DE3021927A1

DE3021927A1 - Elektronische steuereinrichtung fuer verstellpumpen

Info

Publication number: DE3021927A1
Application number: DE19803021927
Authority: DE
Inventors: Paul K Houtman; Thomas A Kowalski; Charles H Whitmore; Richard H Woodring
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1980-12-18
Also published as: FR2458840B1; AU5921880A; GB2056122B; JPS5650288A; CA1140655A; IT1131820B; FR2458840A1; GB2056122A; US4285639A; IT8022704A0; BR8003626A

Description

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PAEKER HANNIFIN CORPORATION Cleveland, Ohio (V.S..A.)

Elektronische Steuereinrichtung für Yerstellpumpen

Die Erfindung "betrifft Verstellpumpen, insbesondere eine elektronische Einrichtung zur Steuerung des Förderstroms und des Austrittsdruckes derartiger Pumpen.

Es ist "bekannt, "bei Verstellpumpen den Austrittsdruck und den Förderstrom zu steuern, wobei je nach der Einsatzart der Pumpe die eine oder andere Steuerungsart gewählt werden kann. Gewöhnlich wird mit Druckausgleich gearbeitet, aber auch der Stromausgleich wird häufig angewendet, wenn beispielsweise die Geschwindigkeit eines Hydrozylinders gesteuert werden soll. Es ist auch bekannt, einen Strom- und einen Druckausgleich miteinander zu kombinieren und dazu Steuerungseinrichtungen für beide Parameter an einer gemeinsamen Pumpe vorzusehen. Zur Energieeinsparung werden in der letzten Zeit häufiger Verstellpumpen verwendet, die für eine Strom- und eine Drucksteuerung eingerichtet und dahe^ flexibler sind.

Es ist ferner bekannt, derartige Steuerungseinrichtungen für eine Fernsteuerung einzurichten, und zwar nicht nur

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Auswahl oder Veränderung des Betriebszustandes der lumpe durch Fernbedienung, sondern auch zur kontinuierlichen Steuerung der Pumpe durch ein elektrisches Signal. Auf diese V/eise kann eine sehr flexible Steuerung erhalten werden.

Es ist zwar bekannt^ für die Veränderung der Sollwerte für den Strom- und Druckausgleich eine Fe^nb-diennris; vorzusehen, doch waren für die beiden Steuerungsarten bisher im wesentlichen voneinander unabhängige Einrichtungen erforderlich und die Kosten in vielen Fällen zu hoch. Diese Einrichtungen bestanden im wesentlichen _aus unabhängigen Regelkreisen zur Steuerung eines mechanischen Stellgliedes, das entweder in der Pumpe selbst oder in einem Steuerungsteil derselben vorgesehen war. Dabei bestand jeder Regelkreis aus einer Elektronik zum Erfassen und Verstärken einer Abweichung auf Grund eines eingegebenen Sollwertsignals und eines Rückfülirungssignals, das von einem mit der Regelstrecke verbundenen Sensor kommt, und umfaßte er meistens auch ein Servorventil zur Abgabe von Druckmittel an einen Stellkolben.

Beispielsweise könnte mit dem Ausgleichsventil der Flügelzellenpumpe mit veränderbarem FörderS'brom gemäß der US-PS 3 5^9 281 ein Positionierungs- Regelkreis verbunden werden, dessen Stellglied aus einer Stange besteht, die an dem Ende der Feder des Ausgleichsventils angreift und dadurch die Spannung der Feder verändert. Au± diese Weise könnte ein ferngesteuerter Druckausgleich der Pumpe erfolgen.

Man könnte einen zweiten Regelkreis mit einem Positions-

sensor vorsehen, der mit dem Gehäuse der Pumpe mechanisch gekuppelt ist und auf ein Sollstromsignal derart anspricht, dass von eier Druckseite der Pumpe über ein Servoventil der zum Verstellen des Gehäuseringes dienende Stellkolben der Pumpe druckbeaufschlagt wird. Auf diese Weise kann außer dem Austrittsdruck auch der Förderstrom der Pumpe beeinflußt werden.

In den bekannten Systemen zur Beeinflussung sowohl des Förderstroms als auch des Austrittsdruckes hat die große. Zahl der erfordsrlichen Bestandteile einen ungünstigen Einfluß auf die Zuverlässigkeit und die Kosten. Andererseitsist die Verstellpumpe dank ihrer Anpassungsfähigkeit hervorragend zur Energieeinsparung geeignet. Ihre weitere Verwendung ist jedoch davon abhängig, dass die für die Anpassungsfähigkeit der Pumpe erforderlichen Steuerungseinrichtungen nicht zu aufwendig sind.

Die Erfindung sdafft nun eine vereinfachte Steuerungseinrichtung zur Beeinflussung des Förderstroms und des Austrittsdruckes von Verstellpumpen. Zu diesem Zweck wird eine elektronische Schaltung mit als integrierte Schaltungen ausgebildeten Operationsverstärkern vorgesehen, die auf Grund von elektrischen EingangsSignalen den Förderstrom und den Austrittsdruck einer Verstellpumpe beeinflussen können. Ferner ist eine Regelung vorgesehen, welche die bei verschiedenen Austrittsdrückeη in der Pumpe auftretenden Schlupfverluste ausgleicht-, diese Regelung kann entsprechend dem Verschleiß von Teilen der Pumpe und der Steuerungseinrichtung nachgestellt werden.

Eine bevorzugte Anwendung findet die Erfindung zur Steue-

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rung einer Flügelzellen-Verstellpumpe, die in einer Kunststoff -Spritzgußmaschine verwendet wird. Dabei sollen die Formteile mit einer gesteuerten Geschwindigkeit geschlossen und im geschlossenen Zustand während des Spritzgußvorganges einer gesteuerten Kraft unterworfen werden. Für diese Aufgabe eignet sich besonders eine Verstellpumpe , in der zunächst über den Förderstrom die Schließgeschwindigkeit und danach über den Druck des Nachdruckes gesteuert wird. Dabei ist es während der Förderstromfsteuerung zweckmäßig, die Drucksteuerung zum Verhindern einer Überlastung heranzuziehen.

In der bevorzugten Anwendung der Erfindung ist eine übliche Flügelzellen-Verstellpumpe mit einem druckmittelbetätigten Ausgleichsventil kombiniert, das durch ein zur Proportionalregelung dienendes Hydroventil gesteuert -wird, das auf elektrische Ausgangssignale eines elektronischen Steuerungssystems anspricht.

Das Ausgleichsventil besitzt ein übliches federbelastetes Kolbenventil, das von der Druckseite der Verstellpumpe mit Druckmitteldruck beaufschlagt wird und in Abhängigkeit von dem Austrittsdruck der Pumpe den Stellkolben der Pumpe mit einem geringeren Druck beaufschlagt. In einem Ausgleichsventil wird na? malerweise der Ventilkolben mit dem gegen die Kraft einer Rückstellfeder wirkenden Austrittsdruck der Pumpe beaufschlagt. In den "bekannten Systemen konnte die Vorspannung der Feder von Hand oder über ein Stellglied mittels eines Regelkreises verstellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird die von der Rückstellfeder auf den Kolben des Ausgleichsventils ausgeübte Federkraft durch den Austrittsdruck der Flügelzellenpumpe unter Steuerung durch ein elektrisch-hydraulisches Servoventil unterstützt. Dieses

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Servoventil bewirkt durch eine Proportionalsteuerung, dass der Austrittsdruck des Ventile der Amplitude eines an den Steuereingang des Ventils angelegten, elektrischen Signals proportional ist.

Zum Erzeugen dieses elektrischen Signals dient eine elektronische Schaltung mit Operationsverstärkern, die als integrierte Schaltungen vorgesehen sind und den Förderstrom und den Austrittsdruck der Pumpe darstellende, elektrische Eingangssignale und ein Rückführungs-. signal empfangen, das die Position des Gehäuseringes der Flügelzellenpumpe darstellt.

Die Steuerung umfaßt ferner eine Integrierstufe, die das Sollstromsignal und das von dem Sensor für die Ge-* häuseringposition kommende Rückführungssignal empfängt und deren die Sollstellung des Gehäuseringes in der Flügelzellenpumpe darstellendes Ausgangss^pal an einen Summierpunkt angelegt wird, an dem auch das Ausgangssignal eines zweiten Operationsverstärkers liegt, an dessen Eingang ein Signal liegt, das durch die Kombination des Ausgangssignals des Integrierverstärkers und eines die Obergrenze für den Austrittsdruck der Pumpe angebenden Signals erhalten wird. An den -Eingang eines dritten Operationsverstärkers werden das Ausgangssignal des Integrierverstärkers und über eine Logikschaltung das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers angelegt. Die logikschaltung bewirkt, dass der v/ert des an den dritten Operationsverstärker angelegten Signals durch das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers begrenzt, d.h. eine Druckbegrenzung bewirkt wird. Das Ausgangssignal des dritten Verstärkers wird einem Endverstärker zugeführt, der ein Steuersignal an das elek-

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trisch-hydraulische Ventil abgibt, das jetzt über die Rückstellfeder des Ausgleichsventils einen Sollwert für den Beaufschlagungsdruck des Stellkolbens der Flügelzellenpumpe und damit eine Sollposition für den Gehäusering der Pumpe bestimmt. Wenn Veränderungen der Belastung der Pumpe zu Veränderungen des Pumpenaustrittsdruckes führen, werden die von dem elektrisch-hydraulischen Ventil und dem. Druckausgleichsventil erzeugten Drucksignale kontinuierlich derart verändert, dass die Pumpe mit einem gewünschten Förderstrom und Austrittsdruck arbeitet.

Die Erfindung schafft somit ein elektronisches System zur Steuerung des Austrittsdruckes und des Förderst.roms einer Verstellpumpe mit einem aus Operationsverstärkern bestehenden Regelkreis zur kontinuierlichen Steuerung des den Förderstrom steuernden Teils der Pumpe. Bei Anwendung auf eine Flügelzellen-Verstellpumpe werden ein Sollstromsignal und ein die Stellung des verstellbaren Gehäuseringes darstellendes Rückführungssignal an einen Integrierverstärker angelegt, dessen Ausgangssignal an ein elektrischhydraulisches Ventil zur Steuerung des Druckausgleichsventils der Pumpe angelegt wird. Zur Beeinflussung des Austrittsdruckes der Pumpe wird das Steuersignal durch Vergleich mit einem Diuckbegrenzungssignal begrenzt. Zum Ausgleich von Schlupfverlusten wird ein Teil des Steuersignals zu einer proportionalen Verändaung des Druckbegrenzungssignals herangezogen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

In diesen zeigt

Figur 1 ein Blockschema einer Kombination einer elektrischen Steuereinrichtung gemäß der Erfindung mit

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einer Verstellpumpe, wobei die Erzeugung deir verwendeten Signale und die Art der Lastkompensation angedeutet sind

Figur 2 im Vertikällängsschnitt das Druckausgleichsventil gemäß der Erfindung

Figur 5 ausführlicher die elektronische Schaltung,'? mit deren Verbindungen mit d.em elektrisch-hydraulischen Ventil und der Flüge ^zellenpumpe mit veränderbarem Förderstrom und

Figur 4· im Vertikallängsschnitt ein elektrisch-hydraulisches Ventil zur Steuerung des Ausgleichsventils gemäß Figur 2.

Gemäß Figur 1 umfaßt die Steuerungseinrichtung 10 gemäß der Erfindung eine Elektronikschaltung 11, ein elektrisch-hydraulisches Ventil 12 (EHV), ein DruckaugJ.eichsventil 14·, einen Stellkolben 15, einen Gehäusering 16 und einen Positionssensor 18. Der Stellkorben 15 und der Gehäusering 16 gehören zu der Flügelzellenpumpe 20, deren Druckseite dutch den Kasten 19 angedeutet ist. Die Pumpe 20 gibt Flüssigkeit in einem einstellbaren Förderstrom unter einem einstellbaren Druck an eine Last 21 ab. Die Druckseite 19 ist schematisch angedeutet, damit gezeigt werden kann, wie der Austrittsdruck der Pumpe über die Sückkopplungsleitungen 22 und 24- auf das EHV 12 bzw. das Druckausgleichs ventil 14 wirken kann. Ein weiterer Eegelkreis umfaßt den Positionssensor 18, der über die Leitung 25 an die elektrische Schaltung 11 ein elektrisches Signal abgibt, das die Position des Gehäuseringes 16 der Verstellpumpe 20 darstellt. In dem in Figur 1 dargestellten Steuerungssystem werden über die Leitungen 26 und 27 Signale abgegeben, welche die Sollwerte für den Förderstrom bzw. den Austrittsdruck der Pumpe 20 darstellen.

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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Flügelzellenpumpe mit veränderbarem Förderstrom verwendet, die unter Druck stehende Flüssigkeit an den Formschließzylinder, den Spritzzylinder und den Schnekkenantriebsmotor einer Spritzgußmaschine abgibt. Es kann erforderlich sein, diese Teile der Maschine einzeln nacheinander oder in verschiedenen Kombinationen zu betätigen. Für diesen Zweck ist die Verstellpumpe dank ihrer großen Flexibilität besonders gut geeignet. Die hier beschriebene Verstellpumpe ist eine Flügelzellenpumpe, doch kann man die Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung auch zusammen mit anderen Geräten, beispielsweise einer Kolben-Verstellpumpe verwenden. Allgemein kann das System gemäß der Erfindung in zahlreichen Fällen verwendet werden, in den ein einzelner Teil aufgrund von mehreren elektrischen Signalen gesteuert werden soll.

In der hier verwendeten Flügelzellen-Verstellpumpe 20 bestimmt in an sich bekannter Weise die Position des Gehäuseringes 16 das Maß, um das die Flügel vorstehen und damit den Förderstrom der Pumpe und kann auf diese Weise sowohl der Austrittsdruck als auch der Förderstrom der Pumpe beeinflußt werden. Die Wirkungsweise einer derartigen Flügelzellenpumpe mit veränderbarem Förderstrom ist in der am 22. Juni 1976 ausgegebenen US-PS 3 964 844 (Whitmore und Mitarb.) erläutert. Der Förderstrom kann mittels eines Positionssensors 18 überwacht werden. In einer Axialkolbenpumpe kann man eine ähnliche Beeinflussung durch Veränderung des Winkels einer darin vorgesehenen Taumelscheibe erzielen.

In der in Figur 1 dargestellten Steuerungseinrichtung 10 bewirken über die Leitungen 25, 26, 27 angelegte elektri-

sehe Signale, dass über die leitung 30 ein Steuersignal an das elektrisch-hydraulische Ventil 12 angelegt wird. Dieses zur Proportionalsteuerung dienende Ventil 12 legt an die ^eitung 31 ein Drucksignal an, das dem Druck in der an die Druckseite 19 der Pumpe 20 angeschlossenen Leitung 22 und dem über die ^eitung 30 angelegten elektrischen Steuersignal proportional ist. Das Drucksignal wird über die figitung 31 an das Druckausgleichsventil 14 abgegeben, das auf der Druckseite

19 der Pumpe 20 deren Förderstrom steuert.

Es wurde bereits erwähnt, dass die Flügelzellenpumpe

20 mit veränderbarem Förderstroia eine übliche Pumpe mit einem Gehäusering 16 ist, der durch einen druckmitteldruckbeaufscÜLagten Stellkolben 15 verstellbar ist. Der den Stellkolben 15 beaufschlagende Druckmitteldruck und damit der Förderstrom der Pumpe 20 wird durch ein Druckausgleichsventil 14 gesteuert. In der vorliegenden, bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Druckausgleichsventil 14- ein übüciies Ausgleichsventil, das mit dem Stellkolben 15 und dem Gehäusering 16 der Pumpe deren Austrittsdruck regelt, beispielsweise wie es in der US-PS 3 549 281 beschrieben ist. In derartigen bekannten Druckausgleichsventilen wird durch manuelles Einstellen der Federspannung die auf den Kolben des Ventils wirkende Rückstellkraft und damit der Druckmitteldruck beeinflußt, mit dem der Stellkolben 15 der Pumpe beaufschlagt wird.Dieser Druck ist eine Funktion des Austrittsdruckes der Pumpe, mit dem der Ventilkolben gegensinnig zu der Federkraft beaufschlagt wird. Ein derartiges System ist in Figur 1 dargestellt, in der eine Leitung 24- von der Druckseite 19 der Pumpe 20 zu dem Druckausgleichsventil 14 führt, das über die ^eitung

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ein Ausgangssignal an den Stellkorben 15 abgibt, der seinerseits den Gehäuaaring 16 positioniert.

Wenn datier bei einer gegebenen Position des Gehäuserixiges 16 die Pumpe 20 von einem Elektromotor oder dergleichen mit konstanter Drehzahl angetrieben wird und einer Last 21 einen Förderstrom zuführt, stellen sich die Pumpe 20 und das Druckausgleichsventil 14 auf einen stationärer" Zustand ein. Bei einer Veränderung der Last 21, beispiels'-weise einer Erhöhung der Belastung, nimmt der Druck auf der Druckseite 19 zu. Dieser D_ruckanstieg wirkt über die Rückkopplungsleitung 24 auf das Druckausgleichsventil 14-so dass der über die leitung 32 den Stellkolben Vp beaufschlagende Druck verringert und der Gehäusering 16 im Sinne einer Verringerung des Förderstroms der Pumpe verstellt wird. Infolgedessen wird auch der Austrittsdruck der Pumpe verringert. Dieser Vorgang dauert an, bis ein neuer stationärer Zustand erreicht ist.

In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird zur Steuerung der Position des Gehäuseringes 16 der Pampe 20 ein abgeändertes Druckausgleichsventil 14 verwendet, das nun anhand der Figur 2 beschrieben wird. In dem Gehäuse 35 ^es Ventils sind eine untere Bohrung 36t eine obere Bohrung 38 und diese verbindende Querbohrungen 39» 40 ausgebildet, die als Sauganschluß bzw. Systemdruckanschluß dienen. Die Bohrung 40 wird mit dem Austrittsdruck der Pumpe 20 beaufschlagt. Mit der unteren Bohrung 36 stehen ein zweiter Sauganschluß 41 und ein Stellkolbenanschluß 42 in Verbindung. Dieser steht mit der leitung 32 (Figur 1) in Verbindung, über die der Stellkolben 15

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mit Druckmitteldruck beaufschlagt wird. Am einen Ende
des Gehäuses 35 besitzt dieses eine große Flachsenkung
die eine Federaufnahme darstellt und über eine querbohrung
4-5 mit der oberen Bohrung 38 in Verbindung steht. Die obere Bohrung 38 besitzt am einen Ende ein Gewinde 4-6 zum
Einschrauben eines Fittings, das über die Leitung 31
(Figur 1) mit dem EHV 12 verbunden ist.

Die untere Bohrung 36 des Ventilgehäuses 35 ist am linken
!Ende mit einem Schraubstöpsel 4-8 verschlossen und enthält einen Ventilkolben 50 mit Rippen 51 bis 53, die
mit dem Ventilgehäuse 35 dicht in Gleitberührung stehen.
In dem Kolben 50 erstreckt sich über einen Teil seiner
axialen Länge eine zentrale Bohrung, die über Querbohrungen
55 eine Verbindung zwischen dem Systemdruckanschluß 4-0
und auswärts von der Rippe 51 gelegenen, linken Stirnfläche des Kolbens 50 herstellt. Mit dem an den Anschluß
4-0 angelegten Systemdruck werden somit die Rippen 51»

53 im Sinne einer Bewegung des Kolbens 50 nach rechts I

i in Figur 2 beaufschlagt. f

Die Federaufnahme 4-4- enthält eine Druckfeder 56, die über |

Federteller auf die rechte Stirnfläche des Ventilkolbens · %

50 wirkt und diesen nach links zu bewegen trachtet. Die |

Federaufnahme 44 ist an ihrem rechten Ende durch eine |,

Kappe 58 geschlossen und bildet einen dicht verschlossenen f

Raum, der nur über die Querbohrung 4-5 mit der oberen |

Bohrung 38 in Verbindung steht. Der in der Federaufnahme %

44 herrschende und die rechte Stirnfläche des Kolbens 50 1

beaufschlagende Druck ^rächtet zusammen mit der Kraft |

der Feder 56,den Kolben 5° nach links zu bewegen. Selbst \

bei druckloser Federaufnahme 4-4- trachtet die Feder 56, |

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den Ventilkolben 50 nach links in eine Position zu bewegen, in der die Hippe 52 den Stellkolbenanschluß 42 aufgesteuert hat, so dass unter dem Systemdruck stehende Flüssigkeit von dem Kanal 40 dem Stellkolbenanschluß 42 zugeführt wird. Wenn sich der Ventilkegel 50 unter der Einwirkung des Systemdrucks nach rechts bewegt, könnte die Rippe 52 in eine Stellung bewegt werden, in der sie den Anschluß 42 teilweise verschließt, so dass der Stellkolben 15 mit einem geringeren als dem Systemdruck beaufschlagt wird. Wenn der Kolben 50 in Figur 1 nicht weiter nach rechts bewegt wird, unterbricht die Rippe 52 die Verbindung zwischen den Anschlüssen 40 und 42 vollständig und steuert sie eine Verbindung zwischen dem Stellkolbenanschluß 42 und dem Sauganschluß 39 auf, so dass das auf den Stöllkolben 15 einwirkende Druckmittel der Saugseite der Pompe 20 zugeführt werden kann.

iDie obere Bohrung 38 ist an ihrem linken Ende mit einer federbelasteten Ventilnadel 60 abgeschlossen, deren abflußseitiges Eide sich in der Saugbohrung 39 befindet und die als Sicherheitsventil wirkt. Durch Einschrauben der Tragstange 61 in das Ventilgehäuse 35 kann die Federbelastung der Ventilnadel 60 eingestellt werden. Das Ausgleichsventil 14 besitzt ferner in der mit dem Systemdruck beaufschlagten Querbohrung 40 an deren Schnittpunkt mit der oberen Bohrung 38 eine Blende 62 mit einer engen Durchlaßöffnung, die mit der oberen Bohrung 38 in Verbindung steht.

In der Figur 4 ist schematisch im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch-hydraulischen Ventils gezeigt, ■das in das Gewinde 46 am einen Ende der oberen Bohrung 38 des Ausgleichsventils 14 geschraubt werden kann. Das Ventil 12 ist ein Proportional-Drucksteuerventil, dessen Austritts-

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druck der Stromstärke eines an das Ventil angelegten elektrischen Signals im wesentlichen proportional ist. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein von der Firma Fema Corporation in Portage, Michigan (V₀St.A.) als Modell 82 erhältliches Proportional-Drucksteuerventil (Teil Nr. 82820) verwendet. Dieses Ventil kann einen Austrittsdruck bis zu etwa 140 bar haben, der bei einem Eingangsstrom von etwa 0,5 A erreicht wird. Dieses Ventil ist zur Steuerung des Austrittsdruckes bei Veränderungen des Förderstroms der Pumpe im Bereich von etwa 1,7 l/min bei 17 bar bis zu etwa 12 l/min bei etwa 140 bar geeignet. Das angegebene Ventil stellt jedoch nur ein Beispiel eines Ventils dar, das in einem System der vorliegenden Art verwendet⁵ werden kann. Im Rahmen des Erfindungsgedankens können auch Ventile zahlreicher anderer, ähnlicher Arten verwendet werden.

Das EHV 12 besitzt in seinem Ventilgehäuse 68 eine Magnetspule 66 zum Erzeugen einer magnetischen Kraft, die auf einen Anker 69 ausgeübt wird, der in der Spule koaxial und längsbewegbar angeordnet ist. Der Anker 69 dient zur Steuerung des Druckmittelstroms, der durch eine Düse oder einen Ventilsitz 70 tritt, mit der oder dem der Anker 69 zusammenwirkt. Über den Ventilsitz stehen ein Einlaß 71 und ein Auslaß 72 miteinander in Verbindung. Der Einlaß 71 des EHV 12 steht über die Leitung 31 (Figur 1) mit dem gewindetragenden Teil 46 der oberen Bohrung 38 des Ausgleichsventils 14· in Verbindung. Der Auslaß 72 steht mit dem Behälter in Verbindung^, der unter atmosphärischem Druck steht, Daher führt das Anlegen eines elektrischen Signals über die Speiseleitungen;

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74 an die Magnetspule 66 zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das den Anker 69 gegen die Wirkung des durch den Ventilsitz 70 tretenden Druckmittelstroms gegen den Ventilsitz 70 bewegt, so dass der Durchlaß in dem Ventils tz 70 verengt und daher im Einlaß 71 und damit auch in der oberen Bohrung 38 des Ausgleichsventils 14 ein Rückstau erzeugt wird.

Im Betrieb steuert das AusJ-eichsventil 14 den Druck in dem Stellkolbenanschluß 42 in Abhängigkeit von dem Austrittsdruck der Pumpe 20, der an den Systemdruckanschluß 40 angelegt wird, und in Abhängigkeit von dem Druck, der unter Steuerung durch das EHV 12 in der Federaufnahme 44 herrscht. Der Druck in der oberen Bohrung 38 entspricht dem an den Anschluß 40 angelegten Systemdruck abzüglich des Druckabfalls an der Blende 62; dieser Druckabfall beträgt unter normalen Betriebsbedingungen etwa 14 bar. Der Druckabfall an der Blende 62 soll die Kraft der Feder 56 praktisch vollständig kompensieren, so dass unter nor- -malen Betriebsbedingungen die auf den Kolben 50 wirkenden Kräfte im wesentlichen nur von dem an den Anschluß 40 angelegten Systemdruck und dem durch das EHV 12 gesteuerten Druck in der Federaufnahme 44 abhängig ist.

In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann man daher sowohl den Austrittsdruck als auch den Förderstrom beeinflussen, indem man den Druck in der Federaufnahme 44 und damit den Druck steuert, mit dem über den Stellkolbenanschluß 42 der Stellkolben 15 der Pumpe 20 beaufschlagt wird, der den Gehäusering 16 der Pumpe in die entsprechen-

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de Position bringt. Die Koppelung des Positionssensors mit der Verstellpumpe 20 ist durch eine gestrichelte Linie 78 angedeutet, die besagen soll, dass das bewegliche Element des Positionssensors 18 an dem Gehäusering 16 der Pumpe 20 angreift und der Sensor 18 über die Leitung 79 ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das der Position des Gehäuseringes 16 und damit dem Mörderstrom der Pumpe 'J20 proportional ist. In der bevorzugten Ausführungsform 'der Erfindung ist der Sensor 18 ein Weg-Gleichstrom-Wandler, der in .Abhängigkeit von der Position seines beweglichen Elemt its ein Gleichstromsignal erzeugt. Das Rück'ührungssignal wird über die leitung 79 an einen Eingang 80 der elektronischen Steuerschaltung 11 abgegeben. An die Eingänge 81 und 82 dieser Schaltung 11 werden Befehlssignale angelegt, die einen Sollwert für den I¹Orderstrom und eine Obergrenze für den Austrittsdruck der Pumpe 20 angeben.

Die elektrische Steuerschaltung 11 umfaßt als i tegrierte Schaltungen ausgebildete Operationsverstärker und eine eigene Endverstärkerstufe. Der erste Verstärker 84- ist als Integrierverstärker und der zweite und dritte Verstärker 85 und 86 sind als summierende Umkehrverstärker geschaltet. Der Endverstärker 87 ist ein Leistungstransistor in Emitterschaltung. Die Stromversorgung der elektronischen Schaltung ist nicht dargestellt. Die Verstärker 84- bis 87 werden auf bekannte Weise gespeist. An manchen Stellen sind mit in Klammern gesetzten (+)- und (-)-Zeichen die Vazeichen von Spannungen angedeutet,¹ die auf eine stabilisierte Spannungsquelle hinweisen.

Von dem Schleifer des Potentiometers 90 wird ein Soll-

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stromsignal über geeignete Schaltungsbestandteile an einen Summierpunkt 91 angelegt, der mit dem negierenden Eingang des Integrierverstärkers 84- verbunden ist. An den Summierpunkt 91 wird ferner von dem Sensor 18 über den Eingang 80 ein Rückführungssignal angelegt, das an dem Summierpunkt 91 mit anderen Signalen zu dem Eingangssignal des Integrierverstärkers 84- kombiniert wird. Das ,fan dem Eingang 81 liegende Signal ist normalerweise ein positives Signal im Bereich von 0 bis +6 V, wobei f höheres Potential einen höheren Sollwert für den Eörderstrom der Verstellpumpe 20 angibt. Das an den Eingang 80 angelegte Rückkopplungssignal ist ein negatives Signal im Bereich von etwa 0 bis -6 V und gibt die Position des Gehäuseringes 16 der Pumpe 20 an, wobei ein größeres negatives Potential einem größeren Jörderstrom der Pumpe 20 entspricht. Zum Erzielen einer Integrierfunktion ist der Integrierverstärker 84- mit einem Rückkopplungskondensator 92 kombiniert. Die Spannung am Ausgang 94· des Integrierverstärkers 84- ändert sich mit einer Geschwindigkeit, die dem über den Summierpunkt 91 an den Eingang des Verstärkers 84- angelegten Signal proportional ist. Der Integrierverstärker 84- ist vorzugsweise eine hochwertige Einrichtung, die an ihrem Ausgang 94- eine Spannung aufrechterxiaxten isiann, dxc eme ϊιΐχΐΐΐυχοη der Exngangsspannung usz. 91 ist. Beispielsweise kann der Verstärker ein unter der Bezeichnung MG14-56G von der Firma Motorola erhältlicher Verstärker oder ein gleichwertiger Verstärker sein; dies gilt auch für die anderen Operationsverstärker 85 und 86. Der Endverstärker 87 kann ein Transistor von Typ 2N604-5 oder ein gleichwertiges Gerät sein.

Das Aus gangs signal des Integrierverstärkers 84- wird an den negierenden Eingang 95 eines weiteren Operationsverstärkers 86 angelegt, der von seinem Ausgang 96 ein

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Ausgangssignal an die Basiselektrode des Üeistungstransistors 87 anlegt. Dieser legt ein entsprechendes Steuersignal über die Leitungen 74- an das EHV 12 an.

Zum Positionieren des Gehäuseringes 16 der Pumpe 20 ist somit ein'. Regelkreis vorhanden. Wenn über den Eingang 81 an den Summierpunkt 91 ein Sollstromsignal angelegt wird, erscheint am Ausgang 94- des Integrierverstärkers 84· ein Spannungssignal, das über die Verstärker 86, 87 dem EHV 12 zugeführt wird. Dieses Signal trachtet, -den Anker 69 des EHV 12 im Sinne des Schließens der Ventilöffnung 70 zu bewegen und damit den Druck im Einlaß 71 des EHV 12 und in der oberen Bohrung 38 und der Federaufnahme 44 des Ausgleichsventils 4-5 zu erhöhen. Nun sei auf die Figur 2 bezuggenommen. Ohne einen Systemdruck würde die Ventilfeder 56 den Ventilkolben 50 nach links schieben und dadurch die Verbindung zwischen dem Druckansdiuß 4-0 und dem Stellkolbenanschluß 4-2 und damit zu dem Stellkolben 15 aufsteuern, so dass dieser den Gehäusering 16 in eine Position bringt, in dem die Pumpe 20 einen größeren Förderstrom erzeugen kann. Dann werden jedoch die Rippen 51» 53 mit dem in dem Druckanschluß 4-0 auftretenden ßystemdruck beaufschlagt, der unter Überwindung- der relativ schwachen Rückstellkraft der Feder 56 den Kolben 50 nach rechts zu bewegen trachtet. Infolgedessen unterbricht die Rippe 52 die Verbindung zu dem Stellkolbenanschluß 4-2, so dass der den Stellkolben 15 beaufschlagende Druck nicht weiter ansteigen kann.

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der Positionssensor 18 eine relativ niedrige Spannung, die angibt, dass der G-ehäusering 16 der Pumpe 20 nur relativ wenig verstellt worden ist. Bei einem so kleinen Rückkopplungssignal bewirkt das an dem Summierpunkt 91 vorhandene, kombinierte Signal, dass das Ausgangssignal des Integrierverstärkers 84 und damit auch das iiüber die Ausgangsleitungen 7^ an das EHV 12 abgegebene Steuersignal weiter zunehmen. Bei zunehmendem Druckanstieg tv. der Federaufnahme 44 unterstützt der die rechte Stirnfläche des Ventilkolbens 50 beaufschlagende Druck die Kraft der Feder 56? so dass der Ventilkolben 50 nach links geschoben wird, bis die Rippe den Stellkolbenanschluß 42 auf-» steuert und der Stellkolben 15 mit einem höheren Druck beaufschlagt wird. Infolge dieses höheren Beaufschlagungsdruckes wird der Gehäusering 16 weiter im Sinne einer Zunahme des Förderstroms der Pumpe verstellt. Diese· weitergehende Verstellung des Gehäuseringes 16 bewirkt, dass die negative Ausgangsspannung des Positionssensors 18 zunimmt. Dieser Vorgang dauert an, bis das Ausgangssignal des Sensors 18 dem an den Eingang 81 angelegten Sollstromsignal gegengleich ist, so dass an dem Summierpunkt 91 eine Nullspannung liegt, die eine weitere Veränderung der Ausgangsspannung des Integrierverstärkers 84 verhindert. Dessen Ausgangsspannung bleibt somit jetzt stationär und stellt die Sollstellung des Gehäuseringes 16 dar.

Wenn nun die Pumpe 20 mit einem gewünschten, kompensierten Erderstrom arbeitet, der durch eine bestimmte Spannung am Eingang 81 angegeben wird, führt jede beispielsweise duffich Verstellen des Schleifers des Potentiometers 90 bewirkte Verringerung dieser Spannung dazu, dass am Sum-

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mierpunkt 91 eine Minusspannung auftritt und daher die Spannung am Ausgang 94- des Integrierverstärker-s 84- gegensinnig zu der vorstehend beschriebenen Veränderung verändert wird. Diese niedrigere Signalspannung wird über die Eingangsleiter 74 an das EHV 12 angelegt, dessen Ausgangsdruck jetzt abnimmt. Infolgedessen wird der in der Federaufnahme 44 auf den Ventilkolben 50 ausgeübte und ihn nach links zu schieben trachtende Druck schwächer, so dass der Systemdruck den Kolben 50 nach rechts schiebt. Dabei steuert die Rippe 52 des Kolbens 50 die Verbindung zwischen dem Stellkolbenanschluß 4-2 und dem Sauganschluß 39 auf, so dass der den Stellkorben Z5 beaufschlagende Druck abnimmt und der GehäuserLng 16 im Sinne einer Verringerung des Förderstroms der Pumpe 20 verstellt wird. Auch dieser Vorgang dauert an, bis das Ausgangssignal des Sensors 18 dem Eingangssignal am Eingang 81 gegengleich ist, so dass am Summierpunkt 91 eine Nullspannung erhalten wird und der von dem EHV 12 gesteuerte Druck konstant bleibt.

Die kontinuierliche Steuerung erfolgt auf Grund des an den Eingang 81 angelegten Sollstromsignals. Es ist zwar dargestellt, dass dieses Signal durch ein von Hand verstellbares Potentiometer 90 gesteuert wird, doch könnte dieses Signal auch auf andere Weise gesteuert |werden, beispielsweise als Ausgangssignal eines computergesteuerten Systems, das zur automatischen Fernsteuerung der Verstellpumpe 20 in Abhängigkeit von gewählten Parametern dient.

;Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass durch eine Kombination von Signalen in der elektronischen

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Steuerschaltung 11 der Austrittsdruck der Verstellpumpe | 20 begrenzt werden kann. Das den Austrittsdruck begrenzende Signal wird von dem Schleifer des Potentiometers 100 abgenommen und an den Eingang 82 angelegt. Es hat normalerweise eine Spannung von O bis +6 V, wobei die höhere Spannung eine höhere Obergrenze für den Austrittsdruck der Pumpe 20 angibt. Von dem Eingang 82 wird das Druckbegren^ zungssignal an einen zweiten Summierpunkt 102 angelegt, an den ferner über den Vorwiderstand 104 das Ausgangssignal des Integrierverstärkers 84 angelegt wird. Das resultierende Signal wird an den negierenden Eingang des Operationsverstärkers 85 angelegt, an dessen Ausgang 105 ein proportionales Ausgangssignal erscheint.

Von dem Ausgang 105 wird das Signal über ein im wesentlichen aus den Dioden 107, 108 bestehendes Logiknetzwerk an den Eingang 95 des zweiten Operationsverstärkers 86 angelegt. Die Diode 107 ist derart gepolt, dass sie das an den Eingang 95 angelegte Signal derart begrenzt, dass es die Spannung des Druckbegrenzungssignals am Eingang 82 nicht überschreitet. Infolgedessen kann das Steuersignal in der -'-'eitung 74- einen gewünschten Pegel nicht überschreiten und der Austrittsdruck des EHV 12 nicht über einen vorgegebenen Wert steigen. Auf die.se Weise kann die Steuerungseinrichtung druckbegrenzend wirken. Es versteht sich, dass diese Funktion bei einer Beeinflussung des Förderstroms derart wirksam wird, dass bei einem Befehl zum Einstellen des Gehäuseringes 16 im Sinne eines größeren Förderstroms dieser Förderstrom nicht über einen vorgegebenen Wert ansteigen kann, der durch das Einstellen des Druckbegrenzungspotentiometers 100 vorgewählt worden ist.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der elektrischen Steuerungseinrichtung 11 sind typische Signal-

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spannungen angegeben, die in einem System der vorliegenden Art angewendet werden können. Am Summierpunkt 91 werden an den Eingang 81 angelegte Sollstromsignale mit den an den Eingang 80 angelegten RückführungsSignalen kombiniert. Wenn an dem Summierpunkt 91 ein Plussignal resultiert, nimmt die Minusspannung am Ausgang 94 des Integrierverstärkers 84 zu.

Es sei angenommen, dass ein Druckbegrenzungssignal von 4 V von dem Potentiometer 100 über den Eingang 82 an den Summierpunkt 102 angelegt und dort mit dem von dem Ausgang 94 kommenden Signal kombiniert wird. Wenn jetzt am Ausgang 94- des Integrierverstärkers 84 eine Nullspannung liegt, hat die resultierende Spannung an dem Eingang 102 einen Wert von 4 V, so dass am Ausgang 105 eine Spannung von -4 V erscheint. Da die Anodenspannung der Diode 107 gegenüber der Spannung an deren mit dem Summierpunkt 95 verbundenen Kathode negativ ist, erfolgt keine Begrenzung und kann die Spannung am Summierpunkt 94- schwanken.

Wenn dagegen die Spannung am Ausgang 9^· -5 V erreicht und an dem Summierp'unkt 102 mit der an den Eingang 82 angelegten Druckbegrenzungsspannung von 4 V kombiniert wird, resultiert am Summierpunkt 102 eine Spannung von -1 V und daher am Ausgang IO5 eine Spannung von +1 V. Infolgedessen liegt an der Diode I07 eine Durchlaßvorspannung, so dass die Spannung von +1 V am Ausgang IO5 mit der Spannung von -5 V bei 104 summiert wird und eine resultierende Spannung von -4 V an dem Summierpunkt 95 erhalten wird, der dem Operationsverstärker 86 vorgeschaltet ist. Infolgedessen kann die Spannung am Ausgang des

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ümkehrverstärkers 86 nicht über die Spannung von 4- V am Eingang 82 steigen und kann die Steuerungseinrichtung 11 den Austrittsdruck der Pumpe 20 begrenzen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Steuerungseinrichtung besteht darin, dass man andere Kompensationsfunktionen anstatt durch komplizierte Ventileinrichtungen und dergleichen durch geeignete Verarbeitung von elektrischen Signalen erzielen kann. Beispielsweise ist bekannt, dass die Schlupfverluste in einer Pumpe mit deren Austrittsdruck in Beziehung stehen. Daher können in dem vorliegenden System derartige Schlupfverluste relativ leicht unter Verwendung eines Signals kompensiert werden, das dem Austrittsdruck der Pumpe proportional ist. Da die über die ^eitungen 74- an das EiIV 12 angelegte Steuersignale mit dem Austrittsdruck der Pumpe 20 in Beziehung stehen, kann man einen Teil dieser Signale rückkoppeln und auf das an den Eingang 81 angelegte Sollstromsignal aufschalten, um dieses zu modifizieren. Dieses Signal -kann in dem Emitterkreis des ^eistungstransistors 87 "von dem Potentiometer 110 erzeugt und von dessen Schleifer 111 an den Summierpunkt 91 angelegt und dort mit dem über den Eingang 81 angelegten Sollstromsignal und dem über den Eingang 80 angelegten Rückkopplungssignal kombiniert werden. Normalerweise wird der Schleifer das Potentiometers 110 zur automatischen Kompensation von Schlupfverlusten in eine; vorherbestimmte Position gebracht. Der Schleifer kann jedoch von Zeit zu Zeit nachgestellt werden, damit der Anteil des über die Leitung 111 abgegebenen Kompensationssignals größer oder kleiner wird. Auf diese Weise können auch größere Schlu fverluste kompensiert werden, die auftreten, wenn ein Verschleiß der Pumpe stattgefunden hat.

In der bevorzugten Ausführnngsform der Erfindung wird

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ein spezielles Ausgleiclisventil 14 verwendet, auf das die Erfindung jedoch nicht eingeschränkt ist. Beispielsweise kann man ein elektrisch-hydraulisches ,Ventil, z.B. das /entil 12, in verschiedenen Anordnungen zur Steuerung von Drücken mit Hilfe von Einrichtungen wie dem Stellkorben 15 der·Verstellpumpe 20 verwenden. Das hier dargestellte und "beschriebene Ausgleichs,ventil 14 hat jedoch den Vorteil, dass das mit ihm versehene System feinfühliger anspricht.

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Claims

Patentansprüche

System zur Steuerung des Förderstroms und des Austrittsdrucks einer Verstellpumpe mit einem druckmittelbetätigten Stellantrieb zum Positionieren eines die Verdrängung beeinflussenden Stellgliedes der Pumpe, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen eines dem
Stellantrieb zuzuführenden Druckmittelsignals ein elektrisches Steuerungssystem vorgesähen ist, das einen jmit dem Stellglied gekoppelten Sensor umfaßt, ferner--, .' einen Sollstromgeber zum Erzeugen eines den Sollwert für den Förderstrom der Pumpe angebenden Sollstromsignals, eine Einrichtung zum Kombinieren des Sollstromsignals und des Poafcionssignals zu einem resultierenden Signal, das eine Sollstellung für das
Stellglied angibt, und einen Signalumsetzer zum Umsetzen des resultierenden Signals in ein dazu proportionales Druckmitteldrucksignal, mit dem der Stellantrieb beaufschlagt wird.

System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen
Solldruckgeber zum Erzeugen eines Solldrucksignals, das einen Sollwert für den Austrittsdruck der Pumpe angibt, und durch eine Einrichtung, die verhindert, dass das resultierende Signal das Solldrucksignal
überschreitet, so dass ein Druckausgleichspegel
erhalten wird.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalumsetzer eine elektrisch betätigbare Einrichtung zur Beeinflussung eines Druckmittelstroms

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in Abhängigkeit von dem resultierenden Signal umfaßt.

4. System nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Signalumsetzer ferner ein Druckausgleiohsventil für die Pumpe umfaßt_v das auf den von der elektrisch betätigbaren Einrichtung abgegebenen Druckmittelstrom anspricht.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

■;,^ & & '■- - '■ i iv.die Pumpe eine Flügelzellenpumpe mit veränderbarem V*i', ^f"% ' ' '.'' Mörder strom ist und der Stellantrieb ein Stellkolben _t I* , \ ' zum Verstellen des Gehäuseringes der Pumpe ist.

6.· System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch betätigbare Einrichtung ein elektrischhydraulisches Druckventil ist.

7,- System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsventil ein Kolbenventil umfaßt, dass zur Steuerung des den Stellantrieb beaufschlagenden Druckes in Abhängigkeit von dem Austrittsdruck der Pumpe dient.

8. System nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass

das Druckausgleichsventil eine Einrichtung zum Be3.asten des Kolbens des Eolbenventils in Abhängigkeit von dem Drucksignal aufweist, das von der elektrisch betätigbaren Einrichtung abgegeben wird.

9» System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkompensationsventil ferner eine Blende auf-

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weist, die mit dem Äustrittsdruck der Pumpe beaufschlagt wird und deren Durchlaß mit einem Druckraum in Verbindung steht, dass die elektrisch betätigbare Einrichtung zur Beeinflussung des Druckes in dem Druckraum geeignet ist und dass zur Beeinflussung der Position des Ventilkolbens die eine Stirnfläche desselben mit dem Druck in dem Druckraum beaufschlagt ist.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
der Austrittsdruck .er Pumpe trachtet, &n Ventilkolben
gegen die Wirkung des Druckes in dem Druckraum zu bewegen.

11. System nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Kombinieren der Signale eine Integreierschaltung aufweist, die das resultierende Signal in Abhängigkeit von dem Sollstromsignal und dem Positionssignal erzeugt.

12. System nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines dem resultierenden Signal
proportionalen Signales und zur Abgabe desselben an die Einrichtung zum Kombinieren der Signale als Korrektursignal zum Ausgleich von Schlupfverlusten der Pumpe.

13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Solldruckgeber vorgesehen ist, der zum Erzeugen
eines Solldrucksignals geeignet ist, das einem Sollwert entspricht und an den Signalumsetzer für den Austrittsdruck der Pumpe angelegt wird, und dass dieser geeignet ist, zur Beeinflussung des Austrittsdruckes der Pumpe
ein von dem Solldrucksignal und dem Austrittsdruck der
Pumpe abhängiges ' Druckmitteldrucksignal zu
erzeugen, mit dem der Stellantrieb beaufschlagt wird.

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14. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Druckbegrenzungssignalgeber,zum Erzeugen eines Druckbegrenzungssignals, das eine Obergrenze für den Austrittsdruck der Pumpe angibt, und durch eine Einrichtung, -ä±Q verhindert, dass das re suit i'er ende Signal das Druckbegrenzüngssignal überschreitet.