheben, während beim Ventil 40 ein solcher hoher Druck den Kopf 40a in dichtenden Eingriff mit dem Sitz 45 drängt. Jedes Ventil (30, 40) hat einen natürlichen Zustand, der geöffnet ist, und wird zugezogen, wenn die entsprechende Elektromagnetspule (34, 44) erregt wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß andere Anordnungen möglich sind (z.B. gibt es keine dauerbaf te Vorspannung, und ein umschalten des Elektromagnets zwischen geöffneter und geschlossener Position (über zwei Magnetspulen) wird verwendet). Die Wellenposition des Motors wird vom Codierer 25 abgelesen und von der Ventilsteuerung 20 überwacht.
Wird beispielsweise angenommen, daß der Zyklus auf halbem Wege im Arbeitshub startet, dann ist das Hochdruckventil 30 geöffnet worden und wird gegen die Strömung gehalten, während das Niederdruckventil 40 von der Druckdifferenz zwischen dem Zylinder 11 und dem Verteiler 16 gegen seinen Sitz geschlossen gehalten wird. Wenn sich der Kolben 12 fast am unteren Totpunkt befindet, gibt die Steuerung 20 einem Impuls zum Schließen des Hochdruckventils 30 ab. Nachdem das Ventil geschlossen ist, fällt der Zylinderdruck mit der verbleibenden Bewegung des Kolbens 12 nach unten ab, bis dieser am unteren Totpuhkt die Höhe des Niederdruckverteilers 16 errreicht hat. Das Niederdruckventil 40 kann nun geöffnet werden, und zwar entweder mit einem zweiten zeitgesteuerten Impuls oder - im Falle des dauerhaft vorgespannten Ventils nach Fig. 3 - aus eigener Initiative. Der Kolben 12 wird nun nach oben getrieben, bis er den Zylinder 11 fast ganz evakuiert hat. Zu diesem Zeitpunkt schließt ein zeitgesteuerter Impuls das Niederdruckventil 40, und die verbleibende Kolbenbewegung wird dazu verwendet, den Zylinderdruck des Zylinders so weit zu erhöhen, bis er das Öffnen des Hochdruckventils 30 gestattet. Diese zeitliche Stufung der Ventilsteuerung zur Sicherstellung einer geringen Druckdifferenz über die Ventile ist in der Praxis sehr wichtig.
Beim Anfahren muß das System die Ventile (30, 40) mit getrenntem Hochdruckverteiler 14 vorkonfigurieren, so daß sich die Welle 24 bei seinem Wiederanschluß in die bevorzugte Richtung zu drehen beginnt. Dies bedeutet, daß die Steuerung 20 sowohl den Wellencodierer 25 als auch einen Richtungsschalter lesen muß, bevor sie die Ventile durch Impulsbeaufschlagung in eine Anfahrkonfiguration schaltet. Eine Richtungsumkehr erfordert Abschalten des Drucks, Umkonfigurieren der Ventile und schließlich Neuanlegen des Systemdrucks an den Verteiler 14.
Wenn die Welle 24 beginnt, den Motor anzutreiben, funktioniert er nicht als Pumpe, sondern als niederratiges Dämpfungsglied. Bei den Ventilen nach den Figuren 2 und 3 tritt der Übersteuerungseffekt in zwei Phasen auf: Zunächst einmal erhöht sich die Drehzahl der Welle, da sowohl der Last- als auch der Druckmitteldruck zusammenwirken. Wird hier nicht eingegriffen, führt dies zur zweiten Phase, in der das vom Ventilsitz gedrosselte Druckmittel einen Druckabfall erzeugt, der groß genug ist, das Hochdruckventil 30 auf halbem Wege durch den Arbeitshub zu schließen. Das Niederdruckventil 40 wird dann von der Druckdifferenz für den verbleibenden Hub geöffnet, bis der Kolben 12 den unteren Totpunkt erreicht. Spielt die Steuerung 20 weiterhin ihre Rolle als Motor, läßt sie das Niederdruckventil für den Entleerungshub geöffnet. Der nächste Arbeitshub beginnt wie üblich, wird aber wieder in einen Niederdruck-Saughub verkehrt, nachdem das Hochdruckventil 30 von der Druckdifferenz geschlossen ist. Ist die Steuerung 20 zur Erkennung des Übersteuerungszustands programmiert (z . B. durch Überwachung einer Drehzahlerhöhung der Welle, der Ventil- Position oder des Hochdruckverteilerdruckes), könnte sie durch Revidieren des Ventilbetätigungszyklus den Motor in eine Pumpe umwandeln. Bei der Erfassung von Übersteuerung würde die Steuerung 20 die Niederdruckventile 40 schließen, während sich die Kolben 12 dem unteren Totpunkt näherten, und des weiteren die Hochdruckventile 30 beim oberen Totpunkt vorübergehend schließen (bis der aufgebaute Druck ausreicht, sie geschlossen zu halten). Bei der Erfassung eines Endes des Übersteuerungszustandes würde die Steuerung 20 jeden Zylinder 11 wieder zu Motorbetrieb umschalten, während er sich einem Punkt im Zyklus näherte, bei dem dies möglich wäre. Durch die mögliche Äxiderung von Motorbetrieb zu Pumpbetrieb kann eine erfindungsgemäße Maschine zur Nutzbremsung der Abtriebswelle verwendet werden.
Bei den meisten Motoren, bei denen die Wellendrehzahl für einen gegebenen Förderstrom geändert werden kann, geschieht dies durch die Verwendung irgendeiner Art von Hubverstelleinrichtung. Ein erfindungsgemäßer Motor würde ein Sperren des Zylinders auf etwa die gleiche Weise gestatten, wie in der obigen europäischen Patentanmeldung für eine Pumpe beschrieben, obgleich das Niederdruckventil 40 in diesem Falle am Ende des Auslaßhubs geöf fnet gelassen werden würde, so daß sich das Hochdruckventil 30 für den unmittelbar folgenden Arbeitshub nicht öffnen könnte. Die Wellendrehzahl ist umgekehrt proportional zur Anzahl freigegebener Zylinder, da ein teilweise gesperrter Motor mehr Umdrehungen vollzieht als ein vollständig freigegebener, um die gleiche Druckmittelmenge auf zunehmen.
Wenn der Motor 10 direkt mit dem Ausgang der zuvor beschriebenen Pumpe 50 verbunden werden sollte,
ergäbe sich eine vielseitige Übertragungseinheit mit veränderlicher Drehzahl (wie in Figur 4 gezeigt). Bei der Verbindung einer Konstantmaschine mit einer Verstellmaschine liegt gewöhnlich das Problem darin, daß sich die Bemessung des Systems an der Spitzenleistungsanforderung an beiden Enden des Drehzahl-/Drehmomentbereichs orientieren muß. Dies bedeutet, daß eines der Teile die meiste Zeit weit unter seiner Nennleistung arbeiten muß, wobei es bei mobiler Anwendung aufgrund des zusätzlichen Gewichts auch noch zu Leistungseinbußen kommt. Sind beide Einheiten verstellbar und weist die Steuerung 20 eine Systemmanagement-Nachschlagetabelle zur Steuerung von sowohl Systemdruck als auch Abtriebswellendrehzahl auf, dann kann das System effizienter betrieben werden. Die Steuerung könnte wahlweise durch Pumpen von Druckmittel mit einer hohen Geschwindigkeit bei einem geringem Druck oder umgekehrt mit einer geringen Geschwindigkeit und einem hohem Druck das gleiche Antriebs-/Abtriebswellendrehzahlverhältnis erreichen.
Bei der Konstruktion einer Kraftübertragungseinheit muß beachtet werden, daß sowohl der Übersteuerungszustand als auch die Richtungsumkehr in die Überlegungen mit einbezogen werden muß. Die Fördermenge der Pumpe 50 kann, falls erforderlich, innerhalb einer halben Umdrehung vermindert werden, um einen druckfreien Zustand zu bewirken und eine Ventil-Neukonfigurierung zur Umkehr zu gestatten. Bei der Übersteuerung wird ein Motor, der als Pumpe wirken kann, die Istfördermenge der Pumpe erhöhen, wodurch bewirkt wird, daß sich der Systemdruck erhöht und die Steuerung alle Pumpenzylinder sperrt, bis normale Bedingungen wiederkehren. Das unerwünschte Druckmittel (und die unerwünschte Energie) im Hochdruckverteiler könnten dann entweder über ein Überdruckventil ablaufen gelassen oder in einem Speicher gespeichert werden
Des weiteren wird in Fig. 4 gezeigt, wie eine Kraftmaschine 60 die Pumpenwelle 54 antreibt, um Kolben 52 über eine Nockenscheibe 53 in Pumpenzylindern 51 hinund herzubewegen. Elektromagnet-Tellerventile 65 der Pumpe 50 werden über mit der Steuerung 20 verbundene Pumpenventiltreiber 66 elektrisch gesteuert. Die Pumpenkolbenposition wird von einem Wellenauslöser 55 gemeldet. Der Hochdruckverteiler 14 ist über unter Federdruck stehende Auslaßventile 63 mit den Pumpenzylindern 51 verbunden.
Ein Druckspeicher 67 ist im Verteiler 14 vorgesehen, der auch ein mit einem Behälter 69, der über einen Filter 70 eine Druckerhöhungspumpe 71 speist, verbundenes Überdruckventil 68 enthält.
Wie bei der obengenannten europäischen Anmeldung verdeutlicht wird, ergeben sich dank der elektrischen Steuerung der Einlaßventile einer Hydrokolbenpumpe bedeutende und vorteilhafte Konsequenzen, die bei Pumpen mit mechanisch gesteuerten Ventilen nicht möglich sind, und dies wird nun anhand Figur 1 beschrieben.
In Figur 1 wird ein Mehrkolbenmotor 10 mit einem Ring von Kolben 12 gezeigt, die eine Nocke 23 antreiben und eine Nockenwelle 24 drehen. Bei Pumpbetrieb würde sich jeder Kolben 12 unter der Antriebseinwirkung der sich drehenden Nocke 23 in seinem Zylinder 11 hin- und herbewegen und dabei während jedes Einlaßhubs über die elektromagnetisch gesteuerten Ventile 15 Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckverteiler 16 in die Zylinder 11 saugen. Am unteren Totpunkt ändert jeder Kolben 11 seine Bewegungsrichtung, um seinen Förderhub zu beginnen, und wenn das jeweilige Ventil 15 geschlossen ist, wird die Hydraulikflüssigkeit über das geöffnete Ventil 13 in den Hochdruckverteiler 14 gezwängt.
Bei Pumpbetrieb wird die Mikroprozessorsteuerung 20 zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Ventile 13 und 15 verwendet. Von dem die Drehung der Nocke 23 erfassenden Wandler 25 werden Wellen-Auslösesignale erzeugt und der Steuerung 20 zugefürt, die eine Digitaleingabe auf Leitung 28, die mit dem Pumpenfördermengenbedarf in Beziehung steht, und eine Digitaleingabe von einem mit dem Druckwandler 26 verbundenen Analog-Digital- Wandler 27 aufweist.
Die Einheit 20 liefert eine Digitalausgabe, die einen Block von Elektromagnetventiltreibern 22 steuert.
Die Mikroprozessorsteuereinheit 20 könnte mehrere eingebaute Algorithmen enthalten, die der Einheit ermöglichen, die Pumpensystembedarf skennwerte mit der Systemrückmeldung zu vergleichen, und bei Betätigung eines Zylinders ein Signal abgeben und bewirken, daß der nächste den unteren Totpunkt erreichende Zylinder freigegeben wird, sollte das System seine Druckmittelverdrängung benötigen. Dieser Algorithmus würde wünschenswerterweise durch einen maximalen Änderungsratenalgorithmus gemäßigt sein, der plötzliche Stöße vermeiden würde. Somit werden die Betriebsverdrängungsistkennwerte des Pumpensystems gemäß den Bedarf sverdrängungssollkennwerten elektromagnetisch modifiziert. Der Freigabeimpuls würde dann nach der Zeitsteuerung durch den Rauschalgorithmus zu dem Elektromagnetventiltreiber 22 gesendet werden, um nur das Ventil 15 eines Moduls zu schließen, bis der Kolben 12 in dem Modul den unteren Totpunkt erreicht hat. Auf diese Weise wird die durch spätes Ventilschließen erzeugte Stoßwelle vermindert.
Wenn die Maschine beispielsweise pumpt, können die in Figur 1 dargestellten Geräte auf zwei verschiedene Weisen arbeiten, und zwar in einem Strömungssteuerungsmodus und einem Drucksteuerungsmodus.

Strömungssteuerungsmodus

Die Steuerung 20 führt ständig Buch über den Verdrängungsbedarf (entweder von einer feststehenden Höhe oder einer äußeren Eingabe wie zum Beispiel einem Bediener-Joystick) und der von der Pumpe erzeugten Verdrängung. Bei jeder Zylinderfreigabegelegenheit entscheidet die Steuerung 20, ob der zu dem Zeitpunkt maximaler Wirksamkeit des gegenwärtigen Zylinders vorhergesehene Bedarf seine Freigabe rechtfertigt. Dies geschieht, wenn der Verdrängungsstand ein Defizit von mehr als einem halben Zylinder aufweist. Ein Speicher 14a (mit dem Verteiler 14 verbunden gezeigt) ist so bemessen, daß ein Halbzylinderfehler weniger als 10% Änderung des Leitungsdrucks bewirkt. Bei dieser Steuerungsmethode an sich handelt es sich um eine rückführungslose Steuerung, da keine Rückmeldung verwendet wird. Rückmeldung kann durch Positionierung eines Additionspunktes vor der Bedarfseingabe 28 der Mikroprozessorsteuerung 20 vorgesehen werden.

Drucksteuerungsmodus

In dieser Situation versucht die Steuerung 20, den erforderlichen Druck auf der Ausgangsleitung unabhängig von der Bedarfsfunktion aufrechtzuerhalten. Sie versucht eigentlich das Speichervolumen so dicht wie möglich am Nullfehlerzustand zu halten. Zum Erkennen der Pumpanforderungen muß das System die Strömung vom Ausgang zur Last berechnen. Dies kann durch Messung des Systemdrucks bei zwei aufeinanderfolgenden Zylinderentscheidungsintervallen geschehen. Die Druckänderung entspricht einer Änderung des Speichervolumens, die den Verdrängungsbeitrag vom Speicher 14a zum System angibt. Die während des Zeitintervalls von der Pumpe gelieferte Verdrängung wird aus den Protokollen der zuvor freigebenen Zylinder berechnet. Der Förderstrom ist die Summe von Pumpen- und Speicherstrom (da der Strom für diese Zwecke inkompressibel ist).
Dann werden der Förderstrombedarf, die Verdrängung von den beteiligten Zylindern und die Verdrängung zum Speicher (um ihn auf die Nullfehlerposition rückzustellen) kombiniert, um eine Entscheidung über die Freigabe des gegenwärtigen Zylinders zu gestatten.
Die Mikroprozessorsteuerung 20 kann mit verschiedenen Eingaben versehen werden, zum Beispiel:
1. Pumpensystembedarf skennwerte von beispielsweise einem Potentiometer, einem Gaspedal (im Falle einer zum Fahrzeugantrieb verwendeten Pumpe) oder einem digitalen Sollwert;
2. Pumpensystemrückmeldesignale von beispielsweise einem Motordrehzahlgeber;
3. Rauschgeber, beispielsweise ein Beschleunigungsmesser, der am Pumpengehäuse angeordnet ist.
Aus dem obigen ist leicht ersichtlich, daß eine Pumpe, insbesondere eine Pumpe mit einer beträchtlichen Anzahl von Zylindern, in der Lage ist, die Verdrängung mehr oder weniger unendlich zu verstellen, und zwar aufgrund der Fähigkeit, das Ventil 15 jedes Kolbens und Zylindermoduls einer Pumpe innerhalb jedes Zyklus der Pumpe steuern zu können. Dies unterscheidet sich von der stufenweise Verstellung, die bei herkömmlichen Pumpen möglich ist.
Es wird beispielsweise möglich sein, den Betrieb einer Pumpe so zu programmieren, daß sich ihre Fördermenge von Zyklus zu Zyklus unterscheidet. Als Alternative dazu kann eine Pumpe in eine Anzahl von unabhängig betreibbaren Abschnitten unterteilt werden, die jeweils mehrere Zylinder umfassen. Jeder Abschnitt kann hinsichtlich Verdrängung unabhängig gesteuert und zum Betrieb getrennter Maschinen verwendet werden.
Auf eine zur oben beschriebenen Weise analoge Weise kann die in Figur 1 beschriebene Maschine in mindestens zwei verschiedenen Moden als Motor betrieben werden.

Modus mit verstellbarer Verdrängung/verstellbarer Drehzahl (offener Kreis)

Dieser Modus entspricht dem Strömungssteuerungsmodus bei Pumpbetrieb. Die Steuerung 20 erzeugt eine Freigabefolge, die das kumulative Verdrängungsfehlerkriterium verwendet, um maximale Laufruhe zu gewährleisten. Die Drehzähl ist umgekehrt proportional zum Verhältnis von freigegebenen zu verfügbaren Zylindern. Zur Erzielung eines kontinuierlichen positiven Drehmoments wird die Höchstdrehzahlgrenze von der definiert, die erzielt wird, wenn ein einzelner Zylinder an allen Punkten des Ulaufs freigegeben ist (d.h. mindestens zwei zylinderfreigaben pro Umdrehung). Die Mindestdrehzahl tritt auf, wenn alle Zylinder freigegeben sind. Bei einer Pumpe mit sechs Zylindern ergibt sich daraus für eine gegebene Strömungsmenge ein Drehzahlbereich von 1/3 bis voll.

Drehzahlsteuerung (geschlossener Regelkreis)

Dieser Modus entspricht dem Drucksteuerungsmodus bei Pumpbetrieb. Hier wird die Abtriebswellendrehzahl der Steuerung 20 rückgemeldet. Der Zylinderfreigabealgorithmus extrapoliert die Verdrängung, die der Motor benötigt, um den benötigten U-auf bis zur maximalen Wirksamkeit des Entscheidungszylinders zu bewirken. Er bezieht den Verbrauch an Verdrängung von zuvor freigegebenen Zylindern in die bevorstehende Zeit mit ein, um seine Freigabeentscheidung zu erreichen. Durch dieses Verfahren wird nicht nur eine relativ genaue Drehzahlsteuerung gewährleistet, sondern auch Positionsgenauigkeit auf rechterhalten (d.h. Gesamtanzahl der Umdrehungen).
In den Zeichnungen wurden Axialzylinder dargestellt, die Erfindung kann jedoch auf eine beliebige Pumpen- oder Motorkonf iguration angewendet werden, bei der die Tellerventile fest stehend sind, und eine radiale Ringnockenkonfiguration ist besonders geeignet.

Claims

1. Druckmittelmaschine (10, 50) mit mehreren Arbeitskammern (11, 51) mit sich zyklisch änderndem Volumen, einem Hochdruck-Druckmittelverteiler (14) und einem Niederdruck-Druckmittelverteiler (16), mehreren elektromagnetisch gesteuerten Tellerventilen (13, 15, 64, 65), wobei mindestens ein derartiges Tellerventil jede Arbeitskammer (11, 51) jeweils mit jedem Verteiler (14, 16) verbindet, und elektronischen Folgesteuerungsmitteln (20, 21, 22) zur Betätigung der Tellerventile in zeitgesteuerter Beziehung zu dem sich ändernden Volumen der Kammern, wobei jedes der Tellerventile (30, 40) die jeweilige Kammer (11) durch Eingriff eines ringförmigen Ventilteils (30a, 40a) mit einem ringförmigen Ventilsitz (35, 45) von dem jeweiligen Verteiler (14, 16) abschließt, und wobei ein Elektromagnetventil (34, 44) vorgesehen ist, um durch Reaktion mit einem ferromagnetischen Material (32, 42) an dem Tellerventil jedes der Ventilteile (30a, 40a) relativ zu seinem Sitz magnetisch zu bewegen, wobei jedes Tellerventil einen Schaft und einen vergrößerten Kopf (30a, 40a) aufweist und das ringförmige Ventilteil (30a, 40a) am Kopf und das ferromagnetische Material (32, 42) am Schaft vorgesehen ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule jedes Elekromagnetventils (34, 44) den jeweiligen Schaft umgibt und mit einem ringförmigen Stück (32, 42) aus ferromagnetischem Material am Schaft reagiert.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das ferromagnetische Material (32, 42) am Schaft des mindestens einen Ventils im magnetischen Feld eines bezüglich der Verteiler feststehenden Dauermagneten (33, 43) bewegt, wobei der Dauermagnet so mit 35 dem ferromagnetischen Material (32, 42) zusammenwirkt, daß das Ventil in einer Position verriegelt wird, in der das Ventilteil (30a, 40a) vom Sitz (35, 45) beabstandet ist, oder in einer Position, in der das Ventilteil am Sitz abschließt.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule des Elektromagnetventils, der Dauermagnet und das ferromagnetische Material (34, 33, 32: 44, 43, 42) ringförmig sind, wobei sich das ferromagnetische Material (32, 42) mit dem Ventilschaft abwechselnd in magnetischen Eingriff mit der Spule des Elektromagnetventils (34, 44) und dem Magnet (33, 43) bewegt.

5. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Erregungsimpulse zur Betätigung der Elektromagnetventile (34, 44) von einer Mikroprozessorsteuerung (20) erzeugt werden, die als Eingangssignal unter anderem das Arbeitskammervolumen (über 25, 55), den Druck im Hochdruckverteiler (14) und die Arbeitsollgeschwindigkeit (auf 28) betreffende Daten erhält.

6. Maschine nach Anspruch 5 bei Betrieb als Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Steuerung erzeugten Erregungsimpulse derart zeitgesteuert sind, daß sich jedes Ventil (30, 40) nur dann bewegt, wenn die Drücke auf gegenüberliegenden Seiten jedes Ventils im wesentlichen gleich sind.

7. Maschine nach Anspruch 5 bei Betrieb als Motor mit jeder Arbeitskammer als Zylinder (11), wobei die Zylinder nacheinander zu Entscheidungszylindern werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Steuerung erzeugten Erregungsimpulse auf Grundlage der vom Motor benötigten Druckmittelverdrängung, um einen erforderlichen Umlauf auszuführen, bis der Entscheidungszylinder seine Maximalwirkung hatte, zeitgesteuert sind.

8. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei Betrieb als Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerwig des die Arbeitskammer (11) mit dem Hochdruckverteiler (14) verbindenden Hochdruckventils (30) so ausgelegt ist, daß das Ventil (30), kurz bevor die Kammer (11) ihrmaximalvolumen erreicht, schließt, wodurch der Druckin der Kammer (11) auf den des Niederdruckverteilers (16) abfallen kann, um ein Öffnen des Niederdruckventils (40) zu gestatten, und daß die Zeitsteuerung desdie Arbeitskammer (11) mit dem Niederdruckverteiler(16) verbindenden Niederdruckventils (40) so ausgelegt ist, daß das Ventil (40), kurz bevor die Kammer (11) ihr Minimalvolumen erreicht, schließt, wodurch der Druck in der Kammer (11) auf den im Hochdruckverteiler (14) ansteigen kann, um ein öffnen des Hochdruckventils (30) zu gestatten.

9. Übertragungseinheit mit veränderlicher Drehzahl mit einer Kraftmaschine (60), die eine Pumpe (50) antreibt, welche von einem Niederdruckverteiler (16) Druckmittel ansaugt und druckbeauf schlagtes Druckmittel zu einem Hochdruckverteiler (14) pumpt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzylindermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Motor betrieben wird, so angeschlossen ist, daß sie in ihren Zylindern Druckmittel vom Hochdruckverteiler (14) empfängt und es bei einem geringeren Druck in den Niederdruckverteiler (16) leitet.

10. Übertragungseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (20) die Zylinder der Maschine (10) von Motor- zu Pumpbetrieb umkehrt, während sich jeder Zylinder dem Punkt in seinem Zyklus nähert, bei dem dies möglich ist, um Nutzbremsung einer Abtriebswelle (24) der Maschine (10) vorzusehen.