DE102018212042A1

DE102018212042A1 - Hydromaschine mit geregeltem Verdrängungsvolumen

Info

Publication number: DE102018212042A1
Application number: DE102018212042.0A
Authority: DE
Inventors: Ruslan Rudik
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Offenbart ist eine Hydromaschine mit verstellbarem Hubvolumen, und mit einem Aktorelement, von dem ein hydrostatischer Stelldruckraum abschnittsweise begrenzt ist, wobei vom Aktorelement unmittelbar oder mittelbar ein Stellelement angelenkt ist, von dessen Stellung das Hubvolumen abhängig ist, wobei zumindest zur Versorgung des Stelldruckraums mit Stelldruckmittel ein Wegeventil vorgesehen ist, das einen mit dem Aktorelement gekoppelten Ventilkörper hat, der in Abhängigkeit einer an ihm angreifenden Betätigungskraft und einer Koppelkraft beweglich ist, und von dem ein in Abhängigkeit dieser Bewegung stetig verstellbarer, erster Drosselquerschnitt abschnittsweise begrenzt ist, über den eine Druckmittelquelle fluidisch mit dem Stelldruckraum verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydromaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Je nach Anforderung unterliegen Hydromaschinen, insbesondere Hydropumpen, verschiedensten Strategien zur Regelung des Drucks, einer Druckdifferenz oberhalb eines Lastdrucks, eines Abschneidedrucks, bis hin zur Leistung. Falls die Hydromaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet ist, kann als Stellgröße das Verdrängungsvolumen genutzt werden. Die verwendeten Regler sind hydromechanischer Bauart und beeinflussen einen Druck oder einen Druckmittelvolumenstrom eines Stelldruckmittels, mit dem eine Verstelleinrichtung der Hydromaschine beaufschlagt wird. Die Regler sind als Wegeventile ausgestaltet, deren Ventilkörper einerseits mit einem Sollwert andererseits mit einem rückgeführten Istwert beaufschlagt ist.
Um das Verdrängungsvolumen zu regeln, ist aus dem Datenblatt RD 92703/10.2014 der Anmelderin sogenannte Elektroproportionale Verstellung des Verdrängungsvolumens bekannt. Dabei wird ein Stelldruckraum eines Verstellzylinders, der mit einer Schrägscheibe der Hydromaschine gekoppelt ist, über das Regelventil mit Stelldruckmittel versorgt. Das Regelventil wird elektromagnetisch gemäß einem Sollwert betätigt, wobei auf den Ventilkolben die elektromagnetische Betätigungskraft gemäß dem Sollwert wirkt. Entgegenwirkend wird die Stellung der Schwenkwiege kraftgekoppelt auf den Ventilkörper rückgeführt. In Abhängigkeit eines Kräftegleichgewichtes am Ventilkörper wird dann Stelldruckmittel entweder in den Stelldruckraum zugeführt oder aus diesem entlassen. Bei Entlassung vergrößert sich das Verdrängungsvolumen, wohingegen es sich bei Druckmittelbeaufschlagung verringert. Gattungsgemäße Hydromaschinen sind in der Patentschrift DE 103 60 452 B3 und in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 224 112 A1 der Anmelderin beschrieben.
Bei Leckage von Stelldruckmittel, aus dem Stelldruckraum heraus in Richtung einer Druckmittelsenke, resultiert zunächst eine Verstellung des Stellkolbens in Richtung einer Verkleinerung des Stelldruckraumes. Bei gleichbleibendem Sollwert, also gleichbleibender am Ventilkolben des Reglers angreifender Betätigungskraft, führt diese Verstellung durch Kraftkopplung mit dem Ventilkörper auch zu dessen Verstellung. In Folge strömt über eine Steuerkante und einen zugehörigen Drosselquerschnitt des Reglers Stelldruckmittel vom Hochdruck in die Stelldruckkammer. Auf diese Weise wird mittels der Regelwirkung des Reglers das Leckagevolumen ersetzt. Dabei verursacht der Volumenstrom über die Steuerkante eine am Ventilkörper verschiebende, und damit den Drosselquerschnitt wieder schließende Strömungskraft. Diese ist umso größer je höher der Druckverlust über die Steuerkante ist. Das Kräftegleichgewicht am Kolben stellt sich dann wieder ein, wenn die von der Strömungskraft bewirkte Kompression der zwischen Stellkolben und Ventilkolben angeordneten Feder die Strömungskraft kompensiert. Der geschilderte Wirkzusammenhang aus Leckage, Regeleingriff, Strömungskraft und erhöhter Koppelkraft der Feder führt bei gegebenem Sollwert zu einer unerwarteten und unerwünschten Drift des Istwertes in Richtung eines größeren Verdrängungsvolumens.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hydromaschine mit geringerer Drift des Verdrängungsvolumens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hydromaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Hydromaschine sind in den Patentansprüchen 2 bis 14 beschrieben.
Eine Hydromaschine hat ein verstellbares Hubvolumen und ein Aktorelement, von dem ein hydrostatischer Stelldruckraum abschnittsweise begrenzt ist, wobei vom Aktorelement unmittelbar oder mittelbar ein Stellelement der Hydromaschine angelenkt ist, von dessen Stellung das Hubvolumen abhängig ist. Zumindest zur Versorgung des Stelldruckraums mit Stelldruckmittel ein Regel-, insbesondere Wegeventil vorgesehen, das einen mit dem Aktorelement gekoppelten Ventilkörper hat. Dieser ist in Abhängigkeit einer an ihm angreifenden Betätigungskraft und einer, insbesondere aus einer Relativstellung des Stellelementes zum Ventilkörper resultierenden Koppelkraft, beweglich, insbesondere linearbeweglich. Vom Ventilkörper ist, insbesondere in Zusammenwirken mit einer Zylinderbohrung, in der er geführt ist, ein in Abhängigkeit dieser Bewegung stetig verstellbarer, erster Drosselquerschnitt abschnittsweise begrenzt. Über den ersten Drosselquerschnitt ist dabei eine Druckmittelquelle mit dem Stelldruckraum zu dessen Druckmittelbeschickung fluidisch verbindbar. Erfindungsgemäß ist ein zweiter Drosselquerschnitt vorgesehen, über den der Stelldruckraum mit Druckmittel beaufschlagt oder beaufschlagbar ist.
Dadurch kann ein Leckagevolumenstrom aus dem Stelldruckraum über den zweiten Drosselquerschnitt, zusätzlich zum ersten Drosselquerschnitt, zumindest anteilig ersetzt oder nachgeführt werden. Dadurch erfährt der Ventilkörper eine geringere oder sogar keine auf Leckage basierende Auslenkung mehr, sodass bei gegebenem Sollwert die Drift des Verdrängungsvolumens mit dem Druck vor oder der Druckdifferenz über dem ersten Drosselquerschnitt verringert ist, wodurch die Wiederholgenauigkeit der Regelung verbessert ist.
In einer Weiterbildung ist die Hydromaschine eine Hydropumpe, insbesondere eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise. Vorzugsweise ist die Hydromaschine mit einem Niederdruck- und einem Druck- oder Hochdruckanschluss ausgebildet. Vorzugsweise ist sie so eingerichtet, dass über sie Druckmittel vom Niederdruckanschluss zum Hochdruckanschluss förderbar ist.
Vorzugsweise ist die Hydromaschine derart ausgestaltet, dass eine Vergrößerung des Stelldruckraums eine Verkleinerrung des Hubvolumens bewirkt.
Vorzugsweise ist die Druckmittelquelle der Hochdruckanschluss oder ein anderer Hochdruckraum der Hydromaschine.
Das Aktorelement ist insbesondere ein Stellkolben eines hydrostatischen Stellzylinders der Hydromaschine.
Die Betätigungskraft ist insbesondere von einem Sollwertsignal des Hubvolumens oder eines Schwenkwinkels abhängig, insbesondere proportional dazu. Die Betätigungskraft kann beispielsweise elektromagnetisch erzeugt sein. Dazu weist die HM vorzugsweise einen Elektromagneten auf, der - gemäß dem Sollwertsignal - mit einem insbesondere stetig variierbaren Ansteuer- oder Erregerstrom ansteuerbar ist.
Die Betätigungskraft wirkt am Ventilkörper insbesondere in Richtung einer Verkleinerung des ersten Drosselquerschnitts.
Die Kopplung ist vorzugsweise eine Kraftkopplung, insbesondere eine wegabhängige Kraftkopplung. Diese ist beispielsweise über ein elastisches Element oder eine elastische Einheit, insbesondere eine Feder oder ein Federpaket realisiert. Besonders bevorzugt ist dies eine in Druck- und/oder Zugrichtung elastische Rückkopplungsfeder.
Das Aktorelement und der Ventilkörper sind vorzugsweise derart über die Feder gekoppelt, dass eine Verkleinerung des Stelldruckraumes eine Annäherung des Aktorelementes an den Ventilkörper bewirkt und / oder in Richtung einer Kompression der Feder wirkt.
Vorzugsweise ist die Feder zwischen dem Aktorelement oder einem damit verbundenen Abschnitt und dem Ventilkörper angeordnet, insbesondere an beiden abgestützt.
Das Wegeventil ist zusätzlich zur Entlassung von Stelldruckmittel aus dem Stelldruckraum vorgesehen. Zu diesem Zweck ist vom Ventilkörper ein in Abhängigkeit von dessen Bewegung stetig, und zum ersten Drosselquerschnitt gegensinnig verstellbarer, dritter Drosselquerschnitt abschnittsweise begrenzt. Über diesen ist eine Druckmittelsenke, insbesondere der Niederdruckanschluss oder ein Niederdruckbehälter/Tank der Hydromaschine, fluidisch mit dem Stelldruckraum verbindbar.
Die Betätigungskraft wirkt am Ventilkörper insbesondere in Richtung einer Vergrößerung des dritten Drosselquerschnitts. Diese Vergrößerung wirkt durch zunehmende Druckmittelverbindung des Stelldruckraumes mit der Druckmittelsenke in Richtung einer Verkleinerung des Stelldruckraumes und damit einer Vergrößerung des Hubvolumens.
Der jeweilige Drosselquerschnitt ist vorzugsweise als Blende ausgestaltet. Ein jeweils verstellbarer Drosselquerschnitt, insbesondere der erste und dritte ist vorzugsweise mit wenigstens einer Steuerkerbe versehen.
Vorzugsweise ist der zweite Drosselquerschnitt derart ausgestaltet, dass ein betriebsbedingter Leckagestrom aus dem Stelldruckraum heraus, insbesondere in Richtung der Druckmittelsenke, über ihn zumindest anteilig, insbesondere durch einen Druckmittelzufluss über den zweiten Drosselquerschnitt, kompensierbar ist.
Vorzugsweise ist der zweite Drosselquerschnitt vom Ventilkörper und / oder von dessen Bewegung entkoppelt.
Vorrichtungstechnisch und steuerungstechnisch einfach ist eine Weiterbildung, bei der der zweite Drosselquerschnitt fest ausgestaltet ist. Flexibler einsetzbar, insbesondere aufgrund geringerer Drift über größere Druck- oder Druckdifferenzbereiche, ist der zweite Drosselquerschnitt, wenn er verstellbar ausgestaltet ist.
In einer Weiterbildung ist der zweite Drosselquerschnitt daher in Abhängigkeit eines Drucks der Druckmittelquelle und / oder einer Druckdifferenz der Druckmittelquelle zum Stelldruckraum und / oder einer Stellung des Ventilkörpers verstellbar ausgestaltet.
Vorrichtungstechnisch einfach und bezüglich des sich einstellenden Kompensationsvolumenstroms einfacher auslegbar ist eine Weiterbildung, bei der der Stelldruckraum über den zweiten Drosselquerschnitt fluidisch mit derselben Druckmittelquelle verbunden oder verbindbar ist, wie über den ersten Drosselquerschnitt.
Vorzugsweise sind hierzu der erste Drosselquerschnitt und der zweite Drosselquerschnitt fluidisch parallel geschaltet.
Vorzugsweise hat das Aktorelement ein Gehäuse mit Zylinderbohrung, in der es beweglich, insbesondere linearbeweglich, aufgenommen ist, und von dem der Stelldruckraum abschnittsweise begrenzt ist.
Vorzugsweise hat ein Gehäuse des Wegeventils, in dem der Ventilkörper, insbesondere in einer Zylinderbohrung, beweglich, insbesondere linearbeweglich aufgenommen ist, einen Druckanschluss, der mit der Druckmittelquelle verbunden oder verbindbar ist.
Von diesem zweigt vorzugsweise ein Druckmittelströmungspfad zum Stelldruckraum ab, in welchem der zweite Drosselquerschnitt angeordnet ist.
Platzsparend und robust ist das Wegventil angeordnet, wenn ein Gehäuse des Wegeventils in Patronenbauweise ausgeführt und in ein größeres Gehäuse oder einen größeren Gehäuseabschnitt der Hydromaschine zumindest abschnittsweise eingesetzt ist.
Vorzugsweise ist der Druckanschluss des Wegeventils von einer am Gehäuse des Wegeventils ausgebildeten, außenumfänglichen Nut oder einem außenumfänglichen Nutabschnitt gebildet.
Besonders kompakt bauen das Wegeventil, das Aktorelement und der Stelldruckraum, wenn letztgenannter zumindest abschnittsweise vom Gehäuse des Wegeventils, insbesondere von dessen Stirnseite, begrenzt ist, und der Druckmittelströmungspfad eine Mündung in den Stelldruckraum aufweist.
In einer Weiterbildung sind die Gehäuse des Wegeventils und des Aktorelementes fest verbunden und / oder sie sind miteinander einstückig gebildet.
Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper und das Aktorelement, insbesondere die beiden Gehäuse, in denen sie jeweils aufgenommen sind, in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers zumindest abschnittsweise fluchtend angeordnet sind. Insbesondere fluchten ihre Mittelachsen.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Hydromaschine sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nunmehr erläutert.
Es zeigen:

1 einen hydraulischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Hydromaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 ein Druck-Schwenkwinkeldiagramm einer Hydromaschine gemäß dem Stand der Technik,
3 ein Schwenkwinkel-Ansteuerstromdiagramm der Hydromaschine gemäß dem Stand der Technik,
4 ein Druck- Schwenkwinkeldiagramm der Hydromaschine gemäß 1,
5 ein Schwenkwinke-Ansteuerstromdiagramm der Hydromaschine gemäß 1,
6 eine erfindungsgemäße Hydromaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
7 ein Regelventil der Hydromaschine gemäß 6 in einem Längsschnitt.

Gemäß 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Hydromaschine 1 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet. Sie ist als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgestaltet. Bis auf die erfindungsgemäßen und später geschilderten Aspekte entspricht sie weitgehend beispielsweise der Hydromaschine, wie sie in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 224 112 A1 der Anmelderin beschrieben ist. Auf eine detaillierte Beschreibung von aus dem Stand der Technik bekannten Aspekten wird verzichtet. Die Hydromaschine 1 hat einen Niederdruckanschluss 2, über den sie aus einem Tank T im Pumpenbetrieb Druckmittel ansaugen kann. Zudem hat sie ein Druck- oder Hochdruckanschluss 4, über den sie in eine Druck- oder Hochdruckleitung 6 fördert. Aufgrund der Bauweise mit verschwenkbarer Schrägscheibe 8 ist das Verdrängungsvolumen an der Hydromaschine 1 proportional zum Schwenkwinkel α der Schrägscheibe. Dieser ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen einem Schwenkwinkel α = 0 und einem maximalen Schwenkwinkel α_max verschwenkbar. Eine Verstellung des Schwenkwinkels α von 0, hin zu α_max , entspricht dabei einer Erhöhung des Verdrängungsvolumens und einem sogenannten Ausschwenken aufs Maximum. Die Schrägscheibe 8 ist mit einer Verstelleinrichtung in Ausgestaltung eines Stellzylinders 10 gekoppelt. Dieser hat einen Stellkolben 12, von dem die Schrägscheibe 8 angelenkt ist. Über ein Koppelgestänge 14 ist am Stellkolben 12 eine Rückkopplungsfeder 16 mittelbar abgestützt. Die Abstützung ist dabei derart, dass die Rückkopplungsfeder 16 Druckkräfte an das Koppelgestänge 14 übertragen kann.
Der Stellzylinder 10 hat einen Stelldruckraum 18, der mit Stelldruckmittel beschickbar ist. Ein Druck im Stelldruckraum 18 resultiert in einer Stelldruckkraft, die in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels α und Verringerung des Verdrängungsvolumens wirkt. Der Stelldruckkraft entgegen wirkt am Stellkolben 12 eine Rückstellfeder 20. Der Stellkolben 12 ist an einer Zylinderbohrung 22 des Stellzylinders 10 linear beweglich aufgenommen.
Zur Regelung des Schwenkwinkels α und des davon abhängigen Hubvolumens ist ein hydromechanischer Regler 27 in Ausgestaltung eines stetig verstellbaren 3/2-Wegeventils vorgesehen. Der Regler 27 hat einen Ventilkörper 28, der linear verschieblich in einer Zylinderbohrung 30 aufgenommen ist. Er hat einen ersten Drosselquerschnitt 32 in Form einer ersten Blende, über den oder die der Stelldruckraum 18 mit der Druckleitung 6 fluidisch verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist ein zweiter Drosselquerschnitt 34 vorgesehen, über den der Stelldruckraum 18 mit der Druckleitung 6, parallel zum ersten Drosselquerschnitt 32 und unabhängig vom Ventilkörper 28 und dessen Stellung, fluidisch verbindbar ist. Der zweite Drosselquerschnitt 34 ist von einer Blende mit festem Querschnitt gebildet. Der Ventilkörper 28 ist druckausgeglichen, indem auf beiden seiner Stirnseiten über Signalleitungen 36 der Druck im Stelldruckraum 18 lastet.
Der Regler 27 hat weiterhin einen dritten Drosselquerschnitt 38, über den der Stelldruckraum 18 mit dem Tank T fluidisch verbindbar ist. Gemäß 1 hat der Regler 27 des Weiteren einen Elektromagneten 40, über den der Ventilkörper 28 mit einer Betätigungskraft gemäß einem Sollwert des Schwenkwinkels α beaufschlagbar ist. Die Sollwertvorgabe erfolgt dabei über eine Signalleitung 42 und die Ansteuerung des Elektromagneten 40 mit einem Ansteuerstrom I_S . Am Ventilkörper 28 wirken damit aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des Reglers 27 zumindest die Betätigungskraft des Elektromagneten 40 einerseits, und die Koppelkraft der Rückkopplungsfeder 16 andererseits.
In einem Regelbetrieb wird ein Schwenkwinkelsollwert α_S durch Bestromung mit dem Ansteuerstrom I_S vorgegeben. Daraus resultiert die Betätigungskraft am Ventilkörper 28, die in Richtung der Aufsteuerung des dritten Drosselquerschnitts 38 wirksam ist. Hierdurch wird der Stelldruckraum 18 über den zunehmend großen dritten Drosselquerschnitt 38 mit dem Tank T verbunden. Aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 20 wird der Stellkolben 12 in Richtung einer Verkleinerung des Stelldruckraumes 18 verschoben und Stelldruckmittel wird über den dritten Drosselquerschnitt 38 zum Tank T abgeführt. Mit der Verschiebung des Stellkolbens 12 geht eine Kompression der Rückkopplungsfeder 16 einher, wodurch die von ihr auf den Ventilkörper 28 aufgeprägte Koppelkraft in Richtung der Öffnung des ersten Drosselquerschnittes 32 zunimmt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 28 mit Bezug zu seinen Drosselquerschnitten 32, 38 und der Zylinderbohrung 30 mit negativer Überdeckung ausgeführt, sodass in einem Kräftegleichgewicht der Koppelkraft und der Betätigungskraft beide Drosselquerschnitte 32, 38 etwas geöffnet sind.
Wird nun beispielsweise ein kleinerer Schwenkwinkel α benötigt, so wird der Ansteuerstrom I_S abgesenkt, wodurch die Betätigungskraft sinkt und der Ventilkörper 28 in 1 nach rechts und damit in Richtung einer zunehmenden Öffnung des ersten Drosselquerschnitts 32 verschoben wird. Demgemäß strömt zunehmend Druckmittel aus der Druckleitung 6 über den ersten Drosselquerschnitt 32 in den Stelldruckraum 18, wodurch der Kolben 12 in Richtung einer Vergrößerung des Stelldruckraums 18 verschoben wird, bis sich wieder das Kräftegleichgewicht eingestellt hat.
Bei gewünschter Vergrößerung des Schwenkwinkels α wirken hingegen die Erhöhung des Ansteuerstromes I_S , der Betätigungskraft und die Verschiebung des Ventilkörpers 28 in Richtung zunehmender Öffnung des dritten Drosselquerschnittes.
Im Regelbetrieb tritt aus dem Stelldruckraum 18 und den Signalleitungen 36 ein Leckagevolumenstrom aus, woraus eine geringfügige Verschiebung des Stellkolbens 12 in Richtung Verkleinerung des Stelldruckraumes 18 resultiert. Wie bereits dargestellt wird dadurch bei gleichbleibendem Ansteuerstrom I_S und gleichbleibender Betätigungskraft des Elektromagneten 40 die Rückkoppelfeder 16 über das Koppelgestände 14 komprimiert, sodass die Koppelkraft steigt. Der Regler 27 reagiert somit auf die Verschiebung des Stellkolbens 12 durch Leckage und der erste Drosselquerschnitt 32 wird zunehmend geöffnet, sodass Druckmittel in den Stelldruckraum 18 nachströmen kann und die leckagebedingte Verstellung des Stellkolbens 12 letztendlich kompensiert wird. Allerdings treten aufgrund der Strömungsdynamik am ersten Drosselquerschnitt 32 Strömungskräfte auf, die am Ventilkörper 28 in Richtung einem Schließen des ersten Drosselquerschnittes 32 wirksam sind. Im Zustand des Kräftegleichgewichtes am Ventilkolben 28 ist somit die Koppelkraft der Rückkoppelfeder 16 höher als ohne diese Leckage. Demgemäß ist der sich aufgrund des Ansteuerstroms I_S einstellende Schwenkwinkel α größer als der erwartungsgemäße Schwenkwinkel α ohne Leckage, was als Drift bezeichnet wird.
Es sei betont, dass die bisherige Beschreibung lediglich die Problematik der gattungsgemäßen Hydromaschine beschreibt. Diese Problematik wird erfindungsgemäß durch Vorsehen des zweiten Drosselquerschnittes 34; 134 zwischen dem Druckanschluss 4 und dem Stelldruckraum 18 der Hydromaschine 1; 101 gelöst oder zumindest reduziert.
Die 2 und 3 beschreiben diese Problematik. Gemäß 2 ist zu sehen, dass beispielsweise bei gegebenem Schwenkwinkel α mit steigendem Druck p, und damit steigender Druckdifferenz zwischen dem Druck p in der Druckleitung 6 und dem Stelldruck p_S im Stelldruckraum 18, der Schwenkwinkel α wie beschrieben zunimmt. Dies ist beispielhaft dargestellt für einen Ausgangsschwenkwinkel von 20, 40, 60, 80 und 95% des maximalen möglichen Schwenkwinkels α_max .
3 zeigt eine andere Darstellung der Problematik, wobei über den Ansteuerstrom I_S der Schwenkwinkel α in Prozent aufgetragen ist. Dabei entsprechen die beiden oberen Kurven einem Ausschwenken und Einschwenken mit Hysterese bei einem höheren Druck und die beiden unteren Kurven demselben Vorgang bei einem niedrigeren Druck. Gut zu erkennen ist, dass für einen gegebenen Ansteuerstrom I_S der Schwenkwinkel α zunimmt (driftet), je größer der Druck p ist. Es besteht somit nicht mehr der vorteilhafte und gewünschte, proportionale Zusammenhang zwischen dem Ansteuerstrom I_S und dem Schwenkwinkel α (Verdrängungsvolumen).
Zur Linderung dieses Effektes ist gemäß 1 der zweite Drosselquerschnitt 34 vorgesehen, der parallel zum ersten Drosselquerschnitt 32 den Stelldruckraum 18 mit der Druckmittelquelle (Druckleitung 6) fluidisch verbinden kann. Erfindungsgemäß ist der zweite Drosselquerschnitt 34 von einer Blende gebildet, deren Drosselquerschnitt völlig unabhängig vom Ventilkörper 28 ist. Sie ist im gezeigten Ausführungsbeispiel fest, mit einem Öffnungsquerschnitt von 0,5mm ausgestattet.
Vorzugsweise beträgt der zweite Drosselquerschnitt zwischen 0,3 und 0,8mm, wobei er vorzugsweise auf eine betriebsrelevante Druckdifferenz zwischen Druck p und Stelldruck p_S oder auf ein betriebsrelevantes Intervall dieser Druckdifferenz optimiert ist.
Im Regelbetrieb ermöglicht der zweite Drosselquerschnitt 34 den Ausgleich des oben erwähnten Leckagestromes, sodass dieser nicht mehr oder nicht mehr vollständig über die erste Drosselstelle 32 ausgeglichen werden muss und der unerwünschte Effekt der Verschiebung des Kräftegleichgewichts am Ventilkörper 28 zumindest abgemildert ist.
4 und 5 zeigen den erfindungsgemäßen Effekt des zweiten Drosselquerschnittes 34. Die Darstellung gilt qualitativ auch für das im Folgenden beschriebene zweite Ausführungsbeispiel. Dabei ist in 4 analog zur Darstellung gemäß 2 (Stand der Technik) der Druck p über den Schwenkwinkel α aufgetragen. Ausgehend von einem Schwenkwinkel α von z.B. 40% und geringem Druck p ist gut zu erkennen, dass gemäß der Kurve rechts der Schwenkwinkel α mit zunehmendem Druck p in Richtung größerer Werte driftet. In 4 links sind diese Kurven für einen zweiten Drosselquerschnitt von 0,5mm und von 0,6mm dargestellt. Zu erkennen ist, dass der zweite Drosselquerschnitt 34 zu einer Umkehrung oder Abnahme der genannten Drift oder Verschiebung führen kann. Anzustreben wäre hier ein senkrechter Verlauf der Kurve (gestrichelt angedeutet), ausgehend vom beispielhaften Schwenkwinkel α = 40%, also eine Druckunabhängigkeit. Mit einem Querschnitt kleiner als 0,5mm ist dieser senkrechte Verlauf theoretisch erhaltbar. Analog zur 3 (Stand der Technik) wird in 5 der Zusammenhang zwischen dem Schwenkwinkel α in Prozent und dem Ansteuerstrom I_S mit vorhandenem, zweitem Drosselquerschnitt 34 skizziert. Dabei hat die zweite Drosselstelle 34 einen Durchmesser von 0,6mm. Auffällig im Vergleich zu 3 ist, dass nun die Hysteresekurve für niedrigeren Druck oberhalb derjenige für höheren Druck angeordnet ist. Zudem sind die beiden Hysteresekurven, verglichen mit denjenigen gemäß 3, näher zusammengerückt. In anderen Worten ergeben sich erfindungsgemäß bei gegebenem Ansteuerstrom I_S mit Variation des Druckes p nicht mehr so große Abweichungen des Schwenkwinkels a.
Gemäß 6 hat ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hydromaschine 101 zusätzliche Regelfunktionen. Zum einen ist dies ein Druckdifferenz- oder Förderstrom-Regler 44, über den der Druck p der Druckleitung 6 auf einen Wert geregelt wird, der sich aus einer Summe eines gemeldeten Lastdrucks p_LS und einem am Druckdifferenzregler 44 eingestellten Sollwert einer Druckdifferenz ergibt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass an Zumessblenden versorgter hydraulischer Verbraucher stets ein Druck ausreichend hoch oberhalb des Lastdrucks ansteht. Des Weiteren hat die Hydromaschine 101 einen Druck- oder Druckabschneide-Regler 46, der nur dann regelnd eingreift, wenn der Druck p in der Druckleitung 6 einen am Druckregler 46 eingestellten Sollwert erreicht oder überschreitet. Als im Prinzip oberste Instanz aller Regler 44, 46 und 127 greift er damit druckbegrenzend ein, bevor ein Druckbegrenzungsventil (nicht dargestellt) den Druck durch Abblasen von Druckmittel begrenzt, wodurch diese Form Energieverlust vermieden wird. Die beiden Regler 44 und 46 entsprechen dabei jeweils Stand der Technik, weshalb auf weitere Ausführungen verzichtet wird.
Neben den zusätzlichen Reglern 44, 46 weicht die Hydromaschine 101 in ihrer Bauweise insbesondere den erfindungsgemäßen Regler 127 betreffend ab. Zunächst fällt auf, dass ein Ventilkörper 128 (dessen Mittelachse) des Reglers 127, mit dem Stellkolben 12 (dessen Mittelachse) fluchtet. Stellkolben 12 und Ventilkörper 128 sind somit äußerst kompakt in Reihe angeordnet. Dadurch ist es auch möglich, dass die Rückkoppelfeder 16 wie dargestellt innerhalb des Stelldruckraumes 118 angeordnet ist.
Aufgrund der genannten Reglerstruktur mit den Reglern 44, 46 ist auch der Ventilkörper 128 von demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels abweichend ausgestaltet. Dabei ist über die Bauweise des Ventilkörpers 128 die fluidische Wirkverbindung der Regler 44, 46 mit dem Stelldruckraum 118 sichergestellt. Hierzu weist der Ventilkörper 128 eine Längsbohrung 48 auf. Diese ist über eine Radialbohrung 29 in permanenter Druckmittelverbindung mit einem Regleranschluss 52, über den die beiden in Reihe geschalteten Regler 44, 46 mit dem Regler 127 druckmittelverbunden sind. Der Regleranschluss 52 ist dabei über die Regler 44, 46 sowohl mit der Druckleitung 6, als auch mit dem Tank T fluidisch verbindbar. Des Weiteren hat der Regler 128 einen Druckanschluss P und einen Stelldruckanschluss Ps. Der Druckanschluss P ist mit der Druckleitung 6 und der Stelldruckanschluss P_S mit dem Stelldruckraum 118 druckmittelverbunden. Auch der Ventilkörper 128 ist über die Signalleitung 36 druckausgeglichen gestaltet.
Der Ventilkörper 128 ist durch Einwirkung des Elektromagneten 40, wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, zwischen zwei Stellungen a und b stetig verstellbar. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist in einer ersten oder Regel-Stellung a der Druckanschluss mit dem Stelldruckanschluss Ps über den ersten Drosselquerschnitt verbindbar oder verbunden. In der Stellung b ist der Druckanschluss P abgesperrt und der Regleranschluss 52 ist mit den Stelldruckanschluss Ps verbunden. In allen Stellungen des Ventilkörpers, inklusive a und b, ist der Regleranschluss 52 über die Radialbohrung 29 und die Längsbohrung 48 mit einem hin zum Stelldruckraum 118 öffnenden Rückschlagventil 54 verbunden. Über dieses kann der vom Regler 44 oder 46 am Regleranschluss 52 bereitgestellte Druck am Rückschlagventil 54 gegen den vom Regler 127 gemäß Sollwert bereitgestellten Stelldruck abgeglichen werden, wobei sich unter Berücksichtigung der auf dem Rückschlagventil 54 lastenden Rückkoppelfeder 16 der entsprechend größere als Stelldruck im Stelldruckraum 118 durchsetzt.
7 zeigt den Regler 127 gemäß 6, inklusive dem Stellkolben 12. Der Regler 127 ist als 3/2-Wegeventil in patronenbauweise ausgeführt. Dies heißt, dass ein Gehäuse 56, in dem der Ventilkörper 128 linear beweglich geführt ist, außenumfänglich im Wesentlichen zylindrisch ausgestattet ist und in ein Hauptgehäuse der Hydromaschine 101 einschraubbar/ eingeschraubt ist. An das Gehäuse 56 ist der Elektromagnet 40 angeschraubt. Dem Elektromagneten 40 gegenüber, an einem Endabschnitt des Gehäuses 56, ist die Zylinderbohrung 22, in der der Stellkolben 12 linear beweglich geführt ist, topfartig ausgebildet. Der Ventilkörper 128 und der Stellkolben 12 fluchten mit ihren Mittelachsen. Von der Zylinderbohrung 22 und dem hohl ausgeführten Stellkolben 12 ist der Stelldruckraum 118 begrenzt. Gut zu erkennen ist die Längsbohrung 48 des Ventilkörpers 128, die an einem dem Elektromagneten 40 zugewandten Endabschnitt in die Radialbohrung 29 mündet. Das Gehäuse 56 hat außenumfänglich drei Umfangsnuten, die jeweils mit dem Anschluss P (Verbindung zur Druckleitung 6), Ps (Verbindung zum Stelldruckraum 118) und dem Regleranschluss 52 kommunizieren. Ausgehend von den genannten Umfangsnuten erstrecken sich Sternbohrungen nach radial innen, hin zur Zylinderbohrung 30 des Gehäuses 56 und zum Ventilkörper 128.
Der Ventilkörper 128 hat einen zentralen Steuerbund, an dem in Richtung hin zu den Sternbohrungen des Druckanschlusses P eine erste Steuerkante ausgebildet ist, die zusammen mit einer ersten Steuerkante der Zylinderbohrung 30 den ersten Drosselquerschnitt 132 ausbildet. Am gleichen Steuerbund ist in Richtung hin zu den Sternbohrungen des Regleranschlusses 52 eine dritte Steuerkante ausgebildet, die zusammen mit einer dritten Steuerkante der Zylinderbohrung 30 den dritten Drosselquerschnitt 138 ausbildet.
Der Druckanschluss P, beziehungsweise dessen Sternbohrungen, sind vom Stelldruckraum 118 durch einen Gehäuseboden getrennt. In diesem ist eine Durchgangsbohrung ausgebildet, die gemäß 6 den zweiten Drosselquerschnitt 134 ausbildet. Dieser dient der bereits besprochenen, erfindungsgemäßen Kompensation der Leckage aus dem Stelldruckraum 118.
Offenbart ist eine Hydromaschine mit von einem Regelventil geregeltem Verdrängungsvolumen, wobei ein Leckagevolumenstrom von zur Verstellung genutztem Stelldruckmittel über einen vom Regelventil unabhängigen Drosselquerschnitt der Hydromaschine ersetzbar ist.
Bezugszeichenliste

1; 101: Hydromaschine
2: Niederdruckanschluss
4: Druckanschluss
6: Druckleitung
8: Schrägscheibe
10: Stellzylinder
12: Stellkolben
14: Koppelgestänge
16: Rückkopplungsfeder
18; 118: Stelldruckraum
20: Rückstellfeder
22: Zylinderbohrung
26: Tankleitung
27; 127: Regler
28; 128: Ventilkörper
29: Radialbohrung
30: Zylinderbohrung
32; 132: erster Drosselquerschnitt
34; 134: zweiter Drosselquerschnitt
36: Signalleitung
38; 138: dritter Drosselquerschnitt
40: Elektromagnet
42: Signalleitung
44: Förderstromregler
46: Druckregler
48: Durchgangsbohrung
50: Regleranschluss
52: Regleranschluss
54: Rückschlagventil
56: Gehäuse
P: Druckanschluss
P_S: Stelldruckanschluss
α: Schwenkwinkel
α_max: maximaler Schwenkwinkel
p: Druck
p_S: Stelldruck
I_S: Ansteuerstrom
a, b: Stellung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10360452 B3 [0003]
DE 102013224112 A1 [0003, 0037]

Claims

Hydromaschine mit verstellbarem Hubvolumen, und mit einem Aktorelement (12), von dem ein hydrostatischer Stelldruckraum (18; 118) abschnittsweise begrenzt ist, wobei vom Aktorelement (12) unmittelbar oder mittelbar ein Stellelement (8) angelenkt ist, von dessen Stellung das Hubvolumen abhängig ist, wobei zumindest zur Versorgung des Stelldruckraums (18; 118) mit Stelldruckmittel ein Wegeventil (27; 127) vorgesehen ist, das einen mit dem Aktorelement (12) gekoppelten Ventilkörper (28; 128) hat, der in Abhängigkeit einer an ihm angreifenden Betätigungskraft und einer Koppelkraft beweglich ist, und von dem ein in Abhängigkeit dieser Bewegung stetig verstellbarer, erster Drosselquerschnitt (32; 132) abschnittsweise begrenzt ist, über den eine Druckmittelquelle (6) fluidisch mit dem Stelldruckraum (18; 118) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Drosselquerschnitt (34; 134) vorgesehen ist, über den der Stelldruckraum (18; 118) mit Druckmittel beaufschlagt oder beaufschlagbar ist.
Hydromaschine nach Anspruch 1, wobei der zweite Drosselquerschnitt (34; 134) derart ausgestaltet ist, dass ein Leckagestrom aus dem Stelldruckraum (18; 118) heraus über ihn zumindest anteilig kompensierbar ist.
Hydromaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Drosselquerschnitt (34; 134) vom Ventilkörper (28; 128) und / oder von dessen Bewegung entkoppelt ist.
Hydromaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Drosselquerschnitt (34; 134) fest ist, oder wobei der zweite Drosselquerschnitt verstellbar ist.
Hydromaschine nach Anspruch 4, wobei der zweite Drosselquerschnitt in Abhängigkeit eines Drucks der Druckmittelquelle und / oder einer Druckdifferenz der Druckmittelquelle zum Stelldruckraum und / oder einer Stellung des Ventilkörpers verstellbar ist.
Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stelldruckraum (18; 118) über den zweiten Drosselquerschnitt (34; 134) fluidisch mit derselben Druckmittelquelle (6) verbunden oder verbindbar ist, wie über den ersten Drosselquerschnitt (32; 132).
Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Drosselquerschnitt (32; 132) und der zweite Drosselquerschnitt (34; 134) fluidisch parallel geschaltet sind.
Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gehäuse des Aktorelementes (12) eine Zylinderbohrung (22) hat, in dem das Aktorelement (12) beweglich aufgenommen ist, und von dem der Stelldruckraum (18; 118) abschnittsweise begrenzt ist.
Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gehäuse (56) des Wegeventils (127), in dem der Ventilkörper (128) beweglich aufgenommen ist, einen Druckanschluss (P) hat, der mit der Druckmittelquelle (6) verbunden oder verbindbar ist, und von dem ein Druckmittelströmungspfad zum Stelldruckraum (118) abzweigt, in welchem der zweite Drosselquerschnitt (134) angeordnet ist.
Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wegeventil (127) oder zumindest ein Gehäuse (56) des Wegeventils (127) in Patronenbauweise ausgeführt und in ein Gehäuse oder Gehäuseabschnitt der Hydromaschine (101) eingesetzt ist.
Hydromaschine zumindest nach Anspruch 9 und 10, wobei der Druckanschluss (P) von einer am Gehäuse (56) des Wegeventils (127) ausgebildeten außenumfänglichen Nut oder einem außenumfänglichen Nutabschnitt gebildet ist.
Hydromaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Stelldruckraum (118) abschnittsweise vom Gehäuse (56) des Wegeventils (127) begrenzt ist, und der Druckmittelströmungspfad eine Mündung in den Stelldruckraum (118) aufweist.
Hydromaschine zumindest nach Anspruch 8 und 9, wobei die Gehäuse (56) des Wegeventils (127) und des Aktorelementes (12) fest verbunden und / oder miteinander einstückig gebildet sind.
Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper (128) und das Aktorelement (12) in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (128) zumindest abschnittsweise fluchtend angeordnet sind.