DE3347015A1

DE3347015A1 - Druckregelvorrichtung fuer eine hydraulikpumpe, insbesondere eine fluegelzellenpumpe

Info

Publication number: DE3347015A1
Application number: DE19833347015
Authority: DE
Inventors: Rolf 6239 Kriftel Greeb; Manfred Dr. 6200 Wiesbaden Kahrs; Hermann 6000 Frankfurt Schöllhorn; Volker Dr. 6380 Bad Homburg Sprockhoff
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1983-12-24
Filing date: 1983-12-24
Publication date: 1985-07-04
Also published as: ES283592U; GB2151705B; GB2151705A; IT8424205A0; FR2557215A1; ES283592Y; GB8430974D0; IT1181930B; JPS60153480A

Description

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Druckregelvorrichtung für eine Hydraulikpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe

Die Erfindung betrifft eine Druckregelvorrichtung für eine Hydraulikpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit einer Stellkolben-Zylinder-Einheit und einer Regelkolben-Zylinder-Einheit, deren Zylinderräume mit einer Verbraucherdruckleitung der Hydraulikpumpe verbunden sind und deren Kolben auf gegenüberliegenden Seiten eines die Pumpenfördermenge beeinflussenden Stellelementes, insbesondere eines Hubringes einer Flügelzellenpumpe, angreifen, wobei der Stellkolben eine kleinere Kolbenfläche aufweist als der Regelkolben, der in Richtung maximaler Fördermenge der Hydraulikpumpe federbelastet ist und mit einer in einem zur Regelkolben-Zylinder-Einheit führenden Druckleitungsabschnitt ausgebildeten Blende, wobei zwischen Blende und der Regelkolben-Zylinder-Einheit ein Druckbegrenzungsventil angeschlossen ist, das einen Abgang zu einem drucklosen Behälter aufweist.

Bei einer bekannten Druckregelvorrichtung für eine Hydraulikpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe, dieser Art (DE-OS 32 14 212) verhält sich das Druckbegrenzungsventil derart, daß bei einem vorgegebenen hydraulischen Druck (Regeldruck) das Ventil öffnet und Druckmittel zum drucklosen Behälter gefördert wird. Dieses Druckbegrenzungsventil, dessen Öffnungs- bzw. Schließdruck durch eine Federkraft, bzw. durch eine elektrohydraulische Ventilkraft, gesteuert wird, hat den Nachteil, daß, sobald der eingestellte Regeldruck der Pumpe erreicht ist, zwar das Druckbegrenzungsventil

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öffnet, jedoch der Pumpendruck zunächst weiter ansteigt, da erst geringfügig später, nachdem das Druckbegrenzungsventil geöffnet hat und Druckmittel zum drucklosen Behälter abfließt, ein Druckunterschied an der Blende aufgebaut v/erden kann. Dieser Druckunterschied führt dann zeitlich verzögert zu einem Druckabfall im Druckraum des Regelkolbens, wodurch ebenfalls zeitlich verzögert die Pumpe abregelt. Wird nun plötzlich ein großer Förderstrom vom Verbraucher benötigt, so verläuft der Regelvorgang der Pumpe in umgekehrter Weise, wie oben beschrieben, bei der ebenfalls eine Verzögerung bis zur benötigten Abgabe des Förderstroms vorhanden ist. Eine derartige Druckregeleinrichtung führt zu einer unerwünscht großen Hysterese des Druckkennlinienfeldes der Pumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Druckregelvorrichtung für eine Hydraulikpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, zu schaffen, bei der sich mit einfachen Mitteln und wenig Baufaufwand eine geringe Hysterese an der Hydraulikpumpe ergibt.

Diese Aufgabe wird erfiridungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Druck am Druckbegrenzungsventil in Abhängigkeit des Förderstroms nach einer gewünschten Kennlinie der Ventileinrichtung verändert. Die durch die Kennlinie erzielten Eigenschaften des Druckbegrenzugsventils beschleunigen gleichzeitig den Druckabbau bzw. Druckaufbau in dem Regeldruckkreis der Regelkolben-Zylinder-Einheit. Hierdurch wird eine feinfühligere Regelung mit kürzeren Ansprechzeiten der Hydraulikpumpe erreicht.

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Eine besonders gute Regelung der Hydraulikpumpe ergibt sich, wenn die Kennlinie des Druckbregrenzungsventils abfallend ist. Dies wurde bereits durch Versuche in der Praxis bestätigt, wodurch sich eine Pumpe mit geringer Hystere ergibt.

Ein Druckbegrenzungsventil mit abfallender Kennlinie wird dadurch erreicht, daß zur Erzeugung von Strömungskräften eine Strahlurnlenkung am Schließelement vorhanden ist. Ein mit diesem Merkmalen versehenes Ventil ist zwar bereits in dem schweizerischen Patent 390 017 beschrieben, doch dient es hierbei nicht zur Steuerung einer Hydraulikpumpe, wie es gerade die Erfindung will. Damit bei einem derartigen Druckbegrenzungsventil eine fallende· Kennlinie erreicht wird, muß dem Ventilsitz und dem Ventilschließglied eine solche Form gegeben werden, daß die Strömung vom Verschlußkörper um weniger als 90° von der Richtung, in der sich der Abschlußkörper beim Öffnen bewegt, umgelenkt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Druckbegrenzungsventil ein Proportionalventil ist, bei dem der Bereich der Ventilkraft, der bei konstantem Strom von einem bestimmten Ventilweg an abfällt, zur abfallenden P-Q-Kennlinie ausgenutzt wird. Mit dieser Variante der Erfindung wird ein Regelverhalten der Hydraulikpumpe, wie bereits oben beschrieben, erreicht.

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Eine weitere Druckregelvorrichtung läßt sich dadurch
erreichen, daß das Druckbegrenzungsventil ein
Proportionalventil· ist, das von einem vom Verbraucherdruck druckabhängigem elektrischen Signal gesteuert wird. Bei einer derartigen Anordnung wird der in der Druckleitung herrschende hydraulische Druck von einem Sensor
in ein elektrisches Signal gewandelt, das zur Steuerung
des Druckbegrenzungsventils dient. Hierbei muß der Sensor so ausgebildet sein, daß das elektrische Signal das
Proportionalventil derart steuert, daß eine vorgegebene
fallende Kennlinie entsteht, die wiederum zur gewünschten Regelung der Hydraulikpumpe führt.

Damit erst ab einem bestimmten Regeldruck das
Proportionalventil vom druckabhängigen elektrischen
Sensor ein Signal erhält, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zwischen dem Sensor ein den Verbraucherdruck mit einem Sollwertdruck vergleichende Meßanordnung ausgebildet ist, die nach Über- bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Sollwertdrucks ein elektrisches Signal zum
Öffnen bzw. Schließen an das Druckbegrenzungsventil abgibt. Eine derartige Meßanordnung, wie beispielsweise ein Vergleicher, vergleicht einen vorgegebenen Sollwertdruck
mit dem in der Druckleitung vorhandenen Istdruck. Sobald
der Sollwertdruck vom Istwertdruck überschritten wird,
wird auch der Schwellwert des Vergleichers überschritten
und es werden dem elektrohydraulischen Proportionalventil Impulse zugeführt, durch die sich eine fallende P-Q Kennlinie am Ventil ergibt.

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Die Höhe dec Regeldrucks wird dadurch variabel, daß der Sollwert der Meßanordnung einstellbar ist. Hierdurch kann die Druckregelvorrichtung auf verschiedene Regeldrücke eingestellt werden.

Ein besonders einfacher und in der Praxis vielfach bewährter druckabhängiger elektrischer Sensor ist ein resistiver oder piezoresistiver Druckaufnehmer. Mit einer derartigen Anordnung wird ein besonders gutes Regelverhalten der Druckregelvorrichtung erreicht. Anstelle der oben beschriebenen Druckaufnehmer kann auch ein Quarzaufnehmer Verwendung finden.

Ein einziges Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der einzigen Figur ist schematisch eine Druckregelvorrichtung für eine regelbare Flügelzellenpumpe" 1 dargestellt wobei die Flügelzellenpumpe im nicht abgeregelten Zustand mit maximaler Fördermenge gezeigt ist. Die Flügelzellenpumpe 1 weist einen geschlitzten Rotor 2 auf, der in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert ist und in dessen geschlitzem Rotor 2 Flügel 3 radial verschiebbar angeordnet sind. Die äußeren Enden dieser Flügel 3 gleiten auf der Innenfläche eines zylindrischen Hubringes 4 und bilden mit diesem Zellen 5. Der Hubring 4 bildet das Stellelement der Pumpe 1 und ist hierfür bezüglich des Rotors 2 radial verschiebbar angeordnet, so daß die Exzentrizität während des Laufs der Pumpe 1 verändert werden kann.

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Zur Verstellung des Hubringes 4 greift auf einer Seite ein Stellkolben 6 einer Stellkolben-Zylinder-Einheit 7 und auf der gegenüberliegenden Seite ein Regelkolben 8 einer Regelkolben-Zylinder-Einheit 9 an. Der Regelkolben 8 ist mit einer größeren Kolbenfläche als der Stellkolben 6 versehen und wird durch eine im Inneren des Zylinders

10 der Regelkolben-Zylinder-Einheit 9 angeordneten Feder

11 belastet. Von der Verbraucherdruckleitung 12 der Flügelzellenpumpe 1 gehen zwei Druckleitungen 13 und 14 zu den Kolben-Zylinder-Einheiten 7 und 9. Die Verbraucherdruckleitung 12 führt zu einem oder mehreren Verbrauchern, beispielsweise einem Zylinder oder Motor.

In die von der Druckleitung 12 zur Regelkolben-Zylinder-Einheit 9 führenden Druckleitung 14 ist eine Stelle mit einem verengten Querschnitt, beispielsweise eine Blende 15, angeordnet. Von der Blende 15 zur Regelkolben-Zylinder-Einheit 9 führt eine Druckleitung 24, an die das Druckbegrenzungsventil 18 angeschlossen ist. Von dem Druckbegrenzungsventil 18 führt eine Rücklaufleitung 16 zu einem drucklosen Behälter 17. Das Druckbegrenzungsventil ist in diesem Ausführungsbeispiel als elektrohydraulisches Druckproportionalventil ausgebildet. In der Zeichnung ist das Druckbregnzungsventil 18 geschlossen da die Pumpe 1 auf maximale Fördermenge steht.

An die Verbraucherdruckleitung 12 ist ein druckabhängiger Sensor 19 angeschlossen, der den hydraulischen Druck in ein elektrisches Signal umsetzt und über eine elektrische

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Leitung einem Vergleicher 21 zuführt. Vom Vergleicher führt eine elektrische Leitung 22 zu dem elektrohydraulisch betütiybaren Druckpiüportionalventil 18.

Die Arbeitsweise der Druckregelvorrichtung wird im folgenden näher beschrieben.

Durch die in der Regelkolben-Zylinder-Einheit 9 angeordnete Feder 11 ist der Hubring 4 bei nicht laufender Flügelzellenpumpe 1 auf maximale Exzentrizität und daher auf maximale Fördermenge eingestellt, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Die Höhe des Regeldrucks wird durch einen Sollwert 23 am Vergleicher 21 eingestellt.

Steigt, z.B. infolge geringem oder gar keinem Volurnenstrom eines Verbrauchors",· der Systemdruck bis kurz vor dem Regeldruck an, so reicht das vom Sensor 19 abgegebene Signal noch nicht aus, um dein Proportionalventil ein Signal zum Öffnen zuzuführen, da der auf den Regeldruck eingestellte Sollwert 23 des Vergleichers 21 immer noch großer ist als der Istwert des Sensors 19. Bereits bei geringem Übersteigen des Druckes in der Druckleitung übersteigt der Istwert des Sensors 19 den Sollwert 23 des Vergleichers 21 und es wird nach Überschreiten dieser Schwelle ein elektrisches Signal dem Druckproportionalventil 18 zugeführt. Das Druckproportionalventil 18 öffnet und von der Verbraucherdruckleitung 12 der Pumpe her strömt ein Steuerölstrom über das Druckproportionalventil 18 zum drucklosen Behälter 17 ab. Der durch die Strömung des Druckmittels an der Blende 15 erzeugte Druckabfall bewirkt eine Druckabsenkung an der Blende und der Druckleitung 14 zur Regelkolben-Zylinder-Ein-

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heit 9, wodurch eine besonders schnelle Regelung durch Verschiebung des Regelkolbens 8 und des Stellkolbens 6 nach rechts erfolgt. Durch die Verschiebung des Stellkolben 6 und des Regelkolbens 8 wird ebenso der Hubring in der Zeichnung nach rechts verschoben, so daß die Pumpe 1 in eine Stellung kleinerer Fördermenge gelangt.Bei extremster Verschiebung des Hubrings 4 nach rechts, was beispielsweise bei abgeschaltetem Verbraucher eintritt, wird zur Aufrechterhaltung des Drucks nur die Pumpenleckage und der Durchfluß durch das Proportionalventil erbracht.

Bei plötzlichem Anstieg des Volumenstroms am Verbraucher sinkt der Druck sowohl im Proportionalventil 18 als auch am Sensor 19, was zum schnellen Schließen des Proportionalventils führt. Der Regelvorgang erfolgt nun in umgekehrter Weise, wie oben bereits beschrieben, so daß hier nicht weiter eingegangen wird.

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Claims

^47015 ALFRED TEVES GMBH 22. Dezember Frankfurt am Main ZL/Fe/be P 5497 / 1O71P Dr. Kahrs - 4 Dr. Sprockhoff -4 R. Greeb - 2 H. Schöllhorn - 1 Patentansprüche

1. Druckregelvorrichtung für eine Hydraulikpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, mit einer Stellkolben-Zylinder-Einheit und einer Regelkolben-Zylinder-Einheit, deren Zylinderräume mit einer Verbraucherdruckleitung der Hydraulikpumpe verbunden sind und deren Kolben auf gegenüberliegenden Seiten eines die Pumpenfördermenge beeinflussenden Stellelements, insbesondere eines Hubrings einer Flügelzellenpumpe, angreifen, wobei der Stellkolben eine kleinere Kolbenfläche aufweist als der Regelkolben, der in Richtung maximaler Fördermenge der Hydraulikpumpe federbelastet ist und mit einer in einem zur Regelkolben-Zylinder-Einheit führenden Druckleitungsabschnitt ausgebildeten Blende, wobei zwischen Blende und der Regelkolben-Zylinder-Einheit ein Druckbegrenzungsventil angeschlossen ist, das einen Abgang zu einem drucklosen Behälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Druck am Druckbegrenzungsventil (18) in Abhängigkeit des Förderstroms nach einer gewünschten Kennlinie der Ventileinrichtung verändert.

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2. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des Druckbegrenzungsventils (18) abfallend ist.

3. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennze lehnet, daß am Ventilsitz oder am Ventilschließglied des Druckbegrenzungsventils (18) Mittel vorgesehen sind, die zur Erzeugung von Strömungskräften eine Strahlumlenkung am Schließelement bewirken.

4. ■ Druckregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (18) ein Proportionalventil ist, bei dem der Bereich der Ventilkraft, der bei konstantem Strom von einem bestimmten Ventilweg an abfällt, zur abfallenden p-Q-Kennlinie ausgenutzt wird.

5. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil ein Proportionalventil ist, das von einem vom Verbraucherdruck abhängigen elektrischen Signal (19) gesteuert wird.

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6. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem druckabhängigen elektrischen Signal (19) ein den Verbraucherdruck mit einem Sollwertdruck vergleichende Meßanordnung (21) ausgebildet ist, die nach Über- bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Sollwertdrucks ein elektrisches Signal zum Öffnen bzw. Schließen des Druckbegrenzungsventils (18) abgibt.

7. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Meßanordnung (21) einstellbar ist.

8". Druckregelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das druckabhängige elektrische Signal (19) von einem resistiven Druckaufnehmer erzeugt wird.

9. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das druckabhängige elektrische Signal von einem piezoresistiven Druckaufnehmer erzeugt wird.

10. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das druckabhängige elektrische Signal (19) ein Quarzaufnehmer ist.