DE2829551A1

DE2829551A1 - Stroemungsvereinigungssystem

Info

Publication number: DE2829551A1
Application number: DE19782829551
Authority: DE
Inventors: James Dominic Rinaldo
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1977-07-11
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1979-01-25
Also published as: FR2397548B1; CA1085267A; JPS5419071A; FR2397548A1; GB1566385A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. 8000 MÖNCHEN 22

KARL H. WAGNER . GEWÜRZMUHLSRASSE

POSTFACH 246

\ 78-S-3O98

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, 111. 61629, V.St.A.

Strömungsvereinigungssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungsvereinigungssystem für eine zweifache oder Dualpumpe.

Viele Hydrauliksysteme verwenden eine Pumpe mit großer Kapazität als die Haupt- oder Primärströmungsmittelquelle für mehrere Steuerventile, von denen jedes den Strömungsmittelfluß zu einem oder mehreren Strömungsmittelmotoren steuert. In einigen Systemen ist eine eine kleinere Kapazität aufweisende Pumpe vorgesehen, um die Ausgangsgröße der größeren Pumpe dann zu ergänzen, wenn der Strömungsmitteldruck des Systems unterhalb einer vorbestimmten Grösse liegt. Eines der Probleme bei solchen Systemen besteht darin, daß trotz der Tatsache, daß die Ausgangsgröße der kleinen Pumpe im allgemeinen nur für den Motor oder die Motoren benötigt wird, die durch ein Steuerventil gesteuert werden oder daß die Ausgangsgröße der kleinen Pumpe nur für einen kleinen Prozentsatz der Zeit benötigt wird, die Ausgangsgröße der beiden Pumpen durch die Steuerventile zu allen Zeiten läuft, wo der Strömungsmitteldruck unter-

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halb der vorbestimmten Größe liegt. Dies hat zusätzliche Probleme zur Folge, und zwar insbesondere dann, wenn der Strömungsmittelfluß zu den Motoren hin durch Steuerventile moduliert oder eingestellt wird, da die Steuerventile dann die Gesamtausgangsgröße der beiden Pumpen modulieren müssen.

Bei einem System zur Lösung dieses Problems ist ein Strömungsmittelkreis vorgesehen, der die erste Pumpe mit einem Strömungsmittelmotor verbindet und ein Steuerventil aufweist, um den Strömungsmittelfluß von der ersten Pumpe zum Motor zu steuern. Das Steuerventil besitzt eine mit der Pumpe verbundene Einlaßöffnung, eine mit dem Motor verbundene Motoröffnung und einen Ventilkolben bewegbar zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei in der ersten Position die Einlaßöffnung von der Verbindung mit der Motoröffnung blockiert ist, während in der zweiten Position der Strömungsmittelfluß von der Einlaßöffnung zur Motoröffnung in steuerbarer Weise moduliert wird, und wobei schließlich noch eine dritte Position vorgesehen ist, in der im wesentlichen die gesamte Ausgangsgröße der ersten Pumpe von der Einlaßöffnung zur Motoröffnung läuft. Die zweite Pumpe ist mit dem Strömungsmittelkreis durch ein Vereinigungs- oder Kombinationsventil verbunden, und zwar infolge der Bewegung des Ventilkolbens in die dritte Position. In der dritten Position blockiert der Ventilkolben oder Schieber einen Strömungsweg oder -pfad von einer Signalkammer des Vereinigungsventils zu einer Ablaßöffnung, so daß sich der Strömungsmitteldruck an beiden Enden eines Ventilglieds des Kombinationsventils ausgleicht. Eine Feder bewegt dann das Ventilglied in eine Vereinigungsposition. Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß in einigen Fällen ein Vereinigungsventil, welches in die Vereinigungsposition direkt durch das unter Druck stehende Strömungsmittel verschoben wird, empfindlicher ist und weniger auf falsche Drucksignale infolge von plötzlichen DruckSchwankungen im System anspricht als ein Kombinationsventil, bei dem das Ventilglied in die Vereinigungsposition allein durch die Vorspannung einer Feder bewegt wird.

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Die Erfindung sieht weiterhin vor, auch die obengenannten Probleme zu vermeiden. Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Zwei-Pumpen-Strömungsvereinigungssystem mit ersten und zweiten Pumpen, einem doppelt wirkenden Strömungsmittelmotor und einem Strömungsmittelkreis, der die erste Pumpe mit dem Motor verbindet. Im einzelnen sieht die Erfindung dabei folgendes vor: Der Strömungsmittelkreis besitzt ein Steuerventil zur Steuerung des Strömungsmittelflusses von der ersten Pumpe zum Motor; das Steuerventil besitzt eine mit der Pumpe verbundene Einlaßöffnung, eine mit dem Motor verbundene Motorpumpe und einen Ventilkolben oder Schieber bewegbar zwischen einer ersten, zweiten und dritten Position, wobei in der ersten Position die Einlaßöffnung gegenüber einer Verbindung mit der Motoröffnung blockiert ist, während in der zweiten Position der Strömungsmittelfluß durch das Steuerventil von der Einlaßöffnung zur Motoröffnung in steuerbarer Weise moduliert ist, wobei schließlich in der dritten Position im wesentlichen die gesamte Ausgangsgröße der ersten Pumpe durch das Steuerventil von der Einlaßöffnung zur Motoröffnung läuft. Erste Mittel verbinden die zweite Pumpe mit dem Strömungsmittelkreis infolge der Bewegung des Ventilkolbens in die dritte Position. Das Steuerventil besitzt eine mit der Einlaßöffnung verbundene Signalöffnung in der dritten Position des Ventilkolbens. Die ersten Mittel weisen Ventilmittel auf, welche ein Ventilglied, eine Kammer an einem Ende des Ventilglieds und Vorspannmittel besitzen. Das Ventilglied ist zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar, wobei in der ersten Position die zweite Pumpe in Verbindung mit einem Tank steht, während in der zweiten Position die Ausgangsgröße der zweiten Pumpe mit der Ausgangsgröße der ersten Pumpe im Strömungsmittelkreis vereinigt wird. Die Vorspannmittel drücken das Ventilglied in die erste Position. Die Kammer ist mit der Signal-Öffnung des Steuerventils verbunden. Die zweite Pumpe ist mit der Motoröffnung des Steuerventils verbunden.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung, die eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung

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wiedergibt.

Ein Zwei-Pumpen-Strömungsvereinigungssystem ist im ganzen mit 10 bezeichnet und dient zur wahlweisen Vereinigung der Strömungs· mittelausgangsgröße von ersten und zweiten Pumpen 11, 12, die durch einen nicht gezeigten Motor angetrieben werden. Ein Strömungsmittelkreis 13 verbindet die erste Pumpe mit einem Strömungsmittelmotor 14 "und weist Leitungen 16-18 sowie Ventilmittel 19 auf.

Die Ventilmittel 19 können beispielsweise ein Riehtungssteuerventil 21 sein, welches den Strömungsmittelfluß von der ersten Pumpe 11 zu und von dem Strömungsmittelmotor 14 steuert. Das Steuerventil 21 besitzt ein Ventilglied oder einen Schieber 22, der in seiner neutralen oder zentrierten Position dargestellt ist, wie dies durch den Buchstaben N angedeutet ist. In dieser Position läuft Strömungsmittel durch eine Einlaßöffnung 23 zur Leitung 16 und kehrt zu einem Tank 24 über einen Ablaßdurchlaß 26 zurück, und die Einlaßöffnung 23 ist von einer Verbindung mit einem Paar der Motoröffnungen 27, 28 blockiert, die mit den Leitungen 17 bzw. 18 in Verbindung stehen. Der Ventilschieber ist (vgl. die Zeichnung) nach links in die durch den Buchstaben R bezeichnete Position zwischen der zentrierten Position und einer vollständig betätigten Position bewegbar. In dieser Position ist die Einlaßöffnung 23 gegenüber einer Verbindung mit dem Ablaßdurchlaß 26 blockiert, und sie steht in Verbindung mit der Motoröffnung 27 in einem ausreichenden Maße, daß die gesamte Ausgangsgröße der ersten Pumpe 11 durch die Motoröffnung 27 zum Kopfende des Strömungsmittelmotors 14 geleitet werden kann. Der Strömungsmittelmotor 14 kann mit einem Erdbearbeitungswerkzeug in Verbindung stehen, so daß das Hinleiten des Strömungsmittels zum Kopfende das Werkzeug anhebt. Der Ventilschieber 22 ist in eine Vielzahl oder einen Bereich "m" von Modulationspositionen bewegbar, die zwischen der zentrierten Position und der vollständig betätigten Position liegen, wie dies durch den Buchstaben "m" angedeutet ist. In jeder dieser Modulations-Positionen wird der Strömungsmittelfluß von der Einlaßöffnung 2

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zur Motoröffnung 27 in steuerbarer Weise moduliert oder eingestellt, und zwar mit der Strömungsmittelgroße, die von der Einlaßöffnung 23 zum Motor 27 gelangt, und zwar fortlaufend ansteigend, wenn sich der Ventilschieber von der zentrierten Position zur voll betätigten Position bewegt.

Das Steuerventil 21 besitzt eine Signalöffnung 29, die mit einer Ablaßöffnung 31 durch einen Schlitz 32 im Ventilschieber 22 an der zentrierten Position und im wesentlichen sämtlichen der Modulationspositionen des Ventilschiebers in Verbindung steht. Wenn der Ventilkolben aus der Modulationsposition in die voll betätigte Position bewegt wird, so wird die Signalöffnung 29 mit der Einlaßöffnung 23 über einen Durchlaß 33 im Schieber verbunden. Die Signalöffnung ist vorzugsweise bezüglich des Durchlasses oder Kanals 33 derart positioniert, daß dann, wenn der Ventilschieber 22 nach links verschoben wird, die Verbindung zwischen dem Durchlaß 33 und der Signalöffnung aufgebaut wird, wenn der Schieber eine Position erreicht, bei der im wesentlichen die gesamte Ausgangsgröße der ersten Pumpe 11 von der Einlaßöffnung 23 zur Motoröffnung 27 gelangt.

Ein Ventilmittel 36 ist mit der zweiten Pumpe 12 über eine Leitung 37 und mit Motoröffnung 27 über eine Leitung 38 verbunden. Ein Ventilglied 39 ist zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar, wobei in der ersten Position die zweite Pumpe 12 in Verbindung mit dem Tank 24 steht, während in der zweiten Position die zweite Pumpe von einer Verbindung mit dem Tank blockiert ist und in Verbindung mit der Motoröffnung 27 steht, um die Ausgangsgröße der zweiten Pumpe 12 mit der Ausgangsgröße der ersten Pumpe 11 an der Motoröffnung 27 zu kombinieren. Ein Rückschlagventil 41 ist in der Leitung 38 positioniert, um zu verhindern, daß Strömungsmittel von der Motoröffnung 27 zu den Ventilmitteln 36 gelangt. Vorspannmittel, beispielsweise eine Feder 42, sind innerhalb einer Kammer 40 an einem Ende des Ventilglieds angeordnet und drücken das Ventilglied in die erste Position. Ein Durchlaß 45 im Ventilglied belüftet die Kammer 40 zum Tank 24 hin. Eine Signal-

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kammer 43 ist am entgegengesetzten Ende des Ventilglieds angeordnet.

Eine Entladeventilanordnung 44 besitzt eine mit der Signalöffnung 29 verbundene Kammer 46. Eine weitere Kammer 47 ist mit der Kammer 46 über eine Strömungseinschränkvorrichtung oder Zumeßöffnung 48 und mit der Signalkammer 43 durch einen Durchlaß 49 verbunden. Ein Kopf- oder Kegelventil 51 (vgl. die Zeichnung) ist zum Blockieren eines Durchlasses oder Kanals 52 verbunden mit der Kammer 46 vorgesehen. Das Kegelventil ist zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung bewegbar, wobei in der Schließstellung die Kammer 47 von einer Verbindung mit dem Tank blockiert ist, während in der Öffnungsstellung die Kammer 47 in Verbindung mit dem Tank durch Durchlaß 52 steht. Eine Feder 53 spannt das Kegelventil in die Schließstellung vor und besitzt eine Größe ausreichend, um zu gestatten, daß sich das Kegelventil in seine Öffnungsposition infolge des Stromungsmitteldrucks in der Kammer 47 bewegt, der eine vorgewählte Größenordnung übersteigt.

Ein Kolben 54 ist gleitend innerhalb einer Bohrung 56 angeordnet und besitzt ein offenes Ende in Verbindung mit der Kammer 46. Ein vergrößerter Kopfteil 57 des Kolbens oder des Schiebers ist innerhalb der Kammer 47 benachbart zum Innenende des Kegelventils 51 angeordnet.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Ventilglied 39 der Ventilmittel 36 in die zweite Position infolge von unter Druck stehendem Strömungsmittel in Signalkammer 43 bewegt. Wenn sich der Ventilschieber 22 des Steuerventils 21 entweder in der zentrierten oder in Modulations-Positionen befindet, so steht die Signalöffnung 29 in Verbindung mit der Ablaßöffnung 31, wodurch die Signalkammer 43 zum Tank hin abgelassen wird. Wenn die Signalkammer 43 abgelassen wird, so spannt die Feder 42 das Ventilglied in die erste gezeigte Position vor.

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Die Bewegung des Ventilschiebers 22 aus der Modulationsposition in die vollständig offene Position blockiert die Verbindung zwischen der Signalöffnung 29 und der Ablaßöffnung 31 und stellt die Verbindung zwischen derSignalöffnung 29 und der Einlaßöffnung 23 durch den Kanal 33 her. Unter Druck stehendes Strömumgsmittel von der Einlaßöffnung läuft durch die Signalöffnung und in die Kammer 46, durch die Zumeßöffnung 48 und in die Kammer 47, und durch den Durchlaß 49 und in die Signalkammer 43, wo das Strömungsmittel das Ventilglied 39 in die zweite Position bewegt. Das aus der Kammer 40 ausgestoßene Strömungsmittel läuft durch den Durchlaß 45 und in den Tank 24. In der zweiten Position des Ventilglieds wird die Ausgangsgröße der zweiten Pumpe 12 mit der Ausgangsgröße der ersten Pumpe 11 kombiniert.

Sollte der Strömungsmitteldruck in dem ersten Kreis 13 und somit in der Einlaßöffnung 23, Signalöffnung 29 und Kammern46,47 eine vorgewählte Größenordnung übersteigen, so hebt der Strömungsmitteldruck in der Kammer 47 das Kegelventil 51 aus seinem Sitz heraus und stellt dadurch die Verbindung von Kammer 47 mit dem Tank her. Die Signalkammer 43 wird ebenfalls zum Tank hin abgelassen, was zur Folge hat, daß das Ventilglied 39 in die erste Position unter dem Einfluß der Feder 42 bewegt wird.

Wenn die Kammer 47 zum Tank hin geöffnet ist, so wird ein Druckdifferential an der Zumeßöffnung 48 zwischen den Kammern 46, 47 ebenfalls erzeugt. Der höhere Strömungsmitteldruck in der Kammer 46 bewegt dann den Kolben 54 in Anschlag mit dem Kegelventil 51 und hält das Kegelventil in der geöffneten Position, bis der Strömungsmitteldruck in der Kammer 46 auf eine zweite vorgewählte Größe abnimmt, zu welcher Zeit dann das Kegelventil in seine Schließposition durch die Feder 5 3 bewegt wird.

Zusammenfassend sieht die Erfindung somit ein Steuerventil 19 eines Strömungsmittelkreises 13 vor, der eine erste Pumpe 11 mit einem Strömungsmittelmotor 14 verbindet,und wobei eine Signalöffnung 29 in Verbindung mit einer Einlaßöffnung 23 vorgesehen ist, wenn das Steuerventil sich in einer ausgewählten

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Position befindet, in der im wesentlichen die gesamte Ausgangsgröße der ersten Pumpe 12 zum Motor geleitet wird. Eine Ventilvorrichtung 36 verbindet eine zweite Pumpe mit dem Strömungsmittelkreis 13 infolge der Bewegung eines Ventilschiebers des Steuerventils zu der ausgewählten Position. Die Ventilvorrichtung 36 weist ein Ventilglied 39 auf, sowie eine Kammer an einem Ende des Ventilglieds und Vorspannmittel. Das Ventilglied 39 ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar, wobei in der ersten Position die zweite Pumpe 12 in Verbindung mit einem Tank 24 steht, während in der zweiten Position die Ausgangsgröße der zweiten Pumpe mit der Ausgangsgröße der ersten Pumpe 11 im Strömungsmittelkreis vereinigt ist. Die Vorspannvorrichtung 42 drückt das Ventilglied 39 in die erste Position und die Kammer 43 ist mit der Signalöffnung 29 des Steuerventils verbunden.

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Claims

Patentansprüche

1 J In einem Dualpumpen-Stromungsverexnigungssystem mit ersten und zweiten Pumpen (11, 12), einem doppelt wirkenden Strömungsmittelmotor (14) und einem Strömungsmittelkreis (13), der die erste Pumpe mit dem Motor verbindet und ein Steuerventil (19) zur Steuerung des Strömungsmittelflusses von der ersten Pumpe (11) zum Motor (14) aufweist, und wobei das Steuerventil eine mit der Pumpe verbundene Einlaßöffnung 23 besitzt, eine Motoröffnung (27) mit dem Motor verbunden ist und ein Ventilkolben (22) bewegbar ist zwischen einer ersten, zweiten und dritten Position, wobei in der ersten Position die Einlaßöffnung von einer Verbindung mit der Motoröffnung blockiert ist, wobei in der zweiten Position der Strömungsmittelfluß durch das Steuerventil (19) von der Einlaßöffnung (23) zur Motoröffnung (27) in steuerbarer Weise moduliert ist, wobei in der dritten Position im wesentlichen die gesamte .Ausgangsgröße der ersten Pumpe (11) durch das Steuerventil läuft, und zwar von der Einlaßöffnung (33) zur Motoröffnung (27), und wobei schließlich erste Mittel (36, 37, 38) vorgesehen sind, um die zweite Pumpe mit dem Strömungsmittelkreis (13) zu verbinden, und zwar infolge der Bewegung des Ventilkolbens (22) aus der zweiten Position in die dritte Position, dadurch gekennnzeichnet, daß das Steuerventil eine Signalöffnung (29) aufweist, die mit der Einlaßöffnung (23) in der dritten Position des Ventilkolbens (22) verbunden ist, daß die ersten Mittel Ventilmittel (36) aufweisen, die ein Ventilglied (39), eine Kammer (43) an einem Ende des Ventilglieds und Vorspannmittel (42) aufweisen, wobei das Ventilglied (39) zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei in der ersten Position die zweite Pumpe (12) in Verbindung mit einem Tank (24) steht, während in der zweiten Position die zweite Pumpe von einer Verbindung mit dem Tank blockiert ist und die Ausgangsgröße der zweiten Pumpe mit der Ausgangsgröße der ersten Pumpe (11) in dem Strömungsmittelkreis (13) vereinigt wird, und wobei die Vorspannmittel (42) das Ventilglied (39) in die erste Position drücken, und wobei ferner die Kammer (43) mit der Signalöffnung (29)

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ORIGINAL INSPECTED

des Steuerventils in Verbindung steht, und wobei schließlich die zweite Pumpe (12) mit der Motoröffnung (23) des Steuerventils (19) verbunden ist.
2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zweite Mittel (44) zum Ablassen der Kammer (43), wenn der Strömungsmitteldruck in dem ersten Strömungsmittelkreis (13) eine vorgewählte Größe übersteigt.
3. System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kammer (40) am anderen Ende des Ventilglieds (39) und Kanalmittel (45) vorgesehen sind, um die zweite Kammer zum Tank (24) abzulassen, wobei die Vorspannmittel (42) innerhalb der zweiten Kammer angeordnet sind.

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