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Die Erfindung betrifft verstellbare Hydraulikmaschinen und ein Verfahren zur Verstellung von Hydraulikmaschinen, deren Förder- bzw. Schluckvolumen mittels einer Verstellvorrichtung veränderbar ist. Derartige verstellbare Hydraulikmaschinen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden beispielsweise als Axialkolbenmaschinen in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauart ausgeführt oder sind beispielsweise als Radialkolbenmaschinen mit verstellbarer Exzentrizität bekannt. Die Erfindung betrifft weiter hydrostatische Antriebe mit einem geschlossenen Hydraulikkreislauf, in denen zumindest eine verstellbare Hydraulikmaschine angeordnet ist.
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Verstellbare Hydraulikmaschinen werden herkömmlich, gesteuert über eine Steuervorrichtung, mittels einer Servoverstellvorrichtung in der Art verstellt, dass mit Steuerdruck beaufschlagtes Hydraulikfluid der Servoverstelleinheit zugeleitet wird. Eine Servoverstelleinheit weist insbesondere einen Servokolben auf, der ein- oder zweiseitig mit Hydraulikfluid beaufschlagbar ist. Wird eine Seite des Servokolbens mit Hydraulikfluid unter Steuerdruck beaufschlagt (aktive Servokolbenseite), so wird der Servokolben in seinem zugehörigen Servozylinder verschoben, wodurch eine mit dem Servokolben verbundene Verstellvorrichtung ausgelenkt wird. Die Verstellvorrichtung, welche insbesondere eine verschwenkbare Zylinderblockachse oder eine verschwenkbare Schrägscheibe darstellt, verändert den Hub der in einer Hydraulikmaschine arbeitenden Kolben, wodurch das Förder- bzw. Schluckvolumen der Hydraulikmaschine verstellt wird. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von verstellbaren Axialkolbenmaschinen beschrieben, jedoch erstreckt sich der Erfindungsgedanke auch auf verstellbare Radialkolbenmaschinen oder andere Hydraulikmaschinen sinngemäß.
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Für eine sanfte und gleichmäßige Verstellung des Servokolbens und demzufolge der Verstelleinheit wird oftmals das unter Steuerdruck stehende Hydraulikfluid von einer Steuervorrichtung über eine Drossel gedämpft an die Servoverstelleinheit geleitet, so dass beispielsweise Druckspitzen abgebaut werden. Insbesondere bei einem Ausschwenken, d.h. bei einer Erhöhung des Förder- bzw. Schluckvolumens der Hydraulikmaschine, werden derartige Zuführdrosseln eingesetzt, die beispielsweise den Bedienkomfort und die Laufruhe einer Arbeitsmaschine verbessern.
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Im umgekehrten Fall, also wenn das Förder- bzw. Schluckvolumen der Hydraulikmaschine verringert werden soll, wird das von der Servoverstelleinheit, beispielsweise auf dessen passiver Seite - nicht mit Hydraulikfluid unter Steuerdruck beaufschlagte Seite - verdrängte Hydraulikfluid über denselben Weg zurück an die Steuereinheit verdrängt.
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Im Zuge von Energieeinsparungen, insbesondere bei Arbeitsmaschinen eingesetzten Verbrennungsmotoren, werden immer kleinere Antriebsmotoren eingesetzt, um die Verbrauchswerte der Arbeitsmaschine insgesamt niedrig zu halten. Die hierbei eingesetzten Antriebsmaschinen können dabei Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, elektrische Motoren oder auch ein gemischter Antrieb mit beiden Motorarten sein. Je kleiner jedoch die Antriebsmaschine, d.h. je kleiner sein Drehmoment ist, desto anfälliger ist die Antriebsmaschine für ein Abwürgen bzw. eine Überlast resultierend aus dem hydrostatischen Antrieb.
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Beispielsweise kann ein zu langsames Rückschwenken der Verstellvorrichtung, d.h. eine zu langsame Rücknahme des Förder- bzw. Schluckvolumens einer Hydraulikmaschine, bei gleichzeitiger Drehzahlreduzierung der Antriebsmaschine zu einem Abwürgen der Verbrennungsmaschine, bzw. zu einer Überlast eines Elektromotors führen, da der hydrostatische Antrieb nicht schnell genug in seiner Leistungsaufnahme zurückgestellt werden kann. Speziell bei Einsatz einer Zuführdrossel zwischen der Steuervorrichtung und der Servoverstelleinrichtung entsteht das Problem, dass das Rückschwenken der Hydraulikmaschine aufgrund des Widerstands der Zuführdrossel verlangsamt ist. Dadurch kommt es häufig bei drehmomentschwachen Antriebsmaschinen zu einer Überlast, welche beispielsweise bei Verbrennungsmaschinen zu einem Abwürgen führt.
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DE 10 2009 005 768 A1 , welche auf die Anmelderin zurückgeht, zeigt eine Druckregelung einer hydraulischen Antriebseinheit im geschlossenen Kreislauf, ein Druckregelventil und ein Verfahren zur Druckregelung einer verstellbaren Hydraulikmaschine. Die Nullhub-Druckregelventile sind in Leitungen zwischen den Arbeitsleitungen der verstellbaren Hydraulikmaschine und der Servoleitungen für die Versorgung der Servoverstelleinheit mit Steuerdruck angeordnet und dienen dem Überdruckschutz. In der Steuerleitung zwischen Steuereinheit und Servoverstelleinheit sind Steuerblenden zum Abmindern von Druckspitzen angeordnet, die aus dem Rückführen von Arbeitsdruck aus den Arbeitsleitung resultieren können, wenn die Nullhub-Druckregelventile ansprechen.
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DE 41 41 108 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Regelung des Ausgangsdrucks einer Verstellpumpe im offenen Kreislauf. Diese Einrichtung enthält eine Servoverstelleinheit zum Einstellen des Förder- bzw. Schluckvolumens der Verstellpumpe über eine Verstellvorrichtung. Der Kolben der Servoverstelleinheit wird durch den von einer Druck-Regeleinrichtung vorgegebenen Druck in seinem Antriebsdruckraum positioniert, wobei keine weiteren Komponenten in der Steuerleitung zwischen dem Antriebsdruckraum der Servoverstelleinheit und der Druck-Regeleinrichtung angeordnet sind. Die Druck-Regeleinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Druckregelventil, das das Hydraulikfluid in einer einzigen Steuerleitung mit einem Druck beaufschlagt und das mit zwei entgegengesetzt angeordneten Steuerkammern und einer Rückstellfeder ausgestattet ist.
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In
DE 40 17 029 C2 ist ein Hydrobär gezeigt, der einen hydraulische Hebezylinder aufweist, dessen Arbeitsräume über eine Axialkolbenpumpe druckbeaufschlagt werden. Ähnlich zur
DE 41 41 108 A1 wird der Volumenstrom der Axialkolbenpumpe über einen auf die Schrägscheibe des Axialkolbenpumpe wirkende Servoverstelleinheit eingestellt, die ohne Zwischenkomponenten mit einem Steuerventil verbunden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verstellen des Förder- bzw. Schluckvolumens einer verstellbaren Hydraulikmaschine bereitzustellen, bei dem die Gefahr des Abwürgens einer Verbrennungskraftmaschine bzw. des Überlastens einer elektrischen Antriebsmaschine vermieden oder zumindest derart verringert wird, dass sich dies nicht während eines Zurückschwenkens der verstellbaren Hydraulikmaschine ereignet. Die Erfindung hat sich ferner die Aufgabe gestellt, eine Hydraulikmaschine bereitzustellen, die eine Vorrichtung aufweist, mit der die Hydraulikmaschine gleichförmig in ihrem Förder- bzw. Schluckvolumen erhöht werden kann, wobei ein Rückschwenken, d.h. eine Verringerung des Förder- bzw. Schluckvolumens derart zügig von statten geht, dass der die Hydraulikmaschine antreibende Motor nicht überlastet wird, auch wenn dessen Drehzahl abgesenkt wird.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, wobei die von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüche das Verfahren weiter ausbilden. In den nebengeordneten Ansprüchen wird eine verstellbare Hydraulikmaschine und ein hydrostatischer Antrieb mit einer verstellbaren Hydraulikmaschine angegeben, welche mit dem Verfahren nach Anspruch 1 betrieben werden können. Die entsprechenden Unteransprüche bilden die erfindungsgemäße verstellbare Hydraulikmaschine sowie den erfindungsgemäßen hydrostatischen Antrieb weiter.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung auf verstellbare Hydraulikmaschinen, die eine mit Hydraulikfluid unter Steuerdruck beaufschlagbare Servoverstelleinheit zum Verschwenken einer Verstellvorrichtung der Hydraulikmaschine aufweisen. Die Verstellvorrichtung verstellt das Förder- bzw. Schluckvolumen der Hydraulikmaschine. Bei einem Ausschwenken der Verstellvorrichtung zur Erhöhung des Förder- bzw. Schluckvolumens der Hydraulikmaschine wird Hydraulikfluid mit Steuerdruck von einer Steuervorrichtung über eine Zuführdrossel an die Servoverstelleinheit geleitet. Erfindungsgemäß wird bei einem Zurückschwenken der Verstellvorrichtung zur Reduzierung des Förder- bzw. Schluckvolumens der Hydraulikmaschine das durch die Servoverstelleinheit verdrängte Hydraulikfluid über eine die Zuführdrossel umgehende Bypassleitung mit einem darin angeordneten Rückschlagventil zur Steuervorrichtung abgeleitet, bzw. zurückgeleitet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Widerstand zum Ableiten von Hydraulikfluid, welches bei einem Zurückführen des Servokolbens in Richtung Nullstellung verdrängt wird, herabgesetzt, indem die Zuführdrossel umgangen wird. Somit wird erfindungsgemäß der Leitungswiderstand für Hydraulikfluid, welches von der Servoverstelleinrichtung (zurück) zur Steuervorrichtung geleitet wird, verringert, da die für die Zuführung von Hydraulikfluid zur Servoverstelleinrichtung vorgesehene Drossel umgangen wird.
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Bei einem gesteuerten Zurückschwenken der Verstellvorrichtung einer Hydraulikmaschine weist das verdrängte, d.h. auf der Passivseite des Servokolbens aus dem Servozylinder hinausgeschobene Hydraulikfluid einen Druck auf, der im Allgemeinen geringer ist als der Steuerdruck. Die verdrängte Hydraulikflüssigkeit wird dann, üblicherweise über die Steuervorrichtung, an einen Tank abgeleitet. Würde die Hydraulikflüssigkeit hierbei die Zuführdrossel passieren, wäre ein Zurückschwenken der Verstelleinheit zum Reduzieren des Förder- bzw. Schluckvolumens der Hydraulikmaschine verlangsamt. Erfindungsgemäß ist daher eine Bypassleitung vorgesehen, welche die Zuführdrossel umgeht und nur in Richtung hin zur Steuervorrichtung von Hydraulikflüssigkeit passierbar ist. Hierfür ist in der erfindungsgemäßen Bypassleitung ein Rückschlagventil vorgesehen, das in Richtung auf die Servoverstelleinheit die Bypassleitung sperrt. Das in der Bypassleitung angeordnete Rückschlagventil ist bevorzugt federbelastet und weiter bevorzugt einstellbar federbelastet. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Widerstand zum Öffnen des Rückschlagventils, also zum Öffnen der Bypassleitung in Richtung Steuervorrichtung gering, damit dem von der Servoverstelleinrichtung zur Steuervorrichtung abströmenden Hydraulikfluid so wenig Widerstand wie möglich entgegengesetzt wird. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Rückschlagventil gerade so stark federbelastet, dass das Rückschlagventil in Zuführrichtung, d.h. in Richtung zur Servoverstelleinheit hin, nahezu kraftlos geschlossen bleibt. Das Rückschlagventil erfüllt sozusagen die Funktion eines einseitig sperrenden Riegels oder einer Klappe, die nur in einer Richtung passierbar ist. Wird Hydraulikflüssigkeit von der Steuervorrichtung zur Servoverstellvorrichtung mit Steuerdruck geleitet, so übt der Steuerdruck eine schließende Kraft auf das Rückschlagventil aus.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und auch die erfindungsgemäße Bypassleitung mit Rückschlagventil sind bei allen verstellbaren Hydraulikmaschinen, ob einseitig oder zweiseitig verstellbar, anwendbar. Grundgedanke der Erfindung ist das Abströmen von Hydraulikflüssigkeit von der Passivseite der Servoverstelleinrichtung mit geringerem Widerstand zu ermöglichen, als dies bei der Zuführung auf der Aktivseite im Allgemeinen erfolgt. Im Sinne der Erfindung ist die aktive Seite einer Servoverstelleinheit die Seite eines beispielsweise doppelseitig beaufschlagbaren Servokolbens, die mit Steuerdruck belastetes Hydraulikfluid von der Steuervorrichtung erhält. Dementsprechend ist die Passivseite einer Servoverstelleinrichtung im Sinne der Erfindung die Seite eines Servokolbens, welche Hydraulikfluid in Richtung der Steuereinheit verdrängt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur widerstandsreduzierten Ableitung von Hydraulikfluid, welches von einer Servoverstelleinheit zu einer Steuervorrichtung verdrängt wird, ist bevorzugt bei Hydraulikmaschinen einsetzbar bzw. anwendbar, welche unter Hochdruck stehendes Hydraulikfluid aus einem Arbeitskreis einer Hydraulikmaschine auf eine nicht mit Steuerdruck beaufschlagte Seite der Servoverstelleinheit zurückführt, wenn der Hochdruck im Arbeitskreis einen vorbestimmten Wert, d. h. einen Grenzdruck überschreitet. Bevorzugt wird hierzu anstatt der Zuführdrossel mit der sie umgehenden Bypassleitung mit Rückschlagventil eine Stützdrossel in die Steuerleitung der verstellbaren Hydraulikmaschine geschaltet, die auf der passiven Seite der Servoverstelleinrichtung angeordnet ist. Dies erfolgt bevorzugt durch ein mit Hochdruck aus dem Arbeitskreis beaufschlagbares und schaltbares Wegeventil, in welchen die Zuführdrossel mit der sie umgehenden Bypassleitung samt Rückschlagventil für eine erste Schaltstellung des Wegeventils angeordnet sind und die Stützdrossel in einer zweiten Schaltstellung angeordnet ist. Das Wegeventil kann hierbei in einer bevorzugten Ausführung als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein, wobei der Hochdruck aus dem Arbeitskreis bei Überschreiten eines vorgebbaren Wert als Grenzdruck die Schaltkraft im Rahmen der Erfindung bereitstellt, bzw. erzeugt. Die Schaltkraft zum Verschieben des Wegeventils, welches auch als Drosseleinrichtung bezeichnet wird, ist hierbei bevorzugt durch eine einstellbare Federkraft in einer ersten Schaltstellung vorgespannt in seiner Grundstellung, welche im normalen Betrieb der Arbeitsmaschine beibehalten wird. Erst bei einem Überschreiten des Schaltdrucks durch den Hochdruck im Arbeitskreis wird die bevorzugt einstellbare Vorspannkraft überwunden und die Stützdrossel in die Steuerleitung geschaltet. Zum Rückschwenken der Verstelleinrichtung der Hydraulikmaschine in Richtung kleineres Förder- bzw. Schluckvolumen wird der Hochdruck aus dem Arbeitskreis über eine weitere Verbindungsleitung auf die Passivseite der Servoverstelleinrichtung geleitet, wodurch diese in Richtung Nullstellung verschoben wird, da der Hochdruck im Arbeitskreis in der Regel höher ist als der Steuerdruck, der auf die Aktivseite der Servoverstelleinrichtung wirkt.
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Eine andere Art der Hochdruckbegrenzung, die auch als Nullhubregelung bezeichnet wird, ist beispielsweise in
DE 10 2009 005 768 A1 gezeigt und beschrieben und ist vollumfänglich Teil dieser Erfindungsbeschreibung. Spricht eine derartige Nullhubdruckregelung an, wird mit Hochdruck belastetes Hydraulikfluid auf die passive Seite der Servoverstelleinrichtung geleitet, so dass die Servoverstelleinheit die Verstellvorrichtung in Richtung Nullstellung verschwenkt, an der die Hydraulikmaschine kein Förder- bzw. Schluckvolumen zeigt. Dabei kann das auf der Aktivseite der Servoverstelleinheit verdrängte Hydraulikfluid über die erfindungsgemäße Bypassleitung zur Steuervorrichtung abgeleitet werden. In diesem Fall ist das in der Bypassleitung angeordnete Rückschlagventil mit Steuerdruck (Aktivseite) belastet, so dass zusätzlich zur Federkraft des Rückschlagventils auch der Steuerdruck zum Ableiten von Hydraulikflüssigkeit von der Aktivseite der Servoverstelleinheit überwunden werden muss, damit die Hydraulikmaschine in Richtung ihrer Nullstellung verschwenkbar ist. Üblicherweise ist der Hochdruck eines hydraulischen Antriebs in der Regel jedoch größer als der Steuerdruck. Das Vorsehen einer aus dem Stand der Technik bekannten Nullhubdruckregelung ist nicht zwingend für die Begrenzung des Hochdrucks in der erfindungsgemäßen Hydraulikmaschine, da dies, wie oben beschrieben auch von der Drosseleinrichtung bewerkstelligt werden kann. Jedoch kann mittels der (zusätzlichen) Anordnung eines Nullhubdruckregelventils gegebenenfalls eine zweistufige Hochdruckbegrenzung realisiert werden.
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Auch bei einem Ansprechen einer Nullhubdruckregelung wird man auf der Passivseite anstatt der Bypassleitung mit dem darin angeordneten Rückschlagventil und der Zuführdrossel bevorzugt eine Stützdrossel in die Verbindungsleitung zwischen Servoverstelleinheit und Steuereinheit schalten, damit das auf der Aktivseite der Servoverstelleinrichtung verdrängte Hydraulikfluid nicht mit hohen Druck auf die Steuereinrichtung wirkt. Damit soll ebenfalls vermieden werden, dass Hydraulikflüssigkeit mit Hochdruck beispielsweise in einen Tank abgeleitet wird, aus dem eine Steuerdruckpumpe Hydraulikflüssigkeit zum Aufbauen des Steuerdrucks bezieht. Mit einer Stützdrossel in der Verbindungsleitung zwischen Steuervorrichtung und Servoverstelleinrichtung wird ferner erreicht, dass das Druckniveau auf der Passivseite der Servoverstelleinrichtung hoch genug gehalten werden kann, damit das Hydraulikfluid mit Hochdruck von der Nullhubdruckregelung kommend in der Lage ist, den Steuerkolben gegen den Steuerdruck auf der Aktivseite des Steuerkolbens in Richtung Nullstellung zu verschieben, d.h. die Ausschwenkung der Hydraulikmaschine zurückzunehmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zuführdrossel und die Bypassleitung mit darin angeordneten Rückschlagventil sowie die Stützdrossel in einer schaltbaren Drosselventilanordnung angeordnet, die je nach Betriebszustand entweder die Zuführdrossel und die Bypassleitung oder die Stützdrossel in die Verbindungsleitung zwischen Steuereinrichtung und Servoverstelleinrichtung schaltet. Dabei ist die Drosselventilvorrichtung bevorzugt im normalen Arbeitsbetrieb der Hydraulikmaschine auf dem in der zugehörigen Seite der Servovorrichtung herrschenden Druck referenziert und, darüber hinaus, gegen Verstellen aus dem Normalbetrieb, d. h. der Ausgangsstellung, federbelastet. Normalbetrieb im Sinne der Erfindung bedeutet, dass in der Verbindungsleitung zwischen der Steuervorrichtung und der Servoverstelleinrichtung die Zuführdrossel geschaltet ist, damit Steuerdruckschwankungen bzw. Steuerdruckspitzen von dieser abgebaut werden können. Gleichzeitig ist im normalen Arbeitsbetrieb der Hydraulikmaschine die Bypassleitung mit dem darin angeordneten Rückschlagventil so angeordnet, dass von der Servoverstellung verdrängtes Hydraulikfluid über die Bypassleitung zur Steuervorrichtung zurückgeführt werden kann. Über den auf der korrespondierenden Seite der Servoverstelleinheit herrschenden Servodruck und einer bevorzugt einstellbaren elastischen Kraft wird die Drosselvorrichtung im normalen Arbeitsbetrieb der Hydraulikmaschine in dieser Stellung gehalten. Dabei sind fachüblich sowohl die Zuführdrossel als auch die Stützdrossel in ihrem Leistungswiderstand einstellbar.
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Gegen den vorherrschenden Druck auf der Passivseite der Servoverstelleinrichtung und die bevorzugt einstellbare elastische Kraft auf die Drosselventilvorrichtung kann bei Öffnen der Nullhubdruckregelung, d.h. eines Nullhubdruckregelventils, die Drosselventileinrichtung geschaltet werden, und so eine Stützblende in die Verbindungsleitung zwischen Steuervorrichtung und Servoverstelleinrichtung geschaltet werden. Die elastische Kraft, welche die Drosselventileinrichtung in der „Normalstellung“ hält, ist dabei bevorzugt einstellbar, wodurch die Kraft für ein Umschalten der Drosselventileinrichtung von einem Normalbetrieb in einen Hochdruckbegrenzungsbetrieb einstellbar ist.
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Weiter bevorzugt ist in einer weiteren, zweiten Verbindungsleitung zwischen der Nullhubdruckregeleinrichtung, bzw. dem Nullhubdruckregelventil, - falls vorgesehen - und der ersten Verbindungsleitung - zwischen der Steuervorrichtung und der Servoverstelleinrichtung - ein weiteres Rückschlagventil vorgesehen, das die zweite Verbindungsleitung in Richtung auf die Nullhubdruckregelung sperrt. Dieses Rückschlagventil hat die Aufgabe, die zweite Verbindungsleitung zu sperren, wenn über die Passivseite der Servoverstelleinheit Hydraulikfluid an die Steuervorrichtung abgeleitet werden soll. Im Arbeitsbetrieb einer Hydraulikmaschine wird so vermieden, dass Hydraulikflüssigkeit von der Servoverstelleinrichtung zur Nullhubdruckregelung geleitet wird, oder Hochdruck aus dem Arbeitskreis auf die Servoverstelleinrichtung wirkt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausbilden eines verringerten Ableitwiderstandes für Hydraulikflüssigkeit, welche von einer Servoverstelleinrichtung zu einer Steuervorrichtung einer verstellbaren Hydraulikmaschine geleitet werden soll, kann in allen Arten von Hydraulikmaschinen, angewendet werden, welche einen Verstellmechanismus aufweisen, der hydraulisch angesteuert wird. Unabhängig von der Bauart der verstellbaren Hydraulikmaschine ist erfindungsgemäß in einer Verbindungsleitung zwischen einer Steuervorrichtung und einer Servoverstelleinheit für das Verstellen des Förder- bzw. Schluckvolumens einer Hydraulikmaschine eine Zuführdrossel vorgesehen, die das Hydraulikfluid „beruhigt“, welches von der Steuervorrichtung mit Steuerdruck zur Servoverstelleinheit geleitet wird. Damit wird ein gleichmäßiges „gedämpftes“ Ausschwenken, d.h. Erhöhen, des Förder- bzw. Schluckvolumens der Hydraulikmaschine ermöglicht. Bei einem Zurückschwenken einer einseitig oder zweiseitig verschwenkbaren bzw. verstellbaren Hydraulikmaschine unterliegt das verdrängte zurückgeführte Hydraulikfluid von der Servoverstelleinheit nicht dem Widerstand der Zuführdrossel, da ein Umgehungsweg vorgesehen ist, der diesen Widerstand nicht aufweist.
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Bevorzugt ist in der Umgehungsleitung/Bypassleitung ein Riegel vorgesehen, der in Art eines Rückschlagventils die Bypassleitung in Richtung auf die Servoverstelleinheit sperrt und schon bei geringstem Druck in Richtung auf die Steuereinheit die Umgehungsleitung, d.h. den Bypass, freigibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Hydraulikmaschine mit einer Drosselvorrichtung, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Figur näher erläutert, wobei die Figur ein hydraulisches Schaltdiagramm einer zweiseitig verstellbaren Hydraulikmaschine zeigt. In der Figur ist dabei beispielhaft und schematisch eine Hydraulikpumpe gezeigt, welche in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Hydraulikmotor verbindbar ist, der selbst verstellbar sein kann. Für die Ausführung der Erfindung kann jede Art von verstellbarer Hydraulikmaschine in Axial-, Radial oder sonstiger Bauart Eingang finden.
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Die hydraulische Schaltung, dargestellt in der Figur, zeigt beispielsweise eine Steuervorrichtung 1 mit zwei gegensinnig über Aktuatoren bewegbare Steuerkolben, die jeweils eine Zu- oder eine Ableitung zu einer Servoverstelleinheit 3 oder zu einem Tank 6 öffnen und schließen können. In der in der Figur gezeigten Stellung der Steuervorrichtung 1 sind beide Steuerkolben drucklos gestellt, so dass die zwischen ihnen befindliche Feder die Steuerkolben jeweils in eine solche Stellung schiebt, dass Verbindungswege von der Servoverstelleinheit 3 zu einem Tank 6 - gegebenenfalls über eine Steuerdrossel - freigeschaltet sind. In den jeweiligen Steuerleitungen 2 zwischen den Steuerkolben bzw. deren Steuerzylindern und jeweils einer Seite der Servoverstelleinheit sind Drosselventilvorrichtungen 10 angeordnet, die auf den Druck auf der jeweiligen Seite der Servoverstelleinheit 3 referenziert sind und über ein elastisches Element 17, bevorzugt eine kraft-einstellbare Feder, in ihrer Ausgangsstellung gehalten werden.
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In dieser Ausgangsstellung, welche den normalen Arbeitsbetrieb der Hydraulikmaschine darstellt, ist eine Zuführdrossel 12 in die Steuerleitung 2 geschaltet, so dass, wenn der Steuerkolben eine der Steuerleitungen 2 freigibt, unter Steuerdruck stehendes Hydraulikfluid zu einer Seite der Servoverstelleinheit 3 zugeführt werden kann. Auf der anderen Seite der Servoverstelleinheit 3 wird Hydraulikflüssigkeit in Richtung der Steuervorrichtung 1 in die jeweils andere Steuerleitung 2 verdrängt. Aus der Figur ist dabei ersichtlich, dass das auf der anderen Seite der Servoverstellvorrichtung 3 verdrängte Hydraulikfluid über eine Bypassleitung 14 fließen kann, wenn das Rückschlagventil 16 geöffnet ist. Hierzu wird bevorzugt eine geringe Schließkraft für das Rückschlagventil 16 ausgewählt, damit das auf der Passivseite der Servoverstelleinrichtung 3 verdrängte Hydraulikfluid mit geringstem Widerstand über die Steuerleitung 2 zur Steuervorrichtung 1 abgeleitet werden kann. Über die Steuervorrichtung 1 wird das aus der Servoverstelleinheit 3 verdrängte Hydraulikfluid dann bevorzugt einem Tank 6 zugeleitet. Diese Zuleitung an den Tank 6 kann ebenfalls gedämpft über eine Ableitdrossel 9 erfolgen.
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Aus der Figur ist weiter ersichtlich, dass bei einem Zurückschwenken der Verstellvorrichtung 8 aus einer ausgeschwenkten Stellung in Richtung der Nullstellung der Hydraulikmaschine die zuvor passive Seite der Servoverstelleinheit 3 nun mit Steuerdruck beaufschlagt werden muss, damit die vormals passive Seite zur Aktivseite wird und der Servokolben in Richtung seiner Nullstellung verschoben werden kann, wobei auf der vormals aktiven Seite der Servoverstelleinrichtung 3 der Druck geringer sein muss als der Steuerdruck. Bei seiner Verschiebung nimmt der Servokolben die Verstellvorrichtung 8 mit und bewegt auch diese in Richtung ihrer Nullstellung. Auf der vormals aktiven Seite der Servoverstelleinheit 3, welche bei einem Rückschwenken zur passiven Seite wird, muss Hydraulikfluid verdrängt werden, das über die Steuervorrichtung 1 bevorzugt einem Tank 6 zugeführt werden kann. Hier wird, wie oben bereits beschrieben, bevorzugt der Widerstand in der Steuerungleitung 2 zwischen Servoverstelleinheit 3 und Steuervorrichtung 1 dadurch reduziert, dass das verdrängte Hydraulikfluid über eine Bypassleitung 14 strömen kann, wobei das in der Bypassleitung 14 angeordnete erste Rückschlagventil 16 von dem Druck, welches in dem zurückgeführten Hydraulikfluid herrscht, ohne großen Widerstand öffenbar ist.
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Das in der Figur gezeigte Schaltschema für eine Hydraulikmaschine in normalem Arbeitsbetrieb zeigt daher eine Möglichkeit, wie ein dosiertes sanftes Erhöhen eines Förder- bzw. Schluckvolumens einer Hydraulikmaschine realisiert werden kann, bei gleichzeitigen schnell zurücknehmbaren Förder- bzw. Schluckvolumen der verstellbaren Hydraulikmaschine. Mit der in der Figur dargestellten Zuführdrossel 12 in der Steuerleitung 2 mit parallel geschalteter Bypassleitung 14, in der ferner ein Rückschlagventil 16 angeordnet ist, das in Richtung zur Servoverstelleinheit 3 sperrt, wird ein System bereitgestellt, das für die Zuführung und Abführung eines Hydraulikfluids zu einer aktiven bzw. von einer passiven Seite einer Servoverstelleinrichtung 3 unterschiedliche Strömungswiderstände aufweist.
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In der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen verstellbaren Hydraulikmaschine ist ferner beispielhaft eine Nullhubdruckregelung mit einem Nullhubdruckregelventil
5 gezeigt, das aus
DE 10 2009 005 768 A1 bekannt ist. Sobald der Arbeitsdruck in der Hydraulikfluidleitung
7 für einen geschlossenen Arbeitskreis zu hoch wird, öffnet das Nullhubdruckregelventil
5 und leitet Hydraulikfluid mit Hochdruck über eine Verbindungsleitung
4 zur Steuerleitung
2. Dabei ist die Verbindungsleitung
4 zwischen der Zuführdrossel
12 und der Servoverstelleinheit
3 mit der Steuerleitung
2 hydraulisch verbunden. Damit der Hochdruck, welcher in der Verbindungsleitung
4 nach Öffnen des Nullhubdruckregelventils
5 in der Verbindungsleitung
4 herrscht, nicht über die Bypassleitung
14 - unter Öffnen des Rückschlagventils
16 - auf die Steuervorrichtung
1 durchschlägt, wird der Hochdruck auf eine weitere Verbindungsleitung
11 zu einer schaltbaren Drosselventilvorrichtung
10 geleitet, so dass der Hochdruck die Drosselventileinrichtung
10 in eine Hochdruckbegrenzungsstellung schaltet.
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Wirkt Hydraulikfluid mit Hochdruck auf die Drosselventileinrichtung 10, wird gegen den Widerstand des elastischen Elements 17 und gegen die Referenzierung der Drosselventilvorrichtung 10 - auf den auf der Aktivseite der Servoverstelleinheit herrschenden Steuerdruck - eine Stützdrossel 18 in die jeweilige Steuerleitung 2 geschaltet, so dass der in der Verbindungsleitung 4 herrschende Hochdruck gedrosselt auf die Steuervorrichtung 1 wirkt und nur so weit entspannt wird, dass auf der Passivseite der Servoverstelleinrichtung 3 ein höherer Druck herrscht als auf der Aktivseite der Servoverstelleinheit 3 und so das unter Hochdruck stehende Hydraulikfluid in der Verbindungsleitung 4 die Servoverstelleinheit 3 in Richtung Nullstellung verschiebt. Dabei sind das einstellbare Element (17) und die in der Drosselvorrichtung (10) angeordnete Fläche, auf die der Hochdruck aus dem Arbeitskreis der Hydraulikmaschine wirkt, aufeinander abgestimmt.
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Sinn und Zweck einer Nullhubdruckregelung, beispielsweise mittels eines Nullhubdruckregelventils 5, ist es, den Hochdruck im Arbeitskreis - der beispielsweise einen Hydraulikmotor antreibt - zu begrenzen und die Verstelleinheit automatisch in Richtung Nullstellung zu verschieben, um den Hochdruck ggf. im Arbeitskreis nach unten zu regeln. Damit wird vermieden, dass der Hochdruck im Arbeitskreis einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Dies kann mit oder ohne Verwendung eines separaten Nullhubdruckregelventils erfolgen, da diese Funktion, wie oben bereits beschrieben, von der erfindungsgemäßen Drosselvorrichtung 10 übernommen werden kann.
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Wird der Servokolben durch das unter Hochdruck stehende Hydraulikfluid in der Verbindungsleitung 4 in Richtung Nullstellung verschoben, so wird die Passivseite der Servoverstelleinheit 3 zur Aktivseite und die vormals aktive Seite der Servoverstelleinheit 3 zur Passivseite. Durch die Verschiebung des Servokolbens muss das auf der nun passiven Seite der Servoverstelleinheit 3 befindliche Hydraulikfluid in Richtung der Steuervorrichtung 1 verdrängt werden. Dies erfolgt über die Drosselventilvorrichtung 10 auf der Passivseite, welche durch die Nullhubdruckregelung nicht verstellt wurde, bzw. über die dort angeordnete Bypassleitung 14 unter Öffnen des dortigen Rückschlagsventils 16. Die auf der jetzigen Passivseite der Servoverstelleinheit 3 angeordnete Drosselventilvorrichtung 10 ist dabei weiterhin auf Steuerdruck referenziert, da sie vor Ansprechen der Nullhubdruckregelung auf der vormals aktiven Seite der Servoverstelleinrichtung 3 den Servokolben in der ausgelenkten Stellung gehalten hat. Üblicherweise ist jedoch der Hochdruck, welcher aus dem Arbeitskreis der Hydraulikmaschine kommt, sehr viel größer als der Steuerdruck, wodurch das Rückschlagventil 16, welches in der Bypassleitung 14 der zugehörigen Steuerleitung 2 angeordnet ist, vom Hochdruck geöffnet werden kann. Somit ist gewährleistet - falls die Nullhubdruckregelung 5 anspricht - dass auch dann eine schnelle Rückstellung der Verstelleinrichtung 8 erfolgt und der Hochdruck im Arbeitskreis unter einen vorbestimmten Grenzdruck geregelt werden kann.
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In der beiliegenden Figur ist eine verstellbare Hydraulikmaschine schematisch gezeigt, welche sowohl unter normalen Arbeitsbedingungen als auch bei Überschreiten eines Grenzdrucks im Hochdruck-Arbeitskreis ein schnelles Zurückschwenken der Verstellvorrichtung gewährleistet, wobei im Normalbetrieb der verstellbaren Hydraulikmaschine ein sanftes und gleichmäßiges Ausschwenken zum Erhöhen des Förder- bzw. Schluckvolumens der verstellbaren Hydraulikmaschine möglich ist.
