Antriebsdrehmoment-Regeleinrichtung

Abstract

 In einer Regeleinrichtung zur Begrenzung des maximal zu­lässigen Antriebsdrehmoments bzw. der Antriebsleistung einer Hydropumpe (10) ist ein Steuerventil (42) mit einer ersten Hilfskolbenfläche (48) vorgeshen, der Druck (P_f) über einen Drehmomentabtaster (28) zugeführt wird. Eine zweite Hilfskolbenfläche (52) wird über eine Fernsteuer­einrichtung (60) beaufschlagt, so daß das maximale Antriebs­drehmoment herabgesetzt werden kann, um auf diese Weise eine Antriebsdrehmoment-Regeleinrichtung zu schaffen, die auch als Leistungsvorgabe für die Pumpe (10) wirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrich­tung zur Einstellung des Antriebsdrehmomentes einer Hydro­pumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen nach dem Ober­begriff des Anspruchs 1.

[0002] Zur Begrenzung des Antriebsdrehmoments einer Hydro­pumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen ist es be­reits bekannt (US-A-3 742 820), die Rückholfeder des Steuerventils (oder Kompensators) auf einen jeweils passen­den Vorspannungswert einzustellen, der den Begrenzungs­druck der Regeleinrichtung bestimmt. Diese Einstellung erfolgt bei der Pumpe in Anpassung an den jeweiligen An­triebsmotor der Pumpe. An eine Ferneinstellung ist nicht gedacht worden.

[0003] Bei Arbeitsmaschinen ist es mitunter vorteilhaft, nicht die volle Antriebsleistung auszunutzen, sondern die Antriebsenergie auf den gerade benötigten Wert zu beschrän­ken. Dadurch wird offenbar der Leistungsverbrauch reduziert.

[0004] Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Regeleinrichtung zur Einstellung des Antriebsdrehmoments einer Hydropumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen zu schaffen, die von einem Bedienungsmann bequem, bei­spielsweise aus einer Bedienungskabine heraus, auf den jeweils benötigten Wert eingestellt bzw. ferneingestellt werden kann.

[0005] Erfindungsgemäß ist eine Fernsteuereinrichtung zur Lieferung eines Fernsteuer-Drucksignals ausgebildet, das der Steuerkolbeneinrichtung entgegen der Wirkung der Rückholeinrichtung zuführbar ist.

[0006] Die Fernsteuereinrichtung kann hydromechanisch oder hydroelektrisch aufgebaut sein. Insbesondere bei der hydroelektrischen Version können weitere Zustandssignale des Motors und der Arbeitsmaschine verarbeitet und be­rücksichtigt werden, um den zahlreichen speziellen Erfor­dernissen bei dem jeweiligen Anwender zu genügen. Zwei Anwendungsfälle sind nachstehend erörtert:

[0007] Wenn Beton mittels Betonpumpen gefördert werden soll, dann möchte man die Abgabe des gelieferten Betons in die Baustellenschalung hinsichtlich Menge und Strömungs­geschwindigkeit an die örtlichen Gegebenheiten anpassen können. Der Betondurchsatz hängt von der Förderhöhe und von der Betonreibung ab, die wiederum von der Länge der Förderleitung und der Konsistenz des Betons abhängen. Für einen optimalen Durchsatz muß man demnach einen hinsicht­lich Leistungsabgabe einstellbaren Antrieb vorsehen. Mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird eine variable Einstellung der Drehmomentbegrenzung ermöglicht, und damit kann optimales Arbeiten der Betonpumpe erreicht werden.

[0008] Bei Baggern wird neuerdings auf Energieeinsparung geachtet, indem der voraussichtliche Leistungsbedarf vor­gewählt wird. Die Vorwahl des Antriebsdrehmoments der Pumpe dürfte eine der einfachsten Anordnungen für die Anpassung an den Leistungsbedarf sein.

[0009] Die Fernsteuereinrichtung kann als elektrohydrau­lisches Servoventil ausgebildet sei. Ein solches läßt sich willkürlich von Hand oder automatisch über eine Elek­tronik steuern, wobei weitere Parameter berücksichtigt werden können.

[0010] Wenn nur wenige, fest vorgegebene, gewünschte Antriebsdrehmomente einzustellen sind, kann die Fernsteuer­einrichtung auch als Druckminderventil ausgebildet sein.

[0011] Bei dem Steuerventil kann es sich um eine übliche Kompensatorkonstruktion handeln, bei der ein zusätzlicher Hilfskolben zur Einwirkung auf den Kompensatorschieber eingebaut ist, so daß eine angepaßte Steuerkolbeneinrich­ tung entsprechend den Querschnittsverhältnissen des Kompensatorschiebers und des Hilfskolbens geschaffen wird.

[0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Regeleinrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform,

Fig. 4 ein schematisiertes Diagramm des Pumpendrucks P über dem Förderstrom Q für Fernsteuerdrücke P^co...P^cn,

Fig. 5 ein Diagramm des Drehmoments M über dem Pumpen­druck P für Fernsteuerdrücke P^co... P^cn.

[0013] Eine Hydropumpe 10 mit veränderlichem Verdrängungs­volumen und mit einer Stromrichtung ist mit einer Saug­leitung 12 und einer Druckleitung 14 verbunden, die einen Förderstrom Q bei einem Druck P liefert. Die Hydro­pumpe 10 weist eine Verdrängungseinstelleinrichtung 16 und einen hydraulischen Stellmotor 18 auf, der durch eine Rückholfeder vorgespannt oder hydraulisch rückge­stellt wird. Die Hydropumpe 10 wird über eine Antriebs­welle 20 von einem nicht gezeigten Motor angetrieben, der dabei innerhalb bestimmter Grenzen das nötige Dreh­moment M entwickelt.

[0014] Die Pumpendruckleitung 14 weist eine Abzweigung 22 zur Versorgung einer Steuerdruckschaltung 25 auf. Die Steuerdruckschaltung 25 schließt einen Drehmomentabtaster 28 ein, der aus zwei veränderbaren Laminardrosseln 29a, 29b besteht, die in Serie zu einer Abflußleitung 26, 30 angeordnet sind. Eine Druckabtastleitung 32 ist am Ver­bindungspunkt der beiden Laminardrosseln 29a, 29b ange­schlossen. Diese werden durch einen dünnen Strömungsraum zwischen einem langen Zylinder 34 und einem Kolben 36 gebildet. Der Kolben 36 ist mechanisch mit der Verdrän­gungseinstelleinrichtung 16 verbunden, wie durch eine Wirklinie 38 angedeutet. Wenn das Verdrängungsvolumen der Pumpe 10 vermindert wird, erfolgt über die mechanische Verbindung 38 eine Verschiebung des Kolbens 36 in der Weise, daß der Widerstand der Laminardrossel 29a vermindert und der Widerstand der Laminardrossel 29b vergrößert wird.

[0015] Die Steuerdruckschaltung 25 weist auch ein häufig als Kompensator bezeichnetes Steuerventil 42 auf, das als drosselndes Dreiwegeventil ausgebildet sein kann, so daß drei Anschlußöffnungen vorgesehen sind, von denen eine über eine Zweigleitung 44 mit der Zweigleitung 22 verbun­den ist, während die zweite Anschlußöffnung über eine Steuerleitung 40 mit dem hydraulischen Stellmotor 18 ver­bunden ist und die dritte Anschlußöffnung über eine Abflußleitung 46 zum Tank führt. Das Steuerventil 42 be­sitzt einen Schieberkolben 43, der einerseits unter der Wirkung einer Rückholeinrichtung 50 und andererseits einer Steuerkolbeneinrichtung 51 steht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Rückholeinrichtung 50 aus einer einstellbaren Ventilfeder. Die Steuerkolbeneinrich­tung 51 enthält einen ersten Kolben 48, der über die Lei­tung 32 mit dem Drehmomentabtaster 28 verbunden ist und entgegen der Kraft der Rückholeinrichtung 50 wirkt.

[0016] Die Pumpe 10 im Betrieb liefert das Fluid durch die Pumpendruckleitung 14 gegen variablen Druck und bei vari­ablem Schluckvermögen (Anford_erung an den Förderstrom) des Verbrauchers. Da die Leitung 32 über die Ablauflei­tung 22, 26, 30 mit der Pumpendruckleitung 14 verbunden ist, hängt der abgetastete Druck P_f in der Leitung 32 von der Höhe des Pumpendrucks in der Leitung 14 und von dem Verhältnis a/b der Widerstände der Laminardrosseln 29a und 29b zueinander ab. Da der Kolben 36 mit der Ver­drängungseinstelleinrichtung 16 verbunden ist, ändert sich das Verhältnis a/b der Widerstandswerte mit der Ver­drängungseinstellung der Pumpe 10. Der Druck P_f in der Leitung 32 ist daher proportional zum Produkt des Ver­drängungsvolumens und des Pumpendruckes. Unter der Voraussetzung, daß der Antriebsmotor der Pumpe 10 mit konstanter Drehzahl läuft, entspricht jedem eingestellten Verdrängungsvolumen der Pumpe 10 ein bestimmter Pumpen­ förderstrom Q in der Leitung 14. Der Druck P_f in der Leitung 32 ist dann auch proportional zur Pumpenleistung, die sich aus dem Produkt des Pumpendruckes P und des Förderstroms Q ergibt.

[0017] Durch Verstellung der Rückholeinrichtung 50, d.h. durch entsprechende Einstellung der Federkraft der Ventil­feder, kann der Schaltdruck (cracking pressure) des Steuerventils 42 eingestellt werden, bei dem Fluid in die Steuerleitung 40 zu strömen beginnt. Jeder Einstel­lung der Ventilfeder entspricht somit eine bestimmte abge­stufte maximale Pumpenleistung. Abgestufte maximale Pumpenleistungen können bekanntlich durch Hyperbeln in einem Druck-Förderstrom-Diagramm dargestellt werden, d.h. Arbeitspunkte einer leistungsgeregelten Pumpe sind in dem jeweiligen Feld zwischen den Koordinatenachsen und der jeweiligen Hyperbel anzutreffen.

[0018] Die Leistungsbegrenzung bedeutet auch eine Begren­zung des Antriebsdrehmomentes, da man die Antriebslei­stung auch aus dem Antriebsdrehmoment multipliziert mit der Drehzahl errechnen kann. Jeder Hyperbel in Fig. 4 ist demnach ein bestimmtes Antriebsdrehmoment in Fig. 5 zuge­ordnet.

[0019] Bei der bekannten Regeleinrichtung nach US-A-­3 742 820 kann man faktisch nur eine der hyperbolischen Begrenzungskurven auswählen, was man als Überlastschutz praktiziert hat, während bei der Erfindung eine rasche Umstellung möglich sein soll.

[0020] Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung unterscheidet sich von der bekannten in der Ausbildung der Steuer­kolbeneinrichtung 51 sowie darin, daß eine Fernsteuer­einrichtung 60 vorgesehen ist. In Fig. 1 besteht die Fernsteuereinrichtung 60 aus einem Wegeventil 61 und einem Druckreduzierventil 62, die hintereinander in einer an Pumpendruck angeschlossenen Fernsteuerleitung 63 angeordnet sind, welche zur Steuerkolbeneinrichtung 51 führt. Der Ausgangsdruck P^c des Druckreduzierventils 62 kann eingestellt werden, indem die Ventilfeder 64 ent­sprechend eingestellt wird. Wenn man rasch hintereinander mehrere Antriebsdrehmomente an der Welle 20 vorwählen will, dann sind mehrere Druckreduzierventile 62 mit unterschiedlichen Ausgangsdrücken P^c1 ... P^cn parallel nebeneinander angeordnet und können durch ein entspre­chendes Mehrwegeventil 61 jeweils einzeln wirksam ge­macht werden. Statt des gezeigten Wegeventils 61 mit zwei Anschlüssen und zwei bestimmten Stellungen sowie mit Handbetätigung können naturlich auch elektrisch oder hydraulisch schaltende Einrichtungen in Verbindung mit Druckregelventilen verwendet werden.

[0021] Die Steuerkolbeneinrichtung 51 weist neben dem be­reits beschriebenen ersten Kolben 48 noch einen zweiten Kolben 52 auf, der vom Ausgangsdruck P^cbeaufschlagt wird und im gleichen Sinne wie der erste Kolben 48 entgegen der Kraft der Rückholeinrichtung 50 wirkt. Der Ausgangsdruck P^c stellt somit ein Ferssteuersignal dar, über das der Schaltzustand des Steuerventils 42 eher erreicht und das Drehmoment an der Welle 20 dementsprechend herabgesetzt wird.

[0022] Das Fernsteuersignal P^c kann auch (s. Fig. 2) von einer Pilotpumpe 65 unter Zuhilfenahme wenigstens eines Druckbegrenzungsventils 66 gebildet werden. Wenn man das Drehmoment M rasch ändern will, kann man mehrere Druck­begrenzungsventile 66 nebeneinander vorsehen und jeweils eines an die Fernsteuerleitung 63 über einen Wahlschalter (entsprechend dem Wegeventil 61 in Fig. 1) anschließen, so daß dieses Druckbegrenzungsventil das gewünschte Fern­steuersignal P^c bestimmt. Das Druckbegrenzungsventil 66 kann hydromechanisch betätigbar sein oder elektrohydrau­lisch.

[0023] Wenn gemäß Fig. 1 und 2 zwei Kolben 48, 52 neben­einander angeordnet sind, kann nur ein Bereich von z.B. 80 bis 10 % des maximalen Drehmoments fern eingestellt werden.

[0024] Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel ohne diese Be­schränkung sowie mit einem pilotgesteuerten Steuerventil 42 und einer Proportionaldrossel 70 als Fernsteuerein­richtung 60.

[0025] Soweit Bauteile denen nach Fig. 1 entsprechen, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen belegt und müssen nicht im einzelnen beschrieben werden. Statt eines einzel­nen Stellzylinders sind jedoch zwei Stellzylinder 18, 19 für die Hydropumpe 10 vorgesehen.

[0026] Das Steuerventil 42 weist ein Hauptventil 45 als erste Stufe und ein Pilotventil 47 als zweite Stufe auf. Die einstellbare Rückholeinrichtung 50 weist neben der einstellbaren Ventilfeder 55 noch eine Drossel 56 auf, über die der Pumpendruck dem Pilotventil 47 zugeführt wird, wel­ches zufolge einer einstellbaren Ventilfeder 57 bei einem bestimmten, einstellbaren Ansprechdruck öffnet, wonach der Druck im Federdruckraum 55a des Hauptventils 45 abfällt und der Ventilschieber 43 zur Verbindung der Leitungen 14 und 40 verschoben wird. Das Pilotventil 47 kehrt in seine Ausgangslage zurück, und der Schieberkolben 43 sperrt die Leitung 40 ab, nachdem die Verdrängungseinstelleinrichtung 16 eine neue Lage eingenommen hat. Diese bekannte Wirkungs­weise muß hier nicht näher vertieft werden.

[0027] Die Steuerkolbeneinrichtung 51 weist einen Hilfs­kolben 58 auf, an dem der Druck P_f der Leitung 32 anliegt und der auf den Schieberkolben 43 einwirkt. Der Schieber­kolben 43 weist eine Kolbenfläche 59 auf, die vom Druck P^c in der Leitung 63 beaufschlagt wird.

[0028] Die Fernsteuereinrichtung 60 enthält ein elektro­hydraulisches Servoventil 70, das als drosselndes Dreiwege­ventil ausgebildet ist. Ein Anschluß 74 ist mit einer Druckzuführung, ein zweiter Anschluß 75 mit dem Tank und der dritte Anschluß 73 mit der Leitung 63 verbunden. Durch entsprechende Erregung eines Magneten 71 kann der Drossel­schieber 72 so verstellt werden, daß ein gewünschter Druck P^c über die Leitung 63 dem Steuerventil 42 zugeführt wird, um eine gewünschte Leistungsvorgabe bzw. ein gewünschtes maximales Drehmoment einzustellen.

Ansprüche

1. Regeleinrichtung zur Einstellung des An­triebsdrehmoments einer Hydropumpe mit veränderlichem Verdrängungsvolumen mit folgenden Merkmalen:
die Hydropumpe (10) weist eine Verdrängungseinstell­einrichtung (16) und einen hydraulischen Stellmotor (18) auf, der mit einem Steuerventil (42) verbunden ist;
das Steuerventil (42) weist eine einstellbare Rückhol­einrichtung (50) und eine Steuerkolbeneinrichtung (51) auf;
ein Drehmomentabtaster (28) beaufschlagt die Steuerkolben­einrichtung (51) mit einem hydraulischen Rückkopplungs-­Drucksignal (P_f) entgegen der Wirkung der Rückholein­richtung (50),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
die Steuerkolbeneinrichtung (51) ist entgegen der Wirkung der Rückholeinrichtung (50) von einem weiteren Druck­signal (P^c) beaufschlagt, das von einer Fernsteuerein­richtung (60) bereitgestellt wird.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung (60) willkürlich betätigbar ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung (60) als elektrohydraulisches Servoventil (70) ausgebildet ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung (60) wenigstens ein Druckreduzierventil (62) enthält.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung (60) ein Druckbegrenzungsventil (66) enthält, das von einer Pilotdruckquelle (65) gespeist wird.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (66) hydromechanisch betätigbar ist.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (66) elektrohydraulisch betätigbar ist.

8. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung (60) als Proportionaldrossel (70) ausgebildet ist.

9. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuereinrichtung (60) eine von Hand einstellbare Einrichtung (64) aufweist, welche die Höhe eines Ansprechdruckes bestimmt.

10. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolbeneinrichtung (51) je einen Kolben (48, 52; 58, 59) unterschiedlicher Querschnitts-Wirkfläche für das Rückkopplungs-Drucksignal (P_f) und das Fernsteuer-Drucksignal (P^c) aufweist.

11. Regeleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennziechnet, daß der Kolben für das Fernsteuer-­Drucksignal (P^c) durch eine Schieberkolbenfläche (59) an dem Steuerventil (42) gebildet wird und daß der Kolben (58) für das Rückkopplungs-Drucksignal (P_f) ein Hilfskolben ist, der am Steuerventilschieber (43) anliegt.

12. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (42) eine Hauptstufe (45) und ein Pilotventil (47) aufweist.

Zeichnung