DE102013201864A1

DE102013201864A1 - Bremsventil und hydrostatisches Antriebssystem hiermit

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Publication number: DE102013201864A1
Application number: DE201310201864
Authority: DE
Inventors: Karl Krug-Kussius
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-08-07
Also published as: CN103963768B; US20140216024A1; US9574581B2; CN103963768A

Abstract

Offenbart ist eine doppelt wirkendes Bremsventil beziehungsweise Retarderventil, das als kombiniertes Druckreduzierventil (DRE) und Druckbegrenzungsventil (DB) ausgebildet ist und in eine Arbeitsleitung eines hydrostatischen Fahrantriebs z.B. für eine mobile Arbeitsmaschine eingesetzt werden kann. Offenbart ist weiterhin ein derartiger Fahrantrieb. Die betroffene Arbeitsleitung dient in einem normalen Fahrbetrieb als Rücklaufleitung. Das Bremsventil hat eine Hauptstufe, die einen ersten mit einer Verstellpumpe des Antriebssystems verbundenen Hauptanschluss und einen zweiten mit einem Motor des Antriebssystems verbundenen Hauptanschluss aufweist. Die Hauptstufe hat einen Schieberkolben, der eine Freilaufstellung beziehungsweise Grundstellung in einer Ventilbohrung der Hauptstufe einnehmen kann, in der eine Verbindung mit minimaler Drosselung zwischen den beiden Hauptanschlüssen maximal geöffnet ist. Weiterhin kann der Schieberkolben Druckreduzierstellungen einnehmen, in denen eine regelbare gedrosselte Verbindung vom zweiten Hauptanschluss zum ersten Hauptanschluss geöffnet ist. Die Druckreduzierstellungen können vom Schieberkolben zum Bremsen des (als Pumpe wirkenden) Motors eingenommen werden. Schließlich kann der Schieberkolben Druckbegrenzungsstellungen einnehmen, in denen eine regelbare gedrosselte Verbindung vom ersten Hauptanschluss zum zweiten Hauptanschluss geöffnet ist. Letztere Stellungen ermöglichen dem Bremsventil auch einen zur Rücklaufrichtung umgekehrten Druckmittelstrom von der Verstellpumpe zu einer Druckabsicherung anzudrosseln. Die Freilaufstellung, die Druckreduzierstellungen und die Druckbegrenzungsstellungen liegen auf einer Mittellinie einer Hauptstufe des Bremsventils, entlang der der Schieberkolben bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremsventil, insbesondere ein Fahrbremsventil, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein hydrostatisches Antriebssystem mit einem geschlossen Kreis, der ein derartiges Bremsventil aufweist.
In der Druckschrift „IBF Integrated Brake Function" der Firma Sauer Danfoss vom Februar 2004 wird ein Bremsventil für den Rücklauf eines hydrostatischen Antriebssystems beschrieben, dessen Pumpe von einem Dieselmotor angetrieben wird. Wenn z.B. eine von dem Antriebssystem angetrieben Landmaschine einen Abhang hinunterrollt und gebremst werden muss, wird eine Drosselfunktion des Bremsventils aktiviert, so dass sich der Fahrmotor daran abstützen kann. Dazu ist Dieses Bremsventil wird insbesondere eingesetzt, wenn der über die Pumpe des Antriebssystems mitgenommene Dieselmotor das nötige Bremsmoment nicht aufbringen kann.
Ein hydrostatisches Antriebssystem für ein Fahrzeug ist auch aus der DE 100 30 137 B4 bekannt, bei dem eine Pumpe und zwei Hydromotoren in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf angeordnet sind. In den beiden Arbeitsleitungen, die jeweils als Zulauf und als Ablauf dienen können, ist jeweils ein Druckventil mit einstellbarer Druckbegrenzungsfunktion und mit Rückschlagventilfunktion angeordnet. Das im Zulauf gelegene Druckventil gibt über das Rückschlagventil den Zulaufquerschnitt frei, während das im Ablauf gelegene Druckventil mit seiner einstellbaren Druckbegrenzungsfunktion wirksam ist. Letztgenanntes Druckventil gibt im normalen Fahrbetrieb den Ablaufquerschnitt frei und drosselt beispielsweise bei einer Abwärtsfahrt (Vorauseilen des Fahrzeugs und des Hydromotors) den Druckmittelvolumenstrom im Ablauf an, so dass der Druck, gegen den der Hydromotor arbeiten muss, ansteigt und dieser abgebremst wird.
Der Einstelldruck des Druckbegrenzungsventils wird bei der bekannten Lösung elektrisch oder elektrohydraulisch, beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl eines die Pumpe antreibenden Verbrennungsmotors verstellt, wobei ein minimaler Einstelldruck des Druckbegrenzungsventils durch die Vorspannung einer Feder bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein doppelt wirkendes Bremsventil für einen Antriebssystem für ein Fahrzeug zu schaffen, das einen normalen Fahrbetrieb mit minimalen Verlust im Rücklauf, einen Bremsbetrieb mit regelbarer Drosselung im Rücklauf und zusätzlich bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung im Rücklauf eine regelbare Drosselung ermöglicht. Die Umkehrung kann durch ein Durchschwenken beziehungsweise Kontern einer Verstellpumpe des Antriebssystems durch den Fahrer des Fahrzeugs erfolgen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bremsventil beziehungsweise Retarderventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Antriebssystem mit einem derartigen Ventil gemäß Patentanspruchs 10.
Das beanspruchte Bremsventil ist vorzugsweise ein Fahrbremsventil und dazu ausgebildet, als Retarderventil in eine Arbeitsleitung eines hydrostatischen Antriebssystems mit einem geschlossenen oder offenen Kreis eingesetzt zu werden. Das Antriebssystem hat eine Verstellpumpe und zumindest eine Motor. Die betroffene Arbeitsleitung dient in einem normalen Fahrbetrieb als Rücklaufleitung vom Motor zur Verstellpumpe. Das beanspruchte Bremsventil kann also in den Druckmittelstrom der Rücklaufleitung eingesetzt werden und hat eine Hauptstufe, die einen ersten mit der Verstellpumpe verbindbaren Hauptanschluss und einen zweiten mit dem Motor verbindbar Hauptanschluss aufweist. Erfindungsgemäß hat die Hauptstufe einen Schieberkolben, der eine Freilaufstellung beziehungsweise Grundstellung in einer Ventilbohrung der Hauptstufe einnehmen kann, in der eine Verbindung mit minimaler Drosselung zwischen den beiden Hauptanschlüssen maximal geöffnet ist. Weiterhin kann der Schieberkolben in einem zur Freilaufstellung benachbarten Bereich der Ventilbohrung Druckreduzierstellungen einnehmen, in denen eine automatisch geregelte gedrosselte Verbindung vom zweiten Hauptanschluss zum ersten Hauptanschluss geöffnet ist. Die Druckreduzierstellungen werden vom Schieberkolben zum Bremsen des (als Pumpe wirkenden) Motors eingenommen. Weiterhin kann der Schieberkolben in einem zu den Druckreduzierstellungen benachbarten Bereich der Ventilbohrung Druckbegrenzungsstellungen einnehmen, in denen eine automatisch geregelte gedrosselte Verbindung vom ersten Hauptanschluss zum zweiten Hauptanschluss geöffnet ist. Letztere Stellungen ermöglichen dem erfindungsgemäßen Bremsventil auch einen von der Verstellpumpe zu einer Druckabsicherung gerichteten Druckmittelstrom anzudrosseln, der durch eine Förderrichtungsumkehr der Verstellpumpe während der Bremsung des Fahrzeugs erzeugt wird. Die Förderrichtungsumkehr kann durch ein Durchschwenken beziehungsweise eine Konterung der Verstellpumpe durch einen Bediener entstehen, der intuitiv das Fahrzeug bremsen möchte. Die Druckabsicherung ist eine Verbindung, die bei Erreichen ein Maximaldrucks von der betroffenen ersten Arbeitsleitung zur zweiten Arbeitsleitung öffnet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bremsventils ist seine Hauptstufe derart ausgebildet, dass die Druckreduzierstellungen zwischen der Freilaufstellung und den Druckbegrenzungsstellungen angeordnet sind. Dann kann der Schieberkolben wenn ein Wechsel vom Normalbetrieb zum Bremsbetrieb erfolgen soll, aus seiner Freilaufstellung geradlinig und direkt in die Druckreduzierstellungen verschoben werden. Weiterhin kann der Schieberkolben, wenn im Bremsbetrieb eine Strömungsrichtungsumkehr erfolgen sollte, geradlinig und von den Druckreduzierstellungen zu den Druckbegrenzungsstellungen verschoben werden.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung begrenzt der Schieberkolben einen Steuerdruckraum, der über eine Vorsteuerstufe zu einem nach extern abgeführten Anschluss der Vorsteuerstufe beziehungsweise des erfindungsgemäßen Bremsventils entlastbar ist. Dadurch wird eine Drucküberhöhung in der als Rücklaufleitung dienenden Arbeitsleitung vermieden, bei der sich der Rücklauf- oder Stützdruck im ersten Hauptanschluss zum Bremsdruck hinzuaddiert. Eine Schließkraft eines Ventilkörpers der Vorsteuerstufe ist über eine Abschaltstufe einstellbar. Damit kann der Bremsdruck in der als Rücklaufleitung dienenden Arbeitsleitung eingestellt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung hat die Abschaltstufe einen Steuerdruckanschluss, über dessen Steuerdruck eine Position eines Abschaltkolbens eingestellt wird, der eine Vorspannung einer Vorsteuerfeder bestimmt. Damit kann der Bremsdruck in der als Rücklaufleitung dienenden Arbeitsleitung über den Steuerdruck geregelt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bremsventils ist durch eine Druckerhöhung des Steuerdrucks der Abschaltkolben gegen die Kraft einer Abschaltfeder bewegbar, wodurch die Vorsteuerfeder und damit der Ventilkörper der Vorsteuerstufe entlastet werden. Damit wird das Fahrzeug, in dessen Antriebssystem das erfindungsgemäße Bremsventils eingebaut ist, bei einer Zunahme des Steuerdrucks abgebremst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Hauptanschluss – vorzugsweise rotationssymmetrisch und – benachbart zu einer Stirnseite des Schieberkolbens angeordnet, während der zweite Hauptanschluss mit einem Ringraum verbunden ist, der den Schieberkolben umfasst.
Dann kann der Schieberkolben vorrichtungstechnisch einfach mit einem becherartigen Abschnitt ausgestaltet sein, dessen Boden den Steuerdruckraum begrenzt, wobei in dem Boden eine gedrosselte Verbindung zwischen einem Becherinnenraum und damit dem ersten Hauptanschluss und dem Steuerdruckraum gebildet ist. An einem Rand des becherartigen Abschnitts kann eine Steuerkante gebildet sein, die in den Druckbegrenzungsstellungen umströmt wird. In einer Wandung des becherartigen Abschnitts kann eine Radialbohrung, vorzugsweise ein Radialbohrungsstern, vorgesehen sein, die beziehungsweise der in der Freilaufstellung (ohne Abdeckung) und in den Druckreduzierstellungen (mit Abdeckung) durchströmt wird.
Der Rand kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise einen Anschlag für die Freilaufstellung des Schieberkolbens in der Hauptstufe bilden, wobei in der Freilaufstellung eine in dem Steuerdruckraum angeordnete – vergleichsweise schwache – Hauptfeder maximal entspannt ist. Diese dient dazu, den Schieberkolben in die Freilaufstellung zu schieben, wenn im Normalbetrieb des Antriebssystems in der als Rücklaufleitung dienenden Arbeitsleitung an beiden Hauptanschlüssen Niederdruck herrscht.
Zur Führung des Schieberkolbens in den oder in die Druckreduzierstellungen und insbesondere in der oder in die Freilaufstellung wird es bevorzugt, wenn der Schieberkolben einen kreiszylindrischen Abschnitt aufweist, der sich von dem becherartigen Abschnitt in Richtung zum Steuerdruckraum beziehungsweise in den Steuerdruckraum erstreckt. Der kreiszylindrische Abschnitt kann dann auch zur Zentrierung eines an dem Boden anliegenden Endabschnitts der Hauptfeder genutzt werden.
Die durch den Steuerdruck erzeugbare Rückzug- beziehungsweise Entlastungsbewegung des Abschaltkolbens zur Bremsung des angeschlossenen Motors über die Druckreduzierstellungen kann derart weit ermöglicht sein, dass der Schieberkolben eine Stellung einnehmen kann, bei der die Radialbohrung beziehungsweise der Radialbohrungsstern komplett geschlossen ist. Damit ist die Verstärkung der Bremsung „maximiert“. Diese komplett geschlossene Stellung ist zwischen den Druckreduzierstellungen und den Druckbegrenzungsstellungen des Schieberkolbens angeordnet.
Wenn ein Anschlag des Abschaltkolbens in Entlastungsrichtung der Vorsteuerfeder – zum Beispiel durch ein Schraubgewinde – einstellbar ist, kann eine minimale Öffnung der Radialbohrung beziehungsweise des Radialbohrungssterns und damit eine maximale Drosselung und damit einer zulässiger Bremsdruck begrenzt werden.
Das erfindungsgemäße hydrostatische Antriebssystem hat einen geschlossenen Kreis beziehungsweise Kreislauf, der eine erste und eine zweite Arbeitsleitung hat. In der ersten Arbeitsleitung ist ein vorbeschriebenes Bremsventil beziehungsweise Retarderventil angeordnet, dessen erster Hauptanschluss mit einer Verstellpumpe und dessen zweiter Hauptanschluss ist mit einem Motor des Antriebssystems verbunden ist. Weiterhin hat das Antriebssystem eine Druckabsicherung, durch die die erste Arbeitsleitung bei Erreichen eines Maximaldrucks über eine erste Verbindung zu der zweiten Arbeitsleitung entlastbar ist. Die Druckabsicherung ist zwischen dem Bremsventil und dem Motor an die Arbeitsleitungen angeschlossen, es handelt sich also um eine motorseitige Druckabsicherung. Die Druckbegrenzungsstellungen des Schieberkolbens ermöglichen eine Drosselung auch eines Druckmittelstroms von der Verstellpumpe zur Druckabsicherung, der durch eine Förderrichtungsumkehr der Verstellpumpe während der Bremsung des Fahrzeugs erzeugt wird. Die Förderrichtungsumkehr kann durch ein Durchschwenken beziehungsweise eine Konterung der Verstellpumpe durch einen Bediener entstehen, der intuitiv das Fahrzeug bremsen möchte. Die Druckabsicherung ist eine Verbindung, die bei Erreichen ein Maximaldrucks von der betroffenen ersten Arbeitsleitung zur zweiten Arbeitsleitung öffnet.
Wenn die Verstellpumpe zur Fahrtrichtungsumkehr durchschwenkbar ist, und wenn über die Druckabsicherung auch die zweite Arbeitsleitung bei Erreichen eines Maximaldrucks über eine zweite Verbindung zu der ersten Arbeitsleitung entlastbar ist (wechselseitige Druckabsicherung, gegenseitige Abspritzung), dann wird auch in der zweiten Arbeitsleitung ein zweites Bremsventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bevorzugt. Ein erster Hauptanschluss des zweiten Bremsventils ist mit der Verstellpumpe und ein zweiter Hauptanschluss des zweiten Bremsventils ist mit dem Motor des Antriebssystems verbunden. Dann sind die oben genannten Vorteile des Antriebsystems auch nach einer Fahrtrichtungsumkehr durch Förderrichtungsumkehr der Verstellpumpe gegeben.
Ein Steuerdruckanschluss des Bremsventils kann über ein gemeinsames oder jeweiliges Steuerdruckreduzierventil von einer Speisepumpe des Kreises mit einem Steuerdruck versorgt werden.
Das Steuerdruckreduzierventil und damit der Steuerdruck am Bremsventil sind vorzugsweise in Abhängigkeit eines Drehzahlsensors einstellbar, über den eine Drehzahl eines die Verstellpumpe antreibenden Verbrennungsmotors, vorzugsweise Dieselmotors, erfassbar ist.
Im Folgenden werden anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bremsventils und verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Antriebssystems detailliert beschrieben.
Es zeigen
1 in einem Längsschnitt das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen doppelt wirkenden Bremsventils in einer Freilaufstellung,
2 in einem Längsschnitt das Ausführungsbeispiel aus 1 in einer Druckreduzierstellung,
3 in einem Längsschnitt das Ausführungsbeispiel aus den vorhergehenden Figuren in einer Druckbegrenzungsstellung,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems mit dem Bremsventil gemäß den vorhergehenden Figuren,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems mit dem Bremsventil gemäß den 1 bis 3,
6 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems mit dem Bremsventil gemäß den 1 bis 3,
7 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems mit dem Bremsventil gemäß den 1 bis 3 und
8 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystems mit dem Bremsventil gemäß den 1 bis 3.
Die 1 bis 3 zeigen das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Retarderventils beziehungsweise Bremsventils 20 in verschiedenen Funktionsstellungen insbesondere seines Schieberkolbens 42. Das Ventil 20 hat einen Gehäuseteil 6, der einstückig mit einem Gehäuse einer Verstellpumpe 1 (vgl. 4 bis 8) gebildet sein kann. In dem Gehäuseteil 6 ist ein Gehäuseteil 8 eingeschraubt, wobei in diesem wiederum ein abschließendes Gehäuseteil 11 eingeschraubt ist. Das Ventil 20 hat eine Längsachse 15, um die die meisten Komponenten rotationssymmetrisch gebildet beziehungsweise angeordnet sind.
Stirnseitig am Gehäuseteil 6 ist ein erster Hauptanschluss A angeordnet, während am Umfang des Gehäuseteils 6 ein zweiter Hauptanschluss P angeordnet ist. Über die beiden Hauptanschlüsse A, P wird das Ventil 20 in eine Hauptleitung beziehungsweise Arbeitsleitung HA, HB eines hydrostatischen Antriebssystems eingesetzt, wobei der erste Hauptanschluss A pumpenseitig und der zweite Hauptanschluss P motorseitig angeschlossen wird (vgl. 4 bis 8). Am Umfang des Gehäuseteils 6 ist weiterhin ein externer Anschluss Y vorgesehen, der in keiner Wechselwirkung mit dem Antriebssystem steht. Schließlich ist stirnseitig am Gehäuseteil 11 ein Steuerdruckanschluss p_st vorgesehen. Über diesen wird eine Abschaltstufe 22 des Ventils 20 gesteuert, wobei über die Abschaltstufe 22 die Schließkraft eines als Kugel ausgebildeten Ventilkörpers 50 einer Vorsteuerstufe 24 eingestellt wird. Der Ventilkörper 50 steuert eine Verbindung beziehungsweise Entlastung eines Steuerdruckraums 44 zum externen Anschluss Y.
Die Abschaltstufe 22 hat einen Abschaltkolben 52, dessen Position im Gehäuseteil 8 eine Vorspannung einer Vorsteuerfeder 48 bestimmt, die in Schließrichtung des Ventilkörpers 50 der Vorsteuerstufe 24 wirkt. Dabei wirkt eine Abschaltfeder 54 am Abschaltkolben 52 in Richtung einer Erhöhung der Vorspannung der Vorsteuerfeder 48, während eine Druckerhöhung des Steuerdrucks p_st über einen ringförmigen Druckraum 17 in Richtung einer Verringerung der Vorspannung der Vorsteuerfeder 48 wirkt. Der hat in der in 1 gezeigten Grundstellung beziehungsweise Freilaufstellung minimale Größe. Die maximale Entlastung beziehungsweise Entspannung der Vorsteuerfeder 48 ist durch einen Anschlag 19 für den Abschaltkolben 52 begrenzt, dessen Position im Gehäuseteil 11 über ein Schraubgewinde eingestellt werden kann. Der Anschlag 19 begrenzt die in den 1 bis 3 nach rechts gerichtete Entlastungsbewegung des Abschaltkolbens 52.
Zwischen den beiden Gehäuseteilen 6 und 8 ist ein etwa scheibenartiges Gehäuseelement 29 eingespannt, das als Ventilsitz für den Ventilkörper 50 der Vorsteuerstufe 24 dient, und in dem ein Verbindungskanal vom Steuerdruckraum 44 zum Anschluss Y ausgebildet ist. Weiterhin stützt sich am Gehäuseelement 19 eine vergleichsweise schwache Hauptfeder 46 ab, die den Schieberkolben 42 in die in 1 gezeigte linke Anschlagstellung vorspannt.
Der Schieberkolben 42 hat einen becherartigen Abschnitt 21, an dessen Boden 23 ein kreiszylindrischer Abschnitt 25 einstückig angebracht ist. Damit ist ein gemeinsamer Außenmantel des becherartigen Abschnitts 21 und des kreiszylindrischen Abschnitts 25 kreiszylindrisch und in eine entsprechend bemessene Ventilbohrung des Gehäuseteils 6 entlang der Längsachse 15 verschiebbar eingesetzt.
In der in 1 gezeigten Anschlagstellung, die als Grund- beziehungsweise Freilaufstellung bezeichnet wird, ist ein Radialbohrungsstern 27 des becherartigen Abschnitts 21 gänzlich im Bereich eines Ringraums 26 angeordnet, der im Gehäuseteil 6 ausgebildet ist und den Schieberkolben 42 umfasst. Im Boden 23 des Schieberkolbens 42 ist eine vergleichsweise kleine Bohrung beziehungsweise eine Düse vorgesehen, über die der Innenraum des becherartigen Abschnitts 21 mit dem Steuerdruckraum 44 in – zeitlich verzögerter – Druckmittelverbindung steht.
Die in 1 gezeigte Freilaufstellung nimmt der Schieberkolben 42 dann ein, wenn an den beiden Hauptanschlüssen A, P im Wesentlichen gleiche Drücke herrschen, so dass die Hauptfeder 46 zur entscheidenden Kraft am Schieberkolben 42 wird. Dann kann das Druckmittel der betroffenen Arbeitsleitung HA, HB entweder unter Hochdruck ungedrosselt vom ersten Hauptanschluss A zum zweiten Hauptanschluss B strömen oder es kann unter Niederdruck ungedrosselt in umgekehrter Richtung vom zweiten Hauptanschluss P zum ersten Hauptanschluss A strömen. Die beiden Strömungsrichtungen entstehen bei einer normalen Fahrt eines von dem Antriebssystem angetriebenen (nicht gezeigten) Fahrzeugs in zwei verschiedenen Fahrtrichtungen. Dabei liegt am Steuerdruckanschluss p_st vergleichsweise niedriger Steuerdruck p_st an.
2 zeigt das erfindungsgemäße Bremsventil 20 in dem Zustand, in dem es zur Bremsung des an den zweiten Hauptanschluss P angeschlossenen Motors 2; 102 (vgl. 4 bis 8) dient. Dabei wirkt der Motor 2; 102 als Pumpe und fördert unter Hochdruck stehendes Druckmittel über den zweiten Hauptanschluss P zum Schieberkolben 42. Bei der Bremsung, die vom Fahrer des Fahrzeugs vorgenommen werden kann oder die vorzugsweise selbsttätig vom erfindungsgemäßen Antriebssystem (vgl. 4 bis 8) eingeleitet wird, ist eine Erhöhung des Steuerdrucks p_st nötig. Dadurch wird der Abschaltkolben 52 abgehoben, so dass die Vorsteuerfeder 48 entlastet wird, wodurch der Ventilkörper 50 den Steuerdruckraum 44 entlasten kann. Dadurch bewegt sich der Schieberkolben 42 zum Beispiel in die in 2 gezeigte so genannte Druckreduzierstellung, wobei benachbart zur gezeigten Druckreduzierstellung weitere Druckreduzierstellungen möglich sind. In allen Druckreduzierstellungen wird das vom zweiten Hauptanschluss P zum ersten Hauptanschluss A und damit zurück zur Verstellpumpe 1 strömende Druckmittel über den teilweise abgedeckten Radialbohrungsstern 27 gedrosselt. Zum Verstärken dieser Drosselung und damit der Bremsung wird der Steuerdruck p_st erhöht, wodurch der Schieberkolben 42 in 2 weiter nach rechts verschoben wird. Die dazu nötige Bewegung des Abschaltkolbens 52 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Anschlag 19 begrenzt.
Falls der Fahrer des Fahrzeugs zusätzlich zu der Bremsung, die durch das Bremsventil 20 ausgeführt wird die Verstellpumpe 1 (vgl. 4 bis 8) durchschwenken sollte, wird das Bremsventil 40 in so genannte Druckbegrenzungsstellungen geschaltet, von denen eine in 3 gezeigt ist. Dabei wird in dem in 3 gezeigten Betriebszustand des Bremsventils 20 davon ausgegangen, dass zwischen dem Bremsventil 20 und dem Motor 2; 102 eine Druckabsicherung 9 vorgesehen ist (vgl. 4 bis 8). Diese ist nötig, damit der aufsummierte Druckmittelstrom einerseits der Verstellpumpe 1 und andererseits des als Pumpe wirkenden Motors 2; 102 gemeinsam zur Niederdruckseite HB des Antriebssystems übertreten kann. Dann wird von der Verstellpumpe 1 der in 3 gezeigte Druckmittelstrom vom ersten Hauptanschluss A zum zweiten Hauptanschluss P durch das Bremsventil 20 in einer seiner Druckbegrenzungsstellungen gedrosselt. Dazu dient eine umlaufende Steuerkante 30, die am becherartigen Abschnitt 21 an dessen vom Boden 23 abgewandten Rand gebildet ist. Bei den Druckbegrenzungsstellungen ist der Steuerdruckraum 44 vergleichsweise klein und der Radialbohrungsstern 27 vom Gehäuseteil 6 abgedeckt.
Anhand der 4 bis 8 werden Ausführungsbeispiele von Fahrantrieben für mobile Arbeitsmaschinen mit geschlossenen Kreisen beziehungsweise Kreisläufen und mit Retarderschaltungen erläutert, bei denen das Bremsventil 20 gemäß den 1 bis 3 in einer ersten Arbeitsleitung HA und ggf. auch in der anderen Arbeitsleitung HB eingesetzt ist. Der Einfachheit halber wird auch das gegenüber liegende Bremsventil mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Im Folgenden werden zunächst die Merkmale beschrieben, die alle Fahrantriebe gemäß den 4 bis 8 aufweisen. Danach werden deren Unterschiede beschrieben.
4 bis 8 zeigen jeweils einen Fahrantrieb, bei dem die beispielsweise als Axialkolbenpumpe ausgeführte Verstellpumpe 1 über eine Antriebswelle von einem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor angetrieben wird, so dass über diesen beim Bremsen ein Schleppmoment aufgebracht wird, das den Bremsvorgang unterstützt. Die Verstellung der Verstellpumpe 1 erfolgt über einen Stellzylinder 68, der über ein aufgesetztes Steuergerät 70 angesteuert ist. Dieses hat ein proportional verstellbares Regelventil, das elektrisch oder elektrohydraulisch verstellbar ist.
Zur Absicherung der jeweiligen Hochdruck führenden Arbeitsleistung HA oder HB ist die bereits erwähnte motorseitige wechselseitige Druckabsicherung 9 vorgesehen. Diese ist mit zwei Maximaldruckbegrenzungsventilen 12, 14 mit Nachsaugfunktion ausgeführt, die in einer gemeinsamen die beiden Arbeitsleistungen HA, HB miteinander verbindenden Bypassleitung 10 angeordnet sind. Bei Überschreitung eines eingestellten Drucks in der Arbeitsleitung HA oder in der Arbeitsleitung HB wird zur Entlastung eine Druckmittelverbindung zur jeweils anderen Arbeitsleitung HB oder HA aufgesteuert.
Auf der den Verbrennungsmotor mit der Verstellpumpe 1 verbindenden Antriebswelle sitzt auch eine Speisepumpe 4, die einen zur Verstellung des Stellzylinders 68 benötigten Steuerdruck erzeugt. Der Steuerdruck in der Speiseleitung 3 ist über ein Druckabschneideventil 76 begrenzt, das dafür sorgt, dass bei Beschleunigungs- oder Abbremsvorgängen die Druckabsicherung 9 nicht in unerwünschter Weise anspricht. Die Speiseleitung 3 mündet über zwei pumpenseitige Speiseventile 5, 7 in die jeweilige Arbeitsleitung HA, HB.
Die geschlossenen Kreisläufe gemäß den 4 bis 8 sind weiterhin mit einem Spülventil 16 ausgeführt, wobei eine Spüldüse 18 elektrisch verstellbar ausgeführt ist. Diese elektrische Verstellung erfolgt in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Verstellpumpe 1, die über einen Drehzahlsensor 82 erfasst wird. In Abhängigkeit von der Drehzahl n wird dann über eine Steuereinheit 84 der Öffnungsquerschnitt der Spüldüse 18 verstellt. Erfindungsgemäß erfolgt diese Verstellung derart, dass beim Bremsen der Öffnungsquerschnitt vergrößert wird.
Die Einstellung des Steuerdruckes p_st erfolgt über ein erstes und ggf. über ein zweites Steuerdruckreduzierventil 78; 178, über das prinzipiell auch der Steuerdruck für den Stellzylinder 68 reduzierbar ist. Bei den dargestellten Lösungen dienen die Steuerdruckreduzierungsventile 78; 178 jedoch nur zur Einstellung des Steuerdrucks p_st, der über eine Steuerleitung 80 abgegriffen und zur Abschaltstufe 22 geführt wird.
Wie erwähnt, ist das erste und ggf. das zweite Bremsventil 20 als Druckreduzierventil ausgeführt, das im normalen Fahrzustand mit voller Nennweite geöffnet. Zum Abbremsen wird der Druckmittelvolumenstrom in der als Ablauf dienenden Arbeitsleitung HA, HB angedrosselt und somit der Motor 2; 102 abgebremst. Dieser Bremsvorgang ist vom Schleppmoment des Verbrennungsmotors unterstützt. Entsprechend der Einstellung des Spülventils 16 und des Steuerdruckreduzierventils 78; 178 kann praktisch jede Verbrennungsmotor-/Pumpenkennlinie elektronisch ausgeregelt werden.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrantriebs, der weitgehend dem aus 4 entspricht. Zusätzlich ist in der zweiten Arbeitsleitung HB ein zweites Bremsventil 20 gemäß den 1 bis 3 angeordnet, das baugleich zum vorbeschriebenen Bremsventil 20 ist. Die Abschaltstufe 22 des zweiten Bremsventil 20 ist über eine zweite Steuerleitung 80 mit dem am Steuerdruckreduzierventil 78 eingestellten Steuerdruck p_st beaufschlagt, so dass für beide Bremsventile 20 gleicher Steuerdruck p_st anliegt.
6 zeigt ein im Grundaufbau 4 entsprechendes Ausführungsbeispiel. Bei letzterem ist das Steuerdruckreduzierventil 78 auf einen festen Wert eingestellt. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der das Steuerdruckreduzierventil 178 elektroproportional gesteuert ist. Die Ansteuerung erfolgt dabei über die Steuereinheit 84, über die auch das Steuergerät 70 und die elektrisch verstellbare Spüldüse 18 ansteuerbar sind. Deren Öffnungsquerschnitt kann wiederum in Abhängigkeit von der Drehzahl n der Verstellpumpe 1 oder des Verbrennungsmotors angesteuert werden. Dem entsprechend ist auch eine drehzahl- oder druckabhängige Verstellung des Steuerdruckreduzierventils 178 möglich. Durch diese elektroproportionale Steuerung des Steuerdruckreduzierventils 178 lassen sich praktisch beliebige Kennlinien einstellen. Eine Kennlinie ist beispielhaft in 6 eingezeichnet.
7 zeigt ein weitgehend 6 entsprechendes viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäß Fahrantriebs, bei dem zusätzlich in der zweiten Arbeitsleitung HB ein zweites Bremsventil 20 gemäß den 1 bis 3 angeordnet ist, das baugleich zum vorbeschriebenen Bremsventil 20 ist. Die Abschaltstufe 22 des zweiten Bremsventil 20 ist über eine zweite Steuerleitung 80 mit dem am Steuerdruckreduzierventil 178 eingestellten Steuerdruck p_st beaufschlagt, so dass für beide Bremsventile 20 gleicher Steuerdruck p_st anliegt.
8 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrantriebs mit Bremsventilen 20 in beiden Arbeitsleitungen HA, HB, wobei die Ansteuerung deren Abschaltstufen 22 ähnlich wie beim beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen elektroproportional erfolgt. Dabei ist für jedes Bremsventil 20 ein gesondertes Steuerdruckreduzierventil 178 vorgesehen, das über unterschiedliche Signale I_VA, I_VB von der Steuereinheit 84 elektroproportional eingestellt werden. D. h., die beiden Bremsventile 20 können individuell eingestellt werden, so dass je nach Drehrichtung des Motors 2; 102 unterschiedliche Kennlinien im jeweiligen Ablauf einstellbar sind.
Das erfindungsgemäße Bremsventil 20 beziehungsweise Retarderventil wird zum Verzögern bis zum Stoppen von Motoren 2; 102 im geschlossenen Kreislauf eingesetzt. Auch bei Antrieben ohne wirksames Stützmoment (Elektromotor, Getriebe mit Freilauf) kann eine ziehende Last zuverlässig abgebremst werden. Das System ist sehr flexibel und passt sich jeder Motorsituation an und bremst praktisch jeden Verstellmotor 2 in seiner Regelphase aus. Ein unkontrolliertes Schließen eines Bremselementes, wie es bei herkömmlichen Lösungen möglich ist, wird durch das erfindungsgemäße Konzept verhindert. Der Bremsvorgang wird bei Druckumkehr (Motor 2; 102 eilt vor) so lange eingeleitet bis der vollständige Kraftschluss wieder gegeben ist. Das Bremsventil 20 ist einfach, robust, billig, sehr kompakt und bedarf keiner Querschnittsanpassung zum Bremsmoment. Es ist im Motor 2; 102 oder in einem Steuerblock integrierbar und übernimmt die Druckabsicherung im geschlossenen Kreislauf.
Wenn der Gehäuseteil 8 etwas vom Gehäuseteil 6 gelöst wird durch einige Umdrehungen des Gehäuseteils 8 gegenüber dem Gehäuseteil 6, wird das den Steuerdruckraum 44 verschließende Gehäuseelement 29 gelöst und so der Steuerdruckraum 44 direkt zum Anschluss Y entlastet. Dabei beeinflussen die Vorsteuerstufe 24 und die Abschaltstufe 22 diese Entlastung nicht. Damit ist ein hydraulischer Kurzschluss gegeben, über den das Fahrzeug z.B. abgeschleppt werden kann.
Abweichend von dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der einstellbare Anschlag der Abschaltstufe des Bremsventils 20 entfallen.
Offenbart ist eine doppelt wirkendes Bremsventil beziehungsweise Retarderventil, das als kombiniertes Druckreduzierventil (DRE) und Druckbegrenzungsventil (DB) ausgebildet ist und in eine Arbeitsleitung eines hydrostatischen Fahrantriebs z.B. für eine mobile Arbeitsmaschine eingesetzt werden kann. Offenbart ist weiterhin ein derartiger Fahrantrieb. Die betroffene Arbeitsleitung dient in einem normalen Fahrbetrieb als Rücklaufleitung. Das Bremsventil hat eine Hauptstufe, die einen ersten mit einer Verstellpumpe des Antriebssystems verbundenen Hauptanschluss und einen zweiten mit einem Motor des Antriebssystems verbundenen Hauptanschluss aufweist. Die Hauptstufe hat einen Schieberkolben, der eine Freilaufstellung beziehungsweise Grundstellung in einer Ventilbohrung der Hauptstufe einnehmen kann, in der eine Verbindung mit minimaler Drosselung zwischen den beiden Hauptanschlüssen maximal geöffnet ist. Weiterhin kann der Schieberkolben Druckreduzierstellungen einnehmen, in denen eine regelbare gedrosselte Verbindung vom zweiten Hauptanschluss zum ersten Hauptanschluss geöffnet ist. Die Druckreduzierstellungen können vom Schieberkolben zum Bremsen des (als Pumpe wirkenden) Motors eingenommen werden. Schließlich kann der Schieberkolben Druckbegrenzungsstellungen einnehmen, in denen eine regelbare gedrosselte Verbindung vom ersten Hauptanschluss zum zweiten Hauptanschluss geöffnet ist. Letztere Stellungen ermöglichen dem Bremsventil auch einen zur Rücklaufrichtung umgekehrten Druckmittelstrom von der Verstellpumpe zu einer Druckabsicherung anzudrosseln. Die Freilaufstellung, die Druckreduzierstellungen und die Druckbegrenzungsstellungen liegen auf einer Mittellinie einer Hauptstufe des Bremsventils, entlang der der Schieberkolben bewegbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10030137 B4 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„IBF Integrated Brake Function“ der Firma Sauer Danfoss vom Februar 2004 [0002]

Claims

Bremsventil (20), das in eine Arbeitsleitung (HA, HB) eines hydrostatischen Antriebssystems einsetzbar ist, mit einer Hauptstufe (40), die einen ersten Hauptanschluss (A) hat, der mit einer Verstellpumpe (1) des Antriebssystems verbindbar ist, und die einen zweiten Hauptanschluss (P) hat, der mit einem Motor (2; 102) des Antriebssystems verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstufe (40) einen Schieberkolben (42) hat, der eine Freilaufstellung hat, in der eine Verbindung zwischen den beiden Hauptanschlüssen (A, P) geöffnet ist, und der Druckreduzierstellungen hat, in denen gedrosselte Verbindungen vom zweiten Hauptanschluss (P) zum ersten Hauptanschluss (A) geöffnet sind, und der Druckbegrenzungsstellungen hat, in denen gedrosselte Verbindungen vom ersten Hauptanschluss (A) zum zweiten Hauptanschluss (P) geöffnet sind.
Bremsventil nach Anspruch 1, wobei die Druckreduzierstellungen zwischen der Freilaufstellung und den Druckbegrenzungsstellungen angeordnet sind.
Bremsventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schieberkolben (42) einen Steuerdruckraum (44) begrenzt, der über eine Vorsteuerstufe (24) zu einem externen Anschluss (Y) entlastbar ist, und wobei das Bremsventil eine Abschaltstufe (22) hat, über die eine Schließkraft eines Ventilkörpers (50) der Vorsteuerstufe (24) einstellbar ist.
Bremsventil nach Anspruch 3 mit einem Steuerdruckanschluss (p_st), über den ein Abschaltkolben (52) gegen die Kraft einer Abschaltfeder (54) bewegbar ist, wodurch eine Vorsteuerfeder (48) und der Ventilkörper (50) entlastet sind.
Bremsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Hauptanschluss (A) benachbart zu einer Stirnseite des Schieberkolbens (42) angeordnet ist, und wobei der zweite Hauptanschluss (P) mit einem Ringraum (26) verbunden ist, der sich um den Schieberkolben (42) erstreckt.
Bremsventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Schieberkolben (42) einen becherartigen Abschnitt (21) hat, dessen Boden (23) den Steuerdruckraum (44) begrenzt, wobei in dem Boden (23) eine Verbindung zwischen dem ersten Hauptanschluss (A) und dem Steuerdruckraum gebildet ist, und wobei an einem Rand des becherartigen Abschnitts (21) eine Steuerkante (30) gebildet ist, die in den Druckbegrenzungsstellungen wirksam ist, und wobei in einer Wandung des becherartigen Abschnitts (21) zumindest eine Radialbohrung (27) vorgesehen ist, die in der Freilaufstellung und in den Druckreduzierstellungen wirksam ist.
Bremsventil nach Anspruch 6, wobei der Rand einen Anschlag für die Freilaufstellung bildet, in der eine in dem Steuerdruckraum (44) angeordnete Hauptfeder (46) maximal entspannt ist.
Bremsventil nach Anspruch 7, wobei der Schieberkolben (42) einen kreiszylindrischen Abschnitt(25) aufweist, der sich von dem becherartigen Abschnitt (21) in Richtung zum Steuerdruckraum (44) erstreckt, und der einen an dem Boden (23) anliegenden Endabschnitt der Hauptfeder (46) umfasst.
Bremsventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei ein Anschlag (19) des Abschaltkolbens (52) einstellbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem mit einem geschlossenen Kreis, der eine erste und eine zweite Arbeitsleitung (HA, HB) hat, wobei in der ersten Arbeitsleitung (HA) ein Bremsventil (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, dessen erster Hauptanschluss (A) mit einer Verstellpumpe (1) und dessen zweiter Hauptanschluss (P) mit einem Motor (2; 102) des Antriebssystems verbunden sind, und mit einer Druckabsicherung (9), durch die die erste Arbeitsleitung (HA) bei Erreichen eines Maximaldrucks zu der zweiten Arbeitsleitung (HB) entlastbar ist, wobei die Druckabsicherung zwischen dem Bremsventil (20) und dem Motor (2; 102) an die erste Arbeitsleitung (HA) angeschlossen ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 10, wobei über die Druckabsicherung (9) die zweite Arbeitsleitung (HB) bei Erreichen eines Maximaldrucks zu der ersten Arbeitsleitung (HA) entlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Arbeitsleitung (HB) ein Bremsventil (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist, dessen erster Hauptanschluss (A) mit der Verstellpumpe (1) und dessen zweiter Hauptanschluss (P) mit dem Motor (2; 102) des Antriebssystems verbunden sind.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei ein Steuerdruckanschluss (p_st) des Bremsventils (20) über ein Steuerdruckreduzierventil (78; 178) von einer Speisepumpe (4) des Kreises mit einem Steuerdruck (p_st) beaufschlagbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 12, wobei das Steuerdruckreduzierventil (178) in Abhängigkeit eines Drehzahlsensors (82) einstellbar ist, über den eine Drehzahl eines die Verstellpumpe antreibenden Verbrennungsmotors erfassbar ist.