EP1304482A2 - Summenleistungsregler und Druckmittler - Google Patents

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EP1304482A2
EP1304482A2 EP02016036A EP02016036A EP1304482A2 EP 1304482 A2 EP1304482 A2 EP 1304482A2 EP 02016036 A EP02016036 A EP 02016036A EP 02016036 A EP02016036 A EP 02016036A EP 1304482 A2 EP1304482 A2 EP 1304482A2
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EP
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piston
pressure
measuring
control
diaphragm seal
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EP02016036A
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EP1304482B1 (de
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Reinhold Schniederjan
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
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    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/18—Pressure in a control cylinder/piston unit

Definitions

  • the invention relates to a total power controller for Regulation of the total power of several hydrostatic Piston machines and a diaphragm seal for generation a medium pressure for power control.
  • Capacity regulator for regulating funding of several hydrostatic piston machines, which by a common drive source are known.
  • DE 33 23 278 C2 is a device disclosed, in which a total of three hydraulic pumps from one common drive machine are driven. The pumps convey a pressure medium into one assigned Working line. At least two of the hydraulic pumps are executed adjustable, the adjustment devices of the two hydraulic pumps together via a so-called Hyperbolic controls are adjustable. To operate the Adjustment device of the two hydraulic pumps is on Actuating piston, the two opposite piston surfaces has on one side with one of the two Working lines of the hydraulic pumps to be adjusted averaged pressure depressed. This first piston surface is with the second piston surface opposite it a channel and a control valve arranged therein connected.
  • the position of the Control valve is the pressure on the second piston surface between the average working pressure as the maximum and the Tank pressure regulated as minimum pressure.
  • the position of the Control valve is the average of the pressure Working lines and the position of the control piston dependent.
  • the position of the control piston the swivel angle and thus the delivery volume of the adjustable hydraulic pumps are taken into account.
  • the one from the third hydraulic pump consumed power is thereby takes into account that that generated by the third pump Pressure in the work line via a lever mechanism on the Control valve is transmitted and thus its position affected.
  • a diaphragm seal used to generate the averaged Working line pressure is used, for example known from DE 34 07 827 C2.
  • the diaphragm seal includes one Step piston, which is axially in a valve housing is slidably arranged. He points two in the same direction oriented stepped piston surfaces, each with the Working lines of the piston machines to be adjusted are connected. The radially outer limits of the Stepped piston surfaces form with the valve housing in each case a variable throttle.
  • the two chokes are in Dependent on the position of the stepped piston together variable.
  • the output side of the chokes is over one common supply line with one against the Step piston surfaces oriented sum piston surface connected.
  • Each choke has its own assigned check valve arranged on the outlet side, which opens in the direction of the total piston area. The Cumulative piston area is thus only by the greater pressure of the working lines with pressure medium provided.
  • the described device for regulating the total power of several hydrostatic piston machines Disadvantage that to take into account a third hydrostatic piston machine a complicated tuning of leverage is required to increase their performance consider. Another disadvantage is that the two Variable pumps are only adjustable together. The proposed arrangement is therefore only suitable for the Operation of two identical hydraulic pumps in connection with a third hydraulic pump, which is used to control the Funding is not taken into account.
  • the diaphragm seal used also has the disadvantage that the Stepped piston surfaces simultaneously as variable throttles are trained. This leads to the operation of the diaphragm seal the stepped piston surfaces from the flowing medium be depressed. By directly conveying yourself changing volume during an actuating movement of the actuating piston can large volume flows in the diaphragm seal occur. The positioning accuracy of the diaphragm seal is thereby reduced.
  • the invention has for its object a Total power control and a diaphragm seal easier Design for several hydrostatic piston machines too create which over which one Control parameters and the operation of hydraulic pumps various services.
  • the total power controller according to the invention has the advantage that for each piston machine an individual Actuating device is provided. At the same time, as Control parameters used a common size that on the Control characteristic of the piston machines acts together. This will make each other's performance Piston engines primary from the same Drive engine are taken into account.
  • the actual actuating energy is the respective Piston machine removed via the working line itself. Because of the diaphragm seal, there are therefore only small volume flows necessary. This small volume flow is influenced by the separate arrangement of the stepped piston surfaces and the Control edges not the control accuracy of the diaphragm seal.
  • the variability is also due to the Hyperbolic regulator arranged measuring pistons enlarged. From one Threshold for the mean pressure, that for all Piston engines can be the same or different the influence of a second spring is switched off, resulting in a second possibly different control characteristic is available. A coordination of the total power controller is therefore also for piston machines with different maximum outputs possible.
  • Fig. 1 is a hydraulic circuit diagram of a total power control device according to the invention shown, in which a drive machine 1 via an output shaft 2 and a reduction gear 3 with three hydrostatic Piston machines 5, 5 'and 5 "is connected
  • a drive machine 1 via an output shaft 2 and a reduction gear 3 with three hydrostatic Piston machines 5, 5 'and 5 "is connected
  • hydrostatic piston machines 5, 5 'and 5' 'equivalent components will be easier Understandability to mention the simply deleted or two crossed out reference numerals.
  • the countershaft 3 driven by the drive machine 1 is by means of a drive shaft 4 with the hydrostatic Piston engine 5 connected.
  • the hydrostatic Piston machine 5 is adjustable in its delivery volume executed. From the hydrostatic piston machine 5 a suitable pressure medium in a working line 6 promoted.
  • the adjustment of the delivery volume of the hydrostatic Piston engine 5 is operated by a hyperbola controller 7 regulated, which is described below with reference to FIG. 2 is explained in more detail and essentially one Adjustment device 8, a reset device 9 and a control valve 10 and a volumetric piston 11 comprises.
  • all three Hyperbola controllers 7, 7 'and 7 one from a diaphragm seal 12 averaged pressure supplied.
  • the one from the diaphragm seal 12 average pressure is in an outlet pressure line 13 to Provided.
  • the average is Output pressure on from in the working lines 6, 6 'and 6 "prevailing arithmetic working pressures Average.
  • Via working pressure connection lines 14, 14 ' and 14 are the working lines 6, 6 'and 6" with the Diaphragm seals 12 connected.
  • In the Connection line 15 is the highest available pressure of the working lines 6, 6 'and 6 ".
  • the pressure prevailing in the outlet pressure line 13 becomes set by a 3/2-way valve 19 so that the sum the forces acting on measuring surfaces 17, 17 'and 17' ' the same size as the one facing the opposite Total area 18 is acting force.
  • the total area 18 is for this purpose via a feedback line 22 with the Output pressure line 13 connected.
  • the measuring surfaces 17, 17 ' and 17 are correspondingly via measuring pressure lines 23, 23 ' and 23 "with the corresponding Working pressure connection lines 14, 14 'and 14' ' connected.
  • the 3/2 way valve 19 is between two end positions freely adjustable, whereby the position of the 3/2-way valve depending on the resulting force the measuring surfaces 17, 17 'and 17' 'and the opposing total area 18 sets.
  • the 3/2-way valve connects the first end position Connection line 15 with the outlet pressure line 13.
  • In the second end position becomes the outlet pressure line 13 via a return line 20 with a tank volume 21 connected, so that in the outlet pressure line 13th prevailing pressure against the tank volume 21 relaxed becomes.
  • the 3/2 way valve 19 can be any Take intermediate position.
  • the hydrostatic piston machine 5 is regulated by means of the adjusting device 8, which adjusts the hydrostatic piston machine 5 in the direction of a large swivel angle and thus a large delivery volume V max .
  • the hydrostatic piston machine 5 can be adjusted in the direction of the small delivery volume V min by the resetting device 9.
  • the adjusting device 8 has an actuating piston 25 an actuating piston surface 25a, which in a Signal pressure chamber 26 via a signal pressure line 27 from the Working line 6 can be depressed.
  • the control piston 25 against the Force of a return spring 28 axially shifted. Doing so the hydrostatic piston machine 5 in the direction of larger Swivel angle controlled.
  • the actuating piston 25 is in the Adjusting piston 25 with respect to its longitudinal axis slidably mounted feedback plunger 29, whereby via a signal pressure channel from signal pressure space 26 an end face 31 of the feedback plunger 29 is pressed becomes.
  • the force generated by the lever 32 on the Control valve 10 is opposed to a counterforce, which results from the force of a first compression spring 34 and a force of a second compression spring 35 is composed.
  • the second compression spring 35 acts on the measuring piston 11, 36 axial forces by means of a measuring piston rod only in the direction of thrust to the control valve 10 are transferable.
  • the first compression spring 34 which is directly on the Control valve acts, and the second compression spring 35 in their Preload adjustable.
  • the measuring piston 11 is guided into a measuring cylinder 33 which via the supply line 24 to the outlet pressure line 13 connected is.
  • the pressure prevailing in the measuring cylinder 33, the the mean pressure of the three working lines 6, 6 ' and 6 '' corresponds to a measuring piston surface 36 and reduces the one acting on the control valve 10 Axial force of the second compression spring 35.
  • the control valve 10 operates depending on the force of the lever 32 and the opposite, resulting force between two end positions.
  • a the first end position connects the control valve 10 Signal pressure line 27 with a reset connection line 38, which opens into the reset pressure chamber 39.
  • a reset connection line 38 With the in the pressure prevailing in the reset pressure chamber 39 Surface 40a of a reset piston 40 is pressed.
  • the second end position is one of the control valve 10 Connection between the reset connection line 38 and the tank volume 21 produced.
  • the control valve 10 controls the ratio of those in the Actuating pressure chamber 26 and the return pressure chamber 29 acting Pressures depending on the power of the piston machine 5.
  • the lever 32 is on the control valve 10 one opposite to the two compression springs 34 and 35 Control force generated, which is proportional to the power.
  • Control force generated which is proportional to the power.
  • increases in the work line 6 pressure generated by the hydrostatic piston machine 5 so is on the signal pressure line 27 and Signal pressure channel 30 on the end face 31 of the Feedback plunger 29 also increased force effective, which acts in point of attack A and thus that Control valve 10 towards its first end position adjusted.
  • By adjusting the control valve 10 in Towards its first end position Signal pressure line 27 increasingly with Reset connection line 38 connected.
  • the influence of the second compression spring 35 is infinitely variable reduce. If the average pressure exceeds one certain threshold value, the measuring piston rod 36 lifts completely from the control valve 10 and by the Deflection lever 32. Control force generated on the control valve 10 is only directed against the first compression spring 34. By reducing the spring force which the Counteracts regulating force, the pressure ratio in the Signal pressure chamber 26 and the reset pressure chamber 39 see above changed that the hydrostatic piston machine 5 in Is adjusted in the direction of a smaller swivel angle.
  • FIG. 3 A constructive implementation of the embodiment of inventive total power controller and Diaphragm seal is shown schematically in Fig. 3.
  • the control valve 10 has a control piston 41, which in Dependence on the resulting force acting on it from the regulating force acting on the one hand and the sum the opposing force of the first Compression spring 34 and through it on the measuring piston surface 37 acting reduced force of the second compression spring 35 is axially displaceable.
  • a first control edge 42 and a second control edge 43 educated.
  • By opening the through the first control edge 42 formed throttle the signal pressure line 27 increasingly with the Reset connection line 38 connected. Accordingly the connection between the reset connection line 38 and the tank 21 by reducing the cross section the second throttle of the control edge 43 closed. Is the hydrostatic piston machine 5 by pressing the Reset pressure chamber 39 to its minimum pivot angle is set, the reset pressure chamber 39 via an in the relief line 44 arranged in the reset piston 40 connected to the tank 21.
  • the diaphragm seal 12 a two-part stepped piston 45, 46, one first step piston part 45 and a second Step piston part 46 includes.
  • the two stepped piston parts 45 and 46 are slidable in a valve body 70 angeordent.
  • On the first step piston part 45 there is one first measuring surface 17, a second measuring surface 17 'and a third measuring surface 17 '' arranged.
  • the three input pressures to be generated are the three Measuring surfaces 17, 17 'and 17' 'of the same size.
  • the three Measuring surfaces 17, 17 'and 17' ' are the end faces of the Cross-sectional changes of the first step piston part 45 trained and oriented in the same direction.
  • the three formed in front of the measuring surfaces 17, 17 'and 17' ' Volumes between the first step piston part 45 and the Valve body 70 are each via a measuring pressure line 23, 23 'and 23' 'and the corresponding ones Working pressure lines 14, 14 'and 14' 'with the corresponding pressure of the working lines 6, 6 'and 6 " depressed.
  • the working pressure lines 14 and 14 ' are with two inputs of a first shuttle valve 47 connected.
  • the output line 49 of the shuttle valve 47 is with a Input of a second shuttle valve 48 connected second input connected to the working pressure line 14 '' is.
  • the output of the second shuttle valve 48 is with the Connection line 15 connected.
  • first and second control edge 50 and 51 form two together with the valve body 70 variable throttling points.
  • a connection between the connecting line 15 and the Output pressure line 13 can be produced.
  • the second Control edge 51 and the variable throttle formed therewith the outlet pressure line 13 can be connected to the tank 21.
  • That of the sum piston surface 18 and the valve body 70 enclosed volume 71 is about the Feedback line 22 with the outlet pressure line 13 connected.
  • Due to the measuring surfaces 17, 17 'and 17' ' and the oppositely oriented total area 18 generated forces are the first step piston part 45 and the second stepped piston part 46 on a contact surface 52 in Plant held. The position of thus common displaceable piston parts 45 and 46 is so adjusted that the two stage piston parts 45 and 46 are in the equilibrium of forces.
  • One around Contact surface 52 formed space 72 in the valve body 70 is connected to the tank via a further relief line 60 21 connected.
  • hydrostatic piston machines 5, 5 'and 5' ' With the described diaphragm seal 12 and thus connected total power control, it is easily possible also hydrostatic piston machines 5, 5 'and 5' 'with one to operate common control parameters if the hydrostatic piston machines 5, 5 'and 5' ' have different power ratings.
  • the setting the power shares of the hydrostatic piston machines 5, 5 'and 5' ' is preferably such that the force which by the first compression spring 34 and the second Compression spring 35 on the control piston 41 of the control valve 10 is generated, 100% of the performance of the assigned hydrostatic piston machine 5, 5 'or 5 "corresponds. Is the pressure averaged by the diaphragm seal 12 in the Outlet pressure line 13 so large that the volumetric piston 11 from the control piston 41, so the hydrostatic Piston engine 5 a power control, which is determined exclusively by the first compression spring 34.
  • the use of a split step piston 45, 46 with a first step piston part 45 and a second Stepped piston part 46 facilitates the manufacture of the Diaphragm seal 12 according to the invention considerably. tension as they did by editing a one-piece Stepped piston could arise during operation, are thus avoided and the regulation works accordingly more precise.
  • the invention Total power controller is also for use in systems suitable with more than three hydrostatic piston machines.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Summenleistungsregler für mehrere hydrostatische Kolbenmaschinen (5, 5', 5'') und einen Druckmittler zum Erzeugen eines gemeinsamen Regelparameters, wobei die Fördervolumen der hydrostatischen Kolbenmaschinen (5, 5', 5'') mittels Verstellvorrichtungen (8, 9, 8', 9', 8'', 9'') einstellbar ist und die hydrostatischen Kolbenmaschinen (5, 5', 5'') ein Druckmittel in Arbeitsleitungen (6, 6', 6'') fördern. Die Verstellvorrichtungen (8, 9, 8', 9', 8'', 9'') werden durch eine Hyperbelregelvorrichtung (7, 7', 7'') geregelt und der Arbeitsdruck der hydrostatischen Kolbenmaschinen (5, 5', 5'') einem Druckmittler (12) zugeführt. Für jede Verstellvorrichtung (8, 9, 8', 9', 8'', 9'') der hydrostatischen Kolbenmaschinen (5, 5', 5'') ist eine separate Hyperbelregelvorrichtung (7, 7', 7'') vorgesehen, die einen Regelkolben (41, 41', 41'') und einen Meßkolben (11, 11', 11'') umfaßt, wobei der Meßkolben (11, 11', 11'') durch eine Axialkraft vorbelastet ist, welche auf den Regelkolben (41, 41', 41'') übertragbar ist, und der eine Kraft entgegengerichtet ist, die durch einen von dem Druckmittler (12) gemittelten Druck an einer Meßkolbenfläche (37, 37', 37'') erzeugt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Summenleistungsregler zur Regelung der Summenleistung mehrerer hydrostatischer Kolbenmaschinen sowie einen Druckmittler zur Erzeugung eines mittleren Drucks für die Leistungsregelung.
Leistungsregler zum Regeln von Förderleistungen mehrerer hydrostatischer Kolbenmaschinen, welche durch eine gemeinsame Antriebsquelle angetrieben werden, sind bekannt. Zum Beispiel ist in der DE 33 23 278 C2 eine Vorrichtung offenbart, bei der insgesamt drei Hydropumpen von einer gemeinsamen Antriebsmaschine angetrieben werden. Die Pumpen fördern ein Druckmittel in jeweils eine zugeordnete Arbeitsleitung. Zumindest zwei der Hydropumpen sind verstellbar ausgeführt, wobei die Verstellvorrichtungen der beiden Hydropumpen gemeinsam über einen sogenannten Hyperbelregler regelbar sind. Zur Betätigung der Verstellvorrichtung der beiden Hydropumpen wird ein Stellkolben, der zwei gegenüberliegende Kolbenflächen aufweist, auf einer Seite mit einem aus den beiden Arbeitsleitungen der zu verstellenden Hydropumpen gemittelten Druck bedrückt. Diese erste Kolbenfläche ist mit der ihr gegenüberliegenden zweiten Kolbenfläche über einen Kanal sowie ein darin angeordnetes Regelventil verbunden. In Abhängigkeit von der Position des Regelventils wird der Druck auf die zweite Kolbenfläche zwischen dem gemittelten Arbeitsdruck als maximalem und dem Tankdruck als minimalem Druck geregelt. Die Position des Regelventils ist von dem gemittelten Druck der Arbeitsleitungen sowie der Position des Stellkolbens abhängig. Dabei wird durch die Position des Stellkolbens der Schwenkwinkel und damit das Fördervolumen der verstellbaren Hydropumpen berücksichtigt. Die von der dritten Hydropumpe aufgenommene Leistung wird dadurch berücksichtigt, daß der von der dritten Pumpe erzeugte Druck in der Arbeitsleitung über ein Hebelwerk auf das Regelventil übertragen wird und somit dessen Position beeinflußt.
Ein Druckmittler, der zum Erzeugen des gemittelten Arbeitsleitungsdrucks verwendet wird, ist zum Beispiel aus der DE 34 07 827 C2 bekannt. Der Druckmittler umfaßt einen Stufenkolben, welcher in einem Ventilgehäuse axial verschiebbar angeordnet ist. Er weist zwei gleichsinnig orientierte Stufenkolbenflächen auf, welche jeweils mit den Arbeitsleitungen der zu verstellenden Kolbenmaschinen verbunden sind. Die radial äußeren Begrenzungen der Stufenkolbenflächen bilden mit dem Ventilgehäuse jeweils eine variable Drossel aus. Die beiden Drosseln sind in Abhängigkeit von der Position des Stufenkolbens gemeinsam variabel. Die Ausgangsseite der Drosseln ist über eine gemeinsame Zuleitung mit einer entgegen den Stufenkolbenflächen orientierten Summenkolbenfläche verbunden. Dabei verfügt jede Drossel über ein ihr zugeordnetes ausgangsseitig angeordnetes Rückschlagventil, welches in Richtung der Summenkolbenfläche öffnet. Die Summenkolbenfläche wird dadurch nur durch den jeweils größeren Druck der Arbeitsleitungen mit Druckmittel versorgt.
Die beschriebene Vorrichtung zum Regeln der Summenleistung von mehreren hydrostatischen Kolbenmaschinen hat den Nachteil, daß zur Berücksichtigung einer dritten hydrostatischen Kolbenmaschine eine komplizierte Abstimmung des Hebelwerks erforderlich ist, um deren Leistung zu berücksichtigen. Weiterhin nachteilig ist, daß die beiden Verstellpumpen nur gemeinsam verstellbar sind. Die vorgeschlagene Anordnung eignet sich daher nur für den Betrieb zweier identischer Hydropumpen in Verbindung mit einer dritten Hydropumpe, welche bei der Regelung der Förderleistung unberücksichtigt ist.
Der verwendete Druckmittler hat zudem den Nachteil, daß die Flächen der Stufenkolben gleichzeitig als variable Drosseln ausgebildet sind. Dies führt beim Betrieb des Druckmittlers dazu, daß die Stufenkolbenflächen von dem strömenden Medium bedrückt werden. Durch das direkte Nachfördern eines sich ändernden Volumens bei einer Stellbewegung des Stellkolbens können dabei große Volumenströme in dem Druckmittler auftreten. Die Stellgenauigkeit des Druckmittlers wird damit verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Summenleistungsregelung und einen Druckmittler einfacher Bauart für mehrere hydrostatische Kolbenmaschinen zu schaffen, welche bzw. welcher über einen gemeinsamen Regelparameter verfügt und den Betrieb von Hydropumpen verschiedener Leistungen ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Summenleistungsregler nach Anspruch 1 bzw. den Druckmittler nach Anspruch 8 gelöst.
Der erfindungsgemäße Summenleistungsregler hat den Vorteil, daß für jede Kolbenmaschine eine individuelle Stellvorrichtung vorgesehen ist. Gleichzeitig wird als Regelparameter eine gemeinsame Größe verwendet, die auf die Regelcharakteristik der Kolbenmaschinen gemeinsam einwirkt. Damit wird die Leistung der jeweils anderen Kolbenmaschinen, die von derselben primären Antriebsmaschine angetrieben werden, berücksichtigt.
Die eigentliche Stellenergie wird der jeweiligen Kolbenmaschine über die Arbeitsleitung selbst entnommen. Durch den Druckmittler sind daher nur kleine Volumenströme nötig. Dieser kleine Volumenstrom beeinflußt durch die getrennte Anordnung von dem Stufenkolbenflächen und den Steuerkanten die Regelgenauigkeit des Druckmittlers nicht.
Weiterhin ist die Variabilität durch den zusätzlich am Hyperbelregler angeordneten Meßkolben vergrößert. Ab einem Schwellwert für den gemittelten Druck, der für alle Kolbenmaschinen gleich oder unterschiedlich sein kann, ist der Einfluß einer zweiten Feder ausgeschaltet, wodurch eine zweite eventuell andere Regelcharakteristik abrufbar ist. Eine Abstimmung des Summenleistungsreglers ist somit auch für Kolbenmaschinen mit unterschiedlichen Maximalleistungen möglich.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfingungsgemäßen Summenleistungsreglers sowie eines dafür vorgesehenen Druckmittlers ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen hydraulischen Schaltplan für eine Summenleistungsregelung an drei hydrostatischen Kolbenmaschinen;
Fig. 2
eine vergrößerte Darstellung im Ausschnitt II der Fig. 1; und
Fig. 3
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Summenleistungsreglers.
In Fig. 1 ist ein hydraulischer Schaltplan einer erfindungsgemäßen Summenleistungsregelvorrichtung gezeigt, bei der eine Antriebsmaschine 1 über eine Abtriebswelle 2 und ein Vorgelege 3 mit drei hydrostatischen Kolbenmaschinen 5, 5' und 5" verbunden ist. Bei Erläuterungen bezüglich der hydrostatischen Kolbenmaschinen 5, 5' und 5'' gleichwirkenden Bauteile wird zur leichteren Verständlichkeit auf eine Nennung der einfach gestrichenen bzw. zweifach gestrichenen Bezugszeichen verzichtet.
Das von der Antriebsmaschine 1 angetriebene Vorgelege 3 ist mittels einer Antriebswelle 4 mit der hydrostatischen Kolbenmaschine 5 verbunden. Die hydrostatische Kolbenmaschine 5 ist in ihrem Fördervolumen einstellbar ausgeführt. Von der hydrostatischen Kolbenmaschine 5 wird ein geeignetes Druckmittel in eine Arbeitsleitung 6 gefördert. Die weiteren, ebenfalls verstellbaren hydrostatischen Kolbenmaschinen 5' und 5'' fördern in jeweils eine separate Arbeitsleitung 6' bzw. 6".
Die Verstellung des Fördervolumens der hydrostatischen Kolbenmaschine 5 wird durch einen Hyperbelregler 7 geregelt, welcher nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert wird und der im wesentlichen eine Verstellvorrichtung 8, eine Rückstellvorrichtung 9 sowie ein Regelventil 10 und eine Meßkolben 11 umfaßt.
Als gemeinsamer Regelparameter wird allen drei Hyperbelreglern 7, 7' und 7" ein von einem Druckmittler 12 gemittelter Druck zugeführt. Der von dem Druckmittler 12 gemittelte Druck wird in einer Ausgangsdruckleitung 13 zur Verfügung gestellt. Im einfachsten Fall ist der gemittelte Ausgangsdruck ein aus den in den Arbeitsleitungen 6, 6' und 6" herrschenden Arbeitsdrücke gebildeter arithmetischer Mittelwert. Über Arbeitsdruckverbindungsleitungen 14, 14' und 14'' sind die Arbeitsleitungen 6, 6' und 6'' mit dem Druckmittler 12 verbunden. Die Arbeitsdruckverbindungsleitungen 14, 14' und 14'' münden in eine Verbindungsleitung 15, wobei in jeder Arbeitsdruckverbindungsleitung 14, 14' und 14'' ein Rückschlagventil 16, 16' und 16'' angeordnet ist, welches in Richtung der Verbindungsleitung 15 öffnet. In der Verbindungsleitung 15 herrscht damit der jeweils höchste verfügbare Druck der Arbeitsleitungen 6, 6' und 6".
Der in der Ausgangsdruckleitung 13 herrschende Druck wird von einem 3/2-Wegeventil 19 so eingestellt, daß die Summe der auf Meßflächen 17, 17' und 17'' wirkenden Kräfte gleichgroß der auf die entgegengesetzt gerichtete Summenfläche 18 wirkende Kraft ist. Die Summenfläche 18 wird hierzu über eine Rückkopplungsleitung 22 mit der Ausgangsdruckleitung 13 verbunden. Die Meßflächen 17, 17' und 17" werden entsprechend über Meßdruckleitungen 23, 23' und 23" mit den entsprechenden Arbeitsdruckverbindungsleitungen 14, 14' und 14'' verbunden.
Das 3/2 Wegeventil 19 ist zwischen zwei Endpositionen beliebig einstellbar, wobei sich die Position des 3/2-Wegeventils in Abhängigkeit von der resultierenden Kraft an den Meßflächen 17, 17' und 17'' sowie der entgegengerichteten Summenfläche 18 einstellt. In einer ersten Endposition verbindet das 3/2-Wegeventil die Verbindungsleitung 15 mit der Ausgangsdruckleitung 13. In der zweiten Endposition wird die Ausgangsdruckleitung 13 über eine Rücklaufleitung 20 mit einem Tankvolumen 21 verbunden, so daß der in der Ausgangsdruckleitung 13 herrschende Druck gegenüber dem Tankvolumen 21 entspannt wird. Das 3/2 Wegeventil 19 kann jede beliebige Zwischenposition einnehmen.
Das Zusammenwirken zwischen dem Ausgangsdruck, welcher in der Ausgangsdruckleitung 13 durch den Druckmittler 12 erzeugt wird, und den Hyperbelreglern 7 wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.
Das Regeln der hydrostatischen Kolbenmaschine 5 erfolgt mittels der Verstellvorrichtung 8, welche die hydrostatische Kolbenmaschine 5 in Richtung großer Schwenkwinkel und damit großen Fördervolumens Vmax verstellt. In Richtung kleinen Fördervolumens Vmin ist die hydrostatische Kolbenmaschine 5 durch die Rückstellvorrichtung 9 verstellbar.
Die Verstellvorrichtung 8 weist einen Stellkolben 25 mit einer Stellkolbenfläche 25a auf, die in einem Stelldruckraum 26 über eine Stelldruckleitung 27 aus der Arbeitsleitung 6 bedrückbar ist. Bei Erhöhung des Drucks in dem Stelldruckraum 26 wird der Stellkolben 25 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 28 axial verschoben. Dabei wird die hydrostatische Kolbenmaschine 5 in Richtung größerer Schwenkwinkel ausgesteuert. Im rechten Winkel zu der Bewegungsrichtung des Stellkolbens 25 ist in dem Stellkolben 25 ein bezüglich seiner Längsachse verschieblich gelagerter Rückkopplungsstößel 29 angeordnet, wobei über einen Stelldruckkanal aus dem Stelldruckraum 26 eine Stirnfläche 31 des Rückkopplungsstößels 29 bedrückt wird. Die von der Stirnfläche 31 abgewandte Seite des Rückkopplungsstößels 29 befindet sich in Anlage mit einem L-förmig ausgeführten Umlenkhebel 32, der in einem Drehpunkt D drehbar gelagert ist und der einen ersten Schenkel 32a und einen zweiten Schenkel 32b aufweist. Durch den auf die Stirnfläche 31 wirkenden Druck, der identisch mit dem in dem Stelldruckraum 26 herrschenden Druck ist, wirkt auf das Regelventil 10 eine Kraft, die proportional zu der Kraft des Rückkopplungsstößels 29 auf den Umlenkhebel 32 sowie dem Abstand zwischen deren Angriffspunkt A und dem Drehpunkt D ist.
Der über den Umlenkhebel 32 erzeugten Kraft auf das Regelventil 10 ist eine Gegenkraft entgegengerichtet, welche sich aus der Kraft einer ersten Druckfeder 34 sowie einer Kraft einer zweiten Druckfeder 35 zusammensetzt. Dabei wirkt die zweite Druckfeder 35 auf den Meßkolben 11, wobei mittels einer Meßkolbenstange 36 axiale Kräfte ausschließlich in Schubrichtung auf das Regelventil 10 übertragbar sind. Zum Einstellen des Hyperbelreglers 7 sind die erste Druckfeder 34, die unmittelbar auf das Regelventil wirkt, und die zweite Druckfeder 35 in ihrer Vorspannung einstellbar ausgeführt.
Der Meßkolben 11 wird in einen Meßzylinder 33 geführt, der über die Zuführleitung 24 mit der Ausgangsdruckleitung 13 verbunden ist. Der in dem Meßzylinder 33 herrschende Druck, der dem gemittelten Druck der drei Arbeitsleitungen 6, 6' und 6'' entspricht, wirkt somit auf eine Meßkolbenfläche 36 und reduziert die auf das Regelventil 10 wirkende Axialkraft der zweiten Druckfeder 35.
Das Regelventil 10 arbeitet in Abhängigkeit von der Kraft des Umlenkhebels 32 und der entgegengesetzten, resultierenden Kraft zwischen zwei Endpositionen. In einer ersten Endposition verbindet das Regelventil 10 die Stelldruckleitung 27 mit einer Rückstellverbindungsleitung 38, welche in den Rückstelldruckraum 39 mündet. Mit dem in dem Rückstelldruckraum 39 herrschenden Druck wird die Fläche 40a eines Rückstellkolbens 40 bedrückt. In der zweiten Endposition wird von dem Regelventil 10 eine Verbindung zwischen der Rückstellverbindungsleitung 38 und dem Tankvolumen 21 hergestellt.
Das Regelventil 10 regelt das Verhältnis der in dem Stelldruckraum 26 sowie dem Rückstelldruckraum 29 wirkenden Drücke in Abhängigkeit von der Leistung der Kolbenmaschine 5. Durch den Umlenkhebel 32 wird dabei auf das Regelventil 10 eine den beiden Druckfedern 34 und 35 entgegengerichtete Regelkraft erzeugt, die der Leistung proportional ist. Erhöht sich beispielsweise in der Arbeitsleitung 6 der durch die hydrostatische Kolbenmaschine 5 erzeugte Druck, so wird über die Stelldruckleitung 27 und den Stelldruckkanal 30 an der Stirnfläche 31 des Rückkopplungsstößels 29 ebenfalls eine erhöhte Kraft wirksam, welche im Angriffspunkt A wirkt und damit das Regelventil 10 in Richtung seiner ersten Endposition verstellt. Durch die Verstellung des Regelventils 10 in Richtung seiner ersten Endposition wird die Stelldruckleitung 27 zunehmend mit der Rückstellverbindungsleitung 38 verbunden. Der somit erhöhte Druck in dem Rückstelldruckraum 39 bedrückt die Fläche 40a des Rückstellkolbens 40 und der Schwenkwinkel der hydrostatischen Kolbenmaschine 5 wird verringert. Dabei wird gleichzeitig der Stellkolben 25 in axialer Richtung so verschoben, daß der Abstand zwischen dem Angriffspunkt A und dem Drehpunkt D verringert wird. Die Verschiebung des Stellkolbens 25 in Richtung kleinerer Schwenkwinkel erfolgt so weit, bis sich an dem Regelventil 10 ein neues Kräftegleichgewicht eingestellt hat.
Durch die Beaufschlagung der Meßkolbenfläche 37 mit dem aus den Arbeitsleitungen 6, 6' und 6'' gemittelten Arbeitsdruck ist der Einfluß der zweiten Druckfeder 35 stufenlos zu verringern. Überschreitet der gemittelte Druck einen gewissen Schwellwert, so hebt die Meßkolbenstange 36 vollständig von dem Regelventil 10 ab und die durch den Umlenkhebel 32. an dem Regelventil 10 erzeugte Regelkraft ist nur noch der ersten Druckfeder 34 entgegengerichtet. Durch die Verringerung der Federkraft, welche der Regelkraft entgegenwirkt, wird das Druckverhältnis in dem Stelldruckraum 26 sowie dem Rückstelldruckraum 39 so verändert, daß die hydrostatische Kolbenmaschine 5 in Richtung kleineren Schwenkwinkels verstellt wird.
Eine konstruktive Umsetzung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Summenleistungsreglers sowie des Druckmittlers ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Das Regelventil 10 weist einen Regelkolben 41 auf, der in Abhängigkeit von der auf ihn wirkenden resultierenden Kraft aus der einerseits angreifenden Regelkraft sowie der Summe der entgegengesetzt angreifenden Kraft der ersten Druckfeder 34 und der durch ihn auf die Meßkolbenfläche 37 wirkenden verminderten Kraft der zweiten Druckfeder 35 axial verschieblich ist. Durch Verringerung der radialen Ausdehnung des Regelkolbens 41 sind an dem Regelkolben 41 eine erste Steuerkante 42 und eine zweite Steuerkante 43 ausgebildet. Die beiden Steuerkanten 42 und 43 bilden zusammen mit dem nicht dargestellten Ventilgehäuse zwei gemeinsam variable Drosseln aus. Durch Öffnung der durch die erste Steuerkante 42 ausgebildeten Drossel wird dabei die Stelldruckleitung 27 zunehmend mit der Rückstellverbindungsleitung 38 verbunden. Entsprechend wird die Verbindung zwischen der Rückstellverbindungsleitung 38 und dem Tank 21 durch eine Verringerung des Querschnitts der zweiten Drossel der Steuerkante 43 geschlossen. Ist die hydrostatische Kolbenmaschine 5 durch Bedrücken des Rückstelldruckraums 39 auf ihren minimalen Schwenkwinkel eingestellt, so wird der Rückstelldruckraum 39 über eine in dem Rückstellkolben 40 angeordnete Entlastungsleitung 44 mit dem Tank 21 verbunden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Druckmittler 12 einen zweiteiligen Stufenkolben 45, 46 auf, der einen ersten Stufenkolbenteil 45 und einen zweiten Stufenkolbenteil 46 umfaßt. Die beiden Stufenkolbenteile 45 und 46 sind in einem Ventilkörper 70 verschieblich angeordent. An dem ersten Stufenkolbenteil 45 ist eine erste Meßfläche 17, eine zweite Meßfläche 17' und eine dritte Meßfläche 17'' angeordnet. Im einfachsten Fall, bei dem eine Bildung des arithmetisch gemittelten Drucks aus den drei Eingangsdrücken erzeugt werden soll, sind die drei Meßflächen 17, 17' und 17'' gleich groß. Die drei Meßflächen 17, 17' und 17'' sind als Stirnflächen der Querschnittsänderungen des ersten Stufenkolbenteils 45 ausgebildet und gleichsinnig orientiert.
Die drei vor den Meßflächen 17, 17' und 17'' ausgebildeten Volumina zwischen dem ersten Stufenkolbenteil 45 und dem Ventilkörper 70 werden über jeweils eine Meßdruckleitung 23, 23' und 23'' und über die entsprechenden Arbeitsdruckleitungen 14, 14' und 14'' mit dem entsprechenden Druck der Arbeitsleitungen 6, 6' und 6" bedrückt. Die Arbeitsdruckleitungen 14 und 14' sind mit zwei Eingängen eines ersten Wechselventils 47 verbunden. Die Ausgangsleitung 49 des Wechselventils 47 ist mit einem Eingang eines zweiten Wechselventils 48 verbunden, dessen zweiter Eingang mit der Arbeitsdruckleitung 14'' verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Wechselventils 48 ist mit der Verbindungsleitung 15 verbunden.
An dem zweiten Stufenkolbenteil 46 sind durch radiale Verjüngungen eine erste Steuerkante 50 sowie eine zweite Steuerkante 51 angeordnet. Die erste und zweite Steuerkante 50 und 51 bildet mit dem Ventilkörper 70 zwei gemeinsam variable Drosselstellen aus. Über die durch die erste Steuerkante 50 erzeugte Drossel ist eine Verbindung zwischen der Verbindungsleitung 15 und der Ausgangsdruckleitung 13 herstellbar. Durch die zweite Steuerkante 51 und die damit ausgebildete variable Drossel ist die Ausgangsdruckleitung 13 mit dem Tank 21 verbindbar. Das von der Summenkolbenfläche 18 und dem Ventilkörper 70 eingeschlossene Volumen 71 wird über die Rückkopplungsleitung 22 mit der Ausgangsdruckleitung 13 verbunden. Durch die an den Meßflächen 17, 17' und 17'' sowie der entgegengesetzt orientierten Summenfläche 18 erzeugten Kräfte werden der erste Stufenkolbenteil 45 und der zweite Stufenkolbenteil 46 an einer Kontaktfläche 52 in Anlage gehalten. Die Position der somit gemeinsam verschieblichen Stufenkolbenteile 45 und 46 wird dabei so eingeregelt, daß sich die beiden Stufenkolbenteile 45 und 46 im Kräftegleichgewicht befinden. Ein um die Kontaktfläche 52 ausgebildeter Raum 72 in dem Ventilkörper 70 ist über eine weitere Entlastungsleitung 60 mit dem Tank 21 verbunden.
Durch den beschriebenen Druckmittler 12 und die damit verbundene Summenleistungsregelung ist es einfach möglich, auch hydrostatische Kolbenmaschinen 5, 5' und 5'' mit einem gemeinsamen Regelparameter zu betreiben, wenn die hydrostatischen Kolbenmaschinen 5, 5' und 5'' unterschiedliche Nennleistungen aufweisen. Die Einstellung der Leistungsanteile der hydrostatischen Kolbenmaschinen 5, 5' und 5'' erfolgt dabei vorzugsweise so, daß die Kraft, welche durch die erste Druckfeder 34 und die zweite Druckfeder 35 auf den Regelkolben 41 des Regelventils 10 erzeugt wird, 100% der Leistung der zugeordneten hydrostatischen Kolbenmaschine 5, 5' oder 5" entspricht. Ist der durch den Druckmittler 12 gemittelte Druck in der Ausgangsdruckleitung 13 so groß, daß der Meßkolben 11 von dem Regelkolben 41 abhebt, so weist die hydrostatische Kolbenmaschine 5 eine Leistungsregelung auf, welche ausschließlich durch die erste Druckfeder 34 bestimmt ist.
Damit wird durch Einstellen der ersten Druckfedern 34, 34' und 34'' eine individuelle Abstimmung der Regelcharakteristik auf den Typ und die Leistung der entsprechenden hydrostatischen Kolbenmaschinen 5, 5' und 5" ermöglicht. Weiterhin ist über die Auslegung der Meßkolbenfläche 37, 37' und 37'' der Regelbeginn eines jeden Hyperbelreglers 7, 7' und 7" einstellbar. Besonders im Zusammenhang mit der Größe der einzelnen Meßkolbenflächen 37, 37' und 37" zusammen mit einer von dem arithmetischen Mittel abweichenden Mittelung der Drücke in den Arbeitsleitungen 6, 6' und 6" durch Verwendung unterschiedlich großer Meßflächen 17, 17' und 17'' kann der Einfluß einer einzelnen hydrostatischen Kolbenmaschine 5, 5'oder 5'' übergewichtet werden.
Die Verwendung eines geteilten Stufenkolbens 45, 46 mit einem ersten Stufenkolbenteil 45 und einem zweiten Stufenkolbenteil 46 erleichtert die Herstellung des erfindungsgemäßen Druckmittlers 12 erheblich. Verspannungen wie sie durch die Bearbeitung eines einteiligen Stufenkolbens während des Betriebs entstehen könnten, werden somit vermieden und die Regelung arbeitet dementsprechend exakter. Der erfindungsgemäße Summenleistungsregler ist auch für den Einsatz in Systemen mit mehr als drei hydrostatischen Kolbenmaschinen geeignet.

Claims (12)

  1. Summenleistungsregler für mehrere hydrostatische Kolbenmaschinen (5, 5', 5''), deren Fördervolumen mittels Verstellvorrichtungen (8, 9, 8', 9', 8'', 9'') einstellbar ist und die ein Druckmittel in Arbeitsleitungen (6, 6', 6'') fördern, wobei die Verstellvorrichtungen (8, 9, 8', 9', 8'', 9'') durch eine Hyperbelregelvorrichtung (7, 7', 7'') regelbar sind und der Arbeitsdruck der hydrostatischen Kolbenmaschinen (5, 5', 5'') einem Druckmittler (12) zugeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß für jede Verstellvorrichtung(8, 9, 8', 9', 8'', 9'') der hydrostatischen Kolbenmaschinen (5, 5', 5'') eine separate Hyperbelregelvorrichtung (7, 7', 7'') vorgesehen ist, der einen Regelkolben (41, 41', 41'') und einen Meßkolben (11, 11', 11'') umfaßt, wobei der Meßkolben (11, 11', 11'') durch eine Axialkraft vorbelastet ist, welche auf den Regelkolben (41, 41', 41") übertragbar ist, und der eine Kraft entgegengerichtet ist, die durch einen von dem Druckmittler (12) gemittelten Druck an einer Meßkolbenfläche (37, 37', 37'') erzeugt wird.
  2. Summenleistungsregler nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Axialkraft auf den Meßkolben (11, 11', 11'') eine Druckfeder (35, 35', 35'') vorgesehen ist.
  3. Summenleistungsregler nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkolbenflächen (37, 37', 37'') der Meßkolben (11, 11', 11'') identisch sind.
  4. Summenleistungsregler nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkolbenflächen (37, 37', 37'') der Meßkolben (11, 11', 11'') unterschiedlich sind.
  5. Summenleistungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aller in Richtung der Axialkraft an dem Regelkolben (41, 41', 41'') angreifenden Kräfte bei druckloser Meßkolbenfläche (37, 37', 37'') gleich groß ist der in entgegengesetzter Richtung bei Nennleistung der hydrostatischen Kolbenmaschine (5, 5', 5'') an dem Regelkolben (41, 41', 41'') angreifenden Kraft.
  6. Summenleistungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hyperbelregelvorrichtung (7, 7', 7") einen Umlenkhebel (32, 32', 32'') umfaßt, auf den ein Drehmoment wirkt, das proportional zu dem Fördervolumen der hydrostatischen Kolbenmaschine (5, 5', 5'') und proportional zu dem Druck in der Arbeitsleitung (6, 6', 6'') ist, wobei der Umlenkhebel (32, 32', 32'') eine dem Drehmoment entsprechende Kraft auf den Regelkolben (41, 41', 41'') überträgt.
  7. Summenleistungsregler nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkhebel (32, 32', 32") in einen Drehpunkt (D, D', D") drehbar gelagert ist und auf einen ersten Schenkel (32a, 32a', 32a") des Umlenkhebels (32, 32', 32'') in einem Angriffspunkt (A, A', A") eine Kraft wirkt, die proportional zu dem in der Arbeitsleitung (6, 6', 6'') herrschenden Druck ist und daß der Abstand des Angriffspunkts (A, A', A'') von dem Drehpunkt (D, D', D'') proportional zu dem eingestellten Schwenkwinkel der hydrostatischen Kolbenmaschine (5, 5', 5'') ist und ein zweiter (32b, 32b', 32b'') Schenkel des Umlenkhebels (32, 32', 32'') die dem resultierenden Drehmoment entsprechende Kraft auf den Regelkolben (41, 41', 41'') überträgt.
  8. Druckmittler zur Bereitstellung eines aus zumindest zwei Eingangsdrücken gemittelten Ausgangsdrucks, mit einem in einem Ventilkörper (70) in axialer Richtung verschieblich angeordneten Stufenkolben (45, 46), dessen zumindest zwei gleichsinnig angeordneten Meßflächen (17, 17', 17'') mit jeweils einem Eingangsdruck beaufschlagbar sind und einer gegensinnig zu den Meßflächen (17, 17', 17'') angeordneten Summenkolbenfläche (18), welche mit einem Ausgangsdruck beaufschlagt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stufenkolben (45, 46) eine erste Steuerkante (50) ausgebildet ist, welche abhängig von der axialen Position des Stufenkolbens (45, 46) in dem Ventilkörper (70) eine erste variable Drossel ausbildet, wobei eine Eingangsseite der variablen Drossel mit dem jeweils höchsten Eingangsdruck des Druckmittlers (12) beaufschlagt wird und ausgangsseitig die Summenkolbenfläche (18) des Druckmittlers (12) mit dem Ausgangsdruck beaufschlagt ist.
  9. Druckmittler nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stufenkolben (45, 46) eine zweite Steuerkante (51) ausgebildet ist, welche eine zweite, gegensinnig zu der ersten Drossel arbeitende, mit dieser gemeinsam variable Drossel ausbildet, welche zwischen der Ausgangsdruckleitung (13) und einen Tank (21) angeordnet ist.
  10. Druckmittler nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben einen ersten Stufenkolbenteil (45) und einen zweiten Stufenkolbenteil (46) aufweist.
  11. Druckmittler nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Eingangsdrücken beaufschlagten Meßflächen (17, 17', 17'') in dem ersten Stufenkolbenteil (45) angeordnet sind und die Summenkolbenfläche (18) an dem zweiten Stufenkolbenteil (46) angeordnet ist.
  12. Druckmittler nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite variable Drossel an demselben Stufenkolbenteil (46) angeordnet sind.
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