DE3711049A1 - Regeleinrichtung fuer wenigstens zwei mit einer gemeinsamen arbeitsdruckleitung in verbindung stehende hydrostatische maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wenn mehrere druckgeregelte Pumpen gemeinsam in eine Arbeits­ druckleitung bzw. ein Verbrauchernetz speisen, sind die För­ dermengeneinstellungen der Pumpen unbestimmt, weil sich auf­ grund des in etwa konstanten Arbeitsdrucks keine Beziehung herleiten läßt, die eine gleichmäßige Fördermengeneinstellung bei allen Pumpen, d. h. den Parallelbetrieb, ermöglicht. Des­ halb können die Pumpen zu jeder Zeit beliebige Fördermengen­ einstellungen einnehmen, z. B. kann eine Pumpe in maximaler und die andere Pumpe in minimaler Fördermengeneinstellung stehen. Dies hat folgende Nachteile.

Die Belastung und damit der Verschleiß ist ungleichmäßig ver­ teilt.

Jeder Pumpenantrieb muß auf Maximalleistung und 100% Ein­ schaltdauer ausgelegt werden, auch wenn die Maximalleistung selten erreicht wird.

Die Pumpen pendeln im Schwenkwinkel, auch wenn die geförder­ te Gesamtmenge sich nicht ändert. Das hat Verluste und Geräu­ sche zur Folge.

Dem sogenannten Mooringbetrieb kann bei Verbrauchermenge Q = 0 eine Pumpe in positiver maximaler Fördermengeneinstel­ lung und eine zweite in negativer maximaler Fördermengenein­ stellung stehen. Dabei schluckt die zweite Pumpe die Förder­ menge, die die erste fördert. Das hat einen erhöhten Ver­ schleiß sowie Verlustleistung zur Folge und ist mit hoher Geräuschentwicklung verbunden.

Es ist bekannt, wenigstens zwei in eine gemeinsame Arbeits­ druckleitung bzw. ein gemeinsames Verbrauchernetz speisende Pumpen veränderlicher Fördermenge durch ein mechanisches Gestänge zum Gleichlauf- bzw. Parallelbetrieb zu zwingen. Diese Maßnahme führt nicht nur zu Leistungsverlusten, sondern es ist auch eine aufwendige stabile Mechanik notwendig. Außerdem ergibt sich bei dieser Ausgestaltung eine große und sperrige Bauweise, wodurch die räumliche Anordnung am Ver­ wendungsort erschwert wird und insbesondere eine Anordnung der Pumpen in verhältnismäßig geringem Abstand voneinander vorgegeben ist.

Eine andere bekannte, und zwar hydraulische, Methode, wenig­ stens zwei Pumpen annähernd gleichmäßig zu betreiben, d. h., den Verschleiß und die Belastung auf alle Pumpen über die Zeit gleichmäßig zu verteilen, ist die sogenannte Kaskaden­ regelung. Bei dieser Maßnahme werden die Pumpen bewußt auf etwas unterschiedliche Reglerkennlinien eingestellt. Die erste Pumpe regelt z. B. bei 200 bar, die zweite bei 205 bar und die dritte bei 210 bar ein. Damit ist die Belastung ein­ deutig definiert und das Pendeln wird vermieden, wobei jedoch aufgrund unterschiedlicher Belastung der Pumpen letztere einem unterschiedlichen Verschleiß unterliegen. Um einen gleichmäßigen Verschleiß zu erreichen, ist es erforderlich, z. B. ein Mal pro Woche die Einstellung der Pumpen zyklisch zu vertauschen. Außerdem ist bei dieser bekannten Methode ein Druckanstieg in Stufen vorgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrich­ tung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß bei Gewährleistung einer gleichmäßigen Belastung der Maschinen untereinander ein hydraulischer Gleichlaufbetrieb bzw. Paral­ lelbetrieb erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird in die Regelung ein zusätzliches Steuersignal einbezogen, das in Abhängigkeit von der Volumeneinstellung der zugehörigen Maschine erzeugt und dem Druckregler aufgegeben wird. Hierdurch wird ein Re­ gelkriterium geschaffen, das bei jeweils gleichem auf die vorhandenen Druckregler wirksamen Arbeitsdruck die Regelung der Maschinen auf gleiche Volumeneinstellung ermöglicht. Der durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erzielte Gleichlauf der Pumpen ergibt sich daraus, daß aufgrund des von der Volu­ meneinstellung der zugehörigen Maschine abhängigen Steuersi­ gnals eine je nach Auslegung progressive oder degressive, in ihrer Steilheit wählbare Reglerkennlinie vorgegeben ist, die bei der Wirksamkeit jeweils gleich großen Arbeitsdruckes an allen Druckreglern die gleiche Fördermengeneinstellung er­ möglicht.

Es ist aufgrund des Vorhandenseins einer progressiven Feder­ kennlinie zwar auch bei bekannten Druckreglern eine leicht progressive Reglerkennlinie vorhanden, jedoch ist dies fe­ derspezifisch vorgegeben, und von Reibung und Eigenstell­ kräften der Verstellung abhängig und daher für eine Reg­ lerrückführung unbrauchbar.

Es ist zwar auch bekannt, bei einer sogenannten Momentenre­ gelung den Regler in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck und der Volumeneinstellung der Maschine zu regeln, jedoch erfolgt dies unter völlig anderen Voraussetzungen und auch zu einem völlig anderen Zweck, nämlich zur Erreichung eines gün­ stigen Drehmomentes, wobei mit Federsätzen einen Reglerkenn­ linie in Form einer Hyperbel angestrebt wird, während bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sich eine Reglerkennlinie im wesentlichen in der Form einer Geraden mit negativer oder po­ sitiver Steigung ergibt. Bei Versuchen hat sich ein Druckan­ stieg in der Reglerkennlinie beim Einschwenken der zugehöri­ gen Maschine als vorteilhaft erwiesen.

Gemäß den Ansprüchen 2 bis 5 wird auf bewährte Maßnahmen zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von der Volumen­ einstellung der Maschine zurückgegriffen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 führt zu einer einfachen und praktikablen Bauweise bei Maschinen mit umkehrbarer Durchsatzrichtung, z. B. mit umkehrbarer Schwenkrichtung für Mooring- bzw. Motorbetrieb.

Die Ausbildung nach Anspruch 7 umfaßt einfache und prakti­ kable Merkmale für eine Fernsteuerung des Druckreglers.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in vereinfachten Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine hydraulische Antriebseinheit mit zwei in eine gemeinsame Arbeitsdruckleitung speisende Pumpen, die durch eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung für den Parallelbetrieb geregelt sind;

Fig. 2 ein Steuermittel in Form eines Druckbegrenzungs­ ventils in vergrößerter Schnitt-Darstellung;

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform der Antriebsein­ heit mit Fernsteuerung.

Die mit 1 bezeichneten Pumpen sind durch Leitungsabschnitte 2 mit einer zu einem Verbraucher B führenden gemeinsamen Ar­ beitsdruckleitung 3 verbunden, wobei die Anzahl der Pumpen beliebig vergrößert werden kann, was mit dem Positionszeichen 4 verdeutlicht ist, das Anschlüsse für weitere mögliche Pum­ pen bezeichnet. Die Pumpeneinheiten sind einander gleich ausgebildet.

Jeder Verstellvorrichtung 5 der Pumpen 1 ist ein Druckregler 6 mit einem Proportional-Regelventil 7 in Form einer Druck­ waage zugeordnet, dessen Schieber 8 den Durchgang einer Ver­ bindungsleitung 9 regelt, die vom zugehörigen Arbeitsdruck­ leitungsabschnitt 2 ausgeht und in den Kolbenraum 10 eines Zylinders 11 der Verstellvorrichtung 5 mündet. Hierzu ist der Schieber 8 einerseits durch einen Leitungsabschnitt 12 mit dem Arbeitsdruck und andererseits durch einen Leitungsab­ schnitt 13, in dem eine Drossel 14 angeordnet ist, mit einem reduzierten Druck beaufschlagbar. Dieser Druck wirkt gleich­ sinnig mit einer den Ventilschieber 8 beaufschlagenden Ven­ tilfeder 15, deren Federkraft wahlweise einstellbar ist. Der Kolbenringraum 16 des Zylinders 11, in dem eine Druckfeder 17 zwecks Rückstellung der Verstellvorrichtung 5 angeordnet ist, ist durch einen Leitungsabschnitt 18 mit der Verbindungs­ leitung 9 verbunden und somit mit dem Arbeitsdruck beauf­ schlagbar. Der soweit beschriebene Druckregler 6 einschließ­ lich einer mit 19 bezeichneten, gegebenenfalls verstellbaren Düse in einer vom Kolbenraum 10 ausgehenden Ablaufleitung 20 und einer mit letzterer verbundenen, vom Regelventil 7 aus­ gehenden Parallelleitung 21 ist von üblicher Bauart und deshalb bekannt, so daß auf eine Funktionsbeschreibung im einzelnen verzichtet werden kann. Hervorzuheben ist, daß die Druckregler 6 einen Arbeitsdruck einstellen, der abgesehen von einer geringen Druckveränderung, im wesentlichen als konstant anzusehen ist. Die geringe Druckveränderung im Arbeitsdruck im Regelbereich des Druckreglers 6 ist durch die progressive Kennlinie der Federn 15 und 17 sowie Reibung und Eigenstellkräfte der Verstellvorrichtung 5 bedingt und be­ trägt bei üblichen Druckreglern 6 etwa 3 bar.

Gemäß der Erfindung ist jeder Pumpe 1 ein allgemein mit 25 bezeichnetes Steuermittel zugeordnet, daß den Druckregler 6 mit einem von der jeweiligen Fördermengeneinstellung der zu­ gehörigen Pumpe 1 abhängigen Steuersignal beaufschlagt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 wird das Steuermittel 25 durch ein Druckbegrenzungsventil 26 gebildet, das in einer vom Leitungsabschnitt 13 abzweigenden Leitung 27 angeordnet ist und den im Leitungsabschnitt 13 vorhandenen Steuerdruck p _St in Abhängigkeit von der Fördermengeneinstellung der zuge­ hörigen Pumpe 1 steuert. Zur Übertragung des der jeweiligen Fördermengeneinstellung entsprechenden Maßgabe dient ein Stellelement 28 inform eines Taststiftes, der an seinem einen Ende eine am Verstellkolben 29 des Zylinders 11 außerhalb letzterem vorhandene Schrägfläche 31 anliegt und mittels einer Feder 32 auf den Schieber des Druckbegrenzungsventils 26 wirkt und gegen die Schrägfläche 31 beaufschlagt ist. DAs Stellelement 28 ist in seiner Längsrichtung gelagert, so daß es bei einer Längsverschiebung des Verstellkolbens 29 eine Längsbewegung ausführt, wobei es auf das Druckbegrenzungs­ ventil 26 wirkt. Die Anordnung ist beim vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel so getroffen, daß das Druckbegrenzungsventil 26 beim Einschwenken der Verstellvorrichtung 5, d. h. bei einer Verstellbewegung des Verstellkolbens 29 nach links, schließt, wodurch der Steuerdruck p _St vergrößert wird, d. h., es wird ein Drucksignal X erzeugt, das den Schieber 8 des Regel­ ventils 7 entgegen dem Arbeitsdruck beaufschlagt. Damit steht der Arbeitsdruck am Regelventil 7 nicht mehr nur zu der Kraft der Feder 15 (Reglereinstellung) im Gleichgewicht, sondern die Reglereinstellung erhöht sich in Abhängigkeit des Schwenkwinkels a um das Drucksignal X. Es ergibt sich somit beim Einschwenken eine Druckerhöhung und ein Druckanstieg in der Reglerkennlinie. Aufgrund dieser Sachverhalte ist die Fördermengeneinstellung der Pumpen 1 bei jeweils auf die Druckregler 6 wirkenden im wesentlichen gleich großen Ar­ beitsdruck bestimmt, wodurch sich im Betrieb der Pumpen 1 eine gleiche Fördermengeneinstellung für die Pumpen 1, d. h. ein Parallel- bzw. Gleichlaufbetrieb, ergibt. Eine hinsicht­ lich des angestrebten Gleichlaufs wirksame Druckerhöhung ist bei einem Druckanstieg über den Einstellbereich von oberhalb etwa 10 bar gegeben. Sehr gute Ergebnisse werden bei einem Druckanstieg von 20 bar erreicht

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich auch für beide Förderrichtungen einstellbare Pumpen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Anordnung so zu treffe, daß in der Null­ stellung der Pumpen das Stellelement 28 sich in mittlerer Stellung zur Länge der Schrägfläche 31 befindet.

Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Schnittansicht eines Druckbegrenzungsventils 26 in vergrößerter Darstellung. Das Stellelement 28 wirkt mittels der einerseits an ihm ab­ gestützten und andererseits am Schieber 33 angreifenden Feder 32 auf den Schieber 33 des Druckbegrenzungsventils 26, der mittels Steuerkanten 34 den Steuerdruck p _St , d. h. ein Steu­ ersignal X einregelt. Hierbei geben die Steuerkanten 34 zwi­ schen dem Schieber 33 und er ihn aufnehmenden Bohrung 36 den Ab- bzw. Rücklauf durch einen Kanal 37 im Ventilgehäuse 38 mehr oder weniger frei.

Das Ventilgehäuse 38 ist im Gehäuse des Zylinders 11 bzw. einem Anbauteil desselben eingeschraubt. Der Schieber 33 be­ findet sich in einer Einstellbuchse 39, die mittels einem Ge­ winde 41 durch Drehen an einem Angriffselement, hier einem Innensechskant 42, axial im Ventilgehäuse 38 verstellbar und mittels einer auf der Einstellbuchse 39 aufgeschraubten Kon­ termutter 43 feststellbar ist. Zwischen dem Anschluß 35, der an die Leitung 27 in Fig. 1 anschließbar ist, und einer die Bohrung 36 in der Einstellbuchse 39 schneidenden Querbohrung 44 ist eine Eingangsdrossel 45 angeordnet, die der Drossel 14 gemäß Fig. 1 entspricht.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Steuermittel 25 durch mittels des Stellelements 28 gegen eine Feder 48 verstellbare Drosseln 49 gebildet sind, deren Aus­ gänge über Zweigleitungen 50 an ein Fernsteuerventil 51 ange­ schlossen sind, das durch einen Druckregelventil gebildet ist, das mit dem Ablauf verbunden ist. Mittels des Fernsteu­ erventils 51 können alle Druckregler 6 gleichzeitig gesteuert werden. Zwischen der jeweiligen Zweigleitung 50 und Leitung 27 besteht bei Wirksamkeit der in der gezeigten Arbeitstel­ lung völlig geöffneten Drossel 49 eine Druckdifferenz d, die abhängig ist von der Fördermengeneinstellung, d. h. im vorlie­ genden Fall vom Schwenkwinkel a.

Claims (7)

1. Regeleinrichtung für wenigstens zwei mit einer gemein­ samen Arbeitsdruckleitung in Verbindung stehende hydro­ statische Maschinen veränderlichen Förder- bzw. Schluck­ volumens, bei der jeder Maschine eine Verstellvorrich­ tung mit einem hydraulischen Verstellkolben und ein Druckregler zur Regelung ihrer Volumeneinstellung zu­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Druckregler (6) ein Steuermittel (25) zugeord­ net ist, das den Druckregler (6) mit einem von der jewei­ ligen Volumeneinstellung der zugehörigen Maschine (1) abhängiges Steuersignal beaufschlagt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (25) von einem mit der Verstellvor­ richtung (5) oder einem Anbauteil derselben zusammenwir­ kenden Wegmesser steuerbar ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegmesser durch eine Schrägfläche (31) an einem Teil der Verstelleinrichtung (5), vorzugsweise am Ver­ stellkolben (29) und ein die Schrägfläche (31) abta­ stendes Stellelement (28) gebildet ist.

4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (25) durch eine verstellbare Dros­ sel (49) gebildet ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (25) ein Druckregel-, insbesondere ein Druckbegrenzungsventil (26) bzw. Druckreduzierven­ til ist.

6. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinen (1) für den Betrieb in beide Durchsatz­ richtungen eingerichtet sind und die Wegmesser bei der Null-Stellung der Verstellvorrichtungen (5) sich in ihren Mittelstellungen befinden.

7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Drossel (49) durch Zweigleitungen (50) mit einem gemeinsamen Fernsteuerventil (51) verbunden ist.