DE2648280A1

DE2648280A1 - Lastdrucksteuerung

Info

Publication number: DE2648280A1
Application number: DE19762648280
Authority: DE
Inventors: Cyril William Habiger; Donald Lee Hopkins
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1976-10-25
Publication date: 1977-07-28
Also published as: JPS5290803A; US4028890A; GB1508948A; FR2339074A1; BR7608392A; BE850283A; CA1039107A

Description

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, Illinois 61629, U.S.A.

Las tdrucks teue rung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpenanordnung unter Verwendung einer Lastdrucksteuerung. Die Erfindung bezieht sich dabei ganz allgemein auf mit veränderbarer Verdrängung arbeitende Axialkolbenpumpen, und zwar insbesondere auf eine solche Pumpe mit Verdrängungssteuermitteln, die automatisch die Verdrängung der Pumpe aufrechterhalten und stufenlos verändern.

Mit veränderbarer Verdrängung arbeitende Pumpen werden häufig bei Erdbewegungsmaschinen und anderen für starke Belastung vorgesehenen Maschinen verwendet, weil die Pumpenströmung und der Systemdruck entsprechend den Anforderungen des Systems verändert werden können. Derartige mit veränderbarer Verdrängung arbeitende Pumpen sind oftmals mit Druckkompensationssteuerungen ausgestattet, um den Pumpenausgangsdruck infolge des Systemdrucks zu steuern oder zu verändern.

Es ist bereits eine Anzahl von Steuersystemen bekannt, die den Lastdruck des Systems zur Steuerung der Verdrängung der

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Pumpe verwenden. Bei diesen bekannten Systemen sind jedoch nicht hinreichend viele Variable umfaßt, um eine genaue und kontinuerliche Steuerung der Verdrängung sicherzustellen.

Zum Stand der Technik sei auf die folgenden US-Patente hingewiesen: 2 892 312, 3 738 111 und 3 444 689.

Die vorliegende Erfindung besteht in einer Pumpenanordnung mit Steuermitteln zur Veränderung der Pumpenverdrängung abhängig vom Lastdruck an der Pumpe.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Kolbenpumpenanordnung und eines damit verbundenen Hydrauliksystems;

Fig. 2 einen vergrößerten schematischen Schnitt der Steuermittel der Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt des Servoventils der Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 steht beispielsweise eine mit veränderbarer Verdrängung arbeitende Axialkolbenpumpe 10 über eine Leitung 11 mit Hydraulikmotoranordnungen 12, 13, 14 zum Zwecke von deren Betrieb in Verbindung. Die Leitung 11 kann auch, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, mit anderen Arbeitselemeriten zum Zwecke von deren Betätigung verbunden sein.

Die Kolbenpumpenanordnung 10 besitzt ein Gehäuse und eine winkelmäßig einstellbare Schwenkscheibe oder Schwenkplatte zur Steuerung des von der Pumpe 10 abgegebenen Strömungsmittel-

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volumens. Ein Servoventil 16 besitzt Vorspannmittel 18 und ist in Berührung mit der Schwenkscheibe an einer Stelle angeordnet, die ausreicht, um die Schwenkscheibe 17 entweder in eine maximale oder in eine minimale Strömungsmittelabgabesteilung hin vorzuspannen, und es sind ferner Vorspannmittel 20 in Berührung mit 'der Schwenkscheibe 17 an einer Stelle angeordnet, die ausreicht, um die Schwenkscheibe 17 in die andere Strömungsmittelabgabesteilung vorzuspannen. Die Vorspannmittel 20 stehen in Verbindung mit der Strömungsmittelabgabe von der Pumpe 10 über Leitung 22, um die Schwenkscheibe 17. infolge des Drucks des Austrittsströmungsmittels vorzuspannen.

Der Aufbau der oben erwähnten Kolbenpumpe 10, der Schwenkscheibe 17, des Servoventils 16 und der Vorspannmittel 20 ist bereits bekannt. Es ist ferner bereits bekannt, die Schwenkscheibe 17 durch Elemente 16, 20 in einer gewünschten Stellung zu halten, und zwar infolge des Druckes des aus der Pumpe 10 austretenden Strömungsmittels und der Kraft der Vorspannmittel 18.

Gemäß Fig. 3 arbeiten, wie im einzelnen im US-Patent 3 830 594 beschrieben, Kolben und Ventilmittel des Servoventils 16 und der Mittel 20 relativ zueinander gemäß dem Äbgabedruck der Pumpe 10, um in steuerbarer Weise die Schwenkscheibe 1 7 einzustellen. Das Servoventil 16 besitzt einen gleitend in einer Hülse 72 angeordneten Kolben 70, wobei die Hülse ihrerseits gleitend innerhalb des Servoventilgehäuses 74 angeordnet ist. Erfindungsgemäß steht die Öffnung 76 des Gehäuses 74 in Stromungsmittelverbindung mit Leitung 34, um ein im folgenden im einzelnen beschriebenes Drucksignal 66 zum Servoventil 16 durchzulassen. Das Drucksignal 66 läuft durch die Hülse 72 und wirkt auf die effektive Fläche des Kolbens 70, um diesen vorzuspannen, wodurch die Lage der zugehörigen Schwenkscheibe 17 gesteuert wird.

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Steuermittel 24 sind mit der Kolbenpumpenanordnung verbunden, um auf das Servoventil 16 eine Vorspannkraft auszuüben, um die Schwenkscheibe 17 infolge eines vorgewählten Pilotdrucks modifiziert entsprechend einem Lastdruck vorzuspannen.

Der Ausdruck "Lastdruck" bezeichnet bekanntlich denjenigen Druck in der Lasttragvorrichtung eines Werkzeugs, der erforderlich ist, um die Last bezüglich der Erde entweder in statischen oder dynamischen Zuständen zu halten oder zu bewegen.

Die Steuermittel 24 besitzen Signalsteuermittel 26, um eine Steuerströmungsmittelströmung 28 infolge des Lastdrucks eines hydraulischen Laststroms 30 und des Drucks einer aus der Pumpe austretenden Strömungsmittelströmung 32 zu modifizieren und um über Leitung 34 ein resultierendes Steuersignal 66 an das Servoventil 16 anzulegen, und zwar für das zusätzliche Vorspannen der Schwenkplatte 17 über das Servoventil 16· Eine Pilotpumpe 36 ist mit den Signalsteuermitteln 26 verbunden, um die unter Druck stehende Steuerströmungsmittelströmung vorzusehen. Ein Überdruckventil (Entlastungsventil) 38 ist zwischen der Pilotpumpe 36 und den Signalsteuermitteln 26 in Strömungsmittelverbindung mit der Strömungsmittelströmung vorgesehen, um die Strömungsmittelströmung in einem vorgewählten Druckbereich zu halten. Steuerventile (Rückscnlagventile) 92, 93, 94 sind vorzugsweise vorgesehen, um nur die größten der Lastdruckströme von den Elementen 12,13,14 den Signalsteuermitteln 2 6 als einen hydraulischen Laststrom hindurchzulassen.

Gemäß Fig. 2 besitzen die Signalsteuermittel 26 ein Gehäuse 40 mit einer Bohrung 42, ersten, zweiten und dritten Einlaßöffnungen 44, 46, 48 und einer Auslaßöffnung 50, wobei sich diese Öffnungen in die Gehäusebohrung 42 hinein öffnen.

Ein Kolben 52 von im ganzen schieberartiger Gestalt ist innerhalb der Bohrung 42 angeordnet. An vorgewählten Stellungen des

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Kolbens 52 ist bezüglich des Gehäuses 40 und der dritten Einlaßöffnung 48 und der Auslaßöffnung 50 ein Strömungsmittelpfad hindurchgehend ausgebildet. Der Kolben 52 ist in der Bohrung 42 zwischen einer ersten gestrichelt dargestellten Stellung "A", wo der Strömungsmittelpfad zwischen Öffnung 48 und 50 offen ist, und einer zweiten Stellung bewegbar, welch letztere durch gestrichelte Linien bei "B" dargestellt ist, wobei in dieser Stellung der Strömungsmittelpfad zwischen den Öffnungen 48, 50 im wesentlichen verschlossen ist, und die Öffnungen 50, 91 im wesentlichen offen sind.

Erste Leitungsmittel 54 verbinden die erste Öffnung 44 mit dem aus der Pumpe 10 austretenden Strömungsmittel, um den Kolben 52 in die zweite Stellung vorzuspannen. Zweite Leitungsmittel 56 verbinden die zweite Öffnung 46 mit hydraulischem Strömungsmittel von einem Arbeitselement 12, 13 oder 14 (Fig. 1) mit einem Arbeitsdruck entgegengesetzt dem aus der Pumpe 10 austretenden Strömungsmittel, um den Kolben 52 in die erste Stellung vorzuspannen. Dritte Leitungsmittel 58 verbinden die dritte Einlaßöffnung 48 mit dem Steuerströmungsmittelstrom 28.

In der Bohrung 42 ist eine Vorspannvorrichtung 60 angeordnet, um den Kolben 52 in die erste Stellung zu drücken.

Modulationsschlitze 62 sind am Kopfteil 64 des Kolbens 52 benachbart zur dritten Einlaßöffnung 48 angeordnet, um die Steuerung des Strömungsmittelflusses durch die Signalsteuermittel 2 6 zu verbessern. Zum gleichen Zwecke sind auch die Modulationsschlitze 90 vorgesehen.

Durch den erwähnten erfindungsgemäßen Aufbau der Steuermittel 24 und durch die erfindungsgemäße Verbindung mit dem Servoventil 16 wird die Lage der Schwenkscheibe 17 weiter durch ein

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Drucksignal 66 gesteuert, welches über das Servoventil 16 an die Schwenkscheibe angelegt wird. Bekanntlich kann die auf das Servoventil und/oder die Schwenkscheibe ausgeübte Vorspannkraft entweder in einer ersten Richtung oder einer entgegengesetzten Richtung ausgeübt werden, wobei die Erfindung die Vorspannung in einer jeden der Richtungen umfaßt. Wie erwähnt wird erfindungsgemäß das Drucksignal 66 an das Servoventil 16 über Leitung 34 geliefert, und dieses Signal wird durch gesteuerte Abwandlung des Druckes des Strömungsmittels vorgesehen, welches aus der Kolbenpumpe 10 austritt und auf das Kopfende 64 des Kolbens 52 einwirkt, und zwar entgegengesetzt zum Druck des hydraulischen Laststromes 30 und der Vorspannvorrichtung 60, die auf das andere Ende des Kolbens 52 einwirken und in steuerbarer Weise die Größe des Strömungsmittelpfades durch die Signalsteuermittel 2 6 regulieren.

Weitere Vorteile, Ziele sowie Einzelheiten und Aspekte der Erfindung erhält man bei einer Betrachtung der Zeichnungen sowie der übrigen Beschreibung und der Ansprüche.

- Ansprüche -

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

λ.) Kolbenpumpenanordnung mit einem Gehäuse, einer winkelmäßig einstellbaren Schwenkscheibe zur Steuerung des aus der Pumpe zu einem Arbeitselement hin austretenden Strömungsmittel Volumens, einem Servoventil mit einer Vorspannvorrichtung, angeordnet in Berührung mit der Schwenkscheibe an einer Stelle, die ausreicht, um die Schwenkscheibe in eine maximale oder minimale Strömungsmittelabgabestellung vorzuspannen, und wobei Mittel (20) in Berührung mit der Schwenkscheibe an einer Stelle angeordnet sind, die ausreicht, um die Schwenkscheibe in die andere Strömungsmittelabgabestellung vorzuspannen, und wobei diese Mittel (20) in Verbindung mit von der Pumpe abgegebenem Strömungsmittel stehen, um die Schwenkscheibe infolge des Drucks des abgegebenen Strömungsmittels vorzuspannen, gekennzeichnet durch Steuermittel (24), um dem Servoventil (16) eine Vorspannkraft aufzuprägen, um die Schwenkscheibe (17) infolge eines Lastdrucks vorzuspannen, der entgegen aus der Pumpe austretendem Strömungsmittel wirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (24) folgendes umfassen: Signalsteuermittel (26) zur Veränderung einer Steuerströmungsmittelströmung (28) infolge eines Lastdrucks, einer Vorspannvorrichtung

(60) und eines Pumpenabgabedrucks, um ein sich ergebendes Steuerdrucksignal zu liefern, und Mittel (34), um das Steuerdrucksignal dem Servoventil (16) zum Zwecke der Vorspannung desselben zuzuführen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch eine mit den Signalsteuermitteln (26) verbundene Pilotpumpe (36), um den Steuerströmungsmittelstrom (28) zu erzeugen, und ein Überdruckventil (38) zwischen der Pilotpumpe (36)

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und den Signalsteuermitteln (26) und in Verbindung mit der Steuerströmungsmittelströmung (28), um die Strömungsmitte Iströmung (28) innerhalb eines vorgewählten Druckbereichs aufrechtzuerhalten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalsteuermittel (26) ein Gehäuse

(40) mit einer Bohrung (42) ersten, zweiten und dritten Einlaßöffnungen (44, 46, 48) und einer Auslaßöffnung (50) sowie einen Kolben (52) umfassen, der innerhalb der Bohrung (42) angeordnet ist und einen Aufbau zur Bildung eines Strömungsmittelpfades zwischen der dritten Einlaßöffnung (42) und der Auslaßöffnung (50) an vorgewählten Stellen des Kolbens (52) bezüglich des Gehäuses (40) bildet, und wobei der Kolben (52) zwischen einer ersten Stellung, bei der der Strömungsmittelpfad geöffnet ist, und einer zweiten Stellung, bei der der Strömungsmittelpfad im wesentlichen geschlossen ist, bewegbar ist, und wobei schließlich die Signalsteuermittel (26) erste Leitungsmittel (54) aufweisen, welche die erste Öffnung (44) mit aus der Kolbenpumpe (10) austretendem Strömungsmittel verbinden, um den Kolben (52) in die zweite Stellung mit aus der Kolbenpumpe (10) austretendem Strömungsmittel vorzuspannen, und wobei die Signalsteuermittel (26) ferner zweite Leitungsmittel (56), dritte Leitungsmittel (58) und Vorspannmittel (60) aufweisen, wobei die zweiten Leitungsmittel (56) die zweite Öffnung (46) mit Strömungsmittel von einem Arbeitselement (12) mit einem Druck entgegengesetzt dem aus der Pumpe (10) austretenden Strömungsmittel verbindet, um den Kolben (52) zur ersten Stellung mit dem Strömungsmittel vom Arbeitselement (12) vorzuspannen, wobei die dritten Leitungsmittel (58) die dritte Öffnung (48) mit dem Steuerstromungsmittelstrom (28) verbinden, und wobei schließlich die Vorspannmittel (60) den Kolben (52) in die erste Stellung drücken.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Pilotpumpe (36), die durch dritte Leitungsmittel (58) mit der dritten Öffnung (48) des Gehäuses (40) verbunden ist und ein Entlastungsventil (38), welches in Strömungsmittelverbindung mit den dritten Leitungsmitteln (58) steht, um den Steuerströmungsmittelstrom

(28) innerhalb eines vorgewählten Druckbereichs zu halten.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (52) eine Schieberform besitzt und Modulationsschlitze (62) in einem Teil des Kolbens (52) benachbart zur dritten Öffnung (48) aufweist/ um den Strömungsmittelfluß durch die Signalsteuer mittel (26) zu steuern.

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