DE102015201318B4 - Hydraulic control arrangement for supplying pressure medium to at least two hydraulic consumers - Google Patents
Hydraulic control arrangement for supplying pressure medium to at least two hydraulic consumersInfo
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Abstract
Hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung wenigstens zweier hydraulischer Verbraucher (12, 13) mit einer in ihrem Hubvolumen verstellbaren Hydropumpe (30), deren Einstellung in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der betätigten hydraulischen Verbraucher (12, 13) durch einen Pumpenregler (31) derart veränderbar ist, dass der Pumpendruck um eine Pumpendruckdifferenz über dem höchsten Lastdruck der gleichzeitig angesteuerten hydraulischen Verbraucher (12, 13) liegt, mit wenigstens zwei Ventilanordnungen (10, 11), von denen jede eine Zumessblende (14, 24) und eine in Reihe zu der Zumessblende (14, 24) angeordnete Individualdruckwaage (16, 26) umfasst und von denen die erste Ventilanordnung (10) zwischen einer von der Hydropumpe (30) abgehenden Pumpenleitung (33) und dem ersten hydraulischen Verbraucher (12) und die zweite Ventilanordnung (11) zwischen der Pumpenleitung (33) und dem zweiten hydraulischen Verbraucher (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenregler (31) derart angesteuert wird, dass in der Höhe der Pumpendruckdifferenz unterschiedliche Druckabfälle in der Pumpenleitung (33) berücksichtigt sind und die dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher (12, 13) zugeordnete Individualdruckwaage (16, 26) bei unterschiedlichen Druckabfällen in der Pumpenleitung (33) wenigstens nahezu ganz geöffnet ist.. Hydraulic control arrangement for supplying pressure medium to at least two hydraulic consumers (12, 13) with a hydraulic pump (30) whose stroke volume is adjustable, the setting of which can be changed by a pump controller (31) as a function of the highest load pressure of the actuated hydraulic consumers (12, 13) such that the pump pressure is higher than the highest load pressure of the simultaneously actuated hydraulic consumers (12, 13) by a pump pressure differential, with at least two valve arrangements (10, 11), each of which comprises a metering orifice (14, 24) and an individual pressure compensator (16, 26) arranged in series with the metering orifice (14, 24), and of which the first valve arrangement (10) is arranged between a pump line (33) leading from the hydraulic pump (30) and the first hydraulic consumer (12) and the second valve arrangement (11) is arranged between the pump line (33) and the second hydraulic consumer (13), thereby characterized in that the pump controller (31) is controlled in such a way that different pressure drops in the pump line (33) are taken into account in the height of the pump pressure differential and the individual pressure balance (16, 26) assigned to the hydraulic consumer with the highest load pressure (12, 13) is at least almost completely open in the case of different pressure drops in the pump line (33).
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steueranordnung zur Druckmittelversorgung wenigstens zweier hydraulischer Verbraucher mit einer in ihrem Hubvolumen verstellbaren Hydropumpe, deren Einstellung in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der betätigten hydraulischen Verbraucher durch einen Pumpenregler derart veränder ist, dass der Pumpendruck um eine Pumpendruckdifferenz über dem höchsten Lastdruck der gleichzeitig angesteuerten hydraulischen Verbraucher liegt. Es sind wenigstens zwei Ventilanordnungen vorhanden, von denen jede eine Zumessblende und eine in Reihe zu der Zumessblende angeordnete Individualdruckwaage umfasst und von denen eine erste Ventilanordnung zwischen einer von der Hydropumpe abgehenden Pumpenleitung und einem ersten hydraulischen Verbraucher und eine zweite Ventilanordnung zwischen der Pumpenleitung und einem zweiten hydraulischen Verbraucher angeordnet ist. Derartige hydraulische Steueranordnungen werden, da der Pumpendruck in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck eingestellt wird auch als Steueranordnungen nach dem lastfühlenden oder load-sensing Prinzip bezeichnet. Im Folgenden sei eine derartige Steueranordnung kurz LS-Steueranordnung genannt.The invention relates to a hydraulic control arrangement for supplying pressure medium to at least two hydraulic consumers, comprising a hydraulic pump with an adjustable stroke volume. The pump's stroke volume is adjusted by a pump controller in relation to the highest load pressure of the actuated hydraulic consumers such that the pump pressure exceeds the highest load pressure of the simultaneously actuated hydraulic consumers by a pump pressure differential. At least two valve arrangements are provided, each comprising a metering orifice and an individual pressure compensator arranged in series with the metering orifice. A first valve arrangement is located between a pump line leading from the hydraulic pump and a first hydraulic consumer, and a second valve arrangement is located between the pump line and a second hydraulic consumer. Since the pump pressure is adjusted in relation to the highest load pressure, such hydraulic control arrangements are also referred to as load-sensing control arrangements. Hereinafter, such a control arrangement will be referred to as an LS control arrangement.
Eine derartige hydraulische LS-Steueranordnung ist zum Beispiel aus der
Bei einer anderen Art von hydraulischen LS-Steueranordnungen sind die Druckwaagen den Zumessblenden nachgeordnet und werden in Öffnungsrichtung von dem Druck nach der jeweiligen Zumessblende und in Schließrichtung von einem in einem Steuerraum anstehenden Steuerdruck beaufschlagt, der üblicherweise dem höchsten Lastdruck aller von derselben Hydropumpe versorgten hydraulischen Verbraucher entspricht. Wenn bei einer gleichzeitigen Betätigung mehrerer hydraulischer Verbraucher die Zumessblenden soweit aufgemacht werden, dass die von der bis zum Anschlag verstellten Hydropumpe gelieferte Druckmittelmenge kleiner als die insgesamt geforderte Druckmittelmenge ist, werden die einzelnen hydraulischen Verbrauchern zufließenden Druckmittelmengen unabhängig vom jeweiligen Lastdruck der hydraulischen Verbraucher verhältnisgleich reduziert. Man spricht deshalb von einer hydraulischen Steueranordnung mit lastdruckunabhängiger Durchflussverteilung (LUDV-Steuerung). Weil auch bei einer LUDV-Steueranordnung der höchste Lastdruck abgefühlt und von der Hydropumpe ein um eine bestimmte Druckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegender Pumpendruck erzeugt wird, ist eine LUDV-Steueranordnung ein Sonderfall einer LS-Steueranordnung.In another type of hydraulic load-sensing control arrangement, the pressure compensators are located downstream of the metering orifices and are acted upon in the opening direction by the pressure after the respective metering orifice and in the closing direction by a control pressure present in a control chamber, which typically corresponds to the highest load pressure of all hydraulic consumers supplied by the same hydraulic pump. When several hydraulic consumers are actuated simultaneously, if the metering orifices are opened to such an extent that the hydraulic fluid quantity supplied by the hydraulic pump (adjusted to its maximum) is less than the total required hydraulic fluid quantity, the hydraulic fluid quantities flowing to the individual hydraulic consumers are reduced proportionally, regardless of the respective load pressure of the hydraulic consumers. This is therefore referred to as a hydraulic control arrangement with load-independent flow distribution (LUDV control). Because even in an LUDV control arrangement the highest load pressure is sensed and the hydraulic pump generates a pump pressure that is a certain pressure differential above the highest load pressure, an LUDV control arrangement is a special case of a load-sensing control arrangement.
Bei den bekannten LS-Steueranordnungen wird der von der Hydropumpe geförderte Volumenstrom so eingeregelt, dass sich am Pumpenausgang ein Pumpendruck ergibt, der um eine konstante Pumpendruckdifferenz über dem höchsten Lastdruck liegt. Eine typische Pumpendruckdifferenz sind zum Beispiel 22 bar. Für die Load Sensing Mengenregelung durch die Zumessblende sind aber über diese typischerweise nur 10 bar notwendig, die bei einer Load Sensing Steueranordnung mit von den Drücken stromauf und stromab der Zumessblenden beaufschlagten Individualdruckwaagen von diesen eingeregelt werden. Die restlichen 12 bar, der sogenannte Drucküberschuss, teilen sich volumenstromabhängig in den Druckabfall in der Pumpenleitung und den an sich nicht notwendigen Druckabfall über die dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zugeordnete Druckwaage auf. Der Drucküberschuss ist nun so gewählt, dass bei maximalem Volumenstrom und/oder ungünstiger Volumenstromverteilung an jeder Zumessblende noch die gewünschte Druckdifferenz zur Verfügung steht. Umgekehrt bedeutet dies, dass bei einer kleinen mit einem geringen Druckabfall in der Pumpenleitung verbundenen Volumenstrom und/oder günstiger Volumenstromverteilung die dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zugeordnete Druckwaage den gesamten Drucküberschuss abdrosselt. Auch die den anderen gleichzeitig betätigten und lastdruckniedrigeren hydraulischen Verbrauchern zugeordneten Druckwaagen müssen dann von dem erhöhten Druckniveau am Eingang der jeweiligen Ventilanordnung auf einen Druck, der gleich dem niedrigeren Lastdruck plus die Druckdifferenz über die Zumessblende ist, abdrosselnIn conventional load-sensing control systems, the flow rate delivered by the hydraulic pump is regulated so that the pump outlet pressure is a constant differential higher than the highest load pressure. A typical differential is, for example, 22 bar. However, for load-sensing flow control via the metering orifice, typically only 10 bar is required. In a load-sensing control system with individual pressure compensators actuated by the pressures upstream and downstream of the metering orifices, this pressure is regulated by the orifices themselves. The remaining 12 bar, the so-called pressure excess, is distributed, depending on the flow rate, between the pressure drop in the pump line and the otherwise unnecessary pressure drop across the pressure compensator assigned to the hydraulic consumer with the highest load pressure. The pressure excess is selected such that, even at maximum flow rate and/or with an unfavorable flow distribution, the desired pressure differential is still available at each metering orifice. Conversely, this means that with a small flow rate associated with a low pressure drop in the pump line and/or a favorable flow rate distribution, the pressure compensator assigned to the hydraulic consumer with the highest load pressure throttles the entire excess pressure. The pressure compensators assigned to the other simultaneously operated hydraulic consumers with lower load pressures must then also throttle from the increased pressure level at the inlet of the respective valve arrangement to a pressure equal to the lower load pressure plus the pressure difference across the metering orifice.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine LS-Steueranordnung zu schaffen, die bei nur geringen Änderungen gegenüber bekannten LS-Steueranordnungen eine höhere Energieeffizienz hat.The invention is based on the objective of creating an LS control arrangement that has higher energy efficiency with only minor changes compared to known LS control arrangements.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Steueranordnung gelöst, die eine in ihrem Hubvolumen verstellbaren Hydropumpe, deren Einstellung in Abhängigkeit vom höchsten Lastdruck der betätigten hydraulischen Verbraucher durch einen Pumpenregler derart veränder ist, dass der Pumpendruck um eine Pumpendruckdifferenz über dem höchsten Lastdruck der gleichzeitig angesteuerten hydraulischen Verbraucher liegt, und wenigstens zwei Ventilanordnungen aufweist, von denen jede eine Zumessblende und eine in Reihe zu der Zumessblende angeordnete Individualdruckwaage umfasst und von denen eine erste Ventilanordnung zwischen einer von der Hydropumpe abgehenden Pumpenleitung und einem ersten hydraulischen Verbraucher und eine zweite Ventilanordnung zwischen der Pumpenleitung und einem zweiten hydraulischen Verbraucher angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird der Pumpenregler derart angesteuert, dass in der Höhe der Pumpendruckdifferenz unterschiedliche Druckabfälle in der Pumpenleitung berücksichtigt sind und die dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zugeordnete Individualdruckwaage bei unterschiedlichen Druckabfällen in der Pumpenleitung wenigstens nahezu ganz geöffnet ist. Wird gerade nur ein einziger von der Pumpe versorgter hydraulischer Verbraucher angesteuert, so ist dieser natürlich auch der lastdruckhöchste hydraulische Verbraucher.This task is solved by a hydraulic control arrangement which includes a hydraulic pump whose stroke volume is adjustable, the setting of which is changed by a pump controller depending on the highest load pressure of the actuated hydraulic consumers such that the pump pressure is higher than the highest load pressure of the simultaneously actuated hydraulic consumers by a pump pressure differential, and at least two valves. The device comprises two valve arrangements, each of which includes a metering orifice and an individual pressure compensator arranged in series with the metering orifice. A first valve arrangement is located between a pump line leading from the hydraulic pump and a first hydraulic consumer, and a second valve arrangement is located between the pump line and a second hydraulic consumer. According to the invention, the pump controller is actuated such that different pressure drops in the pump line are taken into account in the magnitude of the pump pressure differential, and the individual pressure compensator assigned to the hydraulic consumer with the highest load pressure is at least almost fully open when there are different pressure drops in the pump line. If only a single hydraulic consumer supplied by the pump is being actuated, then this is naturally also the hydraulic consumer with the highest load pressure.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, dass der Drucküberschuss entsprechend den zu erwartenden Druckabfällen bis zur jeweiligen Zumessblende angepasst wird, so dass die Abdrosselung durch die dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zugeordnete Druckwaage, also das Druckgefälle über diese Individualdruckwaage sehr gering ist. Entsprechend verringert ist dann auch das Druckgefälle über die anderen gleichzeitig angesteuerten hydraulischen Verbrauchern zugeordneten Druckwaagen, so dass eine hohe Energieeffizienz erhalten wird.The basic idea of the invention is therefore that the excess pressure is adjusted according to the expected pressure drops up to the respective metering orifice, so that the throttling by the pressure compensator assigned to the hydraulic consumer with the highest load pressure, i.e., the pressure gradient across this individual pressure compensator, is very low. The pressure gradient across the pressure compensators assigned to the other simultaneously controlled hydraulic consumers is correspondingly reduced, thus achieving high energy efficiency.
Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung kann man den Unteransprüchen entnehmen.Advantageous further developments of a hydraulic control arrangement according to the invention can be found in the dependent claims.
Die Erfindung wird mit besonderem Vorteil bei einer LS-Steueranordnung verwirklicht, bei der die wenigstens zwei Individualdruckwaagen in Schließrichtung von dem Druck stromauf der jeweiligen Zumessblende und in Öffnungsrichtung von dem Druck stromab der jeweiligen Zumessblende und einer Regelfeder beaufschlagt sind. Es handelt sich hier also nicht um eine LUDV-Steueranordnung mit lastdruckunabhängiger Durchflussverteilung, sondern um die klassische LS-Steueranordnung, bei der bei einer Unterversorgung der lastdruckhöchste hydraulische Verbraucher nicht mehr die gewünschte Druckmittelmenge erhält und im Vergleich zu lastdruckniedrigeren hydraulischen Verbrauchern langsamer wird. Aber auch bei einer LUDV-Steueranordnung ist die Erfindung mit Vorteil einsetzbar, weil dann bei einem bestimmten Öffnungsquerschnitt einer Zumessblende die über sie fließende Druckmittelmenge unabhängig von den Druckabfällen in der Pumpenleitung gemacht werden kann.The invention is particularly advantageously implemented in an LS control arrangement in which the at least two individual pressure balances are subjected, in the closing direction, to the pressure upstream of the respective metering orifice and, in the opening direction, to the pressure downstream of the respective metering orifice and a control spring. This is therefore not a LUDV control arrangement with load-pressure-independent flow distribution, but rather the classic LS control arrangement in which, in the event of an insufficient supply, the hydraulic consumer with the highest load pressure no longer receives the desired flow rate and becomes slower compared to hydraulic consumers with lower load pressures. However, the invention can also be advantageously used in an LUDV control arrangement because, for a given opening cross-section of a metering orifice, the flow rate of the hydraulic fluid across it can then be made independent of the pressure drops in the pump line.
Der Druckabfall in der Pumpenleitung hängt im Wesentlichen von dem fließen Volumenstrom ab. Es ist deshalb möglich, durch Sensoren die Drehzahl der Hydropumpe und das Hubvolumen der Hydropumpe zu erfassen, mit Hilfe der Drehzahl und des Hubvolumens den Volumenstrom in der Pumpenleitung zu ermitteln und die Pumpendruckdifferenz in Abhängigkeit vom Volumenstrom einzustellen und auf diese Weise dafür zu sorgen, dass der Druck am Eingang einer Ventilanordnung dem gewünschten Druck entspricht, so dass die Individualdruckwaage des lastdruckhöchsten hydraulischen Verbrauchers nicht oder nur wenig drosselt beziehungsweise bei einer LUDV-Steueranordnung die Druckdifferenz über die Zumessblenden stimmt..The pressure drop in the pump line depends primarily on the flow rate. Therefore, it is possible to use sensors to measure the rotational speed and stroke volume of the hydraulic pump, determine the flow rate in the pump line using these values, and adjust the pump pressure differential accordingly. This ensures that the pressure at the inlet of a valve assembly corresponds to the desired pressure, preventing or minimizing throttling by the individual pressure balance of the hydraulic consumer with the highest load. In the case of a LUDV control system, the pressure differential across the metering orifices is also correct.
Die Pumpendruckdifferenz wird vorteilhafterweise einer gespeicherten Kennlinie entnommen, in der Werte für die Pumpendruckdifferenz in Abhängigkeit vom Volumenstrom hinterlegt sind. Alternativ kann unter Berücksichtigung der physikalischen zusammenhänge und Parameter die Pumpendruckdifferenz online berechnet werden.The pump pressure differential is advantageously taken from a stored characteristic curve, which contains values for the pump pressure differential as a function of the flow rate. Alternatively, the pump pressure differential can be calculated online, taking into account the physical relationships and parameters.
Üblicherweise ist verstellbaren Pumpen, die in einer LS-Steueranordnung eingesetzt werden, als Pumpenregler ein Regelventil zugeordnet, das im Sinne einer Verkleinerung des Hubvolumens der Hydropumpe vom Pumpendruck und im Sinne einer Vergrößerung des Hubvolumens der Hydropumpe vom höchsten Lastdruck und von einer Regelfeder beaufschlagt ist. Die Pumpendruckdifferenz kann nun auf einfache Weise dadurch verändert werden, dass das Regelventil in eine der beiden Wirkrichtungen zusätzlich von einem elektrisch ansteuerbaren Stellglied beaufschlagbar ist. Wirkt das Stellglied mit dem Pumpendruck, so wird die Pumpendruckdifferenz umso kleiner, je größer die von dem Stellglied ausgeübte Kraft ist. Wirkt das Stellglied gegen den Pumpendruck, so wird die Pumpendruckdifferenz umso größer, je größer die von dem Stellglied ausgeübte Kraft ist. Der Vorteil bei dieser Ausbildung liegt vor allem darin, dass das System im Vergleich zu den bekannten Systemen ohne funktionale Einschränkungen weiter arbeitet, wenn das Stellglied ausfällt.Variable displacement pumps used in a load-sensing (LS) control arrangement typically employ a control valve as a pump controller. To reduce the pump's displacement, this valve is actuated by the pump pressure; to increase the displacement, it is actuated by the maximum load pressure and a control spring. The differential pressure can be easily modified by adding an electrically controlled actuator to the control valve in either direction. If the actuator acts in conjunction with the pump pressure, the differential pressure decreases as the force exerted by the actuator increases. Conversely, if the actuator acts against the pump pressure, the differential pressure increases as the force exerted by the actuator increases. The main advantage of this design is that, compared to conventional systems, the system continues to operate without functional limitations if the actuator fails.
Es ist auch möglich, den höchsten Lastdruck durch einen elektrischen Drucksensor zu erfassen und aus dem erfassten höchsten Lastdruck, dem Volumenstrom und der dem Volumenstrom zugeordneten Pumpendruckdifferenz einen Pumpendruck zu ermitteln. Die Hydropumpe kann dann druckgeregelt sein und einen elektrisch ansteuerbaren Pumpenregler aufweisen, wobei der ermittelte Pumpendruck als Pumpendrucksollwert dem Pumpenregler der Hydropumpe zugeführt wird. Zweckmäßigerweise wird der Pumpendrucksollwert dem Pumpenregler gefiltert zugeführt. Weist der Pumpenregler auch eine Regelfeder auf, die am Pumpenregler gegen den Pumpendruck wirkt, so ist der Pumpendrucksollwert um das Druckäquivalent der Regelfeder niedriger als der Pumpendrucksollwert.It is also possible to detect the maximum load pressure using an electrical pressure sensor and to determine a pump pressure from the detected maximum load pressure, the flow rate, and the pump pressure differential associated with the flow rate. The hydraulic pump can then be pressure-controlled and have an electrically controlled pump controller, whereby the determined pump pressure is supplied to the pump controller of the hydraulic pump as the setpoint pump pressure. Advantageously, the setpoint pump pressure is filtered before being supplied to the pump controller. If the pump controller also has a control spring that acts against the pump pressure at the pump controller, the setpoint pump pressure is The value is lower than the pump pressure setpoint by the pressure equivalent of the control spring.
Vorteilhaft ist hier außerdem, dass ein Pumpendruck mit elektronifizierten Aktoren angefordert werden kann, ohne dass ein hydraulisches Solldrucksignal generiert werden muss. Gegebenenfalls werden zur Hydropumpe führende hydraulische Steuerleitungen eingespart. Bei mehreren hydraulischen Verbrauchern mit mehreren Drucksensoren ist eine Bewertung und Priorisierung der einzelnen Druckabfragen möglich. Die bei mehreren hydraulischen Verbrauchern zur Auswahl des höchsten Lastdrucks verwendeten Wechselventile oder Rückschlagventile können eingespart werden.Another advantage is that pump pressure can be requested using electronic actuators without requiring the generation of a hydraulic setpoint pressure signal. This can potentially eliminate the need for hydraulic control lines leading to the hydraulic pump. With multiple hydraulic consumers equipped with multiple pressure sensors, it is possible to evaluate and prioritize individual pressure queries. Furthermore, the changeover valves or check valves typically used to select the highest load pressure across multiple hydraulic consumers can be eliminated.
Es ist vorteilhaft, wenn eine Temperatursensorik vorhanden ist, wobei aus der Temperatur auf die Viskosität des Druckmittels rückgeschlossen wird und wobei die Pumpendruckdifferenz unter Berücksichtigung der Viskosität des Druckmittels eingestellt wird.It is advantageous if a temperature sensor is available, whereby the viscosity of the pressure medium is inferred from the temperature and the pump pressure differential is set taking into account the viscosity of the pressure medium.
Auch ist es vorteilhaft, wenn Drucksensoren vorhanden sind, mit deren Hilfe die Druckdifferenz über eine Zumessblende oder mehrere Zumessblenden ermittelt wird. Damit kann der real auftretende Druckabfall in der Maschine identifiziert und gegebenenfalls ausgeregelt werden. Dies ist vor allem bei einer LUDV-Steueranordnung günstig.It is also advantageous to have pressure sensors that determine the pressure difference across one or more metering orifices. This allows the actual pressure drop occurring in the machine to be identified and, if necessary, corrected. This is particularly beneficial with a LUDV control arrangement.
Schließlich können weitere Parameter wie zum Beispiel Volumenstromsollwerte, Volumenstromistwerte, Positionen der Zumessblenden oder der Druckwaagen in Verbindung mit Druckinformationen in die Berechnung der Pumpendruckdifferenz eingehen.Finally, other parameters such as volume flow setpoints, volume flow actual values, positions of the metering orifices or the pressure balances in conjunction with pressure information can be included in the calculation of the pump pressure difference.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydraulischen Steueranordnung sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.Two exemplary embodiments of a hydraulic control arrangement according to the invention are shown in the drawings. The invention will now be explained in more detail with reference to these drawings.
Es zeigen
-
1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem am Pumpenregler zur vom höchsten Lastdruck und einer Feder ausgeübten Kraft eine veränderliche Magnetkraft addiert wird und -
2 das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem am Pumpenregler zur von einer Feder ausgeübten Kraft eine veränderliche Magnetkraft addiert wird, die einer vom höchsten Lastdruck plus dem veränderlichen Anteil der Pumpendruckdifferenz entspricht.
-
1 the first embodiment in which a variable magnetic force is added to the force exerted on the pump controller by the highest load pressure and a spring and -
2 The second embodiment, in which a variable magnetic force is added to the force exerted by a spring at the pump controller, which corresponds to the highest load pressure plus the variable component of the pump pressure difference.
Die gezeigten hydraulischen Steueranordnungen sind LS-Steueranordnungen mit mehreren Ventilanordnungen, von denen in den Figuren die beiden Ventilanordnungen 10 und 11 dargestellt sind. Üblicherweise sind mehrere Ventilanordnungen in Monoblock oder in Scheibenbauweise zu einem Steuerblock zusammengefasst. Von der Ventilanordnung 10 ist ein hydraulischer Verbraucher 12, der als hydraulischer Differentialzylinder ausgebildet ist, und von der Ventilanordnung 11 ist ein hydraulischer Verbraucher 13, der ebenfalls als Differentialzylinder ausgebildet ist, hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit steuerbar.The hydraulic control arrangements shown are LS control arrangements with multiple valve assemblies, of which valve assemblies 10 and 11 are shown in the figures. Typically, several valve assemblies are combined into a control block in a monoblock or disc configuration. A hydraulic consumer 12, designed as a hydraulic differential cylinder, is controllable from valve assembly 10, and a hydraulic consumer 13, also designed as a differential cylinder, is controllable from valve assembly 11 with respect to direction and speed.
Dazu weist die Ventilanordnung 10 eine Zumessblende 14 auf, die üblicherweise an einem nur schematisch als Rechteck dargestellten Steuerkolben ausgebildet ist und deren Öffnungsquerschnitt die dem hydraulischen Verbraucher 12 zufließende Druckmittelmenge bestimmt. Der Steuerkolben ist darüber hinaus so ausgebildet, dass mit ihm auch ausgewählt werden kann, welchem Zylinderraum des Differentialzylinders 12 die über die Zumessblende 14 strömende Druckmittelmenge zufließt und aus welchem Zylinderraum Druckmittel verdrängt wird und zu einem Tank 15 abfließt. Die Auswahl, welcher Zylinderkammer das Druckmittel zufließt, wird stromab der Zumessblende 14 getroffen, so dass im Prinzip eine Zumessblende 14 für die beiden Zylinderräume des Differentialzylinders genügt. Üblicherweise sind jedoch zwei Zumessblenden vorhanden, die zwischen zwei Steuerkammern der Ventilanordnung angeordnet sind und von denen je nach Betätigungsrichtung des Steuerkolbens die eine oder die andere Zumessblende wirksam ist.The valve assembly 10 includes a metering orifice 14, which is typically formed on a control piston (shown only schematically as a rectangle) and whose opening cross-section determines the amount of hydraulic fluid flowing to the hydraulic consumer 12. The control piston is also designed to select which cylinder chamber of the differential cylinder 12 receives the hydraulic fluid flowing through the metering orifice 14 and from which cylinder chamber the hydraulic fluid is displaced and flows to a tank 15. The selection of which cylinder chamber the hydraulic fluid flows to is made downstream of the metering orifice 14, so that in principle one metering orifice 14 is sufficient for both cylinder chambers of the differential cylinder. However, two metering orifices are usually present, arranged between two control chambers of the valve assembly, and one or the other metering orifice is effective depending on the direction of actuation of the control piston.
Der Steuerkolben, an dem sich die Zumessblende 14 befindet, ist aus einer Mittelstellung nach zwei entgegengesetzten Richtungen stetig verstellbar, wobei mit zunehmender Verstellung der Öffnungsquerschnitt der Zumessblende 14 immer größer wird.The control piston, on which the measuring aperture 14 is located, can be continuously adjusted from a central position in two opposite directions, whereby the opening cross-section of the measuring aperture 14 becomes increasingly larger with increasing adjustment.
Stromauf der Zumessblende 14 ist eine Individualdruckwaage 16 angeordnet, die eine Drossel mit verstellbarem Durchflussquerschnitt darstellt und deren nicht näher gezeigter Drosselkolben im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts vom Druck stromab der Zumessblende 14 und einer Regelfeder und im Sinne einer Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts vom Druck stromauf der Zumessblende 14 beaufschlagt ist. Die Druckwaage hält aufgrund der geschilderten Ansteuerung über die Zumessblende eine Druckdifferenz aufrecht, die dem Druckäquivalent der Regelfeder entspricht. Vorliegend mögen dies zum Beispiel 10 bar sein.Upstream of the metering orifice 14, an individual pressure balance 16 is arranged, which is a throttle with an adjustable flow cross-section. Its throttle piston (not shown in detail) is acted upon by the pressure downstream of the metering orifice 14 and a control spring to increase the opening cross-section, and by the pressure upstream of the metering orifice 14 to decrease it. Due to the control via the metering orifice described above, the pressure balance maintains a pressure differential corresponding to the pressure equivalent of the control spring. In this case, this might be, for example, 10 bar.
Entsprechend der Ventilanordnung 10 weist die Ventilanordnung 11 eine Zumessblende 24 auf, die üblicherweise an einem nur schematisch als Rechteck dargestellten Steuerkolben ausgebildet ist und deren Öffnungsquerschnitt die dem hydraulischen Verbraucher 13 zufließende Druckmittelmenge bestimmt. Der Steuerkolben ist darüber hinaus so ausgebildet, dass mit ihm auch ausgewählt werden kann, welchem Zylinderraum des Differentialzylinders 13 das über die Zumessblende strömende Druckmittelmenge zufließt und aus welchem Zylinderraum Druckmittel verdrängt wird und zu dem Tank 15 abfließt. Die Auswahl, welcher Zylinderkammer das Druckmittel zufließt, wird stromab der Zumessblende 24 getroffen, so dass im Prinzip eine Zumessblende 24 für die beiden Zylinderräume des Differentialzylinders 13 genügt. Üblicherweise sind jedoch zwei Zumessblenden vorhanden, die zwischen zwei Steuerkammern der Ventilanordnung angeordnet sind und von denen je nach Betätigungsrichtung des Steuerkolbens die eine oder die andere Zumessblende wirksam ist.According to the valve arrangement 10, the valve arrangement 11 has a metering orifice 24, which is usually formed on a control piston shown only schematically as a rectangle and whose opening cross-section allows the pressure medium flowing to the hydraulic consumer 13 to pass through. The quantity is determined. Furthermore, the control piston is designed to select which cylinder chamber of the differential cylinder 13 receives the quantity of pressure medium flowing through the metering orifice, and from which cylinder chamber pressure medium is displaced and flows to the tank 15. The selection of which cylinder chamber the pressure medium flows to is made downstream of the metering orifice 24, so that in principle one metering orifice 24 is sufficient for both cylinder chambers of the differential cylinder 13. However, two metering orifices are usually present, arranged between two control chambers of the valve assembly, and one or the other metering orifice is effective depending on the direction of actuation of the control piston.
Der Steuerkolben, an dem sich die Zumessblende 24 befindet, ist aus einer Mittelstellung nach zwei entgegengesetzten Richtungen stetig verstellbar, wobei mit zunehmender Verstellung der Öffnungsquerschnitt der Zumessblende 24 immer größer wird.The control piston, on which the measuring aperture 24 is located, can be continuously adjusted from a central position in two opposite directions, whereby the opening cross-section of the measuring aperture 24 becomes increasingly larger with increasing adjustment.
Stromauf der Zumessblende 24 ist eine Individualdruckwaage 26 angeordnet, die eine Drossel mit verstellbarem Durchflussquerschnitt darstellt und deren nicht näher gezeigter Drosselkolben im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts vom Druck stromab der Zumessblende 24 und einer Regelfeder und im Sinne einer Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts vom Druck stromauf der Zumessblende 24 beaufschlagt ist. Die Druckwaage hält aufgrund der geschilderten Ansteuerung über die Zumessblende eine Druckdifferenz aufrecht, die dem Druckäquivalent der Regelfeder entspricht. Vorliegend mögen dies wie im Hinblick auf die Zumessblende 14 und die Individualdruckwaage 16 zum Beispiel 10 bar sein.Upstream of the metering orifice 24, an individual pressure balance 26 is arranged, which is a throttle with an adjustable flow cross-section. Its throttle piston (not shown in detail) is acted upon by the pressure downstream of the metering orifice 24 and a control spring to increase the opening cross-section, and by the pressure upstream of the metering orifice 24 to decrease it. Due to the control described above via the metering orifice, the pressure balance maintains a pressure differential corresponding to the pressure equivalent of the control spring. In this case, this might be, for example, 10 bar, as with regard to the metering orifice 14 and the individual pressure balance 16.
Die beiden Differentialzylinder 12 und 13 werden von einer einzigen Hydropumpe 30 mit Druckmittel versorgt. Die Hydropumpe 13 ist in ihrem Hubvolumen verstellbar, wobei das Hubvolumen die Druckmittelmenge ist, die bei einer Umdrehung einer Triebwelle der Hydropumpe von dieser gefördert wird. Die Fördermenge oder der von der Hydropumpe erzeugte Volumenstrom ergibt sich aus dem augenblicklichen Hubvolumen und der Drehzahl, mit der Hydropumpe angetrieben wird.The two differential cylinders 12 and 13 are supplied with hydraulic fluid by a single hydraulic pump 30. The hydraulic pump 13 has an adjustable stroke volume, where the stroke volume is the amount of hydraulic fluid delivered by the pump during one revolution of its drive shaft. The delivery rate, or flow rate, generated by the hydraulic pump is determined by the instantaneous stroke volume and the rotational speed at which the hydraulic pump is driven.
Die Hydropumpe 30 ist mit einem Load-Sensing-Regelventil 31 ausgestattet, das üblicherweise auf dem Pumpengehäuse montiert ist und einen ersten Anschluss aufweist, der mit einer an einen Stellkolben der Hydropumpe angrenzende Stellkammer fluidisch verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des Regelventils 31 ist mit dem Druckanschluss der Hydropumpe fluidisch verbunden. Ein dritter Anschluss schließlich ist mit Tank verbunden. Das Regelventil besitzt einen Regelkolben, mit dem die Druckmittelwege zwischen den drei Anschlüssen steuerbar sind. Der Regelkolben wird in Richtung einer Verbindung des ersten Anschlusses mit dem zweiten Anschluss an einer ersten Fläche vom Pumpendruck und in Richtung einer Verbindung des ersten Anschlusses mit dem dritten Anschluss von einer Kraft beaufschlagt, die gleich einer vom höchsten Lastdruck an einer in ihrer Größe der ersten Fläche entsprechenden, zweiten Fläche erzeugten Kraft entspricht, und außerdem von einer Regelfeder 32 beaufschlagt. Das Druckäquivalent der Regelfeder 32 beträgt zum Beispiel 12 bar. Übersteigt die vom Pumpendruck ausgeübte Kraft die Gegenkräfte, so wird die Stellkammer mit dem Druckanschluss der Hydropumpe verbunden. Dadurch fließt der Stellkammer Druckmittel zu, so dass das Hubvolumen der Hydropumpe verringert wird. Ist die vom Pumpendruck ausgeübte Kraft kleiner als die Gegenkräfte, so wird die Stellkammer mit dem Tank verbunden. Dadurch kann zum Beispiel durch eine den Stellkolben beaufschlagende Feder aus der Stellkammer Druckmittel zum Tank verdrängt werden, so dass das Hubvolumen der Hydropumpe vergrößert wird.The hydraulic pump 30 is equipped with a load-sensing control valve 31, which is typically mounted on the pump housing and has a first port that is fluidically connected to a control chamber adjacent to a control piston of the hydraulic pump. A second port of the control valve 31 is fluidically connected to the pressure port of the hydraulic pump. Finally, a third port is connected to the tank. The control valve has a control piston with which the hydraulic fluid flow between the three ports can be controlled. The control piston is acted upon by the pump pressure in the direction of a connection between the first port and the second port on a first surface, and in the direction of a connection between the first port and the third port by a force equal to the force generated by the highest load pressure on a second surface corresponding in size to the first surface, and is also acted upon by a control spring 32. The pressure equivalent of the control spring 32 is, for example, 12 bar. If the force exerted by the pump pressure exceeds the opposing forces, the control chamber is connected to the pressure port of the hydraulic pump. This allows pressurized fluid to flow into the control chamber, thus reducing the stroke volume of the hydraulic pump. If the force exerted by the pump pressure is less than the opposing forces, the control chamber is connected to the tank. This allows, for example, a spring acting on the control piston to displace pressurized fluid from the control chamber to the tank, thereby increasing the stroke volume of the hydraulic pump.
Die Hydropumpe 30 ist über eine Pumpenleitung 33 mit den Ventilanordnungen 10 und 11 fluidisch verbunden.The hydraulic pump 30 is fluidically connected to the valve arrangements 10 and 11 via a pump line 33.
Der höchste Lastdruck aller gleichzeitig betätigten hydraulischen Verbraucher wird durch Wechselventile 34 ausgewählt und über eine Lastmeldeleitung 35 bei dem Ausführungsbeispiel nach
Ohne weitere Maßnahmen wäre die Pumpendruckdifferenz zwischen dem Pumpendruck und dem höchsten Lastdruck konstant und würde dem Druckäquivalent der Regelfeder 32 des Regelventils 31 entsprechen. Dabei ist die Pumpendruckdifferenz so auszulegen, dass die Druckdifferenz an der dem augenblicklich lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zugeordneten Zumessblende trotz des Druckabfalls in der Pumpenleitung bis zur jeweiligen Individualdruckwaage nicht unter einen Wert abfällt, den die zugehörige Individualdruckwaage einzuregeln sucht. Der Druckabfall in der Pumpenleitung nimmt mit dem durch die Leitung fließenden Volumenstrom zu und ist bei maximalem Volumenstrom am größten. Beträgt der Druckabfall dann zum Beispiel 12 bar, so muss der Pumpendruck 22 bar höher als der höchste Lastdruck sein, um zu gewährleisten, dass an der Zumessblende des lastdruckhöchsten hydraulischen Verbrauchers noch eine Druckdifferenz von 10 bar ansteht. 12 bar sind dann der sogenannte Drucküberschuss.Without further measures, the pump pressure differential between the pump pressure and the highest load pressure would be constant and would correspond to the pressure equivalent of the control spring 32 of the control valve 31. The pump pressure differential must be designed such that, despite the pressure drop in the pump line up to the respective individual pressure balance, the pressure differential at the metering orifice assigned to the hydraulic consumer with the highest load pressure does not fall below a value that the associated individual pressure balance attempts to regulate. The pressure drop in the pump line increases with the flow rate through the line and is greatest at maximum flow rate. If the pressure drop is, for example, 12 bar, the pump pressure must be 22 bar higher than the highest load pressure to ensure that a pressure differential of 10 bar is still present at the metering orifice of the hydraulic consumer with the highest load pressure. 12 bar is then the so-called pressure surplus.
Dies bedeutet aber andererseits, dass bei kleinen Volumenströmen und einem geringeren Druckabfall in der Pumpenleitung 33 die Individualdruckwaagen den Pumpendruck nun um einen Wert Drucküberschuss minus Druckabfall in der Pumpenleitung abdrosseln müssen, wobei dies auch für die Individualdruckwaagen der gleichzeitig betätigten lastdruckniedrigeren hydraulischen Verbraucher gilt, die natürlich den Pumpendruck ohnehin abdrosseln müssen.However, this also means that with small volume flows and lower pressures... Due to the pressure drop in pump line 33, the individual pressure balances must now reduce the pump pressure by a value equal to the excess pressure minus the pressure drop in the pump line. This also applies to the individual pressure balances of the simultaneously operated lower-pressure hydraulic consumers, which of course must reduce the pump pressure anyway.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Um den Energieeinsatz effizienter gestalten zu können, wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Regelkolben des Regelventils 31 außer vom höchsten Lastdruck und der Regelfeder 32 in Richtung der Verbindung des zweiten Anschlusses mit dem dritten Anschluss von einem proportional verstellbaren Elektromagneten 36 beaufschlagt. Dieser wird in Abhängigkeit vom Volumenstrom in der Pumpenleitung 33 gesteuert.To make energy use more efficient, in the first embodiment, the control piston of the control valve 31 is acted upon by a proportionally adjustable electromagnet 36 in addition to the highest load pressure and the control spring 32 in the direction of the connection of the second port with the third port. This is controlled depending on the volume flow in the pump line 33.
Um den Volumenstrom zu ermitteln, wird die Drehzahl, mit der die Hydropumpe 30 angetrieben wird, von dem Drehzahlsensor 40 erfasst. Das Hubvolumen der Hydropumpe wird von einem Positionssensor 41 erfasst, der zum Beispiel die Position des Stellkolbens der Pumpe erfasst. Der Volumenstrom ergibt sich dann durch Multiplikation des Hubvolumens mit der Drehzahl und, wenn man es sehr genau haben will, mit dem volumetrischen Wirkungsgrad der Hydropumpe in einer elektronischen Steuereinheit 42. Anhand einer abgespeicherten Kennlinie 43 wird nun ermittelt, welche Pumpendruckdifferenz dafür sorgt, dass bei dem gegebenen Volumenstrom der Hydropumpe 30 der Druck am Eingang der dem lastdruckhöchsten hydraulischen Verbraucher zugeordneten Individualdruckwaage gerade so hoch ist, dass die Individualdruckwaage nur noch sehr wenig Druck abdrosseln muss. Idealerweise würde der Druck gerade 10 bar über dem Lastdruck liegen.To determine the flow rate, the rotational speed at which the hydraulic pump 30 is driven is measured by the speed sensor 40. The stroke volume of the hydraulic pump is measured by a position sensor 41, which, for example, detects the position of the pump's actuator piston. The flow rate is then calculated by multiplying the stroke volume by the rotational speed and, for greater precision, by the volumetric efficiency of the hydraulic pump in an electronic control unit 42. Using a stored characteristic curve 43, the system determines the pump pressure differential required to ensure that, at the given flow rate of the hydraulic pump 30, the pressure at the inlet of the individual pressure compensator assigned to the hydraulic consumer with the highest load pressure is just high enough that the compensator only needs to throttle very little pressure. Ideally, the pressure would be exactly 10 bar above the load pressure.
Entsprechend der ermittelten Pumpendruckdifferenz wird nun der Elektromagnet 36 angesteuert. Ist der Volumenstrom klein, so genügt eine kleine Pumpendruckdifferenz von zum Beispiel 12 bar oder weniger. Die Regelfeder 32 des Regelventils 31 möge auf ein Druckäquivalent von 12 bar eingestellt sein, so dass bei dem betrachteten kleinen Volumenstrom der Elektromagnet 36 nicht angesteuert wird. Wird festgestellt, dass der augenblickliche Volumenstrom eine Pumpendruckdifferenz von zum Beispiel 16 bar erfordert, so wird der Elektromagnet 36 derart bestromt, dass er zusätzlich zur Regelfeder 32 eine Kraft erzeugt, die einem Druck von 4 bar äquivalent ist. Der Pumpendruck steigt somit auf 16 bar. Entsprechend wird der Elektromagnet bei anderen Volumenströmen angesteuert.Based on the determined pump pressure differential, the electromagnet 36 is now activated. If the flow rate is low, a small pump pressure differential of, for example, 12 bar or less is sufficient. The control spring 32 of the control valve 31 may be set to a pressure equivalent of 12 bar, so that the electromagnet 36 is not activated at the low flow rate considered. If it is determined that the current flow rate requires a pump pressure differential of, for example, 16 bar, the electromagnet 36 is energized in such a way that, in addition to the control spring 32, it generates a force equivalent to a pressure of 4 bar. The pump pressure thus increases to 16 bar. The electromagnet is activated accordingly for other flow rates.
Ein Elektromagnet könnte auch im gleichen Sinne wie der Pumpendruck auf den Regelkolben des Regelventils 31 wirken. Die Regelfeder müsste dann ein Druckäquivalent von 22 bar haben. Dann wäre der Elektromagnet bei kleinen Volumenströmen zu bestromen, damit ein nur 10 bis 12 bar über dem höchsten Lastdruck liegender Pumpendruck erzeugt wird. Bei sehr großen Volumenströmen würde der Elektromagnet nicht angesteuert, so dass der Pumpendruck um das Druckäquivalent der Regelfeder über dem höchsten Lastdruck läge.An electromagnet could also act on the control piston of the control valve 31 in the same way as the pump pressure. The control spring would then need to have a pressure equivalent of 22 bar. The electromagnet would then be energized at low flow rates to generate a pump pressure only 10 to 12 bar above the maximum load pressure. At very high flow rates, the electromagnet would not be activated, so the pump pressure would be higher than the maximum load pressure by the pressure equivalent of the control spring.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Der höchste Lastdruck möge zum Beispiel 180 bar betragen. Ist der Volumenstrom klein, so genügt eine kleine Pumpendruckdifferenz von zum Beispiel 12 bar oder weniger. Die Regelfeder 32 des Regelventils 31 möge auch bei dem Ausführungsbeispiel nach
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- VentilanordnungValve arrangement
- 1111
- VentilanordnungValve arrangement
- 1212
- DifferentialzylinderDifferential cylinder
- 1313
- DifferentialzylinderDifferential cylinder
- 1414
- ZumessblendeMeasuring aperture
- 1515
- Tanktank
- 1616
- IndividualdruckwaageIndividual pressure scale
- 2424
- ZumessblendeMeasuring aperture
- 2626
- IndividualdruckwaageIndividual pressure scale
- 3030
- Hydropumpehydraulic pump
- 3131
- Load-Sensing-RegelventilLoad-sensing control valve
- 3232
- RegelfederControl spring
- 3333
- PumpenleitungPump line
- 3434
- WechselventilChangeover valve
- 3535
- LastmeldeleitungLoad reporting line
- 3636
- Elektromagnetelectromagnet
- 3939
- Drucksensorpressure sensor
- 4040
- DrehzahlsensorSpeed sensor
- 4141
- PositionssensorPosition sensor
- 4242
- elektronische Steuereinheitelectronic control unit
- 4343
- KennlinieCharacteristic curve
- 4444
- AuswerteschaltungEvaluation circuit
- 4545
- SummierungsstelleSummation point
- 4646
- Elektromagnetelectromagnet
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |