DE102013214861A1

DE102013214861A1 - Verstellvorrichtung für eine hydrostatische Pumpe und hydrostatische Pumpe

Info

Publication number: DE102013214861A1
Application number: DE201310214861
Authority: DE
Inventors: Friedemann Nordt; Andreas Apperger; Nadine Glatthaar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-05-22
Also published as: CN103671058A; CN103671058B

Abstract

Offenbart ist eine Verstellvorrichtung, die zur Verstellung des Hubvolumens einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe vorgesehen ist und die ein Leistungsregelventil, das einen ersten Anschluss, dem Steueröl von einem Druckanschluss der Pumpe zufließen kann, einen zweiten Anschluss, der mit einem Tank verbindbar ist, und einen dritten Anschluss, der mit einer Stellkammer am Stellkolben verbunden ist, und einen Ventilschieber aufweist, der im Sinne einer Verringerung des Hubvolumens der Pumpe von einem Steuerdruck und im Sinne einer Vergrößerung des Schwenkwinkels von einer Federanordnung beaufschlagbar ist. Der Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, eine solche Verstellvorrichtung so auszubilden, dass verschiedene Leistungsstufen eingestellt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass eine einstellbare Ventilanordnung vorhanden ist, über die je nach Einstellung der Ventilschieber des Leistungsregelventils mit einem dem Druck am Druckanschluss der Pumpe entsprechenden Steuerdruck oder mit einem gegenüber dem Druck am Druckanschluss der Pumpe verringerten Steuerdruck beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung, die zur Verstellung des Hubvolumens einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe vorgesehen ist und die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.
Die hydrostatische Pumpe kann beispielsweise eine Verstellpumpe in Axialkolbenbauweise sein, bei der ein Fördervolumenstrom durch Verändern eines Schwenkwinkels einer Schrägscheibe verstellt wird. Aus der DE 10 2008 038 435 A1 ist der Grundaufbau einer Verstellvorrichtung für eine elektroproportionale Schwenkwinkelregelung einer Verstellpumpe bekannt. Dabei wird die Schrägscheibe von einem Stellkolben eines Stellzylinders in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels und von einem Gegenkolben eines Gegenzylinders in Richtung einer Verringerung des Schwenkwinkels beaufschlagt. Der Gegenkolben ist stets mit Hochdruck beaufschlagt, während über ein elektrisch angesteuertes proportional verstellbares Regelventil einer Stellkammer des Stellzylinders Steueröl zugeführt oder aus dieser zum Tank abgeführt werden kann. Ein Ventilschieber des Regelventils steht über eine Rückführfeder in Wirkverbindung mit dem Stellkolben. Über einen Proportionalmagneten des Regelventils kann so der Schwenkwinkel proportional zu der Stärke des Stromes, der durch den Elektromagneten fließt, eingestellt werden.
Eine Leistungsregelung, genauer eine Momentenregelung, für eine Verstellpumpe ist aus der DE 100 01 826 C1 bekannt. Da in die Leistung einer Pumpe auch deren Drehzahl eingeht, ist eine Regelung, bei der das Produkt aus Druck und Fördermenge konstant gehalten wird, eigentlich eine Momentenregelung. Üblicherweise wird jedoch von einer Leistungsregelung gesprochen, wie dies auch im Folgenden geschehen soll. Dabei ist ein Leistungsregelventil vorhanden, das einen ersten Anschluss, dem Steueröl von einem Druckanschluss der Pumpe zufließen kann, einen zweiten Anschluss, der mit einem Tank verbindbar ist, und einen dritten Anschluss, der mit einer Stellkammer am Stellkolben verbunden ist, und einen Ventilschieber aufweist, der im Sinne einer Verringerung des Schwenkwinkels einer Axialkolbenpumpe vom Pumpendruck und im Sinne einer Vergrößerung des Schwenkwinkels von zwei Federn beaufschlagbar ist, wobei bei kleinen Schwenkwinkeln beide Federn und bei größeren Schwenkwinkeln nur eine Feder am Ventilschieber angreift. Auf diese Weise erhält man eine Leistungsregelkurve, die sich aus zwei geraden Abschnitten zusammensetzt und einer hyperbolischen Kurve konstanter Leistung angenähert ist.
Weiterhin ist es zum Beispiel aus der EP 826 110 B1 bekannt, den Schwenkwinkel einer Pumpe mit einem Leistungsregelventil einzustellen, das über hydraulische Steuerleitungen mit einem Druck-Förderstromregler verbunden ist. Dieser hat einen Load-Sensing-Anschluss, über den der lasthöchste Verbraucherdruck der von der Pumpe versorgten Verbraucher an den Druck-Förderstromregler gemeldet wird, so dass die Pumpe dem entsprechend geregelt werden kann.
Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt den Load-Sensing-Anschluss des Druck-Förderstromreglers mehr oder weniger gedrosselt an die Hochdruckseite der Pumpe anschließbar auszuführen. Damit kann der an dem Load-Sensing-Anschluss und an einem Momentenventil, das nach Art eines direkt gesteuerten Druckbegrenzungsventil, auf dessen Schließfeder der Schwenkwinkel rückgeführt wird anliegende Steuerdruck verändert und damit die Leistungskurve verschoben werden. Damit ist die Leistung der Pumpe in zwei Stufen über das Schaltventil bedarfsorientiert wählbar.
Nachteilig an derartigen Verstellvorrichtungen für hydrostatische Pumpen ist, dass für die Schaltstellung mit der erhöhten Leistung ein von der Hochdruckseite der Pumpe „abgezweigter“ Steuerölstrom nötig ist, der den Wirkungsgrad der Pumpe verringert.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Verstellvorrichtung, die zur Verstellung des Hubvolumens einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe vorgesehen ist und die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, und eine entsprechende Pumpe so auszubilden, dass verschiedene Leistungsstufen eingestellt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verstellvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Pumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung für verstellbare hydrostatische Pumpen hat ein Leistungsregelventil, das einen ersten Anschluss, dem Steueröl von einem Druckanschluss der Pumpe zufließen kann, einen zweiten Anschluss, der mit einem Tank verbindbar ist, und einen dritten Anschluss, der mit einer Stellkammer am Stellkolben verbunden ist, und einen Ventilschieber aufweist, der im Sinne einer Verringerung des Hubvolumens der Pumpe von einem Steuerdruck und im Sinne einer Vergrößerung des Schwenkwinkels von einer Federanordnung beaufschlagbar ist. Es ist eine einstellbare Ventilanordnung vorhanden, über die je nach Einstellung der Ventilschieber des Leistungsregelventils mit einem dem Druck am Druckanschluss der Pumpe entsprechenden Steuerdruck oder mit einem gegenüber dem Druck am Druckanschluss der Pumpe verringerten Steuerdruck beaufschlagbar ist
Damit wird in einem ersten Betriebszustand der Verstellvorrichtung der an dem Hochdruckanschluss der Pumpe anstehende Pumpendruck nicht reduziert als Steuerdruck an den Ventilschieber des Leistungsregelventils übermittelt oder es wird in einem zweiten Betriebszustand der Pumpendruck durch die Ventilanordnung auf einen verringerten Steuerdruck reduziert. Im ersten Betriebszustand wird eine niedrigere Leistungsstufe der Pumpe über das Leistungsregelventil eingestellt. Im zweiten Betriebszustand wird eine höhere Leistungsstufe der Pumpe eingestellt.
Die Ventilanordnung befindet sich bevorzugt zwischen dem Druckanschluss des Leistungsregelventils und dem Druckanschluss der Pumpe, so dass in dem einen Zustand der Ventilanordnung am Druckanschluss des Leistungsregelventils an dessen Druckanschluss der gegenüber dem Pumpendruck niedrigere Steuerdruck ansteht. Dies bleibt jedoch ohne Auswirkungen, da der am Stellkolben sich aufbauende Stelldruck üblicherweise weit niedriger als der Pumpendruck ist.
Prinzipiell könnte sich die Ventilanordnung auch in der Steuerzweigleitung an den Ventilschieber befinden, so dass am Druckanschluss des Leistungsregelventils der Pumpendruck anstünde. Die Steuerzweigleitung führt jedoch meist auf kurzem Wege vom Druckanschluss des Leistungsregelventil an eine Steuerfläche des Ventilschiebers und es erscheint aufwendig, die Ventilanordnung in diese Steuerzweigleitung einzufügen.
Bei einer vorrichtungstechnisch einfachen Ausführungsform ist die Ventilanordnung in einen vorbestimmten reduzierten Öffnungsquerschnitt schaltbar, so dass zwischen zwei Leistungsstufen der Pumpe gewählt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst die Ventilanordnung ein Druckdifferenzventil, das eine in Richtung einer Verkleinerung des Durchflussquerschnitts auf einen Schließkörper wirkende Regelfeder hat
Bevorzugt ist die Vorspannung der Regelfeder einstellbar. Durch die Veränderung der Vorspannung – zum Beispiel in zwei Stufen – ist die Druckdifferenz über das Druckdifferenzventil und damit die Differenz zwischen dem Steuerdruck und dem Pumpendruck einstellbar. Ist die Regelfeder weitgehend entspannt, so ist die Druckdifferenz sehr klein und der Steuerdruck entspricht nahezu dem Pumpendruck. Bei vorgespannter Regelfeder erhält man eine entsprechende Druckdifferenz. Das Druckdifferenzventil schließt, wenn die eingestellte Druckdifferenz erreicht ist. Steueröl fließt dann nur noch, wenn stromab des Druckdifferenzventils ein Abfluss von Steueröl erfolgt, zum Beispiel durch Zufuhr von Steueröl in eine Stellkammer an einem Stellkolben. Man hat damit einen guten hydraulischen Wirkungsgrad in jeder Leistungsstufe.
Insbesondere bei einer kleinen Nenngröße der zu regelnden Pumpe oder bei einem Einsatz der Pumpe in der Mobilhydraulik ist die erfindungsgemäße Verbesserung des Wirkungsgrades bei maximaler Leistung wichtig.
Die Regelfeder kann sich vorzugsweise an einem Gehäuse der Ventilanordnung abstützen. Der Schließkörper hat vorzugsweise einen kegeligen Verschlussabschnitt.
Die Vorspannung der Regelfeder kann über einen im Gehäuse der Ventilanordnung positionierbaren Ventilsitz einstellbar sein.
Dabei wird es bevorzugt, wenn der Ventilsitz an einem Ventilsitzstift gebildet ist, der durch eine schaltbare Verbindung – insbesondere über ein Schaltventil – mit der Hochdruckseite der Pumpe positionierbar ist. Damit kann der Ventilsitzstift den Schließkörper gegen die Regelfeder verschieben, um so deren Vorspannung einzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Ventilsitzstift in Richtung einer Vergrößerung der Vorspannung der Regelfeder von der Kraft einer Schaltfeder und an einer Steuerfläche über die schaltbare fluidische Verbindung mit Pumpendruck beaufschlagbar. Da die Regelfeder stets eine gewisse Spannung aufweisen sollte, um den Schließkörper des Druckdifferenzventils am Ventilsitz zu halten, wirkt in Richtung einer Vergrößerung der Vorspannung der Regelfeder die Schaltfeder auf den Ventilsitzstift, damit dieser sicher schaltet.
Bei einer anderen Weiterbildung mit Ventilsitzstift ist dieser manuell in dem Gehäuse der Ventilanordnung positionierbar. Vorrichtungstechnisch einfach ist ein Gewindeeingriff zwischen dem Ventilsitzstift und dem Gehäuse.
Der Ventilsitzstift kann auch über eine elektromagnetische Verstellvorrichtung verschoben werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist dabei der Ventilsitzstift von einer in Richtung Verringerung der Vorspannung der Regelfeder wirkenden Kraft einer Schaltfeder beaufschlagt. Dagegen in Richtung einer Vergrößerung der Vorspannung der Regelfeder wirkt die elektromagnetische Verstellvorrichtung.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist die Ventilanordnung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ein Druckdifferenzventil auf, das nicht schaltbar sein muss, so dass der positionierbare Ventilsitz entfallen kann. Das Druckdifferenzventil hat die in Richtung Schließen auf einen Schließkörper wirkende Regelfeder, die sich vorzugsweise an einem Gehäuse der Ventilanordnung abstützt. Zum Umschalten der Ventilanordnung ist parallel zu dem Druckdifferenzventil ein schaltbares Bypassventil angeordnet. Damit lässt sich erfindungsgemäß der Steuerdruck am Leistungsregelventil in zwei Stufen verändern und man hat zwei Leistungsstufen.
Bei einer anderen vorrichtungstechnisch besonders einfachen Variante ist die Ventilanordnung eine einstellbare Blende. Damit lässt sich erfindungsgemäß von der Hochdruckseite der Pumpe zum Leistungsregelventil ebenfalls eine Druckdifferenz erzeugen.
Dabei wird es bevorzugt, wenn die Blende eine Drosselschraube hat, die manuell in einem Gehäuse der Ventilanordnung drehbar und dadurch gegenüber einem Radialbund oder Sitz des Gehäuses positionierbar ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist die Ventilanordnung eine nicht veränderbare Blende auf, so dass die positionierbare Drosselschraube entfallen kann. Zum Umschalten der Ventilanordnung ist parallel zur Blende ein schaltbares Bypassventil vorgesehen. Damit lässt sich erfindungsgemäß der Steuerdruck am Leistungsregelventil in zwei Stufen verändern und man hat zwei Leistungsstufen
Abweichend davon kann die parallel zum Bypassventil angeordnete Blende auch einstellbar sein und insbesondere vor Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung justiert werden. Dazu hat die Blende vorzugsweise eine Drosselschraube, die manuell in einem Gehäuse der Ventilanordnung drehbar und dadurch gegenüber einem Radialbund oder Sitz des Gehäuses positionierbar ist.
Die erfindungsgemäße hydrostatische Pumpe ist vorzugsweise eine Axialkolbenpumpe der Mobilhydraulik und hat eine vorbeschriebene Verstellvorrichtung, wobei die Ventilanordnung in einem Pumpengehäuse angeordnet sein kann.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen
1 ein Schaltbild einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung,
2 ein Schaltbild einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung,
3 eine erste Variante eines Druckdifferenzventils für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 in einem Längsschnitt,
4 eine zweite Variante eines Druckdifferenzventils für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 in einem Längsschnitt,
5 eine dritte Variante eines Druckdifferenzventils für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 in einem Längsschnitt,
6 ein Schaltbild einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe mit einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung,
7 ein Schaltbild einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe mit einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung und
8 eine einstellbare Blende für das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel gemäß den 6 und 7.
1 zeigt ein Schaltbild einer verstellbaren hydrostatischen Pumpe 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung für eine verschwenkbare Schrägscheibe 2 der Pumpe 1. Die Verstellvorrichtung umfasst einen von einem Leistungsregelventil 4 gebildeten Leistungsregler und einen Stellkolben 6, der an die Schrägscheibe 2 gekoppelt ist. Weiterhin hat die Verstellvorrichtung einen an ein Pumpengehäuse 7 angesetzten Druck-Förderstromregler 8 und eine in das Pumpengehäuse 7 eingesetzte erfindungsgemäße Ventilanordnung. Diese umfasst beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 und beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 und beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß 5 ein Druckdifferenzventil 10; 110; 210.
Der Druck-Förderstromregler 8 ist mit dem Pumpengehäuse 7 über einen Hochdruck-Steueranschluss 12, über einen Steueranschluss 14 und über einen Leckageanschluss 16 verbunden. Weiterhin hat der Druck-Förderstromregler 8 einen Load-Sensing-Anschluss X, über den der höchste Verbraucherdruck aller von der Pumpe 1 versorgten (nicht näher gezeigten) Verbraucher an den Druck-Förderstromregler 8 gemeldet wird. Der Druck-Förderstromregler hat einen durch ein 3/2-Wegeventil gebildeten Förderstromregler 18 und einen durch ein 3/2-Wegeventil gebildeten Druckregler 20. Der Druck-Förderstromregler 8 regelt in Abhängigkeit von den Drücken am Hochdruck-Steueranschlusses 12 und am Load-Sensing-Anschlusses X den Fluss von Steueröl am Steueranschluss 14, der mit einem Anschluss 22 des Leistungsregelventils 4 verbunden ist.
Ein weiterer Anschluss 24 des Leistungsregelventils 4 wird von einem Steueranschluss 26 über das Druckdifferenzventil 10; 110; 210 mit Steueröl versorgt. Der Steueranschluss 26 ist mit dem Hochdruck- beziehungsweise Arbeitsanschluss B der Pumpe 1 verbunden, so dass der Anschluss 24 des Leistungsregelventils 4 über das Druckdifferenzventil 10; 110; 210 vom Hochdruckanschluss der Pumpe mit Steueröl versorgt wird. Zwischen dem Druckdifferenzventil und dem Anschluss 24 des Leistungsregelventils 4 zweigt ein Steuerzweigleitung 21 zu einer Steuerfläche am Ventilschieber des Leistungsregelventils ab, über die diese Steuerfläche mit einem dem Druck stromab des Druckdifferenzventils entsprechenden Steuerdruck beaufschlagt wird. Derselbe Druck steht auch am Anschluss 24 des Leistungsregelventils 4 an.
Die Verstellvorrichtung hat ein Koppelelement 25, über das eine Wegrückkopplung von der Schrägscheibe 2 beziehungsweise von dem Stellkolben 6 zum Ventilkolben des Leistungsregeventils 4 über zwei Federn 23 geschaffen ist, die auf den Ventilschieber des Leistungsregelventils eine Kraft entgegen der durch den Steuerdruck erzeugten Kraft ausüben. Je nach Stellung der Schrägscheibe sind die Federn 23 verschieden stark gespannt, so dass die von ihnen ausgeübte Kraft von der Stellung der Schrägscheibe abhängt.
Das Leistungsregelventil 4 hat einen dritten Anschluss, der mit einer Stellkammer am verbunden ist. Über diesen Anschluss 27 fließt der Stellkammer Steueröl zu, wenn der Schwenkwinkel der Schrägscheibe verkleinert werden soll, und über diesen Anschluss wird aus der Stellkammer Steueröl zu einem Tank verdrängt, wenn der Schwenkwinkel der Schrägscheibe vergrößert werden soll.
2 zeigt ein Schaltbild der verstellbaren hydrostatischen Pumpe 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung. Diese hat alle Komponenten der in 1 gezeigten Verstellvorrichtung, also insbesondere das Leistungsregelventil 4, den Druck-Förderstromregler 8 und das Druckdifferenzventil 10; 110; 210.
Zusätzlich zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel parallel zum Druckdifferenzventil 10; 110; 210 ein als 2/2-Wegeventil ausgebildetes Bypassventil 28 angeordnet, über das zwischen dem Steueranschluss 26 und dem Anschluss 24 des Leistungsregelventils 4 eine zusätzliche Verbindung geöffnet und geschlossen werden kann. Dazu hat das Bypassventil 28 eine durch eine Feder vorgespannte Öffnungsstellung und eine durch einen Aktor schaltbare Schließstellung.
Ist das Bypassventil offen, so ist das Druckdifferenzventil wirkungslos und geschlossen. Der Pumpendruck steht in der Zweigleitung 21 und damit an der Steuerfläche des Ventilschiebers des Leistungsregelventils 4 an. Man erhält eine einer niedrigeren Leistungsstufe entsprechende Leistungsregelung. Wird das Bypassventil geschlossen, so sinkt der Druck am Anschluss 24 und in der Steuerzweigleitung 21 aufgrund von Leckage über den Ventilschieber und den Stellkolben ab. Erreicht die Differenz zwischen dem Pumpendruck und dem absinkenden Druck den an dem Druckdifferenzventil eingestellten Wert, so lässt dies immer so viel Steueröl passieren, dass der Druck an seinem stromabwärtigen Anschluss und damit in der Steuerzweigleitung 21 immer um eine feste Differenz geringer als der Pumpendruck ist. Die Leistungsregelung spricht also erst bei Pumpendrücken an, die um die Druckdifferenz höher sind als in der niedrigen Leistungsstufe. Die Leistung wird also nun entsprechend der höheren Leistungsstufe geregelt.
Die 3 bis 5 zeigen jeweils einen Ausschnitt des Pumpengehäuses 7, in dem jeweils ein Zulauf 30 zum und ein Ablauf 32 vom jeweiligen Druckdifferenzventil 10; 110; 210 ausgebildet ist. Die drei Varianten gemäß den 3 bis 5 haben jeweils einen Schließkörper 34, der über eine Regelfeder 36 gegen einen Ventilsitzstift 38; 138; 238 vorgespannt ist. Dabei liegt ein kegeliger Abschnitt des Schließkörpers 34 an einem ringförmigen Ventilsitz des Ventilsitzstiftes 38; 138; 238 an. Der Schließkörper 34 wird in Öffnungsrichtung von einer Kraft, die von dem Druck im Zulauf 30 an einer Fläche, die durch den Durchmesser des Ventilsitzes gegeben ist, erzeugt wird, und in Schließrichtung von der Kraft der Regelfeder 36 und von einer Kraft, die von dem Druck im Ablauf 32 an einer Fläche erzeugt, deren effektive Größer wiederum durch den Durchmesser des Ventilsitzes gegeben ist, beaufschlagt. Kräftegleichgewicht am Schließkörper 34 herrscht, wenn der Druck im Ablauf 32 um das Druckäquivalent der Feder 36, also um eine durch den Quotienten aus der Kraft der Feder und die Größe einer Druckangriffsfläche gegebene Druckdifferenz kleiner ist als der Druck im Zulauf 30.
Im Folgenden werden die Unterschiede der drei Varianten 10; 110; 210 des Druckdifferenzventils gemäß den 3 bis 5 erläutert.
3 zeigt die erste Variante des Druckdifferenzventils 10 für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung. Stirnseitig am Ventilsitzstift 38 sind ein Steuerdruckraum 40 und eine Schaltfeder 42 angeordnet, über die der Ventilsitzstift 38 in Richtung zum Schließkörper 34 verschoben werden kann, wodurch die Schließkraft der Regelfeder 36 erhöht wird. Dabei zeigt 3 das Druckdifferenzventil 10 mit maximaler Vorspannung der Regelfeder 36. Die Schaltfeder 42 stützt sich an einem Anschlussnippel beziehungsweise an einer Anschlussbuchse 44 ab, die in das Pumpengehäuse 7 eingeschraubt ist. Über die Anschlussbuchse 44 ist der Steuerdruckraum 40 mit der Hochdruckseite beziehungsweise mit dem Hochdruckanschluss B der Pumpe 1 (vgl. 1 und 2) verbindbar. Dazu ist eine Verbindungsleitung zwischen der Hochdruckseite der Pumpe 1 und der Anschlussbuchse 44 mit einem Schaltventil (beide nicht gezeigt) vorgesehen. 3 zeigt das Druckdifferenzventil 10 eingestellt auf maximale Druckdifferenz, die durch Beaufschlagung des Steuerdruckraums 40 mit Hochdruck erzeugt ist. Dabei liegt ein radialer Bund 46 des Ventilsitzstiftes 38 an einem Anschlag 48 des Pumpengehäuses 7 an.
Am Ventilsitzstift 38 ist im Bereich des Zulaufs 30 eine radiale Rückstufung vorgesehen, von der eine Bohrung 50 ausgeht, die in eine stirnseitige Sackbohrung 51 mündet, deren Mündungskante die Sitzkante für den Schließkörper 34 bildet. Damit ergibt sich ein Steuerölstrom durch das Druckdifferenzventil 10 vom Zulauf 30 über die radiale Rückstufung, über die Bohrung 50, über den Ventilsitz mit dem Schließkörper 34 zum Ablauf 32.
Durch Druckreduzierung im Steuerdruckraum 40 kann der Ventilsitzstift 38 (in 3) in Richtung auf die Anschlussbuchse 44 zu verschoben werden, bis der Bund 46 an der Anschlussbuchse 44 anliegt. Dabei wandert der Schließkörper 34 unter dem Einfluss der dabei ihre Vorspannung verringernden Regelfeder 36 mit. Auf diese Weise wird der Druckabfall am Druckdifferenzventil verringert, um die verringerte Leistungsstufe der Pumpe 1 zu aktivieren. Wenn im Steuerdruckraum 40 Tankdruck ansteht, ist der Ventilsitzstift 38 gegen die Schaltfeder 42 an die Anschlussbuchse 44 verschoben, da innerhalb seines Ventilsitzes über den Zulauf 30 und über die Bohrung 50 Hochdruck anliegt, und an einer Ringfläche des Ventilsitzstiftes 38 außerhalb des Ventilsitzes ein um das (vergleichsweise geringe) Druckäquivalent der weitgehend entspannten Regelfeder 36 gegenüber dem Hochdruck verringerter Druck ansteht. Dabei ist weitgehend der Hochdruck maßgebend für die Leistungskurve. Die Leistung wird auf der kleineren Leistungsstufe geregelt.
Wird der Steueranschluss der Anschlussbuchse 44 und damit der Steuerdruckraum 40 mit Hochdruck beaufschlagt, ist der Ventilsitzstift 38 je nach anfänglicher Vorspannung der Regelfeder 36 mehr oder weniger druckausgeglichen. Wenn die anfängliche Vorspannung der Regelfeder 36 relativ hoch ist, kann das Ungleichgewicht der hydraulischen Kräfte genügen, den Ventilsitzstift 38 im Sinne einer stärkeren Vorspannung der Regelfeder 36 bis in die in 3 gezeigte Position an den Anschlag 48 zu verschieben. Ist die Regelfeder 36 anfänglich nicht oder wenig gespannt, besteht zwischen den hydraulischen Kräften kein oder nur ein geringes Ungleichgewicht. Für ein auch in einem solchen Fall sicheres Schalten des Ventilsitzstiftes 38 ist die Schaltfeder 42 vorhanden. Allerdings sollte die Regelfeder 36 anfänglich etwas vorgespannt sein, um den Schließkörper 34 sicher am Ventilsitz des Ventilsitzstiftes 38 zu halten.
4 zeigt die zweite Variante des Druckdifferenzventils 110 für das erste und zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2. Dabei werden im Folgenden nur die Unterschiede zur ersten Variante gemäß 3 erläutert. Diese sind darin zu sehen, dass der Ventilsitzstift 138 über einen Elektromagneten 145 positionierbar ist. Dabei wirkt eine Schaltfeder 142 in Richtung einer Verringerung der Vorspannung der Regelfeder 36. Die Schaltfeder 142 beaufschlagt den Bund 46 des Ventilsitzstiftes 138 an einer inneren Seite, während ein Anker 147 des Elektromagneten 145 den Bund 46 dem entgegen an einer äußeren Seite beaufschlagt. Der Anker 147 ist in einem Polrohr 144 geführt, das in das Pumpengehäuse 7 eingeschraubt ist und als Anschlag für den Bund 46 des Ventilsitzstiftes 138 dient. 4 zeigt dabei die Regelfeder 36 in ihrer maximal entspannten Stellung, die durch diesen Anschlag definiert ist. Dabei ist der Elektromagnet 145 nicht bestromt. Die Schaltfeder 142 muss dabei zunächst so stark sein, dass sie ein geringes Ungleichgewicht der hydraulischen Kräfte überwinden kann. Dieses Ungleichgewicht besteht, da in der einen Richtung der im Zulauf 30 herrschende Hochdruck über eine Bohrung 149 im Magnetraum 140 ansteht und damit am gesamten Querschnitt des Ventilsitzstiftes 138 eine Kraft auf den Ventilsitzstift in Richtung auf den Anschlag 48 zu ausübt, während in Gegenrichtung der Hochdruck nur innerhalb des Ventilsitzes ansteht und an der Ringfläche außerhalb des Ventilsitzes ein um das (vergleichsweise geringe) Druckäquivalent der weitgehend entspannten Regelfeder 36 gegenüber dem Hochdruck verringerter Druck ansteht.
Wird nun der Elektromagnet 145 bestromt, wird der Ventilsitzstift 138 gegen die Schaltfeder 142 bis zum Anschlag 48 verschoben. Die Regelfeder 36 wird stärker vorgespannt. Der Druck im Ablauf 32 des Druckdifferenzventils 110 verringert sich. Dabei muss etwas Öl wegfließen, z. B. durch Leckage über einen Ventilkolben des Leistungsregelventils 4 (vgl. 1 und 2). Das Ungleichgewicht zwischen den hydraulischen Kräften ist nun größer als vor der Umschaltung.
Wird nun der Elektromagnet 145 wieder ausgeschaltet, so soll die Schaltfeder 142 den Ventilsitzstift 138 vom Anschlag 48 weg zum Elektromagneten 145 verschieben. Die Schaltfeder 142 muss also zu Beginn der Rückschaltung so stark gespannt sein, dass sie das größere hydraulische Kräfteungleichgewicht überwinden kann. Entsprechend stark muss der Elektromagnet 145 ausgebildet sein. Um die Größe des Elektromagneten 145 zu begrenzen, sollte der Ventilsitzstift 138 weitgehend druckausgeglichen sein. Daher ist die Bohrung 149 im Pumpengehäuse 7 vorgesehen, über die der Magnetraum 140 mit dem Zulauf 30 und damit mit Hochdruck verbunden ist. Über die Bohrung 149 kann beim vorbeschriebenen Schalten auch ein Volumenausgleich stattfinden.
5 zeigt die dritte Variante des Druckdifferenzventils 210 für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2. Dabei werden im Folgenden nur die Unterschiede zu der ersten und der zweiten Variante gemäß den 3 und 4 erläutert. Diese sind darin zu sehen, dass ein äußerer Endabschnitt des Ventilsitzstiftes 238 einen mit einem Außengewinde versehenen Schraubkopf 244 hat, der in das Pumpengehäuse 7 eingeschraubt ist. Dadurch ist der Ventilsitzstift 238 im Pumpengehäuse 7 positionierbar und fixierbar, wodurch in der beschriebenen Weise die Regelfeder 36 verschieden stark vorgespannt werden kann. Dadurch wird das Druckdifferenzventil 210 auf eine bestimmte Druckdifferenz voreingestellt. Umgeschaltet zwischen den beiden Leistungskurven der Pumpe 1 wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung gemäß 2 über das Bypassventil 28.
6 zeigt ein Schaltbild der verstellbaren hydrostatischen Pumpe 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung. Diese hat einen Druck-Förderstromregler 8 gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel, ein Leistungsregelventil 104 und eine erfindungsgemäße Ventilanordnung, die beim dritten Ausführungsbeispiel als einstellbare Blende 310 ausgebildet ist. Die Blende 310 ist zwischen dem Steueranschluss 26 und dem Eingangsanschluss 24 des Leistungsregelventils 104 angeordnet.
7 zeigt ein Schaltbild der verstellbaren hydrostatischen Pumpe 1 mit einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung. Dabei ist der Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel gemäß 6 darin zu sehen, dass parallel zur einstellbaren Blende 310 das Bypassventil 28 vorgesehen ist. Damit wird eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Steueranschluss 26 und dem Eingangsanschluss 24 bereitgestellt. Dazu hat das Bypassventil 28 eine durch eine Feder vorgespannte Öffnungsstellung und eine durch einen Aktor schaltbare Schließstellung. Beim vierten Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird die einstellbare Blende 310 bei Inbetriebnahme eingestellt und die Umschaltung zwischen den beiden Leistungskurven erfolgt durch Schalten des Bypassventils 28. Wenn ein beweglicher Ventilkörper des Bypassventils 28 in seiner durch eine Feder vorgespannten Grundstellung ist, liegt Pumpendruck am Leistungsregelventil 104 an, wodurch die niedrigere Leistungsstufe gewählt ist.
8 zeigt die einstellbare Blende 310 für das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel gemäß den 6 und 7. Sie hat eine in dem Pumpengehäuse 7 gebildete Bohrung, an der eine Innenumfangsstufe 335 ausgebildet ist, die in Strömungsrichtung des Steuerdruckmittels zwischen dem Zulauf 30 und dem Ablauf 32 angeordnet ist. In der Innenumfangsstufe 335 ist ein kegeliger Abschnitt 334 derart positionierbar, dass ein Ringspalt mit einer wählbaren Größe gebildet ist. In 8 ist dieser Ringspalt minimal. Der keglige Abschnitt 334 ist einstückig mit einer Drosselschraube 338 an deren Endabschnitt gebildet. Der dem gegenüber liegende Endabschnitt ist über den Schraubkopf 244 positionierbar und fixierbar, der einstückig mit der Drosselschraube 338 gebildet ist. Damit kann die einstellbare Blende 310 manuell verstellt werden, indem die Drosselschraube 338 unterschiedlich weit in das Pumpengehäuse 7 eingedreht wird.
Über die einstellbare Drossel beziehungsweise über die einstellbare Blende 310 kann der erfindungsgemäße Druckabfall nur realisiert werden, wenn Steuerdruckmittel fließt. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist dies zumindest in der Regelstellung und in einer seitlichen Stellung des Ventilkolbens des Leistungsregelventils 104 der Fall. In der Regelstellung kann Steuerdruckmittel über die einstellbare Blende 310 sowie über das Leistungsregelventil 104, den Druckregler 20 und den Förderstromregler 18 zum Leckageanschluss L fließen. Auch unabhängig vom Druckregler 20 kann über zwei serielle Düsen und unabhängig vom Förderstromregler 18 über eine der Düsen Steuerdruckmittel zum Leckageanschluss L fließen.
Abweichend vom zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann das verstellbare Druckdifferenzventil 10; 110; 210 auch nicht verstellbar sein, da die beiden erfindungsgemäß verschiedenen Leistungsstufen zugeordneten Zustände der Ventilanordnung durch das Schalten des Bypassventils 28 gewählt werden können.
Abweichend vom vierten Ausführungsbeispiel gemäß 7 kann die verstellbare Blende 310 auch nicht verstellbar sein, da die beiden erfindungsgemäß verschiedenen Leistungsstufen zugeordneten Zustände der Ventilanordnung durch das Schalten des Bypassventils 28 gewählt werden können.
Offenbart ist eine Verstellvorrichtung für verstellbare hydrostatische Pumpen, insbesondere für Axialkolbenpumpen der Mobilhydraulik, mit einem Leistungsregler, insbesondere mit einem Leistungsregelventil, über den beziehungsweise das ein Schwenkwinkel der Pumpe in Abhängigkeit vom Pumpendruck einstellbar ist. Der Leistungsregler ist mit einer Hochdruckseite (insbesondere Hochdruckkanal oder Hochdruckanschluss) der Pumpe hydraulisch verbindbar oder verbunden. Zwischen dem Hochdruckanschluss der Pumpe und dem Leistungsregler ist eine einstellbare Ventilanordnung angeordnet. Über diese wird in einem ersten Betriebszustand der Verstellvorrichtung der an dem Hochdruckanschluss der Pumpe anstehende Pumpendruck nicht reduziert an einen Eingang des Leistungsreglers übermittelt. Oder es wird in einem zweiten Betriebszustand ein durch die Ventilanordnung gegenüber dem Pumpendruck reduzierter Druck an den Leistungsregler gegeben. Im ersten Betriebszustand werden geringere Schwenkwinkel und damit eine niedrigere Leistung der Pumpe über den Leistungsregler eingestellt. Im zweiten Betriebszustand werden höhere Schwenkwinkel und damit eine höhere Leistung der Pumpe eingestellt. Insbesondere umfasst die einstellbare Ventilanordnung ein verstellbares Druckdifferenzventil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008038435 A1 [0002]
DE 10001826 C1 [0003]
EP 826110 B1 [0004]

Claims

Verstellvorrichtung für eine hydrostatische Pumpe (1) mit einem Leistungsregelventil (4; 104), das einen ersten Anschluss, dem Steueröl von einem Druckanschluss der Pumpe zufließen kann, einen zweiten Anschluss, der mit einem Tank verbindbar ist, und einen dritten Anschluss, der mit einer Stellkammer am Stellkolben verbunden ist, und einen Ventilschieber aufweist, der im Sinne einer Verringerung des Hubvolumens der Pumpe von einem Steuerdruck und im Sinne einer Vergrößerung des Schwenkwinkels von einer Federanordnung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine einstellbare Ventilanordnung (10; 110; 210; 310) vorhanden ist, über die je nach Einstellung der Ventilschieber des Leistungsregelventils mit einem dem Druck am Druckanschluss der Pumpe entsprechenden Steuerdruck oder mit einem gegenüber dem Druck am Druckanschluss der Pumpe verringerten Steuerdruck beaufschlagbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ventilanordnung ein Druckdifferenzventil (10; 110; 210) umfasst, das eine in Richtung einer Verkleinerung des Durchflussquerschnitts auf einen Schließkörper (34) wirkende Regelfeder (36) hat.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorspannung der Regelfeder (36) einstellbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Vorspannung der Regelfeder (36) über einen in einem Gehäuse der Ventilanordnung positionierbaren Ventilsitz einstellbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Ventilsitz an einem Ventilsitzstift (38; 138; 238) gebildet ist, der durch eine schaltbare Verbindung mit der Hochdruckseite (B) der Pumpe (1) positionierbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Ventilsitzstift (38) in Richtung einer Vergrößerung der Vorspannung der Regelfeder (36) von der Kraft einer Schaltfeder (42) und an einer Steuerfläche über die schaltbare Verbindung mit Hochdruck beaufschlagbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Ventilsitz über eine elektromagnetische Verstellvorrichtung (145) positionierbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Ventilsitzstift (138) in Richtung Verringerung der Vorspannung der Regelfeder (36) wirkenden Kraft einer Schaltfeder (142) beaufschlagt ist, die entgegen der elektromagnetischen Verstellvorrichtung (145) wirkt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ventilanordnung eine Blende (310) umfasst.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 9, wobei die Ventilanordnung ein schaltbares Bypassventil (28) umfasst, das parallel zu einem den verringerten Steuerdruck bewirkenden Ventil (10; 110; 210; 310) angeordnet ist und zwischen einer Sperrstellung und einer offenen Stellung umschaltbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Blende (310) eine Drosselschraube (338) hat, die manuell in einem Gehäuse der Ventilanordnung drehbar und gegenüber einer Innenumfangsstufe (335) des Gehäuses positionierbar ist.
Hydrostatische Pumpe (1) mit einer Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventilanordnung (10; 110; 210; 310) in ein Pumpengehäuse (7) integriert ist.