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Die
Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb mit geschlossenem
Kreislauf, welcher eine verstellbare Hydropumpe und einen Hydromotor
umfasst, und einer Stellvorrichtung zur Einstellung des Fördervolumens
der Hydropumpe.
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Hydrostatische
Antriebe, wie sie zum Beispiel in mobilen Arbeitsmaschinen Verwendung
finden, bestehen meistens aus einem geschlossenen Kreislauf, welcher
aus einer Hydropumpe, einem Hydromotor und zwei sie jeweils verbindenden
Arbeitsleitungen gebildet wird. Die beiden Arbeitsleitungen befördern
Druckmittel in jeweils entgegengesetzte Richtungen. Die Hydropumpe
wird dabei über eine Antriebswelle durch eine Antriebsmaschine
angetrieben. In bestimmten Fahrsituationen (Fahrbetrieb) kommt es
vor, dass statt der Hydropumpe der Hydromotor Druckmittel in dem
geschlossenen Kreislauf fördert. Dadurch wird die Hydropumpe
mit Druck beaufschlagt und arbeitet dann als Hydromotor, der sich an
der Antriebsmaschine abstützt. Dabei kann die der Drehzahl
der Antriebmaschine entsprechend verfügbare Bremslast des
Antriebsmotors überschritten werden. Ist dies der Fall,
so erhöht sich die Drehzahl der Antriebsmaschine. Dann
sind Maßnahmen zu ergreifen, um eine unzulässige
Drehzahlerhöhung der Antriebsmaschine, welche zu ihrer
Zerstörung führen kann, zu verhindern.
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Ein
solcher Antrieb ist aus der
DE 10 2004 062 388 A1 bekannt. Zu diesem
Zweck wird genutzt, dass in einer Speisedruckleitung eine von der
Drehzahl der Antriebsmaschine abhängige Speiseölmenge
gefördert wird. In der Druckleitung wird mit der geförderten
Speiseölmenge ein Differenzdruckwert und damit eine Drehzahl
der Antriebsmaschine festgelegt, bei deren Überschreitung
Druckmittel aus jener Arbeitsleitung entnommen wird, in welche der
Hydromotor im Schiebebetrieb Druckmittel fördert. Dadurch
wird bewirkt, dass nur ein Teil des vom Hydromotor in Richtung zu
der Hydropumpe hin geförderten Druckmittels über
die Hydropumpe gefördert wird. So wird verhindert, dass
die Drehzahl der Antriebsmaschine unzulässig erhöht
wird.
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Bei
dem beschriebenen Antrieb ist es von Nachteil, dass im Schiebebetrieb,
also dann, wenn der Hydromotor als Pumpe arbeitet und sich in den Arbeitsleitungen
das Druckverhältnis umkehrt, durch den Druckmittelabfluss
keine oder nur geringe Bremsleistung möglich ist.
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In
der
DE 101 38 519
A1 ist ein Antriebssystem vorgeschlagen, welches ebenfalls
auf einem geschlossenen Kreislauf basiert, welcher aus einer Hydropumpe,
einem Hydromotor und zwei sie jeweils verbindenden Arbeitsleitungen
gebildet wird und bei dem durch Verstellung des Schwenkwinkels des
Hydromotors eine ausreichende Bremsleistung erzielt wird.
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Bei
diesem System besteht der Nachteil, dass sich aus der zur Bremsung
benötigten Vergrößerung des Schwenkwinkels
des Hydromotors eine Vergrößerung der im geschlossenen
Kreislauf umlaufenden Flüssigkeitsmenge ergibt, welche
allerdings nicht durch die Speisemenge ersetzt werden kann.
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Die
Bremsung kann auch durch eine Verringerung des Pumpenschwenkwinkels
erreicht werden. Pumpensteuerungen sind in der Regel vorgesteuerte
Systeme wie z. B. elektroproportionale Stellvorrichtungen mittels
Regelmagnete, Servoventile, elektroproportional gesteuerter Druckminderventile, oder
auch rein hydraulisch vorgesteuerte Ansteuerungen. Die Stelldrücke
der hydraulischen Pumpenverstellung werden häufig aus dem
Speisesystem entnommen und sind daher nicht allzu groß.
Das bedeutet andererseits, dass die Verstellfedern der Pumpenverstellung
auch nicht zu kräftig dimensioniert werden dürfen.
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Das
Pumpentriebwerk hat aufgrund seiner Triebwerkskräfte im
Pumpenbetrieb rückstellende Kräfte und im Motorbetrieb
ausschwenkende Kräfte, also in Richtung größer
werdenden Schwenkwinkels. Beim Bremsvorgang, z. B. bei einem hydrostatischen Fahrantrieb,
wirkt der Fahrmotor aufgrund der Massenträgheit des Fahrzeugs
als Pumpe, während die Hydropumpe als Motor wirkt. In gewissen
Grenzen lassen sich die Triebwerkskräfte über
die Gestaltung von Geräuschkerben in der Steuerplatte und über eine
Steuerplattenverdrillung beeinflussen, mit dem Nachteil, dass Einbußen
beim Geräusch und im Wirkungsgrad hinzunehmen sind.
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Wenn
nun durch eine Störung, z. B. einem Kabelbruch die Pumpenansteuerung
ausfällt, sind u. U. die Rückstellfedern allein
nicht in der Lage, das Triebwerk der Hydropumpe für eine
Bremsung ausreichend weit in Richtung verschwindenden Fördervolumens
zurückzuschwenken, da durch das Ausschwenkmoment des Triebwerkes
der Hydropumpe, welche nun im Motorbetrieb arbeitet, ein größerer Schwenkwinkel
erhalten bleibt. Möglich ist auch, dass die Stellvorrichtung
durch Verschmutzung verklemmt oder die Vorsteuerung durchgeschaltet
bleibt und somit die Pumpe nicht zurück gestellt wird.
D. h. das Fahrzeug wird nicht oder nur unzureichend abgebremst.
Eine Wegnahme des Stelldrucks bei gleichzeitigem hydraulischen Kurzschluss
der Stelldruckkammern reicht dann möglicherweise nicht
aus, um sicher zu stellen, dass das Triebwerk auf ein Nullfördervolumen
gestellt wird, weil wie oben beschrieben, häufig die Rückstellkräfte
nicht ausreichend sind.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen hydrostatischen Antrieb
mit einer insbesondere hinsichtlich der Zuverlässigkeit
verbesserten Bremseinrichtung zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird durch den hydrostatischen Antrieb mit den Merkmalen
nach Anspruch 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße hydrostatische Antrieb umfasst
einen geschlossenen Kreislauf. Dieser geschlossene Kreislauf wird
durch eine Hydropumpe, einen Hydromotor und zwei Arbeitsleitungen
gebildet, wobei jede der Arbeitsleitungen jeweils die Hydropumpe
mit dem Hydromotor verbindet. Durch jeweils eine Arbeitsleitung
wird bei fördernder Hydropumpe Druckmittel von der Hydropumpe
zum Hydromotor gefördert. Die dann jeweils andere Arbeitsleitung
fördert das Druckmittel zurück zur Hydropumpe. Das
Fördervolumen der Hydropumpe kann zumindest betragsmäßig
eingestellt werden. Die Verstellung des Fördervolumens
erfolgt durch eine Stellvorrichtung. Dazu wird ein Druck verwendet,
der höher als der Speisedruck ist. Die Stellvorrichtung
wird von einer Ventileinheit angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt
in Abhängigkeit vom Betriebszustand des hydrostatischen
Antriebs. Die Ventileinheit liefert in Abhängigkeit vom
Betriebszustand einen Druck, der höher als der Speisedruck
ist. Die Betriebszustände beziehen sich unter anderem darauf,
ob Normal- oder Brems- bzw. Schiebebetrieb vorherrscht. Durch die Ansteuerung
der Stellvorrichtung mit einem Druck, der höher als der
Speisedruck ist, wird das Fördervolumen der Hydropumpe
verkleinert.
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In
den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs dargestellt.
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Es
ist vorteilhaft, wenn zusätzlich zu dem Betrag des Fördervolumens
der Hydropumpe auch deren Förderrichtung einstellbar ist.
In diesem Fall wird durch einfache Verstellung der Hydropumpe eine Richtungsumkehr
des Druckmittelflusses durch die Arbeitsleitungen und somit in dem
gesamten geschlossenen Kreislauf erzielt. Dadurch wird auch eine
Richtungsumkehr des Hydromotors bewirkt. Durch die Richtungsumkehr
des Druckmittelflusses wird die vor der Richtungsumkehr stromaufwärts
des Hydromotors angeordnete Arbeitsleitung zu der stromabwärts
des Hydromotors angeordneten Arbeitsleitung und die vor der Richtungsumkehr
stromabwärts des Hydromotors angeordnete Arbeitsleitung
zu der stromaufwärts des Hydromotors angeordneten Arbeitsleitung.
Damit sichergestellt ist, dass unabhängig von der Förderrichtung
immer eine Ventileinheit mit der stromabwärts der Hydropumpe
angeordneten Arbeitsleitung verbunden ist, ist mit beiden Arbeitsleitungen
jeweils eine Ventileinheit verbunden.
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Befindet
sich der hydrostatische Antrieb im Schiebebetrieb, dann liegt in
der stromabwärts des Hydromotors angeordneten Arbeitsleitung
Hochdruck und in der stromabwärts des Hydromotors angeordneten
Arbeitsleitung Niederdruck vor. Es ist vorteilhaft, den Hockdruck
aus der stromabwärts des Hydromotors angeordneten Arbeitsleitung
zu nutzen, um das Fördervolumen der Hydropumpe zu verringern,
da dadurch ein hoher Druck zum Zurückschwenken der Hydropumpe
verfügbar ist und somit eine ausreichende Bremswirkung
in Abhängigkeit vom Betriebszustand erzielt werden kann.
Um den Hochdruck vorteilhaft zu nutzen, ist die stromabwärts des
Hydromotors angeordnete Arbeitsleitung über die Ventileinheit
mit der Stellvorrichtung verbunden.
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Um
den Hochdruck der stromabwärts des Hydromotors angeordneten
Leitung während des Schiebebetriebs des hydrostatischen
Antriebs zum Verringern des Fördervolumens der Hydropumpe nutzen
zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinheit ein
Entnahmeventil umfasst, welches es ermöglicht, Druckmittel
aus der unter Hochdruck stehenden stromabwärts des Hydromotors
angeordneten Leitung zu entnehmen.
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Für
die Ansteuerung der Stellvorrichtung ist es weiterhin von Vorteil,
wenn das Entnahmeventil in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung
des Druckmittels in der jeweiligen Arbeitsleitung, mit der das Entnahmeventil
verbunden ist, eine Druckmittelentnahme aus besagter Arbeitsleitung
durch eine geöffnete Position zulässt oder durch
eine geschlossene nicht.
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Eine
besonders einfache Methode, die Strömungsrichtung innerhalb
des geschlossenen Kreislaufs zu ermitteln, besteht in der Messung
der Druckdifferenz zwischen beiden Seiten einer in zumindest einer
Arbeitsleitung angeordneten Drossel. Es ist daher von Vorteil, wenn
in zumindest einer Arbeitsleitung eine Drossel angeordnet ist.
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Damit
das Entnahmeventil zur korrekten Ansteuerung der Stellvorrichtung
in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des
Druckmittels in dem hydraulischen Kreislauf und damit der Arbeitsleitung, mit
der es verbunden ist, öffnet oder schließt, ist
es vorteilhaft, wenn das Entnahmeventil in Abhängigkeit von
dem die Druckmittel-Strömungsrichtung angebenden Vorzeichen
des Druckgradienten an der in der Arbeitsleitung angeordneten Drossel öffnet
oder schließt.
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Damit
der Öffnungszustand des Entnahmenventils im Strömungsfall
lediglich von der Strömungsrichtung abhängt, ist
es vorteilhaft, das Entnahmeventil als Schaltventil auszubilden.
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Um
einen Druckmittelfluss aus der Stellvorrichtung in die Arbeitsleitung
zu verhindern, ist ein Rückschlagventil nützlich,
welches den Druckmittelfluss lediglich in Richtung zu der Stellvorrichtung
hin zulässt. Durch eine Positionierung dieses Rückschlagventils
in der Verbindung zwischen geschlossenem Kreislauf und Stellvorrichtung
in der Ventileinheit wird eine Beeinflussung des geschlossenen Kreislaufs
durch die Stellvorrichtung vermieden und zudem sichergestellt, dass
eine Beaufschlagung der Stellvorrichtung mit dem Arbeitsleitungsdruck
nur bei Druckumkehr im geschlossenen Kreislauf und damit im Schiebebetrieb
möglich ist.
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Mit
einer Differenzdruckventileinheit in der Verbindung zwischen geschlossenem
Kreislauf und Stellvorrichtung in der Ventileinheit ist es möglich,
die Ventileinheit für Druckmittelfluss in Richtung der
Stellevorrichtung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen
der Verbindung der Ventileinheit mit der Stellvorrichtung und der
Arbeitsleitung, an der die Ventileinheit angeschlossen ist, zu öffnen
oder zu schließen. Somit kann die Ansteuerung der Stellvorrichtung
entsprechend besagter Druckdifferenz erfolgen. Ein Rückfluss
von Druckmittel aus der Stellvorrichtung in den hydraulischen Kreislauf
wird damit vermieden und zudem sichergestellt, dass eine Beaufschlagung
der Stellvorrichtung mit dem Arbeitsleitungsdruck nur bei Druckumkehr
im geschlossenen Kreislauf und damit im Schiebebetrieb möglich
ist.
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Ist
die Differenzdruckventileinheit eingangsseitig mit dem Entnahmeventil
verbunden, so wird die Differenzdruckventileinheit eingangsseitig
in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des
Druckmittels in der Arbeitsleitung, mit der das Entnahmenventil verbunden
ist, mit Druckmittel aus besagter Arbeitsleitung gespeist.
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Ein
Rückschlagventil an der Ausgangsseite der Differenzdruckventileinheit
anzuordnen, wobei das Rückschlagventil Druckmittelfluss
lediglich in die von der Differenzdruckventileinheit abführenden Richtung
zulässt, hat weiterhin den Vorteil, dass bei geringen Drücken
in der Ventileinheit diese nicht von Drücken der Stellvorrichtung
beeinflusst wird. Die Stellvorrichtung wirkt somit nicht auf die
Funktion der Ventileinheit zurück.
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Die
Druckdifferenzventileinheit lässt sich vorteilhaft durch
Kombination aus eingangsseitigem Hochdruckbegrenzungsventil und
ausgangseitigem Druckregelventil realisieren. So kann jedes Ventil
einzeln, z. B. durch Wahl oder Einstellung von Federn, eingestellt
werden und es kann somit eine feine Regulierung der Funktion der
Druckdifferenzventileinheit erzielt werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
hydrostatischen Antriebs mit Bremseinrichtung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung detailliert
erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Schaltplan des erfindungsgemäßen hydraulischen
Antriebs; und
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2 eine
schematische Darstellung einer speziellen Ausführungsform
der Differenzdruckventileinheit aus 1.
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In
der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
hydrostatischen Antriebs 1 gezeigt. Der hydrostatische
Antrieb 1 umfasst einen geschlossenen Kreislauf 2.
Der hydrostatische Antrieb 1 umfasst ferner eine Stellvorrichtung 3,
zum Einstellen eines Fördervolumens einer Hydropumpe 5,
eine erste Ventileinheit 4 und eine zweite Ventileinheit 4'.
Die Ventileinheiten 4 und 4' wirken mit der Stellvorrichtung 3 derart
zusammen, dass in Abhängigkeit von dem Betriebszustand
des hydrostatischen Antriebs 1 das Fördervolumen
der Hydropumpe 5 zur Bremsung verringert wird. Befindet
sich der hydrostatische Antrieb 1 im Schiebebetrieb, so
wird zur Bremsung das Fördervolumen der Hydropumpe 5 verringert.
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Der
geschlossene Kreislauf 2 umfasst neben der Hydropumpe 5,
einen Hydromotor 6, eine erste Arbeitsleitung 7 und
eine zweite Arbeitsleitung 8. Es verbinden sowohl die erste
als auch die zweite Arbeitsleitung 7, 8 jeweils
Hydropumpe 5 und Hydromotor 6 miteinander. Die
erste Arbeitsleitung 7 und die zweite Arbeitsleitung 8 leiten
Druckmittel stets in entgegengestzte Richtungen, falls das Fördervolumen der
Hydropumpe 5 von null verschieden ist.
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Die
Hydropumpe 5 wird durch eine Antriebswelle 51 angetrieben,
welche durch eine hier nicht dargestellte Antriebsmaschine angetrieben
wird. Bevorzugt wird eine Dieselbrennkraftmaschine verwendet. Es
können aber auch z. B. Elektromotoren, Ottomotoren oder
dergleichen verwendet werden. Die Antriebswelle 51 wird
auch dazu verwendet, zusätzlich zu der Hydropumpe 5 eine
Speisepumpe 39 anzutreiben, welche Druckmittel in ein Speisesystem fördert.
Der Hydromotor 6 treibt eine Abtriebswelle 61 an.
Diese kann beispielsweise eine angetriebene Fahrzeugachse eines
Fahrzeugs, oder andere mit der Antriebswelle 61 verbundene
bewegliche Einheiten antreiben.
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Sowohl
in der ersten Arbeitleitung 7 als auch in der zweiten Arbeitleitung 8 sind
Drosseln angeordnet. In der ersten Arbeitleitung 7 ist
die erste Drossel 9 und in der zweiten Arbeitleitung 8 die
zweite Drossel 10 angeordnet. Fließt Druckmittel
durch die Arbeitsleitungen 7, 8, so entsteht an
den Drosseln 9, 10 ein Druckgradient, dessen Vorzeichen
die Strömungsrichtung des Druckmittels in der Arbeitsleitung kennzeichnet.
Der Druck stromaufwärts einer durchströmten Drossel
ist stets höher als der Druck stromabwärts der
Drossel.
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Die
Stellvorrichtung 3 des hydrostatischen Antriebs 1 umfasst
einen Stellzylinder 11 und ein Stelldruckregelventil 12.
Der Stellzylinder 11 umfasst eine erste Stelldruckkammer 13 und
eine zweite Stelldruckkammer 14. Die beiden Stelldruckkammern 13, 14 sind
durch einen im Stellzylinder 11 entlang der Zylinderachse
verschiebbaren Stellkolben 17 voneinander getrennt. In
der ersten Stelldruckkammer 13 beaufschlagt eine erste
Zentrierfeder 15 den Stellkolben 17 in Richtung
der gegenüberliegenden zweiten Stelldruckkammer 14 während
in der zweiten Stelldruckkammer 14 eine zweite Zentrierfeder 16 den
Stellkolben 17 in Richtung der ersten Stelldruckkammer 14 mit
einer Rückstellkraft beaufschlagt. Der Stellkolben 17 ist über
ein Stellkraftübertragungsglied 52 mit der Hydropumpe 5 derart
verbunden, dass eine Positionsänderung des Stellkolbens 17 in
dem Stellzylinder 11 mit einer Schwenkwinkelverstellung
der Hydropumpe 5 einhergeht. Die Hydropumpe 5 ist
z. B. eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauart.
Die mittlere Position des Stellkolbens 17 im Stellzylinder 11 entspricht
dabei der Neutralstellung der Hydropumpe 5. Je nach Richtung
in welche der Stellkolben 17 von seiner mittleren Position
aus verschoben wird, wird eine entsprechende Förderrichtung
der Hydropumpe 5 eingestellt. Das Ausmaß der Auslenkung des
Stellkolbens 17 aus seiner mittleren Position entspricht
der damit verbundenen Vergrößerung des Schwenkwinkels
und damit des Fördervolumens der Hydropumpe 5.
In Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Stellkolbens 17 fördert
die Hydropumpe 5 Druckmittel in die erste oder die zweite
Arbeitsleitung 7, 8. Bei ausgeglichenen Stelldrücken
in der ersten und der zweiten Stelldruckkammer 13, 14 wird wegen
der rückstellenden Kräfte der Zentrierfedern 15, 16 der
Stellkolben 17 zurück in seine mittlere Position
gebracht.
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Das
Stelldruckregelventil 12 ist als variables 3/4-Wege-Ventil
ausgebildet, welches vorzugsweise über einen ersten Elektromagneten 39 und
einen zweiten Elektromagneten 40 angesteuert wird. Alternativ
kann auch eine hydraulische Ansteuerung des Stelldruckregelventils 12 vorgesehen
sein. Eine erste Feder 41 und eine zweite Feder 42 beaufschlagen das
Stelldruckregelventil 12 in Richtung seiner Ruheposition.
Das Stelldruckregelventil 12 ist über eine Speisedruckleitung 23 mit
einem Tank, über eine Entspannungsleitung 22 mit
der Speisepumpe 43, mit der ersten Stelldruckammer 13 und
der zweiten Stelldruckkammer 14 verbunden. Die Speisepumpe 43 kann
auch durch eine andere Druckmittelquelle ersetzt werden.
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Eine
erste Stelldruckleitung verbindet das Stelldruckregelventil 12 mit
der ersten Stelldruckkammer 13. In ihr ist eine dritte
Drossel 20 angeordnet. Eine zweite Stelldruckleitung 19 von
dem Stelldruckregelventil 12 zu der zweiten Stelldruckkammer 14 ist
durch die in ihr angeordnete vierte Drossel 21 gedrosselt.
In einer ersten, in der 1 dargestellten Endstellung
des Stelldruckregelventils 12 ist die erste Stelldruckkammer 13 mit
dem Tank verbunden, während die zweite Stelldruckkammer 14 mit
dem Ausgang der Speisepumpe 43 verbunden ist und so mit dem
Speisedruck beaufschlagt ist. In einer Neutralstellung des Stelldruckregelventils 12 sind
sowohl die erste Stelldruckkammer 13 als auch die zweite
Stelldruckkammer 14 mit dem Tank verbunden. In einer zweiten
Endstellung ist die erste Stelldruckkammer 13 mit der Speisepumpe 43 und
die zweite Stelldruckkammer 14 mit dem Tank verbunden.
Die erste Stelldruckkammer 13 wird in der Neutralstellung
und der ersten Endstellung entlastet, während die zweite Stelldruckkammer 14 in
der Neutralstellung und der zweiten Endstellung des Stelldruckregelventils 12 entlastet
wird. Die Übergänge zwischen der ersten zur zweiten
Endstellung über die Neutralstellung sind fließend,
da das Stelldruckregelventil 12 als variables Ventil ausgebildet
ist. Wird das Stelldruckregelventil 12 durch Beaufschlagung
eines der Elektromagneten 39, 40 mit einem Steuersignal
entgegen der Kraft der zweiten Feder 42 aus seiner Neutralposition
ausgelenkt, so wird auf Grund der sich einstellenden unterschiedlichen
hydraulischen Kräfte in der ersten und der zweiten Stelldruckkammer 13, 14 auf
den Stellkolben 17 der Stellkolben 17 entgegen
der Zentrierfeder 15 oder 16 ausgelenkt. Die Auslenkung
erfolgt so weit, bis zwischen der resultierenden hydraulischen Kraft
und der Resultierenden Kraft aus den Federkräften der Zentrierfedern 15 und 16 ein
Gleichgewicht herrscht.
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Die
erste Stelldruckkammer 13 ist ferner mit der ersten Ventileinheit 4 und
die zweite Stelldruckkammer 14 mit der zweiten Ventileinheit 4' verbunden.
Die erste Ventileinheit 4 ist mit der ersten Arbeitsleitung 7 verbunden
und die zweite Ventileinheit 4' mit der zweiten Arbeitsleitung 8.
Die erste und die zweite Ventileinheit 4, 4' sind
gleich aufgebaut und funktionieren in sich entsprechender weise.
Sie sind jeweils derart angeordnet, dass bei betriebenem geschlossenem
Kreislauf 2 abhängig vom Betriebszustand höchstens
eine von beiden Ventileinheiten 4, 4' die ihr
zugeordnete Stelldruckkammer 13 oder 14 mit Druck
beaufschlägt. Wenn eine Ventileinheit 4, 4' öffnet,
ist die jeweils andere geschlossen. Somit wird zu einem beliebigen
Zeitpunkt während des Betriebs immer nur höchstens
eine der beiden Stelldruckkammern 13, 14 von einer
Ventileinheit mit einem Druck aus einer bezüglich des Hydromotors 6 stromabwärtigen
Arbeitsleitung 7 oder 8 des geschlossenen hydraulischen
Kreislaufs beaufschlagt. Eine der Ventileinheiten 4 oder 4' bedrückt
die ihr zugeordnete Stelldruckkammer 13 oder 14 nur
dann, wenn an der zugeordneten Arbeitsleitung 7 oder 8 Hochdruck herrscht
und diese Druckmittel vom Hydromotor 6 zur Hydropumpe 5 leitet,
sie also die bezüglich des Hydromotors 6 stromabwärtige
Arbeitsleitung 7 oder 8 ist. Während
der ersten Ventileinheit 4 die erste Stelldruckkammer 13 und
die erste Arbeistleitung 7 zugeordnet sind, sind der zweiten
Ventileinheit 4' die zweite Arbeitsleitung 8 und
die zweite Stelldruckkammer 14 zugeordnet.
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Sich
entsprechende Elemente der Ventileinheiten 4, 4' sind
mit sich entsprechenden, gestrichenen Bezugszeichen versehen. Sich
entsprechende Elemente übernehmen gleiche Funktionen bei
umgekehrter Strömungsrichtung in dem hydraulischen Kreislauf 2.
Es werden daher Aufbau und Funktion beider Ventileinheiten 4, 4' nachfolgend
lediglich am Beispiel der ersten Ventileinheit 4 erläutert.
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Die
erste Ventileinheit 4 umfasst ein Entnahmeventil 28,
ein Differenzdruckventil 29 und ein Rückschlagventil 36.
Das Entnahmeventil 28 ist als Schaltventil ausgebildet
und ist eingangsseitig mit der ersten Arbeitsleitung 7 über
eine erste Verbindung 24 und ausgangsseitig mit dem Differenzdruckventil 29 über
eine zweite Verbindung 37 verbunden. Das Differenzdruckventil 29 ist
eingangsseitig über die zweite Verbindung 37 mit
dem Entnahmeventil 28 verbunden und ausgangsseitig über
eine dritte Verbindung 35 mit dem Rückschlagventil 36.
Das Rückschlagventil 36 ist eingangsseitig über
die dritte Verbindung 35 mit dem Differenzdruckventil 29 und
ausgangsseitig mit der Stellvorrichtung 3 verbunden. Das
Rückschlagventil 36 lässt Druckmittelfluss
lediglich in Richtung der Stellvorrichtung 3 zu.
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Das
Rückschlagventil 36 der ersten Ventileinheit 4 ist
ausgangsseitig über eine erste Stelldruckverbindungsleitung 38 mit
der ersten Stelldruckkammer 13 verbunden, während
das Rückschlagventil 36' der zweiten Ventileinheit 4' ausgangsseitig über
eine zweite Stelldruckverbindungsleitung 38' mit der zweiten
Stelldruckkammer 14 verbunden ist. So kann die erste Ventileinheit 4 die
erste Stelldruckkammer 13 und die zweite Ventileinheit 4' die
zweite Stelldruckammer 14 mit einem aus dem geschlossenen
Kreislauf abgebildeten Druck beaufschlagen. Somit ist es möglich,
den Ventilkolben 17 im Stellzylinder 11 in entgegegesetzte
Richtungen zu bedrücken und damit Förderrichtung
und Fördervolumen der Hydropumpe 5 mittels eines über
die erste oder die zweite Ventileinheit 4, 4' aus
dem hydraulischen Kreislauf 2 bereitgestellten Drucks zu
beeinflussen.
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Die
Stellvorrichtung 3 und die Ventileinheiten 4 und 4' wirken
derart zusammen, dass in Abhängigkeit von dem Betriebszustand
des hydrostatischen Antriebs 1 zur Bremsung des hydrostatischen
Antriebs 1 das Fördervolumen der Hydropumpe 5 verringert
wird. Besagte Bremsung tritt dann ein, wenn der hydrostatische Antrieb 1 sich
im Schiebebetrieb befindet und daher im hydraulischen Kreislauf
eine Druckumkehr stattfindet. Zunächst wird die Druckmittel-Strömungsrichtung
in der ihr jeweils zugeordneten Arbeitsleitung ermittelt. Die Ventileinheiten 4, 4' wägen
im Falle der relevanten Strömungsrichtung zusätzlich
ab, ob der höchste Druck in dieser Arbeitsleitung hinreichend
hoch ist, und bedrücken dann die ihnen jeweils zugeordnete
Stelldruckkammer 13 oder 14 mit einem aus dem
höchsten Druck abgeleitetem Druck. Dadurch wird der Betrag
des Fördervolumens der Hydropumpe verringert.
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Der
Betriebszustand ergibt sich aus der Strömungsrichtung des
Druckmittels im geschlossenen Kreislauf sowie der Höhe
in der bezüglich des Hydromotors 6 stromabwärtigen
Arbeitsleitung 7 oder 8. Wird z. B. während
eines normalen, angetriebenen Fahrbetriebs Druckmittel durch die
Hydropumpe 5 in die zweite Arbeitsleitung 8 gefördert,
so wird sich in der zweiten Arbeitsleitung 8 ein Hochdruck
und in der ersten Arbeitsleitung 7 Niederdruck einstellen.
Im Schiebebetrieb wirkt dagegen der Hydromotor 6, der nun
auf Grund der Massenträgheit des Fahrzeugs angetrieben
wird, als Pumpe und fördert bei gleichbleibender Strömungsrichtung
Druckmittel in die erste Arbeitsleitung 7. Der Hydromotor 6 stützt
sich an der Hydropumpe 5 ab. Es ergibt sich eine Druckumkehr,
bei der nun in der ersten, bezüglich des Hydromotors 6 stromabwärtigen
Arbeitsleitung 7 Hochdruck, in der zweiten Arbeitsleitung 8 dagegen
Niederdruck herrscht.
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Die
erste Arbeitsleitung 7 ist durch die Drossel 9 in
ein hydropumpenseitigen Teil und einen hydromotorseitigen Teil unterteilt.
Am Entnahmeventil 28 ist eine erste Messfläche 26.1 und
eine zweite Messfläche 27.1 ausgebildet. Beide
Messflächen sind dabei in jeweils entgegengesetzter Richtung
orientiert. Die erste Messfläche 26.1 ist mit
dem hydromotorseitigen Teil der Arbeitsleitung gedrosselt verbunden.
Dazu ist die erste Messfläche 26.1 mit der ersten
Verbindungs 24, welche den hydromotorseitigen Teil der
Arbeitsleitung 7 eingangsseitig mit dem Entnahmeventil 28 verbindet,
zwischen Entnahmeventil 28 und fünfter Drossel 25 über
eine erste Messleitung 26 verbunden. Die zweite Messfläche 27.1 ist ungedrosselt
mit dem hydropumpenseitigen Teil der Arbeitsleitung 7 über
eine zweite Messleitung 27 verbunden. Je nach Vorzeichen
der Druckdifferenz zwischen den an den in entgegengesetzter Richtung
wirkenden Messflächen anliegenden Drücke, welches von
der Druckmittel-Strömungsrichtung in der Arbeitsleitung 7 abhängt,
wird das als Schaltventil ausgebildete Entnahmeventil 28 entweder
in eine offene oder eine geschlossene Position geschaltet. Das Entnahmeventil 28 ist
dann offen, wenn Druckmittel in der Arbeitsleitung 7 vom
Hydromotor 6 zu der Hydropumpe 5 fließt.
Bei umgekehrter Strömungsrichtung ist das Entnahmeventil 28 geschlossen.
Nur in der offenen Position des Entnahmenventils 28 ist
der hydromotorseitige Teil der ersten Arbeitsleitung 7 mit der
Differenzdruckventileinheit 29 verbunden. Eine Entnahme
von Druckmittel zur Beaufschlagung der Stellvorrichtung 3 erfolgt
also nur dann, wenn die zugeordnete Arbeitsleitung die bezüglich
des Hydromotors 6 stromabwärtige Arbeitsleitung
ist. Bevor tatsächlich die Stellvorrichtung 3 mit
einem Druck der bezüglich des Hydromotors 6 aus
stromabwärtigen Arbeitsleitung beaufschlagt wird, muss
jedoch noch der Schiebebetrieb des Fahrzeugs festgestellt werden.
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Die
Differenzdruckventileinheit 29 bildet ebenfalls zwei entgegengesetzt
orientierte Messflächen 33.1 und 34.1 aus.
Die dritte Messfläche 33.1 ist über eine
dritte Messleitung 33 mit der eingangsseitigen zweiten
Verbindung 37 und die vierte Messfläche 34.1 über
eine vierte Messleitung 34 mit der ausgangsseitigen dritten
Verbindung 35 verbunden. Die Differenzdruckventileinheit 29 weist
eine dritte Feder 30 und eine vierte Feder 31 auf,
wobei die dritte Feder 30 der hydraulischen Kraft an der
dritten Messfläche 33.1 und die vierte Feder 31 der
hydraulischen Kraft an der vierten Messfläche 34.1 entgegenwirkt. Durch
die Federn 30, 31 wird eine Druckdifferenz zwischen
der zweiten Verbindung 37 und der dritten Verbindung 35 festgelegt,
bei deren Überschreitung die Differenzdruckventileinheit 29 aus
einer ersten Position in Richtung einer zweiten Position verstellt wird.
In der ersten Position verbindet das Differenzdruckregelventil 29 dabei
die eingangsseitige zweite Verbindung 37 über
eine sechste Drossel 32 mit dem Tank. In der zweiten Position ist
die eingangsseitige zweite Verbindung 37 mit der ausgangsseitigen
dritten Verbindung 35 verbunden. Somit wird ein Mindestdruck
in der bezüglich des Hydromotors 6 stromabwärtigen
Arbeitsleitung 7 bzw. eine Mindestdruckdifferenz gegenüber
dem in der Stellvorrichtung 3 herrschenden Stelldruck festgelegt,
ab dem eine Öffnung des Differenzdruckventils 29 erfolgt.
Dieser Druck kann nur bei Druckumkehr in dem hydraulischen Kreislauf 2 erreicht
werden, wie sie nur im Schiebebetrieb auftritt.
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Ist
der Druck in der dritten Verbindungsleitung 35 höher
als der Druck in der ersten Stelldruckverbindungsleitung 38,
so öffnet das Rückschlagventil 36 und
lässt Druckmittel aus der dritten Verbindung 35 in
die Stelldruckleitung 38 strömen.
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Die
Funktion von Entnahmeventil 28, Differenzdruckventileinheit 29 und
Rückschlagventil 36 in der Ventileinheit 4 wird
im Folgen noch einmal erläutert. Bei einer Druckmittel-Strömungsrichtung
von Hydromotor 6 zu Hydropumpe 5 in der ersten
Arbeitsleitung 7 öffnet das Entnahmenventil 28 auf
Grund des Druckabfalls an der durchströmten ersten Drossel 9,
so dass die Druckdifferenzventileinheit 29 eingangsseitig
mit dem Druck aus dem hydromotorseitigen Teil der ersten Arbeitsleitung 7 beaufschlagt
wird. Ist dieser Druck größer als ein durch die
Federn 30, 31 in Kombination mit dem Druck in
der dritten Verbindung 35 bestimmter Wert, so wird die
Differenzdruckventileinheit 29 zunehmend in Richtung der zweiten
Position verstellt. Die zweite Position erlaubt mit steigendem Differenzdruck
eine zunehmend ungedrosselte Verbindung der zweiten und der dritten Verbindung 37 und 35 miteinander.
Dadurch ist über das offene Entnahmeventil 28 und
die Differenzdruckventileinheit 29 der hydromotorseitige
Teil der ersten Arbeitsleitung 7 mit der dritten Verbindung 35 verbunden
und die erste Stelldruckkammer wird mit einem aus der ersten Arbeitsleitung 7 abgeleiteten Druck beaufschlagt.
Ist dann zusätzlich der Druck im hydromotorseitigen Teil
der ersten Arbeitsleitung 7 höher als in der Stelldruckleitung 38,
so wird der hydromotorseitige Teil der ersten Arbeitsleitung 7 mit der
Stelldruckkammer der Stellvorrichtung 3 verbunden, mit
der die erste Ventileinheit 4 verbunden ist. Dadurch wird
der Betrag des Fördervolumens der Hydropumpe 5 derart
reduziert, dass der Hydromotor 6 abgebremst wird.
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Bei
der in 1 dargestellten ersten Förderrichtung
fließt Druckmittel von der Hydropumpe 5 über
die zweite Arbeitsleitung 8 zum Hydromotor 6 und
von dort aus über die erste Arbeitsleitung 7 zurück
zur Hydropumpe 5. Treibt dabei die Hydropumpe 5 den
Hydromotor 6 an, so liegt der höchste Druck des
geschlossenen Kreislaufs 2 im hydropumpenseitigen Teil
der zweiten Arbeitsleitung 8 vor. Das zweite Entnahmenventil 28' ist
dann geschlossen. Damit ist die zweite Ventileinheit 4' insgesamt
geschlossen. Im Gegensatz dazu ist das erste Entnahmenventil 28 geöffnet.
Jedoch ist die erste Differenzdruckventileinheit 29 geschlossen,
da der Druck in dem hydromotorseitigen Teil der ersten, bezüglich
des Hydromotors 6 stromabwärtigen Arbeitsleitung 7 geringer
als die durch die Federn 30, 31 in Kombination
mit dem Druck in der dritten Verbindung 35 erzeugte Gegenkraft
ist. Die erste Ventileinheit 4 ist somit ebenfalls insgesamt
geschlossen.
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Treibt
jedoch bei gleicher Förderrichtung der Hydromotor 6 die
Hydropumpe 5 an, so wie es im Schiebebetrieb der Fall ist,
so liegt der höchste Druck des geschlossenen Kreislaufs 2 im
hydromotorseitigen Teil der ersten, bezüglich des Hydromotors 6 stromabwärtigen
Arbeitsleitung 7 vor. Die zweite Ventileinheit 4' ist
auch in diesem Fall geschlossen, da weiterhin, aufgrund der Strömungsrichtung,
bereits das zweite Entnahmenventil 28' geschlossen ist. Das
erste Entnahmenventil 28 ist auch in diesem Fall ebenfalls
wegen der Strömungsrichtung geöffnet. Da aber
in diesem Fall der höchste Druck im geschlossenen Kreislauf 2 in
dem hydromotorseitigen Teil der ersten Arbeitsleitung 7 vorherrscht,
ist zusätzlich die erste Differenzdruckventileinheit 29 geöffnet.
Da dieser Druck stets höher ist als der Tankdruck, mit
dem die Stelldruckleitung 38 und die erste Stelldruckkammer 13 durch
die in der 1 dargestellte Stellung des
Stelldruckregelventils 12 verbunden sind, ist auch das
Rückschlagventil 36 geöffnet. Damit ist
insgesamt die erste Ventileinheit 4 geöffnet.
Es wird die erste Stelldruckkammer 13 mit einem aus dem höchsten
Druck abgeleiteten Druck beaufschlagt und der Stellkolben 17 in
Richtung seiner Neutralstellung verschoben und die Hydropumpe 5 in
Richtung geringeren Fördervolumens verstellt. Somit tritt
die gewünschte Bremswirkung ein. Der Schiebebetrieb führt
zu einer automatischen hydraulischen Bremsung, auch dann, wenn die
Rücknahme der Ansteuerung des Stelldruckregelventils 12,
z. B. wegen einer Fehlfunktion oder erhöhten Rückstellkräften,
allein nicht ausreichend ist.
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Wird
das Stelldruckregelventil 12 anstatt in Richtung der in
der 1 dargestellten ersten Endposition in Richtung
der dritten Position ausgelenkt, so ist die Förderrichtung
der Hydropumpe 5 zu der in 1 dargestellten
entgegengestzt. Auch für diese entgegengesetzte Förderrichtung
wird ein Bremsvorgang durch Verringerung des Fördervolumens
der Hydropumpe 5 erzielt, wenn, wie es im Schiebetrieb der
Fall ist, der Hydromotor 6 die Hydropumpe 5 antreibt.
Bei dieser entgegengesetzten Förderrichtung ist die erste
Ventileinheit 4 stets geschlossen und die zweite Ventileinheit 4' nur
offen, wenn, wie es im Schiebetrieb der Fall ist, der Hydromotor 6 die
Hydropumpe 5 antreibt. In diesem Fall wird die zweite Arbeitsleitung 8 zu
der bezüglich des Hydromotors 6 stromabwärtigen.
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Der
hydraulische Kreislauf umfasst ferner eine Speiseeinrichtung, die über
die Speisepumpe 43 mit Druckmittel versorgt wird. Hierzu
zweigt von der Speisedruckleitung 23 ein Speisedruckleitungszweig 23' ab.
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Über
den Speisedruckleitungszweig 23' ist die Speisepumpe 43 mit
einem Ventilblock 44 verbunden. Der Ventilblock 44 umfasst
Speiseventileinheiten bekannter Bauart, über die einerseits
ein Einspeisen von Druckmitteln in die erste Arbeitsleitung 7 oder
die zweite Arbeitsleitung 8 und andererseits eine Absicherung
gegen überhöhte Arbeitsleitungsdrücke
erfolgt. Der Ventilblock 44 ist hierzu über weitere
Verbindungsleitungen 45, 46 mit der ersten Arbeitsleitung 7 bzw.
der zweiten Arbeitsleitung 8 verbunden. Bei Überlastung
des geschlossenen hydraulischen Kreislaufs wird zum Druckabbau Druckmittel in
das Tankvolumen abgelassen.
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In 2 ist
eine Konstruktion eines Ausführungsbeispiels der ersten
Ventileinheit 4 gezeigt. Die dargestellte spezielle Ventileinheit 4'' umfasst
wieder das Entnahmeventil 28 und das Rückschlagventil 36. Jedoch
ist die Differenzdruckventileinheit 29 durch die spezielle
Differenzdruckventileinheit 29'' ersetzt. Diese spezielle
Differenzdruckventileinheit 29'' umfasst ein Hochdruckbegrenzungsventil 200.1 und
ein nachgeschaltetes Druckregelventil 200.2.
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Das
Hochdruckbegrenzungsventil 200.1 ist eingangsseitig über
die zweite Verbindung 37 mit dem Entnahmeventil 28 und
ausgangsseitig über die Zwischenverbindung 219 mit
der Eingangsseite des Druckregelventils 200.2 verbunden.
Das Druckregelventil 200.2 ist ausgangsseitig über
die dritte Verbindung 35 mit dem Rückschlagventil 36 verbunden. Das
Hochdruckbegrenzungsventil 200.1 umfasst eine erste zylindrische
Ausnehmung 201 mit einer radial erweiternden ersten Ringnut 202,
wobei die erste zylindrische Ausnehmung 201 einen ersten
ringförmiger Raum 203 und die erste Ringnut 202 einen zweiten
ringförmigen Raum 204 mit einem ersten Ventilkolben 205 ausbildet.
Der erste ringförmige Raum 203 ist mit der zweiten
Verbindung 37 und der zweite ringförmige Raum 204 ist
mit der Zwischenverbindung 219 verbunden. Der erste Ventilkolben 205 ist
in der zylindrischen Ausnehmung 201 axial verschieblich
angeordnet. Dieser erste Ventilkolben 205 weist einen ersten
Führungsabschnitt 206, einen zweiten Führungsabschnitt 207 und
einen zwischen diesen liegenden ersten Distanzabschnitt 208 auf. Eine
erste Steuerkante 209 an dem zweiten Führungsabschnitt 207 bildet
eine variable Drossel aus, welche für Druckmittelfluss
von der zweiten Verbindung 37 zur Zwischenverbindung 219 je
nach axialer Position geöffnet oder geschlossen ist. Die
axiale Position des axial verschieblichen Ventilkolbens 205 wird
zur Regulierung des Öffnungszustandes des Hochdruckbegrenzungsventils 200.1 durch
das Kräfteverhältnis zwischen der in Richtung
geschlossenem Zustand auf den Ventilkolben 205 wirkenden Kraft
der verstellbaren ersten Feder 300 und der in entgegengesetzte
Richtung wirkenden hydraulischen Messkraft bestimmt, welche aus
der Druckbeaufschlagung der dritten Messfläche 33.1 durch
Druckmittel im ersten Messraum 33.2 resultiert. Das Druckmittel
in dem ersten Messraum 33.2 wird über die dritte
Messleitung 33 aus der ersten Verbindung 37 entnommen.
Bereits aus der 1 bekannte Elemente werden mit
den dort verwendeten Bezugszeichen versehen.
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Das
Druckregelventil 200.2 ist eingangsseitig über
die Zwischenverbindung 219 mit dem Hochdruckbegrenzungsventil 200.1 und
ausgangsseitig über die dritte Verbindung 35 mit
dem Rückschlagventil 36 verbunden. Das Druckregelventil 200.2 umfasst
eine zweite zylindrische Ausnehmung 210 mit einer zweiten
radial erweiternden Ringnut 211, wobei die zweite zylindrische
Ausnehmung 210 einen dritten ringförmiger Raum 212 und
die zweite Ringnut 211 einen vierten ringförmigen
Raum 213 mit einem zweiten Ventilkolben 214 ausbildet.
Die Zwischenverbindung 219 mündet in den vierten
Ringraum 213 aus und die vierte Verbindung 35 mündet
in den dritten ringförmigen Raum 212 aus. Der
zweite Ventilkolben ist in der zweiten zylindrischen Ausnehmung 210 axial
verschieblich angeordnet. Dieser zweite Ventilkolben 214 weist
einen dritten Führungsabschnitt 215, einen vierten
Führungsabschnitt 216 und einen zwischen diesen
liegenden zweiten Distanzabschnitt 217 auf. Eine zweite
Steuerkante 218 an dem dritten Führungsabschnitt 215 bildet
eine variable Drossel aus, welche für Druckmittelfluss
von der Zwischenverbindung 37 zur dritten Verbindung 35 je
nach axialer Position geöffnet oder geschlossen ist. Die
axiale Position des axial verschieblichen zweiten Ventilkolbens 214 wird
zur Regulierung des Öffnungszustandes des Druckregelventils 200.2 durch
das Kräfteverhältnis zwischen der in Richtung
geschlossenem Zustand auf den zweiten Ventilkolben 214 wirkenden Kraft
der vierten Feder 31 und der in entgegengesetzte Richtung
wirkenden Messkraft, welche aus der Druckbeaufschlagung der vierten
Messfläche 34.1 durch Druckmittel im zweiten Messraum 34.2 resultiert.
Das Druckmittel in dem zweiten Messraum 34.2 wird über
die vierte Messleitung 33 aus der dritten Verbindung 35 entnommen.
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Leckagen
werden in den Tank abgeführt. Durch Reibungskräfte
im Zusammenhang mit den Leckageströmen, ist die dadurch
ausgebildete Tankverbindung automatisch gedrosselt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr sind auch einzelne Merkmale der Ausführungsbeispiele vorteilhaft
untereinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004062388
A1 [0003]
- - DE 10138519 A1 [0005]