DE69727552T2

DE69727552T2 - Hydraulisches antriebssystem

Info

Publication number: DE69727552T2
Application number: DE69727552T
Authority: DE
Inventors: Yasutaka Ryugasaki-shi TSURUGA; Takashi Kanai; Junya Tsuchiura-shi KAWAMOTO
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: US6192681B1; EP0877168A4; WO1998022717A1; EP0877168A1; EP0877168B1; DE69727552D1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem und insbesondere ein hydraulisches Antriebssystem, das unter einer Lasterfassungssteuerung zur derartigen Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Hydraulikpumpe arbeitet, daß der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck mehrerer Stellglieder auf einem eingestellten Wert gehalten wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bezüglich Lasterfassungssteuerungstechniken zur derartigen Steuerung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens von Hydraulikpumpen, daß der Differenzdruck zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck mehrerer Stellglieder auf einem eingestellten Wert gehalten wird, sind das in der JP, A, 5-99126 offenbarte System zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe und das in dem britischen Patent 1599233 offenbarte System zur Steuerung einer Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen bekannt.
Das in der JP, A, 5-99126 offenbarte System zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe umfaßt einen Servokolben zum Neigen einer Taumelscheibe einer Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen und eine Neigungssteuerungseinheit zur derartigen Zufuhr eines Pumpenförderdrucks zum Servokolben nach Maßgabe der Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe und dem Lastdruck PLS eines durch die Hydraulikpumpe angetriebenen Stellglieds, daß der Differenzdruck ΔPLS auf einem eingestellten Wert ΔPLSref gehalten wird, wodurch das Verdrängungsvolumen der Pumpe gesteuert wird. Das offenbarte System zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe umfaßt ferner eine zusammen mit der Hydraulikpumpe mit verstellbarem Ver drängungsvolumen von einem Motor angetriebene Hydraulikpumpe mit festem Verdrängungsvolumen, eine in einer Förderleitung der Hydraulikpumpe mit festem Verdrängungsvolumen angeordnete Drossel und eine Einrichtung zur Modifikation der Einstellung zum Verändern des eingestellten Werts ΔPLSref der Einheit zur Steuerung der Neigung nach Maßgabe des Differenzdrucks ΔPp über die Drossel. Der eingestellte Wert ΔPLSref der Einheit zur Steuerung der Neigung wird durch Erfassen der Drehzahl des Motors auf der Grundlage der Veränderung des Differenzdrucks über die in der Förderleitung der Hydraulikpumpe mit festem Verdrängungsvolumen angeordnete Drossel verändert.
Das in dem britischen Patent 1599233 offenbarte Steuersystem weist einen ähnlichen Aufbau auf. Genauer ist in einer Förderleitung einer festen Pumpe eine Drossel vorgesehen, und der Differenzdruck ΔPp über die Drossel wird auf Steuerdruckkammern an den entgegengesetzten Enden eines Einstellventils aufgebracht. Wenn die Drehzahl eines Primärantriebs ausreichend hoch und der Differenzdruck ΔPp größer als der durch eine Feder eingestellte Druck sind, stellt eine Ventilvorrichtung 21 eine Verbindung mit der Seite II her, und ein Lasterfassungssolldifferenzdruck ΔPLSref eines an der Lasterfassungssteuerung beteiligten Neigungssteuerventils wird auf einen verhältnismäßig hohen Wert eingestellt. Wenn der Primärantrieb überlastet ist und seine Drehzahl sich bei einer Veränderung der Lasten der jeweils mit einem von mehreren Stromventilen verbundenen Stellglieder verringert, wird die Fördermenge der mit dem Primärantrieb verbundenen festen Pumpe verringert. Wird der eingestellte Wert der Feder bei einer Verringerung der Fördermenge der Pumpe höher als der Differenzdruck ΔPp über die Drossel, wird das Einstellventil verschoben, wodurch eine Verbindung mit der Seite I hergestellt wird und der Lasterfassungssolldifferenzdruck ΔPLSref des an der Lasterfassungssteuerung beteiligten Neigungssteuerungsventils auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert eingestellt wird, wodurch die auf den Primärantrieb aufgebrachte Last verringert wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wenn bei dem in der JP, A, 5-99126 offenbarten System zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe die Stromventile betätigt werden, wird der der Drehzahl des Motors entsprechende Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref der Neigungssteuerungseinheit durch die Einrichtung zur Modifikation der Einstellung eingestellt, und der Druck Ps in einer Pumpenförderleitung der Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen wird auf einem Druck gehalten, der um die Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref höher als der maximale Lastdruck PLS der durch die Stromventile betätigten Stellglieder ist, d. h. es gilt Ps = PLS + ΔPLSref.
Werden andererseits keine Stromventile betätigt, ist der maximale Lastdruck PLS durch den Reservoirdruck gegeben, und daher minimiert die Neigungssteuereinheit den Neigungswinkel der Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, um den Druck in der Pumpenförderleitung zu verringern. In diesem Zustand ergibt sich eine geringe Fördermenge der Pumpe, und selbst wenn die Fördermenge der Pumpe auf null eingestellt wird, wird aufgrund einer Verzögerung der Betätigung der Taumelscheibe der Hydraulikpumpe nach wie vor eine geringe Strömungsmenge gefördert. Dadurch wird Hydraulikfluid eingeschlossen, da sich sämtliche Stromventile in der neutralen Stellung befinden, wodurch sich in der Pumpenförderleitung ein Druck aufbaut.
In einem normalen Hydraulikkreislauf ist daher ein Sicherheitsventil (ein Entlastungsventil) zur Begrenzung des Drucks in der Pumpenförderleitung auf einen im gesamten Kreislauf zulässigen maximalen Druck mit der Pumpenförderleitung verbunden.
Ferner ist bei einem unter einer Lasterfassungssteuerung arbeitenden Hydrauliksystem zum Verbessern der der Energieeffizienz der Hydraulikpumpe in einem lastfreien Zustand normalerweise ein Entlastungsventil mit einer Pumpenförderleitung verbunden. Das Entlastungsventil steuert den Druck in der Pumpenförderleitung so, daß er um einen durch eine Feder eingestellten Differenzdruck ΔPun höher als ein maximaler Lastdruck PLS gehalten wird, wenn keine Stromventile betätigt werden.
Der eingestellte Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils ist auf einen höheren Wert als der in der Neigungssteuereinheit eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref eingestellt. Dementsprechend wird der Druck Ps in der Pumpenförderleitung bei der Betätigung von Stromventilen von der Neigungssteuereinheit so gesteuert, daß in einem Zustand, in dem das System normalerweise arbeitet, Ps = PLS + ΔPLSref gilt. Dadurch wird das Entlastungsventil nicht betätigt, um eine Störung der durch die Neigungssteuereinheit ausgeführten Lasterfassungssteuerung zu vermeiden.
Wenn sich der maximale Lastdruck PLS bei einer Änderung der Arbeitslast ändert, wird auch der Druck Ps in der Förderleitung der Hydraulikpumpe von der Neigungssteuereinheit der Änderung entsprechend eingestellt. Aufgrund einer Verzögerung der Pumpenneigung unter der Lasterfassungssteuerung kann sich jedoch eine größere als die von den Stellgliedern benötigte Strömungsmenge ergeben. Durch die resultierende Strömungsmengendifferenz weicht der Druck in der Förderleitung von dem Solldruck der Lasterfassungssteuerung ab, wodurch im gesamten System eine Schwingung verursacht wird.
Das Entlastungsventil dient der Stabilisierung des Systems gegen dieses Schwingungsphänomen durch Ablassen des Hydraulikfluids in der Pumpenförderleitung, wenn der Druck in der Pumpenförderleitung den eingestellten Differenzdruck ΔPun übersteigt. Dies entspricht dem Ablassen des der aufgrund einer Verzögerung der Neigung der Hydraulikpumpe geförderten Strömungsmenge entsprechenden Hydraulikfluids. Dadurch wird das gesamte System stabilisiert.
Werden der eingestellte Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils und der eingestellte Differenzdruck ΔPLSref für die Lasterfassungssteuerung nahe beieinander eingestellt, wird die Stabilität des gesamten Systems verbessert.
Überdies erfaßt die Einrichtung zur Modifikation der Einstellung bei dem in der JP, A, 5-99126 offenbarten System zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe die Drehzahl des Motors auf der Grundlage der Fördermenge der Pumpe mit festem Verdrängungsvolumen und stellt den eingestellten Differenzdruck ΔPLSref für die Lasterfassungssteuerung verstellbar ein, wodurch abhängig von der Drehzahl des Motors eine Verbesserung der Bedienbarkeit realisiert wird. Wird von einem System ausgegangen, bei dem ein Entlastungsventil in einem Hydraulikkreislauf mit dem offenbarten System zur Steuerung des Verdrängungsvolumens einer Pumpe vorgesehen ist und der die eingestellte Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils bei der Nenndrehzahl des Motors geringfügig höher als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref eingestellt ist, kann durch ein derartiges System bei der Nenndrehzahl des Motors die Stabilität des gesamten Systems verbessert werden. Wird die Drehzahl des Motors jedoch verringert, wird der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref verringert, wogegen die eingestellte Differenzdruck des Entlastungsventils fest bleibt, da er durch eine Feder eingestellt wird. Dementsprechend nimmt die Differenz zwischen dem eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref und dem eingestellten Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils zu, und eine mit der bei der Nenndrehzahl des Motors erzielten vergleichbare Stabilität kann nicht aufrechterhalten werden.
Bei dem in dem britischen Patent 1599233 offenbarten Steuersystem tritt ein ähnliches Problem auf. Genauer kann die Stabilität eines derartigen Systems bei einer Verringerung der Drehzahl des Primärantriebs nicht aufrechterhalten werden, wenn davon ausgegangen wird, daß ein Entlastungsventil vorgesehen ist und der eingestellte Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils bei der Nenndrehzahl des Primärantriebs geringfügig höher als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref eingestellt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Antriebssystem zu schaffen, mit dem ohne eine Beeinträchtigung durch die Drehzahl des Motors eine stabile Lasterfassungssteuerung ausgeführt werden kann.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe und weitere zugehörige Merkmale sind wie folgt.

(1) Zunächst wird erfindungsgemäß ein hydraulisches Antriebssystem mit einem Motor, einer von dem Motor angetriebenen Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, mehreren, durch von der Hydraulikpumpe gefördertes Hydraulikfluid angetriebenen Stellgliedern, mehreren Stromventilen zur Steuerung der Strömungsmengen des den mehreren Stellgliedern von der Hydraulikpumpe zugeführten Hydraulikfluids und einer Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe zum derartigen Steuern des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe geschaffen, daß der Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck PLS der mehreren Stellglieder auf einem ersten eingestellten Wert ΔPLSref gehalten wird, wobei die Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe eine erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung zum Verändern des ersten eingestellten Werts ΔPLSref der Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Antriebssystem ferner ein Entlastungsventil zur derartigen Steuerung des Förderdrucks Ps der Hydraulikpumpe, daß der Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck PLS der mehreren Stellglieder auf einem zweiten eingestellten Wert ΔPun gehalten wird, der höher als der erste eingestellte Wert ΔPLSref ist, und eine zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung zum Ändern des zweiten eingestellten Werts ΔPun des Entlastungsventils in Übereinstimmung mit der Änderung des durch die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung veränderten ersten eingestellten Werts ΔPLSref in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors umfaßt.

Wenn der erste eingestellte Wert ΔPLSref der Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe bei der so konstruierten vorliegenden Erfindung von der ersten Einrichtung zur Modifikation der Einstellung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors verändert wird, verändert die zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung in Übereinstimmung mit der Änderung des ersten eingestellten Werts ΔPLSref den zweiten eingestellten Wert ΔPun des Entlastungsventils. Dadurch wird die Differenz zwischen dem ersten eingestellten Wert ΔPLSref der Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe und dem zweiten eingestellten Wert ΔPun des Entlastungsventils nicht erhöht, wenn die Drehzahl des Motors verringert wird, und daher kann die Stabilität des Systems selbst bei geringen Drehzahlen des Motors sichergestellt werden.

(2) Bei dem System gemäß Punkt (1) umfaßt die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung eine zusammen mit der Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen von dem Motor angetriebene Hydraulikpumpe mit festem Verdrängungs volumen, ein in einer Förderleitung der Hydraulikpumpe mit festem Verdrängungsvolumen angeordnetes Strömungsmengenerfassungsventil und einen Betätigungsantrieb zum Ändern des ersten eingestellten Werts ΔPLSref in Abhängigkeit von dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil, und die zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung umfaßt Steuerdruckkammern zum Ändern des zweiten eingestellten Werts ΔPun des Entlastungsventils in Abhängigkeit von dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil.

Da sich durch eine derartige Konstruktion der ersten und der zweiten Einrichtung zur Modifikation der Einstellung der Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil abhängig von der Drehzahl des Motors ändert, kann die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung den ersten eingestellten Wert ΔPLSref durch Ändern des ersten eingestellten Werts ΔPLSref nach Maßgabe des Differenzdrucks ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil abhängig von der Drehzahl des Motors ändern, und die zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung kann den zweiten eingestellten Wert ΔPun des Entlastungsventils durch Ändern des zweiten eingestellten Werts ΔPun entsprechend dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil abhängig von der Drehzahl des Motors ändern, wodurch der zweite eingestellte Wert ΔPun des Entlastungsventils in Übereinstimmung mit der Änderung des ersten eingestellten Werts ΔPLSref durch die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung geändert werden kann. Da die Änderung der Drehzahl des Motors auf der Grundlage des Differenzdrucks ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil hydraulisch erfaßt wird, kann das System auch hydraulisch konstruiert sein.

(3) Bei dem vorstehend beschriebenen System gemäß Punkt (1) erfaßt die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung vorzugsweise die Drehzahl des Motors und ändert den ersten ein gestellten Wert ΔPLSref der Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe so, daß die maximale Gesamtströmungsmenge Qvtotal der mehreren Stromventile, die jeweilige, durch das Produkt des Differenzdrucks ΔPLS und des jeweiligen Öffnungsgrads der mehreren Stromventile ausgedrückte Strömungsmengen durchlassen, kleiner als die der Drehzahl des Motors zu diesem Zeitpunkt entsprechende maximale Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe ist, wenn die erfaßte Drehzahl des Motors in einem Bereich liegt, der die niedrigste Drehzahl des Motors einschließt, und die zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung modifiziert den zweiten eingestellten Wert ΔPun des Entlastungsventils in Übereinstimmung mit der Änderung des ersten eingestellten Werts ΔPLSref.

Durch eine derartige Konstruktion der ersten Einrichtung zur Modifikation der Einstellung zur Einstellung der Beziehung zwischen der von den mehreren Stromventilen benötigten maximalen Gesamtströmungsmenge Qvtotal und der maximalen Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe ist die von den mehreren Stromventilen benötigte maximale Gesamtströmungsmenge Qvtotal größer als die maximale Fördermenge der Hydraulikpumpe und das System befindet sich in einem Zustand, der zu einer Sättigung führt, wenn die Drehzahl des Motors auf die für gewöhnliche Arbeiten geeignete Nenndrehzahl eingestellt ist; ist die Drehzahl des Motors jedoch auf einen niedrigen Wert eingestellt, wird die von den mehreren Stromventilen benötigte maximalen Gesamtströmungsmenge so verringert, daß sie kleiner als die maximale Fördermenge der Hydraulikpumpe wird, wodurch keine Sättigung eintritt. Dementsprechend wird der Änderungsgradient der mehrere Stromventile passierenden Strömungsmenge in bezug auf die auf die Stromventile aufgebrachte Gesamtgröße der Eingaben über die Hebel so verringert, daß ein breiter Dosierwirkungsbereich sichergestellt wird, und unter Verwendung des breiten Dosierwirkungsbereichs kann eine gute Bedienbarkeit realisiert werden.
Da die zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung den zweiten eingestellten Wert ΔPun des Entlastungsventils in Übereinstimmung mit der Änderung des ersten eingestellten Werts ΔPLSref ändert, wird auch die Differenz zwischen dem ersten eingestellten Wert ΔPLSref der Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe und dem zweiten eingestellten Wert ΔPun des Entlastungsventils unabhängig von einer Veränderung der Charakteristika der ersten Einrichtung zur Modifikation der Einstellung bei keiner Drehzahl des Motors gesteigert, und dadurch kann die Stabilität des Systems stets sichergestellt werden.

(4) Bei dem vorstehend beschriebenen System gemäß Punkt (1) umfaßt die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung eine zusammen mit der Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen von dem Motor angetriebene Hydraulikpumpe mit festem Verdrängungsvolumen, ein in einer Förderleitung der Hydraulikpumpe mit festem Verdrängungsvolumen angeordnetes Strömungsmengenerfassungsventil und einen Betätigungsantrieb zum Verändern des ersten eingestellten Werts ΔPLSref in Abhängigkeit von einem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil, wobei das Strömungsmengenerfassungsventil so aufgebaut ist, daß es, wenn die Drehzahl des Motors in dem Bereich liegt, der die Nenndrehzahl einschließt, einen größeren Öffnungsgrad aufweist, als wenn die Drehzahl des Motors in einem Bereich liegt, der die niedrigste Drehzahl einschließt, und die zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung Steuerdruckkammern zum Verändern des zweiten eingestellten Werts ΔPun des Entlastungsventils in Abhängigkeit von dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil umfaßt.

Durch dieses Merkmal kann die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung unter Verwendung der hydraulischen Anordnung die vorstehend unter Punkt (3) beschriebenen Funktionen (d. h. die Funktionen der Erfassung der Drehzahl des Motors und der derartigen Veränderung des eingestellten Werts ΔPLSref der Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe, daß die von den mehreren Stromventilen benötigte maximale Gesamtströmungsmenge Qvtotal kleiner als die maximale Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe ist, wenn die erfaßte Drehzahl des Motors in dem Bereich liegt, der die niedrigste Drehzahl des Motors einschließt) erfüllen, und die zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung kann unter Verwendung der hydraulischen Anordnung die vorstehend unter (3) beschriebene Funktion (d. h. die Funktion, unabhängig von der Drehzahl des Motors zu verhindern, daß die Differenz zwischen dem ersten eingestellten Wert ΔPLSref der Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe und dem zweiten eingestellten Wert ΔPun des Entlastungsventils zunimmt) erfüllen.

(5) Bei dem vorstehend beschriebenen System gemäß Punkt (2) oder (4) umfaßt die erste Einrichtung zur Modifikation der Einstellung ferner vorzugsweise ein erstes Drucksteuerventil zur Erzeugung eines dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil entsprechenden Signaldrucks, der Betätigungsantrieb verändert den eingestellten Wert ΔPLSref entsprechend dem Signaldruck von dem ersten Drucksteuerventil, und die Steuerdruckkammern des Entlastungsventils verändern den zweiten eingestellten Wert ΔPun entsprechend dem Signaldruck von dem ersten Drucksteuerventil.

Da durch dieses Merkmal der Signaldruck von dem Strömungsmengenerfassungsventil über eine einzige Steuerleitung sowohl auf den Betätigungsantrieb als auch auf das Entlastungsventil aufgebracht werden kann, wird der Aufbau des Kreislaufs vereinfacht. Da der Signaldruck auf einem niedrigeren Niveau erzeugt wird, kann zudem die Steuerleitung aus einem für verhältnismäßig niedrige Drücke geeigneten Schlauch oder dergleichen ausgebildet sein, was zu einer Verringerung der Kosten führt.

(6) Bei dem vorstehend beschriebenen System gemäß Punkt (5) umfaßt das hydraulische Antriebssystem ferner vorzugsweise ein zweites Drucksteuerventil zur Erzeugung eines dem Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe und dem maximalen Lastdruck PLS der mehreren Stellglieder entsprechenden Signaldrucks, und das Entlastungsventil weist eine erste Steuerdruckkammer, die mit einer hydraulischen Druckkraft beaufschlagt wird, die in der Öffnungsrichtung des Entlastungsventils wirkt, und eine zweite Steuerdruckkammer auf, die mit einer hydraulischen Druckkraft beaufschlagt wird, die in der Schließrichtung des Entlastungsventils wirkt, wobei der von dem zweiten Drucksteuerventil ausgegebene Signaldruck auf die erste Steuerdruckkammer und der von dem ersten Drucksteuerventil ausgegebene Signaldruck auf die zweite Steuerdruckkammer aufgebracht wird.

Durch dieses Merkmal kann das Entlastungsventil den dem Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Pumpe und dem maximalen Lastdruck PLS entsprechenden Signaldruck über eine einzige, für verhältnismäßig niedrige Drücke geeignete Steuerleitung aufbringen, wodurch der Aufbau des Kreislaufs einfacher und kostengünstiger wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines Hydraulikkreislaufs, das den Aufbau eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
die 2A bis 2C sind Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des in 1 gezeigten Strömungsmengenerfassungsventils (der Drossel);
3 ist ein Diagramm, das die Funktionsweise eines Entlastungsventils gemäß der ersten Ausführungsform im Vergleich mit der Funktionsweise eines herkömmlichen Entlastungsventils zeigt;
4 ist ein Diagramm eines Hydraulikkreislaufs, das den Aufbau eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Diagramm, das Einzelheiten des in 4 gezeigten Strömungsmengenerfassungsventils zeigt;
die 6A bis 6C sind Diagramme, die die Funktionsweise des in 4 gezeigten Strömungsmengenerfassungsventils im Vergleich zur Funktionsweise des in 1 gezeigten Strömungsmengenerfassungsventils zeigen;
7 ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen der Drehzahl des Motors und der von den mehreren Stromventilen benötigten maximalen Strömungsmenge sowie der maximalen Fördermenge der Pumpe bei einem herkömmlichen System zeigt;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen der Drehzahl des Motors und der von den mehreren Stromventilen benötigten maximalen Strömungsmenge sowie der maximalen Fördermenge der Pumpe zeigt, die sich ergeben, wenn das in 4 gezeigte Strömungsmengenerfassungsventil vorgesehen ist;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Gesamtgröße der Eingaben über den Hebel und der durch die Stromventile strömenden Strömungsmenge zeigt, die sich ergibt, wenn das in 4 gezeigte Strömungsmengenerfassungsventil vorgesehen ist;
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Gesamtgröße der Eingaben über den Hebel und der durch die Stromventile strömenden Strömungsmenge zeigt, die sich ergibt, wenn das in 4 gezeigte Strömungsmengenerfassungsventil vorgesehen ist;
11 ist ein Diagramm, das die Funktionsweise eines Entlastungsventils gemäß der zweiten Ausführungsform im Vergleich mit der Funktionsweise eines herkömmlichen Entlastungsventils zeigt; und
12 ist ein Diagramm eines Hydraulikkreislaufs, das den Aufbau eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das hydraulische Antriebssystem umfaßt einen Motor 1, eine von dem Motor 1 angetriebene Hydraulikpumpe 2 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, mehrere durch von der Hydraulikpumpe 2 gefördertes Hydraulikfluid angetriebene Stellglieder 3a, 3b, 3c, eine Ventilvorrichtung 4, die mehrere mit einer Förderleitung 100 der Hydraulikpumpe 2 verbundene Wegeventile 4a, 4b, 4c zur Steuerung der Strömungsmengen und -richtungen umfaßt, mit und in denen den jeweiligen Stellgliedern 3a, 3b, 3c Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 2 zugeführt wird, ein System 5 zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe 2 und ein in einer Zweigleitung 102, die die Förderleitung 100 der Hydraulikpumpe 2 mit einem Reservoir 101 verbindet, angeordnetes Entlastungsventil 80.
Die mehreren Wegeventile 4a, 4b, 4c bestehen jeweils aus mehreren Stromventilen 6a, 6b 6c und mehreren Druckausgleichsventilen 7a, 7b, 7c zur derartigen Steuerung der Differenzdrücke über die mehreren Stromventile 6a, 6b, 6c, daß diese miteinander übereinstimmen.
Die mehreren Druckausgleichsventile 7a, 7b, 7c gehören dem Vorstufentyp an und sind jeweils stromaufseitig der Stromventile 6a, 6b, 6c installiert. Das Druckausgleichsventil 7a weist zwei einander gegenüberliegende Steuerdruckkammerpaare 70a, 70b; 70c, 70d auf. Die Drücke stromaufseitig und stromabseitig des Stromventils 6a werden jeweils auf die Steuerdruckkammern 70a, 70b aufgebracht, und der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 und der maximale Lastdruck PLS der mehreren Stellglieder 3a, 3b, 3c werden jeweils auf die Steuerdruckkammern 70c, 70d aufgebracht, wodurch der Differenzdruck über das Stromventil 6a in der Schließrichtung des Ventils und der Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 und dem maximalen Lastdruck PLS der mehreren Stellglieder 3a, 3b, 3c in der Öffnungsrichtung des Ventils wirkt. Dadurch steuert das Druckausgleichsventil 7a den Differenzdruck über das Stromventil 6a, wobei der Differenzdruck ΔPLS als Solldifferenzdruck für den Druckausgleich dient. Die Druckausgleichsventile 7b, 7c weisen den gleichen Aufbau auf.
Da die Druckausgleichsventile 7a, 7b, 7c die jeweiligen Differenzdrücke über die Stromventile 6a, 6b, 6c steuern, wobei der gleiche Differenzdruck ΔPLS als Solldifferenzdruck dient, werden sämtliche Differenzdrücke über die Stromventile 6a, 6b, 6c so gesteuert, daß sie gleich dem Differenzdruck ΔPLS werden, und die von den Stromventilen 6a, 6b, 6c jeweils benötigten Strömungsmengen werden durch die Produkte des Differenzdrucks ΔPLS und der Öffnungsgrade der Ventile ausgedrückt.
Die mehreren Stromventile 6a, 6b, 6c weisen jeweils Lastanschlüsse 60a, 60b, 60c auf, über die während der Betätigung der Stellglieder 3a, 3b, 3c die Lastdrücke der Stellglieder 3a, 3b, 3c entnommen werden. Der höchste der über die Lastanschlüsse 60a, 60b, 60c entnommenen Lastdrücke wird über Lastleitungen 8a, 8b, 8c, 8d und Wechselventile 9a, 9b durch eine Signalleitung 10 erfaßt, wobei der erfaßte Druck als maximaler Lastdruck PLS auf die Druckausgleichsventile 7a, 7b, 7c aufgebracht wird.
Die Hydraulikpumpe 2 ist eine Taumelscheibenpumpe, bei der die Fördermenge durch Steigern des Neigungswinkels einer Taumelscheibe 2a gesteigert wird. Das System 8 zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe umfaßt einen Servokolben 20 zum Neigen der Taumelscheibe 2a der Hydraulikpumpe 2 und eine Neigungssteuereinheit 21 zum Antreiben des Servokolbens 20 zur Steuerung des Neigungswinkels der Taumelscheibe 2a zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe 2. Der Servokolben 20 wird nach Maßgabe eines über die Förderleitung 100 aufgebrachten Drucks (des Förderdrucks Ps der Hydraulikpumpe 2) und eines Befehlsdrucks von der Neigungssteuereinheit 21 betätigt. Die Neigungssteuereinheit 21 umfaßt ein erstes Neigungssteuerventil 22 und ein zweites Neigungssteuerventil 23.
Das erste Neigungswinkelsteuerventil 22 ist ein Pferdestärkensteuerventil zur Verringerung der Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 bei einer Zunahme des von der Förderleitung 100 aufgebrachten Drucks (des Förderdrucks Ps der Hydraulikpumpe 2). Das erste Neigungssteuerventil 22 empfängt als ursprünglichen Druck den Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2, und wenn der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 niedriger als ein von einer Feder 22a eingestellter, vorgegebener Wert ist, wird ein Steuerschieber 22b gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wodurch der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 unverändert ausgegeben wird. Wenn der ausgegebene Druck zu diesem Zeitpunkt als Befehlsdruck direkt auf den Servokolben 20 aufgebracht wird, wird der Servokolben aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen seiner einander gegenüberliegenden Seiten gemäß der Zeichnung nach links bewegt, worauf der Neigungswinkel der Taumelscheibe 2a gesteigert wird, wodurch die För dermenge der Hydraulikpumpe 2 gesteigert wird. Dadurch nimmt der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 zu. Wenn der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 das von der Feder 22a eingestellte, vorgegebene Niveau übersteigt, wird der Steuerschieber 22b gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wodurch der Förderdruck Ps verringert wird, und der resultierende reduzierte Druck wird als Befehlsdruck ausgegeben. Dementsprechend wird der Servokolben 20 gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, worauf der Neigungswinkel der Taumelscheibe 2a verringert wird, wodurch die Fördermenge Ps der Hydraulikpumpe 2 reduziert wird.
Das zweite Neigungssteuerventil 23 ist ein Lasterfassungsventil zur Steuerung des Differenzdrucks ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 und dem maximalen Lastdruck PLS der Stellglieder 3a, 3b, 3c, der auf dem Solldifferenzdruck ΔPLSref zu halten ist. Das zweite Neigungssteuerventil 23 umfaßt eine Feder 23a zum Einstellen eines Grundwerts für den Solldifferenzdruck ΔPLSref, einen Steuerschieber 23b und einen ersten Betätigungsantrieb 24, der nach Maßgabe des von der Förderleitung 100 aufgebrachten Drucks (des Förderdrucks Ps der Hydraulikpumpe 2) und des maximalen Lastdrucks PLS der Stellglieder 3a, 3b, 3c betätigt wird, um den Steuerschieber 23b zu bewegen.
Der erste Betätigungsantrieb 24 umfaßt einen Kolben 24a, der auf den Steuerschieber 23b einwirkt, und zwei hydraulische Druckkammern 24b, 24c, die durch die Kolben 24a voneinander getrennt sind. Der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 wird auf die hydraulische Druckkammer 24b aufgebracht, und der maximale Lastdruck PLS wird auf die hydraulische Druckkammer 24c aufgebracht, wobei die Feder 23a in die hydraulische Druckkammer 24c eingebaut ist.
Ferner empfängt das zweite Neigungssteuerventil 23 den vom ersten Neigungssteuerventil 22 ausgegebenen Druck als ursprünglichen Druck. Wenn der Differenzdruck ΔPLS geringer als der Solldiffe renzdruck ΔPLSref ist, wird der Steuerschieber 23b von dem ersten Betätigungsantrieb 24 gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wodurch der Ausgangsdruck des ersten Neigungssteuerventils 22 unverändert ausgegeben wird. Wenn der Ausgangsdruck des ersten Neigungssteuerventils 22 zu diesem Zeitpunkt der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 ist, wird der Förderdruck Ps als Befehlsdruck auf den Servokolben 20 aufgebracht. Der Servokolben 20 wird daher aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen seiner einander gegenüberliegenden Seiten gemäß der Zeichnung nach links bewegt, worauf der Neigungswinkel der Taumelscheibe 2a gesteigert wird, um die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 zu erhöhen. Dadurch steigt der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2, und der Differenzdruck ΔPLS wird ebenfalls erhöht. Ist der Differenzdruck ΔPLS andererseits höher als der Solldifferenzdruck ΔPLSref, wird der Steuerschieber 23b vom ersten Betätigungsantrieb 24 gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wodurch der Ausgangsdruck des ersten Neigungssteuerventils 22 verringert wird und der resultierende reduzierte Druck als Befehlsdruck ausgegeben wird. Dementsprechend wird der Servokolben 20 gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, worauf der Neigungswinkel der Taumelscheibe 2a verringert wird, um die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 zu reduzieren. Dadurch wird der Differenzdruck ΔPLS auf dem Solldifferenzdruck ΔPLSref gehalten.
Hierbei werden die Differenzdrücke über die Stromventile 6a, 6b, 6c durch die Druckausgleichsventile 7a, 7b, 7c jeweils so gesteuert, daß sie den gleichen Wert annehmen, d. h. den Differenzdruck ΔPLS. Daher führt das Halten des Differenzdrucks ΔPLS auf dem Solldifferenzdruck ΔPLSref schließlich dazu, daß der Differenzdruck über die Stromventile 6a, 6b, 6c, wie vorstehend erläutert, auf dem Solldifferenzdruck ΔPLSref gehalten wird.
Das System 5 zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe umfaßt ferner eine erste Einrichtung 38 zur Modifikation der Einstellung zum Verändern des auf das zweite Neigungssteuerventil 23 aufgebrachten Solldifferenzdrucks ΔPLSref in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 1. Die erste Einrichtung 38 zur Modifikation der Einstellung besteht aus einer Hydraulikpumpe 30 mit festem Verdrängungsvolumen, die zusammen mit der Hydraulikpumpe 2 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen von dem Motor 1 angetrieben wird, einer zwischen den Förderleitungen 30a, 30b der Hydraulikpumpe 30 mit festem Verdrängungsvolumen angeordneten Drossel 50 in Form eines Strömungsmengenerfassungsventils und einem zweiten Betätigungsantrieb zum Verändern des Solldifferenzdrucks ΔPLSref in Abhängigkeit von dem Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50.
Die Hydraulikpumpe 30 mit festem Verdrängungsvolumen ist eine Pumpe, die normalerweise als Steuerungshydraulikfluidquelle dient. Ein Entlastungsventil 33 zur Spezifikation eines von der Steuerungshydraulikfluidquelle zugeführten ursprünglichen Drucks ist an die Förderleitung 30b angeschlossen, und die Förderleitung 30b ist ferner mit einem (nicht dargestellten) ferngesteuerten Ventil zur Erzeugung eines beispielsweise zum Verschieben der Stromventile 6a, 6b, 6c verwendeten Steuerdrucks verbunden.
Der zweite Betätigungsantrieb 32 ist ein in den ersten Betätigungsantrieb 24 des zweiten Neigungssteuerventils 23 integrierter, zusätzlicher Betätigungsantrieb und umfaßt einen Kolben 32a, der auf den Kolben 24a des ersten Betätigungsantriebs 24 einwirkt, und zwei hydraulische Druckkammern 32b, 32c, die durch den Kolben 32a voneinander getrennt sind. Der Druck stromaufseitig der Drossel 50 wird über eine Steuerleitung 34a auf die hydraulische Druckkammer 32b aufgebracht, und der Druck stromabseitig der Drossel 50 wird über eine Steuerleitung 34b auf die hydraulische Druckkammer 32c aufgebracht, wodurch der Kolben 32a den Kolben 24a mit einer dem Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50 entsprechenden Kraft gemäß der Zeichnung nach links drückt. Der Solldifferenzdruck ΔPLSref des zweiten Neigungssteuerventils 23 wird entspre chend dem durch die Feder 23a vorgegebenen Grundwert und die Druckkraft des Kolbens 32a eingestellt. Wird der Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50 kleiner, übt der Kolben 32a einen geringeren Druck auf den Kolben 24a aus, wodurch der Solldifferenzdruck ΔPLSref reduziert wird. Wird die Differenzdruck ΔPp größer, übt der Kolben 32a einen größeren Druck auf den Kolben 24a aus, wodurch der Solldifferenzdruck ΔPLSref erhöht wird.
Hierbei verändert sich der Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50 abhängig von der Drehzahl des Motors 1. Die erste Einrichtung 38 zur Modifikation der Einstellung verändert daher den Solldifferenzdruck ΔPLSref des ersten Neigungssteuerventils 23 abhängig von der Drehzahl des Motors.
Das Entlastungsventil 80 steuert den Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 so, daß der Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 und dem maximalen Lastdruck PLS der mehreren Stellglieder 3a, 3b, 3c auf einem eingestellten Differenzdruck ΔPun gehalten wird, der höher als der (nachstehend als eingestellter Lasterfassungsdifferenzdruck bezeichnete) Solldifferenzdruck ΔPLSref für die Lasterfassungssteuerung ist. Das Entlastungsventil 80 weist eine erste Steuerdruckkammer 80b, die mit einem in der Richtung zur Erhöhung des Öffnungsgrads eines Ventilkörpers 80a wirkenden Druck beaufschlagt wird, eine zweite Steuerdruckkammer, die mit einem in der Richtung zur Verringerung des Öffnungsgrads wirkenden Druck beaufschlagt wird, eine Feder 80d zum Drücken des Ventilkörpers 80a in die Richtung zur Verringerung des Öffnungsgrads, eine dritte Steuerdruckkammer 80e, die mit einem in der Richtung zur Verringerung des Öffnungsgrads wirkenden Druck beaufschlagt wird, und eine vierte Steuerdruckkammer 80f auf, die mit einem in der Richtung zur Erhöhung des Öffnungsgrads wirkenden Druck beaufschlagt wird. Der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 mit veränderlichem Verdrängungsvolumen wird über eine Steuerleitung 85a auf die erste Steuerdruckkammer 80b aufgebracht, der maximale Lastdruck PLS wird über eine Steuerleitung 85b auf die zweite Steuerdruckkammer 80c aufgebracht, der Druck stromaufseitig der Drossel 50 wird über eine Steuerleitung 86a auf die dritte Steuerdruckkammer 80e aufgebracht, und der Druck stromabseitig der Drossel 50 wird über eine Steuerleitung 86b auf die vierte Steuerdruckkammer 80f aufgebracht.
Da sich der Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50 abhängig von der Drehzahl des Motors 1 verändert, bilden die dritte und die vierte Steuerdruckkammer 80e, 80f und die Steuerleitungen 86a, 86b zusammen eine zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung zum Verändern des eingestellten Differenzdrucks ΔPun des Entlastungsventils 80 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 1 in Übereinstimmung mit einer Veränderung des eingestellten Solldifferenzdrucks ΔPLSref der ersten Einrichtung 38 zur Modifikation der Einstellung.
Anders ausgedrückt dient das Entlastungsventil 80 dem Ablassen von Hydraulikfluid in der Förderleitung 100 in das Reservoir 101, wenn der Differenzdruck ΔPLS über eines der Stromventile 6a, 6b, 6c um einen von der Feder 80d eingestellten Druck Psp höher als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref (= ΔPp) wird. Dadurch wird der Druck in der Förderleitung 100 auf den eingestellten Differenzdruck ΔPun gesteuert, der um den von der Feder 80d eingestellten Druck Psp höher als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref ist. Der eingestellte Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils 80 ist zu diesem Zeitpunkt durch ΔPun = ΔPLSref + Psp gegeben. Da der eingestellte Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils 80 auf der Grundlage des eingestellten Lasterfassungsdifferenzdrucks ΔPLSref bestimmt wird, verändert sich bei einer Änderung des eingestellten Lasterfassungsdifferenzdrucks ΔPLSref auch der eingestellte Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils abhängig von der Drehzahl des Motors 1. Daher ist bei einer Änderung der Drehzahl des Motors 1 der eingestellte Differenzdruck ΔPun immer durch einen um den durch die Feder 80d eingestellten Druck Psp höheren Wert als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref gegeben.
Die Funktionsweise des Entlastungsventils 80 wird nachstehend im Vergleich mit der Funktionsweise eines herkömmlichen Entlastungsventils zum Konstanthalten des eingestellten Differenzdrucks ΔPun beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß das herkömmliche Entlastungsventil in der folgenden Beschreibung als festes Entlastungsventil und das erfindungsgemäße Entlastungsventil als verstellbares Entlastungsventil bezeichnet wird.
Zunächst wird die Funktionsweise der Einrichtung 38 zur Modifikation der Einstellung mit der Drossel 50 beschrieben.
Die Hydraulikpumpe 30 mit festem Verdrängungsvolumen fördert das Hydraulikfluid mit einer Strömungsmenge Qp, die durch das Produkt der Drehzahl N des Motors 1 und des Verdrängungsvolumens Cm der Pumpe ausgedrückt wird. Qp = CmN (1)
Ist der Öffnungsgrad der Drossel 50 durch Ap gegeben, kann das Verhältnis zwischen der Drehzahl N des Motors 1 und dem Differenzdruck ΔPp über die verstellbare Drossel 31a durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
Da die Drossel 50 eine feste Drossel und die Öffnungsabmessungen Ap konstant sind, nimmt der Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50 auf der Grundlage der Formel (3) in bezug auf die Fördermenge Qp der Hydraulikpumpe 30 bzw. die Drehzahl N des Motors 1 entsprechend einer Kurve zweiten Grads zu, wie in 2A gezeigt. Da dank des zweiten Betätigungsantriebs 32 die Beziehung ΔPLSref ∝ ΔPp gilt, nimmt auch der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref in bezug auf die Fördermenge Qp der Hydraulikpumpe 30 bzw. die Drehzahl N des Motors 1 entsprechend einer Kurve zweiten Grads zu, wie in 2A gezeigt.
Wenn der Differenzdruck ΔPLS über eines der Stromventile 6a, 6b, 6c, beispielsweise das Stromventil 6a, auf den Sollwert ΔPLSref gesteuert wird, wird ferner die vom Stromventil 6a benötigte Strömungsmenge Qv unter der Voraussetzung, daß der Öffnungsgrad des Stromventils 6a Av ist, durch die folgende Formel ausgedrückt:
Daher nimmt die benötigte Strömungsmenge Qv in bezug auf den Solldifferenzdruck ΔPLSref entsprechend einer Kure zweiten Grads zu, wie in 2B gezeigt.
Hierbei ist der Solldifferenzdruck ΔPLSref über das Stromventil 6a durch den Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50 gegeben (ΔPLSref ∝ ΔPp). Auf der Grundlage der Formel (3) kann die benötigte Strömungsmenge Qv daher mit der Drehzahl N des Motors 1 in Beziehung gesetzt werden, wie durch die folgende Formel ausgedrückt: Qv ∝ (Av/Ap)CmN (5)
Anders ausgedrückt nimmt die benötigte Strömungsmenge Qv in bezug auf die Drehzahl N des Motors 1 als kombiniertes Ergebnis der durch eine in 2A gezeigte Kurve zweiten Grads (die Formel (3)) ausgedrückten Beziehung zwischen der Strömungsmenge Qp und der Differenzdruck ΔPp über die Drossel 50 und der durch eine in 2B gezeigte Kurve zweiten Grads (die Formel (4)) ausgedrückten Beziehung zwischen dem Differenzdruck ΔPLS über das Stromventil 6a und der von ihm benötigten Strömungsmenge Qv annähernd linear zu, wie in 2C gezeigt.
Die vorstehende Erläuterung betrifft das eine Stromventil 6a. Werden mehrere, beispielsweise zwei oder drei Stellglieder angetrieben, gilt die Beziehung gemäß 2C für jedes der Stromventile 6a, 6b bzw. 6a, 6b, 6c, und die Beziehung zwischen der Drehzahl N des Motors 1 und der Summe der jeweils benötigten Strömungsmengen Qv ergibt sich durch einfaches zweimaliges bzw. dreimaliges Addieren der Beziehung gemäß 2C.
Durch das vorstehend erläuterte Verändern des eingestellten Lasterfassungsdifferenzdrucks ΔPLSref und der benötigten Strömungsmenge Qv in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors kann die Geschwindigkeit eines Stellglieds in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors eingestellt werden, da die dem Stellglied zugeführte Strömungsmenge selbst dann abhängig von der Drehzahl des Motors verändert wird, wenn der Öffnungsgrad des Stromventils konstant gehalten wird. Auch wenn zwei oder mehr Stellglieder greichzeitig angetrieben werden, werden die Fördermenge der Pumpe entsprechend dem Verhältnis zwischen den Öffnungsgraden der Stromventile verteilt und eine Verschlechterung der Bedienbarkeit bei der kombinierten Betätigung verhindert.
3 zeigt die Beziehung zwischen dem eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref und dem eingestellten Differenzdruck ΔPun des erfindungsgemäßen verstellbaren Entlastungsventils 80 bei der vorstehend beschriebenen Veränderung des eingestellten Lasterfassungsdifferenzdrucks ΔPLSref in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors im Vergleich zu der bei der Verwendung eines festen Entlastungsventils resultierenden.
Gemäß 3 wird der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref auf die gleiche Weise, wie in 2A gezeigt, abhängig von der Drehzahl des Motors entsprechend einer Kurve zweiten Grads verän dert. Da der eingestellte Differenzdruck ΔPun des erfindungsgemäßen verstellbaren Entlastungsventils verändert wird, wobei er auf einem um den durch die Feder 80d eingestellten Druck Psp höheren Wert als dem eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref gehalten wird, verändert sich auch der eingestellte Differenzdruck ΔPun, ähnlich wie der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref, abhängig von der Drehzahl des Motors entsprechend einer Kurve zweiten Grads. Andererseits ist der eingestellte Differenzdruck ΔPun des festen Entlastungsventils unabhängig von einer Veränderung der Drehzahl des Motors konstant.
In einem Zustand 1, in dem die Drehzahl des Motors 1 die für eine gewöhnliche Ausschachtung geeignete Nenndrehzahl ist, halten sowohl das herkömmliche feste Entlastungsventil als auch das erfindungsgemäße verstellbare Entlastungsventil die jeweiligen eingestellten Differenzdrücke ΔPun auf einem Wert, der geringfügig höher als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref ist. Obwohl die beiden eingestellten Differenzdrücke den gleichen Wert aufweisen, ist der eingestellte Differenzdruck des festen Entlastungsventils eindeutig festgelegt, wogegen der von dem erfindungsgemäßen verstellbaren Entlastungsventil gehaltene eingestellte Differenzdruck durch einen variablen Wert gegeben ist, der um den Einstelldruck Psp der Feder 80d höher als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref ist. Dementsprechend hat der eingestellte Differenzdruck ΔPun des herkömmlichen festen Entlastungsventils in einem Zustand 2, in dem die Drehzahl des Motors beispielsweise die Leerlaufdrehzahl (die niedrigste Drehzahl), also niedriger als im Zustand 1 ist, einen wesentlich höheren Wert als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref. Dagegen wird die Differenz zwischen dem eingestellten Differenzdruck ΔPun des erfindungsgemäßen verstellbaren Entlastungsventils und dem eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref nicht verändert, da der eingestellte Differenzdruck ΔPun des erfindungsgemäßen verstellbaren Entlastungsventils verstellt wird, wobei er einen Wert behält, der um den durch die Feder 80d eingestellten Druck Psp höher als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref ist.
Bei dieser Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, die Differenz zwischen dem eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref und dem eingestellten Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils nicht erhöht, wenn die Drehzahl des Motors 1 verringert wird, und daher kann die Stabilität des Systems selbst bei geringen Drehzahlen des Motors 1 sichergestellt werden.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 11 beschrieben. In diesen Zeichnungen sind mit den in 1 gezeigten übereinstimmende Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß 4 wird eine erste Einrichtung 38A zur Modifikation der Einstellung eines Systems 5A zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe gemäß dieser Ausführungsform statt durch die in 1 gezeigte, feste Drossel 50 durch ein Strömungsmengenerfassungsventil 31 mit einer in der Förderleitung der Hydraulikpumpe 30 mit festem Verdrängungsvolumen angeordneten, einstellbaren, festen Drossel 31a gebildet. Das Strömungsmengenerfassungsventil 31 ist so aufgebaut, daß es den Betriebszustand der festen Drossel 31a entsprechend dem Differenzdruck über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 selbst einstellt. Genauer weist das Strömungsmengenerfassungsventil 31 einen Ventilkörper 31b mit der festen Drossel 31a auf. Wenn der auf die Steuerdruckkammern 31d, 31e aufgebrachte Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 nicht größer als der (nachstehend als eingestellter Differenzdruck bezeichnete) der elastischen Kraft einer Feder 31c entsprechende Differenzdruck ist, wird das Strömungsmengenerfassungsventil 31 in einer gemäß der Zeichnung linken Stellung gehalten, in der die feste Drossel 31a ihre Funktion ausführt. Wird der Differenz druck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 höher als der eingestellte Differenzdruck, wird das Strömungsmengenerfassungsventil 31 aus der gemäß der Zeichnung linken Stellung, in der die feste Drossel ihre Funktion erfüllt, in eine gemäß der Zeichnung rechte, geöffnete Stellung verschoben. Durch die Installation des Strömungsmengenerfassungsventils 31 kann die Beziehung zwischen der Drehzahl des Motors 1 und dem eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref ein komplexeres Muster als die einfache, proportionale Beziehung annehmen, die durch die feste Drossel 40 erzielt werden kann. Bei dieser Ausführungsform dient die durch die Steuerdruckkammern 80e, 80f des Entlastungsventils 80 gebildete zweite Einrichtung zur Modifikation der Einstellung auch dem Ändern des eingestellten Differenzdrucks ΔPun des Entlastungsventils 80 in Abhängigkeit von einer Veränderung des eingestellten Lasterfassungsdifferenzdrucks ΔPLSref, wodurch ähnliche Vorteile wie durch die erste Ausführungsform erzielt werden können.
Die Einzelheiten des Strömungsmengenerfassungsventils 31 werden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Gemäß 5 bewegt sich ein als Ventilkörper 31b dienender Kolben, in dem eine kleine, als feste Drossel 31a dienende Bohrung ausgebildet ist, in einem Gehäuse 31f. Die kleine Bohrung weist die Öffnungsabmessungen Ap der festen Drossel 31a auf. Ferner weist das Gehäuse 31f eine zylindrische Form auf, und zwischen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 31b und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 31f ist ein Spalt mit den Öffnungsabmessungen Af ausgebildet. Die Öffnungsabmessungen Af werden so gewählt, daß sie einen ausreichend großen Wert aufweisen, um zu verhindern, daß der Spalt tatsächlich als Drossel wirkt.
Der Kolben 31b wird von der Feder 31c gehalten, und die elastische Kraft F der Feder 31c wirkt in der Richtung zum Schließen des Einlasses des Gehäuses 31f und zur Aktivierung der Funktion der festen Drossel 31a auf den Kolben 31 ein.
Wenn der Einlaß des Gehäuses 31f von dem Kolben 31b verschlossen wird, erzeugt der Differenzdruck ΔPp über die feste Drossel 31a beim Passieren der festen Drossel aufgrund des Stroms des Hydraulikfluids in das Gehäuse 31f eine hydraulische Kraft Fh, die in der Richtung zum Öffnen des Gehäuseeinlasses (gemäß der Zeichnung nach oben) auf den Kolben 31b einwirkt. Wenn die hydraulische Kraft Fh kleiner als die Kraft F der Feder 31c ist, wird der Kolben 31b in einer Stellung gehalten, in der der Einlaß des Gehäuses 31 geschlossen gehalten wird, wodurch das Hydraulikfluid nur durch die feste Drossel 31a strömen kann. Anders ausgedrückt funktioniert die feste Drossel 31a effektiv.
Wenn die Strömungsmenge des von der Hydraulikpumpe 30 mit festem Verdrängungsvolumen geförderten Hydraulikfluids zunimmt und die hydraulische Kraft Fh die Kraft F der Feder 31c übersteigt, wird der Kolben 31b nach oben bewegt, wodurch der Gehäuseeinlaß geöffnet wird. In diesem Zustand kann das Hydraulikfluid durch den Spalt mit den Öffnungsabmessungen Af strömen, und daher arbeitet die feste Drossel 31a nicht mehr. Da die hydraulische Kraft Fh wegfällt, wenn die feste Drossel 31a ihre Funktion einstellt, wird der Kolben 31b nach unten bewegt, wodurch der Einlaß des Gehäuses geschlossen wird. Sowie der Einlaß des Gehäuses verschlossen ist, wird jedoch die hydraulische Kraft erzeugt, die den Einlaß des Gehäuses erneut öffnet. Durch die Wiederholung der vorstehend beschriebenen Bewegung nach oben und unten kommt der Kolben 31b in einer Stellung x zum Stillstand, in dem die beiden Kräfte F und Fh ausgeglichen sind. In der Ruhestellung erfolgt die Steuerung der Drossel derart, daß der Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 auf dem der elastischen Kraft der Feder 31c entsprechenden Differenzdruck, d. h. dem eingestellten Differenzdruck gehalten wird.
Hierbei verändert sich der auf die Steuerdruckkammern 31d, 31e aufgebrachte Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 abhängig von der Drehzahl des Motors. Genauer nehmen bei einer Verringerung der Drehzahl des Motors 1 die Fördermenge der Hydraulikpumpe 30 und ebenso der Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 ab. Dementsprechend wird das Strömungsmengenerfassungsventil 31 in einer Stellung (d. h. der gemäß 4 linken Stellung) gehalten, in der die feste Drossel 31a ihre Funktion erfüllt, wenn die Drehzahl des Motors niedriger als eine dem durch die Feder 31c vorgegebenen, eingestellten Differenzdruck entsprechende (nachstehend als eingestellte Drehzahl bezeichnete) Drehzahl des Motors ist, und wenn die Drehzahl des Motors die eingestellte Drehzahl übersteigt, steuert das Strömungsmengenerfassungsventil 31 den Zustand der Drossel so, daß der Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 auf dem durch die Feder 31c eingestellten, spezifizierten Differenzdruck gehalten wird.
Anders ausgedrückt fungieren die Steuerdruckkammern 31d, 31e und die Feder 31c als Einstelleinrichtung für die Drossel zur Aktivierung der festen Drossel 31a, wenn die Drehzahl des Motors in einem Bereich liegt, der die niedrigste Drehzahl einschließt, und zur derartigen Steuerung der festen Drossel 31a, daß die Zunahmegeschwindigkeit des Differenzdrucks ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 reduziert wird, wenn die Drehzahl des Motors auf die eingestellte Drehzahl ansteigt, die niedriger als die Nenndrehzahl ist. Ebenso ist das Strömungsmengenerfassungsventil 31 durch den vorstehend beschriebenen Aufbau so konstruiert, daß es größere Öffnungsabmessungen aufweist, wenn die Drehzahl des Motors in einem Bereich liegt, der die Nenndrehzahl einschließt, als wenn sie in einem Bereich liegt, der die niedrigste Drehzahl einschließt.
Nachstehend werden nun die Funktionsweise und die resultierende Wirkung der wie vorstehend beschrieben aufgebauten ersten Einrichtung 38A zur Modifikation der Einstellung mit dem Strömungsmengenerfassungsventil 31 beschrieben.
Wird davon ausgegangen, daß die der elastischen Kraft der Feder des Strömungsmengenerfassungsventils 31 entsprechende eingestellte Drehzahl Ns ist, wird das Strömungsmengenerfassungsventil 31 in der gemäß 4 linken Stellung gehalten, in der die feste Drossel 31a, wie vorstehend beschrieben, ihre Funktion erfüllt, und der Öffnungsgrad Ap ist konstant, wenn die Drehzahl N des Motors niedriger als die eingestellte Drehzahl Ns ist. Auf der Grundlage der vorstehend genannten Formel (3) nimmt daher der Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 in Bezug auf die Fördermenge Qp der Hydraulikpumpe 30 bzw. die Drehzahl N des Motors 1 entsprechend einer Kurve zweiten Grads zu, wie in 6A gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Öffnungsabmessungen Ap der festen Drossel 31a kleiner als die der festen Drossel 50 gemäß der ersten Ausführungsform eingestellt sind und daß dementsprechend die Zunahmegeschwindigkeit des Differenzdrucks ΔPp über die feste Drossel 31a höher als in dem durch eine gestrichelte Linie dargestellten Fall ist, in dem die feste Drossel 50 verwendet wird.
Wenn die Drehzahl N des Motors die eingestellte Drehzahl Ns übersteigt, arbeitet das Strömungsmengenerfassungsventil 31 so, daß der Differenzdruck ΔPp über es selbst auf dem durch die Feder 31c vorgegebenen eingestellten Differenzdruck gehalten wird. Der Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 wird daher im wesentlichen konstant auf ΔPpmax gehalten, wie in 6A gezeigt.
Auf die gleiche Weise, wie vorstehend im Zusammenhang mit 2C erläutert, nimmt die von jedem der Stromventile 6a, 6b, 6c benötigte Strömungsmenge Qv in Bezug auf den eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref entsprechend einer Kurve zweiten Grads zu, wie in 6B gezeigt.
Als kombiniertes Ergebnis der Kennlinie gemäß 6A und der Kennlinie gemäß 6B verändert sich die benötigte Strömungsmenge Qv in bezug auf die Drehzahl N des Motors 1, wie in 6C gezeigt. Genauer heben die durch eine in 6A gezeigte Kurve zweiten Grads dargestellte Änderung von ΔPp und die in 6B durch eine Kurve zweiten Grads dargestellte Änderung der benötigten Strömungsmenge Qv einander auf, wenn die Drehzahl N niedriger als die eingestellte Drehzahl Ns ist. Dadurch nimmt die benötigte Strömungsmenge Qv in bezug auf die Drehzahl N des Motors 1 annähernd linear zu. Der Gradient der linearen Linie (der Änderungsrate) ist jedoch größer als bei der durch die gestrichelte Linie dargestellten Verwendung der festen Drossel 50. Wenn die Drehzahl N des Motors die eingestellte Drehzahl Ns übersteigt, wird ΔPp gemäß 6A im wesentlichen konstant auf ΔPpmax gehalten, und daher wird auch die benötigte Strömungsmenge Qv im wesentlichen entsprechend konstant gehalten.
Wie vorstehend ausgeführt gilt beim Antreiben von mehreren, beispielsweise zwei oder drei Stellgliedern die Beziehung gemäß 6C für jedes der Stromventile 6a, 6b bzw. 6a, 6b, 6c, und die Beziehung zwischen der Drehzahl N des Motors 1 und der Summe der jeweils benötigten Strömungsmengen Qv ergibt sich durch einfaches zweimaliges oder dreimaliges Addieren der Beziehung gemäß 6C.
Bei der ersten Ausführungsform, bei der die feste Drossel 50 als Strömungsmengenerfassungsventil verwendet wird, sind die Beziehungen zwischen der Drehzahl N des Motors 1 und der von zwei beliebigen der Stromventile 6a, 6b, 6c, beispielsweise den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigten Gesamtströmungsmenge Qvtotal (d. h. der Summe der von den Stromventilen 6a, 6b bei ihren maximalen Öffnungsgraden benötigten Strömungsmengen Qv) sowie der maximalen Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, wie in 7 gezeigt. Werden die Stellglieder 3a, 3b gleichzeitig angetrieben, verändert sich das Verhältnis zwischen der von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigten Gesamtströmungsmenge Qvtotal und der maximalen Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 trotz einer Veränderung der Drehzahl N des Motors 1 nicht, und die Verknappung der Fördermenge, die bei der kombinierten Betätigung mit dem Phänomen der Sättigung einhergeht, verändert sich nicht proportional in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Motors 1.
Bei dieser Ausführungsform sind die Beziehungen zwischen der Drehzahl N des Motors 1 und der von zwei beliebigen der Stromventile 6a, 6b, 6c, beispielsweise den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigten Gesamtströmungsmenge Qvtotal (d. h. der Summe der von den Stromventilen 6a, 6b bei ihren maximalen Öffnungsgraden benötigten Strömungsmengen Qv) sowie der maximalen Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen dagegen, basierend auf der Kennlinie gemäß 6C, wie in 8 gezeigt.
Gemäß 8 befindet sich das System in einer Einstellung 1, bei der die Drehzahl N des Motors 1 so eingestellt ist, daß sie für das Ausführen normaler Arbeiten geeignet ist, in einem Zustand, der eine Sättigung verursacht, da die von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigte Gesamtströmungsmenge Qvtotal beim Antreiben mehrerer Stellglieder 3a, 3b größer als die maximale Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 ist. In der Einstellung 2, in der die Drehzahl N des Motors 1 auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, wird andererseits die von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigte Gesamtströmungsmenge Qvtotal verringert, so daß sie kleiner als die maximale Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 wird, und daher tritt keine Sättigung ein.
Hierbei repräsentiert die Einstellung 2 eine für eine feine Betätigung geeignete Drehzahl des Motors. Genauer entspricht die Einstellung 2 einer Drehzahl, die niedriger als eine mittlere Drehzahl ist, da allgemein davon ausgegangen wird, daß für eine feine Betätigung eine Drehzahl geeignet ist, die niedriger als der Mittelwert zwischen der Nenndrehzahl und der niedrigsten Drehzahl ist.
Wird beispielsweise davon ausgegangen, daß die Nenndrehzahl des Motors 1 2.200 min^–1 und die niedrigste Drehzahl (d. h. die Leerlaufdrehzahl) 1.000 min^–1 betragen, beträgt die mittlere Drehzahl 1.600 min^–1, und die Einstellung 2 repräsentiert eine Drehzahl, die niedriger als 1.600 min^–1 ist. Bei dem dargestellten Beispiel repräsentiert die Einstellung 2 1.200 min^–1. Zudem repräsentiert die „Einstellung 1" bei dem dargestellten Beispiel die Nenndrehzahl von 2.200 min^–1.
Wie vorstehend erläutert, ist das Strömungsmengenerfassungsventil 31 so konstruiert, daß die Abmessungen seiner Öffnung größer sind, wenn die Drehzahl des Motors in dem Bereich liegt, der die Nenndrehzahl einschließt, als wenn sie in dem Bereich liegt, der die niedrigste Drehzahl einschließt. Die durch das Strömungsmengenerfassungsventil 31, die Hydraulikpumpe 30 mit festem Verdrängungsvolumen und den zweiten Betätigungsantrieb 32 gebildete erste Einrichtung 38A zur Modifikation der Einstellung erfaßt die Drehzahl des Motors 1, und wenn die erfaßte Drehzahl des Motors in den Bereich liegt, der die niedrigste Drehzahl einschließt, verändert die Einrichtung 38A den eingestellten Wert ΔPLSref des Systems 5 zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe so, daß die auf der Grundlage der Produkte des Differenzdrucks ΔPLS und der jeweiligen Öffnungsgrade der mehreren Stromventile 6a, 6b ausgedrückte, von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigte Gesamtströmungsmenge Qvtotal kleiner als die durch die Drehzahl des Motors zu diesem Zeitpunkt bestimmte, maximale Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 ist.
9 zeigt die Kennlinien der Einrichtung 38A zur Modifikation der Einstellung in Form der Beziehung zwischen der Summe der vom Bediener über die Hebel eingegebenen Eingangsgrößen für die Stromventile 6a, 6b und der von den Stromventilen 6a, 6b benötigten Gesamtströmungsmenge (der durch sie strömenden Gesamtströmungsmenge).
9 zeigt die Kennlinien der Einrichtung 38A zur Modifikation der Einstellung in Form der Beziehung zwischen der von einem Bediener über die Hebel insgesamt auf die Stromventile 6a, 6b aufgebrachten Eingangsgröße und der von den Stromventilen 6a, 6b benötigten Gesamtströmungsmenge (der insgesamt durch sie strömenden Strömungsmenge).
Gemäß 9 wird bei einer Verringerung der Drehzahl des Motors die maximale Strömungsmenge Qsmax reduziert, die den Stromventilen von der Hydraulikpumpe 2 zugeführt werden kann. Gleichzeitig wird die der Gesamtgröße der Eingaben über die Hebel entsprechende, von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigte Gesamtströmungsmenge Qvtotal so reduziert, daß sie geringer als die maximale Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 wird. Dadurch wird der Gradient der die die Stromventile 6a, 6b passierende Strömungsmenge repräsentierenden Linie so verringert, daß ein breiter Dosierwirkungsbereich sichergestellt wird.
Da sich das Verhältnis zwischen der von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigten Gesamtströmungsmenge Qvtotal und der maximalen Fördermenge Qsmax der Hydraulikpumpe 2 bei der ersten Ausführungsform, bei der die feste Drossel 50 verwendet wird, trotz einer Verringerung der Drehzahl N des Motors 1 nicht verändert und die mit dem Phänomen der Sättigung einhergehende Verknappung der Strömungsmenge in dem gleichen Verhältnis auftritt, wie in 7 gezeigt, ist der Gradient der die Veränderung der die Stromventile 6a, 6b passierenden Strömungsmenge repräsentierenden Linie so groß, daß der Dosierwirkungsbereich verringert wird, wie in 9 durch eine Punkt-Strich-Linie dargestellt.
Dementsprechend tritt bei dieser Ausführungsform selbst bei einer kombinierten Hebelbetätigung, die bei der normalen Einstellung der Drehzahl des Motors zu einer Sättigung führt, keine Sättigung ein, wenn der Bediener die Drehzahl des Motors in der Absicht, eine Operation mit geringer Geschwindigkeit auszuführen, auf einen niedrigen Wert einstellt; daher kann unter Verwendung des breiten Dosierwirkungsbereichs eine gute Bedienbarkeit realisiert werden.
Überdies wird gemäß 10 bei einer Einstellung 3, in der die Drehzahl N des Motors 1 auf einen geringfügig niedrigeren Wert als bei der normalen Einstellung (der Einstellung 1) eingestellt ist (beispielsweise auf ca. 2.000 min^–1), die von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigte Gesamtströmungsmenge Qvtotal im Vergleich zu der bei der normalen Einstellung (der Einstellung 1) etwas verringert, doch das Ausmaß der Veränderung ist so gering, daß die von den Stromventilen 6a, 6b maximal benötigte Gesamtströmungsmenge Qvtotal auf einem höheren Wert als dem gehalten wird, der sich ergibt, wenn die Einstellung 3 bei dem Vergleichsbeispiel eingestellt wird. In diesem Zustand tritt bei einer Motordrehzahl um den für normale Arbeiten geeigneten eingestellten Wert (die Einstellung 1) leicht das Phänomen der Sättigung auf. Wie in 10 durch eine durchgehende Linie dargestellt, wird jedoch der Gradient der die Veränderung der durch die Stromventile 6a, 6b strömenden Strömungsmenge repräsentierenden Linie in bezug auf die Gesamtgröße der Eingaben über die Hebel im Vergleich zu dem Gradienten, der sich bei der Einstellung 1 ergibt, praktisch nicht verändert. Dementsprechend wird die Betätigungsgeschwindigkeit des Stellglieds selbst bei einer gewissen Veränderung der Drehzahl des Motors 1 in bezug auf die für gewöhnliche Arbeiten geeignete Einstellung auf dem gleichen Niveau gehalten, und die Betätigung kann mit einem guten Ansprechverhalten ausgeführt werden. Bei der ersten Ausführungsform, bei der die feste Drossel 50 verwendet wird, wird der Gradient der die Veränderung der durch die Stromventile 6a, 6b strömenden Strö mungsmenge repräsentierenden Linie, wie in 10 durch eine Punkt-Strich-Linie dargestellt, in bezug auf die Gesamtgröße der Eingaben über die Hebel etwas verringert, wodurch die Betätigungsgeschwindigkeit und das Ansprechverhalten des Stellglieds dementsprechend verringert werden.
Bei der normalen Arbeit wird unter praktischen Gesichtspunkten dem Ansprechverhalten und der kraftvollen Bewegung des Stellglieds größere Bedeutung als der Bedienbarkeit mit einem breiteren Dosierwirkungsbereich zugemessen. Dementsprechend kann dem Bediener durch diese Ausführungsform ein gutes Gefühl bei der Betätigung gegeben werden.
11 zeigt die Beziehung zwischen dem eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref und dem eingestellten Differenzdruck ΔPun des erfindungsgemäßen verstellbaren Entlastungsventils 80, die sich ergibt, wenn sich der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref abhängig von der Drehzahl des Motors verändert, wie vorstehend erläutert, im Vergleich zu der, die sich ergibt, wenn das feste Entlastungsventil verwendet wird.
Gemäß 11 verändert sich der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref abhängig von der Drehzahl des Motors bis zur eingestellten Drehzahl Ns entsprechend einer Kurve zweiten Grads, wie in 6A gezeigt, worauf ΔPLSref dann bei einer Drehzahl des Motors, die nicht niedriger als Ns ist, annähernd konstant gehalten wird. Da der eingestellte Differenzdruck ΔPun des verstellbaren Entlastungsventils 80 sich bei dieser Ausführungsform ebenso verändert, wobei ein um den durch die Feder 80d eingestellten Druck Psp höherer Wert als der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref beibehalten wird, verändert sich auch der eingestellte Differenzdruck ΔPun abhängig von der Drehzahl des Motors bis zur eingestellten Drehzahl Ns entsprechend einer Kurve zweiten Grads und wird dann, ähnlich wie der der eingestellte Lasterfassungsdifferenz druck ΔPLSref, bei einer Drehzahl des Motors, die nicht niedriger als Ns ist, konstant gehalten. Der eingestellte Differenzdruck ΔPun des festen Entlastungsventils ist über den gesamten Bereich der Drehzahlen des Motors konstant.
Bei dieser Ausführungsform kann der eingestellte Differenzdruck ΔPun des verstellbaren Entlastungsventils, wie vorstehend beschrieben, selbst dann entsprechend eingestellt werden, wenn sich der eingestellte Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref in einem komplexen Muster verändert. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform wird daher die Differenz zwischen den eingestellten Lasterfassungsdifferenzdruck ΔPLSref und dem eingestellten Differenzdruck ΔPun des Entlastungsventils nicht erhöht, wenn die Drehzahl des Motors 1 verringert wird, und daher kann die Stabilität des Systems selbst bei niedrigen Drehzahlen des Motors 1 sichergestellt werden.
Durch diese Ausführungsform wird auch das Phänomen der Sättigung unter Berücksichtigung der Drehzahl des Motors verbessert, so daß bei einer feinen Betätigung eine gute Bedienbarkeit erzielt werden kann, wenn die Drehzahl des Motors auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, und daß bei einer Betätigung mit gutem Ansprechverhalten ein kraftvolles Gefühl realisiert werden kann, wenn die Drehzahl des Motors auf einen hohen Wert eingestellt ist. Es ist daher möglich, auf der Grundlage der Einstellung der Drehzahl des Motors eine für die Zwecke der vom Bediener beabsichtigten Arbeit geeignete Systemeinstellung herzustellen.
Ferner kann durch diese Ausführungsform ein praktisches Strömungsmengenerfassungsventil geschaffen werden, da das Gehäuse 31f des Strömungsmengenerfassungsventils 31 eine einfache zylindrische Form aufweist und dadurch leicht gefertigt werden kann.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. In 12 sind mit den in den 1 und 4 gezeigten übereinstimmende Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß 12 umfaßt eine Einrichtung 38B zur Modifikation der Einstellung bei einem System 5B zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe gemäß dieser Ausführungsform ein Drucksteuerventil 40 zur Ausgabe eines Signaldrucks, der dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31 entspricht. Das Drucksteuerventil 40 weist eine Steuerdruckkammer 40b, das den Ventilkörper 40a in die Richtung zur Steigerung des Drucks drückt, und Steuerdruckkammern 40c, 40d auf, die den Ventilkörper 40a in die Richtung zur Verringerung des Drucks drücken. Der Druck stromaufseitig des Strömungsmengenerfassungsventils 31 wird auf die Steuerdruckkammer 40b aufgebracht, wogegen der Druck stromabseitig des Strömungsmengenerfassungsventils 31 und der Ausgangsdruck des Drucksteuerventils 40 selbst jeweils auf die Steuerdruckkammern 40c, 40d aufgebracht werden. Der dem Differenzdruck ΔPp über die verstellbare Drossel 31a entsprechende Signaldruck wird auf der Grundlage des Ausgleichs der vorstehend genannten Drücke als absoluter Druck erzeugt. Der Signaldruck wird über eine Steuerleitung 41a auf eine hydraulische Druckkammer 32b eines zweiten Betätigungsantriebs 32B aufgebracht, und die hydraulische Druckkammer 32c des zweiten Betätigungsantriebs 32B über eine Steuerleitung 41b mit einem Reservoir ist verbunden.
Ferner ist ein Drucksteuerventil 45 zur Erzeugung eines Signaldrucks vorgesehen, der dem Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 und dem maximalen Lastdruck mehrerer Stellglieder 3a, 3b, 3c entspricht. Das Drucksteuerventil 45 weist eine Steuerdruckkammer 45b, die den Ventilkörper 45a in die Richtung zur Erhöhung des Drucks drückt, und Steuerdruckkammern 45c, 45c auf, die den Ventilkörper 45a in die Richtung zur Verringerung des Drucks drücken. Der Förderdruck Ps der Hydraulikpumpe 2 wird auf die Steuerdruckkammer 45b aufge bracht, wogegen der maximale Lastdruck PLS und der Ausgangsdruck des Drucksteuerventils 45 selbst jeweils auf die Steuerdruckkammer 45c, 45d aufgebracht werden. Der dem Differenzdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der Pumpe und dem maximalen Lastdruck PLS entsprechende Signaldruck wird auf der Grundlage des Gleichgewichts dieser Drücke als absoluter Druck erzeugt.
Ein Entlastungsventil 80B weist anstelle der in 1 gezeigten ersten und zweiten Steuerdruckkammern 80b, 80c eine Steuerdruckkammer 80g, auf die ein in der Richtung zur Erhöhung seines Öffnungsgrads wirkender Druck aufgebracht wird, und anstelle der in 1 gezeigten dritten und vierten Steuerdruckkammern 80e, 80f eine Steuerdruckkammer 80h auf, auf die ein in der Richtung zur Verringerung seines Öffnungsgrad wirkender Druck aufgebracht wird. Der Signaldruck von dem Drucksteuerventil 45 wird über eine Steuerleitung 87a auf die Steuerdruckkammer 80g aufgebracht, und der Signaldruck von dem Drucksteuerventil 40 wird über eine Steuerleitung 87b auf die Steuerdruckkammer 80h aufgebracht.
Bei der so aufgebauten Ausführungsform dient der zweite Betätigungsantrieb 32 ebenso dem Verändern des Solldifferenzdrucks ΔPLSref in Abhängigkeit von dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31, und das Entlastungsventil 80B dient dem Verändern des eingestellten Differenzdrucks ΔPun in Übereinstimmung mit dem Solldifferenzdruck ΔPLSref in Abhängigkeit von dem Differenzdruck ΔPp über das Strömungsmengenerfassungsventil 31.
Dementsprechend bietet diese Ausführungsform ähnliche betätigungsbezogene Vorteile, wie die durch die zweite Ausführungsform erzielbaren.
Ferner erfordert die erste Einrichtung 38B zur Modifikation der Einstellung bei dieser Ausführungsform nur eine Steuerleitung 41a zum Aufbringen des Signaldrucks von dem Strömungsmengenerfas sungsventil 31 auf den zweiten Betätigungsantrieb 32, und das Entlastungsventil 80B benötigt nur zwei Steuerleitungen 87a, 87b zum Aufbringen des Signaldrucks, was eine einfachere Konfiguration des Kreislaufs zur Folge hat. Da jedes der Drucksteuerventile 40, 45 den Differenzdruck als absoluten Druck erfaßt, wird der Signaldruck zudem auf einem niedrigeren Niveau erzeugt, als bei einer Erfassung der jeweiligen unveränderten Drücke, wodurch die Steuerleitungen 41a, 41b, 87a, 87b aus für verhältnismäßig geringe Drücke geeigneten Schläuchen oder dergleichen ausgebildet sein können, und die Konfiguration des Kreislaufs kann zu niedrigeren Kosten realisiert werden.
Obwohl im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die hydraulische Erfassung der Drehzahl des Motors und die hydraulische Veränderung des Solldifferenzdrucks auf der Grundlage der erfaßten Drehzahl erläutert wurden, wird daraufhingewiesen, daß ein derartiger Prozeß auch elektrisch ausgeführt werden kann, beispielsweise durch Erfassen der Drehzahl des Motors mittels eines Sensors und Berechnen des Solldifferenzsignals anhand des Sensorsignals.
Obwohl die Druckausgleichsventile als dem stromaufseitig der Stromventile installierten Vorstufentyp zugehörig beschrieben wurden, können die Druckausgleichsventile zudem auch dem stromabseitig der Stromventile installierten Nachstufentyp zur Steuerung der jeweiligen Ausgangsdrücke sämtlicher Stromventile auf den gleichen maximalen Lastdruck angehören, durch den die jeweiligen Differenzdrücke über die Stromventile auf den gleichen Differenzdruck ΔPLS gesteuert werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Erfindungsgemäß kann eine stabile Lasterfassungssteuerung realisiert werden, die von der Drehzahl des Motors nicht beeinträchtigt wird.

Claims

Ein hydraulisches Antriebssystem mit einem Motor (1), einer hydraulischen Verstellpumpe (2), die durch den Motor (1) angetrieben wird, eine Mehrzahl von Aktuatoren (3a–3c), die durch ein von der hydraulischen Pumpe (2) gefördertes hydraulisches Fluid angetrieben werden, eine Mehrzahl an Stromventilen (6a–6c) zur Steuerung der Strömungsraten des von der hydraulischen Pumpe (2) geförderten hydraulischen Fluids hin zu einer Mehrzahl von Aktuatoren, und Pumpenverdrängungssteuermittel (5, 5A, 5B) zur Steuerung der Verdrängung der hydraulischen Pumpe (2) derart, dass ein Differenzialdruck ΔPLS zwischen einem Förderdruck Ps der hydraulischen Pumpe (2) und einem maximalen Lastdruck PLS unter der Mehrzahl an Aktuatoren (3a–3c) auf einem ersten Einstellwert ΔPLSref gehalten wird, wobei das Pumpenverdrängungssteuermittel ein erstes Einstellungsmodifizierungsmittel (38, 38A, 38B) zum Modifizieren des ersten Einstellwertes ΔPLSref des Pumpenverdrängungssteuermittels in Abhängigkeit einer Drehzahl des Motors aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Antriebssystem außerdem aufweist: ein Ablassventil (80, 80B) zur Steuerung des Förderdrucks Ps der hydraulischen Pumpe (2), sodass der Differenzialdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck der hydraulischen Pumpe (2) und dem maximalen Lastdruck PLS unter der Mehrzahl an Aktuatoren (3a–3c) auf einem zweiten Einstellwert ΔPun gehalten wird, der grö ßer ist als der erste Einstellwert ΔPLSref, und ein zweites Einstellungsmodifizierungsmittel zum Modifizieren des zweiten Einstellwertes ΔPun des Entlastungsventils (80, 80B) in Abhängigkeit der Drehzahl der Maschine (1) und in Übereinstimmung mit der Änderung des ersten durch das erste Einstellungsmodifizierungsmittel (38, 38A, 38B) modifizierten Einstellwerts ΔPLSref.
Ein hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Einstellungsmodifizierungsmittel (38, 38A, 38B) eine erste durch den Motor (1) angetriebene hydraulische Konstantpumpe (30) gemeinsam mit der hydraulischen Verstellpumpe (2), ein Strömungsratenerfassungsventil (50, 31), das in einer Förderleitung (30b) der hydraulischen Konstantpumpe (30) angeordnet ist, und einen Betriebsantrieb (32, 32B) zum Modifizieren des ersten Einstellwertes ΔPLSref in Abhängigkeit eines Differenzialdrucks ΔPp über das Strömungsratenerfassungsventil (50, 31) aufweist, und wobei das zweite Einstellungsmodifizierungsmittel (39, 39B) Steuerdruckkammern (80e, 80f; 80h) zur Modifizierung des zweiten Einstellwertes ΔPun des Entlastungsventils (80, 80B) in Abhängigkeit des Differenzialdrucks ΔPp über das Strömungsratenerfassungsventil (50, 31) aufweist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Einstellungsmodifizierungsmittel (38A, 38B) eine Drehzahl des Motors (1) erfasst und, wenn die erfasste Drehzahl sich in einem Bereich befindet, der die geringste Drehzahl dieses Motors beinhaltet, den ersten Einstellwert ΔPLSref des Pumpenverdrängungssteuerungsmittel (5A, 5B) modifiziert, sodass die Gesamt maximalströmungsrate Qv_gesamt der die Mehrzahl an Stromventilen (6a, 6b) durchströmenden entsprechenden Strömungsraten, ausgedrückt durch das Produkt aus dem Differenzialdruck ΔPLS und den entsprechenden Öffnungsquerschnitten der Mehrzahl an Stromventilen (6a, 6b), kleiner ist als eine maximale Förderrate Qs_max der hydraulischen Pumpe (2) entsprechend einer Motordrehzahl zu diesem Zeitpunkt, und wobei das zweite Einstellungsmodifizierungsmittel (39, 39B) den zweiten Einstellwert ΔPun des Entlastungsventils (80, 80B) in Übereinstimmung mit der Änderung des ersten Einstellwertes ΔPLSref modifiziert.
Ein hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Einstellungsmodifizierungsmittel (38A, 38B) eine durch den Motor (1) angetriebene hydraulische Konstantpumpe (30) gemeinsam mit der hydraulischen Verstellpumpe (2), ein Strömungsratenerfassungsventil (31), das in einer Förderleitung (30b) der hydraulischen Konstantpumpe (30) angeordnet ist, und einen Betriebsantrieb (32, 32B) zum Modifizieren des ersten Einstellwertes ΔPLSref in Abhängigkeit eines Differenzialdrucks ΔPp über das Strömungsratenerfassungsventil aufweist, wobei das Strömungsratenerfassungsventil derart aufgebaut ist, dass es eine größere Öffnungsfläche aufweist, wenn die Motordrehzahl sich in einem Bereich befindet, der die Nominaldrehzahl beinhaltet, als wenn sich die Motordrehzahl in einem Bereich befindet, der die geringste Drehzahl beinhaltet, und wobei das zweite Einstellungsmodifizierungsmittel (39, 39B) Steuerdruckkammern (80e, 80f; 80h) zum Modifizieren des zweiten Einstellwertes ΔPun des Entlastungsventils (80, 80B) in Abhängigkeit des Differenzial drucks ΔPp über das Strömungsratenerfassungsventil beinhaltet.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 4, wobei das erste Einstellungsmodifizierungsmittel (80B) außerdem ein erstes Drucksteuerventil (40) aufweist zur Steuerung eines Signaldrucks entsprechend dem Differenzialdruck ΔPp über das Strömungsratenerfassungsventil (31), und der Betriebsantrieb (32B) den Einstellwert ΔPLSref gemäß dem Signaldruck von dem ersten Drucksteuerventil modifiziert und die Steuerdruckkammern (80h) des Entlastungsventils (80B) den zweiten Einstellwert ΔPun gemäß dem Signaldruck des ersten Drucksteuerventils modifizieren.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 5, das außerdem ein zweites Drucksteuerventil (45) zur Erzeugung eines Signaldrucks entsprechend dem Differenzialdruck ΔPLS zwischen dem Förderdruck Ps der hydraulischen Pumpe (2) und dem maximalen Lastdruck PLS unter der Mehrzahl an Aktuatoren (3a–3c) aufweist, wobei das Entlastungsventil (80B) eine erste Steuerdruckkammer (80g) hat, die eine hydraulische Steuerkraft aufbringt, die in die Richtung zum Öffnen des Entlastungsventils wirkt und eine zweite Steuerdruckkammer (80h), die eine hydraulische Druckkraft aufbringt, die in die Richtung zum Schließen des Entlastungsventils wirkt, wobei der von dem zweiten Drucksteuerventil (45) ausgegebene Signaldruck der ersten Steuerdruckkammer (80g) zugeführt wird, und der von dem ersten Drucksteuerventil (40) ausgegebene Signaldruck der zweiten Steuerdruckkammer (80h) zugeführt wird.