DE2509858A1

DE2509858A1 - Automatisches pumpensteuersystem

Info

Publication number: DE2509858A1
Application number: DE19752509858
Authority: DE
Inventors: Burnett James R Mc; Frank W Ratliff
Original assignee: Tyrone Hydraulics Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1975-03-06
Publication date: 1975-09-25
Also published as: US4089166A; CA1035668A; GB1508842A; JPS50132382A; US3868821A; AU504138B2; BE826872A; AU7918475A

Description

Die vorliegende Erfindung kann allgemein gesagt in Verbindung mit hydraulisch betätigten Apparaturen eingesetzt werden, die beispielsweise bei Baggern (backhoes) Anwendung finden und die mindestens zwei Arbeitszylinder mit Betätiqungskolben einschließen. Bei derartigen Vorrichtungen ist es bekannt, zwei getrennte Kreise vorzusehen, von denen jeder einen Arbeitszylinder und Kolben, zwei Pumpen, ein manuell zu betätigendes Steuerventil, über das die Stellung des Kolbens reguliert werden kann, und auf Druck ansprechende Ventilmittel zur Entlastung einer der Pumpen als Reaktion auf einen in diesem Kreis vorhandenen hohen Druck, aufweist. In einem Bagger (backhoe) kann der Kolben des einen Kreises die Stellung des Auslegers, beispielsweise während der Vorschubbewegung, regulieren, und der andere Kolben kann den Ladetrichter für die übliche Dreh- und Entleerbewegung rotieren lassen.

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Darüber hinaus können auch Tandempumpen Verwendung finden, um einen Antrieb mit zwei Geschwindigkeiten vorzusehen, mit entweder manuellem oder automatischem Hinauf- und Herunterschalten. Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Steuerung eines Auslegers und Ladetrichters beschrieben.

Bei derartigen Systemen ist es üblich, daß eine einzige Antriebsmaschine sowohl den Bagger bewegt als auch einige Pumpen, vorzugsweise vier, antreibt, die unter Druck stehendes Strömungsmittel für die Kolben der beiden Kreise liefern. Die Pumpen sind in Paaren angeordnet, wobei jedes Paar einen Teil von einem der hydraulischen Kreise bildet. Bei dieser Anordnung ist die für Pumpzwecke von der Antriebsmaschine aufzubringende Leistung die Summe aus den für die vier Pumpen benötigten Leistungsanteilen. Die erforderliche Eingangsleistung an der Antriebsmaschine ist eine Funktion der Durchflußgeschwindigkeit der Pumpen, des in jedem Kreis vorherrschenden Druckes und des gesamten Wirkungsgrades des Pumpsystems.

Normalerweise werden die Pumpen auf konstanter Geschwindigkeit gehalten, so daß daher die Durchflußgeschwindigkeit (gal/min) nahezu konstant ist. Daraus folgt, daß die erforderliche Leistung der Antriebsmaschine, die alle Pumpen antreibt, linear mit den in den Kreisen vorherrschenden Drücken ansteigt, d. h. mit den in den Arbeitszylinder-Kolben-Betätigungseinheiten entwickel-

der

ten Drücken. Wenn/Druck in einem oder in beiden Zylindern beträchtlich ansteigt, wie es häufig während des Grabens

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vorkommt, steigt die erforderliche Eingangsleistung in Richtung auf die maximal zur Verfügung stehende Leistung an und kann diese sogar überschreiten. Wenn das Maximum überschritten wird, wird der als Antriebsmaschine verwendete Diesel- oder Benzinmotor abgewürgt bzw. kommt zum Stillstand.

Es sind bereits verschiedene Anordnungen bekannt, mit denen ein derartiges zum Stillstandkommen durch die Entlastung von einer oder mehreren Pumpen, wenn der Druck in den Arbeitszylinderkreisen sich einem vorgegebenen Maximalwert annähert, verhindert werden kann. Die vorliegende Erfindung schafft eine neuartige und besonders vorteilhafte Entlastungsanordnung.

Es ist ein allgemeines Ziel dieser Erfindung, eine "über Kreuz"-Entlastungsanordnung zu schaffen, in der, wenn der Kolben in einem ersten Betätigungskreis keine hohe Leistung erfordert, da er unter Niederdruckbedingungen arbeitet, und wenn auf den Kolben im zweiten Ms eine hohe Belastung einwirkt, der resultierende erhöhte Druck im zweiten Kreis dazu verwendet wird, eine Pumpe in einem der Kreise zu entlasten. Die Erfindung_c schlägt insbesondere eine "über Kreuz "-Entlastung der Pumpe·; die eine geringere Leistung erfordert, vor, sowie andere wünschenswerte Entlastungssequenzen, die nachstehend beschrieben werden. Da die von der Antriebsmaschine für Pumpzwecke geforderte Leistung die Summe der an allen Pumpen verbrauchten Leistung ist, wird eine gesteuerte Pumpenentlastung vorgesehen, damit dies.e Leistung dort zur Verfügung stehen kann,

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wo sie benötigt wird, und damit ein zum Stillstandkommen der Antriebsmaschine verhindert wird.

Um diese Vorteile zu erreichen, macht die Erfindung von besonders ausgebildeten hilfsgesteuerten Entlastungsventilen in einer neuartigen über Kreuz-Anordnung Gebrauch. Es ist ein Ziel der Erfindung, derartige Ventile in einer derartigen Anordnung zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, Doppelhydraulikkreise

mit Kolbenbetätigung und kreuzweise wirkender Entlastung vorso

zusehen,/daß vier, drei, zwei oder sogar eine Pumpe je nach den in den beiden Hydraulikkreisen vorherrschenden Drücken in Pumptätigkeit sein können.

Darüber hinaus ist es ein Merkmal der Erfindung, insbesondere wenn diese in Baggern eingesetzt wird, daß, wenn beispielsweise am Auslegerzylinder ein überhöhter Leistungsbedarf besteht, was während des Baggervorschubs auftreten kann, eine der beiden Pumpen, die das Rotieren steuert, entlastet wird, so daß die für den Auslegerzylinder zur Verfügung stehende Leistung erhöht wird. Falls eine ähnliche überlastung am Ladetrichterzylinder bestehen sollte, wird diese an dem auf Druck reagierenden Steuerventil im Auslegerkreis ertastet, wonach das Steuerventil im Auslegerkreis in eine Position bewegt wird, in der eine der Pumpen des Auslegerkreises ebenfalls entlastet wird.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, von denen

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung ist, die ein Paar Hydraulikkreise zur Betätigung von Teilen eines hydraulischen Werkzeuges, beispielsweise eines Baggers, einschließt, wobei diese Vorrichtung die erfindungsgemäße Entlastungsanordnung verkörpert;

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt geführte und eine teilweise schematische Darstellung eines hilfsgesteuerten Pumpenentlastungsventils ist, das in jedem der Betätigungskreise vorhanden ist;

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2 ist, in der das Ventil in einem anderen Arbeitszustand gezeigt ist; und

Fig. 4 eine isometrische Darstellung eines in dem Steuerungsmechanismus eingesetzten Spindelventilelementes ist.

Wendet man sich nunmehr Fig. 1 zu, so erkennt man, daß das erfindungsgemäße Hydrauliksystem zwei ähnliche Kreise 10 und aufweist. Jeder Kreis schließt ein durch ein Pumpenpaar zu

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betätigendes Element sowie ein manuell betätigbares Steuerventil ein, so daß unter Druck stehendes Strömungsmittel von den Pumpen so auf das Element einwirken kann, daß dieses in zv/ei Richtungen bewegt werden kann. Darüber hinaus weisen die Kreise Entlastungsventile auf, die in der dargestellten Ausführungsform auf Drücke ansprechen sollen, welche über so angeordnete über-Kreuz-Verbindungen übertragen werden, daß ein Druck über einem vorgegebenen Entlastungspunkt im Kreis 10 eine Pumpe im Kreis 11 entlastet und umgekehrt. Diese ähnlich ausgebildeten Kreise werden nunmehr unter Bezugnahme auf Kreis 10 detailliert beschrieben. Entsprechende Teile im Kreis 11, der in gleicher Weise wie Kreis 10 funktioniert, tragen die gleichen Bezugsziffern mit dem Index a versehen.

In dem Arbeitszylinder 12 des Kreises 10 ist ein Kolben 13 angeordnet, der, wenn die Vorrichtung in einem Bagger angeordnet ist, so angeschlossen ist, daß er ein Arbeitselement, d. h. einen Ausleger für den Vorschub (nicht gezeigt) während des Grabens oder Kippens vor- oder zurückschieben kann. Der Kolben 13 a im Kreis 11 ist dann zur Steuerung eines Ladetrichters oder Kübels (nicht gezeigt) angeschlossen. Ein manuell zu betätigendes Ventil der bekannten Bauart ist mit 14 in Fig. 1 bezeichnet. Es ist jedermann klar und soll an dieser Stelle nicht besonders beschrieben werden, daß dieses Ventil durch den Handgriff 15 von der dargestellten mittigen Position in rechte oder linke Positionen bewegt werden kann, wodurch der Kolben 13 relativ zum Arbeitszylinder vor- oder zurückgeschoben wird.

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In der mittigen Position wird der Kolben 13 nicht betätigt, da die durch die Druckleitung 16 zugeführte Hydraulikflüssigkeit direkt in das mit 17 gekennzeichnete Flüssigkeitsreservoir geleitet wird.

Wie man der Zeichnung entnehmen kann, umfassen die Pumpmittel eines jeden Kreises Tandempumpen, vorzugsweise ein Paar von Getriebepumpen, die in Kreis 10 mit 18 und 19 bezeichnet sind. Die Pumpen sind so angeschlossen, daß sie von einer einzigen Antriebsmaschine 20, beispielsweise dem Diesel- oder Benzinaggregat eines Baggers, angetrieben werden können.Die für Pumpzwecke benötigte Leistung der Antriebsmaschine 20 entspricht natürlich der Summe aus den Leistungsanteilen jeder der vier Pumpen. Wenn man voraussetzt, daß in beiden Kreisen 10 und 11 Niederdruck vorherrscht, wird die an die Hauptdruckleitung 16 abgegebene Flüssigkeit durch den von der Pumpe 18 und den von der Pumpe 19 abgeleiteten vereinigten Strom verkörpert, wobei der von der Pumpe 19 abgegebene Strom durch eine Verbindung 21, die ein Absperrventil 22 enthält, geführt wird. Der Druck dieses vereinigten Flüssigkeitsstromes ist mit P₁ bezeichnet (P₂ in Kreis 11). Dieser Druck liegt auf der Abstromseite der Pumpen 18 und 19 vor. Natürlich wird er durch die am Kolben 13 auftretende Belastung beeinflußt, wie jedem Fachmann klar ist.

üblicherweise tritt die maximale Druckentlastung bei 23 auf. Diese Entlastung wird über ein bekanntes Ablaßventil (siehe die öffnung 24) vorgenommen, das federbelastet ist, um den

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gesamten Durchfluß zum Ventil 14 und Arbeitszylinder 12 stoppen zu können, wenn der Druck P₁ auf einen Maximalwert ansteigt. Dieser Wert ist größer als die Entspannungsdruckwerte, die in der Entlastung und daraus folgenden Reduzierung der Pumpkapazität resultieren, und muß von diesen unterschieden werden.

Erfindungsgemäß weist jeder Kreis ein druckbetätigtes Entlastungsventil 25 mit einer spindelartigen Betätigungseinrichtung 26 auf. Eine kurze Beschreibung der Bau- und Arbeitsweise dieser Ventile folgt. Die Erläuterung wird anhand der schematischen Zeichnung der Fig. 1 vorgenommen und wird durch eine detaillierte Beschreibung der Konstruktion der Ventile 25 und 26 anhand der Fig. 2-4 ergänzt. In Fig. 1 sind die Teile und Verbindungen des Betätigungselementes, das das Ventil 25 steuert, in gestrichelten Linien dargestellt.

Wenn das Ventil 25 die in Fig. 1 gezeigte linke Stellung einnimmt, strömt die Flüssigkeit von der Pumpe 19 durch die Leitung 21 und das Absperrventil 22, wobei diese Durchflußmenge zu der von der Pumpe 18 abgegebenen Menge tritt. Die gesamte Durchflußmenge steht in der Druckleitung 16 zur Steuerung des Kolbens 13 zur Verfügung. Die Feder S drückt das spulenartige Ventil in die dargestellte linke Stellung (siehe Fig. 1), die es

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normalerweise während des Arbeit/ bei Niederdruck einnimmt. Es ist klar, daß das Ventil 25 a in ähnlicher Weise arbeitet, um einen Durchfluß von den Pumpen 18 a und 19 a im Kreis 11 zu gestatten.

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Nunmehr wird, auf die erfindungsgemäßen neuartigen Entlastungsanordnungen eingegangen. Es wird dabei davon ausgegangen, daß die in dem Kreis mit niedrigerem Druck arbeitende Pumpe zuerst entlastet wird, falls eine überlastung auftreten sollte. Falls sich im Kreis 11 infolge einer am Kolben 13a auftretenden überhohen Belastung ein hoher Druck aufbauen sollte, wird dieser Druck durch den kreuzenden Durchlaß 27 a übertragen, der sich von einer Seite des Spindelventils 26 des Kreises 10 aus erstreckt, und in Verbindung mit der Druckzufuhrleitung 16 a des Kreises 11 gehalten. Der andere über Kreuz angeordnete Durchlaß 27 verbindet den Kreis 10 mit einer Seite des Spindelventils 26 a des Kreises 11.

Infolge der auf das Spindelventil 26 ausgeübten Drücke kann das Ventil 25 gegen den Druck der Feder S in seine rechte entlastende Position (siehe Fig. 1) bewegt werden. Wenn eine derartige Bewegung stattfindet, wird die Pumpe 19 entlastet, da die von dieser abgegebene Strömungsmenge durch eine Verbindung 28 und eine Leitung C, die zum Strömungsmittelreservoir 17 führt, zur Ansaugseite dringt. Eine derartige entlastende Bewegung des Ventils 25 wird durch das Spindelventil 26 gesteuert. Der Verschiebe- oder Entlastungspunkt wird dadurch festgelegt, ob sich das Spindelventil 26 gesetzt hat oder nicht. Für das Setzen des Ventils sind danach die Kraft der Feder 29 und andere Faktoren, einschließlich des im Kreis 11 und der kreuzweise geführten Verbindung 27 a vorhandenen Druckes, maßgebend.

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Die Wirkungsweise zur Entlastung und die Tätigkeit des Spindelventils 26 zur Verschiebung des entlastenden Ventils 25 wird im Detail in Verbindung mit den Fig. 2-4 beschrieben. Eine kurze Bezugnahme auf die schematische Darstellung der Fig. 1 erleichtert jedoch das Verständnis dieser detaillierten Beschreibung. Der Druck in der Leitung 16 des Kreises 10 wird in einem Bereich des Spindelventils 26 über eine Leitung A, die eine Drossel 59 aufweist, abgetastet. Wenn der am Spindelventil 26 über die Leitung A abgetastete Druck und der über die Leitung 27 a über Kreuz auf das Spindelventil übertragene Druck (siehe die beiden parallelen Pfeile im Ventil 26) die Kraft der Feder 29 übersteigt, bewegt sich das Spindelventil von der gezeigten unteren, abgesetzten Position, d. h. von der Position, in der die Pumpe 19 nicht umgangen wird, in eine nicht abgesetzte Stellung. Wie nachstehend noch erklärt wird, ist die Entlastungssequenz eine Funktion der Relativbereiche der beiden Spindelventilabschnitte, die den Drücken in der Leitung A und der Leitung 27 a sowie der von der Feder 29 ausgeübten Kraft ausgesetzt sind.

In der schematischen Zeichnung der Fig. 1 ist diese nicht abgesetzte Position eine nicht dargestellte obere Position des Spindelventils, in der dieses einen Querdurchlaß durch das Spindelventil zur Saugseite der Pumpen durch einen Teil der Leitung C herstellt. Dieser Querdurchlaß ist in der schematischen Zeichnung in der Fig. 1 mit B bezeichnet. Eine derartige Aufwärtsbewegung des Spindelventils 26 begrenzt diejenige Kraft,

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die vorher in Verbindung mit der Feder S des Steuerventils 25 die Spindel dieses Ventils in ihrer linken Stellung hielt. Daraus folgt, daß ein beliebiger weiterer Anstieg des durch die Leitung 16 (durch die kurze Leitung, die in dem Pfeil R endet) übertragenen Druckes zu einer resultierenden Kraft führt, die das Ventil gegen den Druck der Feder S bewegt und zu einer Druckentspannung führt, indem ein Kreislauf durch den bei 28 gezeigten Entlastungsdurchlaß hergestellt wird. Wenn daher das Ventil 25 des Kreises 10 nach rechts bewegt worden ist, wird die Pumpe 19 entlastet.

Nachfolgend wird die Konstruktion der Steuer- und Spindelventile in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 detailliert beschrieben. Wie man den Zeichnungen entnehmen kann, ist das Steuerventil (und natürlich das ähnlich ausgebildete Ventil 25 a des Kreises 11) mit einem Paar Einlaßkammern 30 und 31 versehen, die jeweils über Durchlässe 32 und 33 mit Pumpen 18 und 19 verbunden sind. Eine Auslaßkammer 34 steht mit der Entlastungsleitung 28 in Verbindung, durch die Flüssigkeit zur Saugseite rückgeführt wird, wenn die Pumpe 19 entlastet wird. Die Entlastungsbewegung des Ventils 25 wird durch das Spindelventil 26 gesteuert.

Das Ventil 25 ist mit einer mittigen Bohrung versehen, die eine Spule oder Walze 35 enthält, welche in der Bohrung zwischen einer in Fig. 2 gezeigten ersten oder linken Stellung, in der eine Entlastung der Pumpe 19 vor sich geht, und einer rechten Stellung, in der der Zufluß zur Druckleitung 16 des Kreises 10

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durch den vereinigten Zufluß von den Pumpen 18 und 19 gebildet wird, verschiebbar gelagert ist. Die Walze 35 ist mit einer Vielzahl von Stegen 36, 37 und 38 sowie mit einer Bohrung 39 versehen, die in den Fig. 2 und 3 mit gestrichelten Linien angedeutet ist und sich in Längsrichtung durch den größeren Teil der Länge der Walze 35 erstreckt. Durch die Stege 36, 37 und wird das Strömungsmittel in Kammern eingegrenzt, die durch die mittige Bohrung des Ventilkörpers und durch die Seitenwandungen der Stege gebildet werden, und wird darüber hinaus durch die verschiedenen Durchlässe geleitet. Die Wandung der Walze 35 ist mit Öffnungen versehen. Eine derartige Öffnung ist bei gezeigt. Sie ist mit einem Einlaß versehen, der sich quer zur Längsachse der Walze erstreckt und mit deren Bohrung 39 in Verbindung steht. Eine bei 71 gezeigte Auslaßöffnung ist ebenfalls durch die Wandung der Walze radial nach innen gebohrt. Durch die beschriebene Anordnung wird ein Strömungsmittelfluß vom Einlaß 30 an eine Auslaßöffnung 42, die zur Druckleitung 16 des Kreises 10 führt, erreicht, wobei das Strömungsmittel durch die Kammer 30, die Einlaßöffnung 40, die Walzenbohrung 39, die Auslaßöffnung 41 und die Ausströmkammer 42 geführt wird. Die Walze 35 wird durch eine Schraubenfeder S in die in Fig. gezeigte rechte Stellung gedrückt, in der beide Pumpen im Hydraulikkreis sind. Eine Endkappe 43 hält die Feder S in Position. In dieser Kappe ist die Feder über den Steg 36 gegen die Walze gelagert. Die Kappe verhindert darüber hinaus ein eventuelles Lecken.

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Die von der Pumpe 18 durch die Leitung 32 kommende Strömungsmenge tritt immer in die Einlaßkammer 30, die in jeder Position der Walze zwischen den Stegen 36 und 37 liegt, ein und erreicht daher immer in der obenbeschriebenen Weise die Ablaßkammer 42. Wenn die Walze die in Fig. 3 gezeigte rechte Stellung einnimmt, dringt die von der Pumpe 19 abgegebene Strömungsmenge, die wie oben beschrieben in die Einlaßkammer 31 eintritt, durch im Steg 38 vorgesehene Bohrungen 44 und danach durch das ringartige Absperrventil 22, das sofort aus seinem Sitz heraus und gegen den Anschlag 45 bewegt wird, da in beiden Kammern 31 und 42 im wesentlichen der gleiche Druck vorhanden ist. Unter dieser Bedingung erreicht die von der Pumpe 19 kommende Strömungsmenge auch über Bohrungen 44 die Kammer 42 und wird in die Druckleitung 16 der damit in Verbindung stehenden Belastung abgegeben, wie vorher beschrieben wurde. Das Absperrventil 22 ist zur Ausführung von Axialbewegungen auf der Walze 35 montiert und kann in eine Stellung zurückbewegt werden, in der es die öffnungen 44 (Fig. 2) verschließt, um einen Strömungsmittelfluß von der Ablaßkammer 42 zurück in die Einlaßöffnung 31 zu verhindern .

Wenn die Walze 35 des Ventils 25 in die entlastende Stellung verschoben wird, d. h. in die in Fig. 2 gezeigte linke Stellung, wird die Pumpe 19 entlastet, da deren von der Einlaßkammer 31 herrührende Abgabe seitlich durch einen Durchlaß 31 a fließt, der durch die nach links gerichtete Bewegung des Stegs 37 freigegeben worden ist, und über diesen Durchlaß in die

Entlastungs- oder Ablaßkammer 34, von der sie über die Leitung 28 zurück zur Saugseite fließt.

Wenn, wie vorstehend erläutert wurde, bei der hier beschriebenen Ausführungsform die zum Antrieb der Pumpen beider Kreise benötigte Eingangsleistung die maximal zur Verfügung stehende Leistung, die durch die Summe der Drücke bei 16 und 16a angegeben wird, übersteigt, wird das Ventil 25 in der nachstehend beschriebenen Weise gegen die Kraft der Feder S in die in Fig. gezeigte linke Stellung, in der der Durchfluß von der Pumpe 19 abgeleitet wird, bewegt. Unter dieser Bedingung befindet sich die Spindel 46 des Ventils 26 in einer nicht abgesetzten Stellung, wie in Fig. 2 angedeutet ist.

Das Ventil 26 spricht auf einen Druck über einer vorgegebenen Grenze an. Wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, steht es über die Leitung 16 mit dem in dem Kreis 10 (auf diesen Kreis wird primär bei der Beschreibung der Erfindung bezug genommen ) herrschenden Druck in Verbindung sowie mit dem Druck, der vom Kreis 11 über die über-Kreuz-Verbindung 27 a übertragen wird. Der Verschiebe- oder Entlastungspunkt wird dadurch festgelegt, ob sich die Spindel 46 des Betätigungsventils 26 gesetzt hat oder nicht. Der Entlastungsdruck, unter dem das Ventil von seinem Sitz 47 verschoben wird, wird dann wieder durch die Kraft seiner Feder 29 durch die Drücke in den beiden Kreisen, die man auf besondere Bereiche des Spindelventils, v/ie nachstehend beschrieben wird, einwirken läßt, festgelegt.

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Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt das Spindelventil selbst eine hohle Spindel 48, die in einer konisch ausgebildeten Oberfläche 49 endet, welche mit dem Ventilsitz 47 in Eingriff tritt.Das gegenüberliegende Ende der Spindel 46 ist radial nach außen abgestuft, wie bei 50 dargestellt, so daß eine ringförmige Fläche 51 gebildet wird, auf die der in der über-Kreuz-Verbindung 27 a herrschende Druck einwirkt. Wie man den Fig. 2 und 3 entnehmen kann, endet die über-Kreuz-Verbindung 27 a an einer im Gehäuse des Ventils 26 gebildeten Einlaßöffnung 52. Die Feder 29 drückt die Spindel in ihre linke oder abgesetzte Stellung (Fig. 3), aus der sie durch gegen die Fläche 51 sowie gegen die konisch ausgebildete Fläche 49 ausgeübte Drücke verschoben werden kann. Wie man nachfolgend erkennen wird, ist der Verschiebevorgang des Ventils aus seinem Sitz heraus von der Kraft der Feder 29 und dem Verhältnis zwischen den Bereichen 49 und 51, auf die die in den beiden Kreisen vorherrschenden Drücke einwirken, abhängig. Der Druck an der Oberfläche 49 wird durch eine im Ventilsitz ausgebildete öffnung 54 übertragen, wobei diese öffnung dann wieder mit dem in der Kammer 55 herrschenden Druck in Verbindung steht. Die zuletzt genannte Kammer wird durch eine Abschlußmutter und einen Einbaustutzen 56, der an eine Leitung L angeschlossen ist, die zu einer manuell steuerbaren Entleervorrichtung D führt, verschlossen. Durch das öffnen der Entleervorrichtung D werden die Pumpen durch die Kammer 55 und die Leitung L entlastet. Die durch das Entleeren von Strömungsmittel erzielte Steuerung ist besonders nützlich, wenn der Ladetrichter oder die Bagger-

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schaufel (nicht gezeigt) zur Positionierung von Gegenständen, beispielsweise Röhren, in einer Baugrube eingesetzt wird. Für derartige Anwendungszwecke ist die durch Entleeren vorgenommene Steuerung oft der durch die Reduzierung der Motorgeschwindigkeit überlegen.

Die Kammer 55 steht mit der Kammer 57 des Steuerventils 25 über einen Durchlaß 58 in Verbindung. Darüber hinaus steht die Kammer 57 mit der Kammer 30 über eine eingeschränkte Öffnung 59 in Verbindung. Bei der beschriebenen Anordnung ist die konische Oberfläche 49 der Spindel 46 einem Druck ausgesetzt, der von dem in der Kammer 30 des Steuerventils herrschenden Druck abhängig ist, welche wie beschrieben mit dem Betätigungsventil über die Drossel 59, den Durchlaß 58 und die Kammer 55 des Betätigungsventils in Verbindung steht. Wann immer sich die Spindel 46 gesetzt hat, d. h. wenn sich beide Pumpen 18 und 19 im Pumpkreis befinden, ist die Spindel dem in der Leitung des Systems 10 (über die Walzenbohrung 39 und die Kammern 42 und 30) herrschenden Druck ausgesetzt, wobei dieser Druck auf die konische Frontseite 49 des Ventils ausgeübt wird. Darüber hinaus ist das Ventil auch dem auf die abgestufte Oberfläche ausgeübtem "über-Kreuz"-Druck ausgesetzt. Die Summe der von diesen beiden Drücken erzeugten Kräfte ist natürlich der von der Feder 29 ausgeübten Kraft entgegengesetzt. Bei der hier beschriebenen Ausfuhrungsform ist der Oberflächenbereich 49, der dem Druck in der Kammer 30 (Ausströmdruck des Kreises 10) ausgesetzt ist, und der Bereich 51, der in direkter Weise dem

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"über-Kreuz"-Druck im Kreis 11 ausgesetzt ist, wie die Kraft der Feder 29 so ausgewählt, daß die Pumpe 19 des Kreises 10 entlastet wird, wenn der Druck im Kreis 11 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. In der Ausnehmung für die Feder tritt im wesentlichen kein Druck auf, da diese über eine mittige Bohrung 46', Schlitze χ (siehe insbesondere Fig. 4) und den Durchlaß 60, der nachstehend weiter beschrieben wird, entlüftet ist.

Der an der Pumpe 18 erzeugte Druck wird somit immer über den Querdurchlaß 40, die mittige Bohrung 39 und den Querdurchlaß 41 der Walze des Steuerventils 25 auf die Leitung 16 des Kreises 10 übertragen. Während das Ventil 25 unter Niederdruck arbeitet, nimmt es seine rechte Stellung (Fig. 3) ein, und die Pumpe gibt auch, wie vorher beschrieben, Strömungsmittel an die Leitung 16 ab.

Da, wie oben beschrieben, der Druck in der Kammer 30 des Ventils 25 infolge der Verbindung durch die Ventilwalze immer dem Druck in der Kammer 42 gleicht, ist auch der in der Kammer 55 gerade oberhalb der Spindel 46 herrschende Druck ebenfalls vom Ausströmdruck des Ventils 25 über die Drossel 59 und den allgemeinen radialen Durchlaß 58, der das Ventil 25 mit der Kammer 55 verbindet, abhängig. Während des Arbeitens bei Niederdruck sind die in den Kammern 57 und 42 auftretenden Drücke gleich. Die Kraft der Feder S hält dann die Walze 35 am rechten Ende ihrer

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Bohrung (Fig. 3).

Zusammenfassend gesagt weist die "über-Kreuz"-Entlastungsanordnung der Erfindung ein derartiges Verhältnis zwischen den Bereichen 49 und 51 auf, daß, wenn der Kolben in einem Kreis einer hohen Belastung ausgesetzt ist, der in diesem einen Kreis entstehende erhöhte Druck eine der Pumpen im anderen Kreis entlastet, so daß mehr Leistung für denjenigen Kreis zur Verfügung steht, der der hohen Belastung ausgesetzt ist. Sollte dann der andere Kreis einer hohen Belastung ausgesetzt sein, wird eine der Pumpen in diesem einen Kreis entlastet, mit dem Ergebnis, daß die an der Antriebsmaschine zur Verfügung stehende Leistung nur zwischen zwei Pumpen aufgeteilt wird. Die Wirkungsweise der beschriebenen Ausführungsform kann wie folgt zusammengefaßt werden, wobei angenommen werden soll, daß der anfängliche Überdruck im Kreis 11 entsteht.

Der auf der linken Seite der Walze 35 des Ventils 25 im Kreis 10 auftretende Druck, d. h. der in der Kammer 57 vorherrschende Druck, wirkt infolge des Vorhandenseins des Durchgangs 58 gegen die konisch ausgebildete Frontseite 49 des Spindelventils 26. Durch diesen Druck und den vom Kreis 11 (durch die Leitung 27 a) übertragenen Druck, der auf die ringförmige Seite 51 der abgestuften Spindel 48 einwirkt, wird bei einem vorher bestimmten besonderen Entspannungsv/ert eine Kraft hervorgerufen, die die von der Feder 29 ausgeübte Kraft übersteigt und damit das Spindelventil aus seinem Sitz herausbewegt. Durch diese Be-

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wegung des Spindelventils in seine in Fig. 2 gezeigte rechte Stellung wird der Durchlaß durch den Ventilsitz 47 und damit durch den diagonalen Durchlaß 60 im Körper des Ventils 25 bis zu einer Eintiefung 61 geöffnet, die in Verbindung mit der Auslaßkainmer 64 steht, welche zur Auslaßleitung 28 führt. Daraus folgt, daß der Druck auf der linken Seite der Walze nicht den speziellen Entspannungswert übersteigen kann. Durch einen weiteren Druckanstieg im Kreis 10 oder 11 wird die Walze 35 in ihre linke Stellung (Fig. 2) gedrückt,und die Pumpe 19 wird entlastet, wie man der schematischen Zeichnung der Fig. 1 entnehmen kann.

Falls der Druck im Kreis 10 weiterhin nach der anfänglichen Entlastung diesen Grenzwert überschreiten sollte, wird durch die über-Kreuz-Verbindung 27, die zum Kreis 11 führt, und durch das Steuer- und Betätigungsventil 25 a und 26 a des Kreises durch Entlastung der Pumpe 19 a eine Entlastung des zuletzt genannten Kreises erreicht. Falls entweder P- oder P₂ auf einen Maximalwert über der Entspannungsgrenze ansteigen sollten, wird durch die Sicherheitsentlastung des betroffenen Kreises (die Entlastung 23 des Kreises 10) eine Umgehung beider Pumpen dieses Kreises zum Reservoir erreicht.

Obwohl das soweit beschriebene System zur Entlastung einer Pumpe bei niedrigerem Druck in einem ersten Kreis als Reaktion auf einen Kolben in einem zweiten Kreis führt, der einer zur Erhöhung des Druckes im zweiten Kreis über einen vorgegebenen

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Entspannungswert führenden Belastung ausgesetzt ist, kann es auch zur Herbeiführung einer Entlastung in irgendeiner von vier speziellen Prioritätssequenzen voreingestellt werden. Diese verschiedenen Entlastungssequenzen sind:

(1) die dem niedrigeren Druck in ihrem Kreis ausgesetzte zu entlastende Pumpe wird zuerst entlastet, wie es bei der vorher beschriebenen Ausführungsform der Fall ist;

(2) die dem höheren Druck in ihrem Kreis ausgesetzte zu entlastende Pumpe wird zuerst entlastet;

(3) die zu entlastende Pumpe im Kreis 10 wird zuerst entlastet, egal welcher Kreis der überbelastung ausgesetzt ist; und

(4) die zu entlastende Pumpe im Kreis 11 wird zuerst entlastet, egal welcher Kreis der Überbelastung ausgesetzt ist.

Diese verschiedenen Sequenzen und die Entspannungswerte, bei denen sie auftreten, werden durch richtige Auswahl der Kraft der Feder 29, 29 a und durch eine geeignete Abstimmung der Größe der und der Verhältnisse zwischen den Bereichen 49 und 51 des Spindelventils erreicht. Eine derartige Auswahl der Federkonstanten und Verhältnisse zwischen den die Spindel betätigenden Bereichen in den Ventileinheiten der beiden Kreise

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ist alles, was für die Erzielung der Entspannung bei den gewünschten Einstellungen und den daraus gewählten Sequenzen erforderlich ist. Durch die Auswahl der Verhältnisse zwischen den Bereichen 49 und 51 wird insbesondere festgelegt, ob eine Arbeitsweise nach Sequenz 1 oder Sequenz 2 durchgeführt wird, und durch die Auswahl dar Kraft der Spindelfeder in einer Ventileinheit relativ zur Kraft der Spindelfeder in der anderen Ventileinheit wird festgelegt, ob eine Entlastung nach den Sequenzen 3 oder 4 vorgenommen wird.

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Claims

Anwaltsakte M-3428

Patentansprüche :

'1.j Hydrauliksteuersystem mit einem Paar Hydraulikkreise, von denen jeder ein Paar Förderpumpen aufweist, die von einer beiden Kreisen gemeinsamen Antriebsmaschine angetrieben werden, wobei jeder Kreis eine in Übereinstimmung mit der Durchflußrichtung in zwei Richtungen lenkbare Betätigungseinrichtung sowie Mittel zur Steuerung des Strömungsmittelzuflusses zu der Betätigungseinrichtung dieses Kreises aufweist, gekennzeichnet durch in jedem Kreis angeordnete bewegliche Mittel, die zur Entlastung einer Pumpe des jeweiligen Kreises dienen, sowie Mittel zur Durchführung einer derartigen Bewegung der beweglichen Mittel als Reaktion auf den Strömungsmitteldruck in dem jeweils anderen Kreis, wenn dieses über einen vorgegebenen Wert ansteigt.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Mittel auf Druck ansprechende Ventilmittel enthalten und daß die Mittel zur Durchführung der Bewegung der beweglichen Mittel Leitungen für ein Strömungsmittel umfassen, die die auf Druck ansprechenden Ventilmittel eines jeden Kreises mit dem anderen Kreis kreuzweise verbinden.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel in jedem Kreis einen in Reaktion auf eine vorgegebene Druckdifferenz dort quer verschiebbaren Teil

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aufweisen, um eine derartige Entlastung herbeizuführen, sowie ein so im Kreis mit den Leitungen angeordnetes Betätigungsventil, daß der verschiebbare Teil einer derartigen Druckdifferenz ausgesetzt ist, wenn der Druck im anderen Kreis über den vorgegebenen Wert ansteigt.
4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsventil ein spindelartiges Element aufweist, das einer Kraft ausgesetzt ist, welche es in einer geschlossenen Stellung hält, in der es den verschiebbaren Teil keiner derartigen Druckdifferenz aussetzt, wobei das spindelartige Element so in das System eingeschlossen ist, daß es zwei Kräften ausgesetzt ist, die seiner Vorspannung entgegenwirken, von denen eine Kraft eine Funktion eines an einer Seite des verschiebbaren Teiles vorherrschenden Druckes ist und von denen die andere Kraft eine Funktion des im anderen Kreis vorherrschenden und über die Leitung übertragenen Druckes ist.
5. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel die folgenden Elemente umfassen: ein walzenartiges Steuerventil, das auf ein vorgegebenes Druckungleichgewicht anspricht und in eine entlastende Stellung bewegt wird, und ein spindelartiges Betätigungsventil, das in Verbindung mit dem walzenartigen Ventil und den Leitungen steht und das, wenn es aus seinem Sitz herausbewegt ist, das walzenartige Ventil einem derartigen Druckungleichgewicht aussetzt, wobei das spindelartige Ventil so

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ausgeführt und in das System eingeschlossen ist, daß es aus seinem Sitz herausbewegt wird, wenn der Druck in dem anderen Kreis über einen vorgegebenen Wert ansteigt.
6. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Entlastungsmittel ein Steuerventil umfassen, das auf dort vorherrschende Drücke anspricht und in eine entlastende Stellung verschoben wird, und daß die zur Bewegung der beweglichen Mittel dienenden Mittel ein Betätigungsventil aufweisen, das eine derartige Verschiebung des Steuerventils verursacht, wobei das Betätigungsventil einen in Durchflußverbindung mit dem Steuerventil stehenden Teil aufweist, um den Druck dort zu variieren, sowie einen Teil, der dem in dem anderen Kreis herrschenden Druck ausgesetzt ist, und wobei die Konstruktion und Anordnung derart ausgeführt ist, daß durch einen Anstieg des im anderen Kreis vorherrschenden Druckes über den vorgegebenen Wert das Betätigungsventil betätigt wird und die Verschiebung des Steuerventils in seine entlastende Stellung bewirkt wird.
7. Hydrauliksteuersystem mit einem Paar von Hydraulikkreisen, von denen jeder einen Arbeitszylinder und einen Kolben sowie Pumpmittel aufweist, die von einer beiden Kreisen gemeinsamen Antriebsmaschine angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpmittel von mindestens einem Kreis die folgenden Elemente umfassen:

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Durchflußsteuermittel in jedem Kreis,um Strömungsmittel von den Pumpmitteln an den Arbeitszylinder zur Betätigung des Kolbens in Übereinstimmung mit der Strömungsrichtung zu schicken, sowie Mittel zur Entlastung von einer Pumpe in dem einen Kreis, wobei die zuletzt genannten Mittel auf denjenigen Strömungsmitteldruck in jedem Kreis ansprechen > der über einen vorgegebenen Grenzwert ansteigt.
8. Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entlastung auf Druck ansprechende Ventilmittel in dem einen Kreis umfassen, die in eine entlastende Stellung bewegbar sind, sowie Leitungen, um die Ventilmittel den in beiden Kreisen vorherrschenden Drücken auszusetzen.
9. Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Kreis ebenfalls mit auf Druck ansprechenden Ventilmitteln versehen ist, die in eine entlastende Stellung bewegbar sind, und daß in dem System zusätzliche Leitungen vorgesehen sind, um die zuletzt genannten Ventilmittel den in beiden Kreisen vorherrschenden Drücken aussetzen zu können.
10.. Hydrauliksteuersystem mit einem Paar von Hydraulikkreisen, von denen jeder durch die folgenden Elemente gekennzeichnet ist: ein Paar von festen Verdrängerpumpen mit Zu- und Ausflußkanälen, um Strömungsmittel von einem Reservoir an eine Belastung zu liefern, Steuerventilmittel_/ die ein

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bewegliches Ventilelement und Ventildurchlässe zur Zuführung des von den Pumpen abgegebenen Strömungsmittels an die Belastung einschließen, wobei das Ventilelement in eine erste Stellung bewegbar ist,um den Strömungsmittelfluß von den Pumpen zur Zuführung an die Belastung zu vereinigen, und in eine zweite Stellung, in der nur von einer Pumpe Strömungsmittel zugeführt wird, sowie Mittel zur Betätigung der Ventilmittel, wobei diese Mittel in jedem Kreis an den anderen Kreis gekoppelt sind und auf die in beiden Kreisen vorherrschenden Drücke reagieren, einschließlich der Erreichung eines vorgegebenen Druckgrenzwertes in dem anderen Kreis, um das Ventilelement in seine zweite Stellung zu ■ bewegen.
11. Steuersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ventilbetätigenden Mittel ein zweites Ventilelement auf v/eisen, das in Strömungsmittelverbindung mit dem Ausgang von einer der Pumpen in einem Kreis steht, wobei das zv/eite Ventilelement eine verschiebbare Spindelvorrichtung einschließt, die als Reaktion auf einen vorgegebenen Druckgrenzwert in dem anderen Kreis das erste Ventilelement in seine zweite Stellung bewegt.
12. Hydrauliksteuersystem mit einem Paar von festen Verdrängerpumpen, von denen jede Zu- und Auslaßkanäle zur Zuführung und Abgabe von Strömungsmittel aus einem Reservoir aufweist, sowie mit Steuerventilmitteln, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Steuerventilmittel folgende Elemente umfassen: ein Ventilgehäuse mit ersten und zweiten Einlassen, von denen jeder an den Auslaßkanal einer entsprechenden Pumpe angeschlossen v/erden kann, einen ersten und zweiten Ventilauslaß, von denen der erste an einen eine Belastung in einem solchen Kreis bildenden Teil angeschlossen v/erden kann und von denen der zweite Auslaß an einen Pumpensaugkanal anschließbar ist, wobei die Steuerventilmittel des weiteren ein walzenartiges Element aufweisen, das in dem Gehäuse beweglich gelagert ist und in einer Stellung den ersten und zweiten Ventileinlaß mit dem ersten Ventilauslaß und in einer anderen Stellung einen Ventileinlaß mit dem zweiten Ventilauslaß verbinden kann, sowie an einen damit zusammenwirkenden Hydraulifckreis anschließbare Mittel, die einen Druck auf das walzenartige Element ausüben können, um dieses in seine zweite Stellung zu bewegen, wenn der Druck in dem damit zusammenwirkenden Hydraulikkreis einen vorgegebenen Wert überschreitet.
13. Steuersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die an einen Hydraulikkreis anschließbaren Mittel ein Spindelventil umfassen, das durch Druck in einer geschlossenen Stellung gehalten wird, in der die Walze in ihrer ersten Stellung verbleibt, sowie Mittel, um das Spindelventil einer Kraft auszusetzen, die eine Funktion des in dem damit zusammenwirkenden Hydraulikkreis vorherrschenden Druckes ist, wobei diese Kraft, wenn der Druck einen

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vorgegebenen Wert übersteigt, die Spindel in eine offene Stellung bewegt, in der sie eine Bewegung der Walze in ihre zweite Stellung verursacht.
14. Ventileinheit zur Entlastung einer Pumpe eines ersten Hydraulikkreises in Reaktion auf den in einem zweiten Hydraulikkreis vorherrschenden Druck, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Bestandteile aufweist: ein Steuerventil, das auf den dort vorhandenen Druck anspricht und in eine Stellung verschoben wird, in der es eine derartige Pumpe entlastet, sowie ein Betätigungsventil, um das Verschieben des Steuerventils herbeizuführen, wobei das Betätgungsventil einen Teil aufweist, der mit dem Steuerventil in Strömungsmittelbeziehung steht, um den Druck am Steuerventil in Reaktion auf den am Betätigungsventil vorherrschenden Druck zu variieren, und wobei das Betätigungsventil des weiteren einen Durchlaß aufweist, über den eine Verbindung zu einem zweiten Hydraulikkreis hergestellt werden kann, wobei die Konstruktion und Anordnung so ausgeführt ist, daß durch einen Anstieg der Summe der im Betätigungsventil und im Durchlaß vorhandenen Drücke über einen vorgegebenen Wert eine Betätigung des Betätigungsventils derart herbeigeführt wird, daß dieses das Steuerventil in seine entlastende Stellung verschiebt.

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15. Ventileinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil eine zur Entlastung einer Pumpe eines ersten Hydraulikkreises entlang seiner Längsache verschiebbare Walze aufweist, wobei durch die Kopplung zwischen dem Betätigungsventil und dem Steuerventil das eine Ende der Walze mit dem am Betätigungsventil vorherrschenden Druck in Berührung gebracht wird, wobei das Betätigungsventil ein spindelartiges Element aufweist, durch dessen Bewegung aus seinem Sitz heraus der Druck an einem Ende der Walze variiert und als Folge davon die Walze in ihre entlastende Stellung verschoben wird, wobei ferner das Betätigungselement einen Oberflächenbereich aufweist, der dem an dem erwähnten Durchlaß vorhandenen Druck ausgesetzt ist und gegen den eine Kraft ausgeübt v/ird, die das spindelartige Element aus seinem Sitz herausbewegt, wenn der Druck in einem derartigen zweiten damit zusammenwirkenden Hydraulikkreis einen vorgegebenen Wert überschreitet.
16. Ventileinheit zur Entlastung einer Pumpe eines damit zusammenwirkenden Hydraulikkreises in Reaktion auf in anderen zusammenwirkenden Hydraulikkreisen vorherrschende Drücke, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Elemente aufweist: ein spindelartiges Element, das in Reaktion auf eine vorgegebene dort vorhandene Druckdifferenz verschiebbar ist, um in eine Stellung bewegt zu werden, in der es die Pumpe entlastet, ein Betätigungsventil, erste Leitungsmittel, die eine Kammer in dem Betätigungsventil

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mit einer Seite des Walzenelementes verbinden, zweite Leitungsmittel, durch die der in einem anderen damit zusammenwirkenden Kreis vorherrschende Druck übertragbar ist, so daß er auf eine Oberfläche des Betätigungsventils einwirkt, wobei durch vorgegebene Druckanstiege in den ersten und zweiten Leitungsmitteln das Betatigungsventil in eine Stellung bewegt wird, in der es die Druckdifferenz durch die Walze erhöht und diese in ihre entlastende Stellung verschiebt.
17. Hydrauliksteuersystem mit einem Paar Hydraulikkreise, von denen jeder einer Strömungsmitteldruckbelastung ausgesetzt ist und Pumpmittel zur Lieferung von unter Druck stehendem Strömungsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpmittel eines ersten Kreises zwei Pumpen umfassen, steuerbare Mittel zur Zuführung der vereinigten Strömungsmenge von beiden Pumpen zur Belastung des ersten Kreises und zur alternativen Zuführung der Strömungsmenge von nur einer der Pumpen zur Belastung des ersten Kreises, sowie Mittel zur Betätigung der steuerbaren Mittel, die durch Druckfluktuation über und unter einen vorgegebenen Druckwert im zweiten Kreis wirksam werden, wobei durch diese Betätigung Strömungsmittel von nur einer Pumpe geliefert werden soll, wenn der Druck im zweiten Kreis über den vorgegebenen Druckwert ansteigt, und wobei die vereinigte Strömungsmenge von beiden Pumpen zugeführt werden soll, wenn der Druck im zweiten Kreis unter den vorgegebenen Wert abfällt.

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