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1. DE112010004755 - STEUERSYSTEM FÜR EINE TAUMELSCHEIBENPUMPE

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[ DE ]
Beschreibung  

Technisches Gebiet 

[0001]  Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Steuersystem und insbesondere auf ein Steuersystem für eine Taumelscheibenpumpe.

Hintergrund 

[0002]  Hydraulische Pumpen mit variabler Verdrängung bzw. hydraulische Verstellpumpen werden im Allgemeinen verwendet, um einen anpassbaren Fluss eines unter Druck gesetzten Strömungsmittels an Maschinenantriebe zu liefern, beispielsweise an Zylinder oder Motoren, die mit beweglichen Werkzeugmaschinen oder Verbindungen assoziiert sind. Basierend auf der Anforderung für den Antrieb bzw. Betätiger, wird die Verdrängung der Pumpe entweder erhöht oder gesenkt, so dass der Betätiger die Werkzeuge und/oder Verbindungen mit einer erwarteten Geschwindigkeit und/oder einer erwarteten Kraft bewegt.

[0003]  Typische Verstellpumpen, die in hydraulischen Werkzeugsystemen verwendet werden, sind als Pumpen der Taumelscheibenbauart bekannt. Diese Bauart der Pumpe umfasst eine Vielzahl von Kolben, die gegen eine Kolbeneingriffsoberfläche einer geneigten Taumelscheibe gehalten werden. In den meisten Situationen ist die Taumelscheibe im Allgemeinen eben und umfasst eine glatte Antriebsoberfläche. Ein Gelenk, wie beispielsweise ein Kugelgelenk, ist zwischen jedem Kolben und der Eingriffsoberfläche angeordnet, um eine relative Bewegung zwischen der Taumelscheibe und den Kolben zu ermöglichen. Jeder Kolben ist verschiebbar angeordnet, um sich innerhalb eines assoziierten Zylinders hin- und herzubewegen, während sich die Kolben und die geneigte Oberfläche der Taumelscheibe relativ zueinander drehen. Wenn jeder Kolben aus dem assoziierten Zylinder zurückgezogen wird, wird ein Niederdruckströmungsmittel in den Zylinder gezogen. Wenn der Kolben durch die Kolbeneingriffsoberfläche der Taumelscheibe zurück in den Zylinder gedrückt wird, drückt der Kolben das Strömungsmittel mit einem erhöhten Druck aus dem Zylinder. In dieser Konfiguration kann die Ausgabe der Pumpe variiert werden, und zwar durch Anpassen eines Neigungswinkels der Taumelscheibe.

[0004]  In der Vergangenheit ist die Taumelscheibe einer Pumpe durch einen oder mehrere Betätiger bzw. Betätigungsvorrichtungen, die mit einer Seite der Taumelscheibe verbunden sind, zu einem erwünschten Winkel geneigt worden. Während der Betätiger ausgedehnt oder zurückgezogen wird, wird die Taumelscheibe veranlasst, sich um eine Schwenk- bzw. Drehachse zu neigen. Ein oder mehrere magnetgesteuerte Ventile, das bzw. die mit der Taumelscheibe verbunden ist bzw. sind, werden ansprechend auf verschiedene Eingaben gesteuert, um entweder unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu dem Betätiger zu leiten, um den Betätiger auszudehnen, oder um Strömungsmittel von dem Betätiger abfließen zu lassen, um den Betätiger zurückzuziehen, um dadurch den Neigungswinkel der Taumelscheibe anzupassen.

[0005]  Obwohl die Funktionalität geeignet ist, um die Pumpe zu steuern, können die Magnetbetätiger, die oben beschrieben wurden, in einigen Situationen problematisch sein. Beispielsweise wenn die Leistung der Magnetbetätiger abfällt oder wenn die Eingabe, die zur Steuerung der Magnetbetätiger verwendet wird, fehlerhaft ist, kann der Neigungswinkel der Taumelscheibe in ungeeigneter Weise angepasst oder überhaupt nicht angepasst werden.

[0006]  Ein Versuch, die Pumpenverdrängungssteuerung zu verbessern, ist in dem U. S. Patent Nr. 4,194,361 (dem '361-Patent), ausgegeben an Pahl et al. am 25. März 1980, beschrieben. Genauer gesagt, beschreibt das '361-Patent eine Taumelscheibenpumpe mit einer Gruppe von Magnetventilen, die die Verdrängung der Pumpe während eines normalen Betriebs steuern können, und einem manuellen Ventil, das die Gruppe von Magnetventilen übersteuern kann, und die Verdrängung der Pumpe während Notfallbedingungen steuern kann. Das manuelle Ventil ist mit einer mechanischen Überbrückung verbunden, die durch einen Bediener bewegbar ist. Während des normalen Betriebs wird die mechanische Überbrückung in einem deaktivierten Zustand durch Federanpressdruck gehalten und eine Steuervorrichtung kommuniziert mit der Gruppe von Ventilen, um die Verdrängung der Pumpe ansprechend auf eine manuelle Eingabe und eine Verdrängungsposition der Pumpe anzupassen. Während den Notfallbedingungen, beispielsweise wenn ein elektrischer Fehler aufgetreten ist, kann die mechanische Überbrückung durch einen menschlichen Bediener bewegt werden, um die Verdrängungsanpassungen der Pumpe über ein manuelles Ventil zu steuern.

[0007]  Obwohl das '361-Patent eine Pumpensteuerung während Notfallbedingungen vorsehen kann, kann die vorgesehene Steuerung beschränkt sein. D. h. das '361-Patent sieht nur eine manuelle Steuerung während der Notfallbedingungen vor, und es kann einige Situationen geben, in denen eine manuelle Steuerung unzureichend oder unerwünscht ist.

[0008]  Das offenbarte hydraulische Steuersystem ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der Nachteile, die zuvor dargestellt wurden und/oder andere Probleme des Standes der Technik zu beseitigen.

Zusammenfassung 

[0009]  In einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Steuersystem für eine Pumpe gerichtet. Das Steuersystem umfasst eine neigbare Taumelscheibe, zumindest einen Betätiger, der bewegbar ist um die Taumelscheibe zu neigen, einen Anschluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel, und einen Ablauf. Das Steuersystem kann ebenfalls einen ersten Kreislauf umfassen, der mit dem Anschluss des unter Druck gesetzten Strömungsmittel und mit dem Ablauf verbindbar ist, und konfiguriert ist, um den Betrieb des zumindest einen Betätigers zu steuern, sowie einen zweiten Kreislauf, der mit dem Anschluss des unter Druck gesetzten Strömungsmittels und mit dem Ablauf verbindbar ist, und konfiguriert ist, um den Betrieb des zumindest einen Betätigers zu steuern. Das Steuersystem kann ferner ein ausfallsicheres Ventil umfassen, das konfiguriert ist, um den ersten Kreislauf mit entweder dem Anschluss und/oder dem Ablauf zu verbinden, und zwar nur während eines normalen Betriebszustands, und um den zweiten Kreislauf mit dem Anschluss und mit dem Ablauf während eines ausfallsicheren Zustands bzw. Fehlfunktionszustandes zu verbinden.

[0010]  In einem anderen Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein weiteres Steuersystem für eine Pumpe gerichtet. Dieses Steuersystem kann eine neigbare Taumelscheibe umfassen, zumindest einen Betätiger, der bewegbar ist, um die Taumelscheibe zu neigen, einen Anschluss des unter Druck gesetzten Strömungsmittels und einen Ablauf. Das Steuersystem kann ebenfalls zumindest ein erstes elektrisch angetriebenes Ventil umfassen, das konfiguriert ist, um selektiv den Anschluss und den Ablauf mit dem zumindest einen Betätiger zu verbinden, um den zumindest einen Betätiger zu einer gewünschten Position zu bewegen, sowie ein zweites Ventil, das mechanisch mit der Taumelscheibe verbunden ist, und konfiguriert ist, um selektiv den Anschluss und den Ablauf mit dem zumindest einen Betätiger zu verbinden, um die neigbare Taumelscheibe zu einer neutralen Position zu bewegen. Die Pumpe kann ferner ein drittes elektrisch angetriebenes Ventil umfassen, das erregt wird, um das zumindest eine erste elektrisch angetriebene Ventil mit dem Anschluss und dem Ablauf während einer ersten Bedingung zu verbinden, und das federvorgespannt ist, um das zweite Ventil mit dem Anschluss und dem Ablauf während einer zweiten Bedingung zu verbinden.

[0011]  In noch einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Steuern einer Taumelscheibenpumpe gerichtet. Das Verfahren kann das Verdrängen eines Hauptflusses des Strömungsmittels von der Taumelscheibenpumpe, und das selektive Richten eines Pilotstroms des Strömungsmittels zu und von einem Betätiger der Taumelscheibenpumpe über einen ersten Pfad umfassen, um eine Verdrängung der Taumelscheibenpumpe während eines ersten Betriebszustands anzupassen. Das Verfahren kann ebenfalls die Überbrückungssteuerung des Betätigers über den ersten Pfad durch Steuern des Stroms zu und von dem Betätiger über einen zweiten Pfad umfassen, um die Taumelscheibenpumpe zu einer Nicht-Verdrängungsposition während eines zweiten Zustands zu verstellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen 

[0012]  Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften, offenbarten hydraulischen Steuersystems; und

[0013]  Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften, offenbarten hydraulischen Steuersystems.

Detaillierte Beschreibung 

[0014]  Fig. 1 stellt eine Hydraulikpumpe 10 dar. In einem Ausführungsbeispiel kann die Hydraulikpumpe 10 über eine Eingangswelle 14 durch eine externe Leistungsquelle 12, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder Antrieb angetrieben werden. Infolgedessen kann sich die Eingangswelle 14 von einem Ende eines Pumpengehäuses 16 aus zum Eingriff mit der Leistungsquelle 12 erstrecken. Die Leistungsquelle 12 kann die Hydraulikpumpe 10 antreiben, um ein Strömungsmittel in einen ersten Durchlass 18 mit einem ersten Druck (P1) zu verdrängen, während Rücklaufströmungsmittel in die Hydraulikpumpe 10 von einem zweiten Durchlass 20 mit einem zweiten Druck (P2) gezogen wird, oder um Strömungsmittel in den zweiten Durchlass 20 zu verdrängen, während Rücklaufströmungsmittel in die Pumpe 10 aus einem ersten Durchlass 18 gezogen wird. Die ersten und zweiten Durchlässe 18, 20 können einen Teil eines externen Kreislaufs bilden, beispielsweise einen Teil eines Hydraulikwerkzeugkreislaufs oder eines Hystat-Übertragungskreislaufs. In einem Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere Ausgabesensoren 21 mit ersten und zweiten Durchlässen 18, 20 assoziiert sein, um eine Ausgabe der Pumpe 10 zu überwachen, beispielsweise um den Druck des Strömungsmittels innerhalb der ersten und zweiten Durchlässe 18, 20 zur Verwendung bei der Steuerung der Pumpe 10 zu überwachen.

[0015]  Das Gehäuse 16 kann zumindest teilweise ein Pumpelement 22 einschließen, das einen Körper 24 besitzt, der eine Vielzahl von Zylindern (nicht gezeigt) definiert. Ein Kolben (nicht gezeigt) kann verschiebbar innerhalb eines jeden der Zylinder aufgenommen sein, wobei jeder Zylinder und jeder assoziierte Kolben gemeinsam zumindest teilweise eine Pumpkammer (nicht gezeigt) definieren. Es wird erwogen, dass irgendeine Anzahl von Pumpkammern innerhalb des Körpers 24 enthalten sein kann, und symmetrisch und umfangsmäßig um eine Mittelachse 26 angeordnet sein können. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 kann die Mittelachse 26 im Allgemeinen koaxial mit der Eingangswelle 14 sein. Es wird jedoch erwogen, dass sich die Mittelachse 26 in einem Winkel relativ zu der Eingangswelle 14 befinden kann, wenn dies erwünscht ist, wie beispielsweise bei einer Pumpe der Schrägachsenbauart.

[0016]  Der Körper 24 kann so verbunden sein, dass er sich mit der Eingangswelle 14 dreht. D. h. wenn die Eingangswelle 14 durch die Leistungsquelle 12 gedreht wird, können sich der Körper 24 und die Kolben, die innerhalb der Zylinder des Körpers 24 gelegen sind, alle gemeinsam mit der Eingangswelle 14 um eine Mittelachse 26 drehen. Die Pumpe 10 kann eine rotationsmäßig stationäre Taumelscheibe 28 mit einer kippbaren bzw. neigbaren Antriebsoberfläche (nicht gezeigt) umfassen, die betriebsmäßig in Eingriff mit den drehenden Kolben steht, und zwar mittels eines Gelenks (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem Kugelgelenk. Die Gelenke können angetrieben werden, um entlang der Antriebsoberfläche der Taumelscheibe 28 zu gleiten, die neigbar innerhalb des Gehäuses 16 getragen sein kann. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können der Körper 24 und die assoziierten Kolben stationär gehalten und die Taumelscheibe 28 gedreht werden, wenn dies erwünscht ist.

[0017]  Die Taumelscheibe 28 kann geneigt werden, um eine Verdrängung der Kolben innerhalb der entsprechenden Zylinder zu variieren. Genauer gesagt, kann die Taumelscheibe 28 innerhalb eines Lagerstützglieds (nicht gezeigt) gelegen sein und um eine Neigungsachse 30 drehbar sein. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Neigungsachse 30 durch eine Mittelachse 26 hindurchgehen und im Wesentlichen senkrecht zu dieser sein. Wenn sich die Taumelscheibe 28 um die Neigungsachse 30 schwenkt bzw. dreht, können sich die Kolben, die auf einer Hälfte der Antriebsoberfläche (relativ zu der Neigungsachse 30) gelegen sind, in ihren assoziierten Zylindern zurückziehen, während sich die Kolben, die auf einer gegenüberliegenden Hälfte der Antriebsoberfläche gelegen sind, um den gleichen Betrag aus ihren assoziierten Zylindern heraus ausdehnen. Wenn sich die Kolben um die Mittelachse 26 herum drehen, können sich die Kolben umfangsmäßig von der zurückgezogenen Seite der Antriebsoberfläche der Taumelscheibe zu der ausgedehnten Seite bewegen und diesen Zyklus wiederholen, während die Eingangswelle 14 fortfährt sich zu drehen.

[0018]  Währen sich die Kolben aus den Zylindern zurückziehen, kann Niederdruckströmungsmittel aus dem Niederdruckdurchlass der ersten und zweiten Durchlässe 18, 20 in die Zylinder gezogen werden. Umgekehrt kann, wenn sich die Kolben in die Zylinder ausdehnen, Strömungsmittel aus den Zylindern mit einem erhöhten Druck in den Hochdruckdurchlass der ersten und zweiten Durchlässe 18, 20 verdrängt werden. Ein Bewegungsbetrag zwischen der zurückgezogenen Position und der ausgedehnten Position kann in Bezug zu einer Flüssigkeitsmenge stehen, die durch die Kolben während einer einzelnen Drehung der Eingangswelle 14 verdrängt wird. Aufgrund der Verbindung zwischen den Kolben und der Antriebsoberfläche der Taumelscheibe 28 kann der Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 direkt in Beziehung zu der Strömungsmittelverdrängung der Kolben stehen.

[0019]  In einem Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 10 mit einem Winkelsensor 31 ausgestattet sein. Der Winkelsensor 31 kann nahe an der Taumelscheibe 28 gelegen und so konfiguriert sein, dass er eine relative Position eines Teils der Taumelscheibe 28 misst. Der Winkelsensor 31 kann dann ein Signal erzeugen, das eine Anzeige für die Position bildet, und kann das Signal an eine Steuervorrichtung (nicht gezeigt) zur Verwendung beim Bestimmen des Neigungswinkels der Taumelscheibe 28 weiterleiten.

[0020]  Die Taumelscheibe 28 kann um die Neigungsachse 30 mittels einem oder mehreren Betätigern, beispielsweise einem ersten Betätiger 34 und einem zweiten Betätiger 36 geneigt werden. Die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 können innerhalb entsprechender Bohrungen 38, 40 des Gehäuses 16 angeordnet sein und betriebsmäßig verbunden sein, um die Taumelscheibe 28 durch Ausdehnung und Zurückziehen relativ zu den Bohrungen 38, 40 zu kippen bzw. zu neigen. In einem Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 direkt mit einem Boden der Taumelscheibe 28 verbunden sein (d. h. mit einer Oberfläche der Taumelscheibe 28, die der Antriebsoberfläche gegenüber liegt). In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 indirekt mit der Taumelscheibe 28 mittels eines Arms verbunden sein, der sich von der Taumelscheibe 28 aus erstreckt oder durch eine Verbindung, die mit der Taumelscheibe 28 verbunden ist. Es sei bemerkt, dass die spezifische Verbindung der ersten und zweiten Betätiger 34, 36 mit der Taumelscheibe 28 in irgendeiner Anzahl von unterschiedlichen Weisen erreicht werden kann, solange die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 betriebsmäßig verbunden sind, um einen Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 zu bewirken. Die schematische Darstellung der Verbindung zwischen den ersten und zweiten Betätigern 34, 36 und der Taumelscheibe 28, die in Fig. 1 vorgesehen ist, sollte nicht durch den physischen Aufbau der Verbindung beschränkt sein.

[0021]  Das Ausdehnen und Zurückziehen der ersten und zweiten Betätiger 34, 36 relativ zu den Bohrungen 38, 40 kann durch den Strömungsmitteldruck gesteuert werden. Insbesondere können die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 jeweils Kolbenbetätiger verkörpern, die zu den zurückgezogenen Positionen innerhalb der Bohrungen 38, 40 federvorgespannt sind. Wenn ein Fluss eines unter Druck gesetzten Strömungsmittels in Verbindung mit beispielsweise der Bohrung 38 gebracht wird, kann der erste Betätiger 34 veranlasst werden, sich aus die Bohrung 38 auszudehnen. Wenn das unter Druck gesetzte Strömungsmittel aus beispielsweise der Bohrung 40 abgelassen wird, kann der zweite Betätiger 36 federvorgespannt werden, um sich in die Bohrung 40 zurückzuziehen. Wenn einer der ersten und zweiten Betätiger 34, 36 ausgedehnt wird, während der andere der ersten und zweiten Betätiger 34, 36 zurückgezogen wird, kann die Taumelscheibe 28 veranlasst werden, sich zu dem zurückgezogenen Betätiger zu neigen. Es wird erwogen, dass die Taumelscheibe 28 von einem maximalen Neigungswinkel in einer ersten Richtung, und zwar übereinstimmend damit, dass der erste Betätiger 34 vollständig ausgedehnt wird, der zweite Betätiger 36 vollständig zurückgezogen wird, und einem Maximalbetrag des Strömungsmittels in den ersten Durchlass 18 verdrängt wird; über eine neutrale oder Nicht-Verdrängungsposition, bei der sich sowohl der erst als auch der zweite Betätiger 34, 36 an im Wesentlichen identischen Positionen befinden und im Wesentlichen kein Strömungsmittel durch das Pumpelement 22 verdrängt wird; zu einem maximalen Neigungswinkel in einer zweiten Richtung bewegt wird, in welcher der zweite Betätiger 36 vollständig ausgedehnt ist, der erste Betätiger 34 vollständig zurückgezogen ist, und ein Maximalbetrag des Strömungsmittels in den zweiten Durchlass 20 verdrängt wird. Alternativ wird erwogen, dass die Taumelscheibe 28 nur zwischen einem maximalen Neigungswinkel in einer einzigen Richtung und der neutralen Position durch einen oder mehrere der ersten und zweiten Betätiger 34, 36 bewegbar ist, um das Strömungsmittel in nur einen der Durchlässe 18 und 20 zu verdrängen, wenn dies erwünscht ist (z. B. in einigen Konfigurationen kann die Pumpe 10 keine Pumpe mit Verstellung über den Totpunkt sein).

[0022]  Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel, das verwendet wird, um die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 zu bewegen, kann durch eine Pilot- bzw. Vorsteuerquelle 42 geliefert werden, die eine nicht an Bord befindliche bzw. Offboard-Pumpe 10 ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die Vorsteuerquelle 42 irgendeine andere Pumpe sein, die durch die Leistungsquelle 12 angetrieben wird. In dieser Konfiguration kann, wenn die Leistungsquelle 12 betrieben wird, die Vorsteuerquelle 42 das Strömungsmittel unter Druck setzen, das zu den ersten und zweiten Betätigern 34, 36 über einen gemeinsamen Lieferdurchlass 44 geliefert wird. Ein oder mehrere Druckentlastungsventile 46 können innerhalb der Pumpe 10 gelegen sein, um den Druck des Strömungsmittels innerhalb des gemeinsamen Lieferdurchlasses 44 zu beeinflussen. Zusätzlich können eines oder mehrere Vorspannventile 48 innerhalb der Pumpe 10 angeordnet sein, um selektiv zu ermöglichen, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel zwischen dem gemeinsamen Lieferdurchlass 44 und den ersten und zweiten Durchlässen 18, 20 fließt, und zwar basierend auf einem relativen Druckunterschied. Es wird erwogen, dass das Strömungsmittel, das verwendet wird, um die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 zu bewegen, alternativ durch die Pumpe 10 unter Druck gesetzt werden kann, wenn dies erwünscht ist.

[0023]  Ein Ventilblock 47 kann angebracht an oder integral mit der Pumpe 10 gebildet sein, um selektiv den Fluss des unter Druck gesetzten Strömungsmittels von der Vorsteuerquelle 42 mit den ersten und zweiten Betätigern 34, 36 zu verbinden.

[0024]  Der Ventilblock 47 kann eine Vielzahl von Durchlässen umfassen, die zumindest teilweise einen ersten Strömungsmittelkreislauf 49 und einen zweiten Strömungsmittelkreislauf 50 definieren. Der Fluss durch sowohl den ersten als auch den zweiten Strömungsmittelkreislauf 49 und 50 kann in unabhängiger Weise gesteuert werden, um selektiv einen oder beide der ersten und zweiten Betätigern 34, 36 mit dem allgemeinen Lieferdurchlass 44 oder mit einem Ablauf 52 zu verbinden, und um dadurch, wie oben beschrieben, den Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 zu steuern.

[0025]  Der erste Strömungsmittelkreislauf 49 kann einen ersten Lieferdurchlass 54 und einen ersten Ablaufdurchlass 56 umfassen. Der erste Lieferdurchlass 54 kann sich verzweigen und sich von dem ausfallsicheren Ventil 58 zu einem ersten Betätigerventil 60 und zu einem zweiten Betätigerventil 62 erstrecken. Der erste Ablaufdurchlass 56 kann sich ebenfalls verzweigen und sich von dem ausfallsicheren Ventil 58 zu dem ersten Betätigerventil 60 und dem zweiten Betätigerventil 62 erstrecken. Das erste Betätigerventil 60 kann ferner strömungsmittelmäßig mit dem ersten Betätiger 34 mittels eines gemeinsamen ersten Betätigerdurchlasses 64 verbunden sein. Das zweite Betätigerventil 62 kann ferner strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Betätiger 36 mittels eines gemeinsamen zweiten Betätigerdurchlasses 66 verbunden sein.

[0026]  Der zweite Strömungsmittelkreislauf 50 kann einen zweiten Lieferdurchlass 68 und einen zweiten Ablaufdurchlass 70 umfassen. Der zweite Lieferdurchlass 68 kann sich von dem ausfallsicheren Ventil 58 zu einem Rückführventil 72 erstrecken. Der zweite Ablaufdurchlass 70 kann sich von dem ausfallsicheren Ventil 58 zu dem Rückführventil 72 erstrecken. Das Rückführventil 72 kann ferner strömungsmittelmäßig mit dem ersten Betätiger 34 mittels eines gemeinsamen ersten Betätigerdurchlasses 64 und mit dem zweiten Betätiger 36 mittels eines gemeinsamen zweiten Betätigerdurchlasses 66 verbunden sein.

[0027]  Das ausfallsichere Ventil 58 kann ein elektrisch betriebenes, federvorgespanntes, Zwei-Positionen-Sechs-Wege-Ventil sein. Insbesondere kann sich das ausfallsichere Ventil 58 zwischen einer ersten Position bewegen, bei der der erste Strömungsmittelkreislauf 49 mit dem allgemeinen Lieferdurchlass 44 und dem Ablauf 52 verbunden ist, und einer zweiten Position (in Fig. 1 gezeigt), bei der der zweite Strömungsmittelkreislauf 50 mit dem allgemeinen Lieferdurchlass 44 und dem Ablauf 52 verbunden ist. Wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position befindet, kann nur der erste Strömungsmittelkreislauf 49 die Ausdehnungen und Rückzüge der ersten und zweiten Betätiger 34, 36 steuern. Wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet, kann nur der zweite Strömungsmittelkreislauf 50 die Ausdehnungen und Rückzüge der ersten und zweiten Betätigern 34 und 36 steuern. Das ausfallsichere Ventil 58 kann elektrisch bewegt (d. h. zur Bewegung erregt werden) und in der ersten Position gehalten werden und zu der zweiten Position hin federvorgespannt sein. Folglich kann, solange ein ausreichender elektrischer Strom an das ausfallsichere Ventil 58 geliefert wird, das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position gegen die Vorspannung der Feder gehalten werden, und wenn der elektrische Strom unterbrochen wird, kann das ausfallsichere Ventil 58 mechanisch in die zweite Position durch die Federkraft geschnappt werden.

[0028]  Das erste Betätigerventil 60 kann ein unabhängiges Dosierungsventil sein, das zwischen einer ersten Position, bei der der erste Betätiger 34 mit dem ersten Lieferdurchlass 54 verbunden ist, und einer zweiten Position (gezeigt in Fig. 1), bei der der erste Betätiger 34 mit dem ersten Ablaufdurchlass 56 verbunden ist, bewegbar ist. Das erste Betätigerventil 60 kann zu der zweiten Position federvorgespannt sein und elektrisch angetrieben werden, um sich zu der ersten Position zu bewegen. In dieser Konfiguration, wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position befindet und sich das erste Betätigerventil 60 in der ersten Position befindet, kann der erste Betätiger 34 mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel gefüllt werden, um sich von der Bohrung 38 aus auszudehnen. Im Gegensatz dazu, wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position und das erste Betätigerventil 60 in der zweiten Position befindet, kann aus dem Betätiger 34 das Strömungsmittel abgelassen werden uns sich dieser in die Bohrung 38 zurückziehen. Wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet, könnte sich die Bewegung des ersten Betätigerventils 60 zwischen den ersten und zweiten Positionen im Wesentlichen nicht auf die Bewegung des ersten Betätigers 34 auswirken. Es wird erwogen, dass das erste Betätigerventil 60 zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegt werden kann, während sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position befindet, um eine Flussrate des Strömungsmittels in und/oder aus dem ersten Betätiger 34 zu variieren und um dadurch eine Betätigungsrate des ersten Betätigers 34 und eine entsprechende Kipp- bzw. Neigungsrate der Taumelscheibe 28 zu variieren.

[0029]  Das zweite Betätigerventil 62 kann ebenfalls ein unabhängiges Dosierungsventil sein, das zwischen einer ersten Position, an der der zweite Betätiger 36 mit dem ersten Lieferdurchlass 54 verbunden ist, und einer zweiten Position (gezeigt in Fig. 1), bei der der zweite Betätiger 36 mit der ersten Ablaufleitung 56 verbunden ist, bewegbar ist. Das zweite Betätigerventil 62 kann zu der zweiten Position hin federvorgespannt sein und elektrisch angetrieben werden, um sich zu der ersten Position zu bewegen. In dieser Konfiguration, wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position befindet und sich das zweite Betätigerventil 62 in der ersten Position befindet, kann der zweite Betätiger 36 mit unter Druck gesetztem Strömungsmittel gefüllt werden, um sich von der Bohrung 40 aus auszudehnen. Im Gegensatz dazu, wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position befindet und sich das zweite Betätigerventil 62 in der zweiten Position befindet, kann das Strömungsmittel aus dem zweiten Betätiger abgelassen werden und kann sich in die Bohrung 40 zurückziehen. Wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet, könnte die Bewegung des zweiten Betätigerventils 62 zwischen den ersten und zweiten Positionen im Wesentlichen keine Auswirkung auf die Bewegung des zweiten Betätigers 36 haben. Es wird erwogen, dass das zweite Betätigerventil 62 zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegt werden kann, während sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position befindet, um eine Flussrate des Strömungsmittels in und/oder aus dem zweiten Betätiger 36 zu variieren und um dadurch eine Betätigungsrate des zweiten Betätigers 36 und eine entsprechende Neigungsrate der Taumelscheibe 28 zu variieren.

[0030]  Das Rückführventil 72 kann mechanisch mit der Taumelscheibe 28 verbunden sein, um sich zwischen ersten, zweiten (gezeigt in Fig. 1) und dritten Positionen zu bewegen, während sich die Taumelscheibe 28 von ihrem ersten Verdrängungsbereich, bei dem unter Druck gesetztes Strömungsmittel in den ersten Durchlass 18 verdrängt wird, über ihre neutrale Position, bei der keine Flüssigkeit verdrängt wird, zu ihrem zweiten Verdrängungsbereich zu neigen, bei dem unter Druck gesetztes Strömungsmittel in den zweiten Durchlass 20 verdrängt wird. Das Rückführventil 72 kann mit der Taumelscheibe 28 mittels einer mechanischen Verbindung 74 verbunden sein, die sich betriebsmäßig in Eingriff mit einem Teil der Taumelscheibe 28 befindet. Die Verbindungsanbindung zwischen dem Rückführventil 72 und der Taumelscheibe 28 kann irgendeine Verbindungsart sein, die in der Technik bekannt ist, beispielsweise eine starr verbundene Verbindung, eine Schwenkverbindung oder irgendeine andere geeignete, mechanische Verbindung. Das Rückführventil 72 kann sich zwischen der ersten, zweiten und dritten Position in direkter Beziehung zu einem Neigen der Taumelscheibe 28 und/oder einer Ausdehnung der ersten und/oder zweiten Betätiger 34, 36 verschieben.

[0031]  Wenn sich das Rückführventil 72 in der zweiten Position befindet kann kein Strömungsmittel zwischen den ersten oder zweiten Betätigern 34, 36 und dem ausfallsicheren Ventil 58 durch das Rückführventil 72 übertragen werden. Wenn das Rückführventil 72 mechanisch durch das Neigen der Taumelscheibe 28 zu der ersten Position bewegt wird (das Rückführventil 72 von der zweiten Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, nach rechts bewegt wird) und sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet, kann das Rückführventil 72 den zweiten Lieferdurchlass 68 mit dem zweiten Betätiger 36 verbinden, um den zweiten Betätiger 36 auszudehnen, und kann simultan den zweiten Ablaufdurchlass 70 mit dem ersten Betätiger 34 verbinden, um den ersten Betätiger 34 zurückzuziehen. Wenn das Rückführventil 72 mechanisch durch das Neigen der Taumelscheibe 28 zu der dritten Position bewegt wird (das Rückführventil 72 von der zweiten Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, nach links bewegt wird) und sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet, kann das Rückführventil 72 den zweiten Lieferdurchlass 68 mit dem ersten Betätiger 34 verbinden, um den ersten Betätiger 34 auszudehnen, und kann simultan den zweiten Ablaufdurchlass 70 mit dem zweiten Betätiger 36 verbinden, um den zweiten Betätiger 36 zurückzuziehen. Wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der ersten Position befindet, kann die Bewegung des Rückführventils 72 zwischen den ersten, zweiten und dritten Positionen im Wesentlichen keine Auswirkung auf die Bewegung der ersten oder zweiten Betätiger 34, 36 haben.

[0032]  In dem Einzelrichtungs-Ausführungsbeispiel der Pumpe 10, das oben erwähnt ist (d. h. in einem Ausführungsbeispiel, wo die Pumpe 10 keine Pumpe mit Verstellung über den Totpunkt ist), kann das Rückführventil 72 lediglich ein Zwei-Positionen-Ventil sein. D. h. das Rückführventil 72 kann in dem Einzelrichtungs-Ausführungsbeispiel lediglich von entweder der ersten oder der dritten Position, die: oben beschrieben sind, zu der zweiten Position bewegt werden, so dass das Rückführventil 72 dahingehend funktioniert, dass es den Verdrängungswinkel der Taumelscheibe 28 von seiner einzigen Maximalverdrängungsposition zu ihrer neutralen Position verringern kann.

[0033]  Die Verbindung zwischen der Taumelscheibe 28 und dem Rückführventil 72 kann zu einer Neigungsneutralisierung der Taumelscheibe 28 führen, wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet. D. h. wenn die Taumelscheibe 28 weg von ihrer neutralen Position geneigt ist und sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet, kann das Rückführventil 72 zu entweder der ersten oder der dritten Position bewegt werden, die den ersten und zweiten Betätiger 34 steuert, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 zu verringern. Auf diese Weise, wenn sich das ausfallsichere Ventil 58 in der zweiten Position befindet, kann die Neigung der Taumelscheibe 28 schnell durch das Rückführventil 72 und die ersten und zweiten Betätiger 34, 36 zu neutral angetrieben werden.

[0034]  Elektrischer Strom kann an das ausfallsichere Ventil 58 geliefert werden, um das ausfallsichere Ventil 58 zu der ersten Position während eines normalen Betriebszustands zu bewegen und das ausfallsichere Ventil 58 in dieser zu halten, wenn keine Fehlfunktion der Pumpe 10 detektiert wurde. Eine Fehlfunktion oder ein ausfallsicherer Betrieb der Pumpe 10 kann beispielsweise eine unerwartete und/oder unerwünschte Druckdifferenz (ΔP) zwischen den ersten und zweiten Durchlässen 18, 20, einen elektrischen Leistungsfehler oder eine andere in der Technik bekannte Fehlfunktion umfassen. Ansprechend auf die Detektion einer Fehlfunktion/eines ausfallsicheren Zustands, kann der elektrische Strom, der an das ausfallsichere Ventil 58 geliefert wird, unterbrochen werden. Es wird erwogen, dass während des ausfallsicheren Zustands, elektrischer Strom, der an die ersten und/oder zweiten Betätigerventile 60, 62 geliefert wird, ebenfalls unterbrochen werden kann, wenn dies erwünscht ist.

[0035]  In einigen Konfigurationen kann die Pumpe 10 mit einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) ausgestattet sein, die eine Eingabe bezüglich einer Pumpenfehlfunktion empfängt und ansprechend darauf den elektrischen Strom liefert oder unterbricht, der an das ausfallsichere Ventil 58 gerichtet ist. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise einen einzelnen oder mehrere Mikroprozessoren, feldprogrammierbare Gatteranordnungen bzw. FGPAs (FGPAs = Field Programmable Gate Arrays), digitale Signalprozessoren bzw. DSPs (DSPs = Digital Signal Processors) etc. enthalten, die Systeme zur Steuerung verschiedener Pumpenbetriebe enthalten. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert werden, um die Funktionen der Steuervorrichtung auszuführen. Es sollte erkannt werden, dass die Steuervorrichtung in einfacher Weise einen dedizierten Pumpenmikroprozessor oder alternativ einen allgemeinen Systemmikroprozessor enthalten könnte, der imstande ist, zahlreiche Systemfunktionen und Betriebsmodi zu steuern. Wenn von einem allgemeinen Systemmikroprozessor getrennt, kann die Steuervorrichtung mit dem allgemeinen Systemmikroprozessor über Datenverbindungen oder andere Verfahren kommunizieren.

[0036]  Die Pumpe 10 der Fig. 2 ist ähnlich der Pumpe 10 der Fig. 1, dahingehend dass die Pumpe 10 der Fig. 2 ebenfalls ein Gehäuse 16, ein Pumpelement 22, erst und zweite Betätiger 34, 36, erste und zweite Betätigerventile 60, 62, ein ausfallsicheres Ventil 58 und ein Rückkopplungsventil 72 umfasst. Im Gegensatz zur Pumpe 10 der Fig. 1 umfasst die Pumpe 10 der Fig. 2 jedoch zwei separate Lieferdurchlässe 54a und 54b anstelle eines einzelnen verzweigen Lieferanschlusses 54. Zusätzlich umfasst die Pumpe 10 der Fig. 2 zwei separate Ablaufdurchlässe 56a, 56b anstelle eines einzelnen, verzweigten Ablaufdurchlasses 56. Ferner können nur die Ablaufdurchlässe 56a und 56b durch das ausfallsichere Ventil 58 der Fig. 2 reguliert werden. D. h. in der Konfiguration der Fig. 2 können die Lieferdurchlässe 54a und 54b immer mit dem allgemeinen Lieferdurchlass 44 verbunden sein. Und während einer Verdrängungssteuerung der Pumpe 10 können die elektrischen Ströme, die an das ausfallsichere Ventil 58 und die ersten und zweiten Betätigerventile 60, 62 geliefert werden, immer simultan unterbrochen werden.

Industrielle Anwendbarkeit 

[0037]  Die offenbarte Hydraulikpumpe findet potentielle Anwendung in Werkzeugsystemen. Hystat-Übertragungen und anderen Strömungsmittelpumpanwendungen, die eine variable Flussrate des unter Druck gesetzten Strömungsmittels erfordern. Die offenbarte Hydraulikpumpe sieht zur ausfallsicheren Steuerung, das automatische Zurückregelung bzw. eine automatische Hubverkleinerung ansprechend auf eine detektierte Fehlfunktion während eines ausfallsicheren Betriebs vor. Der Betrieb der Hydraulikpumpe 10 wird jetzt beschrieben.

[0038]  Während eines normalen Betriebszustands der Pumpe 10 (d. h. wenn kein Fehlfunktionszustand detektiert wurde), kann das ausfallsichere Ventil 58 mit elektrischem Strom beliefert werden, der das ausfallsichere Ventil 58 veranlasst, sich zu der ersten Position zu bewegen und/oder in dieser zu bleiben. Wenn es sich in der ersten Position befindet, kann nur der erste Strömungsmittelkreislauf 49 verwendet werden, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 zu steuern. Um die Taumelscheibe 28 in einer ersten Richtung zu kippen bzw. zu neigen, kann ein erstes Betätigerventil 60 erregt werden, um das erste Betätigerventil 60 zu seiner ersten Position zu bewegen, um unter Druck stehendes Strömungsmittel in Übertragung mit dem ersten Betätiger 34 zu bringen, wodurch der erste Betätiger 34 veranlasst wird, sich von der Bohrung 38 aus auszudehnen. Simultan kann das zweite Betätigerventil 62 entregt werden, um es dem zweiten Betätigerventil 62 zu ermöglichen, zu seiner zweiten Position federvorgespannt zu werden, um den zweiten Betätiger 36 abzulassen, um dadurch zu bewirken, dass sich der zweite Betätiger 36 in die Bohrung 38 zurückzieht.

[0039]  Um die Taumelscheibe 28 in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zu neigen, kann das erste Betätigerventil 60 entregt werden, um es zu ermöglichen, dass das erste Betätigerventil 60 zu seiner zweiten Position federvorgespannt wird, um den ersten Betätiger 34 abzulassen, um dadurch zu veranlassen, dass sich der erste Betätiger 34 in die Bohrung 38 zurückzieht. Simultan kann das Betätigerventil 62 erregt werden, um zu seiner ersten Position federvorgespannt zu werden, um eine Verbindung des unter Druck gesetzten Strömungsmittels mit dem zweiten Betätiger 36 aufzubauen, um dadurch zu veranlassen, dass sich der zweite Betätiger 36 aus der Bohrung 40 heraus ausdehnt.

[0040]  Während des Betriebs der Pumpe 10 kann ein Druckunterschied zwischen den ersten und zweiten Durchlässen 18 und 20 überwacht werden. Und ansprechend auf eine detektierte abnorme Druckdifferenz, ansprechend auf eine elektrische Fehlfunktion und/oder ansprechend auf eine andere Pumpen- und/oder eine Systemfehlfunktion, kann das ausfallsichere Ventil 58 entregt werden, um es zu ermöglichen, dass das ausfallsichere Ventil 58 zu seiner zweiten Position federvorgespannt wird. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 können erste und zweite Betätigerventile 60, 62 ebenfalls ansprechend auf die detektierte Fehlfunktion entregt werden. Wenn das ausfallsichere Ventil 58 zu seiner zweiten Position bewegt wird, kann nur der zweite Strömungsmittelkreislauf 50 verwendet werden, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 zu steuern.

[0041]  Während des Fehlfunktionszustands der Pumpe 10 (d. h. wenn ein abnormales Druckdifferential detektiert wird, wenn ein elektrischer Leistungsfehler auftritt, etc.) kann das Rückführventil 72, wenn die Taumelscheibe 28 in der ersten Richtung geneigt ist, in seiner ersten Position positioniert werden, so dass der erste Betätiger 34 abgelassen wird und der zweite Betätiger 36 mit dem unter Druck gesetzten Strömungsmittel in Verbindung gebracht wird, wodurch der Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 verringert wird. Wenn die Taumelscheibe 28 ansprechend auf die Bewegungen der ersten und zweiten Betätiger 34, 36 über die neutrale Position schwingt, kann sich das Rückführventil 72 ebenfalls über seine neutrale Position bewegen, bei der ein Strömungsmittelfluss zu und von den ersten und zweiten Betätigern 34, 36 blockiert wird. Wenn die Bewegung der Taumelscheibe 28 über die neutrale Position hinausschießt oder wenn damit begonnen wird, dass die Taumelscheibe in der zweiten Richtung geneigt ist, kann sich das Rückführventil 72 in die dritte Position bewegen oder in dieser sein. In der dritten Position kann das Rückführventil 72 so positioniert werden, dass der zweite Betätiger 36 abgelassen wird und der erste Betätiger 36 in Verbindung mit dem unter Druck gesetzten Strömungsmittel gebracht wird, wodurch der Neigungswinkel der Taumelscheibe 28 verringert wird.

[0042]  Da die offenbarte Pumpe eine automatische, ausfallsichere Steuerung der Pumpenverdrängung vorsieht, kann der Pumpbetrieb schnell verringert werden, wenn eine Fehlfunktion auftritt. Zusätzlich, kann kaum ein, wenn überhaupt, menschliches Eingreifen erforderlich sein, um die Pumpenverdrängung während des Fehlfunktionszustands zu verringern.

[0043]  Es wird Fachleuten des Gebiets offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der offenbarten Hydraulikpumpe vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Offenbarung zu verlassen. Andere Ausführungsbeispiele der offenbarten Hydraulikpumpe werden Fachleuten des Gebiets aus der Betrachtung der Beschreibung und der hierin offenbarten Praxis offensichtlich sein. Es wird beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele lediglich als beispielhaft betrachtet werden sollen, wobei der tatsächliche Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre Entsprechungen angezeigt wird.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG 

[0044]  Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur 

[0045] 

US 4194361 [0006, 0007]