DE2843576A1 - Pumpensteueranordnung - Google Patents

Description

KARL H. WAQNER 8000 MÜNCHEN 22

GEWORZMOHLSRASSE 5 «7 _ POSTFACH 246

5. Oktober 1978 78-S-3233

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

Pumpensteueranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpensteuerung der "Belastung-Plus"-Bauart, und zwar insbesondere auf eine Pumpensteuerung mit einer Serie-Parallel-Vorspannfederanördnung zur Steuerung des Pumpenabgabedrucks.

Bei der Steuerung einer Pumpe mit veränderbarer Verdrängung, die eine Schrägscheibe zur Änderung der Verdrängungsausgangsgröße aufweist, wird oftmals eine druckkompensierte Pumpensteuerung vorgesehen, tun die Schrägscheibe in eine Vielzahl von Positionen zu drücken, und zwar infolge einer Vielzahl von Variablen des durch die Pumpe bedienten Hydrauliksystems . Die Pumpensteuerung weist oftmals ein Servoventil auf und Pumpenabgabepatronenmittel, die durch verschiedene bewegliche Elemente bewirken, daß für die gesteuerte Bewegung der Schrägscheibe entgegengesetzte Druckkräfte an entgegengesetzten Enden der Schrägscheibe erzeugt werden. Die Druckkräfte werden im allgemeinen durch eine oder mehrere Federn und durch Strömungsmitteldruck am Ausgang der Pumpe und an einem oder mehreren der Arbeitselemente geliefert.

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Eines der Probleme bei druckkompensierten Pumpiensteuerungen für Pumpen mit veränderbarer Verdrängung besteht darin, daß die Pumpenausgangsgröße dann schwer zu steuern ist, wenn der Pumpendusgangsdruck extrem niedrig liegt. Es ist somit zweckmäßig, den Pumpenausgangsdruck oberhalb eines minimalen Druckniveaus zu halten, um die volle Steuerung der Pumpe beizubehalten. Es ist ebenfalls zweckmäßig, den Pumpenausgangsdruck auf einem speziellen Niveau oberhalb des erforderlichen Lastdrucks zu halten. Dies ermöglicht es, daß man die Pumpe in effizienterer Weise über einen großen Bereich von Lastdrücken hinweg betreibt. Wenn der Unterschied zu groß ist, so wird übermäßig Energie beim Antrieb der Pumpe verbraucht, während dann, wenn die Differenz zu klein ist, die DruckVerluste in den Ventilen und Leitungen zwischen der Pumpe und der Last größer sein können als die "Last-Plus"-Differenz und der Pumpenwirkungsgrad wird verschlechtert.

Die Erfindung hat sicJi zum Ziel gesetzt, eines oder mehrere der obengenannten Probleme zu überwinden.

Erfindungsgemäß weist eine Pumpensteueranordnung zur Bewegung eines Verdrängungssteuerglieds einer veränderliche Verdrängung aufweisenden Pumpe zwischen maximalen und minimalen Abgabeverdrängungspositionen erste Mittel auf, um die Position des Steuergliedes zu steuern. Die ersten Mittel weisen Betätigungsmittel auf, die mit dem Steuerglied verbunden sind,und ein Ven-

tilglied, welches erste und zweite Endteile besitzt und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei in der ersten Position ein Pumpenabgabedrucksignal mit den Betätigungsmitteln in Verbindung steht, während in der zweiten Position ein Pumpenabgabedrucksignal von der Verbindung mit den Betätigungsmitteln blockiert ist und die Betätigungsini ttel in Verbindung mit einem Abfluß stehen. Der erste Endteil des Ventilglieds besitzt ein Ende, das stets gegenüber dem Pumpenabgabedrucksignal ausgesetzt ist und darauf anspricht, um das Ventilglied in die eine der ersten oder zweiten Positionen vorzuspannen. Federmittel spannen das Ventilglied in die andere der erwähnten Positionen vor, und zwar im Gegensatz zu der Vorspannkraft, die auf das Ventilglied durch das Pumpenabgabedruck-

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signal ausgeübt wird, und stellen dadurch einen vorgewählten minimalen Abgabedruck ein.Zweite Mittel vergrößern die Vorspannkraft der Federmittel am Ventilglied zur Erhöhung des Punipenabgabedrucks infolge eines Lastdrucksignals, welches einen vorbestimmten Druckpegel übersteigt. Die Federmittel weisen eine erste Feder auf, die zwischen den zweiten Mitteln und dem zweiten Endteil des Ventilglieds angeordnet ist, und ferner ist eine zweite Feder zwischen dem Gehäuse und dem Ventilglied positioniert. Die zweite Feder ist derart aufgebaut und positioniert, daß sich eine hinreichende Vorspannung des Ventilglieds zur anderen Position ergibt, unabhängig von der ersten Feder, um den Pumpenabgabedruck auf einer konstanten Differenz oberhalb des Lastdrucksignals zu halten, und zwar nur nachdem der Pumpenabgabedruck den vorgewählten Minimaldruckpegel übersteigt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Besciireibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Hydrauliksystems mit der Differentialdruckkompensatorpumpensteuerung;

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt der Pumpensteuerung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Pumpenabgabedruck/ Lastdruck-Kennlinien der Pumpe mit veränderbarer Verdrängung unter Verwendung der Erfindung.

Fig. 1 zeigL eine eine veränderbare Verdrängung aufweisende Pumpe 10 mit einem Verdrängungssteuerglied oder einer Schrägscheibe 1, die zwischen ersten und zweiten Positionen bewegbar ist, um die Abgaberate der Pumpe zwischen Maximum und Minimum zu verändern. Die Pumpe weist Mittel 12, auf, die eine bewegliche Betätigungsvorrichtung 13 und eine Feder 14 aufweisen.

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um die Schrägplatte oder Schrägscheibe in eine erste Richtung zur Position maximaler Verdrängungsausgangsgröße hin vorzuspannen, wobei ferner Mittel 15 vorgesehen sind, um die Position der Schwenkplatte zu steuern und somit auch den Pumpenabgabedruck infolge des Pumpenabgabedrucks und des Lastdrucks. Die Mittel 15 weisen eine Betätigungsvorrichtung 16, die mit der Schwenkplatte verbunden ist, auf, um die Schwenkplatte in eine Ausgangsposition mit verminderter Verdrängung vorzuspannen.

Der Abfluß der Pumpe 10 wird durch eine Leitung 17 an eine Vielzahl von Arbeitselementen 18, 19, 2O für deren Betrieb geliefert. Mittel 22 sind dabei vorgesehen, um den Betriebsdruck der Arbeitselemente abzufühlen und den größten der erwähnten Drücke als ein einziges Lastdrucksignal über Leitung 23 zu liefern. Die Mittel 22 können beispielsweise eine Vielzahl von Rückschlagventilen 24 mit gemeinsamer Orientierung sein, wobei jedes dieser Ventile mit einem entsprechenden Arbeitselement 18,19,20 und mit Leitung 23 verbunden ist. Ein derartiges Pumpensteuersystem ist bekannt und wird aus Gründen der Kürze nicht weiter beschrieben. Die in Fig. 2 gezeigten Mittel 15 weisen ein Gehäuseglied 28 auf, welches innerhalb einer Bohrung 29 der Pumpe positioniert ist und darinnen ein Paar von konzentrischen Bohrungen 31, 32 aufweist. Die Betätigungsmittel 16 weisen einen Kolben 33 auf, der gleitend innerhalb der Bohrung 32 angeordnet ist, die eine Betätigungskammer 34 am geschlossenen Ende der Bohrung bildet. Ein unteres Ende des Kolbens 33 ist mit der Schrägscheibe (Fig. 1) verbunden. Ein langgestrecktes Ventilglied 36 besitzt erste und zweite Endteile 37, 38. Der erste Endteil 37 ist gleitend innerhalb der Bohrung 31 positioniert und bildet eine Betätigungskammer 39 darinnen. Ein einen verminderten Durchmesser aufweisendes Teil 41 ist am ersten Endteil 37 des Ventilglieds 36 vorgesehen.

Das Ventilglied 36 ist zwischen ersten und zweiten Positionen bewegbar. In der ersten (gezeigten) Position läuft ein Pumpenabgabedrucks ignal von einem Abgabedurchlaß durch einen Kanal 42, eine Öffnung 4 3 im Gehäuseglied, die Kanal 42 mit dem Betätigungsglied 39 verbindet, und durch eine Öffnung 44, die

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die Betätigungskammern 39 und 34 verbindet. In der zweiten Position des Ventilglieds wird das Pumpenabgabesignal von der Verbindung mit der öffnung 44 blockiert und somit von der Betätigungskammer 34, während die Betätigungskammer 34 in Verbindung mit einer Ablaßöffnung 46 steht, und zwar über die Öffnung 44 und den einen verminderten Durchmesser aufweisenden Teil 41. Das Pumpenabgabesignal ist stets in der Betätigungskammer 39 vorhanden und ist somit stets auf ein Ende 47 des ersten Endteils 37 des Ventilglieds 36 ausgeübt. Auf diese Weise wirkt Strömungsmitteldruck auf die effektive Fläche des Endes 47, um das Ventilglied 36 zur ersten Position hin vorzuspannen.

Federmittel 5O spannen das Ventilglied 36 zur zweiten Position hin vor, und zwar entgegengesetzt zur Vorspannkraft ausgeübt auf das Ventilglied 36 durch das Pumpenabgabesignal in der Betätigungskammer 39, und es wird dadurch ein vorgewählter minimaler Abgabedruck der Pumpe aufgebaut.

Die Federmittel 50 können beispielsweise erste und zweite Kompressions federn 51, 52 sein, die konzentrisch innerhalb der Bohrungen 53 und 54 in einem Gehäuseglied 56 positioniert sind, welches innerhalb der Bohrung 29 der Pumpe positioniert ist. Die erste Feder 51 ist zwischen ersten und zweiten Flanschen oder Federhalteelementen 57, 58 positioniert und liegt dort mit entgegengesetzten Enden an. Das erste Halteelement ist mit dem zweiten Endteil 38 des Ventilglieds 36 verbunden, wohingegen das zweite Halteelement zum Anschlag an einer Anschlagoberfläche 59 eines Gehäuseglieds 61 positioniert ist. Die zweite Feder sitzt mit einem Ende auf dem ersten Federhalteelement 57 und ihr entgegengesetztes Ende liegt an einer Ringschulter an. Im zusammengebauten, gezeigten Zustand der Vorrichtung werden sowohl die ersten als auch die zweiten Federn in einem Vorbelastungszustand gehalten, um das Ventilglied 36 zur zweiten Position hin vorzuspannen.

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Mittel 63 sind vorgesehen, um die Vorspannkraft der ersten Feder 51 am Ventilglied 36 zu vergrößern, um so den Pumpenabgabedruck zu vergrößern, und zwar infolge eines Lastdrucksignals in Leitung 23, welches einen vorgewählten Druckpegel übersteigt. Die Mittel 6 3 können ein Lastdruckkolben 64 sein, der gleitend in einer Bohrung 6 6 im Gehäuseglied 61 positioniert ist. Ein Ende des Kolbens ist mit dem zweiten Federhalteelement 58 verbunden, während das andere Ende innerhalb einer Betätigungskammer 67 positioniert ist. Auf diese Weise kann die Feder 51 als sich in einer Serienbeziehung zwischen dem Lastdruckkolben und dem Ventilglied befindlich angesehen werden. Die Feder 52 wirkt parallel zur Feder 51. Die Leitung 2 3 steht in kontinuierlicher Verbindung mit der Betätigungskammer 67, um das Lastdrucksignal in die Betätigungskammer zu leiten. Die Bewegung des zweiten Federhalteelements 58 zum ersten Federhalteelement 57 hin ist durch einen Anschlag 68 am Gehäuseglied 56 begrenzt.

Vorzugsweise ist der Durchmesser des Kolbens 64 gleich dem Durch messer des ersten Endteils 37 des Ventilglieds 36. Auf diese Weise ist die effektive Fläche des Kolbens 64,die dem Lastdrucksignal in der Betätigungskammer 67 ausgesetzt ist, gleich der Fläche des Endes 47 des Ventilglieds 36, die dem Pumpenabgabedrucksignal in der Betätigungskammer 39 ausgesetzt ist.

Beim Betrieb der Vorrichtung spannt die Feder 14 beim Starten die Schwenkplatte 11 in die gezeigte Ausgangsposition maximaler Verdrängung. Wenn der Strömungsmittelfluß durch Leitung 17 blockiert oder in anderer Weise eingeschränkt ist, so veranlaßt der Betrieb der Pumpe den Strömungsmitteldruck im Ausgangsoder Abgabedurchlaß und somit der Betätigungskammer 39 hinreichend anzusteigen, um die Kraft- der Federn 51 und 52 zu überwinden, um das Ventilglied 36 zur zweiten Position hin zu bewegen, um die Betätigungskammern 39 und 34 z'u verbinden. Das von der Betätigungskammer 39 in die Kammer 34 gelangende Strömungsmittel wirkt auf den Kolben 36, was den Kolben veranlaßt, die Schwenkplatte 11 in eine Position mit verminderter Verdrängung zu bewegen. Das System wird schließlich mit der Vorspannkraft ins Gleichgewicht kommen, die auf das Ventilglied 36 durch den Pumpenabgabedruck in der Betätigungskammer 39

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ausgeübt wird, der gleich der Vorspannkraft der Feder 51, 52 ist.

Wenn an die Pumpe keine Leistungsanforderung gestellt ist, d.n. dann, wenn kein Lastdrucksignal in Leitung 23 vorhanden ist, so v/ird der Pumpenabgabedruck im Abgabedurchlaß auf einem vorgewählten Minimalpegel gehalten, und zwar eingestellt durch die kombinierte Vorspannkraft beider Federn 51, 52. Der Pumpenabgabedruck wird durch die Linie "A" der graphischen Darstellung der Fig. 3 dargestellt, wobei der minimale Abgabedruckpegel am Punkt B gezeigt ist. Aus dieser Gleichgewichtsposition wird dann, wenn die Stromungsmittelanforderung der Arbeitselemente 18, 19, 20 ansteigt, ein erhöhtes Lastsignal durch Leitung 23 an die Betätigungskammer 67 geliefert. Das Lastdrucksignal wird durch die gestrichelte Linie C in der graphischen Darstellung der Fig. 3 angedeutet. Anfangs reicht das Lastdrucksignal in der Betätigungskammer 67 nicht aus, um die Vorspannung der Feder 51 zu überwinden,und demgemäß wird der Pumpenabgabedruck auf dem Minimaldruck gehalten, wenn das Lastdrucksignal ansteigt, bis der Lastdruck einen vorgewählten Druckpegel erreicht. Zu dieser Zeit treibt das vergrößerte Lastdrucksignal den Kolben 64 zum Ventilglied 36 hin, welches eine gemeinsame gerichtete Kraft auf das Ventilglied über die Feder 51 ausübt, was das Ventilglied veranlaßt, nach unten in seine zweite Position sich zu bewegen.

in der zweiten Position ist die Verbindung zwischen den Kammern 39 und 34 blockiert, wohingegen die Kammer 34 mit der Ablaßöffnung 46 in Verbindung steht. Dies gestattet der Feder 14 und den innewohnenden Kippdrehmomenten.die Schwenkplatte 12 zur Position maximaler Verdrängung hin vorzuspannen, ::nd zv/ar infolge der erhöhten Last, wodurch der Pumpenabgabedruck proportional zur Anstiegsgröße des Lastdrucksignals ansteigt.

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Wie oben erwähnt, ist die Fläche das Kolbens 64, auf welche das

Lastdrucksignal in der Betätigungskanuiier 67 einwirkt, im wesentlichen gleich der Fläche des Endes 47 des Ventilglieds 36, auf welche der Abgabedruck in der Betcitigurigskamiuer 39 wirkt. Die zweite Feder 52 sieht eine "Last-Plus"-Funktion vor, und zwar durch Ausüben einer im wesentlichen konstanten Kraft auf das Ventilgliod JG unabhängig von der durch die erste Feder 51 und den Kolben 64 ausgeübten Kraft. Somit ist der Pumpenabgabedruck stets oberhalb des l.astdrucks und wenn der Pumpenabgabedruck den vorgewählten Miniinaldruckpegel übersteigt, so verbleibt die Druckdifferenz zwischen dein Puinpenabgabedruck und dem Lastdruck im wesentlichen konstant über die höheren Druckbereiche hinweg. Dieses Druckdifferential oder Druckdifferenz wird bei "D" in der Fig. J dargestellt.

Wenn der LasLdruck hinreichend ansteigt, so berührt das Halteelement 58 den Anschlag 68 am Gehäuseglied 56, wodurch die weitere Bewegung des Lastkolbens 64 zum Ventilglied 36 hin verhindert wird und somit die maximale Vorspannkraft,ausgeübt auf Feder 51 durch Lastkolben 64, begrenzt wird. Dies wiederum bestimmt den maximalen Pumpenabgabedruck. Dieser maximale Abgabedruck wird durch Punkt "E" in Fig. 3 dargestellt.

Alternativ können bei einigen Pumpen mit variabler Verdrängung die Mittel 12 und 15 dort positioniert werden, wo die Betätigungsvorrichtung 13 und die Feder 14 die Schrägplatte 11 zur minimalen Verdrängungsausgangsposition hin vorspannen. Die Mittel 15 setzen die Steuerung derPosition der Schrägplatte fort und somit vom Pumpenabgabedruck infolge des Pumpenabijabedrucky und d_s L.ts tdruokt;. Bei solchen Pumpen wird die Konstruktion des Ventilglieds 36 und die Position der zugehörigen Öffnungen ./oin Abgabedurchlaß und den Betatigungskammern 34, 36 ebenfalls derart geändert, daß das Ventilglied in die Position vorgespannt ist, wo das Pumpenabgabesignal von einer Ver-

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bindung mi L dun BeLaLi(JUnC)SIUiI-LoI]I 16 blockierL ist und die: BetätigungsmitLei in Verbindung mit der Ablaßöffnung 46 stehen, und zwar infolge des Pumpenabgabedrucksignalü, welches aui das Ende 47 des Ventilglieds wirkt.

Zusammenfassend siehL die Erfindung somit eine erste Vorrichtung 15 zur Steuerung der Position eines Verdränguiigssteuerglieds einer Pumpe mit; veränderbarer Verdrängung vor und besitzt dabei eine Betätigungsvorrichtung 16, verbunden mit dem Steuerglied, und ein Ventil glied 36, welches zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei in der ersten Position ein Pumponabgabedruck;; i g:ia! in Verbindung mit der Betätigungsvorrichtung stellt, während in der zweiten Position das Punipenabgabedrucksi gnal von cJiier Verbindung mit der Betätigungsvorrichtung blockiert ist und die Betätigungsvorrichtung mit einem Ablai3 verbunden ist. Das Ventilglied 36 besitzt ein Ende 47, welches im wesentlichen kontinuierlich dem Pumpenabgabedrucksignal ausgesetzt ist und darauf anspricht, um das Ventilglied in die eine der ersten und zweiten Positionen vorzuspannen. Eine Federvorrichtung 50 spannt das Ventil glied zur anderen der Positionen entgegengesetzt zur Vorspannkral t des Punipenabgabedrucksignals vor und stellt einen vorgewählten Minimalabgabedruck ein. Eine zweite Vorrichtung 6 3 erhöht die Vorspannkraft der Federvorrichtung, um den Pumpenabgabedruck infolge eines I.astdrucksi gnals zu vergrößern, welches einen vorgewählten Druckpegel übersteigt. Die Federvorrichtung weist eine erste Feder 51 positioniert zwischen der zweiten Vorrichtung 63 und dem Ventilglied 36 und eine zweite Feder 52 positioniert zwischen dem Gehäuse und dem Ventilglied auf. Die zweite Feder spannt das Ventilglied ziu erwähnten anderen Position hin vor, und zwar unabhängig von der ersten Feder, um den Pumpenabgabedruck auf einem vorgewählten Wert: oberhalb des Lastdrucksignals zu halLen, und zwar nur infolge des Pumpenabgabedrucks, der den vorgewählten mini malen Abgjbedruckpegel übersteigt.

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Claims (4)

Pa ten ta η sprüche

1.J Puinpens teueranordnung zur Bewegung eines Verdrängungssteuerglieds (11) einer Pumpe mit veränderbarer Verdrängung zwischen Positionen maximaler und minimaler Abgabeverdrängung und mit einer Anordnung, welche erste Mittel (15) aufweist, um die Position des Steuerglieds zu steuern, wobei die ersten Mittel Betätigungsmittel (16), verbunden mit dem Steuerglied und einem Ventilglied (36), aufweisen positioniert innerhalb eines Gehäuses und mit ersten (37) und zweiten (38) Endteilen, und wobei ferner das Ventilglied bewegbar zwischen einer ersten und einer zweiten Position ist, wobei in der ersten Position ein Pumpenabgabedrucksignal in Verbindung mit den Betätigungsmitteln stellt, während in der zweiten Position das Pumpenabgabedrucksignal von der Verbindung mit den Betätigungsmitteln blockiert ist und die Betätigungsmittel in Verbindung mit einem Ablaß stehen, und wobei ferner der erste Endteil des Ventilglieds ein Ende (47) im wesentlichen kontinuierlich dem Pumpenabgabedrucksignal ausgesetzt aufweist und darauf anspricht, um das Ventilglied zu einem der ersten oder zweiten Positionen hin vorzuspannen, gekennzeichnet durch Federmittel (50) zum Vorspannen des Ventilglieds (36) zur anderen der erwähnten Positionen hin entgegengesetzt zur Vorspannkraft ausgeübt auf das Ventilglied durch das Pumpenabgabedrucksignal, um einen vorgewählten minimalen Abgabedruck vorzusehen,

zweite Mittel (63), um die Vorspannkraft der Federmittel am Ventilglied zu erhöhen, um so den Pumpenabgabedruck infolge eines Lastdrucksignals zu vergrößern, welches einen vorgewählten Druckpegel übersteigt, und wobei die Federmittel eine erste Feder (51) positioniert zwischen den zweiten Mitteln (63) und dem Ventilglied (36) und eine zweite Feder (52) positioniert zwischen dem Gehäuse und dem Ventilglied aufweisen, wobei die zweite Feder derart aufgebaut und positioniert ist, daß sie ausreicht, um das Ventilglied zur erwähnten anderen Position hin vorzuspannen, und zwar unabhängig von der ersten Feder, und wobei der Pumpenabgabedruck auf einem vorge-

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wählten Wert oberhalb des Lastdrucksignals gehalten wird, und zwar nur infolge des Pumpenabgabedrucks, der den vorgewählten minimalen Abgabedruckpegel übersteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß die zweiten Mittel eine Kammer (67) im Gehäuse aufweisen, einen Kolben (64) , der mit einem Ende in der Kanuner positioniert ist und mit seinem anderen Ende an der ersten Feder anliegt, und schließlich eine Leitung (23), die das Lastdrucksignal mit der Kammer verbindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie das Ende des Ventilglieds aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bohrung (54) und eine Ringschulter (62) im Gehäuse vorgesehen sind, wobei die zweite Feder innerhalb der Bohrung positioniert ist und an der Ringschulter anliegt.

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