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Die Erfindung betrifft eine ventilgesteuerte Verdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei herkömmlichen Verdrängermaschinen, die z. B. als Radialkoben- oder als Axialkolbenmaschinen ausgeführt sein können, erfolgt die Steuerung des Zulaufes und des Ablaufes bzw. der Verbindung zum Hochdruck und der Verbindung zum Niederdruck der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten mechanisch. Im Falle einer Axialkolbenpumpe z. B. werden zwei Drucknieren eingesetzt, über die die Verbindungen zur Hochdruckseite und zur Niederdruckseite während eines gewissen Bereiches der Kreisbahn und somit während eines gewissen Hubabschnitts der Zylinder-Kolben-Einheiten öffnen. Bei Radialkolbenpumpen sind pro Zylinder-Kolben-Einheit ein mechanisches Hochdruck- und eine mechanisches Niederdruckventil vorgesehen. Das Hochdruckventil jeder Einheit z. B. öffnet immer bei Überschreiten eines gewissen aufgebauten Drucks im jeweiligen Zylinder der Einheit, so dass das druckerhöhte Druckmittel zur Hochdruckseite der Pumpe abströmen kann.
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Nachteilig an derartigen hydrostatischen Verdrängermaschinen ist, dass immer alle Zylinder-Kolben-Einheiten aktiv sind.
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Die Druckschrift
WO 2008/012558 A2 offenbart ventilgesteuerte Verdrängermaschinen, so genannten Digital-Displacement-Units (DDU's), bei denen jeder Zylinder-Kolben-Einheit ein elektrisch betätigtes Niederdruckventil und ein elektrisch betätigtes Hochdruckventil zugeordnet sind.
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Somit sind die Einheiten über die beiden Ventile getrennt im Pumpenmodus, Motormodus und in einem so genannten Idle-Modus ansteuerbar. Durch den Idle-Modus können einzelne Einheiten durch dauerhaftes Öffnen des Niederdruckventils und durch dauerhaftes Schließen des Hochdruckventils deaktiviert bzw. kraftlos geschaltet werden. So kann der Volumenstrom bzw. die Drehzahl der Verdrängermaschine reduziert werden.
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Nachteilig an derartigen ventilgesteuerten Verdrängermaschinen ist, dass für die elektromagnetische Schaltung kostenintensive Ventile und hohe elektrische Leistungen nötig sind.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine ventilgesteuerte Verdrängermaschine zu schaffen, deren Ventile trotz hohem Druckmitteldurchsatz keine kostenintensive Leistungselektronik benötigen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilgesteuerte Verdrängermaschine nach Patentanspruch 1.
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Die erfindungsgemäße ventilgesteuerte Verdrängermaschine hat mehrere Zylinder-Kolben-Einheiten, die jeweils über zumindest ein Niederdruckventil verfügen, das zur Einstellung eines Förder-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktivierbar oder deaktivierbar ist. Dabei werden die Niederdruckventile hydraulisch über Vorsteuerventile betätigt, die direkt oder indirekt mechanisch von einer Welle der Verdrängermaschine getaktet sind. Diese Ventile benötigen trotz hohem Druckmitteldurchsatz keine kostenintensive Leistungselektronik.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist jede Zylinder-Kolben-Einheit zusätzlich über zumindest ein Hochdruckventil zur Einstellung eines Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktivierbar oder deaktivierbar. Dabei werden auch die Hochdruckventile hydraulisch über die von der Welle der Verdrängermaschine getakteten Vorsteuerventile betätigt. Damit ist die erfindungsgemäße ventilgesteuerte Verdrängermaschine auch als Motor einsetzbar.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist jeder Zylinder-Kolben-Einheit genau ein Hochdruckventil und genau ein Niederdruckventil und diesen genau ein Vorsteuerventil zugeordnet. Dabei kann jedes Vorsteuerventil über eine erste Hauptleitung mit einem Hochdruckanschluss und über eine zweite Hauptleitung mit einem Niederdruckanschluss der Verdrängermaschine fluidisch verbunden werden.
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Bei einem bevorzugten ersten Ausführungsbeispiel der Verdrängermaschine haben die Vorsteuerventile Drehschieber, die synchron drehend mit der Welle verbunden sind.
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Bei einem bevorzugten zweiten Ausführungsbeispiel der Verdrängermaschine sind die Vorsteuerventile 4/2-Wegeventile, die über eine Kurvenscheibe betätigt sind, die synchron drehend mit der Welle verbunden sind.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung verbindet jedes Vorsteuerventil während einer ersten halben Umdrehung der Welle die erste Hauptleitung über eine erste Steuerleitung mit einer in Öffnungsrichtung wirksamen Kolbenfläche des Niederdruckventils und während einer zweiten halben Umdrehung der Welle die erste Hauptleitung über eine zweite Steuerleitung mit einer in Öffnungsrichtung wirksamen Kolbenfläche des Hochdruckventils. Durch den Druck der ersten Hauptleitung wird somit während der ersten halben Umdrehung das Niederdruckventil und während der zweiten halben Umdrehung das Hochdruckventil geöffnet, so dass die entsprechende Zylinder-Kolben-Einheit im Pumpen- oder im Motormodus betrieben werden kann.
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Dabei kann jedes Vorsteuerventil während der ersten halben Umdrehung der Welle die erste Hauptleitung über die erste Steuerleitung mit einer in Schließrichtung wirksamen Kolbenfläche des Hochdruckventils und während der zweiten halben Umdrehung der Welle die erste Hauptleitung über die zweite Steuerleitung mit einer in Schließrichtung wirksamen Kolbenfläche des Niederdruckventils verbinden. Durch den Druck der ersten Hauptleitung wird somit während der ersten halben Umdrehung das Hochdruckventil und während der zweiten halben Umdrehung das Niederdruckventil geschlossen, so dass die entsprechende Zylinder-Kolben-Einheit im Pumpen- oder im Motormodus betrieben werden kann.
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Bei einer Variante herrscht in der ersten Hauptleitung zumindest an ihrer Mündung in das Vorsteuerventil Hochdruck. Dabei verbindet jedes Vorsteuerventil während der ersten halben Umdrehung der Welle die zweite Hauptleitung über die zweite Steuerleitung mit der in Öffnungsrichtung wirksamen Kolbenfläche des Hochdruckventils und während der zweiten halben Umdrehung der Welle die zweite Hauptleitung über die erste Steuerleitung mit der in Öffnungsrichtung wirksamen Kolbenfläche des Niederdruckventils.
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Dabei kann jedes Vorsteuerventil während der ersten halben Umdrehung der Welle die zweite Hauptleitung über die zweite Steuerleitung mit der in Schießrichtung wirksamen Kolbenfläche des Niederdruckventils und während der zweiten halben Umdrehung der Welle die zweite Hauptleitung über die erste Steuerleitung mit der in Schließrichtung wirksamen Kolbenfläche des Hochdruckventils verbinden.
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Um die jeweilige Zylinder-Kolben-Kombination in den kraft- bzw. wirkungslosen Idle-Modus schalten zu können und so das Förder- bzw. Schluckvolumen der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Verdrängereinheit verringern zu können, ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in der ersten Steuerleitung ein 3/2-Wegeventil angeordnet. Damit kann in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung eine Verbindung des Vorsteuerventils mit dem Hochdruckventil und mit dem Niederdruckventil über die erste Steuerleitung abgesperrt werden und dabei über eine erste Idle-Leitung die erste Hauptleitung mit der ersten Steuerleitung fluidisch verbunden werden. In einer Schaltstellung gibt das Wegeventil die erste Steuerleitung frei. Auch in der zweiten Steuerleitung ist ein 3/2-Wegeventil angeordnet, das in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung die fluidische Verbindung des Vorsteuerventils mit dem Hochdruckventil und mit dem Niederdruckventil über die zweite Steuerleitung absperrt und dabei über eine zweite Idle-Leitung die zweite Hauptleitung mit der zweiten Steuerleitung fluidisch verbindet. In einer Schaltstellung gibt das Wegeventil die zweite Steuerleitung frei.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine, deren Einheiten in den Idle-Modus geschaltet werden können, hat eine erste Idle-Leitung, die die erste Hauptleitung mit der ersten Steuerleitung fluidisch verbindet, und eine zweite Idle-Leitung die die zweite Hauptleitung mit der zweiten Steuerleitung fluidisch verbindet. In den beiden Idle-Leitungen ist ein 4/2-Wegeventil angeordnet, das in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung die beiden Idle-Leitungen freigibt, und das in einer Schaltstellung die beiden Idle-Leitungen absperrt.
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Die nötige Absperrmöglichkeit der beiden Hauptleitungen kann mit einem 4/2-Wegeventil erreicht werden, das in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung die beiden Hauptleitungen absperrt, und das in einer Schaltstellung die beiden Hauptleitungen freigibt. Damit ist eine Fail-Safe-Funktion realisiert.
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Oder die Absperrmöglichkeit wird mit einem 4/3-Wegeventil erreicht, das in den beiden Hauptleitungen angeordnet ist, wobei es in einer durch zwei Federn vorzentrierten Idle-Stellung die beiden Hauptleitungen absperrt während es in Schaltstellungen die beiden Hauptleitungen freigibt.
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Um beider Verdrängermaschine Förderrichtung bzw. Drehrichtung ändern zu können wird es dabei bevorzugt, wenn durch eine zweite Schaltstellung Verbindungen in den Hauptleitungen gegenüber der ersten Schaltstellung „über Kreuz” ausgewechselt werden können.
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Um auch bei Verdrängermaschinen ohne das 4/3-Wegeventil Förderrichtung bzw. Drehrichtung ändern zu können wird es bevorzugt, wenn ein aktives Wechselventil in den beiden Hauptleitungen angeordnet ist, das als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist. Durch dieses Ventil können Verbindungen der Hauptleitungen gegenüber einer Grundstellung ausgewechselt werden, so dass die Dreh- bzw. die Förderrichtung der Verdrängermaschine geändert wird.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist in den beiden Hauptleitungen ein passives Wechselventil angeordnet, das ein 4/2-Wegeventil ist, dessen Ventilkörper einerseits vom Druck der ersten Hauptleitung und andererseits vom Druck der zweiten Hauptleitung beaufschlagt ist. Damit ist sicher gestellt, dass auch bei einer Vertauschung der Hoch- und Niederdruckseite der Verdrängermaschine (Lastumkehr) die zwischen dem 4/2-Wegeventil und der jeweiligen Mündung in das Vorsteuerventil angeordneten Abschnitte der Hauptleitungen in der vorbestimmten Weise dem Hoch- bzw. Niederdruck zugeordnet bleiben.
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Um den vorrichtungstechnischen Aufwand der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine zu reduzieren können an Abschnitten der beiden Hauptleitungen, die in das Vorsteuerventil münden, die Vorsteuerventile anderer Zylinder-Kolben-Einheiten angeschlossen sein. Damit wird ein gemeinsames 4/2-Wegeventil und ein gemeinsames passives Wechselventil sowie ein 4/3-Wegeventil, das auch als Kombination eines 4/2-Wegeventils und eines aktiven Wechselventils aufgelöst sein kann, mehreren Vorsteuerventilen und damit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten zugeordnet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind die Hochdruckventile und die Niederdruckventile Sitzventile, die in Schließrichtung von einer Feder vorgespannt sind.
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Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung für eine einzelne Zylinder-Kolben-Einheit einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine;
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2 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung für die Zylinder-Kolben-Einheit;
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3 einen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung;
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4 einen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung;
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5 einen Schaltplan eines fünften Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung; und
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6 einen Schaltplan eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung.
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1 zeigt einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung für eine Zylinder-Kolben-Einheit 1 einer erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Verdrängermaschine. Diese kann z. B. eine Radialkolbenmaschine sein, bei der z. B. sechs Zylinder-Kolben-Einheiten 1 sternförmig angeordnet sind. In diesem Fall würde die Verdrängermaschine die in 1 gezeigte Ventilanordnung entsprechend sechs Mal aufweisen.
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Jede Zylinder-Kolben-Einheit 1 hat einen Hochdruckanschluss HP und einen Niederdruckanschluss LP, wobei die Hochdruckanschlüsse HP mit einem zentralen (nicht gezeigten) Hochdruckanschluss und die Niederdruckanschlüsse LP mit einem (nicht gezeigten) zentralen Niederdruckanschluss der Verdrängermaschine verbunden sind. Wenn die Verdrängermaschine als Pumpe betrieben wird, sind die Niederdruckanschlüsse LP Druckmitteleingänge und die Hochdruckanschlüsse HP Druckmittelausgänge, während sich diese Strömungsrichtung im Motorbetrieb umkehrt.
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Die Hochdruckanschlüsse HP und die Niederdruckanschlüsse LP sind über ein Hochdruck- und ein Niederdruckventil 3a, 3b auf- bzw. zusteuerbar, wobei die Ventile 3a, 3b hydraulisch betätigte Sitzventile sind. Deren etwa kegelstumpfförmige Schließkörper 2a, 2b werden über Kolben 6a, 6b von Differenzialzylindern 4a, 4b in ihren jeweiligen Ventilsitz gepresst oder von diesem abgehoben.
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Jeder Kolben 6a, 6b hat eine (in 1) obere Stirnfläche 8a, 8b und eine (in 1) untere Ringstirnfläche 10a, 10b. Dabei sind die beiden Stirnflächen 8a, 8b jeweils von einer in Schließrichtung wirkenden Feder 12a, 12b beaufschlagt.
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Die Steuerung der Ventile 3a, 3b erfolgt über eine erste Hauptleitung 14a, 14b, 14c, die an den Hochdruckanschluss der Verdrängermaschine angeschlossen ist, und über eine zweite Hauptleitung 16a, 16b, 16c, die an den Niederdruckanschluss der Verdrängermaschine angeschlossen ist. Die beiden Hauptleitungen 14a, 14b, 14c, 16a, 16b, 16c sind über ein gemeinsames als Drehschieberventil 18 ausgebildetes Vorsteuerventil mit einer ersten Steuerleitung 20a, 20b und mit einer zweiten Steuerleitung 22a, 22b verbunden. Die erste Steuerleitung 20b ist über eine HP-Schließleitung 24 mit einem Bodenraum des Differenzialzylinders 4a und über eine LP-Öffnungsleitung 26 mit einem Ringraum des Differenzialzylinders 4b verbunden. Die zweite Steuerleitung 22b ist über eine HP-Öffnungsleitung 28 mit einem Ringraum des Differenzialzylinders 4a und über eine LP-Schließleitung 30 mit einem Bodenraum des Differenzialzylinders 4b verbunden.
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Das Drehschieberventil 18 hat einen Drehschieber mit einer Doppelniere, der mit einer (nicht gezeigten) Welle der Verdrängermaschine verbunden ist und mit gleicher Drehzahl mit dieser dreht. Dadurch wird die erste Steuerleitung 14c während einer ersten halben Umdrehung der Welle mit der ersten Steuerleitung 20a und die zweite Hauptleitung 16c mit der zweiten Steuerleitung 22a verbunden. Während einer zweiten halben Umdrehung der Welle wird die erste Hauptleitung 14c mit der zweiten Steuerleitung 22a und die zweite Hauptleitung 16c mit der ersten Steuerleitung 20a verbunden. Dadurch werden während einer Umdrehung der Welle und entsprechend des Drehschiebers die Ventile 3a, 3b auf- und zugesteuert. 1 zeigt die Ventile 3a, 3b während der ersten halben Umdrehung. Dabei beaufschlagt Hochdruck über die erste Hauptleitung 14a, 14b, 14c, über die ersten Steuerleitung 20a, 20b und über die HP-Schließleitung 24 die Stirnfläche 8a, so dass das Hochdruckventil 3a geschlossen ist. Der Hochdruck beaufschlagt weiterhin über die LP-Öffnungsleitung 26 die Ringstirnfläche 10b, so dass das Niederdruckventil 3b geöffnet ist.
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Wenn die erfindungsgemäße Verdrängermaschine als Pumpe betrieben wird, zeigt 1 den Kolben 32 während einer Abwärtsbewegung bzw. beim Ansaughub. Wenn die Verdrängermaschine hingegen als Motor betrieben wird, zeigt 1 den Kolben 32 während einer Aufwärtsbewegung bzw. beim Ausschiebehub.
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Wenn die beispielhaft gezeigte Zylinder-Kolben-Einheit 1 in den kraft- bzw. wirkungslosen Idle-Modus geschaltet werden soll, wird das Niederdruckventil 3b dauerhaft geöffnet, so dass während einer Umdrehung der Welle und des Drehschiebers niederdruckseitig Druckmittel ein- und ausströmt. Damit ist die betroffen Einheit 1 in den hydraulischen Leerlauf geschaltet. Dazu ist eine steuerdrucktechnische Umgehung des Drehschieberventils 18 nötig. Diese erfolgt entweder durch ein Idle-Ventil 36, das zwischen der Steuerleitung 20b und der ersten Steuerleitung 20a bzw. zwischen der Steuerleitung 20b und einer ersten Idle-Leitung 34 angeordnet ist. Über das Idle-Ventil 36 kann die Steuerleitung 20b über die ersten Idle-Leitung 34 mit der ersten Hauptleitung 14b direkt verbunden werden. Oder die Umgehung des Drehschieberventils 18 erfolgt durch ein Idle-Ventil 38, das zwischen der Steuerleitung 22b und der zweiten Steuerleitung 22a bzw. zwischen der Steuerleitung 22b und einer zweiten Idle-Leitung 40 angeordnet ist. Über das Idle-Ventil 38 kann entsprechend die Steuerleitung 22b über die zweite Idle-Leitung 40 mit der zweiten Hauptleitung 16b direkt verbunden werden.
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Die beiden Idle-Ventile 36, 38 sind in 1 in einer bestromten Schaltstellung gezeigt, in der sie die jeweilige Verbindung zwischen dem Vorsteuerventil 18 und den beiden Ventilen 3a, 3b über die jeweilige Steuerleitung 20a, 20b, 22a, 22b freigeben. Über eine durch eine Feder vorgespannten jeweiligen Grundstellung wird das Vorsteuerventil 18 umgangen. Somit würden die Ventile 3a, 3b dauerhaft in denen in 1 gezeigten Positionen verbleiben und die entsprechende Einheit 1 in den Idle-Modus geschaltet.
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Zwischen den Abzweigungen der beiden Idle-Leitungen 34, 40 und dem Drehschieberventil 18 ist in den beiden Hauptleitungen 14b, 14c, 16b, 16c ein aktives Wechselventil angeordnet, das als 4/2-Wegeventil 42 ausgebildet ist. In einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung ist der Abschnitt 14b der der ersten Hauptleitung mit dem Abschnitt 14c der ersten Hauptleitung verbunden, während der Abschnitt 16b der zweiten Hauptleitung mit dem Abschnitt 16c der zweiten Hauptleitung verbunden ist. In einer Schaltstellung des Wegeventils 42 ist der Abschnitt 14b der ersten Hauptleitung mit dem Abschnitt 16c der zweiten Hauptleitung verbunden, während der Abschnitt 16b der zweiten Hauptleitung mit dem Abschnitt 14c der ersten Hauptleitung verbunden ist. Durch Betätigung dieses Wegeventils 42 kann also die Drehrichtung bzw. Förderrichtung der erfindungsgemäßen ventilgesteuerten Verdrängermaschine geändert werden.
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Ein vorgeschaltetes passives Wechselventil, das ebenfalls als 4/2-Wegeventil 44 ausgebildet ist, und das stromaufwärts der Abzweigungen der Idle-Leitungen 34, 40 von den Hauptleitungen 14b, 16b angeordnet ist, dient zur Neutralisierung eventueller Vertauschungen zwischen dem Hochruckanschluss HP und dem Niederdruckanschluss LP. Es verbindet in einer ersten Schaltstellung den Hochdruckanschluss HP mit der ersten Hauptleitung 14b, während es den Niederdruckanschluss LP mit der zweiten Hauptleitung 16b verbindet. Ein Ventilkörper des Wegeventils 44 ist in Richtung dieser ersten Schaltstellung vom Hochdruck der ersten Hauptleitung 14a und in Richtung einer zweiten Schaltstellung vom Niederdruck der zweiten Hauptleitung 16a beaufschlagt. Somit würde bei einer eventuellen Vertauschung des Hochdruckanschlusses HP mit dem Niederdruckanschluss LP das Wegeventil 44 in die zweite Schaltstellung schalten, wodurch der neue Hochdruckanschluss HP über den Abschnitt 16a der zweiten Hauptleitung und über das Wegeventil 44 wiederum mit der ersten Hauptleitung 14b verbunden wäre, während der neue Niederdruckanschluss LP über den Abschnitt 14a der ersten Hauptleitung und über das Wechselventil 44 wiederum mit der zweiten Hauptleitung 16b verbunden wäre. Damit bleibt die Ansteuerung des Wegeventils 42 und des Drehschieberventils 18 auch bei Lastumkehr erhalten. Eine derartige Lastumkehr würde auch den Hochdruckanschluss HP und den Niederdruckanschluss LP der Zylinder-Kolben-Einheit 1 vertauschen, so dass bei einem Pumpenbetrieb der Kolben 32 durch eine Schaltung gemäß 1 im Aufwärts- bzw. Arbeitshub wäre und in einem Motorbetrieb im Abwärts bzw. Arbeitshub wäre.
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Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine, deren Ventilsteuerung beispielhaft an einer Zylinder-Kolben-Einheit 1 gezeigt ist, kann in hydrostatischen Fahrantrieben verwendet werden, die in einem geschlossenen Kreislauf betrieben werden sollen. Ein Einsatz im offenen Kreislauf ist ebenfalls möglich. Dabei entfällt das passive Wechselventil 44. Bei Lastumkehr wird dann von einer (nicht gezeigten) übergeordneten Antriebssteuerung das Wegeventil 42 umgeschaltet. Dadurch wird die Steuerung der Ventile 3a, 3b umgeschaltet, wobei der Hochdruckanschluss HP und der Niederdruckanschluss LP der Verdrängermaschine unverändert bleiben.
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2 zeigt einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine, wobei wiederum beispielhaft eine einzige Zylinder-Kolben-Einheit 1 dargestellt ist. Dabei wird im Folgenden nur der wesentliche Unterschied zwischen dem zweiten und dem ersten Ausführungsbeispiels (gemäß 1) erläutert:
Statt dem Drehschieberventil 18 ist das Vorsteuerventil als 4/2-Wegeventil 118 ausgebildet, das in einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung die erste Hauptleitung 14c mit der ersten Steuerleitung 20a und die zweite Hauptleitung 16c mit der zweiten Steuerleitung 22a verbindet, während es in einer Schaltstellung die erste Hauptleitung 14a mit der zweiten Steuerleitung 22a und die zweite Hauptleitung 16c mit der ersten Steuerleitung 20a verbindet. Dabei wird das Wegeventil 118 von einer Kurvenscheibe 119 betätigt bzw. getaktet. Die Kurvenscheibe 119 hat eine Nocke 119a, die sich etwa über den halben Außenumfang der Kurvenscheibe 119 erstreckt. Dabei ist die Kurvenscheibe 119 an die (nicht gezeigte) Welle der Verdrängermaschine gekoppelt, so dass sie mit dieser gleichförmig dreht.
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Während der ersten halben Drehung der Welle und der Kurvenscheibe 119 ist das Wegeventil 118 in der – in der 2 – gezeigten Grundstellung. Während einer zweiten halben Drehung der Welle und der Kurvenscheibe 119 ist das Wegeventil 118 in der Schaltstellung.
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Somit sind beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 prinzipiell die gleichen Steuerfunktionen wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 realisiert.
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3 zeigt einen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung, wobei wiederum beispielhaft nur eine Zylinder-Kolben-Einheit 1 gezeigt sind. Dabei werden im Folgenden nur die wesentlichen Unterschiede zwischen dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 und dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erläutert:
Statt der Idle-Leitungen 34, 40, die über Idle-Ventile 36, 38 an die Steuerleitungen 20a, 20b, 22a, 22b, angeschlossen sind, sind beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 eine erste Idle-Leitung 234a, 234b und eine zweite Idle-Leitung 240a, 240b vorgesehen, die jeweils direkt an die entsprechende Steuerleitung 220, 222 angeschlossen sind. In den beiden Idle-Leitungen 234a, 234b, 240a, 240b ist ein erstes Idle-Ventil 236 angeordnet, das als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist. Es sperrt in einer Schaltstellung die beiden Idle-Leitungen 234a, 234b, 240a, 240b ab. In einer durch eine Feder vorgespannten Grundstellung verbindet das Idle-Ventil 236 die beiden Abschnitte 234a, 234b der ersten Idle-Leitung und die beiden Abschnitte 240a, 240b der zweiten Idle-Leitung.
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Weiterhin ist in der ersten Hauptleitung 14c und der zweiten Hauptleitung 16c ein zweites Idle-Ventil 238 angeordnet, das ebenfalls als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist. In seiner Schaltstellung sind die beiden Hauptleitungen 14b, 14c, 16b 16c offen, während diese in seiner Grundstellung abgesperrt sind.
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Somit weist das dritte Ausführungsbeispiel gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel für den Idle-Modus geänderte Ventile und Leitungen auf. Zum Betreiben der Zylinder-Kolben-Einheit 1 im Idle-Modus wird das Drehschieberventil 18 dadurch umgangen, dass die Hauptleitungen 14b, 14c, 16b, 16c abgesperrt werden (Grundstellung des Ventils 238) und gleichzeitig die beiden Idle-Leitungen 234a, 234b, 240a, 240b aufgesteuert werden (Grundstellung des Ventils 236).
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4 zeigt einen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine, wobei beispielhaft eine einzige Zylinder-Kolben-Einheit 1 dargestellt ist. Dabei wird im Folgenden nur der wesentliche Unterschied zwischen dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß 4 und dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 erläutert:
Die beiden in den Hauptleitungen 14b, 14c, 16b, 16c angeordneten 4/2-Wegeventile 42, 238 des dritten Ausführungsbeispiels sind im vierten Ausführungsbeispiel durch ein 4/3-Wegeventil 338 konstruktiv zusammengefasst. Es hat eine durch Federn vorgespannte mittlere Grundstellung, über die beiden Hauptleitungen 14b, 14c, 16b, 16c abgesperrt sind. In einer ersten Schaltstellung ist die Lastumkehr-Funktion realisiert, indem der Abschnitt 14b der ersten Hauptleitung mit dem Abschnitt 16c der zweiten Hauptleitung und der Abschnitt 16b der zweiten Hauptleitung mit dem Abschnitt 14c der ersten Hauptleitung verbunden sind. Über eine zweite Schaltstellung werden die beiden Hauptleitungen 14b, 14c, 16b, 16c ebenfalls verbunden. Bei der Absperrung ist eine Umgehung des Drehschieberventils 18 über das erste Idle-Ventil 236 ermöglicht (vgl. Erläuterungen zu 3).
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilsteuerung, die eine Kombination der Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 und der Merkmale des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 4 darstellt. Bezüglich der Idle- und der Umsteuertechnik sind die Ventile 236 und 338 des vierten Ausführungsbeispiels vorgesehen, während das Vorsteuerventil mit dem 4/2-Wegeventil 118 und mit der Kurvenscheibe 119 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 realisiert ist.
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6 zeigt einen Schaltplan eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Ventilsteuerung für eine Verdrängermaschine, die im offenen Kreislauf eingesetzt ist. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erläutert:
Da die Ventilsteuerung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel im offenen Kreislauf eingesetzt wird, ist ein Vertauschen des Hochdruckanschlusses HP und des Niederdruckanschlusses LP nicht möglich. Dadurch entfällt gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel (1) das 4/2-Wegeventil 44. Weiterhin entfallen die Verzweigungen der Steuerleitungen 20b, 22b zu den verschiedenen Öffnungs- und Schließleitungen 24, 26, 28, 30. Stattdessen verbindet die erste Steuerleitung 20a, 520b das Drehschieberventil 18 über das erste Idle-Ventil 36 mit einem in Öffnungsrichtung wirksamen Bodenraum 546b des Niederdruckventils 503b, während die zweite Steuerleitung 22a, 522b das Drehschieberventil 18 über das zweite Idle-Ventil 38 mit einem in Öffnungsrichtung wirksamen Ringraum 548a des Hochdruckventils 503a verbindet.
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Der mit den Pfeilen bezüglich der Druckmittelströmungen am Niederdruckanschluss LP und am Hochdruckanschluss HP und bezüglich der Bewegung des Kolbens 32 gekennzeichnete Betriebszustand zeigt die erfindungsgemäße Anordnung im Pumpenbetrieb (Ansaughub). Durch Betätigen des 4/2-Wegeventils 42 lässt sich der gezeigte Pumpenbetrieb zum Motorbetrieb umschalten.
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Gegenüber den ersten fünf Ausführungsbeispielen sind beim sechsten Ausführungsbeispiel optimierte Hochdruck- und Niederdruckventile 503a, 503b möglich. Sie sind beide als Rückschlagventil ausgebildet, wobei das niederdruckseitige Rückschlagventil 503b vergrößert ausgeführt werden kann, um die Saugverhältnisse zu verbessern. Das hochdruckseitige Rückschlagventil 503a kann kompakter gestaltet werden, da zum Öffnen und Durchströmen immer eine ausreichende Druckdifferenz zur Verfügung steht.
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Abweichend zum sechsten Ausführungsbeispiel können in den ersten fünf Ausführungsbeispielen die mit „HP” gekennzeichneten Anschlüsse auch Niederdruck haben, währen die mit „LP” gekennzeichneten Anschlüsse Hochdruck haben. Dann ist das Ventil 3a das Niederdruckventil und das Ventil 3b das Hochdruckventil der jeweils gezeigten Zylinder-Kolben-Einheiten 1 und das passive Wechselventil 44 steht jeweils in der Schaltstellung. Wegen dieser Austauschbarkeit sind die Ventile 3a, 3b der ersten fünf Ausführungsbeispiele im Wesentlichen gleich aufgebaut.
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Offenbart ist eine ventilgesteuerte hydrostatische Verdrängermaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten, die jeweils über zumindest ein Niederdruckventil verfügen, das zur Einstellung eines Förder-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktivierbar oder deaktivierbar ist. Dabei werden die Niederdruckventile hydraulisch über Vorsteuerventile betätigt, die direkt oder indirekt mechanisch von einer Welle der Verdrängermaschine getaktet sind.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist jede Zylinder-Kolben-Einheit zusätzlich über zumindest ein Hochdruckventil zur Einstellung eines Schluck-Volumenstromes der Verdrängermaschine aktivierbar oder deaktivierbar. Dabei werden auch die Hochdruckventile hydraulisch über die von der Welle der Verdrängermaschine getakteten Vorsteuerventile betätigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder-Kolben-Einheit
- 2a, 2b
- Schließkörper
- 3a
- Hochdruckventil
- 3b
- Niederdruckventil
- 4a, 4b
- Differenzialzylinder
- 6a, 6b
- Kolben
- 8a, 8b
- Stirnfläche
- 10a, 10b
- Ringstirnfläche
- 12a, 12b
- Feder
- 14a, 14b, 14c
- erste Hauptleitung
- 16a, 16b, 16c
- zweite Hauptleitung
- 18
- Drehschieberventil
- 20a, 20b
- erste Steuerleitung
- 22a, 22b
- zweite Steuerleitung
- 24
- HP-Schließleitung
- 26
- LP-Öffnungsleitung
- 28
- HP-Öffnungsleitung
- 30
- LP-Schließleitung
- 32
- Kolben
- 34
- erste Idle-Leitung
- 36
- erstes Idle-Ventil
- 38
- zweites Idle-Ventil
- 40
- zweite Idle-Leitung
- 42, 44
- 4/2-Wegeventil
- 118
- 4/2-Wegeventil
- 119
- Kurvenscheibe
- 119a
- Nocke
- 220
- erste Steuerleitung
- 222
- zweite Steuerleitung
- 234a, 234b
- erste Idle-Leitung
- 236
- erstes Idle-Ventil
- 238
- zweites Idle-Ventil
- 240a, 240b
- zweite Idle-Leitung
- 338
- 4/3-Wegeventil
- 502a, 502b
- Schließkörper
- 503a
- Hochdruckventil
- 503b
- Niederdruckventil
- 510a, 510b
- Öffnungsfläche
- 520b
- erste Steuerleitung
- 522b
- zweite Steuerleitung
- 546b
- Bodenraum
- 548a
- Ringraum
- HP
- Hochdruckanschluss
- LP
- Niederdruckanschluss
- T
- Tank
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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