Brevet FR2704603A1 — publié le 19941104

"Procédé pour faire fonctionner une pompe hydrostatique à cylindrée variable et système d'entraînement hydrostatique constitué pour cela". L'invention concerne un procédé pour faire fonc- tionner une pompe hydrostatique à cylindrée variable, dans laquelle on règle la largeur de l'ouverture d'un étrangle- ment dans une conduite de refoulement allant à un appareil utilisateur, on mesure la chute de pression dans l'étran- glement, on la fournit à un régulateur/détecteur de charge (Load-Sensing-Regler) et on règle avec le régula- teur/détecteur de charge le volume de refoulement de la pompe sur une valeur, pour laquelle la pression de refoule- ment de la pompe est plus grande que la pression de l'appa- reil utilisateur, la différence de pression dépendant du système et pouvant être commandée. Mais l'invention con- cerne aussi un système d'entraînement hydrostatique consti- tué pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention avec une pompe à cylindrée variable et au moins un appareil consommateur d'énergie hydraulique, un étranglement régla- ble étant disposé dans une conduite de refoulement allant à l'appareil utilisateur et un régulateur/détecteur de charge étant prévu, qui détermine le volume de refoulement de la pompe, et est constitué pour représenter la chute de pres- sion à l'endroit de l'étranglement. Des pompes hydrostatiques à cylindrée variable qui fonctionnent selon le principe de détection de la charge (load-sensing) sont montées de manières connue dans la zone mobile (par exemple sur des engins de travaux pu- blics) dans le circuit ouvert et fonctionnent avec une pression différentielle établie de façon fixe delta p et une largeur d'ouverture de l'étranglement pouvant être com- mandée à volonté. La largeur d'ouverture de l'étranglement qui est constituée comme une partie de vanne d'un appareil utilisateur, détermine dans ce cas la vitesse du mouvement de l'appareil utilisateur. Pour avoir des mouvements lents de l'appareil utilisateur, on ouvre seulement un tout petit peu l'étran- glement. Entre l'étranglement et l'appareil utilisateur qui reste tout d'abord immobile du fait des frottements par adhérence, il se crée une pression. Le régulateur/détecteur de charge maintient constante la pression différentielle delta p à la valeur préréglée et augmente dans ce but le débit de refoulement de la pompe. En fonction du frottement par adhérence agissant sur l'appareil utilisateur, le débit de refoulement peut dans ce cas atteindre une valeur qui est beaucoup plus grande que la valeur nécessaire pour avoir pour l'appareil utilisateur la vitesse souhaitable. Si l'appareil utilisateur commence à se mouvoir, on peut à ce stade de fonctionnement arriver à avoir un mouvement par à-coups indésirable de l'appareil utilisateur, dont la vi- tesse de mouvement au démarrage est alors plus élevée que celle prédéfinie à proprement parler. Pour avoir des mouvements rapides de l'appareil utilisateur, on ouvre davantage l'étranglement. Dans ce cas, la pression différentielle préétablie delta p s'effon- dre profondément. Ce comportement est souhaitable, car alors la puissance dissipée consommée via l'étranglement est alors justement faible dans le cas de grands débits (autrement, il se produirait une perte de puissance de 5 % par exemple dans le cas d'une pression de fonctionnement de 400 bar et d'une pression différentielle delta p de 20 3 2704603 bar). Il est d'ailleurs désavantageux de quitter la zone de régulation du régulateur/détecteur de charge. Lors de l'utilisation d'une pompe hydrostatique réglable dans le domaine industriel, les exigences sont au- tres. Dans le cas présent, on n'utilise pas des pompes à débit variable mais des pompes à cylindrée variable donc des pompes dans lesquelles un volume déplacé défini de la pompe et de cette façon une vitesse déterminée du mouvement de l'appareil utilisateur sont associées à un appareil de commande déterminé. Pour cela, il est nécessaire d'avoir dans le cas des pompes à cylindrée variable un rétro-signal de trajet (ou un rétro-signal de volume déplacé) et un sys- tème spécial de vanne pour réaliser la commande. En cas d'utilisation de pompes à cylindrée variable, il ne se pro- duit pratiquement pas de pertes de puissance. Dans le do- maine industriel, les mouvements de l'appareil utilisateur sont en majorité lents. C'est uniquement pour un processus rapide (par exemple une presse hydraulique) qu'il est sou- haitable d'avoir une vitesse plus élevée de l'appareil uti- lisateur. L'utilisation d'une pompe réglée selon le procédé de détection de charge dans le domaine industriel n'est pratiquement pas possible pour les raisons mentionnées ci- dessus (faibles vitesses de déplacement de l'appareil uti- lisateur: - > à-coups lors du démarrage; grandes vitesses de déplacement de l'appareil utilisateur: - > sortie de la zone de régulation). Un fabricant de pompes qui couvre aussi bien le domaine des engins mobiles que le domaine industriel aussi doit en conséquence offrir pour les deux cas d'application (domaine des engins mobiles ou domaine industriel) des pom- pes différentes de même grandeur (volume déplacé). Dans le cas d'un procédé selon le générique ser- vant à faire fonctionner une pompe hydrostatique réglable, que l'on désigne aussi sous le nom de régulation/détection de charge avec commande finement modulée et qui est connue 4 2704603 par le document DE-3 805 061 Ai. On peut dans une large me- sure éviter un mouvement par à-coups lors des mouvements lents de l'appareil utilisateur. Dans ce cas, on réduit par une vanne de retenue dans une conduite de rétro-signal de charge la pression différentielle, qui est aussi désignée comme la pression delta p. En conséquence, l'équilibre dans le régulateur/détecteur de charge se déplace dans une di- rection pour laquelle le volume déplacé de la pompe diminue alors que la largeur d'ouverture de l'étranglement reste constante. Il en résulte une augmentation de la possibilité d'actionner finement. Lors de l'actionnement de l'appareil utilisateur raccordé à la pompe au moyen d'un levier ma- nuel, qui détermine la largeur d'ouverture de l'étrangle- ment, on peut commander par exemple dans le cas d'une conception en conséquence de la vanne de retenue la moitié de la quantité du fluide de refoulement sur tout le trajet de réglage.du levier manuel. Grâce à la commande à modulation fine, le débit allant à l'appareil utilisateur est aussi plus faible dans O20 le cas o la pression différentielle delta p est réduite, de telle sorte que pour une largeur d'ouverture identique à l'étranglement, il se produit un moindre mouvement sur l'appareil utilisateur. On a toutefois dans le cas des pompes à régula- tion/détection de la charge quand l'appareil utilisateur a des mouvements rapides (la commande à modulation fine étant débranchée) encore l'inconvénient déjà mentionné que lors de l'effondrement de la pression différentielle delta p la régulation/détection de charge, donc la régulation propre- ment dite du débit ne fonctionne plus. La vitesse de l'ap- pareil utilisateur est dans ce cas sans complète régulation de grandeurs perturbatrices, car la pompe demeure en perma- nence complètement réglée sur le volume déplacé maximal. Ceci signifie que des vitesses de rotation oscillantes d'entraînement conduisent à un refoulement fluctuant du vo- 2704603 lume déplacé et de cette façon à des vitesses oscillantes du mouvement de l'appareil utilisateur. Ceci va à l'encon- tre d'une utilisation d'une pompe hydrostatique avec régu- lation/détection de la charge dans le domaine industriel. La présente invention a pour objet d'offrir un procédé du type décrit ci-dessus ou un système d'entraîne- ment hydrostatique du type ci-dessus, avec lequel il soit possible d'avoir une bonne commande fine pour les vitesses de déplacement lentes de l'appareil utilisateur et un main- tien de la régulation/détection de la charge même dans le cas de grandes vitesses de déplacement de l'appareil utili- sateur et en même temps de faibles pertes de puissance. On résout ce problème selon l'invention grâce au fait que la vitesse de déplacement de l'appareil utilisa- teur est prédéfinie en tant que valeur de consigne et en fonction de cela, on commande de façon combinée la pression différentielle et la largeur d'ouverture du point d'étran- glement, une pression différentielle déterminée et une lar- geur d'ouverture déterminée étant associées automatiquement l'une à l'autre, de telle façon que l'on obtienne quand la vitesse de déplacement est faible une bonne commande fine et lorsque la vitesse de déplacement est grande, une faible perte de puissance. Dans ce cas, on combine en principe une commande spéciale de modulation fine à une commande agis- sant en même temps sur la vanne de l'appareil utilisateur (donc une commande de la largeur d'ouverture du point d'étranglement disposé dans la vanne de l'appareil utilisa- teur). La pression différentielle delta p et la largeur d'ouverture du point d'étranglement sont dans ce cas ajus- tées en permanence l'une à l'autre de telle façon que d'une part on obtienne une possibilité extrêmement fine de com- mander l'appareil utilisateur et d'autre part même dans le cas de grandes vitesses de déplacement de l'appareil utili- sateur la régulation/détection de la charge ne s'écoule pas, bien que l'on maintienne faible la perte de puissance. Dans la zone fine de commande, la pression différentielle delta p est grande et la largeur d'ouverture du point d'étranglement est petite. Dans le cas de grandes vitesses de déplacement de l'appareil utilisateur, la pression dif- férentielle delta p est petite et la largeur d'ouverture du point d'étranglement est grande. De cette manière, on peut utiliser une pompe constituée en soi comme une pompe à dé- bit variable à détection de la charge comme une pompe à cy- lindrée variable. En ce qui concerne le fonctionnement, il n'y a pas d'inconvénient par rapport à une pompe à cylin- drée variable. Une pompe utilisée selon le procédé conforme à l'invention ne nécessite pas d'information en retour sur le trajet ou le volume déplacé ni aucun système de vanne constituée spécialement pour une pompe à cylindrée varia- ble. De cette façon, on peut utiliser la même pompe aussi bien dans le domaine des engins mobiles que dans celui aus- si de l'industrie. Selon un autre développement du procédé selon l'invention, on prévoit que la valeur de consigne de la vi- tesse de déplacement de l'appareil utilisateur est fournie à une unité électronique et que la largeur d'ouverture du point d'étranglement ainsi que la différence de pression sur le régulateur/détecteur de la charge sont commandées par des signaux provenant de l'unité électronique. La con- figuration sous forme de commande électronique permet d'avoir d'une manière simple une adaptation réciproque de la pression différentielle delta p et de la largeur d'ou- verture du point d'étranglement, selon chaque point de fonctionnement. Dans l'unité électronique, on met en mé- moire dans ce but les courbes caractéristiques de commande, qui contiennent l'adaptation des deux paramètres, pression différentielle delta p et largeur d'ouverture du point d'étranglement, de telle sorte que selon la valeur de con- signe existant de la vitesse de déplacement de l'appareil utilisateur, on prédéfinisse une courbe caractéristique de commande déterminée. En ce qui concerne une mise en oeuvre économique du procédé selon l'invention, il est avantageux selon une autre variante d'actionner le point d'étranglement à la main et de détecter la largeur d'ouverture du point d'étranglement à l'aide d'un détecteur et de fournir la va- leur de celle-ci à une unité électronique et de commander la pression différentielle sur le régulateur/détecteur de la charge par des signaux provenant de l'unité électroni- que. Le détecteur peut être aussi constitué comme un commu- tateur sous la forme la plus simple, qui indique seulement si l'on a une grande ou une petite largeur d'ouverture du point d'étranglement. Dans le cas d'un système d'entraînement hydrosta- tique selon le générique, on résout le problème qui est à la base de l'invention grâce au fait, que la pression dif- férentielle et la largeur d'ouverture du point d'étrangle- ment peuvent être commandés en fonction de la vitesse de déplacement de l'appareil utilisateur à prédéfinir comme valeur de consigne, une pression différentielle déterminée et une largeur d'ouverture déterminée pouvant être asso- ciées l'une à l'autre automatiquement de telle façon que dans le cas d'une vitesse de déplacement faible, on puisse obtenir une bonne commande fine et dans le cas d'une vi- tesse de déplacement grande on puisse obtenir une faible perte de puissance. Selon un développement de l'invention, il est proposé que soit prévue une unité électronique commandant la largeur d'ouverture du point d'étranglement ainsi que la pression différentielle sur le régulateur/détecteur de la charge, unité qui soit en liaison avec un transmetteur de valeur de consigne pour la vitesse de déplacement de l'ap- pareil utilisateur. Selon une autre variante avantageuse de l'inven- tion, il est aussi possible que le point d'étranglement puisse être actionné à la main et que soit prévu un détec- teur pour la largeur d'ouverture du point d'étranglement, qui soit en liaison avec une unité électronique commandant la pression différentielle sur le régulateur/détecteur de la charge. D'autres avantages et particularités de l'inven- tion vont être expliqués plus en détail ci-après à partir d'un exemple de réalisation représenté schématiquement sur les figures. Ainsi: - la figure 1 est un plan de montage pour un sys- tème d'entraînement hydrostatique selon l'invention, - la figure 2 est un diagramme pour la manière de fonctionnement du proocédé selon l'invention. Le système d'entraînement hydrostatique représen- té à la figure 1 présente une pompe à cylindrée variable, sur sa conduite de refoulement 2 à laquelle est raccordé un appareil utilisateur d'énergie hydraulique 3 constitué dans "0 cet exemple sous la forme d'un moteur. Un point d'étranglement 4 disposé à l'intérieur d'une vanne d'étranglement de l'appareil utilisateur régule le passage du courant du fluide sous pression allant à l'appareil utilisateur 3. La largeur d'ouverture du point d'étranglement 4 est réglée à l'aide d'un électro-aimant 5. La pression en amont du point d'étranglement 4 et la pres- sion en aval du point d'étranglement 4 sont fournies, par des canalisations 6 et 7, qui sont dérivées à partir de la conduite de refoulement 2, à un régulateur détecteur de la charge 8,qui est en liaison opérationnelle avec un système à piston de commande 9, qui détermine le réglage du volume déplacé par la pompe 1. Le régulateur/détecteur de la charge 8 règle au moyen du système à piston de commande 9 une chute constante de la pression au point d'étranglement 4. Pour cela, le volume déplacé par la pompe 1 est toujours réglé de telle sorte, que la pression en amont du point d'étranglement 4 (pression de refoulement) soit plus grande que la pression en aval du point d'étranglement 4 (pression de l'appareil utilisateur) d'une valeur déterminée delta p de pression différentielle. La pression différentielle del- ta p est déterminée par la force d'un ressort 10 agissant sur le régulateur/détecteur de la charge et par un électro- aimant 11, avec lequel on peut faire varier la valeur de consigne de la pression différentielle delta p prédéfinie par le ressort 10. Aussi bien l'électroaimant 5 du point d'étrangle- ment 4 que l'électroaimant 11 du régulateur/détecteur de la charge 8 sont raccordés à une unité électronique 12. Du cô- té de l'entrée, l'unité électronique 12 est en liaison avec un transmetteur de valeur de consigne 13, constitué comme un potentiomètre, pour la vitesse de déplacement de l'appa- reil utilisateur 3. Dans l'unité électronique 12 a lieu en fonction de la vitesse du mouvement ajusté sur le transmetteur de O20 valeur de consigne 13 une adaptation automatique de la pression différentielle delta p produite par le régula- teur/détecteur de la charge 8 et de la largeur d'ouverture du point d'étranglement 4, de telle sorte que l'on obtienne aussi bien une bonne commande fine dans la zone des vites- ses lentes de déplacement de l'appareil utilisateur qu'une faible perte de puissance dans le cas des mouvements rapi- des de l'appareil utilisateur, en ne quittant pas la zone de régulation. Dans le cas du diagramme représenté à la figure 2 illustrant la manière dont fonctionne le procédé selon l'invention, on a porté en abscisses la pression différen- tielle delta p et en ordonnées le débit q à travers le point d'étranglement 4. Quatre courbes caractéristiques K1 à K4, dont chacune correspond à une largeur déterminée d'ouverture du point d'étranglement 4 représentent respec- tivement la relation entre le débit à travers le point d'étranglement 4 et la pression différentielle delta p dans le cas d'une largeur d'ouverture déterminée. Dans ce cas, la largeur d'ouverture du point d'étranglement 4 selon la courbe caractéristique K1 est réglée sur une petite valeur et la largeur d'ouverture selon la courbe caractéristique K4 est réglée sur une grande valeur. Les courbes caracté- ristiques K2 et K3 correspondent à des valeurs intermédiai- res. Selon l'invention, on commande alors de façon combinée aussi bien la-pression différentielle delta p que la largeur d'ouverture du point d'étranglement 4 aussi, la différence de pression delta p et la largeur d'ouverture du point d'étranglement 4 étant automatiquement adaptées l'une à l'autre, par exemple selon la courbe caractéristique de commande S représentée en tirets. Pour des mouvements lents de l'appareil utilisateur, on associe en conséquence une grande pression différentielle delta p à une petite largeur d'ouverture du point d'étranglement 4, pour obtenir une bonne possibilité de commande fine. Comme dans cette zone de fonctionnement le débit à travers le point d'étrangle- ment 4 est faible, la perte de puissance reste également faible malgré une pression différentielle élevée delta p. Dans le cas de vitesses élevées de déplacement de l'appa- reil utilisateur, on associe selon la courbe caractéristi- que de commande S à une petite pression différentielle delta p une grande largeur d'ouverture du point d'étrangle- ment 4. De cette façon, on conserve la possibilité de régu- ler et les pertes de puissance restent faibles. Le point d'étranglement 4 peut aussi être action- né à la main, ce qui est économique. Dans ce cas, on dé- tecte la largeur d'ouverture du point d'étranglement 4 réglée à la main au moyen d'un détecteur, qui fournit cette information à l'unité électronique 12, de façon à commander l'adaptation correspondante de la largeur d'ouverture et de il la pression différentielle delta p. Le détecteur peut aussi être constitué comme un interrupteur qui indique alors seu- lement si l'on a une grande ou une petite largeur d'ouver- ture. 12 2704603 R E V E N D I C A T I ONS 1) Procédé pour faire fonctionner une pompe hy- drostatique à cylindrée variable, dans laquelle on règle la largeur d'ouverture d'un étranglement dans une conduite de refoulement menant à un appareil utilisateur, on mesure la chute de pression sur l'étranglement, on la fournit à un régulateur/détecteur de la charge et on règle le volume dé- placé de la pompe avec le régulateur-détecteur de la charge sur une valeur pour laquelle la pression de refoulement de la pompe est plus grande que la pression de l'appareil uti- lisateur, la différence de pression dépendant du système et pouvant être commandée, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement de l'appareil utilisateur (3) est prédéfinie en tant que valeur de consigne et en fonction de cela, la pression différentielle (delta p) et la largeur d'ouverture du point d'étranglement (4) sont commandées de manière com- binée, une différence de pression (delta p)déterminée et une largeur d'ouverture déterminéée étant associées l'une à l'autre automatiquement de telle façon que dans le cas d'une faible vitesse de déplacement, on obtienne une bonne commande fine et dans le cas d'une grande vitesse de dépla- cement, on obtienne une faible perte de puissance. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de consigne de la vitesse de l'appareil utilisateur est envoyée à une unité électronique (12) et la largeur d'ouverture de l'étranglement (4) ainsi que la pression différentielle (delta p) sont commandées sur le régulateur/détecteur de la charge (8) par des signaux pro- venant de l'unité électronique (12). 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étranglement (4) est actionné à la main et la largeur d'ouverture de l'étranglement (4) est détectée par un capteur et envoyée à une unité électronique (12) et en ce que la pression différentielle (delta p) est commandée sur le régulateur/détecteur de la charge (8) par des si- gnaux provenant de l'unité électronique (12). 4) Système d'entraînement hydrostatique avec une pompe à cylindrée variable et au moins un appareil utili- sant de l'énergie hydraulique, dans lequel est disposé dans une conduite de refoulement allant à l'appareil utilisa- teur un étranglement réglable et dans lequel est prévu un régulateur/détecteur de la charge déterminant le volume dé- placé par la pompe, constitué pour représenter la chute de I0 la pression au point d'étranglement, caractérisé en ce que la pression différentielle (delta p) et la largeur d'ouver- ture du point d'étranglement (4) peuvent être commandées de façon combinée en fonction de la vitesse de déplacement de l'appareil utilisateur (3) à prédéfinir comme valeur de consigne, une pression différentielle déterminée (delta p) et une largeur déterminée d'ouverture pouvant être asso- ciées l'une à l'autre automatiquement de telle façon, que dans le cas o la vitesse de déplacement est faible, on puisse obtenir une bonne commande fine et dans le cas o la vitesse de déplacement est grande, on puisse obtenir une faible perte de puissance. ) Système d'entraînement hydrostatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on prévoit une unité électronique (12) pour commander la largeur d'ouver- ture du point d'étranglement (4) ainsi que la pression dif- férentielle (delta p) sur le régulateur/détecteur de la charge (8), unité électronique (12) qui est en liaison avec un transmetteur de valeur de consigne (13) pour la vitesse de déplacement de l'appareil utilisateur. 6) Système d'entraînement hydrostatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le point d'étrangle- ment (4) peut être actionné à la main et en ce qu'il est prévu un détecteur pour la largeur d'ouverture du point d'étranglement (4), qui est en liaison avec une unité élec- tronique (12) servant à commander la pression différen- 14 2704603 tielle (delta p) sur le régulateur/détecteur de la charge (8).