DE1928083C3 - Hydraulische Steuereinrichtung mit einer Pumpe veränderlichen Durchsatzes - Google Patents

Description

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anforderung, nämlich dem Förderstrom durch die baute Steuereinrichtung erhaltei Die von der Steuer-Druckleitung zum Umsteuerventil, gesteuert. Von einrichtung gesteuerten hydraulischen Motoren könerheblichem Nachteil ist hingegen, daß es durch die nen dabei doppeltwirkend sein,
feste Drossel in der Druckleitung im Betrieb zu Die Erfindung ist auch nicht auf Umsteuerventile ständigen Leistungsverlusten kommt. In der neutra- 5 beschränkt, die runde Steuerschieber aufweisen. Es !en Stellung des Umsteuerventils liegt kein Druck- tung 20 über den oberen Kanal 37 mit dem Sumpf 12 abfall an der festen Drossel vor, so daß das Entla- verbunden werden.

stungsventi! die Entlastungsleitung abschließt und Das Umsteuerventil 15 unterbricht in der neutraan der Drossel für die Stellvorrichtung ebenfalls kein !en Stellung des Ventilschiebers 25 mit seinen Ste-Druckabfall entsteht, durch den die Stellvorrichtung io können auch solche Ventile verwendet werden, bei bctätigbar ist. Dadurch wird die Pumpe auf maxi- denen der Ventilkörper einen rechteckigen Q^uer" ■ nalen Durchsatz eingestellt und fördert über ein schnitt hat und entweder geradlinig oder bogenförmig (Vordruckventil zum Sumpf zurück. Auf diese Weise gleitet. Als Pumpe kann eine Axialkolben-Taumelentstehen bei dieser bekannten Steuereinrichtung im Scheibenpumpe vorgesehen sein, es. können jedoch Bereitstellungsbetrieb erhebliche Verluste. Wegen 15 auch andere Pumpen, beispielsweise Radialkolben-'J leser zum Teil großen Verluste muß ferner für eine pumpen oder Überlauf pumpen verwendet werden, s-uie Abführung der dabei entstehenden Wärme ge- An Hand der Zeichnungen wird nun ein bevororgt werden. zugtes Ausführungsbeispie¹ der Erfindung näher erAufgabe der Erfindung ist es daher, eine hydrau- erläutert. Es zeigt

>xhe Steuereinrichtung zu schaffen, bei der die ao Fig. 1 ein Schaltschema einer hydraulischen Steuerung des Pumpendurchsatzes in Abhängigkeit Steuereinrichtung mit einer Pumpe veränderlichen vom Förderstrom durch ein Umsteuerventil zu einem Durchsatzes, einem Umsteuerventil und einer Stellhydraulischen Motor möglichst geringe Verlustlei- vorrichtung,
süingen verursacht. Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1

Bei einer hydraulischen Steuereinrichtung der ein- 35 dargestellten Umsteuerventils.

sMngs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch ge- Die in den Zeichnungen dargestellte hydraulische KiSt, daß das Umsteuerventil und das Entlastungs- Steuereinrichtung enthält eine Pumpe 11 veränderventil als eine Einheit ausgebildet sind derart, daß liehen Durchsatzes, die Hydraulikflüssigkeit aus das Entlastungsventil in der neutralen Stellung des einem Pumpensumpf 12 ansaugt und diese Hydraui. imsteuerventils vollständig geöffnet, in der Endstel- 30 likflüssigkeit unter Druck in eine Leitung 13 fördert. lung des Umsteuerventils vollständig geschlossen Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Pumpe = nd in den Zwischenstellungen des Umsteuerventils ist eine Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe. Die Le^- iwischen der neutralen und der Endsteiiung gedros- tung 13 enthalt ein Rückschlagventil 14 un_u ist an seit ist, und daß die Stellvorrichtung so eingestellt ist, das Gehäuse eines Umsteuerventils 15 angeschlosdaß diese bei geöffnetem Entlastungsventil infolge 35 sen. Eine Zweigleitung 16, die stromaufwärts vom des dadurch an der Drosselöffnung hervorgerufenen Rückschlagventil an der Leitung 13 angeschlossen Druckabfalls den Pumpendurchsatz auf einen gerin- ist, enthält ein Druckminderventil 17, dessen Ausgen Förderstrom einstellt, der mit fortschreitender strömseite am Sumpf 12 angeschlossen ist.
Drosselung des Entlastungsventil« vergrößert wird. Das Umsteuerventil 15. das. wie in Fig. 2 gezeigt. Bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Steuer- 40 ein Schieberventil ist, ist aus einer neutralen Steleinrichtung entspricht einer bestimmten Stellung des lung in beide Richtungen verschiebbar. Sowohl in Umsteuerventils eine bestimmte Stellung des Entla- Fig. 1 wie in Fig. 2 ist das Umsteuerventil in seiner stungsventils. Dabei ist das Entlastungsventil geöff- neutralen Stellung dargestellt. Am Gehäuse 18 des net, wenn sich das Umsteuerventil in seiner neutralen Umsteuerventils sind Leitungen 19, 20 angeschlossen, Stellung befindet, so daß durch den entsprechenden 45 von denen die Leitung 19 zu einer Kammer 21 und Druckabfall an de; Drosselöffnung die Stellvorrich- die Leitung 20 zu einer Kammer 22 eines hydrautung für die Durchsatzänderung der Pumpe diese lischen Stellmotors 24 führt. Die Kammer 21 liegt aut auf einen kleinen Durchsatzwert einstellt. Dadurch der einen Seite und die Kammer 22 auf der anderen ist r>^:e Steuereinrichtung, insbesondere die Pumpe, Seite eines Kolbens 23, des als doppeltwirkender sofort betriebsbereit, wenn durch eine entsprechende 50 Verstellzylinder ausgebildeten Motors 24.
Stellung des Umsteuerventils eine Leistungsanforde- Der VerUilschieber 25 besitzt vier Stege 26, 27, 28 rung für die Pumpe entsteht. Die bei der Verstel- und 29 und wird von einer Feder 30 in seine neulung des Umsteuerventils hervorgerufene Drosselung trale Sie'.lung gedrückt.

des Entlastungsventils ruft eine Verringerung des Ein Ringraum 31, der zwischen den Stegin 26 und Druckabfalls an der Drosselöffnung hervor, so daß 55 27 gebildet ist, steht über eine Öffnung 32 mit der

die in Richtung eines vollen Durchsatzes vorge- Leitung 19 in Verbindung, während ein Ringraum 33,

spannte Stellvorrichtung den Durchsatz der Pumpe der zwischen den Stegen 28 und 29 gebildet ist, über

entsprechend vergrößert. Mit Hilfe der Erfindung ist eine Öffnung 34 mit der Leitung 20 verbunden ist.

somit eine hydraulische Steuereinrichtung geschaf- Zwischen den Stegen 27 und 28 ist ein Ringfen, bei der äußerst geringe Verluste auftreten. 60 raum 35 gebildet; die Abschnitte dieser Stege, die

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- unmittelbar an den Ringraum 35 angrenzen, sind mit

sehen, daß bei mehreren parallelgeschalteten Um- V-förmigen, über den Umfang verteilten Nuten 36

Steuerventilen für mehrere hydraulische Motoren die versehen. Auf diese Weise ist in dem Wahlerventil

Umsteuerventile eine Einheit bilden, und daß eine ein Entlastungsventil gebildet,
einzige Entlastungsleitung mit einer Drosselöffnung 65 Wenn sich der Ventilschieber 25 aus seiner neutra-

und eine einzige Stellvorrichtung für die einzige len Stellung nach unten (in der Zeichnung) verschiebt,

Pumpe veränderlichen Durchsatzes vorgesehen sind. wird die Leitung 13 mit der Leitung 20 verbunden,

Auf diese Weise wird eine besonders einfach aufge- während die Leitung 19 mit dem Sammelbehälter 12

in Verbindung tritt, und zwar über eine Leitung, die soll, wird der Ventilschieber 25 nach unten bewegt,

in Fig. 1 aus der Leitung37 und in Fig. 2 aus dem Bei dieser Bewegung werden die Entlastungsöffnun-

untcren Kanal zweier Kanäle 37 besteht. gen 39, 40 anfangs gedrosselt, was eine Verringerung

Wenn sich der Ventilschieber 25 aus seiner neutra- der Strömung durch die Öffnung 41 zur Folge hat.

len Stellung nach oben (in der Zeichnung) bewegt, 5 Darauf steigt der Ausgangsdruck der Pumpe entspre-

werden diese Verbindungen über Kreuz geschaltet, chend an, da die Strömungsmenge durch die Ent-

wobei die Leitung 13 mit der Leitung 19 und die Lei- lastungsleitung verringert wird, während der Durch-

tung 20 über den oberen Kanal 37 mit dem Sumpf 12 satz der Pumpe kurzzeitig auf dem gleichen Wert

verbunden werden. bleibt. Wenn sich der Kolben 23 zu bewegen beginnt,

Das Umsteuerventil 15 unterbricht in der neutralen io fördert die Pumpe (in diesem Ausführungsbeispiel

Stellung des Ventilschiebers 25 mit seinen Ste- bei einem Druck von etwa 105 kp/cm²) sowohl zur

gen 27 und 28 die Verbindung zwischen den Lei- einen Seite des Motors 24 als auch, in verringertem

tungen 19, 20 und der Leitung 13, so daß der Mo- Maße, durch die Öffnung 41.

tor 24 hydraulisch verriegelt ist. In diesem Fall Durch die Verringerung der durch die öffgelangt jedoch der Förderstrom aus der Leitung 13 15 nung 41 strömenden Menge verringert sich der am in eine Entlastungsleitung 38, die von einem Punkt Kolben 44 des Servomotors 45 anliegende Druckder Leitung 13, der sich stromaufwärts vom Rück- unterschied, so daß die Schraubenfeder 51 den KoI-schlagventil 14 befindet, abgezweigt ist und über ben nach links und die Durchsatzverstellmittel 50 der eine Entlastungsöffnung 39 im Gehäuse 18, dem Ring- Pumpe 11 in einer Richtung bewegt, die dem großraum 35 und einer weiteren Entlastungsöffnung 40 20 ten Durchsatz der Pumpe entspricht. Die Drossel- und einer Verlängerung der Leitung 38 mit dem öffnung 41 und der Servomotor 45 bilden somit einen Sumpf 12 in Verbindung steht. Auf diese Weise ist in Strömungsfühler.

der neutralen Stellung des Ventilschiebers 52 eine Während solch eines Übergangs zwischen der

unmittelbare Strömungsverbindung zwischen der neutrale.· Stellung des Ventilschiebers und dem völ-

Hochdruckseite der Pumpe 11 und dem Sumpf 12, 25 ligen Schließen der Entlastungsleitung 38 gibt es

die das Druckminderventil 17 umgeht, vorhanden. einen Bereich von unterschiedlichen Werten der

In der Entlastungsleitung 38 ist eine Drosselöff- durch die Drosselöffnung 41 strömerden Flüssignung41 (Fig. 1) vorgesehen. Von einem Punkt, der keitsmenge, der einem Bereich von unterschiedlichen stromaufwärts von dieser Öffnung liegt, führt eine Werten des am Kolben 44 des Servomotors anlie-Zweigleitung 42 zu einer Kammer 43, die auf der 30 genden Druckunterschieds entspricht. Die Schraubenlinken Seite eines Kolbens 44 (in Fig. 1) eines als feder 51 muß daher derart ausgelegt weiden, daß für Stellvorrichtung dienenden, doppeltwirkenden Servo- jede Stellung des Ventilschiebers während dieses motors 45 gebildet ist. Von einem Punkt, der sich Übergangszustands eine entsprechende Stellung vorstromabwärts von der Drossclöffnung 41 befindet, handen ist, in der die Feder sich mit dem Druckführt eine weitere Zweigleitung 46 zu einer Kam- 35 unterschied an der Öffnung 41 im Gleichgewicht mer 47, die auf der rechten Seite des Kolbens 44 des befindet. Somit entspricht jede Länge der Feder 51 Servomotors 45 liegt. Die Kolbenstangc 48 des Ser- einem bestimmten Durchsatz der Pumpe,
vomotors 45 ist in üblicher Weise an einer Servo- Die durch die Entlastungsleitung strömende Flüssteuereinriehtung 49 angeschlossen. Die Kolben- sigkeitsmenge ist natürlich immer der Überschuß des stange 48 bildet das Eingangsglied der Servosteuerein- 4° Durchsatzes, der während des Übergangszustandes richtung. Die Servosteuercinrichtung steuert den erforderlich ist.

Durchsatz der Pumpe über entsprechende Durchsatz- Wenn der Ventilschieber 25 eine Stellung erreicht,

verstellmittel. Die Durchsatzverstellmittel, die in in der die Entlastungsleitung vollständig geschlossen

Fig. 1 durch den Pfeil 50 schematisch dargestellt ist, haben die Stege26, 29 eine solche Stellung, daß

sind, bestehen in diesem Fall aus der verstellbaren 45 die Leitungen 19 und 20 der vollen Strömung ausge-

Taumelscheibe der Pumpe. setzt sind. Da an der Öffnung 41 keine Strömung vor-

Eine Schraubenfeder 51, die in der Kammer 47 des handen ist, wird auch kein Druckabfall erzeugt, und

Servomotors 45 vorgesehen ist, spannt den Kolben 44 der Kolben 44 ist somit nur dem Druck der Feder 51

und die Kolbenstange 48 in Richtung des größten ausgesetzt, die die Pumpe 11 in Richtung größten

Pumpendurchsatzes vor. 50 Durchsatzes vorspannt.

Wenn sich der Ventilschieber 25 des Umsteuer- Beim Übergang von der neutralen Stellung des ventils in seiner neutralen Stellung befindet und die Ventilschiebers 25 auf die volle Betätigung der Servo-Pumpell angetrieben wird, wird eine kleine Menge vorrichtung sorgen die Schlitze 36 für eine genaue Hydraulikflüssigkeit durch die Leitung 13, die Entla- Steueiung der Pumpe und des Motors. .
stungs-Leitung 38, die Entlastungs-Öffnungen 39, 40 55 Wenn sich der Ventilschieber 25 in die neutrale und die Drosselöffnung 41 zum Sumpf 12 gefördert. Stellung zurückbewegt, werden die über die Schlitze Die Fördermenge ist bei dem dargestellten Ausfüh- gesteuerten Entlastungsöffnungen 39, 40 anfangs gerungsbeispiel in der Größenordnung von 2 l/min öffnet, worauf die Leitung 38 und die Öffnung 41 und gnoß genug, um an der Öffnung 41 einen aus- wieder durchströmt werden, während die dem Mo-Druckabfall wird der Servomotor 45 in einer Gleich- Betrag verringert wird. Der Durchsatz der Pumpe 11 gewichtsstellung gehalten, so daß der kleine Förder- bleibt dabei kurzzeitig auf dem gleichen Wert. Die strom der Pumpell aufrechterhalten bleibt. Hierbei Strömung durch die Öffnung 4i verringert jedoch steht der Motor 24 natürlich stiü, der im wesent- die Fördermenge der Pumpe, bis ein Gleichgewichtslichen hydraulisch verriegelt ist, da die Stege 27, 28 65 Druckabfall erreicht ist und somit die Slrömungsdes Ventilschicbcrs 25 die zugehörigen Öffnungen mittelzufuhr zum Motor ein zweites Mal verringert ■m Gehäuse Ϊ8 des Umsleucrvcniils versperren. wird.

Wenn der Motor 24 nach unten bewegt werden Wenn der Venlilschitbcr 25 die neutrale Stcllunp

völlig erreicht, wird der Motor 24 wieder hydraulisch verriegelt, und die Strömung durch die Entlastungsleitung 38 und die Öffnung 41 ist dann derart, daß der Durchsatz der Pumpe 11 wieder seinen niedrigsl:-.M Wert hat, bei dem die Strömungsmenge durch die öffnung 41 zum Sammelbehälter 12 in der Größenordnung von 2 I/min liegt.

Wenn der Kolben 23 ausgefahren werden soll, wird der Ventilschieber 25 nach oben bewegt. Dabei arbeitet die Steuervorrichtung in der gleichen Weise wie beim Einfahren des Kolbens 23 mit der Ausnahme,

daß die Leitung 13 nun mit der Leitung 19 verbunden wird, wahrend die Leitung 20 über den oberen Kanal 37 mit dem Sumpf 12 verbunden wird.

Es liegt somit eine Steuereinrichtung vor, bei der die Pumpe genau die Strömungsmenge fördert, die für eine bestimmte Betätigung des zugeordneten hydraulischen Motors erforderlich ist, wobei die Steuereinrichtung jedoch eine mittlere Fördermenge von etwa 2 l/min durch die Entlastungsleilung aufrechterhält, außer wenn der Ventilschieber sich ganz oder nahezu in einer der Endstellungen befindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309637/302

Claims (3)

einer Entlastungsleitung, die in Strömungsrichtung vor dem Umsteuerventil an die Leitung zwischen der Patentansprüche: Pumpe und dem Umsteuerventil angeschlossen ist und zum Pumpensumpf führt, einem in die Ent-5 lastungsleitung geschalteten Entlastungsventil, und

1. Hydraulische Steuereinrichtung mit einer einer in Strömungsrichtung hinter eiern Entlastungs-Pumpe veränderlichen Durchsatzes, einer hydrau- ventil in die Entlastungsleitung geschalteten Drossellischen Stellvorrichtung zur Verstellung des Pum- öffnung, durch deren Druckabfall die Stellvomchpendurchsatzes, einem Umsteuerventil zwischen tung beaufschlagt ist, die bei Erreichen eines vorder Pumpe und einem hydraulischen Motor, das io gegebenen Druckabfalls die Pumpe in Richtung kleibei Betätigung aus seiner neutralen Stellung den neren Pumpendurchsatzes verstellt.

Motor mit der Pumpe verbindet, einer Ent- Für verstellbare Pumpen ist bekannt, den Durch-

lastungsleitung, die in Strömungsrichtung vor dem satz in Abhängigkeit vom Druck in der Druckleitung Umsteuerventil an die Leitung zwischen der der Pumpe zu verstellen. In diesem Zusammenhang Pumpe und dem Umsteuerventil angeschlossen 15 ist ferner bekannt, die Stelleinrichtung der Pumpe ist und zum Pumpensumpf führt, einem in die auf maximalen Durchsatz vorzuspann-n. Mit Hilfe Entlastungsleitung geschalteten Entlastungsventil, eines Verstellkolbens kann der Durchsatz in Richtung einer in .itrömungsrichtung hinter dem Ent- kleinerer Durchsatzmengen verringert werden. Der lastungsventil in die Entlastungsleitung geschalte- Verstellkolben wird dabei vom Druckabfall einer ten Drosselöffnung, durch deren Druckabfall die 20 Drossel beaufschlagt, die zwischen einem Umsteuer-Stellvorrichtung beaufschlagt ist, die bei Errei- ventil und einem hydraulischen Motor angeordnet ist. chen eines vorgegebenen Druckabfalls die Pumpe Bei geöffnetem Umsteuerventil erfolgt somit eine in Richtung kleineren Pumpendurchsatzes ver- Verstellung des Pumpendurchsatzes in Abhängigkeit stellt, dadurch gekennzeichnet, daß vom Förderstrom zum hydraulischen Motor. Dabei das Umsteuerventil (15) und das Entlastungs- as ruft die Drossel jedoch dauernd Verluste hervor, ventil (39, 35, 36, 40) als eine Einheit ausgebildet Nachteilig ist ferner, daß die Pumpe in der neutralen sind derart, daß das Entlastungsventil in der neu- Stellung des Umsteuerventils auf maximalen Durchtralen StelHng des Umsteuerventils vollständig satz eingestellt ist, was zu erheblichen Verlusten geöffnet, in der Endstellune des Umsteuerventils führt.

vollständig geschlossen und in den Zwischenstel- 30 Es ist weiter eine hydraulische Steuereinrichtung lungen des Umsteuerverstils 'wischen der neutra- mit einer Pumpe veränderlichen Durchsatzes bekanntlen und der Endstellung gedrosselt ist, und daß geworden, die so ausgelegt ist, daß ein hydraulischer die Stellvorrichtung (4S) so eingestellt ist, daß Motor entweder mit großer Fördermenge und klei d^:ese bei geöffnetem Entlastungsventil infolge des nem Druck oder kleiner Fördermenge und großem dadurch an der Drosselöffnung (41) hervorgeru- 35 Druck betätigt wird. Zur Steuerung des jeweiligen fenen Druckabfalls den Pumpendurchsatz auf Betriebszustands ist ein Drucxfühler vorgesehen, der einen geringen Förderstrom einstellt, der mit fort- an die Druckleitung der Pumpe zwischen Pumpe schreitender Drosselung des Entlastungsventils und Umsteuerventil angeschlossen ist. Bei niedrigem vergrößert wird. Druck und großer Fördermenge in der Leitung zum

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 Umsteuerventil wird die Strömung zum Druckfühler kennzeichnet, daß bei mehreren parallelgeschal- in den Sumpf geleitet. Bei einem vorgegebenen teten Umsteuerventilen für mehrere hydraulische höheren Druck spricht der Druckfühler an und schal-Motoren die Umsteuerventile eine Einheit bilden, tet den Pumpendruck auf die Stellvorrichtung für die und daß eine einzige Entlastungsleitung mit einer Pumpe, um diese in Richtung kleinerer Durchsatz-Drosselöffnung und eine einzige Stellvorrichtung 45 menge zu verstellen. Bei dieser bekannten Steuerfür die einzige Pumpe veränderlichen Durchsatzes einrichtung erfolgt demnach keine stetige Anpassung vorgesehen sind. an die geforderte Leistung, sondern lediglich eine

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Anpassung in zwei Stufen. Weiter ist in der neutralen durch gekennzeichnet, daß der oder die hydrau- Stellung des Umsteuerventils die Durchsatzmenge lischen Motoren in an sich bekannter Weise dop- 50 noch verhältnismäßig hoch, die in diesem Betriebspeltwirkend sind. zustand über ein Überdruckventil zum Sumpf zurückgefördert wird. Bei dieser bekannten hydraulischen Steuereinrichtung treten somit verhältnismäßig große Verlustleistungen im Bereitstellungs-

55 betrieb auf.

Schließlich ist eine hydraulische Steuereinrichtung

mit einer Pumpe veränderlichen Durchsatzes bekannt, bei der in die Druckleitung zwischen der Pumpe und dem Umsteuerventil eine Drossel ge-60 schaltet ist, deren Druckabfall ein federvorgespanntes Entlastungsventil steuert, das seinerseits in eine Ent-

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische lastungsleitung geschaltet ist, die von der Druckleijuereinrichtung mit einer Pumpe veränderlichen tung über eine feste Drossel zum Pumpensumpf führt, irehsatzes, einer hydraulischen Stellvorrichtung "zur Eine Stellvorrichtung ist in Richtung maximalen irstellung des Pumpendurchsatzes, einem Um- 65 Pumpendurchsatzes vorgespannt, wobei der Pum- :uerventil zwischen der Pumpe und einem hydrau- pendurchsatz in Abhängigkeit vom Druckabfall an chen Motor, das bei Betätigung aus seiner neutra- der Drossel verringert wird. Hierbei wird also der 1 Stellung den Motor mit der Pumpe verbindet, Pumpendurchsatz in Abhängigkeit von der Leistungs-