WO1995023292A1 - Regeleinrichtung für eine hydropumpe - Google Patents

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WO1995023292A1
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Edwin Harnischfeger
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Mannesmann Rexroth Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a control device for a hydraulic pump.
  • the hydraulic pump which has a hydraulic adjustment device, should be demand-flow-controlled for supplying pressure medium to a first hydraulic consumer and should be adjustable in pressure-controlled manner for supplying pressure medium to a second hydraulic consumer, in the latter case the apply pressure and the setting of a control valve assigned to the second hydraulic consumer can be predetermined jointly by a control signal.
  • the demand flow control of a hydraulic variable displacement pump is also referred to as load sensing control. It is characteristic of this type of control that the pump pressure is a certain ⁇ p above the highest load pressure of all hydraulic consumers controlled in this way and in parallel to one another.
  • the pump pressure drops to the load pressure via an adjustable orifice assigned to the consumer with the highest load pressure in each case.
  • the amount of fluid delivered by the pump must be larger or smaller in order to maintain the predetermined pressure difference.
  • a control device assigned to it has a control valve which can be acted upon by the highest load pressure and by a spring in the direction of larger stroke volume and by the pump pressure in the direction of small stroke volume.
  • a regulation for an adjustable hydraulic pump is known, which is a pressure regulation.
  • the pressure to be regulated and the setting of a control valve, which is assigned to a hydraulic consumer provided by such a hydraulic pump with pressure medium, can be predetermined jointly by a control signal.
  • the control signal can be, for example Control pressure, which is set with the aid of a pilot control device and which acts on the slide of the control valve and on the control piston of a control valve assigned to the variable displacement pump in the direction of a larger stroke volume.
  • the pump pressure may act on the control piston of the control valve in the direction of a smaller stroke volume, a control position of the control piston being possible due to a difference in size of the surfaces acted upon by the pressures.
  • the control pressure can also be raised to the level of the pump pressure with the aid of a copying valve, so that areas of the same size that can be acted upon are possible on the control piston.
  • a certain pump pressure is adjusted and the slide of a control valve is brought into a certain position in which the control valve can already be open. If the predetermined pump pressure is lower than the pressure required to move the consumer, the consumer remains at rest despite the open control valve. Only when the pump pressure reaches the load pressure through an increase in the control signal does the consumer begin to move. The beginning of this movement is the larger the opening of the control valve, the higher the load.
  • the aim of the invention is to provide a control unit for a hydraulic pump that can be adjusted according to demand flow and pressure. to create direction for which a shuttle valve can be dispensed with.
  • control device comprises a first control valve for the demand flow control and a second control valve for the pressure control, and in that the adjusting device can be controlled by the control valve, the control position of which requires the higher pump pressure in accordance with the level of the control signal and the load pressure .
  • a hydraulic distribution pump 10 can draw in pressure medium from a tank 11 and discharge it into a pressure line 12.
  • First hydraulic consumers 13 are load-sensing-controlled and second hydraulic consumers 14 can be moved in a pressure-controlled manner via this line.
  • the variable displacement pump 10 has a adjusting device 15 in the form of a hydraulic cylinder, the piston of which is acted upon by a pressure chamber 16 on the piston side
  • Pressure against the force of a spring 17 can be shifted in the direction of a reduction in the stroke volume of the pump.
  • the spring 17 can push back the piston in the sense of increasing the stroke volume.
  • the adjusting device 15 is controlled by several control valves 18, 19 and 20, all of which are designed as 3/2-way directional control valves and each have an axially movable control piston. All control pistons can be acted upon in one axial direction by a control line 21 by the pump pressure in the pressure line 12.
  • the control piston of the first control valve 18 is in the opposite direction via a control line 22 from the highest to the just activated first consumer 13 occurring load pressure can be applied.
  • a compression spring 23 acts in the same direction, the pretension of which is dimensioned such that a force equilibrium prevails at the control piston of the valve 18 when the pump pressure is 10 to 20 bar higher than the highest load pressure. If the pump pressure is overweight, an output of the control valve 18 is connected to an input which is connected to the output of the second control valve 19. If the load pressure is overweight in connection with the force of the spring 23, the outlet is connected directly to a tank line 24 bypassing the control valve 19.
  • the control piston of the control valve 19 can be acted upon by a control pressure against the pump pressure via a control line 25, which e.g. can be specified by a pilot control device that works on the basis of pressure reducing valves. While in the control valve 18 the areas on the control piston acted upon by the pump pressure or the load pressure are the same size, the pressure areas on the control piston of the control valve 19 differ since the control pressure is generally substantially less than the pump pressure.
  • the area on which the control pressure acts can e.g. be ten times as large as the other surface, so that a force equilibrium on the control piston of the control valve 19 can be established at a control pressure which is ten times smaller than the pump pressure.
  • the output of the control valve 19 connected to the one input of the control valve 18 is connected to an input when the pump pressure is overweight and is connected to the pressure line 12 via a line 26. If the control pressure is overweight, said outlet is connected to the tank line 24.
  • the control piston of the control valve 19 is acted upon by a slightly prestressed compression spring 27, which ensures that the control piston assumes a defined rest position when the pump 10 is switched off. This spring is not necessary for the regulation.
  • a maximum system pressure can be set with the third control valve 20.
  • the control piston of this valve is counteracted the pump pressure is acted upon by an adjustable compression spring 35 which, below the maximum system pressure, holds the valve in a position in which the pressure chamber 16 is connected to the outlet of the control valve 18.
  • the valve 20 connects the pressure chamber 16 to the pressure line 12.
  • the pressure chamber 16 When the pump is switched off, the pressure chamber 16 is relieved to the tank line 24 via the valves 20 and 18, but also via a nozzle 36 located in a connection between the pressure chamber 16 and the tank line 24.
  • the pump 10 is therefore set to a maximum stroke volume. If it is now switched on, a pressure builds up in the pressure line 12 even in the absence of signals in the lines 22 and 25, which adjusts the control piston of the valve 18, so that the pressure chamber 16 communicates with the pressure line via the three control valves 12 is connected and the pump 10 swings back.
  • Such a pump pressure regulates itself so that a balance of forces between the force generated by the pump pressure and the force of the spring 23 prevails on the control piston of the valve 18.
  • the level of the pressure is therefore 10 to 20 bar, depending on the preload of the spring 23.
  • the pressure chamber 16 is first relieved, so that the pump 10 swings out and the pressure in the pressure line 12 rises until the control piston of the control valve 18 is again balanced, but is now at a higher level.
  • the adjusting device 15 is used only by the control valve 19 and, if the pressure in the control line 22 requires a higher pump pressure than the pressure in the control line 25, controlled solely by the control valve 18.

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Abstract

Es soll eine Regeleinrichtung für eine hydraulische Verstellpumpe (10) geschaffen werden, die eine hydraulische Verstelleinrichtung aufweist und die zur Druckmittelversorgung eines ersten hydraulischen Verbrauchers (13) bedarfsstromgeregelt und zur Druckmittelversorgung eines zweiten hydraulischen Verbrauchers (14) druckgeregelt verstellbar ist, wobei im letzteren Fall der eingeregelte Druck und die Einstellung eines dem zweiten hydraulischen Verbraucher (14) zugeordneten Steuerventils gemeinsam durch ein Steuersignal vorgebbar sind. Die Regeleinrichtung umfasst ein erstes Regelventil (18), das in Richtung grösseres Hubvolumen der Verstellpumpe vom Lastdruck des ersten Verbrauchers (13) und von einer Feder (23) und in Richtung kleineres Hubvolumen vom Pumpendruck beaufschlagbar ist, und ein zweites Regelventil (19), das in Richtung grösseres Hubvolumen von einer dem Steuersignal (25) entsprechenden Kraft und in Richtung kleineres Hubvolumen vom Pumpendruck beaufschlagbar ist. Die Verstelleinrichtung ist jeweils von dem Regelventil steuerbar, dessen Regelstellung entsprechend der Höhe des Steuersignals und des Lastdrucks den höheren Pumpendruck erfordert.

Description

Beschreibung
Regeleinrichtung für eine Hydropumpe
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Hydro¬ pumpe. Gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 soll mit dieser Regeleinrichtung die Hydropumpe, die eine hydraulische Verstell- einrichtung aufweist, zur Druckmittelversorung eines ersten hydraulischen Verbrauchers bedarfsstromgeregelt und zur Druck¬ mittelversorgung eines zweiten hydraulischen Verbrauchers druck¬ geregelt verstellbar sein, wobei in letzterem Falle der eingere- gelte Druck und die Einstellung eines dem zweiten hydraulischen Verbraucher zugeordneten Steuerventils gemeinsam durch ein Steu¬ ersignal vorgebbar sind.
Die Bedarfsstromregelung einer hydraulischen Verstellpumpe wird auch als load-sensing-Regelung bezeichnet. Kennzeichnend für diese Art der Regelung ist, daß der Pumpendruck um ein bestimm¬ tes Δp über dem höchsten Lastdruck aller in dieser Art und parallel zueinander angesteuerten hydraulischen Verbraucher liegt. Der Pumpendruck fällt über eine dem Verbraucher mit dem jeweils höchsten Lastdruck zugeordnete, verstellbare Blende auf den Lastdruck ab. Je nach dem Offnungsguerschnitt der Blende muß die von der Pumpe geförderte Fluidmenge größer oder kleiner sein, um die vorgegebene Druckdifferenz aufrechtzuerhalten. Für diese Bedarfsstromregelung der Hydropumpe besitzt eine dieser zugeordnete Regeleinrichtung ein Regelventil, das in Richtung größeres Hubvolumen vom höchsten Lastdruck und von einer Feder und in Richtung kleines Hubvolumen vom Pumpendruc 'beaufschlag¬ bar ist.
Aus der DE 43 08 004 AI ist eine Regelung für eine verstellbare Hydropumpe bekannt, die eine Druckregelung ist. Dabei ist der einzuregelnde Druck sowie die Einstellung eines Steuerventils, das einem von einer derart geregelten Hydropumpe mit Druckmittel vorsorgten hydraulischen Verbraucher zugeordnet ist, gemeinsam durch ein Steuersignal vorgebbar. Das Steuersignal kann z.B. ein Steuerdruck sein, der mit Hilfe eines Vorsteuergerätes einge¬ stellt wird und der auf den Schieber des Steuerventils und auf den Regelkolben eines der Verstellpumpe zugeordneten Regelven¬ tils in Richtung größeres Hubvolumen wirkt. In Richtung klei- neres Hubvolumen mag auf den Regelkolben des Regelventils der Pumpendruck wirken, wobei durch einen Größenunterschied der von den Drücken beaufschlagten Flächen eine Regelstellung des Regel¬ kolbens möglich ist. Auch kann der Steuerdruck mit Hilfe eines Kopierventils auf das Niveau des Pumpendrucks angehoben werden, so daß gleich große beaufschlagbare Flächen am Regelkolben mög¬ lich sind. Bei einer Regelung gemäß der DE 43 08 004 AI werden ein bestimmter Pumpendruck eingeregelt und der Schieber eines Steuerventils in eine bestimmte Position gebracht, in der das Steuerventil auch schon offen sein kann. Ist der vorgegebene Pumpendruck kleiner als der zur Bewegung des Verbrauchers not¬ wendige Druck, so bleibt der Verbraucher trotz des offenen Steu¬ erventils in Ruhe. Erst wenn durch eine Erhöhung des Steuersi¬ gnals der Pumpendruck den Lastdruck erreicht, fängt der Verbrau¬ cher an sich zu bewegen. Der Beginn dieser Bewegung liegt also bei einem um so größeren Offnungsguerschnitt des Steuerventils, je höher die Last ist.
Aus der DE 43 08 004 AI ist es auch bekannt, eine verstellbare Hydropumpe, die mehrere hydraulische Verbraucher mit Druckmittel versorgt, für erste Verbraucher bedarfsstromgeregelt und für zweite Verbraucher druckgeregelt zu verstellen. Nach welcher Art von Regelung verfahren wird, hängt davon ab, ob ein gemeldeter höchster Lastdruck der ersten Verbraucher oder das vorgegebene Steuersignal einen höheren Pumpendruck erfordert. Dazu wird der höchste Lastdruck oder ein aus dem Steuersignal mit Hilfe einer Düse und eines verstellbaren Druckbegrenzungsventils generierte Druck über ein Wechselventil zu einem Steuerraum eines Regelven¬ tils der Verstellpumpe durchgeschaltet.
Ziel der Erfindung ist es, für eine Hydropumpe, die bedarfs- stromgeregelt und druckgeregelt verstellbar ist, eine Regelein- richtung zu schaffen, für die auf ein Wechselventil verzichtet werden kann.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Regeleinrichtung ein erstes Regelventil für die BedarfsStromregelung und ein zweites Regelventil für die Druckregelung umfaßt und daß die Versteil¬ einrichtung jeweils von dem Regelventil steuerbar ist, dessen Regelstellung entsprechend der Höhe des Steuersignals und des Lastdrucks den höheren Pumpendruck erfordert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Regelein- richtung kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Anhand dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert.
Nach der Zeichnung kann eine hydraulische Verteilpumpe 10 Druck- mittel aus einem Tank 11 ansaugen und in eine Druckleitung 12 abgeben. Über diese Leitung sind erste hydraulische Verbraucher 13 load-sensing-geregelt und zweite hydraulische Verbraucher 14 druckgeregelt verfahrbar. Die Verstellpumpe 10 besitzt eine Ver¬ steileinrichtung 15 in Form eines Hydrozylinders, dessen Kolben durch Beaufschlagung eines kolbenseitigen Druckraums 16 mit
Druck gegen die Kraft einer Feder 17 in Richtung einer Verringe¬ rung des Hubvolumens der Pumpe verschoben werden kann. Bei einer Druckentlastung des Druckraums kann die Feder 17 den Kolben im Sinne einer Vergrößerung des Hubvolumens zurückschieben.
Die VerStelleinrichtung 15 wird von mehreren Regelventilen 18, 19 und 20 gesteuert, die alle als 3/2-Stetig-Wegeventil ausge¬ bildet sind und jeweils einen axial beweglichen Regelkolben auf¬ weisen. Alle Regelkolben sind in die eine axiale Richtung über jeweils eine Steuerleitung 21 vom in der Druckleitung 12 herr- sehenden Pumpendruck beaufschlagbar.
Der Regelkolben des ersten Regelventils 18 ist in die entgegen¬ gesetzte Richtung über eine Steuerleitung 22 vom höchsten an den gerade betätigten ersten Verbraucher 13 vorkommenden Lastdruck beaufschlagbar. In die gleiche Richtung wirkt eine Druckfeder 23, deren Vorspannung so bemessen ist, daß dann ein Kräfte¬ gleichgewicht am Regelkolben des Ventils 18 herrscht, wenn der Pumpendruck um 10 bis 20 bar höher ist als der höchste Last¬ druck. Ein Ausgang des Regelventils 18 wird bei einem Überge¬ wicht des Pumpendrucks mit einem Eingang verbunden, der an den Ausgang des zweiten Regelventils 19 angeschlossen ist. Bei einem Übergewicht des Lastdrucks in Verbindung mit der Kraft der Feder 23 ist der Ausgang direkt unter Umgehung des Regelventils 19 mit einer Tankleitung 24 verbunden.
Der Regelkolben des Regelventils 19 ist entgegen dem Pumpendruck über eine Steuerleitung 25 von einem Steuerdruck beaufschlagbar, der z.B. von einem auf der Basis von Druckreduzierventilen funk- tionierenden Vorsteuergerät vorgegeben werden kann. Während beim Regelventil 18 die vom Pumpendruck bzw. vom Lastdruck beauf¬ schlagten Flächen am Regelkolben gleich groß sind, unterscheiden sich die Druckflächen am Regelkolben des Regelventils 19, da der Steuerdruck im allgemeinen wesentlich kleiner als der Pumpen- druck ist. Die Fläche, an der der Steuerdruck wirkt, kann z.B. zehnmal so groß wie die andere Fläche sein, so daß bei einem ge¬ genüber dem Pumpendruck zehnmal kleineren Steuerdruck ein Kräf¬ tegleichgewicht am Regelkolben des Regelventils 19 hergestellt werden kann. Der mit dem einen Eingang des Regelventils 18 ver- bundene Ausgang des Regelventils 19 ist bei einem Übergewicht des Pumpendrucks mit einem Eingang verbunden, der über eine Lei¬ tung 26 an die Druckleitung 12 angeschlossen ist. Bei einem Übergewicht des Steuerdrucks wird der besagte Ausgang mit der Tankleitung 24 verbunden. Der Regelkolben des Regelventils 19 wird noch von einer leicht vorgespannten Druckfeder 27 beauf¬ schlagt, die dafür sorgt, daß der Regelkolben eine definierte Ruhelage einnimmt, wenn die Pumpe 10 ausgeschaltet ist. Für die Regelung ist dieser Feder nicht notwendig.
Mit dem dritten Regelventil 20 kann ein maximaler Systemdruck eingestellt werden. Der Regelkolben dieses Ventils wird entgegen dem Pumpendruck von einer einstellbaren Druckfeder 35 beauf¬ schlagt, die unterhalb des maximalen Systemdrucks das Ventil in einer Position hält, in der der Druckraum 16 mit dem Ausgang des Regelventils 18 verbunden ist. Wenn der maximale Systemdruck er- reicht wird, verbindet das Ventil 20 den Druckraum 16 mit der Druckleitung 12.
Bei ausgeschalteter Pumpe ist der Druckraum 16 über die Ventile 20 und 18, aber auch über eine in eine Verbindung zwischen dem Druckraum 16 und der Tankleitung 24 liegenden Düse 36 zur Tankleitung 24 hin entlastet. Die Pumpe 10 ist also auf maxima¬ les Hubvolumen eingestellt. Wird sie nun eingeschaltet, so baut sich in der Druckleitung 12 auch bei fehlenden Signalen in den Leitungen 22 und 25 ein Druck auf, der den Regelkolben des Ven¬ tils 18 verstellt, so daß der Druckraum 16 über die drei Regel- ventile mit der Druckleitung 12 verbunden wird und die Pumpe 10 zurückschwenkt. Es regelt sich ein solcher Pumpendruck ein, daß am Regelkolben des Ventils 18 ein Kräftegleichgewicht zwischen der vom Pumpendruck erzeugten Kraft und der Kraft der Feder 23 herrscht. Die Höhe des Drucks beträgt also je nach Vorspannung der Feder 23 10 bis 20 bar.
Bei einem Lastsignal in der Steuerleitung 22 wird der Druckraum 16 zunächst entlastet, so daß die Pumpe 10 ausschwenkt und der Druck in der Druckleitung 12 soweit ansteigt, bis am Regelkolben des Regelventils 18 wieder ein Kräftegleichgewicht besteht, das nun jedoch auf höherem Niveau liegt.
Wird nun ein Drucksignal auf die Steuerleitung 25 gegeben, so ändert sich am Zustand der Regelventile und der Verstelleinrich- tung solange nichts, solange diesem Steuerdruck ein Pumpendruck entspricht, der unterhalb des schon aufgrund des Signals in der Steuerleitung 22 erreichten Pumpendrucks liegt. Steigt der Steu¬ erdruck in der Steuerleitung 25 über einen Wert, der dem augen¬ blicklichen Pumpendruck entspricht an, so wird der mit dem Re¬ gelventil 18 verbundene Ausgang des Regelventils 19 mit der Tankleitung 24 verbunden. Der Druckraum 16 wird druckentlastet. so daß die Pumpe 10 ausschwenkt und der Druck in der Drucklei¬ tung 12 über den dem Druck in der Steuerleitung 22 entsprechen¬ den Druck bis zu einem solchen Wert ansteigt, daß in der Regel¬ stellung des Regelkolbens des Regelventils 19 am Regelkolben ein Kräftegleichgewicht zwischen der vom Pumpendruck erzeugten Kraft und der vom Steuerdruck in der Steuerleitung 25 erzeugten Kraft hergestellt ist. Der höhere Pumpendruck verschiebt den Regelkol¬ ben des Regelventils 18 so, daß dessen Ausgang mit dem Ausgang des Regelventils 19 verbunden ist, so daß nun allein das Regelventil 19 regelt.
Die Versteileinrichtung 15 wird also, sofern der Druck in der Steuerleitung 25 einen höheren Pumpendruck erfordert als der Druck in der Steuerleitung 22, allein vom Regelventil 19 und, sofern der Druck in der Steuerleitung 22 einen höheren Pumpen- druck erfordert als der Druck in der Steuerleitung 25, allein vom Regelventil 18 gesteuert.

Claims

Patentansprüche
1. Regeleinrichtung für eine Hydropumpe (10), die eine hydraulische VerStelleinrichtung (15) aufweist und die zur Druckmittelversorgung eines ersten hydraulischen Verbrauchers (13) bedarfsstromgeregelt und zur Druckmittelversorgung eines zweiten hydraulischen Verbrauchers (14) druckgeregelt ist, wobei der eingeregelte Druck und die Einstellung eines dem zweiten hydraulischen Verbraucher (14) zugeordneten Steuerventils ge¬ meinsam durch ein Steuersignal vorgebbar sind, gekennzeichnet durch ein erstes Regelventil (18), das in Richtung größeres Hub¬ volumen der Hydropumpe (10) vom Lastdruck des ersten Verbrau¬ chers (13) und von einer Feder (23) und in Richtung kleineres Hubvolumen vom Pumpendruck beaufschlagbar ist, und durch ein zweites Regelventil (19) , das in Richtung größeres Hubvolumen von einer dem Steuersignal entsprechenden Kraft und in Richtung kleineres Hubvolumen vom Pumpendruck beaufschlagbar ist, wobei die VerStelleinrichtung (15) jeweils von dem Regelventil (18, 19) steuerbar ist, dessen Regelstellung entsprechend der Höhe des Steuersignals und des Lastdrucks den höheren Pumpendruck er- fordert.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß das eine Regelventil (19) über das andere Regelventil (18) mit der Versteileinrichtung (15) und letzteres Regelventil (18) über ersteres Regelventil (19) mit der Druckseite (12) der Hydropumpe (10) verbindbar ist.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Anschluß des ersten Regelventils (18) unabhän¬ gig vom zweiten Regelventil (19) und ein Anschluß des zweiten Regelventils (19) unabhängig vom ersten Regelventil (18) mit ei- nem Tank (11) verbunden ist.
4. Regeleinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Regelventile (18, 19) 3/2-Stetig-Wege- ventile sind, daß ein mit der Versteileinrichtung (15) verbunde¬ ner Anschluß des einen Regelventils (18) wechselweise mit einem an den Tank angeschlossenen Anschluß oder mit einem mit einem Anschluß des anderen Regelventils (19) verbundenen Anschluß des einen Regelventils (18) verbindbar ist und daß der mit dem einen Anschluß des einen Regelventils (18) verbundene Anschluß des an¬ deren Regelventils (19) wechselweise mit einem an den Tank (11) angeschlossenen Anschluß oder mit einem mit der Druckseite (12) der Hydropumpe (10) verbundenen Anschluß des anderen Regelven¬ tils (19) verbindbar ist.
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