DE2918708A1

DE2918708A1 - Hydraulisches steuersystem

Info

Publication number: DE2918708A1
Application number: DE19792918708
Authority: DE
Inventors: Robert Cornelius Westveer
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Technologies Inc
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1979-05-09
Publication date: 1979-12-06
Also published as: IT7922863A0; NZ190516A; FR2427488B1; SE439956B; CA1095810A; SE7904673L; FR2427488A1; CA1096270A; JPS54156202A; AU526907B2; BR7903347A; IT1114264B; US4197705A; GB2021818A; AU4751979A; GB2021818B

Description

Patentanwälte

QpI -Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. _

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser ^ ^y I ο / U ο

Er η sber g e r s t r a s s e 19

8 München 60

4. Mai 1979

GENERAL SIGNAL CORPORATION

High Ridge Park

Stamford, Connecticut 06904 /V.St.A.

Unser Zeichen: G 1449

Hydraulisches Steuersystem

Die Erfindung betrifft generell ein hydraulisches Steuersystem zur Verteilung eines Fluids an eine oder mehrere fluidbetätigte Einrichtungen und insbesondere ein hydraulisches Steuersystem zur Verwendung mit einer Verstellpumpe .

Es ist oft notwendig, daß eine einzige Hydraulikpumpe genügend Hydraulikfluid zum Betrieb mehrerer fluidbetätigter Einrichtungen erzeugt. Lange Zeit wurden Pumpen mit fester Verdrängung in Verbindung mit Steuer-Absperrorganen mit offener Mitte verwendet, um das Fluid in der gewünschten Weise an die fluidbetätigte Einrichtung zu verteilen. In den Fällen, in denen das Steuer-Absperrorgan in eine Neutralstellung gebracht wurde, in der keine Fluidverteilung an die fluidbetätigte Einrichtung erfolgt, ergaben sich

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bei diesen Systemen ein übermäßiger Druck, Druckverluste und Wärmeableitungsprobleme. In den Fällen, in denen die fluidbetätigten Einrichtungen nur einen Teil einer festen . Pumpenfördermenge ausnutzen, bleibt darüberhinaus der Rest der Pumpenenergie ungenützt.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, sind Verstellpumpen in Verbindung mit Steuer-Absperrorganen mit geschlossener Mitte verwendet, um einen besseren Systemwirkungsgrad zu erreichen. Bei einigen Anwendungsfällen sind die Verstellpumpen mit druckkompensierten Steuerungen verwendet worden. Dabei läuft die Pumpe bei maximalem Systemdruck leer. Dadurch muß das Steuer-Absperrorgan den jeweils herrschenden Belastungdruck herunterdosieren, wodurch sich ein sehr¹ großer Druckabfall über das Absperrorgan ergeben kann. Solche großen Druckabfälle führen aber auch zu einer sehr ineffizienten Energieausnützung.

Bei anderen Anwendungen wurden Verstellpumpen in Verbindung mit Steuer-Absperrorganen mit geschlossener Mitte in einem Last-Meßsystem verwendet. Ein solches System erfordert die Verwendung eines Strömungsbedarfs-Steuerabsperrorgans zur Erfassung des Differenzdrucks zwischen dem Pumpeneingang und einem beliebigen Punkt in der Fluidzuführung zu der Last. Solche Lastfühlsysteme haben den Nachteil, daß sie sehr komplex und daher in der Herstellung teuer sind. Zusätzlich können solche Lastfühlsysteme unter solchen Umständen, in denen eine Belastung mit Hilfe der Querkraft verringert wird, verfälscht werden. Unter diesen Umständen kann sich das Lastsignal umkehren, wodurch sich eine Verringerung der Pumpenausgangsleistung anstelle der erwünschten Erhöhung der Pumpenausgangsleistung eintritt.

Die vorliegende Erfindung schafft eine hydraulische Steuervorrichtung mit einer Verstellpumpe, mit einer fluidbetätig-

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ten Versteil-Steuervorrichtung zur Bestimmung der Pumpenverdrängung, mit einem Steuer-Absperrorgan, das fluidleitend mit dem Fluidausgang der Verstellpumpe in Verbindung steht und beim Betrieb des Systems den Strom des Hydraulikfluids von der Pumpe zu einer fluidbetätigten Einrichtung steuert, wobei es eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuerdrucksignals in Abhängigkeit von der Einstellung des Absperrorgans erzeugt, sowie mit einem Sensor-Absperrorgan zu Bestimmung des Betriebs der Versteil-Steuereinrichtung, das wahlweise abhängig von dem Steuerdrucksignal entsprechend dessen Höhe arbeitet, um den Versteil-Steuermechanismus fluidleitend mit dem Steuerdrucksignal zu verbinden, so daß die Verstellung der Pumpe entsprechend dem Steuerdrucksignal bestimmt wird.

Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, bei denen eine Verstellpumpe einen Fluideingang auf v/eist, der fluidleitend mit einem Fluidreservoir in Verbindung steht, sowie einen Fluidausgang und einen fluidbetätigten Verstell-Steuermechanismus zur Steuerung der Pumpenverdrängung hat. Ein Steuer-Absperrogan ist fluidleitend mit dem Fluidausgang der Verstellpumpe sowie mit dem Reservoir verbunden und zur Steuerung des Fluidstromes zu einer fluidbetätigten Einrichtung geeignet. Das Steuer-Absperrogan umfaßt eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuerdrucksignals. Ein Sensor-Absperrogan ist fluidleitend mit dem Steuerdrucksignal, dem Verstell-Steuermechanismus und dem Reservoir verbunden, um das Steuerdrucksignal in fluidleitende Verbindung mit dem Verstell-Steuermechanismus zu bringen oder den Verstell-Steuermechanismus in Fluidverbindung mit dem Reservoir zu bringen, je nachdem, wie groß das Steuerdrucksignal ist, so daß die Verstellung der Pumpe in Abhängigkeit von der Größe des Steuerdrucksignals erfolgt. Das Steuer-Absperrorgan umfaßt mehrere Kolben zur Steuerung des Fluidstromes zwischen einem zentralen Kanal, einer Zu-

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führungsverzweigung, Betriebsoffnungen und einer Austragsverzweigung. Jeder der Kolben umfaßt mehrere Zumeßkerben zur Herstellung des einzigen Strömungsweges, der durch den zentralen Kanal zwischen der Eingangsöffnung und der Ausgangsöffnung hindurchgeht, wenn die Kolben sich zwischen einer Neutralstellung und einer Betriebsstellung befinden. Der fluidbetätigte Versteil-Steuermechanismus ist mechanisch mit der Pumpe verbunden, um deren Verstellung zu steuern. Der Mechanismus ist mit einem Fluidkanal versehen, durch den er fluidleitend mit dem Pumpenablauf verbunden ist. Der Fluidkanal umfaßt eine Drosselstelle, die sich in Abhängigkeit von der Einstellung des Mechanismus ändert.

Es wird daraus deutlich, daß die vorliegende Erfindung die Schaffung eines hydraulischen Steuersystems ermöglicht, das die Fluidverteilung an mehrere fluidbetätigte Einrichtungen mit hohem Wirkungsgrad und reagierend steuern kann und bei der auch keine Signalumkehrungen infolge von Gravitationskräften eintreten können, die an den fluidbetätigten Einrichtungen wirksam werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäß gestalteten hydraulischen Steuersystems,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Steuer-Absperrogans, das zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Steuersystem geeignet ist,

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Fig. 3 einen Teilschnitt einer Verstellpumpe, die zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Steuersystem geeignet ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Sensor-Absperrorgans, das zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Steuersystem geeignet ist,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Steuersystems und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Steuersystems.

Die Fig. 1 zeigt ein hydraulisches Steuersystem 1O zur Steuerung der Verteilung eines Fluids an mehrere fluidbetätigte Einrichtungen (nicht dargestellt). Der Fluideinlaß einer Verstellpumpe 12 steht fluidleitend mit einem Reservoir 14 in Verbindung. Die Pumpe 12 ist mit einer fluidbetätigten Steuervorrichtung 16 zur Steuerung der Verstellung der Pumpe 1 2 versehen. Ein Steuer-Absperrorgan 18, das mehrere Kolben 20 und 22 umfaßt, ist fluidleitend mit dem Fluidausgang der Verstellpumpe 12 und mit dem Reservoir 14 angeordnet. Das Steuer-Absperrorgan 18 ist zur Steuerung des Fluidstromes zu mehreren fluidbetätigten Einrichtungen (nicht dargestellt) ausgebildet, wobei die (nicht dargestellten) Einrichtungen mit mehreren Betriebsöffnungen 24, 26, 28 und 30 verbunden sind. Jeder der Kolben 20 und 22 besitzt eine Neutralstellung 32 bzw. 34, in der die Fluidverbindung zwischen der Verstellpumpe 12 und den Betriebsöffnungen 24, 26, 28 und 30 blockiert ist. Jeder der Kolben 20 und 22 hat auch ein Paar Betriebsstellungen 36 und 38 bzw. 40 und 42,

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um den Ausgang der Verstellpumpe 12 fluidleitend mit einer Betriebsöffnung zu verbinden.

Das Steuer-Absperrorgan 18 umfaßt weiterhin eine Einrichtung zur Erzeugung eines Steuerdrucksignals, die eine feste öffnung 44 zur Drosselung des Stromes zwischen der Verstellpumpe 12 und dem Reservoir 14 umfaßt. Jeder der Kolben 20 und 22 weist ferner eine Einrichtung auf, die zeichnerisch als veränderliche öffnungen 46 bzw. 48 dargestellt sind und die der Drosselung des Stromes in dem Strömungsweg zwischen der Verstellpumpe 12 und der festen öffnung 44 dienen, wenn die Kolben 20 und 22 sich zwischen ihren Neutralstellungen 32 und 34 und einer ihrer Betriebsstellungen befinden. Die Drosseleinrichtungen 46 und 48 ermöglichen eine veränderliche Drosselung in dem Strömungsweg, wenn die Kolben 2O und 22 aus ihren Neutralstellungen in eine ihrer Betriebsstellungen überführt werden. Obzwar in dieser Zeichnungsdarstellung beispielshalber nur zwei Kolben dargestellt sind, versteht es sich doch, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede geeignete Anzahl von Kolben verwendet werden kann. Das Steuerdrucksignal wird durch die Positionierung einer Steuerdrucköffnung 50 zwischen der Drosseleinrichtung 46 und der festen öffnung 44 erzeugt. Das Steuerdrucksignal wird dann über die Leitung 52 einem Sensor-Absperrorgan 54 zugeleitet.

Das Sensor-Absperrorgan 54 steht ebenfalls in fluidleitender Verbindung mit der Verstell-Steuervorrichtung 16 und dem Reservoir 14. Das Sensor-Absperrorgan 54 umfaßt drei Betriebsstellungen. Es wird durch das Steuersignal 52 zur einer ersten Betriebsstellung 56 hin belastet, in der das Steuerdrucksignal 52 fluidleitend mit der Verstell-Steuervorrichtung 16 verbunden wird. Wenn das Steuerdrucksignal 52 eine geringe Belastung auf das Sensor-Absperrorgan 54 ausüben sollte, wird dieses durch die Feder 58 in eine zweite Betriebsstellung 60 belastet, in der die Verstell-Steuervor-

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richtung 16 fluidleitend mit dem Reservoir 14 verbunden wird. Wenn die Belastung durch das Steuerdrucksignal gleich der Federbelastung auf das Absperrorgan 54 ist, wird dieses in eine Neutralstellung 62 gebracht, in der die Fluidverbindung zwischen dem Steuersignal 52, der Versteil-Steuervorrichtung 16 und dem Reservoir 14 blockiert wird.

Zur Betrachtung typischer Betriebsbedingungen des- erfindungsgemäßen hydraulischen Steuersystems sei unterstellt, daß jedes Paar der Betriebsöffnungen 24 und 28 bzw. 26 und 30 mit einer (nicht dargestellten) fluidbetätigten Einrichtung verbunden ist. Es sei weiterhin unterstellt, daß sich das System im Ruhezustand befindet und daß das Absperrogan 18 sich in der dargestellten Mittel- oder Neutralstellung befindet und ein (nicht dargestellter) Primärantrieb zum Betrieb der Pumpe 1 2 gestartet ist. Die Versteil-Steuervorrichtung 16 ist in die volle Verstellage federbelastet, so daß die Pumpe 12 bei ihrem Anlauf einen Hub ausführt. Die Pumpe 12 liefert daher eine Ausgangsleistung an die Einlaßöffnung des Steuer-Absperrorgans 18. So viel Strömungsmenge wie möglich gelangt durch die Drosselstellen 48 und 46 zu der festen öffnung 44. Eine begrenzte Strömungsmenge gelangt dann von der festen Öffnung 44 zu dem Reservoir 14. Wenn die Strömung die öffnung 44 erreicht, steigt der Druck jedoch an und wird durch die öffnung 50 und die Steuersignalleitung 52 auf das Sensor-Absperrorgan 54 übertragen. Wenn genügend Druck aufgebaut ist, um die Kraft der Feder 58 zu überwinden, wird das Sensor-Absperrorgan 54 in die Stellung 56 verschoben. Das Steuerdrucksignal 52 wird dann in Fluidverbindung mit der Verstellsteuervorrichtung 16 gebracht, um die Ausgangsleistung 12 der Pumpe auf eine minimale Höhe zu reduzieren. Die Pumpenausgangsströmung wird dabei typisch auf etwa 4 l/min (1 Gallone/min) reduziert, während der Pumpenausgangsdruck auf etwa 2070 kPa (300 psi) reduziert wird.

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Es ist dabei anzumerken, daß bei dieser bevorzugten Ausführungsform die Absperrorgankolben 20 und 22 in Parallelanordnung verbunden sind, so daß beide Kolben ständig in fluidleitender Verbindung mit der Pumpe 12 stehen. Sollte die Bedienungsperson einen der Kolben um einen geringen Betrag verstellen, um eine verhältnismäßig geringe Fluidmenge einer der Betriebsöffnungen zuzumessen, wird der Signalstrom durch die Drosselstellen 48 und 46 verringert. Dieser verringerte Strom erzeugt einen niedrigeren Druck an der öffnung 50, wodurch wiederum der Steuersignaldruck verringert wird, der das Absperrorgan 54 belastet. Wenn die Steuersignalbelastung unter die Höhe abfällt, die in der entgegengesetzten Richtung durch die Feder 58 aufgebracht wird, verschiebt sich das Sensor-Absperrorgan 54 in die Stellung 60, wodurch ein Strom von der Versteil-Steuervorrichtung 16 zu dem Reservoir 14 ermöglicht wird. Pie Federbelastung der Verstell-Steuervorrichtung 16 vergrößert die Verstellung der Pumpe 12 bis der an der Öffnung 50 aufgebaute Druck ausreichend ist, um das Absperrorgan 54 durch die Fluidbelastung aus der Position 60 heraus zu bringen. Wenn daher die Bedienungsperson eine gerinne Fluidmenge einer fluidbetätigten Einrichtung zumißt, wird die Pumpenverdrängung auf einen Wert erhöht, der zwischen der minimalen und der maximalen Fördermenge liegt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht worden ist.

Wenn daher einer der beiden Kolben 20 oder 22 voll in eine seiner Betriebsstellungen betätigt wird, hört jegliche Strömung zu der Öffnung 50 auf, so daß der Druck an der öffnung 50 auf Null abfällt. Unter diesen Umständen verbleibt das Sensor-Absperrorgan 54 in der Stellung 60, so daß die Pumpe 12 in ihre volle Verstellage federbelastet wird.

Es versteht sich weiterhin, daß, obgleich bei den vorangehenden Ausführungen immer nur die Zumessung der Strömung zu einer einzigen fluidbetätigten Einrichtung erörtert worden

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ist, jeder bzw. alle Kolben in dem Absperrogan 18 in eine Stellung gebracht werden, in der sie einer Betriebsöffnung Fluid zumessen, etwas von dem Fluidstrom der Steuerdrucköffnung 50 zugeführt und dadurch die Pumpe 12 in eine Gleichgewichtslage zwischen der minimalen und der maximalen Ausgangsleistung eingestellt wird. Die Pumpe 12 wird nur in die volle Verstellage gebracht, wenn wenigstens ein Kolben in seine volle Öffnungsstellung gebracht ist.

Die Fig. 2 zeigt ein Steuer-Absperrorgan zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Steuersystem. In dieser Zeichnungsfigur werden zur Kennzeichnung gleicher Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet. Das Steuer-Absperrorgan 18 weist demgemäß eine Eingangsöffnung 70 auf, die mit dem Ausgang der Pumpe 12 verbindbar ist, sowie eine Ausgangsöffnung, die in fluidleitender Verbindung mit einer Austragsverzweigung 72 und einem Reservoir 14 steht. Das Absperrorgan 18 umfaßt weiterhin mehrere Betriebsöffnungen 24 und 28 sowie 26 und 3O zur Zuführung von Fluid zu einer fluidbetätigten Einrichtung (nicht dargestellt).

Das Absperrorgan 18 umfaßt weiterhin mehrere im wesentlichen zylindrische Kolben 20 und 22, deren Außenfläche sich im wesentlichen symmetrisch um die Längsachse 76 bzw. 78 herum erstrecken. Jeder der Kolben 20 und 22 besitzt eine Neutralstellung, in der die Fluidverbindung zwischen einer Zuführungsverzweigung 74 und den Betriebsöffnungen blockiert ist. Jeder der Kolben 20 und 22 besitzt weiterhin ein Paar Betriebsstellungen, in denen eine Betriebsöffnung fluidleitend mit der Zuführungsverzweigung 74 verbunden wird. Dies erfolgt mittels mehrerer Paare radialer öffnungen 80 und 82 auf dem Kolben 20 und 84 und 86 auf dem Kolben 22. Jedes Öffnungspaar weist eine zwischengeschaltete geschlossene Axialbohrung auf, die die Öffnungspaare in fluidleitende Verbindung miteinander bringt.

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Jeder der Kolben 20 und 22 umfaßt mehrere Zumeßkerben 90, die den einzigen durchgehenden Strömungsweg zu der Zuführungsverzweigung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsöffnung bilden, wenn die Kolben sich zwischen ihrer Neutralstellung und ihrer Betriebsstellung befinden. Diese Zumeßkerben 90 bilden die in Fig. 1 dargestellten veränderlichen Strömungsdrosselstellen 46 und 48. Jeder der Kolben 20 und 22 umfaßt weiterhin einen Aussparungsbereich 91, der mittig in einem zentralen Kanal 92 liegt, wenn die Kolben sich in ihrer Neutralstellung befinden. Die Aussparungsbereiche 91 sind so tief ausgebildet, daß sie keine signifikante Drosselung der Strömung durch den Kanal 92 bewirken, wenn die Kolben sich exakt in ihrer Neutralstellung befinden. Die Aussparungsbereiche 91 stehen jedoch in Fluidverbindung mit den Zumeßkerben 90 und haben eine ausreichend kleine axiale Abmessung, um mit den Absperrstegen 93 zusammenzuwirken, um eine direkte Strömung durch den Aussparungsbereich 91 zu verhindern, wenn ein bestimmter Kolben um einen geringen axialen Betrag aus seiner Neutralstellung heraus bewegt ist, so daß dann der gesamte Fluidstrom zwangsweise durch die Zumeßkerben 90 geführt wird. Die axiale Abmessung der Bereiche 91 ist kleiner als die axiale Abmessung entsprechender Bereiche der Standard-Parallel-Steuerabsperrorgane. Dabei ist augenscheinlich, daß die axiale Abmessung eines jeden Bereiches 91 nur geringfügig größer ist als die Breite der Stege 93.

Jede der Zumeßkerben umfaßt einen engen Kanal in der Außenfläche des Kolbens, der sich parallel zur Kolbenlängsachse erstreckt. Der Aufbau dieser Kerben läßt deutlich werden, daß bei der Bewegung eines Kolbens aus der Neutralstellung zu einer Betriebsstellung hin eine direkte Strömung durch die Aussparungsbereiche 91 bald durch die Stege 93 verhindert wird und der Gesamtstrom durch den Bereich 91 und den Kanal 92 die Zumeßkerben 90 benutzen muß. Wenn sich daher

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der Kolben seiner Betriebsstellung nähert, wird die Strömungsmenge, die entlang des Mittelkanals 92 des Absperrorgans in den stromabwärtigen Bereich des Kolbens gelangt, nach und nach verringert und gegebenenfalls gestoppt. Wenn auch an jedem Kolben vier solcher Zumeßkerben 90 dargestellt sind, versteht es sich doch, daß auch eine größere oder kleinere Anzahl verwendet werden kann, so lange das hydrostatische Gleichgewicht des Absperrorgankolbens dadurch nicht ungünstig beeinflußt wird.

Das Absperrorgan 18 umfaßt weiterhin eine feste öffnung 44, die an dem Ende des Mittelkanals 92 angeordnet ist, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Zusätzliche öffnungen 94 und 96 können in der Austragsver zweigung 72 vorgesehen und selbst so bemessen sein, daß die öffnung 44 entfallen kann. Die öffnung 44 ist naturgemäß stromabwärts des letzten Kolbens angeordnet, während die Steuerdrucköffnung 50 in dem Mittelteil stromabwärts des Kolbens, jedoch stromaufwärts der Öffnung 44 positioniert ist.

Aus dem Aufbau der Zumeßkerben 90 und der Anordnung der festen Öffnung 44 sowie der Steuerdrucköffnung 50 wird damit klar, daß bei der Bewegung eines jeden Kolbens aus seiner Neutralstellung zu einer der Betriebsstellungen hin die Strömung in dem Mittelkanal 92 verringert wird und das resultierende Steuersignal in hohem Maße selbst auf kleine Bewegungen des Kolbens reagiert.

Die Fig. 3 zeigt eine verstellbare Axialkolbenpumpe, die zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Steuersystem geeignet ist. Die Pumpe 12 weist ein Gehäuse 100, Eingangs- und Ausgangsöffnungen (nicht dargestellt) und eine Abzugsöffnung (nicht dargestellt) auf, die die Rückführung des überflüssigen Fluids in das Reservoir 14 ermöglicht. Eine in dem Gehäuse 100 angeordnete Antriebswelle 102 erstreckt sich

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im wesentlichen symmetrisch um die Achse 104. Um die Antriebswelle herum ist ein Pumpenaufbau 106 angeordnet, durch den Fluid vom Pumpeneingang zum Pumpenausgang gefördert wird. Der Pumpenaufbau umfaßt einen Zylinderblock 108, welcher mit der Antriebswelle 102 verbunden ist und mit dieser mitdreht. Mehrere Kolben 110 sind entlang geradliniger Bewegungsbahnen in dem Zylinderblock 108 bewegbar angeordnet. Eine einstellbare SchiefScheibenanordnung 112 ist mit einem Ende eines jeden Kolbens verbunden. Die SchiefScheibenanordnung umfaßt eine Standard-Verschleißplatte 114, die dem umlaufenden Kolben 110 anliegt, wobei der Einstellwinkel der Schiefscheibenanordnung gegenüber der Achse 104 der Antriebswelle das Maß der Hin- und Herbewegung der Kolben 110 und damit die Verdrängung bzw. Förderleistung der Pumpe bestimmt.

Ein fluidbetätigter Verstell-Steuermechanismus 16 ist mechanisch mit der SchiefScheibenanordnung 112 verbunden, um die Verstellung des Pumpenaufbaus 106 zu steuern. Der Verstell-Steuermechanismus 16 umfaßt einen Fluidkanal, durch den er in fluidleitende Verbindung mit dem Reservoir 14 bringbar ist, sowie eine Strömungsdrossel, die sich abhängig von der Einstellung des Mechanismus verändert. Der Verstell-Steuermechanismus umfaßt einen hohlen Steuerstempel 116, der vorzugsweise durch Verschraubungseingriff an dem Pumpengehäuse 100 befestigt ist. Der hohle Steuerstempel 116 weist eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche auf. Ein Steuerkolben 118 weist eine Zylinderwand auf, die eine zylindrische Innenfläche 120 bildet, welche in Gleitanlage an der zylindrischen Außenfläche des Steuerstempeis 116 liegt. Die veränderliche Strömungsdrossel wird durch ein Paar sich verjüngender ebener Bereiche 124 auf der Außenfläche des Steuerstempels gebildet. Diese sich verjüngenden ebenen Bereiche 124 sind so positioniert, daß sie ein veränderliches Maß an Fluidverbindung zwischen dem hohlen Innenraum des Steuerstempels und dem Reservoir 14 erlauben, während der

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Verstell-Steuermechanismus die Verstellung des Pumpenaufbaus steuert. Symmetrisch in Bezug auf die Achse 4 ist gegenüber dem fluidbetätigten Verstell-Steuermechanismus eine Belastungsfederanordnung 125 für den SchiefScheibenaufbau 112 angeordnet, die die Pumpe in den in Fig. 3 dargestellten Zustand zu bringen sucht, in der der größte Pumpenhub erfolgt.

Es ist einleuchtend, daß abhängig von der Lieferung eines Steuerdrucksignals 52 von dem Absperrorgan 54 zu der öffnung 126 und zu dem Inneren des Steuerstempels 116 hin der Kopf des Kolbens 118 entsprechend der Darstellung in Fig. 3 abwärts getrieben wird und infolge des mechanischen Angriffs an der SchiefScheibenanordnung 112 diese im Uhrzeigersinn gegen die Federbelastung im Sinne einer Verringerung des Pumpenhubes verschwenkt. Wenn sich der Kopf des Kolbens 118 von dem Ende des SteuerstempeIs 116 weg bewegt, kann eine geringe Fluidmenge in die Spalten zwischen die ebenen Bereiche 124 und die Innenfläche 120 des Kolbens 118 fließen. Dieses Fluid strömt dann weiter um das Ende des Kolbens 118 in den Gehäuseabfluß und der Reservoir 14. Diese öffnung wird bei der Verringerung des Pumpenhubes nach und nach vergrößert.

Bei geringer Pumpenförderleistung ist daher die Ansprechempfindlichkeit des Verstell-Steuermechanismus auf das Steuersignal 52 verringert. Das hat die erwünschte Wirkung, daß die Zumeßfähigkeit des Systems verbessert wird, indem Schwankungen auf ein Minimum beschränkt werden. Umgekehrt ist die Steuerung bei hoher Pumpenausgangsleistung ansprechempfindlicher und bei voller Pumpenausgangsleistung verschwindet die öffnung vollständig.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensor-Absperrorgans 54, das in Fig. 1 graphisch dargestellt ist. Das Steuersignal 52 wird einer Eingangsöffnung 130 aufgege-

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ben, die zu einer Zentralbohrung 132 führt. Eine Ausgangsöffnung 134 führt zu dem Verstell-Steuermechanismus 16. Eine andere Auslaßöffnung 136 führt zu dem Reservoir 14. In der Bohrung 132 ist ein Steuerschieber 138 angeordnet, der ein Paar Stege 140 und 142 aufweist. Gegen den Steg 142 ist ein Federsitz 144 positioniert, der eine Feder 58 gegen eine Kappe 146 hält. Der Steuerschieber 138 ist auf diese Weise in Richtung auf die öffnung 130 zu federbelastet. Der Steg 140 ist ausreichend lang, um die öffnung 134 blockieren zu können.

Wenn daher das Steuersignal 52 genügend groß ist, um die Feder 58 gegen die Kappe 146 zusammendrücken zu können, kommt es in Fluidverbindung mit dem Verstell-Steuermecha7 nismus 16. Wenn andererseits die auf den Steuerschieber 138 durch die Feder 58 aufgebrachte Belastung die durch das Steuersignal 52 aufgebrachte Belastung übersteigt, bewegt sich der Steuerschieber zu der öffnung 130 hin, wodurch der Verstell-Steuermechanismus 16 durch die öffnung 134, die Bohrung 132 und die öffnung 136 fluidleitend mit dem Reservoir 14 verbunden wird.

Die Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerkreises, der sich von dem in der Fig. 1 dargestellten Steuerkreis dadurch unterscheidet, daß ein zweites Absperrorgan 18a zusätzlich zu dem Steuer-Absperrorgan 18 verwendet wird, um von der gleichen Pumpe 12 geliefertes Fluid an zusätzliche fluidbetätigte Einrichtungen zu verteilen. Das Absperrorgan 18a stimmt mit dem Absperrorgan 18 überein, lediglich mit der Ausnahme, daß die Steueröffnung 50 und die feste öffnung 44 fortgelassen sind, so daß der mittige Signalleitungskanal 150 in Reihe zwischen das Absperrorgan 18a und das Absperrorgan 18 liegt. Wahlweise kann eine Betriebsleitung 152 die Eingangsöffnungen der Absperrorgane 18a und 18 parallel verbinden,

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wodurch eine Fluidzuführung zu dem Absperrorgan 18 sichergestellt wird, selbst wenn der eine oder beide Kolben des Absperrorgans 18a in die Betriebsstellung gebracht sind. Das Prinzip der Wirkungsweise dieses Systems stimmt mit der des in Fig. 1 dargestellten Systems überein.

Die Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Steuersystems, bei der das Steuer-Absperrorgan 18 durch ein Steuer-Absperrorgan 160 ersetzt ist, in dem mehrere Steuerkolben 162 und 164 im Gegensatz zu der beim Absperrorgan 18 gezeigten Parallelanordnung eine Tandemanordnung haben. Das Fluid wird dadurch dem Kolben 162 nur durch die veränderliche Drossel 166 zugeführt. Wenn der Kolben 164 daher zu seiner Betriebsstellung bewegt wird, erhält der Kolben 162 ein Antriebsfluid. Diese Art der Anordnung ist nur in Fällen nützlich, in denen die fluidbetätigte Einrichtung, die durch den Kolben 164 versorgt wird, eine vorrangigere Priorität in dem Fluidkreislauf hat als die Einrichtung, die durch den Kolben 162 versorgt wird. In jeder anderen Hinsicht stimmt die Betriebsweise des in Fig. 6 dargestellten Systems mit der Betriebsweise des in Fig. 1 dargestellten Systems überein.

Es wird damit deutlich, daß ein hydraulisches Steuersystem geschaffen worden ist, das die Fluidverteilung zu mehreren fluidbetätigten Einrichtungen mit hohem Wirkungsgrad und empfindlich ansprechend ermöglicht. In diesem System können keine Signalumkehrungen infolge von Gravitationskräften auftreten, die auf die fluidbetätigten Einrichtungen einwirken, da keine lastabhängige Rückkopplung vorhanden ist. Darüberhinaus benötigt das System nur eine einzige Signalsteuerleitung zu der Pumpe. Das in dem System verwendete Steuer-Absperrorgan erzeugt ein Steuersignal für die Pumpe, das von der Stellung der einzelnen Absperrorgankolben abhängt.

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Außerdem verbessert der Verstell-Steuermechanismus weiterhin die Ansprechempfindlichkeit des Systems. Da dieses System nur verhältnismäßig einfache und preisgünstige Veränderungen der bestehenden Steuersysteme erfordert, ist es auch leicht herzustellen.

Wie bereits erwähnt, sind die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung, in deren Rahmen noch mancherlei Änderungen möglich sind.

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Claims

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Ansprüche

'1. Hydraulisches Steuersystem mit einer Verstellpumpe, einem fluidbetätigten Versteil-Steuermechanismus zur Bestimmung der Pumpenverstellung und mit einem Steuer-Absperrorgan, das fluidleitend mit dem Fluidausgang der Verstellpumpe verbunden ist und den Strom des Hydraulikfluids von der Pumpe zu einer fluidbetätigten Einrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer-Absperrorgan (18) Einrichtungen (44, 46, 48, 50) zur Erzeugung eines von der Einstellung des Absperrorgans (18) abhängigen Steuerdrucksignals aufweist, daß weiterhin ein Sensor-Absperrorgan (5 4) zur Bestimmung des Betriebs des Verstell-Steuermechanismus (16) vorgesehen ist, das selektiv abhängig von dem

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_ 2 —

Steuerdrucksignal (52) entsprechend dessen Größe den Verstell-Steuermechnismus (16) in Fluidverbindung mit dem Steuerdrucksignal (52) bringt, wenn das Steuerdrucksignal (52) einen vorgegebenen Druck übersteigt, und daß die Anordnung des Verstell-Steuermechanismus (16) zu einer Vergrößerung der Pumpenverdrängung führt, wenn die Größe des Steuerdrucksignals (52) sich erhöht.

2. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung des Sensor-Absperrorgans (54), bei der dieses in eine Einstellung bringbar ist, in der das Steuerdrucksignal (52) von dem Verstell-Steuermechanismus (16) blockiert wird, wenn das Steuerdrucksignal (52) einem vorgegebenen Druck entspricht, wobei der Verstell-Steuermechanismus (16) so angeordnet ist, daß die Pumpenverdrängung so lange in einer festen Höhe gehalten wird, wie dieser Zustand besteht.

3. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Steuerdrucksignals eine feste öffnung (44) zur Drosselung des Fluidstromes zwischen der Versteilpumpe (12) und einem Fluidreservoir (14) aufweist, und daß das Steuer-Absperrorgan

(18) eine Einrichtung (46, 48) zur Drosselung des Fluidstroms in dem Strömungsweg zwischen der Verstellpumpe (12) und der festen öffnung (44) aufweist, wenn es sich zwischen einer Neutralstellung des Absperrorgans, in der die Fluidverbindung zwischen der Verstellpumpe (12) und einer Betriebsöffnung (24) zur Verbindung mit der fluidbetätigten Einrichtung blokkiert ist, und einer Betriebsstellung befindet, in der der Fluidausgang der Verstellpumpe (12) fluidleitend

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mit der Betriebsöffnung (24) verbunden ist, wobei die Strömungsdrosseleinrichtung (46, 48) des Steuer-Absperrorgans (18) so angeordnet ist, daß sich die Drosselung in dem Strömungsweg verändert, wenn das Absperrorgan (18) aus seiner Neutralstellung zu der Betriebsstellung hin bewegt wird.

4. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuer-Absperrorgan (18) einen Eingang (70) aufweist, der fluidleitend mit dem Ausgang der Verstellpumpe (12) verbunden ist, einen Ausgang (72) umfaßt, der über die feste Öffnung (44) mit dem Reservoir (14) in Verbindung steht, weiterhin einen Kanal (92) hat, der fluidleitend mit dem Eingang (70) und dem Ausgang (72) in Verbindung steht, und wenigstens einen Absperrkolben (20, 22) aufweist, der wahlweise in die Neutralstellung und die Betriebsstellungen bringbar ist, wobei er in dem Kanal (92) eine Gestaltung (90, 91) hat, die mit einem darin ausgebildeten Absperrsteg (93) zur Bildung der Drosselstelle zusammenwirkt, die sich bei einer Bewegung des Absperrorgans (18) aus seiner Neutralstellung in die Betriebsstellung verändert.

5. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausbildung (90, 91) in dem wenigstens einen Absperrkolben (20, 22) einen Aussparungsbereich (91) des Kolbens umfaßt, der in dem Kanal (92), dem Absperrsteg (93) benachbart ausgebildet ist und in fluidleitender Verbindung mit wenigstens einer Zumeßkerbe (90) steht, die in dem Kolben (20, 22) nahe dem Aussparungsbereich (91) ausgebildet ist, wobei der Aussparungsbereich (91) und die Zumeßkerbe (90) mit dem Absperrsteg (93) zusammen-

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wirken, um den Fluidstrom zunehmend durch die Zumeßkerbe (90) zu zwingen, wenn der Kolben (20, 22) aus seiner Neutralstellung zu der Betriebsstellung hin bewegt wird, wodurch die veränderliche Strömungsdrosselung herbeigeführt wird.

6. Hydraulisches Steuersystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Steuerdrucksignals (52) eine Steuerdrucköffnung (50) umfaßt, die zwischen der Strömungsdrosseleinrichtung (46, 48) und der festen öffnung (44) angeordnet ist, um das Steuerdrucksignal (52) dem Sensor-Absperrorgan (54) zuzuführen.

7. Hydraulisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuer-Absperrorgan (160) mehrere Absperrkolben (162, 164) umfaßt, die so angeordnet sind, daß die Fluidzuführung zu einem der Kolben (162) unabhängig von dem Fluiddurchgang durch einen anderen der Kolben (164) ist.

8. Hydraulisches Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstellpumpe (12) ein Gehäuse hat, das einen Fluideingang, einen Fluidausgang und eine Drainageöffnung aufweist, durch die überschüssiges Fluid in ein Fluidreservoir zurückgeführt werden kann, daß ferner in dem Gehäuse eine Antriebswelle (102) vorgesehen ist, um die herum eine Pumpanordnung (106) positioniert ist, durch die bei Drehung der Welle Fluid von dem Fluideingang zu dem Fluidausgang gefördert wird, und daß der fluidbetätigte Versteil-Steuermechanismus (16) mechanisch mit der Pumpenanordnung (106) verbunden ist, um deren Verdrängung zu steuern, wobei der Mechanismus (16) einen Fluid-

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kanal umfaßt, der ihn fluidleitend mit dem Drainageabfluß verbindet, und wobei der Fluidkanal eine Strömungsdrosselstelle hat, die sich abhängig von dem Zustand des Mechanismus (16) ändert.

9. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der fluidbetätigte Verstell-Steuermechanismus (16) einen hohlen Steuerstempel (116) mit einer im wesentlichen zylindrischen Außenfläche und einen Steuerkolben (118) mit einer zylindrischen Wand umfaßt, die eine zylindrische Innenfläche bildet, welche gleitend an der zylindrischen Außenfläche des Steuerstempels (116) anliegt, und daß die veränderliche Strömungsdrossel ein Paar sich verjüngender ebener Bereiche (124) auf der Außenfläche des Steuerstempels (1.16) umfaßt, deren Anordnung ein veränderliches Maß der Fluidverbindung zwischen dem hohlen Inneren des Steuerstempeis (116) und der Abflußleitung in Abhängigkeit von der Position des Steuerkolbens (118) gegenüber dem Steuerstempel (116) ermöglicht.

10. Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpenanordnung (106) einen Zylinderblock (108) umfaßt, der an der Antriebswelle (102) befestigt ist und mit diesem mitdreht, daß in dem Zylinderblock (108) mehrere Kolben (110) entlang linearer Bahnen bewegbar angeordnet sind, und daß an einem Ende eines jeden Kolbens (110) eine einstellbare Schiefschexbenanordnung (112) befestigt ist, deren Neigungswinkel gegenüber der Antriebswellenachse (104) die Verdrängung der Pumpe bestimmt, wobei der Verstell-Steuerkolben (118) derart angeordnet ist, daß er an der SchiefScheibenanordnung (112) angreift, dadurch deren Lageeinstellung steuert und entsprechend die Verdrängung der Pumpe bestimmt.

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