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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit mindestens einer Hydraulikmaschine, die eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweist, und mit einem Druckbegrenzungsventil. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einem derartigen Hydrauliksystem.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 002 967 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein hydraulisch betriebener Energiewandler und ein mit brennbarem Gas betriebener Energiewandler zusammenwirken.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit im Betrieb eines Hydrauliksystems mit mindestens einer Hydraulikmaschine, die eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweist, und mit einem Druckbegrenzungsventil zu erhöhen.
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Die Aufgabe ist bei einem Hydrauliksystem mit mindestens einer Hydraulikmaschine, die eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweist, und mit einem Druckbegrenzungsventil, dadurch gelöst, dass das Hydrauliksystem zusätzlich zu dem Druckbegrenzungsventil eine Druckabbaueinrichtung umfasst, die einen schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite ermöglicht. Die zusätzlich zu dem Druckbegrenzungsventil vorgesehene Druckabbaueinrichtung ist vorzugsweise räumlich getrennt von dem Druckbegrenzungsventil angeordnet, und funktioniert unabhängig von dem Druckbegrenzungsventil. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass eine begrenzte Öffnungsgeschwindigkeit des Druckbegrenzungsventils in schwerwiegenden Fehlerfällen dazu führen kann, dass auf der Hochdruckseite des Hydrauliksystems sehr schnell ein unerwünscht hoher Druck aufgebaut wird. Dieser schnelle Druckaufbau auf einen unerwünscht hohen Druck kann in dem Hydrauliksystem zu Drucküberschwingern führen, die zu einer Beschädigung von Komponenten und/oder Bauteilen des Hydrauliksystems oder gar zu externen Leckagen führen könnten, zum Beispiel durch das Zerplatzen von Hydraulikleitungen.
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Ein schwerwiegender Fehler tritt beispielsweise auf, wenn sich eine Hydraulikmaschine beziehungsweise ein Hydrostat des Hydrauliksystems nicht mehr verstellen beziehungsweise kontrollieren lässt. Die Hydraulikmaschine beziehungsweise der Hydrostat ist zum Beispiel als Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege ausgeführt. Bei einer Axialkolbenmaschine mit Schwenkwiege lässt sich in einem schwerwiegenden Fehlerfall zum Beispiel die Schwenkwiege nicht mehr verschwenken. Dann handelt es sich um einen schwerwiegenden Fehler mechanischer Art. Der schwerwiegende Fehler kann auch durch mechanisches Klemmen eines Hydraulikelements, wie eines Hydraulikventils, verursacht werden. Der schwerwiegende Fehler kann aber auch von elektrischer Art sein, wie zum Beispiel ein Kurzschluss in einer elektrischen Komponente des Hydrauliksystems, zum Beispiel an einem elektrischen Anschluss eines elektrisch angesteuerten Hydraulikventils. Der schwerwiegende Fehler kann auch anderer Art sein.
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Die erfindungsgemäße Druckabbaueinrichtung führt bei Überschreitung eines gewissen Grenzdrucks zu einem schlagartigen Druckabbau auf der Hochdruckseite des Hydrauliksystems. Dabei ist die Druckabbaueinrichtung vorteilhaft so ausgeführt, dass keine externe Leckage auftritt, sondern nur ein interner Druckausgleich von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite stattfindet. Durch die zusätzlich zu dem Druckbegrenzungsventil vorgesehene Druckabbaueinrichtung wird auf einfache Art und Weise eine redundante Überdruckabsicherung geschaffen. Ein wesentlicher Vorteil der redundanten Überdruckabsicherung besteht darin, dass die Komponenten, Elemente und/oder Leitungen des Hydrauliksystems vor einer zu großen, unerträglichen Überlast geschützt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass in den vorab beschriebenen schwerwiegenden Fehlerfällen keine externen Leckagen auftreten, die gerade in automotiven Anwendungen zu fatalen Folgen führen könnten, wie zum Beispiel Ölspuren, die Unfälle verursachen könnten. Neben dem Komponentenschutz wird durch die redundante Überdruckabsicherung aber auch verhindert, dass für längere Zeit ein zu hohes ungewolltes Radmoment eines mit dem Hydrauliksystem ausgestatteten hydrostatischen Fahrantriebs erzeugt wird, weil das Auslösen der erfindungsgemäßen Druckabbaueinrichtung extrem schnell erfolgt. Somit kann auch ein Fehlerfall „ungewollte Verzögerung“ entschärft werden, da nach Ansprechen der Druckabbaueinrichtung der Druck, und damit auch das Drehmoment, schlagartig abgebaut werden. Die redundante Überdruckabsicherung lässt sich durch die erfindungsgemäße Druckabbaueinrichtung zudem extrem kostengünstig und raumsparend realisieren.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckabbaueinrichtung reversibel ausgeführt ist. Der Begriff reversibel bedeutet im Zusammenhang mit der Druckabbaueinrichtung, dass die Druckabbaueinrichtung nach einem schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite wieder zurück in ihrem Ausgangszustand gebracht werden kann. Das liefert den Vorteil, dass die Druckabbaueinrichtung nach einem schlagartigen Druckabbau weiter verwendet werden kann. Das heißt, die Druckabbaueinrichtung wird bei einem schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite nicht zerstört oder beschädigt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die reversible Druckabbaueinrichtung druckgesteuert ist. Die druckgesteuerte Ausführung der reversiblen Druckabbaueinrichtung liefert unter anderem den Vorteil, dass die Druckabbaueinrichtung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite nach einem schlagartigen Druckabbau selbsttätig wieder in ihren Ausgangszustand gebracht wird, in welchem die Verbindung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite unterbrochen ist. Das druckgesteuerte Unterbrechen oder Verschließen der Verbindung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite erfolgt mit der reversiblen Druckabbaueinrichtung zum Beispiel automatisch, nachdem ein bestimmter Systemdruck des Hydrauliksystems unterschritten wurde.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die reversible Druckabbaueinrichtung eine mechanische Rückstellfunktion aufweist. Bei der mechanisch reversiblen Druckabbaueinrichtung erfolgt die Rückstellung nach einem schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite zum Beispiel manuell.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckabbaueinrichtung irreversibel ausgeführt ist. Der Begriff irreversibel bedeutet in Zusammenhang mit der Druckabbaueinrichtung, dass diese bei einem schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite, zumindest teilweise, beschädigt oder zerstört wird. Das führt dazu, dass die irreversible Druckabbaueinrichtung nach einem schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite nicht mehr weiter verwendet werden kann. Die irreversible Druckabbaueinrichtung muss nach erfolgtem schlagartigen Druckabbau, zumindest teilweise, repariert oder ersetzt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die irreversible Druckabbaueinrichtung eine Berstscheibe umfasst. Die Berstscheibe ist vorzugsweise so ausgeführt und angeordnet, dass sie bei Überschreiten des gewissen Grenzdrucks berstet, um eine durch die Berstscheibe verschlossene Verbindung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite schlagartig freizugeben.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die irreversible Druckabbaueinrichtung in ein vorhandenes Hydraulikelement integriert ist. Bei dem vorhandenen Hydraulikelement handelt es sich zum Beispiel um eine Anschlussplatte oder einen Steuerblock des Hydrauliksystems.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die irreversible Druckabbaueinrichtung mindestens eine Sollbruchstelle aufweist. Die Sollbruchstelle kann zum Beispiel durch eine gezielte Bauteilschwächung in einem Hydraulikelement des Hydrauliksystems realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckabbaueinrichtung eine Filtereinrichtung zugeordnet ist. Die Filtereinrichtung ist vorzugsweise der Druckabbaueinrichtung nachgeschaltet. Das bedeutet, dass die Filtereinrichtung bezogen auf einen Druckabbau von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite, hinter der Druckabbaueinrichtung angeordnet ist. Die Filtereinrichtung liefert insbesondere in Kombination mit einer irreversiblen Druckabbaueinrichtung den Vorteil, dass keine beim schlagartigen Druckabbau auftretenden Partikel in den Kreislauf des Hydrauliksystems gelangen beziehungsweise freigesetzt werden. Solche Partikel könnten ansonsten im Betrieb des Hydrauliksystems gegebenenfalls zu einer unerwünschten Beschädigung von Komponenten des Hydrauliksystems führen. Die Filtereinrichtung ist zum Beispiel als Sieb ausgeführt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einem vorab beschriebenen Hydrauliksystem. Der hydrostatische Fahrantrieb dient vorzugsweise zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs. Bei Kraftfahrzeugen mit hydrostatischen oder hydraulischen Fahrantrieben muss, auch in dem vorab beschriebenen Fehlerfall, sichergestellt werden, dass über den Fahrantrieb im Betrieb des Kraftfahrzeugs keine unerwünschte Fahrzeugverzögerung oder Fahrzeugbeschleunigung bewirkt wird. Durch die erfindungsgemäße redundante Überdruckabsicherung wird in dem vorab beschriebenen schwerwiegenden Fehlerfall auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass die mindestens eine Hydraulikmaschine des hydrostatischen Fahrantriebs im Fehlerfall zwar als Hydraulikpumpe arbeiten kann, dies aber nicht zu einem unerwünschten Druckaufbau auf der Hochdruckseite und damit nicht zu einem Verzögerungsmoment und/oder Beschleunigungsmoment an einem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs führen kann.
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Das Hydrauliksystem umfasst auf der Niederdruckseite vorzugsweise ein Hydraulikmediumreservoir oder einen Niederdruckspeicher. Auf der Hochdruckseite des Hydrauliksystems ist vorzugsweise ein Hochdruckspeicher angeordnet. Zwischen die mindestens eine Hydraulikmaschine und den Hochdruckspeicher ist vorzugsweise ein Speicherladeventil geschaltet. Der hydrostatische Fahrantrieb umfasst vorzugsweise zwei als Hydrostaten bezeichnete Hydraulikmaschinen, von denen eine vorzugsweise als Hydraulikpumpe betrieben wird, während die andere vorzugsweise als Hydraulikmotor betrieben wird.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen hydrostatischen Fahrantriebs. Die Erfindung betrifft des Weiteren gegebenenfalls auch ein Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen hydrostatischen Fahrantrieb.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Druckabbaueinrichtung für ein vorab beschriebenes Hydrauliksystem. Die Druckabbaueinrichtung ist separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In der einzigen beiliegenden Figur ist ein Hydrauliksystem eines hydrostatischen Fahrantriebs eines Kraftfahrzeugs vereinfacht dargestellt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In der beiliegenden Figur ist ein Hydrauliksystem 1 eines hydrostatischen Fahrantriebs eines Kraftfahrzeugs vereinfacht dargestellt. Der hydrostatische Fahrantrieb ist zum Beispiel im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs antriebsmäßig mit einem angetriebenen Rad (nicht dargestellt) verbunden. Das angetriebene Rad kann zum Beispiel über ein Differenzial antriebsmäßig an den hydrostatischen Fahrantrieb angebunden werden.
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Bei dem hydrostatischen Fahrantrieb handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen reinen hydrostatischen Fahrantrieb. Anders als dargestellt, kann der hydrostatische Fahrantrieb aber auch Teil eines Hydraulikhybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein.
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Ein Hydraulikhybridantriebsstrang umfasst neben dem hydrostatischen Fahrantrieb noch einen weiteren Fahrantrieb als primären oder sekundären Antrieb. Bei dem weiteren Fahrantrieb handelt es sich zum Beispiel um eine Brennkraftmaschine, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird.
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Das Hydrauliksystem 1 umfasst eine erste Hydraulikmaschine 11 und eine zweite Hydraulikmaschine 12. Die beiden Hydraulikmaschinen 11 und 12 sind eingangsseitig hydraulisch mit einer Niederdruckseite 13 verbunden.
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Die Niederdruckseite 13 umfasst einen Niederdruckspeicher 14 mit Hydraulikmedium, das mit Niederdruck beaufschlagt ist. Der Niederdruckspeicher 14 kann auch als Hydraulikmediumreservoir bezeichnet werden.
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Ausgangsseitig sind die Hydraulikmaschinen 11 und 12 hydraulisch mit einer Hochdruckseite 16 verbunden. Die Hochdruckseite 16 umfasst einen Hochdruckspeicher 17 mit Hydraulikmedium, das mit Hochdruck beaufschlagt ist.
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Die Hochdruckseite 16 ist bei Überschreiten eines Grenzdrucks über ein Druckbegrenzungsventil 20 mit der Niederdruckseite 13 verbindbar. Durch Linien 21 und 22 sind Verbindungen zwischen der Hochdruckseite 16 und der Niederdruckseite 13 angedeutet.
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Eine dem Hochdruckspeicher 17 zugeordnete Ventileinrichtung 21 wird auch als Speicherventil oder Speicherladeventil bezeichnet und ist auf der Hochdruckseite 16 zwischen die Ausgänge der Hydraulikmaschinen 11 und 12 und den Hochdruckspeicher 17 geschaltet.
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Die durch die Linien 21 und 22 angedeuteten Verbindungen zwischen der Hochdruckseite 16 und der Niederdruckseite 13 können als Hydraulikleitungen ausgeführt sein. Die Verbindungen 21, 22 können aber auch ganz oder teilweise als Kanäle in Hydraulikelementen oder Hydraulikkomponenten des Hydrauliksystems 1 ausgeführt sein.
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In der Verbindung 22 ist eine durch ein Rechteck 30 angedeutete Druckabbaueinrichtung angedeutet, die zusätzlich zu dem Druckbegrenzungsventil 20 in der Verbindung 21 vorgesehen ist. Durch die Druckabbaueinrichtung 30 in der Verbindung 22 zwischen der Hochdruckseite 16 und der Niederdruckseite 13 wird eine zu dem Druckbegrenzungsventil 20 in der Verbindung 21 redundante Überdruckabsicherung des Hydrauliksystems 1 geschaffen.
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Durch die redundante Überdruckabsicherung 30 kann das Auftreten einer unerwünscht großen Überlast auf der Hochdruckseite 16 des Hydrauliksystems 1 verhindert werden. Die Druckabbaueinrichtung 30 ermöglicht, insbesondere dann, wenn das Druckbegrenzungsventil 20 in der Verbindung 21 noch nicht oder nicht schnell genug anspricht beziehungsweise nicht schnell genug einen ausreichenden Druckabbau von der Hochdruckseite 16 auf die Niederdruckseite 13 ermöglicht, über die Verbindung 21 einen schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite 16 auf die Niederdruckseite 13.
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Die Druckabbaueinrichtung 30 kann reversibel oder irreversibel funktionieren. Eine irreversible Ausführung der Druckabbaueinrichtung 30 kann zum Beispiel durch Berstscheiben oder gezielt in vorhandene Bauteile oder Hydraulikelemente beziehungsweise Hydraulikkomponenten hineinkonstruierte Sollbruchstellen realisiert werden.
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Eine reversible Ausführung der Druckabbaueinrichtung 30 liefert den Vorteil, dass die Druckabbaueinrichtung 30 nach einem erfolgten schlagartigen Druckabbau weiter verwendet werden kann. Ein Rückstellen der reversiblen Druckabbaueinrichtung 30 kann, wie durch eine gestrichelte Linie 31 angedeutet ist, druckgesteuert erfolgen. Wie durch ein Symbol 32 angedeutet ist, kann die Rückstellung der reversiblen Druckabbaueinrichtung 30 auch manuell erfolgen.
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Durch ein Symbol 35 ist eine Filtereinrichtung angedeutet, die der Druckabbaueinrichtung 30 zugeordnet ist. Die Filtereinrichtung 35 ist zwischen der Druckabbaueinrichtung 30 und der Niederdruckseite 13 beziehungsweise auf der Niederdruckseite 13 des Hydrauliksystems 1 angeordnet.
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Durch die Filtereinrichtung wird bei einem schlagartigen Druckabbau von der Hochdruckseite 16 über die Druckabbaueinrichtung 30, insbesondere wenn die Druckabbaueinrichtung 30 irreversibel ausgeführt ist, verhindert, dass bei einer zumindest teilweisen Zerstörung der Druckabbaueinrichtung 30 Partikel in unerwünschter Weise in das Hydrauliksystem 1 gelangen. Zu diesem Zweck kann die Filtereinrichtung 35 einfach als Sieb ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011002967 A1 [0002]
