DE2400765C3 - Vorrichtung zum Steuern der Fördermenge einer im Hub einstellbaren Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern der Fördermenge einer im Hub einstellbaren Pumpe, deren Fördermenge über einen vom Pumpendruck beaufschlagten Stellzylinder eingestellt wird, wobei in der Verbraucherleitung ein Schaltventil zum Zu- und Abschalten eines Verbrauchers vorgesehen ist und ein vom Lastdruck und vom Pumpendruck beaufschlagtes Steuerventil zum Steuern des Stellzylinders vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Differenz der anliegenden Drücke die Fördermenge der Pumpe einstellt.

Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der DE-OS 15 28 550 bekannt. Dabei wird zum Zu- und Abschalten des Verbrauchers ein Schaltventil verwendet, das in seiner Nullage den Strömungsmittelfluß unterbricht. Dabei wird der Hub der Pumpe so verringert, daß sich ein Strömungsmitteldruck einstellt, der um einen bestimmten Betrag über dem erforderlichen Lastdruck liegt. Die Verwendung eines Schaltventils mit freiem Durchgang in der den Verbraucher abschaltenden Stellung ist bei der bekannten Vorrichtung nachteilig, da in dieser Stellung weiterhin eine große Fördermenge von der Pumpe geliefert würde, die Wärmeverluste mit sich bringen würde.

Der Erfindung lieg·, die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der geschilderten Art so auszugestalten, daß bei Betätigung des Schaltventils die Pumpe selbständig unter Erzielung einer Mindestverlustleistung entlastet und unter Arbeitsbedingungen belastet wird.

Erfindungsgcmäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schaltventil in der den Verbraucher abschaltenden Stellung einen freien Durchgang für das Fördermittel aufweist, der über eine mit einer Drossclstelle zum Tank versehene Verzweigung den Slcll/.ylindcr in Richtung der Nullförderlage mit dem l'umpendruck beaufschlagt, und daß der Stollzyliiider über ein Wechsolventil wahlweise mit der Verzweigung und mit dem Steuerventil verbunden ist.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Schaltventils wird bei dessen Verschiebung in die Mittellage, in der der freie Durchgang vom Strömungsmittel durchströmt wird, mittels der Drosselstelle schnell der Druck aufgebaut, der zur Verminderung des Hubs der Pumpe erforderlich ist

Dadurch wird nicht nur der Druck des Strömungsmittels, sondern auch die Fördermenge so stark herabgesetzt, daß nur mehr minimale Verluste auftreten können.

Die Verwendung von Schaltventilen mit einem freien Durchgang für das Fördermittel in der den Verbraucher abschaltenden Stellung sind bereits aus den US-PS 32 37 531, 31 62 095 und 29 45 351 bekannt, doch werden bei den Anordnungen, in denen diese Schaltventile eingesetzt sind. Pumpen mit konstanter Fördermenge verwendet. Die DE-PS 8 60 752 zeigt zwar bereits ein Umsteuerventil mit freiem Durchgang für das Fördermittel in der den Verbrauch abschaltenden Stellung im Zusammenhang mit einer durch Hubeinstellung regelbaren Pumpe, doch wird bei diesem bekannten Hydrauliksystem der den Pumpenhub einstellende Zylinder nicht von einem Steuerventil in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Lastdruck und Pumpenausgangsdruck, sondern unmittelbar und ausschließlich vom Pumpenausgangsdruck gesteuert. Auch bei den Anordnungen gemäß der DE-OS 23 11 457 und bei den Anordnungen nach den US-PS 34 01 521 und 27 41 989 soll bereit:., eine selbsttätige Entlastung der Pumpe erreicht werden, jedoch wird in keiner dieser Anordnungen ein Schaltventil gemäß der geschilderten erfindungsgemäßen Ausgestaltung eingesetzt. Insbesondere zeigt die US-PS 34 01 521 ein Schaltventil, das in seiner Mittelstellung den Förderstrom der Pumpe blockiert. Es besteht also im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Vorrichtung kein freier Durchgang durch das Schaltventil in der den Verbraucher abschaltenden Stellung.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert, deren einzige Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zeigt.

In der Zeichnung ist eine auf einen Hydraulikdruck ansprechende Vorrichtung dargestellt, die eine im Hub verstellbare hydraulische Pumpe 10 steuert. Sie weist dazu ein Schaltventil U mit einem freien Durchgang in der Mittelstellung sowie eine auf eine Belastung ansprechende Steuereinrichtung mit einem Stellzylinder 12 auf, der einen Kolben 13 mit einer Kolbenstange 14 enthält, welche ihrerseits eine Schrägscheibe 15 der Pumpe 10 steuert. Zur Steuerung der verstellbaren Pumpe wird die Druckseite der Pumpe 10 über einen freien Durchgang mit der Kammer 16 des Schaltventils U mit dem Stellzylinder 12 verbunden, um den Ausgangsdruck der Pumpe 10 in der Nullhubstellung zu begrenzen. Es ist ein auf einen Differenzdruck ansprechendes Steuerventil 17 vorgesehen, das den Ausgangsclruck der Pumpe mit dem Lastdruck vergleicht und die Flüssigkeit je nach dem entsprechenden Differenzwert dem .Stellzylinder 12 zuführt.

Der Flüssigkeitsstrom durch den freien Durchgang des Schaltventils 11 teilt sich in zwei Bahnen, von denen eine durch eine Drosselstelle 18 zu einem Tank 19 und die andere zu dem Stell/.ylinder 12 der Pumpe 10 führt wie dies bereits erwähnt wurde.

Der Zulauf zum Stcllzylinder 12 der Pumpe 10 erfolgt über ein druckempfindliches Wechselventil 20, das den Druck entweder über das Schaltventil 11 oder über die Ventile 22 und 17 zum Stellzylinder 12 leitet, je nachdem welcher Druck größer ist.

Das auf den Differenzdruck ansprechende Steuerven-

til 17 weist einen Zulaufanschluß 21 auf, dem über ein Druckminderventil 22 der Ausgangsdruck der Pumpe 10 zugeführt wird. Ferner besitzt das Steuerventil 17 einen Anschluß 23, der über das Wechselventi) 20 mit der Kammer 41 verbunden ist, welche am stirnseitigen Ende des Kolbens 13 im Stellzylinder 12 angeordnet ist, und der Anschluß 24 des Steuerventils i7 ist mit einer Kammer 44 des Stellzylinders 12 verbunden, die auf der Kolbenstangenseite des Kolbens 13 angeordnet ist. Ein in dem Steuerventil 17 angeordneter Steuerkörper 25 weist im Abstand zueinander angeordnete Steuerflächen 26 und 27 auf, die mit den Anschlüssen 23 bzw. 24 zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung durch das Ventil 17 zusammenwirken. Eine Axialbewegung des Steuerkörpers 25 nach rechts wird teilweise von einer '5 Druckfeder 28 bewirkt, und die hydraulische Betätigung des Steuerkörpers 25 wird von einem beidseitig beaufschlagten Kolben 29 erzielt, der im Bereich des rechten Endes des Steuerkörpers 25 an diesem befestigt ist

Das Schaltventil U mit dem freien Durchgang in der Mittelstellung enthält eine Buchse 53, die verhindert, daß die durch die Kammer 16 abströmende Flüssigkeit durch eine Ablaufleitung 51 entweicht. Ferner ist am Ausgang der Kammer 16 eine Verzweigung 52 vorgesehen, die die ausströmende Flüssigkeit zum Teil durch den Anschluß 39 zum Stellzylinder und zum Teil durch die Drosselstelle 18 zum Vorratsbehälter 19 leitet. Es ist ein weiterer Anschluß 59 vorgesehen, der die Ablaufleitung 51 mit dem Tank 19 verbindet.

Weil das Schaltventil 11 dem Typ mit parallel gelagerten Steuerelementen angehört, können beide Steuerkolben 30 und 31 des Schaltventils 11 unabhängig voneinander betätigt werden, um entsprechende Vorrichtungen, z. B. doppeltwirkende Hubzylinder, zu >5 beaufschlagen. Beide Steuerkolben 30 und 31 müssen sich in ihrer Mittellage befinden, damit der Durchgang des Schaltventils 11 freigegeben wird.

Nachdem der grundsätzliche Aufbau der auf eine Last ansprechenden Vorrichtung beschrieben worden ist, soll die Vorrichtung nun anhand typischer Betriebszustände beschrieben werden.

Dabei sei angenommen, daß die Vorrichtung zur Steuerung eines oder mehrerer doppeltwirkender hydraulischer Hubzylinder eingesetzt ist und daß die im «5 Schaltventil 11 angeordneten Steuerkolben 30 und 31 entsprechend zur Steuerung dieser Zylinder (die in der Zeichnung nicht dargestellt sind) dienen. Ein von dem Steuerkolben 30 gesteuerter Zylinder wäre über die Anschlüsse 32 und 33 und ein von dem Steuerkolben 31 w gesteuerter Zylinder über die Anschlüsse 34 und 35 mit der Pumpensteuervorrichtung verbunden.

Es wird nun angenommen, daß sich im Ruhezustand das Schaltventil 11 in ihrer dargestellten Mitteliage befindet und daß eine nicht dargestellte Antriebsmaschine, die zum Antrieb für die Pumpe 10 vorgesehen ist, in Gang gesetzt wird. Der Stellkolben 13 der Pumpe 10 wird mittels einer schwachen Feder 36 nach links gedrückt, so daß sich die Pumpe 10 am Hübende befindet, wenn die Drehung des Zylinderblockes der Pumpe 10 < >" beginnt. Die Pumpe 10 erzeugt über die Leitung 37 am Zulaufanschluß 38 des Schaltventils U einen Druck. Eine begrenzte Flüssigkeitsmcnge strömt von der Pumpe 10 durch den freien Durchgang des Schaltventils 11 und durch die Drosselstelle 18 zum Tank 19. <)>

Es erfolgt eine parallele, weniger gedrosselte Strömung durch den freien Durchgang des Schaltventils 11, durch den Anschluß 39 entlang der Leitung 40 und durch das Wechselventil 20 zur Kammer 41, die am stirnseitigen Ende des Kolbens 13 angeordnet ist Wenn sich daher in der Pumpe 10 ein Druck schnell aufbaut, dann wird die Flüssigkeit infolge der Drosselstelle 18 schnell zur Kammer 41 gefördert, so daß der Kolben 13 nach rechts verschoben und der Hub der Pumpe 10 verkleinert wird. Gleichzeitig wird von der Pumpe 10 Flüssigkeit über die Leitung 42 durch den linken Teil des Druckminderventils 22 zum Zulaufanschluß 21 des Steuerventils 17 gefördert

Wenn sich der Steuerkörper 25 des Steuerventils 17 in der dargestellten Lage befindet, dann strömt die Flüssigkeit mit einem relativ niedrigen Druck von ungefähr 7 bar über die Leitung 43 zur Kammer 44, die sich am kolbenstangenseitigen Ende des Kolbens 13 befindet. Der Druck der Pumpe 10 liegt ebenfalls über die Leitung 45 auf der rechten Seite des beidseitig beaufschlagten Kolbens 29 des Steuerventils 17 an. Dadurch wird der Steuerkörper 25 gegen die Kraft der Feder 28 in eine Lage nach links verschoben, in welcher sich die Anschlüsse des Steuerventils 17 bei einem im wesentlichen 7 bar betragenden Differen/.druck zwischen dem Pumpendruck und dem Lastdruck überlappen, wobei dieser Druckunterschied im Ruhezustand annähernd dem Pumpendruck von 7 bar entspricht.

Wenn der Steuerkolben 30 oder der Steuerkolben 31 des Schaltventils 11 betätigt wird, dann wird der freie öldurchgang durch das Schaltventil 11 unterbrochen und der auf das stirnseitige Ende des Kolbens 13 des Stellzylinders 12 wirkende Druck fällt sofort auf nahezu Null ab. Infolgedessen nimmt der Förderdruck der Pumpe 10 zu und durch das öffnen einer Dosieröffnung des betätigten Steuerkolbens 30 oder 31 wird der Druck zu einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung abgeführt. Dieser Druck liegt außerdem über ein Rückschlagventil 46 und eine Drosselstelle 47 an einer Kammer 48 an, die sich auf der linken Seite des beidseitig beaufschlagten Kolbens 29 im Steuerventil 17 befindet. Wenn der Lastdruck die Kammer 48 und der Pumpendruck die Kammer 49 beaufschlagt, dann stellt sich der Steuerkörper infolge der auf ihn einwirkenden Kraft der Feder 28 so ein, daß seine Steuerflächen die Anschlüsse 23 und 24 überlappen, wenn eine konstante Druckdifferenz von etwa 7 bar zwischen dem Pumpendruck und dem Lastdruck erreicht wird. Aus diesem Grunde ist der Pumpendruck annähernd 7 bar größer als der Lastdruck.

Wenn diese Druckdifferenz infolge eines Lastwechsels abnimmt, dann wird der Steuerkörper 25 nach rechts verschoben, so daß eine Flüssigkeitsförderung vom Anschluß 24 zur Kammer 44 des Steuerzylinders 12 erfolgt und die Fördermenge der Pumpe 10 zunimmt, indem der Kolben 13 nach links geschoben wird. Die in der Kammer 41 befindliche Flüssigkeit kann entweder über die Leitung 40 durch die Drosselstelle 18 zum Tank 19 abgeleitet werden oder über die Leitung 50 durch den Anschluß 23 und den linken Teil des Steuerventils 17 in den Tank 19 strömen.

Wenn andererseits die Druckdifferenz infolge einer Laständerung zunimmt, dann wird der Steuerkörper 25 weiter nach links geschoben, so daß er den Zulaufanschluß 21 über den Anschluß 23 und die Leitung 50 mit der Kammer 41 des Stellzylinders 12 verbindet, um die Fördermenge der Pumpe 10 zu verringern. Zu diesem Zeitpunkt kann die sich in der Kammer 44 befindliche Flüssigkeit über die Leitung 43 zum Tank 19 abströmen.

Wenn düs Schaltventil 11 schnell in die ihren Durchgang freigebende Lage bewegt wird iiiul wenn

auf die Last eine Kraft ausgeübt wird, dann sorgt der Steuerkreis, der über den freien Durchgang zum Stellzylinder 12 führt, vorrangig gegenüber dem Steuerkreis, der durch das Steuerventil 17 führt, dafür, daß die Pumpe 10 auf ihre Normalstellung mit einem Druck von annähernd 7 bar zurückgeregelt wird, unabhängig von der noch vorhandenen auf die Last wirkenden Kraft, die die Kammer 48 auf der linken Seite des beidseitig beaufschlagten Kolbens 29 mit einem hohen Druck beaufschlagt. Die sich in der Kammer 44 "> befindliche Flüssigkeit kann über die Leitung 43 durch den Anschluß 21 des Steuerventils 17, durch die Kammer 53 des Druckminderventils 22 und durch das Rückschlagventil 54 zum Tank 19 abfließen.
Bei einem Überlastzustand spricht das Druckbegren- '* zungsventil 55 an und begrenzt in Verbindung mit dei Drosselstelle 47 den Druck in der Kammer 48. Die Drosselstelle 47 drosselt die Strömung durch da« Druckbegrenzungsventil 55 und reduziert so einer Wärmeverlust.

Das Druckminderventil 22 wird über die Leitung 42 mit Druckflüssigkeit versorgt. Diese Druckflüssigkeit steuert einen Dosierkolben 56 entgegen der Kraft einei Feder 57 nach rechts.

Die Bewegung des Dosierkolbens 56 nach recht! führt zu einer Drosselung des Flüssigkeitsstromes zurr Zulaufanschluß 21 des Steuerventils 17 und damit zi einer Verringerung des das Steuerventil 17 beaufschla genden Druckes auf einen bestimmten Druck z. B. au 7 bar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern der Fördermenge einer im Hub einstellbaren Pumpe, deren Fördermenge über einen vom Pumpendruck beaufschlagten Stellzylinder eingestellt wird, wobei in der Verbraucherleitung ein Schaltventil zum Zu- und Abschalten eines Verbrauchers vorgesehen ist und ein vom Lastdruck und vom Pumpendruck beaufschlagtes Steuerventil zum Steuern des Stellzylinders vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Differenz der anliegenden Drücke die Fördermenge einstellt, dadurchgekennzeichnet, daß das Schaltventil (11) in der den Verbraucher abschaltenden Stellung einen freien Durchgang für das Fördermittel aufweist, der über eine mit einer Drosselstelle (18) zum Tank (19) versehene Verzweigung (52) den Stellzylinder (12) in Richtung der Nullförderlage mit dem Pumpendruck beaufschlagt, und daß der Stellzylinder (12) über ein Wechselventil (20) wahlweise mit der Verzweigung (52) oder mit dem Steuerventil (17) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Durchgang über eine Buchse (58) mit der Verzweigung (52) verbunden ist.