DE69314735T2

DE69314735T2 - Steuereinrichtung für Verbraucher

Info

Publication number: DE69314735T2
Application number: DE69314735T
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Yachiyo-Shi Chiba-Ken Hasegawa; Hisato Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Naito; Kenichi Kawasaki-Shi Kanagawa-Ken Nishiumi; Yoshitake Setagaya-Ku Tokyo Yonekubo
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2013-09-01
Also published as: EP0586214A1; DE69314735D1; EP0586214B1; US5438832A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Stellglied und insbesondere eine steuervorrichtung für ein Stellglied, die eingerichtet ist, einen Abgabedruck einer Verstelldurchsatzpumpe um einen Betrag entsprechend einem durch einen Regler eingestellten Druck im Vergleich zu einem Lastdruck erhöht zu halten.
Eine herkömmliche Steuervorrichtung für ein Stellglied wird nun mit Bezug auf Figuren 1 und 2 der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 ist ein Schaltkreisdiagramm eines typischen bekannten Löffelbaggers. Der herkömmliche Löffelbagger umfaßt eine Verstelldurchsatzpumpe 1, die einer Energiequelle (nicht gezeigt) wie etwa einem Motor oder dergleichen zugeordnet oder funktionsmäßig mit dieser verbunden ist und ausgabeseitig an einen Hochdruckflußkanal 2 angeschlossen ist. Der Hochdruckflußkanal 2 ist weiter angeschlossen an einen Einlaßanschluß 5 eines an einen Auslegerzylinder 3 angeschlossenen ersten Wegeventils 4, einen Einlaßanschluß 8 eines an einen Eimerzylinder 6 angeschlossenen zweiten Wegeventils 7 und einen Einlaßanschluß 11 eines wiederum an einen Drehmotor angeschlossenen dritten Wegeventils.
Wenn das erste Wegeventil 4, das zweite Wegeventil 7 und das dritte Wegeventil 10 jeweils wie in Figur 1 gezeigt in einer neutralen Position sind, werden die entsprechenden Einlaßanschlüsse 5, 8 und 11 geschlossen gehalten. Wenn die Wegeventile 4, 7 und 10 jeweils in eine ihrer zwei seitlichen Positionen umgeschaltet werden, werden die variablen Öffnungen 12 bis 14 geöffnet. Ein Öffnungsgrad jeder der variablen Öffnungen 12 bis 14 wird in Abhängigkeit vom Betrag der Umschaltung des entsprechenden Wegeventils gesteuert. Die variablen Öffnungen 12, 13 und 14 sind an ihrer stromabwärtigen Seite jeweils mit Druckausgleichventilen 15, 16 bzw. 17 verbunden.
Die Druckausgleichventile 15 bis 17 sind so angeordnet, daß sie an ihrer stromabwärtigen Seite mit einem Einlaßanschluß 18 des ersten Wegeventils 4, einem Einlaßanschluß 19 des zweiten Wegeventils 7 bzw. einem Einlaßanschluß 20 des dritten Wegeventils 10 verbunden sind. Die Einlaßanschlüsse 18 bis 20 der Wegeventile werden geschlossen gehalten, wenn die Wegeventile 4, 7 und 10 in der neutralen Position sind. Wenn die Wegeventile 4, 7 und 10 in eine der seitlichen Positionen umgeschaltet werden, sind die Einlaßanschlüsse 18 bis 20 eingerichtet, um entsprechend mit einem der Stellgliedanschlüsse 21 und 22, einem der Stellgliedanschlüsse 23 und 24 bzw. einem der Stellgliedanschlüsse 25 und 26 entsprechend der Umschaltung des Wegeventils zu kommunizieren. Gleichzeitig sind die jeweils verbleibenden der Stellgliedanschlüsse 21 und 22, 23 und 24 sowie 25 und 26 eingerichtet, um jeweils mit Tankkanälen 27, 28 bzw. 29 zu kommunizieren.
Erstes, zweites und drittes Wegeventil 4, 7 und 10 sind jeweils mit Lasterfassungsanschlüssen 30, 31 bzw. 32 ausgebildet. Die Lasterfassungsanschlüsse 30 bis 32 werden mit den Tankkanälen 27 bis 29 kommunizierend gehalten, wenn erstes bis drittes Wegeventil 4, 7 und 10 in der neutralen Position sind. Wenn erstes, zweites und drittes Wegeventil 4, 7 und 10 in eine der zwei seitlichen Positionen umgeschaltet werden, können die Lasterfassungsanschlüsse 30 bis 32 jeweils mit einem Stellgliedanschluß auf einer Hochdruckseite kommunizieren.
Die Druckausgleichventile 15, 16 und 17 sind an ihren beiden Seiten mit Vorkammern 15a und 15b, Vorkammern 16a und 16b bzw. Vorkammern 17a und 17b ausgestattet. Die Druckausgleichventile 15 bis 17 sind wirksam, um einen Druck auf einer stromaufwärtigen Seite von ihnen zu jeweils einer der Vorkammern isa bis 17a sowie einen Lastdruck an den Lasterfassungsanschlüssen 30 bis 32 jeweils zu den anderen Vorkammern 15b bis 17b zu führen. Der Lastdruck, der so in die anderen Vorkammern 15b bis 17b geführt oder eingeführt wird, wird mit Hilfe einer Mehrzahl von Wechselventilen 33 ausgewählt, was dazu führt, daß ein maximaler Lastdruck in jedem der Schaltkreissysteme zu der jeweils anderen Vorkammer 15b bis 17b geführt oder darin eingeführt wird. Die anderen Vorkammern 15b, 16b und 17b sind mit Federn 34, 35 bzw. 36 versehen, die eingerichtet sind, um eine auf die Vorkammern 15b bis 17b wirkende elastische Kraft zu erzeugen.
So führen die Druckausgleichventile 15 bis 17 eine Steueroperation in der Weise durch, daß der Druck auf der stromaufwärtigen Seite der Ventile 15 bis 17 auf einem Niveau gehalten wird, das um einen Betrag entsprechend der elastischen Kraft der Federn 34 bis 36 im Vergleich zum maximalen Lastdruck in den Schaltkreissystemen erhöht ist.
Der durch die Umschaltventile 33 ausgewählte maximale Lastdruck wird in eine Vorkammer 37a eingeführt, die eine der zwei Vorkammern 37a und 37b eines Ventils 37 zum Steuern der Verstelldurchsatzpumpe 1 ist. Die Vorkammer 37a ist so konstruiert, daß die elastische Kraft einer Feder 38 darauf wirkt. Zu der anderen Vorkammer 37b des Ventils 37 wird ein Druck in dem Hochdruckflußkanal 2 oder ein Ausgabedruck der Verstelldurchsatzpumpe 1 geführt. Eine solche Konstruktion führt dazu, daß das Ventil 37 zwischen einer normalen Position (a) und einer Umschaltposition (b) in Abhängigkeit von einer relativen Differenz zwischen dem Ausgabedruck der Verstelldurchsatzpumpe 1 und dem maximalen Lastdruck zzgl. der elastischen Kraft der Feder 38 umgeschaltet wird.
Wenn das Ventil 37 in die normale Position (a) umgeschaltet wird, wird einem Steuerzylinder 39 zum Steuern eines Neigungswinkels der Verstelldurchsatzpumpe 1 gestattet, mit einem Tank T zu kommunizieren, um eine Flußmenge von von der Pumpe 1 abgegebenem Fluid maximal zu halten; wohingegen in der umgeschalteten Position (b) ein Druck der Pumpe in den Steuerzylinder 39 eingeführt wird, um die Flußmenge von Fluid von der Pumpe 1 zu verringern. Das Ventil 37 ist eingerichtet, um einen Öffnungsgrad von sich festzulegen, während es sich zwischen der normalen Position (a) und der umgeschalteten Position (b) bewegt.
Bezugszeichen 40 bezeichnet ein Hauptentlastungsventil, das dazu dient, einen Naximaldruck in jedem der Schaltkreissysteme des Auslegerzylinders 3, des Eimerzylinders 6 und des Drehmotors 9 festzulegen.
Wie man aus dem Vorhergehenden erkennt, ist die so konstruierte Steuervorrichtung vom Lasterfassungstyp. So gibt die Verstelldurchsatzpumpe 1 einen Druck ab, der um einen Betrag entsprechend der elastischen Kraft der Feder 38 im Vergleich zum maximalen Lastdruck erhöht ist, und die Druckausgleichventile 15 bis 17 der Schaltkreissysteme steuern einen Druck auf der stromabwärtigen Seite der variablen Öffnungen 12, 13 und 14 des ersten, zweiten bzw. dritten Wegeventils 4, 7 bzw. 10 in Abhängigkeit vom maximalen Lastdruck. Dies bewirkt, daß eine Druckdifferenz zwischen einer Vorderseite einer jeden der variablen Öffnungen 12 und 14 und ihrer Hinterseite konstant ist, wodurch Fluid in einer Menge proportional zum Betrag des Umschaltens jedes der Wegeventile 4, 7 und 10 jedem der Stellglieder zugeführt wird.
Die Verstelldurchsatzpumpe 1 wie oben beschrieben ist dem Motor (nicht gezeigt) zugeordnet oder funktionsmäßig mit diesem verbunden, so daß die Drehzahl der ersteren in Abhängigkeit von der Drehzahl des letzteren bestimmt ist.
Bei der wie oben beschrieben konstruierten herkömmlichen Steuervorrichtung wird die elastische Kraft der am Ventil 37 vorgesehenen Feder 38 konstant gemacht, so daß Verstärkungseigenschaften in der Flußsteuerung durch die Steuervorrichtung nicht variiert werden, wie in Figur 2 gezeigt.
Wie aus Figur 2 erkennbar ist, die eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Spulenhub und einer gesteuerten Durchsatzmenge bei der herkömmlichen Steuervorrichtung ist, gestattet die herkömmliche Steuervorrichtung die ausreichende Vergrößerung eines Flußsteuerungsbereiches, mit α bezeichnet, wenn die Drehzahl des Motors auf einem hohen Niveau gehalten wird. Wenn jedoch die Drehzahl des Motors verringert wird, so daß eine von der Verstelldurchsatzpumpe abgegebene maximale Flußmenge Q1 wird, bewirkt die Steuervorrichtung, daß der Steuerbereich verkleinert wird, wie mit β bezeichnet, weil die Verstärkungseigenschaften wie oben beschrieben nicht verändert werden.
Eine solche Verkleinerung des Flußsteuerungsbereiches auf β, die auftritt, wenn eine Flußmenge von von der Verstelldurchsatzpumpe 1 abgegebenem Fluid verringert wird, bewirkt den Nachteil, daß das Betriebsgefühl der Wegeventile beeinträchtigt wird im Vergleich mit einer Vergrößerung des Flußsteuerungsbereiches auf α, die eine Erhöhung der von der Pumpe 1 abgegebenen Fluid- Flußmenge sicherstellt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf obigen Nachteil des Standes der Technik gemacht.
WO 92/06305 offenbart in Figur 1 eine Steuervorrichtung für ein Stellglied mit einer Verstelldurchsatzpumpe, angeschlossen an eine Energiequelle, Wegeventilen zum Steuern von Stellgliedem, wobei die Wegeventile an die Verstelldurchsatzpumpe angeschlossen sind, einem Regler, der zum Steuern der Verstelldurchsatzpumpe angeordnet ist und in den ein Lastdruck jedes der Stellgueder eingegeben wird, wobei der Regler einen Steuerzylinder zum Steuern eines Neigungswinkels der Verstelldurchsatzpumpe und ein Ventil zum Steuern des Steuerzylinders umfaßt, das Ventil eine an jeder Seite von ihm definierte Vorkammer hat, wobei eine der Vorkammern des Ventils mit einer Feder versehen ist und an diese eine der Vorkammern des Ventils der Lastdruck der Stellglieder und die, elastische Kraft der Feder angelegt sind, an die andere der Vorkammern des Ventils ein Abgabedruck der Verstelldurchsatzpumpe angelegt ist, was dazu führt, daß der Abgabedruck der Versteildurchsatzpumpe um einen der elastischen Kraft der Feder im Vergleich zum Lastdruck der Stellgueder entsprechenden Betrag erhöht gehalten wird, und einem Einstellmechanismus zum Einstellen der elastischen Kraft der Feder in Proportion zur Drehzahl der Energiequelle.
Der in dieser Beschreibung offenbarte Einsteilmechanismus ist ein hydraulischer Mechanismus, und die vorliegende Erfindung sucht eine alternative Art von äquivalenter hydraulischer Steueranordnung anzugeben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für ein Stellglied zu schaffen, die in der Lage ist, dessen Steuerbereich groß zu halten um eine Beeinträchtigung des Betriebsgefühles zu vermeiden, auch wenn die Drehzahl einer Energiequelle wie etwa eines Motors verringert ist, um eine Abgabemenge von von einer Verstelldurchsatzpumpe abgegebenem Fluid zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für ein Stellglied vorgesehen, welche umfaßt: eine Verstelldurchsatzpumpe, angeschlossen an eine Energiequelle, Wegeventile zum Steuern von Stellgliedern, wobei die Wegeventile an die Verstelldurchsatzpumpe angeschlossen sind, einen Regler, der angeordnet ist zum Steuern der Verstelldurchsatzpumpe und in den ein Lastdruck jedes der Stellgueder eingegeben ist, wobei der Regler einen Steuerzylinder zum Steuern eines Neigungswinkels der Verstelldurchsatzpumpe und ein Ventil zum Steuern des Steuerzylinders umfaßt, das Ventil eine an jeder Seite von ihm definierte Vorkammer hat, eine der Vorkammern des Ventils mit einer Feder versehen ist, an dieser einen der Vorkammern des Ventils der Lastdruck der Stellgueder und die elastische Kraft der Feder angelegt sind, an die andere der Vorkammern des Ventils ein Abgabedruck der Verstelldurchsatzpumpe angelegt ist, der um einen der elastischen Kraft der Feder im Vergleich zum Lastdruck der Stellglieder entsprechenden Betrag erhöht gehalten wird.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wie oben allgemein beschrieben ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner ein Steuerventil umfaßt, das zwischen der Verstelldurchsatzpumpe und den Wegeventilen angeordnet ist und so konstruiert ist, daß es einen maximalen Öffnungsgrad aufweist, wenn die Drehzahl der Energiequelle maximal ist und einen minimalen Öffnungsgrad aufweist, wenn die Drehzahl der Energiequelle minimal ist, was dazu führt, daß ein Druck an einer stromaufwärtigen Seite des Steuerventils auf die andere Vorkammer des Ventils wirkt.
Eine Ausgestaltung eines Steuerventils für ein Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Figur 3 ein Schaltkreisdiagramm ist, das eine Ausgestaltung einer Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In Figur 3 sind die meisten dargestellten Teile identisch mit den zuvor mit Bezug auf Figuren 1 und 2 beschriebenen und werden nicht weiter beschrieben.
Bei der Steuervorrichtung der Ausgestaltung ist ein Steuerventil 43 zwischen der Verstelldurchsatzpumpe 1 und dem Hochdruckflußkanal 2 vorgesehen.
Bei der Ausgestaltung wirken das Ventil 37 und der Steuerzylinder 39 miteinander zusammen, um einen Regler zu bilden.
Das Steuerventil 43 ist angeordnet an einer stromabwärtigen Seite basierend auf einem Kanal, durch den ein Abgabedruck der Pumpe 1 in die andere Vorkammer 37b des Ventils 37 eingeführt wird. Das so angeordnete Steuerventil 43 wird zwischen einer völlig offenen Position (a) und einer eingeschränkten Position (n) umgeschaltet, und ein Öffnungsgrad des Steuerventils 43 ist in Abhängigkeit vom Betrag der Umschaltung des Ventils 43 gesteuert. Ein minimaler Öffnungsgrad des Ventils 43 an der eingeschränkten Position (b) ist kleiner eingestellt als ein Öffnungsgrad jeder der variablen Öffnungen 12, 13 und 14 der Umschaltventile 4, 7 und 10.
Das so konstruierte Steuerventil 43 ist einem Drosselhebel 42 einer Energiequelle wie einem Motor oder dergleichen hydraulisch zugeordnet. Wenn der Drosselhebel 42 in einer Richtung abnehmender Motordrehzahlen bewegt oder gekippt wird, ist dem Steuerventil 42 gestattet, in die eingeschränkte Position (b) umzuschalten.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der so konstruierten Ausgestaltung beschrieben.
Wenn bei der Steuervorrichtung der Ausgestaltung der Drosselhebel 42 in eine Richtung abnehmender Motordrehzahlen gekippt wird, wird das Steuerventil 43 in die eingeschränkte Position (b) umgeschaltet, im wesentlichen, um einen Druck an einer stromabwärtigen Seite der Verstelldurchsatzpumpe 1 zu verringern, was dazu führt, daß ein Druck an einer stromaufwärtigem Seite basierend auf dem Steuerventil 43 erhöht wird. Der Druck auf den Aufwärtsstrom des Steuerventils 43 wirkt auf die andere Vorkammer 37b des Ventils 37, so daß das Ventil 37 in die eingeschränkte Position (b) umgeschaltet wird. Dies ermöglicht es der Steuervorrichtung der Ausgestaltung, eine Verstärkung einer gesteuerten Flußmenge zu verringern, um einen Flußsteuerbereich der Wegeventile mit Bezug auf den Spulenhub groß zu halten, auch wenn die Drehzahl des Motors verringert ist.
Wenn der Drosselhebel 42 in Richtung zunehmender Motordrehzahlen bewegt oder gekippt wird, wird das Steuerventil 43 in die vollständig offene Position (a) umgeschaltet, was dazu führt, daß ein Öffnungsgrad des Steuerventils 43 erhöht wird.
Wie aus dem Obigen zu erkennen, gestattet es die Steuervorrichtung nach der Ausgestaltung, eine Verstärkung der gesteuerten Flußmenge wesentlich zu verkleinern, um den Steuerbereich zu vergrößern, auch wenn eine Fluidabgabemenge von der Verstelldurchsatzpumpe oder eine Flußmenge von von der Verstelldurchsatzpumpe abgegebenem Fluid, die abhängig von der Drehzahl der Energiequelle oder des Motors variiert wird, ver ringert wird. So verhindert die Ausgestaltung effektiv die Beeinträchtigung eines Betriebsgefühls der Wegeventile.
Bei der Ausgestaltung sind das Steuerventil 43 und der Drosselhebel 42 miteinander hydraulisch verbunden. Alternativ können sie durch eine Kopplung oder dergleichen mechanisch oder elektrisch verbunden sein.
Wie aus dem Vorhergehenden zu erkennen ist, verhindert die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wirksam eine Beeinträchtigung eines Betriebsgefühls der Wegeventile, auch wenn die Drehzahl der Energiequelle wie etwa eines Motors verringert ist.
Es ist zwar mit Bezug auf die Zeichnungen eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung mit einem bestimmten Grad an Eigentümlichkeit beschrieben worden, doch sind im Lichte der obigen Lehre offensichtliche Abwandlungen und Veränderungen möglich. Es versteht sich deshalb, daß im Rahmen des nachfolgenden Anspruches die Erfindung anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

1. Steuervorrichtung für ein Stellglied mit: einer Verstelldurchsatzpumpe (1), angeschlossen an eine Energiequelle;

wegeventilen (4, 7, 10) zum Steuern von Stellgliedern (3, 6, 9); wobei die wegeventile (4, 7, 10) an die Verstelldurchsatzpumpe (1) angeschlossen sind;

einem Regler (39), der angeordnet ist zum Steuern der Verstelldurchsatzpumpe (1), und in den ein Lastdruck jedes der Stellglieder (3, 6, 9) eingegeben ist;

wobei der Regler (39) einen Steuerzylinder (39) zum Steuern eines Neigewinkels der Verstelldurchsatzpumpe und ein Ventil (37) zum Steuern des Steuerzylinders (39) umfaßt;

das Ventil (37) eine an jeder Seite von ihm definierte Vorkammer (37a, 37b) hat;

eine der Vorkammern (37a) des Ventils mit einer Feder (38) versehen ist;

an diese eine der Vorkammern (37a) des Ventils (37) der Lastdruck der Stellglieder und die elastische Kraft der Feder (38) angelegt sind;

an die andere der Vorkammern (37b) des Ventils (37) ein Abgabedruck der Verstelldurchsatzpumpe (1) angelegt ist, was dazu führt, daß der Abgabedruck der Verstelldurchsatzpumpe um einen der elastischen Kraft der Feder (38) im Vergleich zum Lastdruck der Stellglieder (3, 6, 9) entsprechenden Betrag erhöht gehalten wird; dadurch gekennzeichnet, daß

ein Steuerventil (43) zwischen der Verstelldurchsatzpumpe (1) und den wegeventilen (4, 7, 10) angeordnet und so konstruiert ist, daß es einen maximalen Öffnungsgrad aufweist, wenn die Drehzahl der Engergiequelle maximal ist und einen ininimalen Öffnungsgrad aufweist, wenn die Drehzahl der Energiequelle minimal ist, was dazu führt, daß ein Druck an einer stromaufwärtigen Seite des Steuerventils (43) auf besagte andere Kammer (37b) des Ventils (37) wirkt.