DE3840548A1 - Vorrichtung zum ansteuern einer verstellpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Verstellpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Verstellpumpen werden in zunehmendem Maße in Hydraulik- Versorgungssystemen eingesetzt, um den Energiebedarf den jeweils vorliegenden Verhältnissen optimal anzupassen und somit den Betrieb wirtschaftlicher zu gestalten. In diesem Zusammenhang entsteht das Bedürfnis, die Verstellpumpe in einen Regelkreis einzugliedern, in dem naturgemäß haupt­ sächlich elektrische Signale verarbeitet werden.

Der Er­ findung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Ansteuern einer Verstellpumpe unter Zuhilfenahme eines hydraulisch angesteuerten Wegeventils zu schaffen, mit der bei einfachem Aufbau eine elektrische Druckrege­ lung im gesamten Betriebsbereich der Verstellpumpe sicher­ gestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so aufgebaut, daß sie selbständig eine Unterscheidung zwischen dem eigentlichen Druckregelbetrieb der Verstellpumpe und dem sog. Standby- Betrieb trifft. Im eigentlichen Druckregelbetrieb wirkt ein vom Pumpendruck abgeleiteter und gegenüber diesem geminderter Druck dem Regeldruck des elektrisch verstell­ baren Druckregelventils entgegen. Um allerdings auch im Standby-Betrieb, d.h. in einem Betriebsbereich der Ver­ stellpumpe, in dem sich das Druckniveau erheblich von demjenigen des eigentlichen Druckregelbereichs unterschei­ det, realistische Regeldrücke am hydraulisch angesteuerten Mehrwege-Proportionalventil zu erzeugen, wird unterhalb eines vorbestimmten Druckniveaus dafür gesorgt, daß der ungeminderte Pumpendruck auf die Steuerfläche des Ventil­ schiebers des Proportionalventils gegeben wird. Auf diese Art und Weise kann in jedem Betriebszustand der Verstell­ pumpe ein einziges Mehrwege-Proportionalventil dazu heran­ gezogen werden, die Strömungsmittelversorgung der Arbeits­ kammer (n) der Verstellpumpe zu steuern.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 3 ergibt sich eine für die Ansteuerung der Verstellpumpe vorteilhafte Druckminderung des vom Pumpendruck abgeleiteten und auf ein Steuerteil des Mehrwege-Proportionalventils gegebenen Drucks derart, daß der Ausgangsdruck der Verstellpumpe mit einer bestimmten Proportionalität gemindet wird. Es ergibt sich auf diese Weise eine Druckteilerschaltung, mit der der auf das Mehrwege-Proportionalventil gegebene Druck auf den jeweiligen Arbeitsbereich des elektrisch verstellbaren Druckregelventils reduziert werden kenn.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 4 sorgt mit ein­ fachsten vorrichtungstechnischen Maßnahmen dafür, daß bei Unterschreiten eines bestimmten Mindest-Ausgangsdrucks der Verstellpumpe automatisch eine Umschaltung der Ansteuer­ vorrichtung auf den sog. Standby-Betrieb erfolgt. Durch Abstimmung des Ansprechpunktes des zum niedrigeren Druckniveau öffnenden Rückschlagventils in der Drucktei­ lerleitung auf den die Grenze zum Standby-Betrieb der Verstellpumpe bildenden Pumpendruck wird dafür gesorgt, daß unterhalb dieses Grenzdrucks der ungeminderte Aus­ gangsdruck der Verstellpumpe auf das Mehrwege-Propor­ tionalventil gegeben wird. Das Proportionalventil kann somit im gesamten Betriebsbereich der Verstellpumpe mit realistischen Drücken angesteuert werden.

Wenn der Arbeitsbereich des Druckregelventils unter dem maximal auftretenden geminderten Druck liegt, ergibt sich automatisch eine Maximaldruckbegrenzung auf der Ausgangs­ seite der Verstellpumpe. Um allerdings dafür zu sorgen, daß bei Verschmutzung von Blenden bzw. Drosseln diese Maximaldruckbegrenzung zuverlässig erfolgen kann, ist es vorteilhaft, die Steuerdruckleitung zwischen den beiden Blenden in der Druckteilerleitung über ein vom Pumpendruck aufsteuerbares Rückschlagventil mit der Ausgangsseite der Verstellpumpe zu verbinden. Die Ansprechschwelle dieses aufsteuerbaren Rückschlagventils wird so gelegt, daß es bei Erreichen eines maximal zulässigen Pumpendrucks aufge­ steuert wird, wodurch das Mehrwege-Proportionalventil gegen die Kraft des Ausgangsdrucks des elektrisch ver­ stellbaren Druckregelventils in eine Stellung gebracht wird, in der ein Zurückverschwenken der Verstellpumpe auf niedrigeres Druckniveau erfolgt.

Eine zusätzliche Vereinfachung des Hydraulikkreises zum Ansteuern der Verstellpumpe ergibt sich mit der Weiter­ bildung gemäß Patentanspruch 8. Da das Druckregelventil unabhängig vom Eingangsdruck den Ausgangsdruck konstant hält, der lediglich durch Variation des Steuerstroms i variierbar ist, kann der Eingangsdruck des Druckregelven­ tils direkt vom Ausgangsdruck der Verstellpumpe abgeleitet sein. Die Druckregelung erfolgt derart, daß mit steigendem Steuerstrom i die Verstellpumpe 2 auf höheres Druckniveau zu verschwenkt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend wird anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der Figur ist ein Block­ schaltbild eines Hydraulikkreises zum Ansteuern einer Verstellpumpe gezeigt.

In der Abbildung ist mit dem Bezugszeichen 2 eine Ver­ stellpumpe bezeichnet, mit der über eine Saugleitung 4 Druckmittel aus einem Tank 6 angesaugt und in eine Versor­ gungsleitung 8, die zu verschiedenen Verbrauchern führt, gespeist werden kann. In der Versorgungsleitung stellt sich in Abhängigkeit von einer Stelleinrichtung der Ver­ stellpumpe 2, die im Schaltschema durch den Pfeil ange­ deutet ist, ein unterschiedlich hoher Pumpendruck P ein. Zur Verstellung des Pumpendrucks bzw. der Pumpenleistung ist ein Verschwenkmechanismus vorgesehen, der durch zwei gegensinnig wirkende Arbeitskammern 10 und 12 betätigbar ist. Jede Arbeitskammer wirkt mit einem dazugehörigen Kolben zusammen, wobei der Kolben der Arbeitskammer 10 eine größere Fläche als der Kolben der Arbeitskammer 12 hat. In der Arbeitskammer 12 ist eine Druckfeder 14 unter­ gebracht, die den Schwenkmechanismus der Verstellpumpe 2 in Richtung höherer Pumpenleistung beaufschlagt.

Die Arbeitskammer 12 ist durch eine Speiseleitung 16 stän­ dig mit der Versorgungsleitung 8 verbunden. Die Speise­ leitung 18 zur weiteren Arbeitskammer 10 führt über ein stetig verstellbares 3/3-Wegeventil, d.h. -Proportional­ ventil 20. Das Proportionalventil 20 hat 3 Anschlüsse, nämlich einen Eingangsanschluß 22 und einen Ausgangsan­ schluß 24 für die Speiseleitung 18 sowie einen Ablaufan­ schluß 26 zu einer zum Tank 6 führenden Entlastungsleitung 28.

Der Ventilschieber 30 des 3/3-Proportionalventils 20 ist in der einen Richtung x, d.h. in Richtung einer Schalt­ stellung C, in der die Arbeitskammer 10 zum Tank 6 ent­ lastbar ist, von einem Ausgangsdruck p _C in einer Steuer­ leitung 32 beaufschlagt. In diese Richtung wirkt auch eine Rückstellfeder 34. In entgegengesetzter Richtung y, d.h. in Richtung einer Schaltstellung A, in der der Pumpendruck P über die Speiseleitung auf die größere Arbeitskammer 10 gegeben wird, wirkt der Druck in einer zweiten Steuer­ leitung 36, die von einer nachfolgend als Druckteiler­ leitung 38 bezeichneten Leitung zwischen zwei Blenden 40 und 42 abzweigt. Die Druckteilerleitung 38 wird über die Speiseleitung 18 gespeist. Über ein zum Tank 6 hin öffnen­ des Rückschlagventil 44 kann eine Verbindung der Drucktei­ lerleitung 38 zum Tank 6 hergestellt werden, wenn der Druck stromab der Blende 42 über dem Ansprechdruck des Rückschlagventils 44 liegt.

Die erste Steuerleitung 32 ist mit der Ausgangsseite eines elektrisch verstellbaren Druckregelventils 46 verbunden, dessen Ausgangsdruck p _C in Abhängigkeit vom Steuerstrom i veränderbar ist. Die Eingangsseite des Druckregelventils 46 wird von der Versorgungsleitung 8 gespeist.

Die vorstehend beschriebene Schaltung funktioniert wie folgt:

Im Leistungs-Regelbetrieb der Verstellpumpe 2 baut sich über die Speiseleitung 18 und die Druckteilerleitung 38 vor dem Rückschlagventil 44 ein ausreichend hoher Druck auf, um den Ventilsitz des Rückschlagventils 44 abzuheben. Es bildet sich somit in der Druckteilerleitung 38 ein Fluidstrom aus, der durch die Hintereinanderschaltung der beiden Blenden 40 und 42 dafür sorgt, daß in der zweiten Steuerleitung 36 ein im Verhältnis zum Pumpendruck P in der Versorgungsleitung 8 proportional geminderter Steuer­ druck wirksam wird. Der Kraft dieses Steuerdrucks wirkt die Druckkraft in der ersten Steuerleitung 32 entgegen, die durch Variation des Steuerstroms i veränderbar ist. Die beiden Blenden 40 und 42 sind so gewählt, daß im Regelbetrieb für alle Ausgangsdrücke der Verstellpumpe 2 der Druck in der zweiten Steuerleitung 36 auf einen Druck gemindert wird, der im Arbeitsbereich des Druckregelven­ tils 46 liegt.

Wenn der Ausgangsdruck P in der Versorgungsleitung 8 allerdings extrem abfällt, was beispielsweise im Standby- Betrieb der Verstellpumpe 2 der Fall sein kann, sinkt der Druck in der Druckteilerleitung 38 stromauf des Rück­ schlagventils 44 so weit ab, daß der Ventilsitz des Rück­ schlagventils 44 schließt. Die Druckminderungsfunktion der in Serie geschalteten Blenden 40 und 42 wird in diesem Betriebszustand aufgehoben, so daß sich in der zweiten Steuerleitung 36 über die Blende 40 der ungeminderte Pumpendruck P einstellt. Es wirkt somit auch im Standby- Betrieb der Verstellpumpe 2 in der zweiten Steuerleitung ein ausreichend hoher, d.h. für die praktische Ausführung des Proportionalventils 20 realistischer Steuerdruck.

Die vorstehend beschriebene Hydraulikschaltung ist auch in der Lage, den Ausgangsdruck P der Verstellpumpe 2 auf einen Maximaldruck p _max zu begrenzen. Dies kann dadurch geschehen, daß der Arbeitsbereich des Druckregelventils 46 so eingestellt wird, daß der maximale Ausgangsdruck p _C in der ersten Steuerleitung 32 kleiner gehalten wird, als der maximal auftretende geminderte Druck in der zweiten Steuerleitung 36. Um bei einem Verschluß bzw. bei Verschmutzung der Drossel oder Blende 40 zuverlässig dafür zu sorgen, daß der Maximaldruck p _max an der Ausgangsseite der Verstellpumpe 2 nicht überschritten wird, weist die Vorrichtung zum Ansteuern der Verstellpumpe zusätzlich ein Maximaldruckbegrenzungsventil 48 auf, das als Rückschlag­ ventil ausgebildet und in eine die zweite Steuerleitung 36 mit der Ausgangsseite der Verstellpumpe 2 verbindende Zweigleitung 50 integriert ist. Das Rückschlagventil 48 ist auf den maximal zulässigen Ausgangsdruck der Verstell­ pumpe 2 abgestimmt. Sobald dieser Druck überschritten wird, öffnet der Ventilsitz des Rückschlagventils 48 und gibt den vollen Ausgangsdruck der Verstellpumpe 2 auf die zweite Steuerleitung 36, so daß der Ventilschieber 30 in die Stellung A, d.h. in Richtung des Zurückschwenkens der Verstellpumpe 2 verschoben wird.

Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Verstellpumpe unter Zuhilfenahme eines hydraulisch angesteuerten Wegeventils, über das in Abhängigkeit vom Steuerdruck zumindest eine der Arbeitskammern der Ver­ stellpumpe mit Druck beaufschlagbar bzw. entlastbar ist. Um sicherzustellen, daß mit einem einfachen, vorrichtungs­ technischen Aufbau eine elektrische Druckregelung im ge­ samten Betriebsbereich der Verstellpumpe bereitgestellt werden kann, kommt als Wegeventil ein Mehrwege-Propor­ tionalventil zum Einsatz, dessen Ventilschieber in einer ersten Richtung vom Ausgangsdruck eines elektrisch ver­ stellbaren Druckregelventils und in der entgegengesetzten Richtung im Leistungs-Regelbetrieb von einem vom Pumpendruck abgeleiteten und gegenüber diesem geminderten Druck und im Standby-Betrieb vom ungeminderten Pumpendruck beaufschlagt ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Ansteuern einer Verstellpumpe, mit einem hydraulisch angesteuerten Wegeventil, über das in Abhängigkeit vom Steuerdruck zumindest eine der Arbeits­ kammern der Verstellpumpe mit Druck beaufschlagbar bzw. entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Wegeventil ein Mehrwege-Proportionalventil (20) vorgesehen ist, dessen Ventilschieber (30) in einer ersten Richtung (x) vom Ausgangsdruck (p _C ) eines elektrisch verstellbaren Druckregelventils (46) und in der entgegengesetzten zwei­ ten Richtung (y) im Leistungs-Regelbetrieb von einem vom Pumpendruck (P) abgeleiteten und gegenüber diesem gemin­ derten Druck (p _M ) und im Standby-Betrieb vom ungeminderten Pumpendruck beaufschlagt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil als stetig verstellbares 3/3-Propor­ tionalventil (20) ausgebildet ist, das einen Pumpendruck­ anschluß (22) einen Anschluß (24) zu einer Arbeitskammer (10) der Verstellpumpe (2) und einen Tankanschluß (26) hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Proportionalventil (20) in eine den Pumpendruck führende Leitung (18) eingegliedert ist, von der stromauf des Proportionalventils (20) eine Drucktei­ lerleitung (38) abzweigt, die über zwei hintereinanderge­ schaltete Blenden (40, 42), zwischen denen eine den Ven­ tilschieber (30) in der zweiten Richtung (y) beaufschla­ gende Steuerdruck abgeleitet wird, auf niedrigeres Druckniveau, wie z.B. zum Tank, entlastbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckteilerleitung (38) stromab der beiden Blenden (40, 42) ein zum niedrigeren Druckniveau öffnendes Rück­ schlagventil (44) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Ventilschiebers (30) in der ersten Richtung (x) ein Ausschwenken der Verstellpumpe (2) auf einen höheren Pumpenausgangsdruck (P) bewirkt und daß der Ausgangsdruck (p _C ) des Druckregel­ ventils (46) mit dem Steuerstrom (i) des Druckregelventils steigt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich des Druckregelven­ tils (46) unter dem maximalen geminderten Druck (p _M ) liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerleitung (36), die zwischen den beiden Blenden (40, 42) von der Druckteiler­ leitung (38) abzweigt, über ein vom Pumpendruck (P) auf­ steuerbares Rückschlagventil (48) mit der Ausgangsseite der Verstellpumpe (2) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsdruck des Druckregelven­ tils (46) dem Pumpendruck (P) entspricht.