DE2335703A1

DE2335703A1 - Hydraulikanlage

Info

Publication number: DE2335703A1
Application number: DE19732335703
Authority: DE
Inventors: Raymond E Johnson; Kenneth G Mcmillen; Wendell E Miller
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1972-07-13
Filing date: 1973-07-13
Publication date: 1974-01-24
Also published as: NL7309725A; BE802105A; JPS4957275A; CA988812A; IT991259B; FR2193153A1; FR2193153B1; AU5789773A; US3788077A; BR7305249D0; ZA734473B

Description

Die Erfindung "bezieht sich, auf eine Hydraulikanlage und geht aus von einer Hydraulikanlage, bei der eine Pumpe mit veränderlichem !Fördervolumen, eine strömungsmittelbetätigte Steuereinrichtung zur Einstellung des Fördervolumens der Pumpe, ein Strömungsmittelsumpf, ein Steuerventil mit einer Neutral- und einer Arbeitsstellung und ein vom Steuerventil gesteuerter, strömungsmittelbetätigter Verbraucher hydraulisch miteinander verbunden sind.

Hydraulikanlagen mit Pumpen festen Fördervolumens und in der Mittelstellung geöffneten Steuerventilen sind seit langem bekannt und weit verbreitet. Steuerventile dieser Art mit mehreren Ventilkörpern enthalten einen Neutralstromkanal, der die Ventil-Einlaßöffnung mit der Ventil-Auslaßöffnung verbindet,

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wenn sich sämtliche Ventilkörper in der Neutralstellung befinden. Hierdurch wird ein Strömungsmittelpfad hergestellt, über den die gesamte, von der Pumpe gelieferte Fördermenge von der Ventil-Einlaßöffnung zur Ventil-Auslaßöffnung und zum Strömungsmittelsumpf gelangt, wenn der Verbraucher kein Druckmittel benötigt, und dadurch sollen der Strömungsmitteldruck, der Leistungsverlust und die Wärmeentwicklung gering gehalten werden. Der Strömungsmitteldruck an der Pumpe steigt jedoch in Abhängigkeit sowohl von der Anzahl der Ventilkörper als auch dem Mengenstrom, so daß sich aus der Durchströmung des Neutralstromkanals häufig übermäßige Drücke, Temperatursteigerungen und Leistungsverluste ergeben.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Hydraulikanlagen mit einer Pumpe festen Fördervolumens und in der Mittelstellung geöffneten Steuerventilen besteht darin, daß, bei Nutzung lediglich eines Teils der von der Pumpe gelieferten Fördermenge, der ungenutzte Mengenstrom der Pumpe einen Leistungsverlust ergibt, der eine Funktion des momentanen Arbeitsdrucks der Anlage und des im Nebenstrom abgeführten, überschüssigen Strömungsmittelanteils ist. Daher ist es durchaus möglich, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt die Verlustleistung ebenso groß wie die Nutzleistung ist.

Im Hinblick auf einen höheren Wirkungsgrad wurden Pumpen veränderlichen Fördervolumens mit Druckausgleichs-Steuerungen ver-

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wendet. Die Nachteile derartiger Hydraulikanlagen liegen darin, daß der Betriebsbereitschaftsdruck gleich dem maximalen Arbeitsdruck ist und daß bei Betätigung eines Druckmittelverbrauchers in Form eines Strömungsmittelmotors bei niedrigem Druck und geringer Mengenstromzufuhr an den Steuerventilen durch Drosselwirkung ein hohes Druckgefälle eingestellt werden muß, was wiederum einen hohen. Leistungsverlust ergibt.

Durch lastabhängig arbeitende Hydraulikanlagen, wie sie in der US-PS 3 526 247 beschrieben sind, werden die oben erwähnten Nachteile sowohl der Hydraulikanlagen mit in der Mittelstellung geöffneten Steuerventilen als auch der Hydraulikanlagen mit Druckausgleich vermieden. Lastabhängig arbeitende Hydraulikanlagen haben zwar viele Vorteile, erfordern jedoch ein speziell ausgebildetes, kompliziertes Steuerventil.

Zur Vermeidung der oben erwähnten Nachteile bekannter Anlagen schafft die Erfindung die in den Ansprüchen beschriebene Hydraulikanlage .

Gegenüber den bekannten Hydraulikanlagen mit in der Mittelstellung geöffneten Steuerventilen ist die erfindungsgemäße Hydraulikanlage insofern vorteilhaft, als/sie im Zustand der Betriebsbereitschaft ein minimales Fördervolumen einer Kolbenpumpe und einen niedrigen Betriebsdruck einstellt. Ferner wird der bei Anlagen mit in der Mittelstellung geöffneten Steuer-

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ventilen während teilweiser Nutzung des von der Pumpe gelieferten Mengenstroms auftretende, übermäßige leistungsverlust ausgeschaltet, da bei der erfindungsgemäßen Förderanlage lediglich der jeweils erforderliche Mengenstrom erzeugt wird, d.h., solange zu einem irgend betrachteten Zeitpunkt lediglich ein Ventilkörper betätigt ist.

Gegenüber den Hydraulikanlagen mit Druckausgleich ist die erfindungsgemäße Anlage insofern vorteilhaft, als sie nicht nur - wie eine Anlage mit Druckausgleich - im Zustand der Betriebsbereitschaft ein minimales Pumpen-Fördervolumen einstellt, sondern auch einen niedrigen Betriebsdruck einregelt. Ferner wird erfindungsgemäß der hohe Leistungsverlust vermieden, der bei Anlagen mit Druckausgleich durch Drosselung des Mengenstroms zu einem Strömungsmittelmotor, der bei niedrigem Druck und mit einem geringen Mengenstrom betrieben wird, auftritt. Erfindungsgemäß werden durch die Pumpe lediglich der jeweils erforderliche Strömungsmittelstrom und Druck erzeugt, solange zu einem irgend betrachteten Zeitpunkt lediglich ein Ventilkörper betätigt ist.

Gegenüber einer lastabhängig gesteuerten Anlage hat die Erfindung den Vorteil einer erheblich einfacheren Ausbildung des Steuerventils, und es läßt sich bei der erfindungsgemäßen Anlage sogar ein äußerst kostengünstiges, im Aufbau wesentlich vereinfachtes, in der Mittelstellung geschlossenes Steuerventil verwenden.

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Im Hinblick auf eine höhere Einstellgenauigkeit des Fördervolumens der Pumpe läßt sich erfindungsgemäß eine mechanische Rückkoppelung zwischen der die Pumpe einstellenden Steuereinrichtung und dem erfindungsgemäß verwendeten Tastventil, durch das die Steuereinrichtung einreguliert wird, vorsehen. Im einen Pail "bildet eine Feder einen Teil der Rückkoppelung und im anderen Fall bildet ein Kolben der das Fördervolumen der Pumpe einstellenden Steuereinrichtung einen Teil einer koaxialen Kolbenanordnung der Rückkoppelungseinrichtung. In beiden Fällen läßt sich die Rückkoppelungseinrichtung in Verbindung mit einem herkömmlichen, in der Mittelstellung geöffneten Steuerventil verwenden, welches in Reihe geschaltete Ueutralstromkanäle aufweist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Yerbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hydraulikanlage, wobei das Tastventil und ein in der Mittelstellung geöffnetes Steuerventil im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 1A eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Anlage;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage mit einem im Schnitt

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gezeigten, in der Mittelstellung geschlossenen Steuerventil, welches mit parallel geschalteten Steuersignalventilen versehen ist;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Hydraulikanlage, bei der das Tastventil eine dritte Schaltstellung zur Einstellung eines Nebenstroms aufweist;

Fig. 4 einen Schnitt eines Tastventils, das eine dritte und vierte Schaltstellung zur Einstellung eines Nebenstroms aufweist; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anlage mit im Schnitt gezeigtem Tastventil, das eine koaxiale Kolbenrückkoppelung aufweist.

Gemäß Fig. 1 enthält eine Axialkolbenpumpe 10 veränderlichen Fördervolumens eine umlaufende, durch eine Antriebswelle 13 angetriebene Zylindertrommel 11 mit mehreren Kolben 12 und ferner eine strömungsmittelbetatigte Fördervolumen-Steuereinrichtung 14, welche eine hinsichtlich ihrer Neigung verstellbare, auf einem nicht-gezeigten Schwenklager abgestützte Taumelscheibe zur Hin- und Herbewegung der Kolben 12, einen Stellkolben 16, durch den die Taumelscheibe 15 in Richtung einer Verringerung des Fördervolumens verkippbar ist, und eine Feder 17 umfaßt, die die Taumelscheibe 15 in Richtung einer Schwenklage höheren

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Fördervolumens drückt.

Die in Fig. 1 gezeigte Anlage enthält ferner ein Tastventil 20 mit einem Gehäuse 21, in dem eine Vent !!"bohrung 22 und Öffnungen 23,24,25 und 26 ausgebildet sind, sowie einem Steuerkorben 27 und einer Vorspannfeder 28.

Gemäß Fig. 1 ist ferner ein in der Mittelstellung geöffnetes Steuerventil 30 vorgesehen. Das Steuerventil 30 weist ein Ventilgehäuse 31 auf, das eine Einlaßöffnung 32, eine Auslaßöffnung 33, Arbeitsöffnungen 34a und 34"b, Arbeitsöffnungen 35a und 35b und Ventilbohrungen 36a und 36b enthält. In den Bohrungen 36a und 36b sind Ventilkörper 37a und 37b gleitend geführt, die federnd in ihren gezeigten Heutralstellungen gehalten werden, und zwar mittels nicht-gezeigter Zentrierfedern, die in der Verschlußkappe 38 angeordnet sind.

Das Steuerventil 30 gemäß Fig. 1 enthält ferner Entlüftungskanäle 40a, 40b und 40c sowie Druckzufuhrkanäle 41a, 41b und 41c und einen Neutralstromkanal 42, welcher aus über einen Kanal 44 in Reihe geschalteten Steuersignalventilen 43a und 43b besteht.

Die Steuersignalventile 43a und 43b sind jeweüs so ausgebildet, daß ein Verstellen irgendeines der Ventilkörper 37 in irgendeine Richtung zu einem Schließen des dem sich verstellenden

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Ventilkörper zugeordneten Steuersignalventils führt.

Abgesehen von der Drosselstelle 45 und der Steuersignalöffnung 46 ist somit das Steuerventil 30 ein in der Mittelstellung geöffnetes Steuerventil herkömmlicher Bauweise.

Die Hydraulikanlage gemäß Fig.1 weist ferner einen Strömungsmittelsumpf auf, der durch die getrennten Niederdruckbehälter 50a, 50t) und 50c symbolisch dargestellt ist, sowie ein Signaldruck-Entlastungsventil 51 mit einem Sitz 52, einem Ventilkörper 53 und einer Feder 54.

Der Steuerkolben 27 des Tastventils 20 wird unter der Kraft der Feder 28 über einen Federhalter 29 nach rechts gedruckt. Am linken Snde wird die Feder 28 durch einen Federhalter 56 und eine Schubstange 57 abgestützt, welche zwischen den Federhalter 56 und die Taumelscheibe 15 geschaltet ist. Die Betriebsweise der Anlage wird jedoch zunächst ohne die Schubstange 57 und bei starrer mechanischer Verbindung des Federhalters 56 am Gehäuse 21 des Tastventils 20 beschrieben, wie dies in Fig. 1Δ gezeigt ist.

Die Betriebsweise der in Fig. 1A gezeigten Anlage ist wie folgt: das Strömungsmittel wird der Pumpe 10 vom Sumpf 50a über eine Leitung 60 zugeführt. Das von der Pumpe 10 gelieferte Druckmittel gelangt über Leitungen 61, 62 und 63 zur Einlaßöffnung

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32 des Steuerventils- 30 und durch das Steuerventil 30 zum Sumpf 50c, und zwar über den Druckzufuhrkanal 41a, den aus den Steuersignalventilen 43a und 43b und dem Kanal 44 bestehenden Neutralstromkanal 42, die Drosselstelle 45, den Entlüftungskanal 40b, die Auslaßöffnung 33 und eine Leitung 64.

In diesem von der Pumpe 10 über die Drosselstelle 45 zum Sumpf 50c geführten Strömungsmittelstrom entsteht an der Drosselstelle 45 ein Druckgefälle, durch das der Strömungsmitteldruck zwischen der Pumpe 10 und der Drosselstelle 45 erhöht wird. Diese Druckerhöhung wird über die Steuersignalöffnung 46, die Steuersignalleitungen 70 und 71 und die Öffnung 26 einer aus den Stirnflächen 65a und 65b des Steuerkolbens 27 bestehenden, strömungsmittelbetätigten Druckangriffsfläche des Tastventils 20 zugeführt, wobei die Stirnflächen 65a und 65b gemeinsam mit einem Teil des Gehäuses 21 und der dazwischen liegenden Kammer eine strömungsmittelbetätigte Stelleinrichtung 59 bilden, durch die der Steuerkolben 27 aus der gezeigten Neutralstellung entgegen der Vorspannkraft der Feder 28 nach links bewegbar ist. Bei einer solchen Verschiebung des Steuerkolbens 27 nach links in eine zweite Arbeitsstellung gelangt der von der Pumpe 10 gelieferte Druck über die Leitungen 61 und 66, die Öffnung 25, einen verkleinerten Abschnitt 67 des Steuerkolbens 27, die Öffnung 23 und eine Leitung 68 zum Stellkolben 16. Somit wird der erhöhte, durch den Durchfluß der Drosselstelle 45 verur- .

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sachte Pumpendruck als Steuersignaldruck verwendet, und hierdurch wird der Steuerkolben 27 nach links verschoben, von der Pumpe geliefertes Strömungsmittel gelangt zum Stellkolben .16, die Neigung der Taumelscheibe 15 wird verringert und das Fördervolumen der Pumpe 10 verkleinert, wenn die von der strömungsmittelbetätigten Stelleinrichtung 59 erzeugte Druckkraft größer als die Vorspannkraft der Feder 28 ist.

Diese Verringerung des Fördervolumens, wie sie durch einen Neutralstrom durch das Steuerventil 30 hervorgerufen wird, entspricht dem Zustand der Betriebsbereitschaft. Das heißt, die Ventilkörper 37a und 37b befinden sich in ihren gezeigten Neutralstellungen und sperren die Arbeitsöffnungen 34a, 34b, 35a und 35b sowohl gegenüber den Druckzufuhrkanälen 41 als auch gegenüber den Entlüftungskanälen 40, so daß die strömungsmittelbetätigten Verbraucher oder Strömungsmittelmotoren, die an die Arbeitsöffnungen 34 und 35 angeschlossen sind, nicht betätigt werden. In diesem Zustand der Betriebsbereitschaft ist das Fördervolumen der Pumpe 10 gering, d.h. die Förderleistung der Pumpe 10 ist lediglich so groß, wie dies für eine Druckerhöhung an der Drosselstelle 45, welche ausreicht, die Kraft der Feder 28 zu überwinden, erforderlich ist.

Wenn irgendeiner der Ventilkörper 37a oder 37b in irgendeiner Richtung verstellt wird, wird das entsprechende Steuersignal-

ventil 43a oder 43b geschlossen oder gedrosselt. Bei einer Drosselung oder einem Verschließen eines Steuersignalventils verringert sich der der strömungsmittelbetätigten Stelleinrichtung 59 zugeführte Strömungsmitteldruck, da der von der Pumpe 10 an einem Steuersignalventil 43 vorbeiströmende Mengenstrom und somit auch der Mengendurchfluß der Drosselstelle 45 verringert oder unterbrochen wird. Bei einer Verringerung der Druckbeaufschlagung der strömungsmittelbetätigten Stelleinrichtung 59 vermag die Feder 28 den Steuerkolben 27 nach rechts in die erste Arbeitsstellung zu verschieben und das Strömungsmittel aus der Stelleinrichtung 59 über die Öffnung 26, die 'Leitungen 71 und 70, die Steuersignalöffnung 46, die Drosselstelle 45, den Kanal 40, die Auslaßöffnung 33 und die Leitung 64 zum Sumpf 50c auszuschieben.

Infolge dieser Bewegung des Steuerkolbens 27 nach rechts wird eine Strömungsmittelverbjridung im Tastventil 20 hergestellt, so daß die Feder 17 das Pördervolumen der Pumpe 10 vergrößern kann, indem sie die Neigung der Taumelscheibe 15 vergrößert, den Stellkolben 16 nach rechts verschiebt und Strömungsmittel vom Stellkolben 16 über die Leitung 68, die Öffnung 23, einen verkleinerten Abschnitt 72 des Steuerkolbens 27, die Öffnung 24 und eine Leitung 73 zum Sumpf 15b ausstößt.

Bei einer Betätigung irgendeines der Ventilkörper 37a oder 37b wird somit nicht nur eine Arbeitsöffnung 34 oder 35 mit einem

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Druckzufuhrkanal 41 verbunden, sondern auch das 3?ördervolumen der Pumpe 10 vergrößert.

Eine Erhöhung des Strömungsmitteldrucks über denjenigen Wert, der von dem an eine Arbeitsöffnung 34 oder 35 angeschlossenen Strömungsmittelmotor benötigt wird, wird dadurch verhindert, daß die Ventilkörper 37a und 37b derart ausgebildet sind, daß der Yerschiebeweg der Ventilkörper 37a und 37b, der zur Verbindung einer Arbeitsöffnung 34 oder 35 mit einem Druckzufuhrkanal 41 oder einem Entlüftungskanal 40 erforderlich ist, geringer ist als der Verschiebeweg, der erforderlich ist, um ein Steuersignalventil 43a oder 43b soweit zu drosseln oder zu sperren, daß sich eine Erhöhung des Fördervolumens der Pumpe 10 ergibt.

Das Entlüftungsventil 51 ist mit der Pumpe 10 über Leitungen 61,62 und 74 und mit der strömungsmittelbetätigten Stelleinrichtung 59 über Leitungen 75 und 71 und die Öffnung 26 verbunden. Wenn der Pumpendruck einen vorgegebenen Wert überschreitet, wird der Ventilkörper 53 entgegen der Kraft der Feder 54 vom Sitz 52 abgehoben, wodurch Strömungsmittel in die Stelleinrichtung 59 gelangt, der Steuerkolben 27 nach links verstellt und dadurch eine Strömungsmittelverbindung durch das Tastventil 20 hergestellt, von der Pumpe geliefertes Strömungsmittel dem Stellkolben 16 zugeführt und das Fördervolumen der Pumpe 10 verringert wird.

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Die in Pig. 1 gezeigte Anlage mit der Schubstange 57 hat im wesentlichen die gleiche, oben beschriebene Betriebsweise, abgesehen davon , daß durch die Schubstange 57 eine mechanische Rückkoppelung für das Tastventil 20 geschaffen wird.

Bei einer Bewegung der Taumelscheibe 15 wird die Vorspannkraft der Feder 28 über die durch die Schubstange 57 und den Federhalter 56 gebildete mechanische Verbindung verändert, so daß eine Änderung des Fördervolumens der Pumpe 10, wie sie ,durch eine Änderung des auf die Stelleinrichtung 59 einwirkenden Steuersignaldrucks und eine Bewegung des Steuerkolbens 27 hervorgerufen wird, zu einer Änderung der Vorspannkraft führt, welche dieser durch eine Änderung des SteuersignaldruclB hervorgerufenen Verschiebung des Steuerkolbens 27 entgegenwirkt. Hieraus ergibt sich eine proportionale Abhängigkeit zwischen dem Steuersignaldruck und dem 3?ördervolumen der Pumpe. Während des Betriebs der in Pig. 1 gezeigten Ausführungsform wird bei einem Verstellen des Ventilkörpers 37a oder 37b aus der gezeigten Neutralstellung das Durchlaßvermögen oder der Durchflußquerschnitt des Steuersignalventils 43a oder 43b proportional zum Verschiebeweg des Ventilkörpers 37a oder 37b verringert, wodurch der Mengenstrom gedrosselt und der Durchsatz von der Pumpe 10 und der Leitung 61 über die Drosselstelle 45 zum Sumpf 50c in Abhängigkeit vom Stellweg des Ventilkörpers 37a oder 37b und von der Verringerung des Durchflußquerschnitts eines Steuersignalventils 43a oder 43b herabgesetzt wird.

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Diese Durchsatzverringerung an der Drosselstelle 45 führt zu einer Verringerung des Druckgefälles an der Drosselstelle 45, die proportional dieser Durchsatzänderung und ferner proportional dem Verschiebeweg des Ventilkörpers 37a oder 37b ist, so daß sich der Steuersignaldruck an der Steuersignalöffnung 46 entsprechend der Verschiebung eines Ventilkörpers 37a oder 37b verringert.

Der Steuerkolben 27 des Tastventils 20 verschiebt sich um eine Strecke, die dem an den Druckangriffsflächen 65a und 65b anliegenden Steuersignaldruck proportional ist, so daß die Verschiebung des Steuerkolbens 27 sowohl dem Steuersignaldruck als auch dem Verschiebeweg des den Steuersignaldruck einsteuernden Ventilkörpers 37a oder 37b proportional ist.

Dieses proportionale Ansprechverhalten des Steuerkolbens 27 in Abhängigkeit vom Steuersignaldruck ergibt sich aus den Druckangriffsflächen 65a und 65b, die eine dem Steuersignaldruck proportionale Stellkraft erzeugen, und der Feder 28, die eine der Verschiebung des Steuerkolbens proportionale Gegenkraft erzeugt.

Bei einer ersten Druckhöhe des Steuersignals bewegt sich daher der Steuerkolben aus einer ersten Arbeitsstellung, in der die Druckangriffsfläche 65b am rechten Ende des Gehäuses 21 anliegt, und um den Steuerkolben 27 iij&ie in Fig. 1 gezeigte Neutral-

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stellung zu verschieben, muß der Steuersignaldruck auf einen zweiten, höheren Druckwert gesteigert werden, und schließlich ist eine dritte Druckhöhe des Steuersignals erforderlich, um den Steuerkolben aus der Neutralstellung nach links in die zweite Arbeitsstellung zu verschieben, in der die Öffnung 23 über den verringerten Abschnitt 67 des Steuerkolbens mit der Öffnung 25 in Verbindung steht.

Die in Pig. 1 gezeigte Rückkoppelung dient dazu, die Größe des Steuersignaldrucks zu verändern, die erforderlich ist, den Steuerkolben 27 in die Neutralstellung und die übrigen Arbeitsstellungen zu verschieben. Die Rückkoppelung besteht aus der Schubstange 57, die sich bei einer Änderung des Fördervolumens der Pumpe 10 verschiebt, wie sie sich aus einer Verstellung der Steuereinrichtung 14 ergibt, welche zwischen einer Einstellung minimalen Fördervolumens und einer Einstellung maximalen Fördervolumens verstellbar ist und die Neigung der Taumelscheibe 15 verändert.

Die Änderung des Fördervolumens ist proportional der Neigungsänderung der Taumelscheibe 15, und wenn die Neigung der Taumelscheibe 15 geändert wird, werden die Schubstange 57 und der Federhalter 56 proportional dieser Fördervolumen-Änderung bewegt, so daß die Kraft der Feder 28 und der zum Verstellen des Steuerkolbens 27 in eine vorgegebene Sehaltstellung erforderliche Steuersignaldruck beide proportional einer Änderung des Fördervolumens der Pumpe 10 verändert werden.

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Eine Verschiebung des Ventilkörpers 37a oder 37b führt somit zu einem Steuersignaldruck und einer Verschiebung des Steuerkolbens 27, die beide proportional der VerschJe bung des Ventilkörpers 37a oder 37b sind, und die Verschiebung des Steuerkolbens 27 in beiden Richtungen aus der Neutralstellung führt zu einem Strömungsmittelstrom zum oder vom Stellkolben 16 und somit zu einer Änderung des Fördervolumens der Pumpe 10. Das Fördervolumen der Pumpe wird verändert, bis die Schubstange 57 durch die Taumelscheibe 15 soweit verschoben wurde, daß der zur Verstellung des Steuerkolbens 27 in die Neutralstellung erforderliche Steuersignaldruck auf denjenigen Wert eingestellt ist, den der durch die Verschiebung des Ventilkörpers 37a oder 37b eingestellte Steuersignaldruck hat.

Somit erfolgt die Bewegung des Steuerkolbens 27 in die gezeigte Neutralstellung und die Einstellung des Fördervolumens der Pumpe 10 und der Neigung der das Fördervolumen der Pumpe 10 einstellenden Taumelscheibe 15 in proportionaler Abhängigkeit von der Verschiebung des Ventilkörpers 37a oder 37b und von der Höhe des Steuersignaldrucks.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine Pumpe 10 veränderlichen Fördervolumens und eine Fördervolumen-Steuereinrichtung 80 vorgesehen, die enthält: eine Taumelscheibe 15, einen Stellkolben 16 zur Erhöhung des Fördervolumens der Pumpe

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10, eine Feder 17 zur Verringerung des Fördervolumens der Pumpe 10 und einen Anschlag 81 zum Pestlegen des minimalen Fördervolumens.

Die Anlage gemäß Pig. 2 enthält ein schematisch dargestelltes Tastventil 83 mit ersten und zweiten Betriebssteilungen, die durch die Rechtecke 84 und 85 dargestellt sind. Das Tastventil 83 wird in die erste Betriebestellung 84 unter der Kraft einer Vorspanneinrichtung oder Feder 28 und in die zweite Betriebsstellung 85 durch eine ötrömungsmittelbetätigte Stelleinrichtung 59 gebracht.

G-emäß Pig. 2 ist ferner ein in der Mittelstellung geschlossenes Steuerventil 88 vorgesehen, das ein Gehäuse 89 und Ventilkörper 90a und 90b aufweist. Das Steuerventil 88 arbeitet in gleicher Weise wie das Steuerventil 30, abgesehen davon, daß das Gehäuse 89 und die bewegbaren Ventilkörper 90a und 90b derart abgewandelt sind, daß die von ihnen gebildeten Steuersignalventile 91a, 91b, 92a und 92b parallel geschaltet und normalerweise geschlossen sind, während die Steuersignalventile 43a und 43b gemäß Pig. 1 in Reihe geschaltet und normalerweise geöffnet sind.

Die Steuersignalventile 91a und 91b, 92a und 92b bestehen aus Kerben 93a, 93b, 94a und 94b und den die Druckzufuhrkanäle 41b und 41c durchsetzenden Abschnitten der Ventilbohrungen 36a und

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36b. Jedes der Steuersignalventile 91a, 91b, 92a und 92b enthält somit eine erste Öffnung, die ein Teil eines Druckzufuhrkanals 41 ist, wobei sämtliche dieser ersten Öffnungen durch den Druckzufuhrkanal 41 miteinander verbunden sind, sowie eine zweite Öffnung, die aus einer Steuersignaldruckkammer 103 besteht.

Im Zustand der Betriebsbereitschaft befinden sich die Ventilkörper 90a und 90b in ihren gezeigten Neutralstellungen, und sämtliche Steuersignalventile 91 und 92 sind geschlossen, so daß der Strömungsmitteldruck in der Steueröffnung 46 etwa güe ich dem Strömungsmitteldruck im Sumpf 50c und der Strömungsmitteldruck in der Leitung 97 und der Stelleinrichtung 59 ebenfalls gleich dem Druck im Sumpf ist.

Infolge des geringen Drucks in der Stelleinrichtung 59 vermag die Feder 28 das Tastventil 83 in die erste Betriebsstellung zu bewegen, und ein Strömungsmittelkanal 98 verbindet den Stellkolben 16 über Leitungen 68 und 73 mit dem Sumpf 50b, so daß die Feder 17 die Taumelscheibe 15 in die durch den Anschlag 81 festgelegte Stellung minimalen Fördervolumens zu verschwenken vermag.

Das Fördervolumen der Pumpe 10 wird im Zustand der Betriebsbereitschaft durch den Anschlag 81 festgelegt, während der Pumpendruck im Zustand der Betriebsbereitschaft durch einen Umschalt-

kanal 99 in der ersten Betriebsstellung 84 des Tastventils 83 und ein Bereitsehaftsdruck-Entlastungsventil 101 begrenzt wird, die gemeinsam den von der Pumpe 10 im Zustand der Betriebsbereitschaft geförderten Mengenstrom Überleitungen 61,66 und 102 zum Sumpf 15b ableiten.

In der Praxis wird der Strömungsmittelkanal 98 früher als der Umschaltkanal 99 eingeschaltet, wenn das Tastventil 83 von der zweiten Betriebsstellung 85 in die erste Betriebsstellung umgeschaltet wird, so daß das Fördervolumen der Pumpe 10 durch Abfließen von Strömungsmittel aus dem Stellkolben 16 zum Sumpf 50c verringert wird, ohne daß von der Pumpe 10 gelieferte·. Strö- * mungsmittel über den Urns ehalt kanal 99 und das Bereitschaftsdruck-Entlüftungsventil 101 verloren geht.

Bei einer Verschiebung irgendeines der Yentilkörper 90 in irgendeiner Richtung aus der Neutralstellung in eine Arbeitsstellung wird ein Strömungsmittelpfad von einer Kerbe 93 oder 94 zu einem Druckzufuhrkanal 41 geöffnet, so daß die Steuersignaldruckkammer 103, die Öffnung 46, die Leitung 97 und die Stelleinrichtung 59 druckbeaufschlagt werden und das Tastventil 83 in die zweite Betriebsstellung 85 gebracht wird,

wodurch das Pördervolumen der Pumpe 10 durch einen Zustrom des von der Pumpe gelieferten Strömungsmittels aus der Leitung 66 über den Kanal IO4 zur Leitung 68 und zum Stellkolben16 erhöht wird.

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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Tastventils ist in Fig. 3 gezeigt. Die Anlage gemäß Fig. 3 enthält eine Pumpe 10 und eine Fördervolumen-Steuereinrichtung 14, die ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ausgebildet sind, sowie ein symbolisch dargestelltes Nebenstrom-Tastventil 110, das eine dritte Betriebsstellung 113 aufweist, und ein symbolisch dargestelltes Steuerventil 115,mit Steuerabschnitten 116 und 117.

Die Steuerabschnitte 116 und 117 werden über herkömmliche Last-Rückschlagventile 118 und 119 mit dem von der Pumpe gelieferten Strömungsmittel versorgt. Jeder Steuerabschnitt hat eine Neutralstellung 121 oder 122 und Arbeitsstellungen 123a und 123b bzw. 124a und 124b. Die Steuerabschnitte 116 und 117 werden durch eine irgend geeignete Betätigungsvorrichtung in ihre jeweiligen Arbeitsstellungen gebracht.

Die Steuerabschnitte 116 und 117 enthalten Arbeitsöffnungen 128a, 128b, 129a und 129b, die mit ersten und zweiten, strömungsmittelbetätigten Verbrauchern verbindbar sind und den Arbeit söffnungen 34a, 34b, 35a und 35b des Steuerventils 30 gemäß Pig. 1 entsprechen.

Das Steuerventil 115 enthält ferner einen Neutralstromkanal, der zwei in Reihe geschaltete Steuersignalventile aufweist, die schematisch durch die Strömungskanäle 126 und 127 dargestellt sind.

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Das Tastventil 110 gemäß Fig. 3 verfügt über eine erste Arbeitsstellung 111, eine zweite Arbeitsstellung 112 und eine dritte Arbeits- oder Nebenstromsteilung 113· In diese drei Stellungen wird das Tastventil 110 mit Hilfe von ersten und zweiten, strömungsmittelbetätigten Stelleinrichtungen 131 und 132 gebracht, die gleiche oder unterschiedlich große Druckangriffsflächen aufweisen können. Zusätzlich kann das Tastventil 110 eine 'Vorspanneinrichtung oder Feder 28 aufweisen.

Bei gleich großen Druckangriffsflächen in den Stelleinrichtungen 131 und 132 und Anordnung einer Jeder 28 ist die Betriebsweise der in Fig. 3 gezeigten Anlage wie folgt: bei einer Betätigung irgendeines Steuerabschnitts 116 oder 117 in Richtung einer Arbeitsstellung wird ein Strömungsmittelkanal 126 oder 127 gedrosselt oder gesperrt. Bei einer Drosselung oder Blockierung eines Strömungsmittelkanals 126 oder 127 erhöht sich der Steuersignaldruck in der Leitung 133, da die Strömungsmittelkanäle 126 und 127 den Durchfluß von der Leitung 153 zum Sumpf 50c einregeln und der Durchsatz an der Drosselstelle 45 für den Druckaufbau in der Leitung 133 und in der Stelleinrichtung verantwortlich ist.

Das Tastventil 110 wird in die zweite Betriebsstellung 112 verstellt, wenn die von der Stelleinrichtung 131 und der Feder aufgebrachte Gesamtkraft die Druckkraft übersteigt, die durch

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den Pumpenausgangsdruck in der Stelleinrichtung 132 erzeugt wird. In der zweiten Betriebsstellung 112 wird das Fördervolumen der Pumpe erhöht, da Strömungsmittel vom Stellkolben 16 über einen Strömungsmittelkanal 134 zum Sumpf 50c gelangt.

Wenn die in der Stelleinrichtung 132 erzeugte Druckkraft die von der Stelleinrichtung 131 und der Feder 28 aufgebrachte Kraft übersteigt, wird das Tastventil 110 in die erste Betriebsstellung 111 verstellt, in der das Fördervolumen der Pumpe 10 durch einen Strömungsmittelzustrom von der Pumpe 10 über den

geringer Strömungsmittelkanal 136 zum Kolben 16 - wird, und bei einer noch größeren, von der Stelleinrichtung 132 aufgebrachten Kraft wird das Tastventil 110 in die Nebenstromstellung 113 gebracht, in der der Nebenstromkanal 136, durch den das Fördervolumen der Pumpe herabgesetzt wird, eingeschaltet bleibt und ein zusätzlicher Nebenstromkanal 137 geöffnet wird. Somit reguliert der in der Nebenstromstellung 113 eingeschaltete Nebenstromkanal 137 gemeinsam mit der Fördervolumen-Steuereinrichtung 14 und dem Stellkolben 16 die Nutz-Förderleistung der Pumpe

Wenn die Stelleinrichtung 131 stärker als die Stelleinrichtung 132 ausgebildet ist, hat die Anlage gemäß Fig. 3 dieselbe, oben beschriebene Betriebsweise, abgesehen davon , daß die durch die Stelleinrichtung 132 erzeugte Druckkraft bei einer geringeren Druckbeaufschlagung der Stelleinrichtung 131 überwunden ist, so daß die symbolisch durch die Strömungsmittelkanäle 126 und

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dargestellten Steuersignalventile in den Steuerabschnitten und 117 bei niedrigeren Strömungsmitteldrücken wirksam sind.

Ein Steuerdruck-Entlastungsventil 140 ist an die Stelleinrichtung 131 und den Sumpf 50c angeschlossen und begrenzt den Strömungsmitteldruck und die Druckkraft der Stelleinrichtung 131, so daiB bei Pumpendrücken oberhalb eines vorgegebenen Wertes in der Stelleinrichtung 132 eine Druckkraft erzeugt wird, die die Kraft der Stelleinrichtung 131 übersteigt und das Tastventil 110 in die erste Betriebsstellung 111 oder sogar in die Nebenstromstellung 113 verstellt. Das Steuerdruck-Entlastungsventil 140 dient somit zur Druckkompensation der-Hydraulikanlage.

Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines für die Anlage gemäß Fig. 3 geeigneten Tastventils.

Das in Pig. 4 gezeigte Tastventil 150 enthält ein Gehäuse 151 mit einer Bohrung 152, einem in der Bohrung 152 angeordneten Steuerkolben 153, einem Federhalter 154, einer Feder 28 und einer Verschlußkappe 155. Gemäß Fig. 4 sind im Gehäuse 151 öffnungen 156, 157, 158 und 159-ausgebildet,-die mit den in Fig. 3 gezeigten Leitungen 160, 161, 162 und 163 verbunden sind.

Fig. 4 zeigt den Steuerkolben 153 in der Neutralstellung zwischen der ersten und zweiten Betriebsstellung, wobei die Öff-

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nung 157 durch den Steg 166 des Kolbens gesperrt wird. In der zweiten Betriebsstellung befindet sich der Steuerkolben 153 links von der gezeigten Neutralstellung, wobei der Steg 166 die Öffnung 157 freigibt und Strömungsmittel vom Stellkolben über die Leitung 161, einen Abschnitt 167 verringerten Durchmessers, einen Kanal 168, die Öffnung 158 und die Leitung 162 frei zum Sumpf 5Qc abströmen kann.

In der ersten Betriebsstellung befindet sich der Steuerkolben 153 rechts von der gezeigten Neutralstellung und Strömungsmittel kann von der Leitung 160 und der Öffnung 156 über einen Abschnitt verringerten Durchmessers 173 zur Öffnung 157 und zum Stellkolben 16 gelangen, wodurch das Fördervolumen der Pumpe verringert wird.

In einer dritten Nebenstromsteilung ist der Steuerkolben 153 gegenüber der ersten Betriebsstellung noch weiter nach rechts verstellt, so daß das von der Pumpe geförderte überschüssige Strömungsmittel über die Öffnung 156, einen Längskanal 169, eine Querbohrung 170 und eine Ringnut 171 im Steuerkolben 153 sowie einen Kanal 172 im G-ehäuse 151 zum Sumpf 50c gelangt.

In einer vierten Nebenstrom-Hilfsstellung ist der Steuerkolben 153 noch weiter nachfcechts verstellt, wodurch ein zusätzlicher Nebenstrompfad von der Leitung 160 und der Öffnung 156 über den Abschnitt 173 verringerten Durchmessers und den Kanal 168 zur

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Öffnung 158 und zum Sumpf 50c geöffnet wird,

Der Vorteil des in Pig. 4 gezeigten Tastventils besteht darin, daß sich die dritte, einen Nebenstrom ermöglichende Stellung des Steuerkolbens 153 bei einer sehr geringen Verschiebung des Steuerkolbens aus der ersten Betriebsstellung ergibt und bei einer zusätzlichen Verschiebung des Steuerkolbens in die vierte Betriebsstellung ein Nebenstrompfad mit einem zusätzlichen und größeren Durchsatzvermögen hergestellt wird.

Die in Fig. 5 gezeigte Anlage entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, abgesehen davon, daß die aus der Schubstange 57 und der Feder 28 bestehende Rückkoppelungseinrichtung, das Tastventil 20 und der Stellkolben 16 gemäß Fig. 1 alle zu einem eine koaxiale Kolbenanordnung aufweisenden Tastventil 180 zusammengefaßt sind und das Steuerventil 30 gemäß Fig. 1 durch das Steuerventil 115 gemäß Fig. 3 ersetzt ist.

Das Tastventil 180 mit koaxialer Kolbenanordnung enthält ein Gehäuse 181 mit einer Bohrung 182, einer Federkammer 183, einer Trennwand 184 "und einer Verschlußkappe 185.

In der Bohrung 182 sitzt gleitend ein Kolben 188, in dem eine Steuerkolbenbohrung 189 ausgebildet ist. In der Bohrung 189 des Kolbens 188 ist ein Steuerkolben 190 gleitend angeordnet, der gemeinsam mit dem Kolben 188 erste und zweite, relativ zueinander

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bewegbare Stellelemente eines Tastventils bildet.

Das eine Ende des Steuerkolbens 190 verläuft durch eine Bohrung 191 in der Trennwand 184 und in die Federklammer 183 und bildet gemeinsam mit der Federkammer 183 eine surö'mungsmittelbetätigte Stelleinrichtung mit einer Druckangriffsfläche, die gleich der Fläche des Steuerkolbens 190 im Bereich der Bohrung 191 ist.

Eine Feder 28, die zwischen der Trennwand 84 und einer einstückigen Schulter 192 des Steuerkolbens 190 eingespannt ist, erzeugt eine Vorspannkraft, durch die der Steuerkolben 190 nach rechts gedruckt wird.

Während des Betriebs gelangt der Steuersignaldruck von der öffnung 46 über die Leitung 71 zur Federkammer 183 und zur Druckangriffsfläche des Steuerkolbens 190, wodurch der Steuerkolben 190 entgegen der Kraft der Feder 28 nach links gedrückt wird.

Bei einer Verschiebung des Steuerkolbens 190 nach links wird ein Steg 193 des Steuerkolbens nach links verstellt, wodurch eine Öffnung 194 mit einem Abschnitt 195 verringerten Durchmessers des Steuerkolbens 90 und einer Querbohrung 196 sowie einer Ringnut 197 im Kolben 188 und ferner mit einer öffnung 198 in Verbindung gebracht wird, welche über eine Leitung 199 mit dem Pumpendruck beaufschlagt ist.

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Die Beaufschlagung der Öffnung 194 mit dem Pumpendruck führt über die Längsbohrung 203 zu einer Druckbeaufschlagung der Kammer 202, die zwischen dem Stellkolben 188 und der Trennwand 184 gebildet ist.

Bei einer Druckbeaufschlagung der Kammer 202 wird die Öffnung 194 nach links verschoben und wirkt dadurch mit dem Steg 193 zusammen, wodurch ein zusätzlicher Strömungsmittelzustrom zur Kammer 202 unterbunden wird. Der Steuerkolben 190, die Feder 28, der Stellkolben 188 und die Taumelscheibe 15 bilden daher gemeinsam eine Einrichtung, durch die das Fördervolumen der Pumpe 10 umgekehrt proportional zur Größe des der Federkammer 183 zugeführten Steuersignaldrucks einreguliert wird.

In entsprechender Weise kann die Feder 28 bei einer Druckerniedrigung in der Pederkammer 183 den Steuerkolben 190 nach rechts verstellen, wodurch die Kammer 202 über die Längsbohrung 203, die Öffnung 184» das freiliegende linke Ende des Steges 193 und die Bohrung 189 zu einem nicht-gezeigten Sumpf entlüftet wird.

Die beschriebenen Anlagen sorgen somit für eine hervorragende Regulierung der Förderleistung einer irgend beliebigen Pumpe, der eine druckmittelbetätigte Steuereinrichtung zugeordnet ist, durch die entweder das tatsächliche Fördervolumen der Pumpe oder die Nutzleistung der Pumpe gesteuert wird. Die Bezeichnung

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"Pumpen mit veränderlichem Fördervolumen" umfaßt Pumpen mit einer irgend beliebigen Steuerung, durch die die über den Druckauslaß abgegebene Strömungsmittelmenge reguliert wird.

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Claims

Borg-Warner Corporation Poo South Michigan Ave. Chicago, I11.6o6o4,UGA.

1.3. JuIi 1973 Anwaltsakte M-2745

Pat entansprüche

Hydraulikanlage, "bei der eine Pumpe mit veränderlichem Pördervolumen, eine strömungsmittelbetätigte Steuereinrichtung zur Einstellung des Fördervolumens der Pumpe, ein Strömungsmittelsumpf, ein Steuerventil mit einer Neutral- und einer Arbeitsstellung und ein vom Steuerventil gesteuerter, strömungsmittelbetätigter Verbraucher hydraulisch miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch ein an die Pumpe (10), den Sumpf (50c) und die Steuereinrichtung (14) angeschlossenes Tastventil (20), bei dessen Verstellung in erste und zweite Arbeitsstellungen Strömungsmittelverbindungen von der Pumpe (10) zur Steuereinrichtung (14) und von der Steuereinrichtung (14) zum Sumpf (50c) herstellbar, absperrbar und steuerbar sind, eine Tastventil-Stelleinrichtung (59) zur Erzeugung einer das Tastventil (20) von einer in die andere

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Arbeitsstellung umschaltenden Stellkraft in Abhängigkeit von einem der Stelleinrichtung (59) zugeführten Steuersignaldruck, eine Steuersignalventilanordnung (43a,43b) und eine Drossel (45), die in Reihe zwischen die Pumpe (10) und den Sumpf geschaltet sind und durch die der von der Pumpe gelieferte Druck in den Steuersignaldruck umwandelbar ist, wobei die Steuersignal-Ventilanordnung (43a,43b) vom Steuerventil (30) bei dessen Verstellung in die den Verbraucher steuernden Arbeitsstellungen einstellbar ist, und eine Steuersignalleitung (70), die zur Aufnahme des Steuersignaldrucks an eine Stelle zwischen der Steuersignalventilanordnung

mit und der Drossel angeschlossen und/der Stelleinrichtung

(59) zur Steuersignaldruckbeaufschlagung verbunden ist, wobei durch die Steuersignalventilanordnung (43a,43b) und die Drossel (45) in Abhängigkeit von der Bewegung des Steuerventils (30) in eine Arbeitsstellung der Steuersignaldruck einstellbar, das Tastventil (20) in seine Arbeitsstellungen verschiebbar und das Pördervolumen der Pumpe (10) steuerbar ist.

2. Hydraulikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (30) erste und zweite Arbeitsöffnungen (34a,34b) aufweist, die an strömungsmittelbetätigte Verbraucher angeschlossen sind, und daß die Steuersignal-

ventilanordnung (43a,43b) an die Arbeitsöffnungen angeschlossen ist und die Drossel (45) und die Steuersignalventilanordnung miteinander verbunden und zwischen der Pumpe (10) und dem Sumpf angeordnet sind, wobei bei Betätigung irgendeines von zwei Steuerabschnitten des Steuerventils (30) über die Arbeitsöffnungen (34a,34b) der Steuersignaldruck in Richtung einer Erhöhung des Pördervolumens der Pumpe einstellbar ist.

3» Hydraulikanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignalventile (43a,43b) hintereinander und in Reihe mit der Drosselstelle (45) geschaltet sind, und daß beim Schließen irgendeines der Steuersignalventile der Steuersignaldruck in Richtung einer Erhöhung des Fördervolumens der Pumpe veränderbar ist (Pig. 1).

4. Hydraulikanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuersignalventil zwei Strömungsmittelöffnungen aufweist, von denen jeweils eine mit der Pumpe und die andere mit dem Sumpf verbunden ist, und daß beim Öffnen eines der Steuersignalventile der Steuersignaldruck in Richtung einer Erhöhung des Jfördervolumens der Pumpe einstellbar ist (Fig. 2).

5. Hydraulikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein an die Pumpe (10) und die Stell-

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einrichtung (59) angeschlossenes Steuerdruck-Entlastungsventil (51), durch das der an der Stelleinrichtung (59) anliegende Strömungsmitteldruck anhebbar und dadurch das Tastventil in Richtung einer das Fördervolumen der Pumpe (10) verringernden Stellung bewegbar ist.

6. Hydraulikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastventil eine erste Betriebsstellung, in der das Pördervolumen der Pumpe (10) vergrößert wird, eine zweite Betriebsstellung, in der das Fördervolumen der Pumpe verringert wird, eine dritte Betriebsstellung zur Regulierung der Strömungsmittelverbindungen in Richtung einer Verringerung des Pördervolumens der Pumpe und eine vierte Betriebsstellung aufweist, in der eine Nebenstromverbindung (137) zwischen der Pumpe und dem Sumpf herstellbar ist, durch die die Nutzleistung der Pumpe gemeinsam mit der Eördervolumen-Steuereinrichtung regulierbar ist (Pig. 3).

7. Hydraulikanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastventil ein Ventilgehäuse (150) mit einer Ventilbohrung (171) sowie einen gleitend in der Bohrung angeordneten Steuerkolben (153) enthält, und daß die Stelleinrichtung durch die Stirnflächen des Steuerkolbens (153) gebildete Druckangriffsflächen aufweist (Pig. 4).

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