DE3413913A1

DE3413913A1 - ADJUSTMENT DEVICE FOR THE DISPLACEMENT VOLUME OF A DISPLACEMENT MACHINE

Info

Publication number: DE3413913A1
Application number: DE19843413913
Authority: DE
Inventors: Peter 7924 Steinheim Exner; Gerhard Fähnle; Günther Nagel
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1984-04-13
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1985-10-24
Also published as: GB2157460A; GB8509138D0; GB2157460B; CH667496A5

Description

G 4069 J.M. Voith GmbHG 4069 J.M. Voith GmbH

Kennwort: "Förderstromsteuerung¹¹ HeidenheimPassword: "Delivery flow control ¹¹ Heidenheim

Verstelleinrichtung für das Verdrängungsvolumen einer VerdrängermaschineAdjustment device for the displacement volume of a displacement machine

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit den Merkmalen a bis d (Oberbegriff) des Patentanspruchs 1. Eine derartige Verstelleinrichtung ist bekannt aus dem Voith-Druck G 1058, Seite 10; sie ist als Forderstromsteuerung mit Druckabschneidung ausgebildet. Dies bedeutet folgendes: Solange der Druck in der Forderleitung einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet, kann der Förderstrom durch Variieren eines Steuerdruckes (zuführbar über einen der Anschlüsse X-, oder X₂) auf beliebige Werte eingestellt werden, überschreitet jedoch der Förderdruck den jeweils zulässigen Wert, so öffnet sich hierdurch ein sogenanntes (als Druckbegrenzungsventil ausgebildetes) Druckabschneidventil zwecks selbsttätiger Reduzierung des Steuerdruckes. Hierdurch wird bewirkt, daß der Förderstrom so weit zurückgenommen wird, daß der Förderdruck den zulässigen Wert nicht mehr übersteigt. In der bekannten Anordnung wirkt der Steuerdruck auf einen Steuerkolben, der über ein Gestänge die (im Teil c des Anspruchs 1 genannte) Sollkraft auf den Ventilkörper des Steuerventils ausübt.The invention relates to an adjusting device with the features a to d (preamble) of claim 1. Such an adjusting device is known from Voith-Druck G 1058, page 10; it is designed as a flow control with pressure cut-off. This means the following: As long as the pressure in the delivery line does not exceed a permissible limit value, the delivery flow _{can be set to any value by varying a control pressure (can be supplied via one of the ports X- or X 2} ), but the delivery pressure exceeds the respective permissible value , a so-called pressure cut-off valve (designed as a pressure limiting valve) opens as a result for the purpose of automatic reduction of the control pressure. This has the effect that the delivery flow is reduced so far that the delivery pressure no longer exceeds the permissible value. In the known arrangement, the control pressure acts on a control piston which, via a linkage, exerts the setpoint force (mentioned in part c of claim 1) on the valve body of the control valve.

'" (f · · 3413813 '"(f · · 3413813

Es versteht sich, daß die bekannte Einrichtung bei gleicher Wirkung auch mit anderen Bauelementen realisiert werden könnte. Deshalb werden nachfolgend für diese Bauelemente allgemeinere Begriffe verwendet: Der die Sollkraft erzeugende Steuerkolben wird "Sollwert-Geber" genannt. Außerdem wird das Druckabschneidventil nachfolgend als "Sollwert-Begrenzer" bezeichnet. Dieser Sollwert-Begrenzer hat einen Grenzwertgeber. Mit dessen Hilfe ist der Druck-Grenzwert, der nicht überschritten werden soll, einstellbar. Das Druckabschneidventil der bekannten Vorrichtung hat als Grenzwertgeber eine Druckfeder, deren Federkraft (= Druck-Grenzwert) einstellbar ist.It goes without saying that the known device could also be implemented with other components with the same effect. Therefore, more general terms are used below for these components: The control piston that generates the target force is called "setpoint generator". In addition, the pressure cut-off valve hereinafter referred to as "setpoint limiter". This setpoint limiter has a limit value transmitter. With which The pressure limit value that should not be exceeded can be set as an aid. The pressure cut-off valve of the known device has a compression spring as a limit value transmitter, the spring force of which (= pressure limit value) is adjustable.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß die Verdrängermaschine unter Umständen bei dem gerade noch zulässigen maximalen Förderdruck einen sehr hohen Förderstrom erzeugt. Dies bedeutet, daß die Förderleistung (das Produkt aus Förderstrom und Förderdruck) einen extrem hohen Wert annimmt. Es ist deshalb schon versucht worden, nicht nur die bekannte Druckabschneidung, sondern auch eine Leistungsbegrenzung vorzusehen. Hierzu sind jedoch bis jetzt nur ziemlich aufwendige Zusatzeinrichtungen vorgeschlagen worden. Man kann z.B. die Leistung kontinuierlich messen, den Meßwert mit einem zulässigen Grenzwert vergleichen und bei einem Überschreiten des Grenzwertes den Förderstrom zurücknehmen. Das Messen der Leistung kann dadurch erfolgen, daß man Meßwerte für den Förderdruck und für den Förderstrom miteinander multipliziert. Dabei ist jedoch zumindest der erforderliche Druckaufnehmer ein verhältnismäßig teures Gerät.A disadvantage of the known device is that the displacement machine under certain circumstances is still just permissible maximum delivery pressure generates a very high delivery rate. This means that the delivery rate (the product of the delivery flow and delivery pressure) assumes an extremely high value. It has therefore already been tried to not only use the well-known pressure cut-off, but also to provide a power limitation. Up until now, however, this has only required quite complex additional devices has been proposed. For example, you can measure the power continuously, the measured value with a permissible limit value compare and reduce the flow rate if the limit value is exceeded. Measuring performance can thereby take place by multiplying measured values for the delivery pressure and for the delivery flow with one another. There is, however at least the required pressure transducer is a relatively expensive device.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene, bekannte Verstelleinrichtung, die als Förderstromsteuerung ausgebildet ist, mit möglichst geringem Aufwand um eine Leistungsbegrenzung zu ergänzen.The invention is therefore based on the object of the above-described, known adjusting device, which is used as a flow control is designed to add a power limitation with as little effort as possible.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung macht zunächst von der bekannten Tatsache Gebrauch, daß der Förderstrom einer Verdrän-This object is achieved by the characterizing features of the patent claim 1 solved. The invention first makes use of the known fact that the delivery flow of a displacement

germaschine mit Hilfe eines billigen (sogenannten) Wegaufnehmers ganz einfach gemessen werden kann, wobei eine elektrische Meßgröße geoildet wird. Dieser Wegaufnehmer mißt, genauer gesagt, den Ist-Wert des Verdrängungsvolumens. Bei konstant angenommener Drehzahl ist dieser Ist-Wert jedoch auch proportional zum Ist-Wert des Förderstromes. Sodann wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die maximal zulässige Förderleistung ohne weiteres als eine einstelloare elektrische Größe vorgegeben werden kann, z.B. mit Hilfe eines Potentiometers. Somit kann nun gemäß der Erfindung aus den beiden elektrischen Größen mit Hilfe eines einfachen elektrischen Rechners der Quotient "Zulässige Leistung/Förderstrom" gebildet werden, der einen Wert für den augenblicklichen zulässigen Förderdruck, den sogenannten Druck-Grenzwert darstellt. Man berücksichtigt hierbei die bekannte Formelgerm machine can be easily measured with the help of a cheap (so-called) displacement transducer, with an electrical Measured variable is geo formed. This displacement transducer measures, more precisely, the actual value of the displacement volume. Assuming constant Speed, this actual value is also proportional to the actual value of the flow rate. Then from the fact Made use of the fact that the maximum permissible delivery rate is easily specified as an adjustable electrical variable can be, e.g. with the help of a potentiometer. Thus, according to the invention, from the two electrical quantities with With the help of a simple electrical calculator the quotient "permissible power / flow rate" can be formed, which is a value represents the so-called pressure limit value for the instantaneous permissible delivery pressure. One takes into account the known formula

Leistung = Förderstrom χ Förderdruck.Power = delivery rate χ delivery pressure.

Schließlich wird nach einem weiteren' Schritt der Erfindung (Merkmal f des Patentanspruchs) der gewonnene Druckgrenzwert dem Sollwert-Begrenzer zugeführt. Mit anderen Worten: Anstelle der (bei der bekannten Vorrichtung) von Hand veränderbaren Federkraft wird nunmehr ein selbsttätig veränderbarer Druck-Grenzwert in Form einer elektrischen Steuer-Große benutzt. Ist der Sollwert-Begrenzer in bekannter Weise ein Druckbegrenzungsventil, so wird dessen Druckfeder durch einen Proportionalmagneten ersetzt, der von der genannten elektrischen Steuer-Größe angesteuert wird.Finally, after a further 'step of the invention (feature f of claim), the pressure limit value obtained fed to the setpoint limiter. In other words: instead of the manually adjustable spring force (in the case of the known device) an automatically changeable pressure limit value in the form of an electrical control variable is now used. If the setpoint limiter is a pressure limiting valve in a known manner, its compression spring is actuated by a proportional magnet replaced, which is controlled by the electrical control variable mentioned.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine als Förderstromsteuerung ausgebildete Verstelleinrichtung.The drawing shows schematically an adjusting device designed as a delivery flow control.

Eine Verdrängerpumpe, die in beiden Richtungen fördern kann (vorzugsweise eine Radialkolbenpumpe) ist mit 10 bezeichnet. Je nach Förderrichtung ist entweder die Leitung 16 die Druckleitung und die Leitung 17 die Saugleitung oder umgekehrt. Das spezifische Verdrängungsvolumen (Fördervolumen je Umdrehung)A positive displacement pump that can deliver in both directions (preferably a radial piston pump) is denoted by 10. Ever according to the conveying direction, either line 16 is the pressure line and line 17 is the suction line or vice versa. That specific displacement volume (delivery volume per revolution)

kann durch Verschieben eines Stellgliedes (z.B. eines Kolbenführungsringes) verändert werden. Hierzu dient in bekannter Weise ein Verstellkolben 11, dem ein kleinerer Gegenkolben 12 entgegenwirkt. Der Verstellkolben 11 wird über eine Leitung 13 und der Gegenkolben 12 über eine Leitung 14 mit Druckmittel beaufschlagt. Die Leitung 13 ist über ein Steuerventil 20, Leitung 15, Doppelrückschlagventil 45 und Leitung 15' oder 15'· an die jeweilige Druckleitung 17 oder 16 angeschlossen. Die Leitung 14 ist über ein Doppelrückschlagventil 44 und Leitung 14' oder 14'' ebenfalls an die jeweilige Druckleitung 16 oder 17 angeschlossen.can be done by moving an actuator (e.g. a piston guide ring) to be changed. For this purpose, an adjusting piston 11 is used in a known manner, with a smaller opposing piston 12 counteracts. The adjusting piston 11 is supplied with pressure medium via a line 13 and the opposing piston 12 via a line 14 applied. The line 13 is connected via a control valve 20, line 15, double check valve 45 and line 15 'or 15' the respective pressure line 17 or 16 connected. The line 14 is via a double check valve 44 and line 14 ' or 14 ″ also to the respective pressure line 16 or 17 connected.

Das Steuerventil 20 hat in bekannter Weise drei Stellungen. In der dargestellten mittleren Stellung ist die Leitung 13 über je eine Drossel sowohl mit der Leitung 15 als auch über eine Leitung 18 mit dem drucklosen Sumpf 19 verbunden. Die Druckangriffsflächen der Kolben 11 und 12 und die genannten Drosseln sind so bemessen, daß in der mittleren Stellung des Steuerventils 20 am Stellglied der Pumpe 10 Kräftegleichgewicht herrscht. Ist das Steuerventil 20 (in der Zeichnung) nach rechts verschoben, so ist die Leitung 13 mit der Leitung 15 verbunden und vom Sumpf 19 abgesperrt. Im umgekehrten Fall ist die Leitung 13 mit dem Sumpf 19 verbunden und von der Leitung 15 abgesperrt. Beide Steuervorgänge haben Änderungen des Fördervolumens der Pumpe 10 nach oben bzw. nach unten zur Folge.The control valve 20 has three positions in a known manner. In the middle position shown, the line 13 is over each a throttle connected both to the line 15 and via a line 18 to the unpressurized sump 19. The pressure attack surfaces the piston 11 and 12 and said throttles are dimensioned so that in the central position of the control valve 20 at the actuator of the pump 10 there is an equilibrium of forces. Is the control valve 20 (in the drawing) according to shifted to the right, the line 13 is connected to the line 15 and blocked from the sump 19. In the opposite case it is the line 13 is connected to the sump 19 and shut off from the line 15. Both tax processes have changes in the funding volume the pump 10 upwards or downwards result.

Das Verstellen des Steuerventils 20 erfolgt mit Hilfe eines Hebels 21, der um einen (beispielsweise etwa in seiner Mitte angeordneten) Drehpunkt 22 verschwenkt werden kann und sich mit seinem einen Ende am Ventilkörper des Steuerventils 20 abstützt, entgegen der Druckkraft einer Feder 29. Diese ist zwischen den Stellkolben 11 und den Ventilkörper des Steuerventils 20 eingespannt, symbolisch dargestellt durch die mechanische Verbindung 31. Die Federkraft ist somit proportional zum augenblicklichen Förderstrom (bei konstanter Pumpendrehzahl).The adjustment of the control valve 20 takes place with the help of a lever 21 which is around a (for example approximately in its center arranged) pivot point 22 can be pivoted and is supported with its one end on the valve body of the control valve 20, against the compressive force of a spring 29. This is between the actuating piston 11 and the valve body of the control valve 20 clamped, symbolically represented by the mechanical connection 31. The spring force is thus proportional to the instantaneous flow rate (at constant pump speed).

Zum Betätigen des Hebels 21 dienen zwei koaxial angeordnete und aneinander anliegende Kolben 23 und 24. Zwischen einem (23) der beiden Kolben und dem Hebel 21 ist eine gelenkartige Verbindung 9 oder Verzahnung vorgesehen. Die äußeren Stirnflächen ("Druckangriffsflächen¹¹ 25 bzw. 26) der Kolben sind in entgegengesetzten Richtungen durch variable Steuerdrücke (= Sollwert) beaufschlagbar. Die Steuerdrücke werden von außen über die Anschlüsse X, und X₂ und über Leitungen 27 bzw. 28 zugeführt. Die Druckbeauschlagung der beiden Kolben 23 und 24 erfolgt wechselweise; d.h. die Pumpe 10 fördert bei Beaufschlagung des einen Kolbens 23 in der einen Richtung und bei Druckbeaufschlagung des anderen Kolbens 24 in der anderen Richtung.Two coaxially arranged and abutting pistons 23 and 24 are used to actuate the lever 21. Between one (23) of the two pistons and the lever 21, a joint-like connection 9 or toothing is provided. The outer end faces ("pressure application surfaces ^11, 25 or 26") of the pistons can be acted upon in opposite directions by variable control pressures (= setpoint value). The control pressures are _{supplied from the outside via ports X, and X 2} and via lines 27 and 28, respectively The two pistons 23 and 24 are pressurized alternately, ie the pump 10 delivers when one piston 23 is pressurized in one direction and when the other piston 24 is pressurized in the other direction.

Die beiden Steuerleitungen 27 und 28 sind über ein Doppelrückschlagventil 38 und über eine Entlastungsleitung 39 an ein Druckbegrenzungsventil 40 (= Sollwert-Begrenzer) angeschlossen. Dieses kann unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen die Entlastungsleitung 39 mit dem drucklosen Sumpf 19 verbinden. Das Druckbegrenzungsventil 40 kann in Richtung öffnen verstellt werden durch den Förderdruck in der jeweiligen Druckleitung 16 oder 17. Dieser Druck gelangt über die Leitung 15'' oder 15* sowie über das Doppelrückschlagventil 45 und die Leitungen 15 und 15a an den Ventilkörper des Druckbegrenzungsventils 40. In der entgegengesetzten Richtung wirkt als Grenzwertgeber ein Elektromagnet 41, der über eine Leitung 42 durch einen variablen Steuerstrom gespeist wird. Dieser wird in einem Rechner 43 gebildet. Dem Rechner 43 werden, symbolisch dargestellt durch die Leitungen 46 und 47, feste Werte eingegeben für den maximal zulässigen Förderdruck ρ und für die maximal zulässige Förderleistung P. Außerdem wird über die Leitung 48 eine dem jeweiligen Förderstrom Q proportionale elektrische Größe eingegeben. Diese wird durch einen Wegaufnehmer 49 gebildet, der (symbolisch dargestellt) über die mechanische Verbindung 31 durch den Verstellkolben 11 betätigt wird.The two control lines 27 and 28 are via a double check valve 38 and connected via a relief line 39 to a pressure limiting valve 40 (= setpoint limiter). This can connect the relief line 39 to the unpressurized sump 19 under the conditions described below. The pressure limiting valve 40 can be adjusted in the opening direction by the delivery pressure in the respective pressure line 16 or 17. This pressure comes through line 15 '' or 15 * and via the double check valve 45 and the lines 15 and 15a to the valve body of the pressure relief valve 40. In the opposite direction acts as a limit switch, an electromagnet 41, which is via a line 42 by a variable Control current is fed. This is generated in a computer 43. The computer 43 is represented symbolically by lines 46 and 47, fixed values entered for the maximum permissible delivery pressure ρ and for the maximum permissible delivery rate P. In addition, an electrical variable proportional to the respective flow rate Q is input via line 48. This is formed by a displacement transducer 49 (shown symbolically) via the mechanical connection 31 through the Adjusting piston 11 is actuated.

Wie schon oben erläutert, bildet der Rechner 43 den Quotienten aus den Werten P und Q und führt diesen über die Leitung 42 als den sogenannten Druck-Grenzwert dem Druckbegrenzungsventil 40 zu. ...As already explained above, the computer 43 forms the quotient from the values P and Q and feeds this via the line 42 as the so-called pressure limit value to the pressure limiting valve 40. ...

Überschreitet der über die Leitung 15a zugeführte Förderdruck den vorgenannten Druck-Grenzwert, so öffnet sich das Druckbegrenzungsventil 40, wodurch der jeweils von außen zugeführte Steuerdruck (in der Leitung 27 oder 28) reduziert wird. Hierdurch wird die Förderleistung auf den jeweils eingestellten zulässigen Grenzwert P begrenzt.If the delivery pressure supplied via line 15a exceeds the aforementioned pressure limit value, the pressure limiting valve opens 40, whereby the respectively externally supplied control pressure (in line 27 or 28) is reduced. Through this the delivery rate is limited to the set permissible limit value P.

Die beschriebene Steuerung wirkt in entsprechender Weise, wenn der augenblickliche Förderdruck (in der Leitung 15a) den über die Leitung 46 in den Rechner 43 eingegebenen maximal zulässigen Grenzwert ρ übersteigt. Der Rechner 43 vergleicht ständig den Quotienten P/Q mit dem vorgenannten Wert p. Der jeweils größere Wert wird über die Leitung 42 dem Druckbegrenzungsventil 40 zugeführt.The control described works in a corresponding manner when the instantaneous delivery pressure (in line 15a) exceeds the the line 46 in the computer 43 entered maximum permissible limit value ρ exceeds. The computer 43 constantly compares the quotient P / Q with the aforementioned value p. The larger value is sent via line 42 to the pressure relief valve 40 supplied.

In der Zeichnung ist angenommen, daß für die beiden Förderrichtungen der Pumpe 10 die gleichen maximal zulässigen Grenzwerte (p, P) für den Förderdruck und die Förderleistung gelten. Hiervon abweichend kann man jedoch auch für die beiden Förderrichtungen unterschiedliche Grenzwerte eingeben.In the drawing it is assumed that for the two conveying directions of the pump 10, the same maximum permissible limit values (p, P) apply for the delivery pressure and the delivery rate. Of this however, different limit values can also be entered for the two conveying directions.

Die erfindungsgemäße Förderstromsteuerung mit Leistungsbegrenzung ist erläutert worden anhand eines Beispieles, bei dem der Förderstrom-Sollwertgeber als hydraulisch beaufschlagbare Kolben 23, 24 ausgebildet ist. Stattdessen könnten auch ähnliche pneumatisch betätigbare Kolben vorgesehen werden.The flow control according to the invention with power limitation has been explained using an example in which the Delivery flow setpoint generator is designed as a hydraulically actuated piston 23, 24. Instead, similar ones could also be used pneumatically operated pistons are provided.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Sollwert-Begrenzung auch dann angewandt werden, wenn anstelle der Kolben zwei Elektromagnete mit variabler Magnetkraft vorhanden sind. In diesem Falle wird der Sollwert-Begrenzer (40) nicht als ein Druckbegrenzungsventil, sondern als ein Strombegrenzer ausgebildet, der die Speiseströme für die Elektromagnete begrenzt. Außerdem wird an die Leitung 15 anstelle der Leitung 15 a ein Drucktransmitter angeschlossen, der eine elektrische Größe für den Förderdruck an den Strombegrenzer liefert. Dieser vergleicht die vorgenannte elektrische Größe mit dem in der Leitung 42 anstehenden Wert, der wie erläutert den Quotienten P/Q repräsentiert. Finally, the target value limitation according to the invention can also be used if two electromagnets are used instead of the pistons with variable magnetic force are available. In this case, the setpoint limiter (40) is not used as a pressure relief valve, it is designed as a current limiter that limits the feed currents for the electromagnets. aside from that a pressure transmitter is connected to line 15 instead of line 15 a connected, which supplies an electrical quantity for the delivery pressure to the current limiter. This compares the aforementioned electrical variable with the value present in line 42, which, as explained, represents the quotient P / Q.

11.04.84 Sh/GKü 0197k04/11/84 Sh / GKü 0197k

Claims

1. Adjustment device for the displacement volume of a displacement machine, preferably a radial piston pump (10), with the following features:

a) a machine component which determines the displacement volume is by means of an adjusting piston which can be pressurized (11) slidable;

b) the pressure (line 13) acting on the adjusting piston (11) is by means of a control valve (20) which is movable Having valve body, changeable;

c) to move the valve body (20) acts on this against a counterforce (e.g. spring 29), which represents the respective actual value of the displacement volume, a target force that corresponds to the respective target value (X, or X ₂ ) of the displacement volume is equivalent to;

d) a setpoint generator (23, 24) generating the setpoint force has a setpoint limiter (40) which can be activated as a result, that the delivery pressure (line 15a) exceeds an adjustable pressure limit value (by means of a limit value transmitter 41);

characterized by the following features:

e) an electronic computer (43) known per se forms the quotient from the actual value (Q) of the flow rate (= Product of the actual values of the displacement volume and the speed of rotation and of the maximum permissible delivery rate (P);

f) the computer (43) is connected to the limit value transmitter (41) of the setpoint limiter (40) via a signal line (42), so that this is supplied with the value of the quotient mentioned as a pressure limit value.

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Adjusting device according to Claim 1, in which the setpoint limiter (40) is designed as a pressure limiting valve the valve body of which the delivery pressure (line 15a) acts in the opening direction, characterized in that in the direction Closing an electromagnet (41) acts, the magnetic force of which can be controlled proportionally to the quotient mentioned is.

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