JP5517448B2 - ハイドロスタティック式の駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、ハイドロスタティック式の駆動システムであって、搬送量が調節可能であるポンプを有し、該ポンプが開回路で稼働しかつ少なくとも１つの消費機に液圧媒体を供給するために設けられており、消費機が制御弁で制御可能である形式のものに関する。

前記駆動システムにおいてはポンプの搬送量は消費機によって求められる所要容量流に調整される。これによって消費機は制御弁にてあらかじめ設定された運動速度で少ないエネルギ損失で運転されることができる。

ポンプが開回路で運転されかつ消費機を制御するために適当な制御弁が設けられている公知のロードセンシング駆動システムの場合には、ポンプの搬送容量は制御された消費機の最高負荷圧と調整圧力差とによって調整される。単数又は複数の制御弁を制御する場合には制御弁にてそれぞれ１つの所定の開放横断面が調節される。ポンプは制御された消費機において調節された最高の負荷圧よりも調整圧力差だけポンプの搬送圧が高くなるまで、搬送容量が増加する方向へ、制御される消費機にて生じる最高の負荷圧で調節される。これによって、制御弁の適当な開放横断面を通して、制御された消費機により要求される所要容量がポンプにより送出されることが達成される。

しかし、ポンプの搬送容量が、制御された消費機の最高の負荷圧に関連して調整されることに基づき、ポンプの搬送容量の調整の応働の時間的な遅れ、ひいては適当な制御弁の制御による運動の開始と消費機の運動開始との間に、確認できる時間的な遅れが生じる。何故ならばポンプを制御する負荷圧は、制御弁が開放位置へ負荷されたあとではじめて発生させられるからである。これは操作員によっては駆動システムのわずかなダイナミックとして受取られる。さらに消費機が消費機の運動を助けるネガティブな負荷もしくは引っ張り負荷によって負荷されると、制御弁を作動したあとでポンプの搬送導管にて圧力降下が生じる。この圧力降下はポンプの搬送量の調整に際して更なる時間的な遅れ、ひいてはポンプの搬送量調整の時間的に遅れた応働動作、ひいては駆動システムのわずかなダイナミックをもたらす。

本発明の課題は冒頭に述べた形式のハイドロスタティック式の駆動システムであって、高いダイナミックと高い信頼性のもとで消費機の制御がわずかなエネルギ損失で可能であるようにすることである。

本発明の課題はポンプが電気−液圧式に調節可能なポンプとして構成され、この場合、ポンプの搬送量調節装置が、電子的な制御装置によって、制御弁のための制御信号に関連して、搬送量を高める方向に負荷可能でありかつポンプの過剰に搬送された容量流を検出する液圧式の戻し信号によって搬送容量を減少させる方向に調節可能であることによって解決された。

本発明によれば簡単に構成された調節ポンプとして構成された搬送容量調節装置は、制御弁の制御信号に関連して、制御装置によって所定の搬送量、ひいては所定の容量流にあらかじめ調節されかつ液圧式の戻し信号により、消費機が要求する所要容量流に調整される。これによりポンプ調整の改善された応働特性、ひいては駆動システムの高いダイナミックが生じる。何故ならばポンプの搬送容量調整のために用いられた制御弁の制御信号は、既に制御弁を作動する前にかつ消費機を作動する前に提供され、したがってポンプは消費機の作動前又はこれと同時に搬送容量を高める方向へ調節できるからである。ポンプを消費機により要求された所要容量流に調整するために液圧式の戻し信号を使用することで、本発明による駆動システムの場合には、故障しやすいセンサは不要になる。このセンサは、本発明の駆動システムをモビール式の作業機械に使用した場合には高い故障確率を有する。したがって総じて本発明による駆動システムは、改善された応働特性を有するポンプ調整に基づき高いダイナミック性を有し、液圧式の戻し信号に基づき故障確率の低い高い信頼性を有する。

本発明の有利な実施例によればポンプの過剰に搬送する容量流を検出するためには循環圧力計を備えている。この循環圧力計はポンプの搬送導管をタンクに結合する分岐導管内に配置されている。この場合、循環圧力計はタンクと搬送導管との結合を遮断する遮断位置の方向には、制御された消費機の最高の負荷圧並びにばねによって負荷されかつ搬送導管をタンクと結合する流過位置の方向にはポンプの搬送圧で負荷されている。このような、ポンプの搬送導管に対応配置された循環圧力計で制御された、消費機の所要容量流を上回り、ひいては過剰に搬送されたポンプの容量流が簡単な形式で検出されかつタンクに導かれることができる。

特別な利点は本発明の有利な実施形態によれば、分岐導管にて循環圧力計の下流に絞り装置が配置され、この場合、液圧式の戻し信号が循環圧力計と絞り装置との間で取出された堰止め圧力信号として形成されていることによって得られる。この場合、循環圧力計によっては簡単な形式で、過剰に搬送された容量流が検出され、絞り装置で容量流に関連した液圧式の堰止め圧が生ぜしめられる。この堰止め圧は液圧式の戻し信号としてポンプの搬送量の調整のために使用することができる。

ポンプの搬送容量調節装置は、本発明の合目的的な実施例によれば、調節ピストン装置を有している。この調節ピストン装置はポンプの搬送容量調節部材と作用的に結合されている。この場合、調節ピストン装置を負荷する調節圧を生ぜしめるためには、電気的に制御可能な調節圧力弁が設けられている。この調節圧力弁は電気的な制御装置と作用結合されている。これによってわずかな構成費用で、搬送容量調節装置が簡単な形式で、制御弁のための制御信号が制御装置にて発生した場合に、所定の搬送容量に旋回され、ひいては所定の容量流に予備調節されることができる。

この場合、液圧式の戻し信号は、本発明の１実施形態によれば、調節ピストン装置へ導かれることができる。このような、調節ピストン装置への戻し信号の直接的な戻し案内、ひいては液圧式の戻し信号による調節ピストン装置の直接的な負荷は、わずかな構成費用でポンプを、消費機により求められた搬送容量に戻し旋回させることを可能にする。

さらに本発明の別の実施形態によれば、液圧式の戻し信号を、調節圧弁を重畳制御する調整弁へ導くことも可能である。この場合、ポンプを、消費機により求められた搬送容量に戻し旋回することは簡単な形式で達成される。

わずかな構成費用に関しては、本発明の有利な実施形態により、液圧式の戻し信号が調節圧力弁に導かれかつ調節圧力弁が液圧式の戻し信号により負荷可能であり、付加的な弁なしで調節圧力弁で調節ポンプの戻し旋回が達成可能であると特別な利点が得られる。

このように調節圧力弁もしくは調節圧力弁を制御する調整弁を液圧式の戻し信号を直接戻し案内しかつこれで直接負荷する代わりに、本発明の有利な別の構成によれば液圧式の戻し信号を圧力センサによって検出することもできる。この圧力センサは電子的な制御装置と作用結合されている。これによって電子的な制御装置でポンプの戻し旋回が適当な液圧式の戻し信号で制御され、ポンプが所定の運転状態に関連して制御されかつ所定の運転状態に適合させられる。制御信号が変化し、ひいてはポンプ搬送容量が変化した場合に、液圧式の戻し信号によってポンプが大きく戻し旋回されすぎることは回避される。したがって電子的な制御装置によって変化させられた制御信号によって行なわれるポンプの旋回角度の変化に際しては、可能なポンプの応働の時間的な遅れは簡単な形式で回避される。

本発明の別の構成によれば、それぞれ1つの制御弁によって制御可能な少なくとも２つの消費機が設けられていることが提案されている。この場合、制御弁はほぼ等しい流過特性線を備えている。複数の消費機の制御弁の流過特性線が等しい場合には、電子的な制御装置によって、制御弁のための制御信号と制御装置に記憶された制御弁の流過特性線とに基づき、ポンプは簡単な形式で所定の搬送量にあらかじめ調節され、該当する制御弁の開口横断面であらかじめ与えられた消費機の運動速度を達成し、これによって本発明の駆動システムのわずかな損失が達成可能である。

本発明の別の利点と詳細は概略的な図面に示された実施例に基づき以下に説明する。

図には本発明による駆動システム１が示されている。

駆動システム１は搬送量が調節可能なポンプ２を有している。このポンプは開回路で運転される。ポンプ２は導管３を用いてタンク４と接続されかつ搬送導管５にて液圧媒体を搬送する。単数又は複数の消費機６を制御するためにはそれぞれ１つの制御弁７が設けられている。この制御弁７は中間位置で絞り作用を発揮する方向制御弁として構成されている。制御弁７は搬送導管５とタンク導管９と消費機６に導かれた圧力媒体導管８ａ，８ｂとに接続されている。制御弁７を作動すると、制御弁７は消費機６へ導かれた圧力媒体導管８ａ，８ｂと搬送導管５とタンク導管９との接続を制御し、制御信号に関連して所定の開放横断面を搬送導管５から圧力媒体導管８ａもしくは８ｂへ開放する。

ポンプ２は電気−液圧式に調節可能なポンプとして構成されている。このポンプの搬送量は搬送量調節装置１０によって調節可能である。このためには調節ピストン装置１１が設けられている。調節ピストン装置１１は調節シリンダ１２内に配置された調節ピストン１３を有し、調節ピストン１３は搬送量調節装置１０の搬送量調節部材１９、例えば傾きが調節可能な傾斜板に作用的に結合されている。

調節ピストン１３はばね１４で最大搬送量の方向で負荷可能である。最小搬送量の方向では調節ピストン１３は調節ピストン装置１１の制御圧力室１５内に発生する調節圧で負荷可能である。このために制御圧力室１５は調節圧力導管１６と接続され、調節圧力導管１６には調節圧力弁１７が配置されている。調節圧力弁１７は入力側で駆動システム１の制御圧力源、例えば供給ポンプ又は制御圧力ポンプと接続されている。しかし調節圧力弁１７を入口側で搬送導管５に接続することももちろん可能である。調節ピストン装置１１のばね１４を備えたばね室はタンク４に放圧される。

搬送導管５をタンク導管１９に、ひいてはタンク４に接続する分岐導管２４には循環圧力計２０が配置されている。循環圧力計２０はタンク４と搬送導管５との接続を遮断する遮断位置２０ａの方向では、制御された消費機の最高の負荷圧並びにばね２１で負荷されかつ搬送導管５をタンク４に接続する流過位置２０ｂの方向では、ポンプ２の搬送圧で負荷されている。このためには循環圧力計２０の遮断位置２０ａに作用する制御面には、制御された消費機６の最高の負荷圧を導く負荷圧力告知導管２２が接続されている。流過位置２０ｂの方向に作用する循環圧力計２０の制御面には、搬送導管５から分岐する搬送分岐導管２３が接続されている。

制御弁７を制御するためには電子的な制御装置２５が設けられている。この制御装置２５は入口側で設定装置、例えばジョイスティックと作業結合されている。制御弁７はその作動のために適当な電気的な作動装置７ａ，７ｂ、例えば磁石を有している。この作動装置７ａ，７ｂは出口側で制御装置２５と接続されている。電気的な作動装置７ａ，７ｂの代わりに制御弁７は同様に液圧で負荷されることができる。この場合には制御弁７を負荷する制御圧力を発生させるためには出口側で制御装置２５と接続された電気的に制御可能な制御圧力弁が設けられていることができる。

制御装置２５はさらに出口側で制御圧力弁１７と接続されている。この制御圧力弁１７は電気的に制御可能な調節圧力弁として構成されている。電子的な制御装置２５はポンプ２の搬送量調節装置１０を制御弁７を負荷する制御信号に関連して、ひいては消費機を作動する制御信号に関連して搬送量を高める方向に負荷する。

分岐導管２４には循環圧力計２０とタンク導管９との間に、ひいては循環圧力計２０の下流に絞り装置３０、例えば絞りが配置されている。この絞り装置３０によってポンプ２の搬送量調節装置のための液圧式の戻し信号が発生可能である。このためには循環圧力計２０と絞り装置３０との間で分岐導管２４に戻し信号導管３１が接続されている。この戻し信号導管３１は調節圧力弁１７にそれを負荷するために導かれている。

本発明の駆動システムは以下の通り働く：
設定装置２６が制御されていない状態では調節圧力弁１７は電子的な制御装置２５によって制御されない。制御されていない状態で調節圧力弁１７は制御圧力室１５内に発生し、ばね１４の力に抗して作用する最大の調節圧力を形成する。これによってポンプ２は搬送量調節装置１０で最小の搬送量に調節される。

設定装置２６の作動に際しては制御装置２５により調節圧力弁１７が、設定装置２６により生ぜしめられた制御弁７のための制御信号に関連して、制御装置２５に記憶された制御弁７の流過特性線に相応して制御される。これによって調節圧力弁１７は調節圧力室１５に制御される制御圧を低下させる方向に負荷される。この結果、搬送量調節装置１０は電気−液圧式の調節ポンプ２はばね１４で最大搬送量の方向に負荷される。

さらに制御装置２５によって制御弁７は設定装置２６の作動に関連して制御されかつ制御弁７において制御信号に相応する開放横断面が調節される。この場合には合目的的な形式でポンプ２の搬送容量は、制御弁７の制御信号により調節された流過横断面を通って消費機６に搬送される容量流を所定量上回る容量流に予備調節される。

したがって本発明による駆動システム１においては、ポンプ２の搬送量調節装置１０は制御装置２５で制御弁７の作動の前又はこの作動と同時に所定の搬送容量に、ひいては所定の容量流に予備調節される。これによって駆動システムの高いダイナミックが達成される。何故ならば操作員による設定装置２６の作動、ひいては特に消費機６がネガティブな負荷により負荷されている場合の消費機６の運動の導入と、消費機６にて調節される運動開始との間に感じられる時間遅れが達成されないからである。この場合、循環圧力計２０と絞り装置３０とによって生ぜしめられた戻し信号によって、制御された消費機６により要求される所要容量流にポンプ２の搬送量を正確に調整するためには、センサは不要になり、これによって本発明の駆動システムはわずかな故障発生率と高い信頼性を有することになる。

本発明の駆動システムを車両、例えば自動作業機械、特にパワーショベル又は構内車両に使用した場合には反転出力が高められた、信頼性の高い駆動システムが達成される。

本発明による駆動システム１の回路図。

符号の説明

１ 駆動システム、 ２ ポンプ、 ３ 導管、 ４ タンク、 ５ 搬送導管、 ６ 消費機、 ７ 制御弁、 ８ａ，８ｂ 圧力媒体導管、 ９ タンク導管、 １０ 搬送量調節装置、 １１ 調節ピストン装置、 １２ 調節シリンダ、 １３ 調節ピストン、 １４ ばね、 １５ 制御圧力室、 １６ 調節圧力導管、 １７ 調節圧力弁、 １８ 制御圧力弁、 ２０ 循環圧力計、 ２１ ばね、 ２２ 負荷圧力告知導管、 ２３ 搬送分岐導管、 ２４ 分岐導管、 ２５ 制御装置、 ２６ 設定装置、 ３０ 絞り装置、 ３１ 戻し信号導管

Claims (9)

1. ハイドロスタティック式の駆動システムであって、搬送量が調節可能であるポンプを有し、該ポンプが開回路で稼働しかつ少なくとも１つの消費機に液圧媒体を供給するために設けられており、消費機が制御弁で制御可能である形式のものにおいて、前記ポンプ（２）が電気−液圧式に調節可能なポンプとして構成されており、該ポンプの搬送量調節装置（１０）が電子的な制御装置（２５）で、前記制御弁（７）のための制御信号に関連して、搬送量を増大する方向に負荷可能でありかつ過剰に搬送された前記ポンプ（２）の容量流を検出する液圧式の戻し信号で、搬送量を減じる方向に調節可能であって、過剰に搬送された前記ポンプ（２）の容量流を検出するために循環圧力計（２０）が設けられ、該循環圧力計（２０）が、前記ポンプ（２）の搬送導管（５）をタンク（４）に接続する分岐導管（２４）に配置されており、前記循環圧力計（２０）が、前記搬送導管（５）とタンク（４）との接続を遮断する遮断位置（２０ａ）の方向に、制御された消費機（６）の最高の負荷圧並びにばね（２１）により負荷されておりかつ前記搬送導管（５）を前記タンク（４）に接続する流過位置（２０ｂ）の方向に、前記ポンプ（２）の搬送圧により負荷されていることを特徴とする、ハイドロスタティック式の駆動システム。
2. 前記分岐導管（２４）にて前記循環圧力計（２０）の下流側に絞り装置（３０）が配置されており、前記液圧式の戻し信号が前記循環圧力計（２０）と前記絞り装置（３０）との間で取出された堰止め圧信号として構成されている、請求項１記載のハイドロスタティック式の駆動システム。
3. 前記ポンプ（２）の搬送量調節装置（１０）が調節ピストン装置（１１）を有し、該調節ピストン装置（１１）が前記ポンプ（２）の搬送容量調節部材と作用結合されており、前記調節ピストン装置（１１）を負荷する調節圧を生ぜしめるために、電子的に制御可能な調節圧力弁（１７）が設けられており、該調節圧力弁（１７）が前記電子的な制御装置（２５）と作用的に結合されている、請求項１又は２記載のハイドロスタティック式の駆動システム。
4. 前記液圧式の戻し信号が前記調節ピストン装置（１１）に導かれる、請求項３記載のハイドロスタティック式の駆動システム。
5. 前記液圧式の戻し信号が前記調節圧力弁（１７）を重畳制御する調整弁に導かれる、請求項３記載のハイドロスタティック式の駆動システム。
6. 前記液圧式の戻し信号が前記調節圧力弁（１７）に導かれかつ該調節圧力弁（１７）が前記液圧式の戻し信号で負荷可能である、請求項３記載のハイドロスタティック式の駆動システム。
7. 前記液圧式の戻し信号が、電子的な制御装置（２５）に作用結合された圧力センサによって検出可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載のハイドロスタティック式の駆動システム。
8. それぞれ１つの制御弁で制御可能な少なくとも２つの消費機が設けられ、前記制御弁が同等の流過特性線を備えている、請求項１から７までのいずれか１項記載のハイドロスタティック式の駆動システム。
9. 前記循環圧力計（２０）は、前記制御弁（７）の上流側でポンプ（２）の搬送導管（５）に接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のハイドロスタティック式の駆動システム。

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