DE69400583T2

DE69400583T2 - Regler für eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung

Info

Publication number: DE69400583T2
Application number: DE69400583T
Authority: DE
Inventors: Tae Jong Kim; Young Guk Kim
Original assignee: Daewoo Heavy Industries Ltd
Current assignee: HD Hyundai Infracore Co Ltd
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2014-02-11
Also published as: CN1094794A; EP0610940B1; DE69400583D1; EP0610940A1; KR950013009B1; KR940019991A; CN1033052C

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Regler für eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung; und insbesondere auf einen Regler, der mit einer hydraulischen Servo-Regeleinrichtung versehen ist, die in der Lage ist, das Fördervolumen der Pumpe zu steuern und eine Rückkopplungsfunktion in Abhängigkeit von einem Arbeitsdruck der Pumpe, einer wirksamen Federkraft und einem Vorsteuerdruck durchzuführen, um einen stabilen Durchsatz bzw. eine stabile Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen und Energieverluste zu verringern.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine herkömmliche Pumpe mit veränderlicher Förderleistung enthält einen Regler, der eine Vorrichtung zur Steuerung des Winkels einer darin angeordneten Taumelscheibe verwendet. Die offengelegte japanische Veröffentlichung Nr. 89-116294 offenbart z.B. einen Regler mit: einem Ventilkörper; einer Einrichtung zum Steuern des Winkels einer Taumelscheibe; einem gerichteten bzw. direktionalen Umschaltbzw. Kreuzventil, welches eine Stellung zum Zuführen eines Arbeitsdrucks zu einer ersten Kammer, eine Stellung zum Abdichten der ersten Kammer und eine Stellung zur Abgabe des Ladedrucks von der ersten Kammer definiert; einer Rückkopplungsverbindung bzw. einem Rückkopplungshebel zum Verbinden eines Endes des Umschaltventils mit einem Servokolben der Steuereinrichtung; einem ersten Vorsteuerkolben, der durch den Arbeitsdruck der Pumpe zur Steuerung von deren Leistung bzw. Pferdestärken bewegbar ist; einem zweiten Vorsteuerkolben zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit bzw. des Durchsatzes der Pumpe, der durch den Vorsteuerdruck bewegbar ist, wobei dieser einen Behälterdruck einschließt; und einem Verbindungsmechanismus zum wahlweisen Beaufschlagen des ersten oder zweiten Vorsteuerkolbens auf den Rückkopplungshebel, um dessen Abgabeströmungsgeschwindigkeit bzw. - durchsatz zu verringern.
Der Verbindungsmechanismus des Reglers macht dessen Gesamtstruktur und Konstruktion jedoch komplizierter. Da der Durchsatz der Pumpe ferner dazu neigt, durch eine Variation des Behälterdrucks des Hydrauliksystems während der Strömungsgeschwindigkeitssteuerung beeinflußt zu werden, ist es schwierig, eine vorbestimmte Zielströmungsgeschwindigkeit zu erreichen und beizubehalten. Zusätzlich wird der Regler durch das Fehlen einer Durchsatz-Sperrsteuerung und einer Durchsatz-Sperr-Freigabesteuerung beeinträchtigt, wodurch ein Energieverlust aufgrund der Unfähigkeit zur Vermeidung eines unnötigen Abgabeflusses bewirkt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Regler für eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung zu schaffen, der durch Beseitigung des Verbindungsmechanismus eine vereinfachte Struktur aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Regler für eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung zu schaffen, der in der Lage ist, eine durch Beseitigung der Wirkung des Behälterdrucks des Hydrauliksystems stabile Durchsatz-Steuerung durchzuführen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Regler für eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung zu schaffen, der in der Lage ist, einen Energieverlust durch Vorsehen einer Durchsatz-Sperrsteuerung zu reduzieren, wenn der Arbeitsdruck größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Die oben erläuterten und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst mittels einer Pumpe mit veränderlicher Förderleistung, die einen Regler zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit durch Variieren des Winkels einer Taumelscheibe enthält, mit: einer Pumpe zum Erzeugen eines Flüssigkeitsflusses; einem Ventilkörper, der mittels der Flüssigkeit in Verbindung mit der Pumpe steht; einem Servokolben, der drehbar an der Taumelscheibe befestigt und mit zwei Abschnitten ausgebildet ist, von denen jeder einen anderen Durchmesser hat, und die in einer im Ventilkörper ausgebildeten ersten und zweiten Kammer bewegbar sind; einem mehrstufigen Kolben, der durch den Arbeitsdruck der Pumpe in einer ersten und zweiten Kolbenkammer im Ventilkörper bewegbar ist; einem Steuerstab, der längs einer Achse des Servokolbens bewegbar ist und einen Servosteuerkolben zur Veränderung der Fließrichtung aufweist; einem Servosteuerkolben, der zum Definieren einer neutralen Stellung, einer Stellung zur Zuführung des Arbeitsdrucks von der zweiten Kammer und einer Stellung zur Abgabe des Arbeitsdrucks zum Behälter mittels der Flüssigkeit mit dem Servosteuerkolben in Verbindung steht; einem Sperrsteuerkolben, der zum Definieren einer Stellung zum Zuführen des Arbeitsdrucks von der Pumpe zur zweiten Kammer und einer Stellung zur Abgabe des Arbeitsdrucks von der zweiten Kammer zum Servosteuerkolben mittels der Flüssigkeit mit dem Servosteuerkolben in Verbindung steht; und einer Einrichtung zum Vorspannen des Steuerstabes und des Servokolbens, damit diese beabstandet voneinander vorliegen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die erläuterten und weiteren Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verdeutlicht, wobei:
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Reglers für eine Pumpe mit veränderlicher Förderleistung darstellt;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reglers darstellt;
Fig. 3 einen Graphen aufzeigt, der das Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und dem Arbeitsdruck darstellt; und
Fig. 4 einen Graphen aufzeigt, der das Verhältnis zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und dem Vorsteuerdruck darstellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird Bezug genommen auf die Figuren 1 und 2, in denen ein erfindungsgemäßer Regler 10 dargestellt ist. Zwei durch einen Motor 12 angetriebene Pumpen mit veränderlicher Förderleistung Pd&sub1; und Pd&sub2; erzeugen eine Durchflußrate bzw. einen Durchsatz der Hydraulikpumpen Pd&sub1; und Pd&sub2;, der mittels der Variation des Winkels einer Taumelscheibe 14 gesteuert wird. Eine Zahnradpumpe Pg wird ebenfalls durch den Motor 12 angetrieben, um einen Vorsteuerdruck zum Regler 10 zu liefern. Ein Ventilkörper 11 ist so installiert, daß er über die Flüssigkeit mit den Pumpen Pd&sub1;, Pd&sub2; und Pg verbindbar ist. Die Taumelscheibe 14 ist an einem Servokolben 16 an dessen einen Umfangsabschnitt über einen am Servokolben 16 befestigten Verbindungsstab drehbar befestigt. Der Servokolben 16 weist zwei Abschnitte auf: d.h. einen Abschnitt a mit einem relativ kleinen Durchmesser und einen Abschnitt b mit einem relativ großen Durchmesser, wobei jeder davon längs einer innerhalb des Ventilkörpers 11 ausgebildeten ersten Kammer 20 und einer zweiten Kammer 22 verschiebbar beweglich ist. Die erste Kammer 20 ist über die Flüssigkeit mit der Pumpe Pd&sub1; verbindbar, während die zweite Kammer 22 über die Flüssigkeit durch einen Sperrsteuerkolben 26 und einen eine Umschaltaussparung 30 aufweisenden Servosteuerkolben 28 mit einem Behälter 24 verbindbar ist. Eine Servohülse 34 weist drei Löcher 31, 32, 33 auf, die eine neutrale Stellung gemäß der Darstellung in Figur 2, eine Stellung zum Zuführen des Arbeitsdrucks zur zweiten Kammer 22 über den Sperrsteuerkolben 26 und eine Stellung zur Abgabe des Arbeitsdrucks in den Behälter 24 definieren. Ein Steuerstab 36 ist über eine erste und eine zweite Feder 38, 40 mit dem Servokolben 16 verbunden, welche in der Lage sind, die Differenz zwischen den auf den Steuerstab 36 und den Servokolben 16 wirkenden Kräften auf den Servosteuerkolben 28 zu übertragen, wodurch die Lochposition der Servohülse 34 verändert oder eingestellt wird. Ein mit dem Steuerstab 36 in Kontakt stehender, mehrstufiger Kolben 42 ist verschiebbar in einer ersten und zweiten Kolbenkammer 44, 46 angeordnet und weist eine Mehrzahl an Stufen auf, von denen jede einen anderen Durchmesser hat. Gemäß der Darstellung in Figur 2 weisen der Steuerstab 36, der Servokolben 16, der mehrstufige Kolben 42 und die Federn 38, 40 und 66 eine koaxiale Beziehung zueinander auf.
Der Arbeitsdruck von den Pumpen Pd&sub1;, Pd&sub2; wird durch Druckleitungen 48, 50 zur ersten und zweiten Kolbenkammer 44, 46 aufgebracht und ein Vorsteuerdruck wird durch Vorsteuerleitungen 58, 60 von einem Steuerventil 64 und eine Leitung 62 über ein Reduzierventil 76 der Zahnradpumpe Pg auf eine Vorsteuerkammer 52, eine Abgabekammer 54 und eine dritte Kolbenkammer 56 beaufschlagt. Die Zahnradpumpe Pg ist installiert, um einen konstanten Anfangsdruck der Hydraulikschaltungsanordnung aufrecht zu erhalten, um dadurch eine verzögerte Ansprechzeit des Reglers 10 bei einem niedrigen Arbeitsdruck zu vermeiden. Daher ist der anfänglich auf die erste Kammer aufgebrachte Arbeitsdruck höher als der Arbeitsdruck der Pumpe Pd&sub1; und der Zahnradpumpe Pg.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, wie der Regler in Abhängigkeit von dem auf jedes der Schaltungselemente aufgebrachten Arbeitsdruck arbeitet. Wenn der Arbeitsdruck der Pumpen zuerst geringer als die Rückstellkraft der dritten Feder 66 ist, bewirkt die Bewegung zur linken Seite des Servosteuerkolbens 28 eine Verbindung der zweiten Kammer 22 mit dem Behälter 24 mittels der Flüssigkeit. Da der auf die erste Kammer 20 aufgebrachte Arbeitsdruck daher größer als der auf die zweite Kammer 22 aufgebrachte ist, steigert die Bewegung zur rechten Seite des Servokolbens 16 den Winkel der Taumelscheibe 14 derart, daß der Abgabedurchsatz von den Pumpen sein maximales Niveau erreichen kann.
Wenn die Summe der Arbeitsdrücke der Pumpe Pd&sub1;, Pd&sub2; andererseits höher als ein Wert A gemäß Figur 3 ist, übertrifft der auf die erste und zweite Kolbenkammer 44, 46 aufgebrachte Arbeitsdruck die Rückstellkraft der Federn 38, 66, wodurch sich der Steuerkolben 36 nach rechts bewegt. Zur gleichen Zeit bewegt sich der Sperrsteuerkolben 26 ebenfalls durch die Wirkung des Arbeitsdrucks von einer Leitung 68 nach rechts, um die Löcher 31 und 33 in Verbindung zueinander zu setzen. Daher ist der Arbeitsdruck gleichermaßen in der ersten und zweiten Kammer 20 und 22 vorhanden. Da der in der zweiten Kammer 22 angeordnete hydraulisch unter Druck stehende Bereich des Servokolbens 16 jedoch größer ist als der, welcher in der ersten Kammer 20 angeordnet ist, vermindert die Bewegung des Servokolbens 16 zur linken Seite den Winkel der Taumelscheibe 14, um dadurch den Abgabedurchsatz von den Pumpen zu verringern und neigt dazu, die äußere Feder 38 gegen den Steuerstab 36 zu drängen. Folglich wird der Steuerstab 36 nach links bewegt, um den Bereich zu verringern, durch den die Flüssigkeit hindurchtritt, und welcher durch die Relativlage der Löcher 31, 32 und 33 der Servohülse 34 und der Aussparung 30 des Servosteuerkolbens 28 ausgebildet wird, wodurch der auf die zweite Kammer 22 aufgebrachte Arbeitsdruck vermindert wird. Wenn der Arbeitsdruck in der zweiten Kammer 22 wieder geringer als der in der ersten Kammer 20 wird, bewegt sich der Servokolben 16 nach rechts und der Steuerstab 36 wird ebenfalls aufgrund der Entspannung der Feder 38 nach rechts bewegt. Dementsprechend stoppt die Hin- und Herbewegung des Steuerstabes 36 nicht&sub1; bis die sich ergebende Druckbalance der Arbeitsdrücke in den Kammern 20, 22, 44, 46 und der Rückstellkraft der Federn 38, 66 ein Gleichgewicht erreichen, wodurch die Leistung der Pumpen auf ein konstantes Niveau gesteuert wird.
Wenn die Summe der Arbeitsdrücke von den Pumpen Pd&sub1; und Pd&sub2; ferner größer als ein Wert B gemäß der Darstellung in Figur 3 ist, wird der Steuerstab 36 derart gegen die Federn 38 und 40 gedrängt, daß die Federn 38 und 40 miteinander komprimiert werden, um einen Übergangspunkt auf der Schräge gemäß der Darstellung in Figur 3 auszubilden. Daher bewirkt der Anstieg des Arbeitsdrucks eine Absenkung des Abgabedurchsatzes der Pumpen. Der Betätigungsablauf im Bereich B- C ist gleich dem oben erwähnten im Bereich A-B, mit Ausnahme davon, daß seine Schräge bzw. Neigung unterschiedlich von der Neigung des Abschnittes A-B ist.
Wenn der Arbeitsdruck ferner größer als der Wert C gemäß der Darstellung in Figur 3 wird, überwindet der auf einen ersten Sperrkolben 70 aufgebrachte Arbeitsdruck die Federkraft einer vierten Feder 72 derart, daß der Sperrsteuerkolben 26 bewegt wird, um den Arbeitsdruck unmittelbar in die zweite Kammer 22 zuzuführen. Daher wird der Servokolben 16 bewegt, um den Winkel der Taumelscheibe 14 zu verringern, wodurch der Abgabedurchsatz der Pumpen auf seinen minimalen Wert verringert wird, d.h. den Wert D gemäß der Darstellung in Figur 3. Die Durchsatz-Sperrsteuerung minimiert daher die Energieverluste durch die Verringerung des Abgabedurchsatzes auf einen minimalen Wert.
Wenn die Pumpe mit veränderlicher Förderleistung andererseits einen Durchsatz erfordert, der größer ist als der im Bereich C-D, wird ein Vorsteuerdruck Pcf von außen (dargestellt durch die punktierte Linie) in eine zweite Sperrkolbenkammer 74 zugeführt. Dabei überwindet die Rückstellkraft der vierten Feder 72 zusammen mit dem Vorsteuerdruck Pcf in der zweiten Sperrkolbenkammer 74 den Arbeitsdruck in der ersten Sperrkolbenkammer 70, um sicherzustellen, daß die zweite Kammer 22 durch das Loch 31 des Servosteuerkolbens 28 über den Sperrsteuerkolben 26 mit dem Behälter 24 verbunden wird, obwohl darin ein Arbeitsdruck zugeführt wird, der höher als der Wert C ist. Dementsprechend wird der Servokolben 16 bewegt, um den Abgabedurchsatz der Pumpen Pd&sub1; und Pd&sub2; auf mehr als ihren minimalen Durchsatz anzuheben, wodurch eine Freigabe der Durchsatz- Sperrsteuerung erfolgt.
Figur 4 stellt einen Graphen dar, der das Verhältnis zwischen dem Vorsteuerdruck und dem Durchsatz aufzeigt. Zuerst wird gemäß Figur 1 der Vorsteuerdruck Pc vom Steuerventil 64 über die Leitung 58 direkt zur Vorsteuerkammer 52 zugeführt und der Vorsteuerdruck Pcf wird über eine Öffnung 65 durch eine Leitung 60 zur Abgabekammer 54 zugeführt. Daher weist der Vorsteuerdruck Pc einen höhere Wert als der Vorsteuerdruck Pcf auf. Dementsprechend wird die Durchsatzsteuerung durch eine Druckdifferenz \P zwischen den Druck Pc in der Vorsteuerkammer 52 und dem Druck Pcd der Abgabekammer 54 gemäß der Darstellung in Figur 4 durchgeführt, wobei der Betätigungsablauf gleich dem in Figur 3 ist.
Nun zurück zur Figur 3, in der ein weiteres Leistungssteuerdiagramm dargestellt ist, d.h. die Linie A"-B"-C", die durch einen Vorsteuerdruck Pps von der Zahnradpumpe Pg durchgeführt wird. Der Vorsteuerdruck Pps wird in die dritte Kolbenkammer 56 zugeführt, um den auf den mehrstufigen Kolben 42 aufgebrachten Arbeitsdruck anzuheben. Die sich ergebende Kraft, die auf den mehrstufigen Kolben 42 wirkt, drängt den Steuerstab 36 derart, daß der Abgabedurchsatz sich zu verringern beginnt, um die Leistung konstant entlang der Linie A"-B"-C gemäß der Darstellung in Figur 3 zu steuern, wenn der Arbeitsdruck geringer als der Wert A" ist, wobei der Betätigungsablauf gleich dem der Linie A-B-C gemäß der Darstellung in Figur 3 ist.
Obwohl die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen aufgezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich, daß ein Durchschnittsfachmann verschiedene Veränderungen, Abwandlungen und Hinzuführungen ausführen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Pumpe mit veränderlicher Förderleistung, die einen Regler zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit durch Variieren des Winkels einer Taumelscheibe enthält, mit:

einer Pumpe zum Erzeugen eines Flüssigkeitsflusses; einem Ventilkörper (11), der mittels der Flüssigkeit in Verbindung mit der Pumpe steht;

einem Servokolben (16), der drehbar an der Taumelscheibe befestigt und mit zwei Abschnitten ausgebildet ist, von denen jeder einen anderen Durchmesser hat, und die in einer im Ventilkörper ausgebildeten ersten und zweiten Kammer (20, 22) bewegbar sind;

einem mehrstufigen Kolben (42), der durch den Arbeitsdruck der Pumpe in einer ersten und zweiten Kolbenkammer (44, 46) im Ventilkörper (11) bewegbar ist;

einem Steuerstab (36), der längs einer Achse des Servokolbens (16) bewegbar ist und einen Servosteuerkolben (28) zur Veränderung der Fließrichtung aufweist;

einem Servosteuerkolben (34), der zum Definieren einer neutralen Stellung, einer Stellung zur Zuführung des Arbeitsdrucks von der zweiten Kammer (22) und einer Stellung zur Abgabe des Arbeitsdrucks zum Behälter mittels der Flüssigkeit mit dem Servosteuerkolben (28) in Verbindung steht;

einem Sperrsteuerkolben (26), der zum Definieren einer Stellung zum Zuführen des Arbeitsdrucks von der Pumpe zur zweiten Kammer und einer Stellung zur Abgabe des Arbeitsdrucks von der zweiten Kammer zum Servosteuerkolben (34) mittels der Flüssigkeit mit dem Servosteuerkolben (34) in Verbindung steht; und

einer Einrichtung (38, 40) zum Vorspannen des Steuerstabes und des Servokolbens, damit diese beabstandet voneinander vorliegen.

2. Pumpe mit veränderlicher Förderleistung nach Anspruch 1, wobei die Pumpe mit veränderlicher Förderleistung ferner ein Steuerventil (64) zum Zuführen eines Vorsteuerdrucks zu einer Vorsteuerkammer (52), in der der Steuerstab (36) angeordnet ist, und zu einer Abgabekammer enthält.

3. Pumpe mit veränderlicher Förderleistung nach Anspruch 1, wobei der Sperrsteuerkolben (26) einen Sperrkolben aufweist, der in einer ersten und zweiten Sperrkolbenkammer (70, 74) bewegbar ist, welche mit der Pumpe und einer Vorsteuerleitung in Verbindung stehen.

4. Pumpe mit veränderlicher Förderleistung nach Anspruch 1, wobei die Vorspanneinrichtung eine äußere Feder (38), die zwischen dem Steuerstab und dem Servokolben angeordnet ist und eine innere Feder (40) aufweist, die einen kleineren Durchmesser und eine kürzere Länge aufweist als die äußere Feder, und die innerhalb der äußeren Feder angeordnet ist.

5. Pumpe mit veränderlicher Förderleistung nach Anspruch 1, wobei der Vorsteuerdruck von der Zahnradpumpe (Pg) über ein Reduzierventil (76) zu einer im Ventilkörper ausgebildeten dritten Kolbenkammer (56) zugeführt wird, um den auf den mehrstufigen Kolben aufgebrachten Arbeitsdruck zu steigern.

6. Pumpe mit veränderlicher Förderleistung nach Anspruch 1 und 4, wobei der Steuerstab (36), der Servokolben (16), der mehrstufige Kolben (42) und die Federn (38, 40) in koaxialer Beziehung zueinander vorliegen.