DE102005053265B4 - Hydrostatisches Antriebssystem - Google Patents

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Abstract

Hydrostatisches Antriebssystem mit einem im offenen Kreislauf angeordneten Verbraucher (7), insbesondere Hydromotor, wobei dem Verbraucher (7) mindestens eine Druckbegrenzungseinrichtung (11a; 11b), die in der Bremsphase zur Erzeugung eines an der Ablaufseite des Verbrauchers (7) anstehenden Bremsdruckes von einem minimalen Ansprechdruck in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdrucks beaufschlagbar ist, und eine Nachsaugeeinrichtung (12a; 12b) zugeordnet ist, die eine Einspeisung von Druckmittel in die Zulaufseite des Verbrauchers (7) ermöglicht, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung (11a; 11b) und die Nachsaugeeinrichtung (12a; 12b) in eine Ventileinheit (10a; 10b) integriert sind, wobei zur Erhöhung des Ansprechdruckes die Ventileinheit (10a; 10b) mit einer Kolbeneinrichtung (20a; 20b) in Wirkverbindung steht, die in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes der Druckbegrenzungseinrichtung (11a; 11b) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinrichtung (20a; 20b) einen ersten Steuerdruckraum (21a; 21b) aufweist, der die Ventileinheit (10a; 10b) in Richtung einer Verringerung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck beaufschlagt ist, und einen zweiten Steuerdruckraum (23a; 23b) aufweist, der die Ventileinheit (10a; 10b) in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck mittels einer als Drosseleinrichtung ausgebildeten Stromregeleinrichtung (25a; 25b) beaufschlagt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit einem im offenen Kreislauf angeordneten Verbraucher, insbesondere Hydromotor, wobei dem Verbraucher mindestens eine Druckbegrenzungseinrichtung, die in der Bremsphase zur Erzeugung eines an der Ablaufseite des Verbrauchers anstehenden Bremsdruckes von einem minimalen Ansprechdruck in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdrucks beaufschlagbar ist, und eine Nachsaugeeinrichtung zugeordnet ist, die eine Einspeisung von Druckmittel in die Zulaufseite des Verbrauchers ermöglicht, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung und die Nachsaugeeinrichtung in eine Ventileinheit integriert sind, wobei zur Erhöhung des Ansprechdruckes die Ventileinheit mit einer Kolbeneinrichtung in Wirkverbindung steht, die in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes der Druckbegrenzungseinrichtung wirkt.
  • Derartige Antriebssysteme werden beispielsweise als Drehwerksantriebe für beispielsweise als Bagger ausgebildete Arbeitsmaschinen eingesetzt. Zum Abbremsen des Verbrauchers wird ein den Verbraucher steuerndes Steuerventil in die Neutralstellung beaufschlagt, in der die zu dem Verbraucher führenden Druckmittelleitungen abgesperrt sind. Durch die Massenträgheit des von dem Drehwerksantrieb angetriebenen Oberwagens des Baggers wird hierbei in der Bremsphase der Verbraucher weiter angetrieben, wodurch sich die Druckverhältnisse an dem Verbraucher umkehren. In der Ablaufseite des Verbrauchers baut sich hierbei ein Bremsdruck auf, der mittels einer Druckbegrenzungseinrichtung abgesichert wird.
  • Die Druckbegrenzungseinrichtung ist mit einer Druckhochschaltung versehen, wobei in der Bremsphase die Druckbegrenzungseinrichtung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne von einem minimalen Ansprechdruck auf einen maximalen Ansprechdruck beaufschlagt wird. Während dieser Druckhochschaltung steigt somit der Ansprechdruck der Druckbegrenzungseinrichtung und somit der den Verbraucher abbremsende Bremsdruck an. Das fertigungsbedingte Getriebespiel eines dem Drehwerksantrieb zugeordneten mechanischen Verzahnungsgetriebes, wobei zu Beginn der Bremsphase ein Anlagenwechsel der Verzahnung erfolgt, wird hierbei bei dem minimalen Ansprechdruck durchlaufen, wodurch ein ruck- und schlagfreies Abbremsen des Drehwerks erzielt wird. Durch die hochsteuerbare Druckbegrenzungseinrichtung wird somit ein weiches und sanftes Verzögerungsverhalten des Antriebssystems erzielt.
  • Um in der Bremsphase an der Zulaufseite des Verbrauchers Kavitation zu vermeiden, ist weiterhin eine Nachsaugeeinrichtung erforderlich, die mittels Nachsaugeventilen eine Einspeisung von Druckmittel in die Zulaufseite des Verbrauchers aus dem Behälter oder aus der Ablaufseite des Verbrauchers ermöglicht.
  • Ein derartiges Antriebssystem mit hochschaltbaren Druckbegrenzungseinrichtungen und einer von zusätzlichen Nachsaugeventilen gebildeten Nachsaugeeinrichtung weist jedoch aufgrund der Einbauräume und der Kanalführung für die Druckbegrenzungseinrichtungen und die Nachsaugeeinrichtungen einen hohen Bauaufwand und Herstellaufwand auf.
  • Ein gattungsgemäßes hydrostatisches Antriebssystem ist aus der EP 1 101 038 B1 bekannt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Antriebssystem der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das einen geringen Bauaufwand und Herstellaufwand aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kolbeneinrichtung einen ersten Steuerdruckraum aufweist, der die Ventileinheit in Richtung einer Verringerung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck beaufschlagt ist, und einen zweiten Steuerdruckraum aufweist, der die Ventileinheit in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck mittels einer als Drosseleinrichtung ausgebildeten Stromregeleinrichtung beaufschlagt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem sind die hochschaltbare Druckbegrenzungseinrichtung und die Nachsaugeeinrichtung in einer Ventileinheit zusammengefasst. Hierdurch ist für die Druckbegrenzungseinrichtung und die Nachsaugeeinrichtung lediglich ein Einbauraum erforderlich. Zudem ist eine einfache Kanalführung erzielbar. Insgesamt sind somit ein geringer Bauaufwand und ein geringer Bauraumbedarf eines erfindungsgemäßen Antriebssystems erzielbar.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem steht zur Erhöhung des Ansprechdruckes die Ventileinheit mit einer Kolbeneinrichtung in Wirkverbindung, die in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes der Druckbegrenzungseinrichtung wirkt. Mit einer derartigen Kolbeneinrichtung, die mit einer in Richtung der Sperrstellung und somit in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdrucks wirkenden Steuerfläche des Druckbegrenzungsventil der Ventileinheit in Wirkverbindung steht, kann eine hochschaltbare Druckbegrenzungseinrichtung auf einfache Weise erzielt werden.
  • Erfindungsgemäß weist die Kolbeneinrichtung einen ersten Steuerdruckraum auf, der die Ventileinheit in Richtung einer Verringerung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck beaufschlagt ist, und einen zweiten Steuerdruckraum auf, der die Ventileinheit in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck mittels einer Stromregeleinrichtung, insbesondere einer Drosseleinrichtung, beaufschlagt ist. Hierdurch kann durch den an der Ablaufseite anstehenden Verbraucherdruck eine gesteuerte Druckhochschaltung der Druckbegrenzungseinrichtung der Ventileinheit erzielt werden, wobei durch die Stromregeleinrichtung der zeitliche Ablauf der Druckhochschaltung gesteuert ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ventileinheit als kombiniertes Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil ausgebildet. Hierdurch ist die Funktion der hochschaltbaren Druckbegrenzungseinrichtung und die Funktion der Nachsaugeeinrichtung mit geringem Bauaufwand in einer Ventileinheit erzielbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in dem ersten Steuerdruckraum eine Feder angeordnet. Mit der Feder kann der minimale Ansprechdruck der Druckbegrenzungseinrichtung auf einfache Weise vorgegeben werden.
  • Die Ventileinheit ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einer Steuerdruckleitung angeordnet, die von einer mit dem Verbraucher in Verbindung stehenden Druckmittelleitung zu einem Behälter geführt ist. Hierdurch kann eine einfache Kanalführung für die die Druckbegrenzungseinrichtung und die Nachsaugeeinrichtung aufweisende Ventileinheit erzielt werden.
  • Die Druckbegrenzungseinrichtung ist zweckmäßigerweise von dem in der Druckmittelleitung anstehenden Druck in Richtung einer Öffnungsstellung beaufschlagbar, wodurch eine Begrenzung des in der Ablaufseite anstehenden Bremsdruckes auf einfache Weise erzielbar ist.
  • Die Nachsaugeeinrichtung ist mit besonderem Vorteil als Sperrventil, insbesondere als in Richtung zur Druckmittelleitung öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil, ausgebildet, wodurch ein einfacher Aufbau für die Nachsaugeeinrichtung erzielbar ist.
  • Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Verbraucher als beidseitig betreibbarer Verbraucher ausgebildet ist und jeder Verbraucherseite des Verbrauchers eine Ventileinheit zugeordnet ist. Zur Absicherung des Bremsdruckes und der Absicherung der Zulaufseite gegen Kavitation eines beidseitig betreibbaren Verbrauchers sind somit lediglich zwei Ventileinheiten erforderlich, wodurch sich ein geringer Bauraumbedarf für die Ventileinheiten ergibt und durch lediglich zwei Ventileinheiten eine einfache Kanalführung mit geringem Bauaufwand und Herstellaufwand erzielbar ist.
  • Besondere Vorteile ergeben sich durch die Ausbildung des erfindungsgemäßen Antriebssystems als Drehwerksantrieb einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Baggers. Mit den erfindungsgemäßen Ventileinheiten kann ein sanftes und ruckfreies Abbremsen des Drehwerks und eine Absicherung des Drehwerksmotors gegen Kavitation mit geringem Bauaufwand erzielt werden.
  • Zudem kann das erfindungsgemäße Antriebssystem als Fahrantrieb einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Baggers, ausgebildet werden, wodurch ein sanftes und rückfreies Abbremsen der Arbeitsmaschine und eine Absicherung des Fahrmotors gegen Kavitation auf einfache Weise erzielbar ist.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Figur ist der Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems dargestellt.
  • Das Antriebssystem weist eine beispielsweise als Verstellpumpe ausgebildete Pumpe 1, insbesondere Load-Sensing geregelte Pumpe, auf, die Druckmittel aus einem Behälter 2 ansaugt und in eine Förderleitung 3 fördert. Die Förderleitung 3 ist an ein Steuerventil 4 angeschlossen, das weiterhin an eine zu dem Behälter 2 geführte Behälterleitung 5 und an Druckmittelleitungen 6a, 6b angeschlossen ist, die zu dem als Hydromotor ausgebildeten Verbraucher 7 geführt sind.
  • Jeder Druckmittelleitung 6a, 6b ist eine erfindungsgemäße Ventileinheit 10a, 10b zugeordnet, die eine hochschaltbare Druckbegrenzungseinrichtung 11a, 11b und eine Nachsaugeeinrichtung 12a, 12b aufweist. Die Ventileinheit 11a, 11b ist hierbei in einer Steuerdruckleitung 13a, 13b angeordnet, die an die Druckmittelleitung 6a, 6b angeschlossen ist und zu dem Behälter 2 geführt ist.
  • Die erfindungsgemäße Ventileinheit 10a, 10b ist hierbei als kombiniertes Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil 15a, 15b ausgebildet.
  • Die hochschaltbare Druckbegrenzungseinrichtung 11a, 11b weist eine Kolbeneinrichtung 20a, 20b auf, die mit einer in Richtung einer Sperrstellung und somit einer in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdrucks der Druckbegrenzungseinrichtung 11a, 11b der Ventileinheit 10a, 10b wirkenden Steuerfläche in Wirkverbindung steht. Die Kolbeneinrichtung 20a, 20b weist hierbei einen stangenseitigen ersten Steuerdruckraum 21a, 21b auf, der in Richtung einer Verringerung des Ansprechdruckes der Druckbegrenzungseinrichtung 11a, 11b wirkt. In dem ersten Steuerdruckraum 21a, 21b ist hierbei eine den minimalen Ansprechdruck begrenzenden Feder 22a, 22b angeordnet. Eine kolbenbodenseitiger zweiter Steuerdruckraum 23a, 23b beaufschlagt die Druckbegrenzungseinrichtung 11a, 11b der Ventileinheit 10a, 10b in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdrucks. Die Steuerfläche des ersten Steuerdruckraumes 21a, 21b ist hierbei kleiner als die Steuerfläche des zweiten Steuerdruckraumes 23a, 23b. Der erste Steuerdruckraum 21a, 21b und der zweite Steuerdruckraum 23a, 23b sind von dem in der Druckmittelleitung 6a, 6b anstehenden Druck beaufschlagt. Hierzu ist eine Steuerdruckleitung 24a, 24b vorgesehen, die an den mit der Druckmittelleitung 6a, 6b in Verbindung stehenden Abschnitt der Steuerdruckleitung 13a, 13b angeschlossen ist und zu dem ersten Steuerdruckraum 21a, 21b sowie zu dem zweiten Steuerdruckraum 23a, 23b geführt ist. Dem zweiten Steuerdruckraum 23a, 23b ist hierbei eine Stromregeleinrichtung 25a, 25b zugeordnet, die in der Steuerdruckleitung 24a, 24b stromab des Anschlusses des ersten Steuerdruckraums 21a, 21b an die Steuerdruckleitung 24a, 24b angeordnet ist.
  • Die Druckbegrenzungseinrichtung 11a, 11b ist mittels einer Steuerdruckleitung 26a, 26b in Richtung der Öffnungsstellung beaufschlagbar. Die Steuerdruckleitung 26a, 26b ist hierbei von dem in der Druckmittelleitung 6a, 6b anstehenden Druck beaufschlagt und hierzu an den mit der Druckmittelleitung 6a, 6b in Verbindung stehenden Abschnitt der Steuerdruckleitung 13a, 13b angeschlossen.
  • Die Nachsaugeeinrichtung 12a, 12b ist als Sperrventil ausgebildet, beispielsweise als in Richtung zur Druckmittelleitung 6a, 6b öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil.
  • Zum Abbremsen des Verbrauchers wird das Steuerventil 4 in die Neutralstellung beaufschlagt, in der die Druckmittelleitungen 6a, 6b abgesperrt sind. In der ablaufseitigen Druckmittelleitung 6a bzw. 6b baut sich ein Bremsdruck auf, der durch die Druckbegrenzungseinrichtung 11a bzw. 11b der der ablaufseitigen Druckmittelleitung 6a bzw. 6b zugeordneten Ventileinheit 10a bzw. 10b abgesichert wird. Die Druckbegrenzungseinrichtung 11a bzw. 11b ist hierbei zu Beginn der Bremsphase auf einen minimalen Absicherungsdruck eingestellt. Der sich einstellende Bremsdruck beaufschlagt über die Steuerdruckleitung 24a bzw. 24b und die Stromregeleinrichtung 25a bzw. 25b den zweiten Steuerdruckraum 23a bzw. 23b der Kolbeneinrichtung 20a, 20b, wodurch das Druckbegrenzungseinrichtung 11a bzw. 11b in Richtung einer Erhöhung des Absicherungsdruckes und somit einer Erhöhung des Bremsdruckes beaufschlagt wird. Diese Druckhochschaltung des Druckbegrenzungsventils 11a bzw. 11b in der Bremsphase ist durch die Stromregeleinrichtung 25a bzw. 25b zeitgesteuert.
  • Mittels der Nachsaugeeinrichtung 12b bzw. 12a der der zulaufseitigen Druckmittelleitung 6b bzw. 6a zugeordneten Ventileinheit 10b bzw. 10a wird hierbei in der Bremsphase eine Einspeisung in die zulaufseitige Druckmittelleitung 6a, 6b aus dem Behälter 2 bzw. über die geöffnete Druckbegrenzungseinrichtung 11a bzw. 11b des der ablaufseitigen Druckmittelleitung 6a bzw. 6b zugeordneten Ventileinheit 11a bzw. 11b aus der ablaufseitigen Druckmittelleitung 6a bzw. 6b ermöglicht.
  • Durch die Integration der Druckbegrenzungseinrichtung 11a, 11b und der Nachsaugeeinrichtung 12a, 12b in eine Ventileinheit 10a, 10b und die Ausbildung der Ventileinheit 10a, 10b als kombiniertes Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil 15a, 15b ist hierbei zur Absicherung jeder Verbraucherseite lediglich eine Ventileinheit 10a, 10b erforderlich. Gegenüber Antriebssystemen des Standes der Technik, bei denen jeder Verbraucherseite eine Druckbegrenzungseinrichtung und eine separate Nachspeiseeinrichtung zugeordnet ist, ergibt sich somit durch den Entfall eines Einbauraumes und einer vereinfachten Kanalführung ein geringer Bauaufwand und Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Antriebssystems.

Claims (9)

  1. Hydrostatisches Antriebssystem mit einem im offenen Kreislauf angeordneten Verbraucher (7), insbesondere Hydromotor, wobei dem Verbraucher (7) mindestens eine Druckbegrenzungseinrichtung (11a; 11b), die in der Bremsphase zur Erzeugung eines an der Ablaufseite des Verbrauchers (7) anstehenden Bremsdruckes von einem minimalen Ansprechdruck in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdrucks beaufschlagbar ist, und eine Nachsaugeeinrichtung (12a; 12b) zugeordnet ist, die eine Einspeisung von Druckmittel in die Zulaufseite des Verbrauchers (7) ermöglicht, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung (11a; 11b) und die Nachsaugeeinrichtung (12a; 12b) in eine Ventileinheit (10a; 10b) integriert sind, wobei zur Erhöhung des Ansprechdruckes die Ventileinheit (10a; 10b) mit einer Kolbeneinrichtung (20a; 20b) in Wirkverbindung steht, die in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes der Druckbegrenzungseinrichtung (11a; 11b) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinrichtung (20a; 20b) einen ersten Steuerdruckraum (21a; 21b) aufweist, der die Ventileinheit (10a; 10b) in Richtung einer Verringerung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck beaufschlagt ist, und einen zweiten Steuerdruckraum (23a; 23b) aufweist, der die Ventileinheit (10a; 10b) in Richtung einer Erhöhung des Ansprechdruckes beaufschlagt und von dem Verbraucherdruck mittels einer als Drosseleinrichtung ausgebildeten Stromregeleinrichtung (25a; 25b) beaufschlagt ist.
  2. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (10a; 10b) als kombiniertes Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil (15a; 15b) ausgebildet ist.
  3. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Steuerdruckraum (21a; 21b) eine Feder (22a; 22b) angeordnet ist.
  4. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (10a; 10b) in einer Steuerdruckleitung (13a; 13b) angeordnet ist, die von einer mit dem Verbraucher (7) in Verbindung stehenden Druckmittelleitung (6a; 6b) zu einem Behälter (2) geführt ist.
  5. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (11a; 11b) von dem in der Druckmittelleitung (6a; 6b) anstehenden Druck in Richtung einer Öffnungsstellung beaufschlagbar ist.
  6. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachsaugeeinrichtung (12a; 12b) als Sperrventil, insbesondere als in Richtung zur Druckmittelleitung (6a; 6b) öffnendes, federbelastetes Rückschlagventil, ausgebildet ist.
  7. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verbraucher (7) als beidseitig betreibbarer Verbraucher ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verbraucherseite des Verbrauchers (7) eine Ventileinheit (10a, 10b) zugeordnet ist.
  8. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche gekennzeichnet durch die Ausbildung als Drehwerksantrieb einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Baggers.
  9. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gekennzeichnet durch die Ausbildung als Fahrantrieb einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere eines Baggers.
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