DE69229966T2

DE69229966T2 - Lastdruckkompensierte hydraulische Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE69229966T2
Application number: DE1992629966
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Hasegawa; Hideshi Koiwai; Hisato Naito; Kenichi Nishiumi; Yoshitake Yonekubo
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1992-12-23
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: DE69229968D1; EP0684388B1; EP0684387B1; DE69229968T2; EP0550257B1; DE69228489T2; EP0684388A2; EP0684389A2; DE69228489D1; EP0684387A3; EP0684388A3; EP0550257A1; DE69225392T2; EP0684387A2; DE69229966D1; DE69225392D1; EP0684389A3; EP0684389B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung und insbesondere auf eine lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung, zum Erfassen eines Lastdrucks einer Vielzahl von hydraulischen Stellorganen, um den Förderstrom einer Pumpe konstant zu halten.
Hydraulische Steuereinrichtungen dieser Art sind bekannt, aber sie haben den Nachteil, daß bei Betätigung eines Stellorgans mit einer maximalen Leistung, die ausreicht, um ein zugeordnetes Druckausgleichventil zu ansprechen zu lassen, ein anderer Zylinder, der mit einer geringeren Leistung betrieben werden muß, eventuell überhaupt nicht mehr betriebsfähig ist.
Deshalb ist eine Aufgabe der Erfindung, eine lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung bereitzustellen, die verhindern kann, daß die Menge an Hydraulikflüssigkeit, die eine verstellbare Pumpe fördert, extrem reduziert wird, selbst wenn der Lastdruck von einem der Stellorgane bis zu dem an einem Druckausgleichventil eingestellten Druck erhöht wird, und daß dadurch die Betätigung der übrigen Stellorgane sichergestellt ist.
In Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Erfindung wird eine lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung bereitgestellt, bestehend aus einem Tank, einer Vielzahl von Stellorganen, die mit Druckleitungen und jeweils parallel geschalteten Verteilventilen ausgestattet sind, wobei an beiden Seiten jedes der Verteilventile Pilotdruckkammern vorgesehen sind und wobei jedes der Verteilventile mit veränderlichen Öffnungen versehen ist, deren Öffnungsweite in Abhängigkeit von Druck in den Pilotdruckkammern ge steuert wird, einem Druckausgleichsventil das den variablen Öffnungen jedes der Verteilventile nachgeschaltet ist, um eine Druckdifferenz zwischen einem Lastdruck und einem in Durchflussrichtung unterhalb der variablen Öffnungen herrschenden Druck konstant zu halten, den Verteilventilen nachgeschalteten Druckbegrenzungsventilen zur Einstellung eines maximalen Drucks von jedem der Stellorgane und einem Mechanismus zur Steuerung des Pumpenförderstroms, der so angeordnet ist, daß der auf den Lastdruck von jedem der Stellorgane ansprechende Förderstrom einer Pumpe konstant gehalten wird.
Die allgemein in dieser Weise ausgeführte lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilotventil so vorgesehen ist, daß zumindest eine der Pilotdruckkammern zumindest eines der Verteilventile mit dem Tank in Verbindung stehen kann, wenn der Lastdruck in mindestens einer der Druckleitungen zumindest eines der Stellorgane dem am Druckbegrenzungsventil eingestellten Druck entspricht oder nahe kommt.
Wenn bei der allgemein in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeführten vorliegenden Erfindung der Lastdruck von einem der Stellorgane auf ein Niveau erhöht wird, das dem am Druckbegrenzungsventil eingestellten Druck entspricht oder nahe kommt, öffnet dieser Druck das Pilotventil, und dadurch können die Pilotdruckkammern des Verteilventils mit dem Tank in Verbindung kommen. Diese Verbindung zwischen den Pilotdruckkammern und dem Tank bewirkt eine Rückkehr des Verteilventils in seine Nullstellung oder in die Nähe seiner Nullstellung, wodurch sich die Öffnungsweite der veränderlichen Öffnungen verringert. Dies ermöglicht es, die Öffnungsweite der veränderlichen Öffnungen des mit einem Stellorgan verbundenen Verteilventils im Vergleich zur Öffnungsweite der veränderlichen Öffnungen des mit einem anderen Stellorgan verbundenen Verteilventils zu vergrößern. Damit vergrößert sich das Verhältnis zwischen den beiden Öffnungsweiten so, daß die Menge der zu dem anderen Stellorgan hin verteilten Hydraulikflüssigkeit selbst dann größer wird, wenn der Volumenstrom am Ausgang der Verstellpumpe konstant bleibt, mit dem Ergebnis, daß die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zu dem anderen Stellorgan gesichert bleibt.
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin durchgehend gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen und wobei:
Fig. 1 ein Schaltbild ist, das ein Ausführungsbeispiel einer lastdruckkompensierten aktiven hydraulischen Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Schaltbild, das eine herkömmliche lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung zeigt; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Steuerungscharakteristik ist, mit der die Leistung einer verstellbaren Pumpe konstant gehalten wird.
Nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung beschrieben. In der in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Einrichtung ist eine verstellbare Pumpe 1 auf ihrer Ausgangsseite mit einer Hochdruckleitung 2 verbunden und dann über die Hochdruckleitung 2 jeweils mit einer Einlassöffnung 5 eines ersten Verteilventils 3 und eines zweiten Verteilventils 4. Das erste Verteilventil 3 ist zu beiden Seiten mit je einer Pilotdruckkammer 3a, 3b ausgestattet, und das zweite Verteilventil 4 ist in gleicher Weise zu beiden Seiten mit je einer Pilotdruckkammer 4a, 4b ausgestattet. Die Pilotdruckkammern 3a und 3b sind mit einem Pilot- Betätigungsventil V1 verbunden und die Pilotdruckkammern 4a und 4b sind in gleicher Weise mit einem Pilot-Betätigungsventil V2 verbunden. Die Pilotventile V1 und V2 sind jeweils für die Steuerung eines Pilotdrucks auf der Ausgangsseite angepasst, der von ihrer Betätigung abhängt.
Die Einlassöffnung 5 jedes der Verteilventile 3, 4 sind in der Nullstellung geschlossen, wie in Fig. 1 gezeigt. Wird es in eine Stellung links oder rechts von der Nullstellung verschoben, dann öffnet sich eine variable Öffnung 6, und die Öffnungsweite der variablen Öffnung 6 wird durch das Maß der Verschiebung des Verteilventils gesteuert.
Die variable Öffnung 6 ist auf ihrer stromabwärts gelegenen Seite über ein Rückschlagventil 7 an ein Druckausgleichsventil 8 angeschlossen. Ferner ist das Druckausgleichsventil 8 so angeordnet, daß es auf seiner stromabwärts gelegenen Seite mit einer Zuführungsöffnung 9 jedes der Verteilventile 3 und 4 in Verbindung steht. Die Zuführungsöffnungen 9 bleiben geschlossen, wenn sich das betreffende Verteilventil 3 oder 4 in seiner Nullstellung befindet, und sie können mit einer der Öffnungen 10 und 11 der Stellorgane in Verbindung kommen, wenn die Verteilventile 3 und 4 aus ihrer Nullstellung in eine Stellung weiter links oder weiter rechts verschoben werden. Zu diesem Zeitpunkt steht die andere der Öffnungen 10 und 11 der Stellorgane mit einer Tankleitung 12 weiterhin in Verbindung.
Ferner ist jedes der Verteilventile 3 und 4 mit einer Öffnung 13 ausgebildet, die auf Belastung anspricht und so angeordnet ist, daß sie mit der Öffnung eines Stellorgans auf der Hochdruckseite in Verbindung steht.
Das vorstehend beschriebene Druckausgleichsventil 8 funktioniert so, daß es auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Rückschlagventils 7 eine Pilotdruckkammer 8a mit Druck beaufschlagt und desgleichen auf der Seite der auf Belastung ansprechenden Öffnung 13 eine Pilotdruckkammer 8b mit Druck beaufschlagt. Zu diesem Zweck ist eine Vielzahl von Durchgangsventilen 14 so angeordnet, daß ein maximaler Lastdruck der über die Verteilventile 3 und 4 gesteuerten Stellorgane gewählt wird und daß mit diesem Druck die Pilotdruckkammern 8b beaufschlagt werden.
Die Steuerung durch das so konstruierte Druckausgleichsventil 8 erfolgt so, daß ein Druck auf der in Durchflussrichtung unterhalb gelegenen Seite der variablen Öffnung 6 um ein vorbestimmtes Niveau höher gehalten wird als der maximale Lastdruck.
Mit dem von den Durchgangsventilen 14 gewählten maximalen Lastdruck wird eine Pilotdruckkammer 15a eines Steuerventils 15 beaufschlagt. Die andere Pilotdruckkammer 15b des Steuerventils 15 wird mit einem Druck in der vorstehend erwähnten Hochdruckleitung 2 oder dem Auslassdruck der verstellbaren Pumpe 1 beaufschlagt. Somit erfolgt die Betätigung des Steuerventils 15 in Abhängigkeit von einer relativen Differenz zwischen dem Auslassdruck der verstellbaren Pumpe 1 und dem maximalen Lastdruck. Diese Betätigung des Steuerventils 15 bewirkt die Betätigung eines Steuerzylinders 16, der einen Steuerungsmechanismus zur Konstanthaltung des Förderstroms der verstellbaren Pumpe 1 darstellt, um dadurch sicherzustellen, daß der Auslassdruck der verstellbaren Pumpe 1 stets um ein vorbestimmtes Niveau höher gehalten wird, als der maximale Lastdruck.
Die vorstehend beschriebenen Verteilventile 3 und 4 sind an den Stellorganöffnungen 10 und 11 über die Leitungen 17 und 18 mit den Druckbegrenzungsventilen 21 und 22 verbunden. Die Ziffer 23 bezeichnet ein Hauptentlastungsventil.
In der herkömmlichen Steuereinrichtung, die in der vorstehend beschriebenen Weise gestaltet ist, bewirkt die Betätigung der Pilotventile V1 und V2, daß der Pilotdruck auf eine der Pilotdruckkammern 3b und 4b der Verteilventile 3 und 4 wirkt.
Wenn man annimmt, daß die Ventile so betätigt werden, daß der Pilotdruck auf die Pilotdruckkammern 3b und 4b wirkt, dann werden die Verteilventile 3 und 4 nach rechts verschoben.
Eine Öffnungsweite von jeder der variablen Öffnungen 6 wird in Abhängigkeit davon eingestellt, wie weit die Verteilventile 3 und 4 verschoben werden und der Förderstrom des Hydrauliköls oder der Hydraulikflüssigkeit der Verstellpumpe 1 wird in Abhängigkeit vom Verhältnis der Öffnungsweite der variablen Öffnung 6 des Verteilventils 3 zu der des Verteilventils 4 verteilt. So wird durch die Leitungen 18 Hydraulikflüssigkeit in die unteren Kammern 19a und 20a der Zylinder 19 und 20 zugeführt, in Abhängigkeit von den Öffnungsweiten an den Verteilventilen 3 und 4. In den oberen oder kolbenseitigen Kammern 19b und 20b der Zylinder 19 und 20 wird Hydraulikflüssigkeit über die Leitungen 17 durch die Verteilventile 3 und 4 zur Tankdurchgangsleitung 12 zurückgeleitet.
Der maximale Lastdruck der Stellorgane wirkt auf den Steuerzylinder 16 zur Steuerung des Förderstroms der verstellbaren Pumpe 1. Insbesondere erfolgt die Steuerung so, daß ein in Fig. 3 dargestelltes Produkt von Q · P festgelegt werden kann, wobei P ein Druck der verstellbaren Pumpe 1 und Q die Menge der von der verstellbaren Pumpe 1 geförderten Hydraulikflüssigkeit ist. Je mehr deshalb der maximale Lastdruck erhöht wird, desto mehr verringert sich die Menge der von der verstellbaren Pumpe 1 geförderten Hydraulikflüssigkeit. Die so reduzierte Menge an Hydraulikflüssigkeit wird abhängig vom Quotienten der Öffnungsweiten der variablen Öffnungen 6 der Verteilventile 3 und 4 verteilt.
Die vorstehend beschriebene herkömmliche Einrichtung ist der Steuerung des Auslassdrucks der verstellbaren Pumpe 1 durch die Wirkung des höchsten Lastdrucks einer Vielzahl von Stellorganen angepasst und kann daher die Stellorgane oft nicht betätigen.
Insbesondere wenn beispielsweise ein voller Hub des Zylinders 20 ausgeführt wird, während die Öffnungsweite einer variablen Öffnung 6 des Verteilventils 3 auf einem Minimum gehalten wird und die Öffnungsweite einer variablen Öffnung 6 des Verteilventils 4 auf einem Maximum, wird die Last erhöht und dadurch eines der am Zylinder 20 angeschlossenen Druckbegrenzungsventile 21 und 22 betätigt. Wird der Druck in einem Kreislauf auf diese Weise so weit erhöht, daß das Druckbegrenzungsventil betätigt wird, dann wird die Menge der von der verstellbaren Pumpe 1 geförderten Hydraulikflüssigkeit so reduziert, wie in der Kurve von Fig. 3 für eine konstante Leistung gezeigt. Eine solche Verringerung der Fördermenge an hydraulischer Flüssigkeit verhindert fast vollständig die Zufuhr von hydraulischer Flüssigkeit zur Seite des nur geringfügig betätigten Verteilventils 3, was im schlimmsten Fall bewirkt, daß der Zylinder 19 gestoppt wird.
Nun wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen eine lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung gemäß der gegenwärtigen Erfindung beschrieben.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der lastdruckkompensierten aktiven hydraulischen Steuereinrichtung ist eine Pilotdruckkammer 4b eines Verteilventils 4 durch ein mit einem Pilotdurchgang 24 von der Kammer 4b verbundenes Pilotventil 25 mit einem Tank T verbunden. Das Pilotventil 25 ist so gestaltet, daß die elastische Kraft einer Feder 26 auf eine Seite des Pilotventils 25 wirkt und daß ein Druck in der Leitung 18 auf eine Pilotdruckkammer 27 wirkt, die auf der anderen Seite des Pilotventils 25 vorgesehen ist. Das so gestaltete Pilotventil 25 wird geöffnet, wenn sich der Druck in der Leitung 18 oder ein Lastdruck eines Zylinders 20 einem am Druckbegrenzungsventil 22 eingestellten Druck nähert.
Befindet sich das Pilotventil 25 in einer in Fig. 1 gezeigten normalen Stellung, dann schließt es den Pilotdurchgang 24. Durch eine Verschiebung des Pilotventils 25 wird bewirkt, daß die Pilotdruckkammer 4b des Verteilventils 4 mit dem Tank in Verbindung kommt.
Der übrige Teil des veranschaulichten Ausführungsbeispiels kann im Wesentlichen in der gleichen Weise ausgeführt sein, wie die vorstehend beschriebene herkömmliche Einrichtung.
Nun wird die Arbeitsweise des veranschaulichten, wie vorstehend beschrieben gestalteten Ausführungsbeispiels der lastdruckkompensierten aktiven hydraulischen Steuereinrichtung beschrieben, wobei von der Annahme ausgegangen wird, daß das Verteilventil 4 in eine Stellung auf der rechten Seite gebracht wird, während die Öffnungsweite einer variablen Öffnung 6 auf einem Minimum gehalten wird.
Unter solchen Bedingungen bewirkt ein voller Hub des Zylinders 20 eine Lastzunahme, durch die ein Druck erzeugt wird, der das Pilotventil 25 öffnet. Dieses Öffnen des Pilotventils 25 bewirkt, daß die Pilotdruckkammer 4b des Verteilventils 4 mit dem Tank T in Verbindung kommt, und durch die resultierende Verminderung des Drucks wird das Verteilventil 4 in eine Nullstellung gebracht. So wird die Öffnungsweite einer variablen Öffnung 6 des Verteilventils 4 verkleinert, um die dem Zylinder 20 zugeführte Menge an Hydraulikflüssigkeit entsprechend zur verringern. Ist beispielsweise die Öffnungsweite der variablen Öffnung 6 des Verteilventils 4 im Vergleich zur Öffnungsweite der variablen Öffnung 6 des Verteilventils 3 klein, dann erfolgt die Verteilung der von der verstellbaren Pumpe 1 geförderten Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen den beiden Öffnungsweiten, und infolgedessen wird auch dem mit dem Verteilventil 3 verbundenen Zylinder 19 Hydraulikflüssigkeit zugeführt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Pilotventil 25 nur mit der an der unteren Kammer 20a des Zylinders 20 angeschlossenen Leitung 18 verbunden. Wahlweise kann das Pilotventil 25 auch nur mit der Leitung 17 oder mit beiden Leitungen 17 und 18 verbunden sein.
Die Einrichtung des wie vorstehend beschrieben gestalteten Ausführungsbeispiels gewährleistet die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zum anderen Zylinder 19 auch dann, wenn ein Lastdruck auf der Seite des Zylinders 20 auf ein Niveau erhöht wird, das sich dem am Druckbegrenzungsventil eingestellten Druck nähert und verhindert damit, daß der Zylinder 19 gestoppt wird.
Wie aus vorstehenden Ausführungen ersichtlich ist, verhindert die lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv eine extreme Reduzierung der Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zum anderen Stellorgan selbst dann, wenn ein Lastdruck eines der Stellorgane auf ein Niveau erhöht wird, das dem am Druckbegrenzungsventil eingestellten Druck entspricht oder nahe kommt. Damit ist das beim Stand der Technik bestehende Problem eines Ausfalls des äußeren Stellorgans beseitigt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben, aber offensichtlich sind anhand der vorstehenden Lehren Abwandlungen und Variationen möglich. Deshalb ist daraus zu verstehen, daß die Erfindung im Rahmen der angefügten Ansprüche auch anders als speziell beschrieben angewandt werden kann.

Claims

1. Eine lastdruckkompensierte aktive hydraulische Steuereinrichtung, bestehend aus einem Tank (T), einer Vielzahl von Stellorganen (19, 20) die mit Druckleitungen (17, 18) und parallel geschalteten Verteilventilen (3, 4) versehen sind, wobei an beiden Seiten jedes der Verteilventile (3, 4) Pilotdruckkammern (3a, 3b, 4a, 4b) vorgesehen sind und wobei jedes der Verteilventile (3, 4) mit veränderlichen Öffnungen (6) versehen ist, deren Öffnungsweite in Abhängigkeit vom Druck in den Pilotdruckkammern (3a, 3b, 4a, 4b) gesteuert wird, einem Druckausgleichsventil (8), das den variablen Öffnungen jedes der Verteilventile (3, 4) nachgeschaltet ist, um eine Druckdifferenz zwischen einem Lastdruck und einem stromabwärts der variablen Öffnungen (6) herrschenden Druck konstant zu halten, den Stellorganen (19, 20) nachgeschalteten Druckbegrenzungsventilen (21, 22) und einem Mechanismus zur Steuerung des Pumpenförderstroms (16), der derart angeordnet ist, daß der auf den Lastdruck jedes der Stellorgane (19, 20) ansprechende Förderstrom einer Pumpe (1) konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pilotventil (25) so vorgesehen ist, daß zumindest eine der Pilotdruckkammern (3a, 3b, 4a, 4b) zumindest eines der Verteilventile (3, 4) mit dem Tank (T) in Verbindung stehen kann, wenn der Lastdruck in mindestens einer der Druckleitungen (17, 18) zumindest eines der Stellorgane (19, 20) dem am Druckbegrenzungsventil (22) eingestellten Druck entspricht oder nahe kommt.