DE102015213936A1

DE102015213936A1 - Spüleinrichtung für hydrostatische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102015213936A1
Application number: DE102015213936.0A
Authority: DE
Inventors: Arne Streblau
Original assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Current assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-01-26
Also published as: CN106368999B; US10167882B2; CN106368999A; US20170023032A1

Abstract

Hydraulikflüssigkeitsspüleinrichtung (50) für eine hydrostatische Vorrichtung (1) aufweisend ein Ventilgehäuse (8) mit einer zylindrischen Bohrung (9), die einen Hochdruckeinlass (5 oder 6), einen Niederdruckeinlass (6 oder 5) und eine Abflussöffnung (7) aufweist. Ein erster Spülventilschieber (12) ist elastisch vorgespannt innerhalb der Ventilbohrung (9) angeordnet, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) und der Abflussöffnung (7) durch einen ersten Flüssigkeitskanal (16) zu ermöglichen. Weiter ist innerhalb der Ventilbohrung (9) ein Wechselventilschieber (22) elastisch vorgespannt angeordnet, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) und der Auslassöffnung (7) durch einen Flüssigkeitsdurchgang (29) weiterhin zu ermöglichen. Der erste Spülventilschieber (12) kann in eine erste Offenstellung geschoben werden, in welcher der erste Flüssigkeitskanal (16) geöffnet ist, wenn der Flüssigkeitsdruck am Niederdruckeinlass (6 oder 5) einen ersten Grenzwert überschreitet, und der Wechselventilschieber (22) ist in eine Offenstellung bewegbar, in welcher der Flüssigkeitsdurchgang (29) geöffnet ist, um den Niederdruckeinlass (6 oder 5) mit der Abflussöffnung (7) zu verbinden, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckeinlass (5 oder 6) und dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) einen zweiten Grenzwert überschreitet. Hierzu sind der erste Spülventilschieber (12) und der Wechselventilschieber (22) konzentrisch und beweglich zueinander angeordnet, wobei die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) und der Auslassöffnung (7) nur möglich ist, wenn beide, der erste Spülventilschieber (12) und der Wechselventilschieber (22), in ihren jeweiligen Offenstellungen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spüleinrichtung für eine hydrostatische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine hydraulische Vorrichtung, die eine solche Spüleinrichtung verwendet.
Bei Hydraulikmaschinen mit einem geschlossenen Hydraulikflüssigkeitskreislauf, wie z. B. hydrostatische Antriebe oder Fahrantriebe, speziell in hydrostatischen Maschinen wie Hydraulikpumpen und Hydraulikmotoren ist die Hydraulikflüssigkeit für die Erzeugung hydraulischer Kräfte und hydraulischer Leistung erhöhten Temperaturen während des Betriebs der Maschine oder der Vorrichtung ausgesetzt. Zusätzlich müssen bewegliche Teile der hydrostatischen Vorrichtung wie z. B. Lagerungen, Wellenlager, Gleitschuhe, etc. während des Betriebs für ihre ordnungsgemäße Funktion geschmiert werden, genauso wie sie davor geschützt werden müssen, zu überhitzen. Diese Schmierung und das Vermeiden von Überhitzen wird üblicherweise durch eine Spüleinrichtung bewerkstelligt, welche zusätzlich zu unvermeidbaren Leckagen von Ventilen, drehenden und beweglichen Teilen des Systems, eine beabsichtigte Flüssigkeitsleckage von der Niederdruckseite der hydrostatischen Vorrichtung zu einem Niederdruckbereich der hydraulischen Vorrichtung, beispielsweise zu einem Gehäuse der Vorrichtung oder zu einem Tank, erzeugt. Üblicherweise wird diese Flüssigkeitsleckage in hydraulischen Systemen durch eine Speisepumpe wieder befüllt, wobei die Speisepumpe „kaltes” Öl aus dem Gehäuse/Tank in den hydraulischen Kreislauf auf der Niederdruckseite pumpt.
Eine in einer hydraulischen Vorrichtung implementierte Spüleinrichtung steuert den Spülfluss sowohl gemäß dem Druckniveau auf der Niederdruckseite als auch gemäß der Druckdifferenz zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite in einem hydraulischen Kreislauf. Die Hydraulikflüssigkeit des Spülsystems passiert dabei bewegliche Teile, beispielsweise die Lager, um diese zu schmieren und zu kühlen. Dieser abgezweigte Spülflüssigkeitsstrom wird üblicherweise in einem Gehäuse und/oder in einem Tank gesammelt, um zu einem Hydraulikflüssigkeitskühler weitergeleitet zu werden, bevor er durch die Speisepumpe wieder angesaugt wird. Die Speisepumpe setzt die gekühlte Hydraulikflüssigkeit unter Druck, und pumpt diese zurück in die Niedrigdruckseite des hydraulischen Kreislaufs, entsprechend des Druckniveaus und der Betriebsbedingungen der hydraulischen Vorrichtungen.
Die höchste Flüssigkeitstemperatur in einer hydrostatischen Vorrichtung oder System tritt normalerweise in hydraulischen Antriebsmechanismen, wie beispielsweise einem Triebwerk einer Hydraulikmaschine, auf. Das ist der Grund, warum die Spüleinrichtung oftmals in einen Hydraulikmotor eines hydraulischen Antriebssystems integriert wird, welche Flüssigkeit in das Motorgehäuse spült, das oftmals mit einem Tank durch eine Abflussleitung verbunden ist. Bekannte Spüleinrichtung weisen ein Wechselventil auf, um die Niederdruckseite zu bestimmen, wobei sie sowohl den Niederdruck als auch den Hochdruck zum Schalten des Wechselventils in eine geeignete Stellung verwenden. In seiner Offenstellung öffnet das Wechselventil eine Flüssigkeitsleitung auf der Niederdruckseite um Hydraulikflüssigkeit von der Niederdruckleitung abzuzweigen. Bekanntermaßen werden dabei beide Stirnflächen eines Wechselventilschiebers entweder mit Niederdruck oder mit Hochdruck beaufschlagt. Wenn ein vorbestimmter Druckunterschied zwischen der Niederdruckseite und der Hochdruckseite vorhanden ist, wird der Wechselventilschieber in eine seiner Offenstellungen verschoben und eine Flüssigkeitsverbindung zum Bereich mit Niederdruck kann in Zusammenarbeit mit einem Spülventil ermöglicht werden. Wenn der Druck in einer Verbindungsleitung zwischen dem Wechselventil und dem Spülventil einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, öffnet das Spülventil ebenfalls und Hydraulikflüssigkeit von der Niederdruckseite des hydrostatischen Antriebssystems kann zum Schmieren und Kühlen von (beweglichen) Teilen der hydrostatischen Vorrichtung entsprechend abgeleitet werden. Nachdem die verwendete Hydraulikflüssigkeit im Gehäuse oder in einem Tank gesammelt wurde, wird diese z. B. zu einem Kühler geleitet, bevor sie wieder in die Niederdruckseite der hydrostatischen Vorrichtung mittels einer Speisepumpe eingeleitet wird.
Solche bekannten Spülsysteme sind z. B. in US 2014/0150880A1 beschrieben. Dort ist ein Steuerventil zwischen einem Wechselventil und einem Spülventil zum Übersteuern der normalen Funktion des Spülkreislaufs während gewisser Maschinenbetriebssituationen angeordnet, in denen ein Spülen unerwünschte Leistungsprobleme verursachen kann. US 6,430,923 B1 zeigt einen weiteren Spülkreis gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, bei dem die Betätigung des Wechselventilschiebers durch einen Mikrocontroller gesteuert wird. Ein weiteres Spülventil für geschlossene Hydraulikkreisläufe einer Hydraulikvorrichtung ist in EP 2 314 897 A2 gezeigt. In diesem System erfüllt allein das Wechselventil die Auswahlfunktion für das Erkennen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite als auch die Funktion zum Hydraulikflüssigkeitsspülen von der Niederdruckseite zu einem Tank. Dabei ist Spülen von der Niederdruckseite immer möglich, solange der Druck in der Niederdruckleitung höher ist als der Tankdruck. Darüber hinaus erlaubt dieses System einen konstanten, nicht einstellbaren Fluss von der Niederdruckseite zum Tank.
Die Nachteile aller dieser Spülsysteme, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, sind entweder ein permanentes Spülen ( EP 2 314 897 A2 ) oder dass Spüleinrichtungen Druckschwankungen erzeugen können, die sich zur Niederdruckseite des Hydraulikkreislaufs fortsetzen können und zumindest unerwünschte, unübliche und/oder unerklärbare Geräusche verursachen. Dies tritt beispielsweise auf, wenn der Druck auf der Niederdruckseite eines hydrostatischen Antriebssystems geringfügig höher ist als der Schaltdruck des Wechselventils. Bei dieser Bedingung ist das Wechselventil in seiner Offenstellung und erlaubt eine hydraulische Verbindung zwischen der Niederdruckseite und dem Spülventil. Ist der Druck in der Verbindungsleitung vor dem Spülventil höher als der Druck, der benötigt wird um das Spülventil zu öffnen, so öffnet das Spülventil und Hydraulikflüssigkeit fließt in den Niederdruckbereich ab. Durch das Öffnen des Spülventils fällt der Druck in der Verbindungsleitung vor dem Spülventil ab. Fällt der Druck unter das Druckniveau, welches notwendig ist um das Spülventil offen zu halten, so schließt das Spülventil wieder. Nachfolgend steigt der Druck in der Verbindungsleitung vor dem Spülventil an, da der Druck auf der Niederdruckseite des hydraulischen Antriebssystems höher ist als der Öffnungsdruck des Wechselventils, sodass das Spülventil erneut öffnet wenn die Druckkraft auf das Spülventil hoch genug ist. Ist der Drucküberschuss in der Niederdruckleitung geringer als der Druckabfall der auftritt, wenn das Spülventil öffnet, so schließt das Spülventil wieder. Dieses periodische Öffnen und Schließen des Spülventils tritt solange auf, wie der Druck auf der Niederdruckseite der hydraulischen Vorrichtung nicht den Öffnungsdruck des Spülventils mit einem höheren Wert übersteigt als der Druckabfall, der durch das Öffnen des Spülventils verursacht wird. Diese Schwingungen des öffnenden und schließenden Spülventils erzeugen bzw. verursachen ein Geräusch, welches Schäden im System vermuten lässt. Weiterhin verhindern diese Schwingungen das effektive und/oder optimale Kühlen der Hydraulikflüssigkeit und der beweglichen Komponenten des hydraulischen Systems, da keine kontrollierte konstante Spülung erzeugt werden kann. Diese Schwingungen werden darüber hinaus zurück zur Niederdruckleitung geleitet, wo sie möglicherweise weitere Störungen verursachen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Spüleinrichtung bereitzustellen, mit welcher solche Schwingungen und Geräusche während des Betriebs einer hydraulischen Vorrichtung oder eines hydraulischen Systems nicht auftreten. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Spüleinrichtung, die wirtschaftlich und in ihrem Bauraum reduziert ist, wobei sie eine Größenreduzierung der einer hydrostatischen Vorrichtung und/oder eines hydraulischen Systems ermöglicht. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung einer Spüleinrichtung, welche in bereits bestehenden hydraulischen Vorrichtungen oder Systemen verwendet werden kann, ohne große Änderungen an existierenden Teilen zu verursachen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Spüleinrichtung, die in vorhandenen Hydraulikvorrichtungen oder -systemen in der Art eines Ersatzteils oder eines Reparatursets oder Tuningsets verwendet werden kann.
Alle Aufgaben werden durch eine Spüleinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei Unteransprüche, die direkt oder indirekt von Anspruch 1 abhängig sind, auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet sind. Die oben genannten Aufgaben der Erfindung werden ebenfalls durch eine hydraulische Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 gelöst.
Die erfindungsgemäße Spüleinrichtung, die in hydrostatischen Vorrichtungen verwendet wird, weist ein Ventilgehäuse auf, das eine darin angeordnete zylindrische Ventilbohrung zeigt. Die zylindrische Ventilbohrung weist einen Hochdruckeinlass, einen Niederdruckeinlass und eine Abflussöffnung auf. Ein erster Spülventilschieber ist elastisch vorgespannt innerhalb der Ventilbohrung angeordnet, um eine Fluidverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass und der Abflussöffnung mittels eines ersten Fluidkanals, der in dem Spülventilschieber vorgesehen ist, zu ermöglichen. In der Ventilbohrung ist weiter auch ein Wechselventilschieber elastisch vorgespannt angeordnet, um weiterhin die Fluidverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass und der Abflussöffnung mittels eines Flüssigkeitsdurchgangs, der durch den Wechselventilschieber bereitgestellt wird, zu ermöglichen. Dabei ist der erste Spülventilschieber in eine Offenstellung bewegbar, in welcher der erste Flüssigkeitskanal geöffnet ist, wenn der Flüssigkeitsdruck am Niederdruckeinlass einen ersten Grenzwert überschreitet. Der Wechselventilschieber ist in eine Offenstellung bewegbar, in welcher der Flüssigkeitsdurchgang zum Verbinden des Niederdruckeinlasses mit der Abflussöffnung nur dann geöffnet ist, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckeinlass und dem Niederdruckeinlass einen zweiten Grenzwert überschreitet. Da der Spülventilschieber und der Wechselventilschieber konzentrisch und beweglich zueinander in der Ventilbohrung angeordnet sind, ist eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass und der Abflussöffnung nur möglich, wenn gleichzeitig beide, der Spülventilschieber und der Wechselventilschieber, in ihren jeweiligen Offenstellungen sind.
In den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen sind das Wechselventil und das Spülventil hydraulisch in Serie geschaltet, sodass die Spülströmung, die das Wechselventil passiert, nachfolgend auf das Spülventil wirkt. Dabei beeinflusst der Druckabfall in der Hydraulikflüssigkeit, welche das Wechselventil passiert, die Betätigung des Spülventils. Wenn gemäß dem Stand der Technik die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite eines hydraulischen Systems gerade ein wenig höher ist als der Öffnungsdruck für das Wechselventil, so ist der Querschnitt für Hydraulikflüssigkeitsfluss der zu einem Spülventil fließt, klein. Dies bewirkt oszillierendes Öffnen und Schließen des Spülventils, wie oben bereits im Detail erläutert. Dies ist ein Aspekt der durch die Erfindung vermieden wird, da beide, das Wechselventil und das Spülventil, hydraulisch parallel in Bezug auf ihre Öffnungskräfte angeordnet sind. Der gleiche Druck, der auf das Wechselventil zum Bewegen des Wechselventilschiebers in eine geeignete Position wirkt, wirkt auch auf den Spülventilschieber, um diesen zu öffnen und zu schließen.
Erfindungsgemäß sind das Wechselventil und das Spülventil hydraulisch parallel zueinander angeordnet, sodass das Spülventil geöffnet wird, wenn der Druck in der korrespondierenden Arbeitsleitung der hydraulischen Vorrichtung einen ersten Grenzdruck zum Öffnen des Spülventils überschreitet. Folglich ist das Öffnen des Spülventils unabhängig von dem Druck oder der Menge an Hydraulikflüssigkeitsstrom, der das Wechselventil passiert. Übersteigt der Druck in einer oder beider Arbeitsleitungen eines hydraulischen (Antriebs-)System, das mit einer erfindungsgemäßen Hydraulikflüssigkeitsspüleinrichtung ausgestattet ist, den Öffnungsdruck für das Spülventil (erster Grenzwert), so öffnet dieses und bleibt solange offen wie der Druck in der Arbeitsleitung den ersten Grenzwert überschreitet. Dabei entspricht der erste Grenzwert dem Öffnungsdruck für das Spülventil.
In dem Fall, in dem die erfindungsgemäße hydraulische Spüleinrichtung in einem hydraulischen System verwendet wird, in welchem die Hochdruckseite und die Niederdruckseite untereinander wechseln, z. B. in einem Hydraulikmotor oder einer Hydraulikpumpe, kann ebenfalls ein zweites Spülventil konzentrisch mit dem Wechselventil für die zweite Druckleitung oder Arbeitsleitung angeordnet werden. In diesem Fall wird eine Spüleinrichtung für beide Betriebsarten bereitgestellt, in welcher die Hochdruckseite und die Niederdruckseite gemäß dem Betriebszustand der hydraulischen Vorrichtung wechseln. Dies ist z. B. für einen Hydraulikmotor für beide Drehrichtungen der Fall, z. B. vorwärts und rückwärts, oder wenn der Motor in einem Beschleunigungs- oder Schiebebetrieb ist. In letzterem ist die Drehrichtung des Hydraulikmotors unverändert.
In dem Fall in dem ein Spülventil für jede Arbeitsleitung in der erfindungsgemäßen Hydraulikflüssigkeitsspüleinrichtung angeordnet ist, öffnet ein Spülventil, wenn der Druck auf der Hochdruckseite einen ersten Grenzdruckwert zum Öffnen des ersten Spülventils überschreitet. Das zweite Spülventil öffnet nur, wenn der Niederdruck ebenfalls einen ersten Grenzdruckwert überschreitet, welcher derselbe sein kann als der für das erste Spülventil, jedoch nicht derselbe sein muss. Auf jeden Fall ist der erste Grenzwert für ein Druckniveau zu wählen, welcher durch das Niederdruckniveau bei normalen Betriebsbedingungen einer hydrostatischen Vorrichtung überschritten wird. Nur in Notsituationen oder in extremen Betriebsbedingungen sollte ein Spülen unterdrückt werden. Ein einschlägiger Fachmann erkennt ohne Weiteres die Möglichkeit, dass der Öffnungsdruck für beide Spülventile in einer erfindungsgemäßen Hydraulikflüssigkeitsspüleinrichtung unterschiedlich sein kann, was z. B. bei unterschiedlichen Spülverhalten im Beschleunigungs- und Schiebebetrieb eines hydraulischen Antriebssystems erwünscht ist. Dies kann beispielsweise durch Variieren des Querschnitts des Flüssigkeitskanals im Spülventilschieber erreicht werden, beispielsweise durch den Durchmesser einer Öffnung, die den Flüssigkeitskanal bildet.
Da ein Spülen nur erfolgt, wenn beide das (die) Spülventil(e) und das Wechselventil in ihren jeweiligen Offenstellungen sind, kann das Spülventil auf der Hochdruckseite in seiner Offenstellung verbleiben, solange der Grenzwert für den Öffnungsdruck in der Hochdruckarbeitsleitung überschritten ist. Gemäß der Erfindung findet Spülen nur dann statt, wenn gleichzeitig die Druckdifferenz zwischen der Nieder- und der Hochdruckseite einen zweiten Grenzwert überschreitet und das Spülventil dabei eine Flüssigkeitsverbindung auf der Niederdruckseite der hydraulischen Vorrichtung öffnet.
Die Funktionsweise eines Wechselventils, das in einem erfindungsgemäßen Spülsystem verwendet wird, ist die eines bekannten Wechselventils, d. h. der Wechselventilschieber ist an beiden Endbereichen elastisch vorgespannt. In seiner Ausgangsstellung ist der Wechselventilschieber in der Ventilbohrung durch zwei Wechselventilfedern zentriert, wobei beide Durchgänge für ein Spülen geschlossen sind. Die Endbereiche sind mit Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck auf der einen Seite und mit Niederdruck auf der anderen Seite beaufschlagt. Ist die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite höher als ein vordefinierter zweiter Grenzwert, so wird der Wechselventilschieber in der Spülventilbohrung in seine Offenstellung verschoben, in welcher er einen Flüssigkeitsdurchgang zum fluidischen Verbinden des Niederdruckeinlasses mit der Ablauföffnung der Hydraulikflüssigkeitsspüleinrichtung öffnet. Erfindungsgemäß erfolgt dies nur, wenn gleichzeitig das Druckniveau auf der Niederdruckseite des hydraulischen Systems höher ist als der Wert des ersten Grenzwerts, der für das Öffnen des Spülventils vorgegeben ist. Nur wenn beide Grenzwerte überschritten werden, ist Spülen von der Niederdruckleitung zu einem Bereich mit Niederdruck im hydraulischen System ermöglicht, z. B. zu einem Gehäuse oder einem Tank. Das Wechselventil ist so ausgebildet, dass der Wechselventilschieber, wenn dieser verschoben ist, ein Spülen auf der Hochdruckseite gleichzeitig verhindert bzw. schließt. Letztlich ist Spülen mittels der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung nur möglich, wenn die Druckdifferenz am Hochdruckeinlass und am Niederdruckeinlass einen zweiten Grenzwert überschreitet und gleichzeitig der Niederdruck einen ersten Grenzwert zum Öffnen des Spülventils überschreitet. Weiter schließt der Wechselventilschieber in einer Offenstellung die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Hochdruckeinlass und der Ablauföffnung.
Nicht nur die oszillierenden Öffnungs- und Schließbewegungen der Spülventile, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden hiermit vermieden, sondern die erfindungsgemäße Spüleinrichtung ist auch in ihrer Größe reduziert im Vergleich zu den Einrichtungen, die herkömmlich bekannt sind. Für die erfindungsgemäße Spüleinrichtung wird nur ein Ventilzylinder oder eine Ventilbohrung in einem Gehäuse einer hydraulischen Vorrichtung benötigt. Folglich kann die Gehäuseausgestaltung einer hydraulischen Maschine in ihrer Größe reduziert werden. In einer speziellen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Spüleinrichtung in einer Ventilbohrung einer vorhandenen Wechselventilbohrung eingesetzt werden. Dies wird z. B. durch die konzentrische Anordnung des Spülventilschiebers und des Wechselventilschiebers erreicht, insbesondere wenn ein „Cartridge Design” angewandt wird. Mit einer solchen Ausführungsform können bereits vorhandene Spülanordnungen zu einer erfindungsgemäßen Spüleinrichtung aufgewertet werden, wenn beispielsweise die vorhandene Wechselventilbohrung im Gehäuse verwendet wird und das vorhandene Spülventil demontiert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden erfindungsgemäßen Spüleinrichtung liegt darin, dass unter normalen Betriebsbedingungen nur eine Steuerkante je Druckseite notwendig ist, um ein Spülen zu ermöglichen/zu unterbinden. In solchen normalen Betriebsbedingungen einer hydraulischen Vorrichtung oder Systems überschreitet sowohl das Hochdruckniveau als auch das Niederdruckniveau den ersten Grenzwert für den Öffnungsdruck des Spülventils und gleichzeitig den zweiten Grenzwert, der für eine notwendige Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite gegeben ist.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeitet das Spülventil in Art eines Sicherheitsbegrenzungsventils und reagiert in kritischen Situationen. Wenn der Niederdruck geringer ist als der Öffnungsdruck für das Spülventil, wird kein Spülen ermöglicht, da der Spülventilschieber durch eine Spülventilfeder in seiner Geschlossenstellung vorgespannt ist. In einer weiteren kritischen Systemsituation, bei der der Niederdruck bis zu einem Druckniveau ansteigt, der höher ist als ein gewolltes Druckniveau, wird der Spülventilschieber in eine andere extreme Stellung, hinter die Stellung, in welcher der Flüssigkeitskanal geöffnet ist, verschoben, wobei der integral ausgebildete Flüssigkeitskanal geschlossen ist. Mit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spülsystems ist es möglich, einen Spülfluss für einen bevorzugten Druckbereich des Niederdrucks einzustellen. Bevorzugt ist dies der Druckbereich, in welchem das hydraulische System in normalen Betriebsbedingungen/Zuständen arbeitet. Dabei kann für die erfindungsgemäße Spüleinrichtung ein Minimumdruck zum Ermöglichen einer Spülung genauso einfach definiert werden, wie ein Maximumdruck, wenn ein Spülen unterbunden werden soll, um zu vermeiden, dass ein Spülen unter Hochdruckbedingungen, in welchen ein Spülen zu viel Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf entnimmt oder bei dem ein Spülen bei erhöhtem Niederdruckniveau das Risiko der Beschädigung der hydrostatischen Maschine erhöht.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Spülsystem ein während des Betriebs einer hydraulischen Vorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen Spülsystem ausgerüstet ist, schnell reagierendes Spülsystem erreicht, speziell in Bezug auf Änderungen der Betriebsbedingungen und Änderungen der Druckseiten in einem hydraulischen System. Ist das erste Grenzdruckniveau auf beiden Druckseiten überschritten – auf der Niederdruckseite und der Hochdruckseite – so verbleiben die Spülventile in ihren Offenstellungen und nur der Wechselventilschieber muss in seine geeignete Offenstellung gebracht/verschoben werden, um einen Spülfluss zwischen dem Niederdruckeinlass und der Abflussöffnung zu ermöglichen. Folglich wird nur der Wechselventilschieber verschoben, wenn eine Änderung der Hochdruckseite auftritt, insbesondere bei einem Wechsel des Betriebszustands (Beschleunigung oder Verzögerung) oder der Antriebsrichtung.
Im Allgemeinen gibt es zwei konstruktive Möglichkeiten für die konzentrische Anordnung des Spülventilschiebers und des Wechselventilschiebers gemäß der Erfindung. Erstens der Wechselventilschieber bzw. einer seiner Endbereiche, ist in einem Spülventilschieber aufgenommen oder beide Endbereiche des Wechselventilschiebers sind in Spülventilschiebern aufgenommen oder zweitens der Wechselventilschieber nimmt den Spülventilschieber oder die Spülventilschieber in einem „Cartridge-like Design” auf. Bei beiden Möglichkeiten verbleibt der Spülventilschieber in seiner Offenstellung, wenn der Druck auf einen Einlass des erfindungsgemäßen Spülsystems einen ersten Grenzwert überschreitet. Bei einer Änderung des Betriebsmodus wird der Wechselventilschieber von einer Offenstellung in die andere Offenstellung verschoben, wobei er immer nur ein Spülen zwischen dem Niederdruckeinlass und der Abflussöffnung ermöglicht. In dem Fall, in dem der Spülventilschieber den Wechselventilschieber aufnimmt, ist das Spülventil – gesehen in der Richtung des Spülflusses – vor dem Wechselventil angeordnet. In dem Fall in dem der Spülventilschieber in den Wechselventilschieber integriert ist, ist der Spülventilschieber hinter dem Wechselventilschieber – erneut gesehen in Spülrichtung – angeordnet. In beiden Fällen beeinflusst weder die Flüssigkeitsströmung, die den Flüssigkeitskanal des Spülventilschiebers passiert, noch die Flüssigkeitsströmung, die den Durchgang des Wechselventilschiebers passiert, die Stellung der Ventilschieber relativ zueinander. Daher haben Druckabfälle über den Spülventilschieber oder über den Wechselventilschieber keinen Einfluss auf die Position des jeweiligen anderen Schiebers.
Die Ausführung eines Spülventils gemäß der Erfindung kann auch eine Überdrucksicherung beinhalten, die, wie oben bereits angedeutet, das Spülen stoppt, wenn der Niederdruck ein kritisches Niveau erreicht. Wird Spülen bei hohen Niveaus ermöglicht, so wird zu viel Hydraulikflüssigkeit aus dem hydrostatischen System genommen und, zusätzlich, könnte dieses dadurch Schaden nehmen dadurch, da Überdruck in Bereichen, die für Niederdruck ausgelegt sind, erzeugt wird. Jedoch können hohe Niveaus des Niederdrucks für eine kurze Zeit auftreten, wenn ein Wechsel des Hochdrucks von einer Arbeitsleitung zu einer anderen schnell vonstattengeht, z. B. bei oszillierenden Arbeitsanwendungen eines hydraulischen Systems oder einer hydraulischen Vorrichtung. Mit der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung ist es möglich, eine „Hochdruckabschaltung” auf der Niederdruckseite durch eine entsprechende Konstruktion des Spülventilkolbens zu implementieren. Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Detail in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungen gezeigt. Folglich wird mit der konzentrischen Anordnung des Spülventils und des Wechselventils und ihrer entsprechenden Schieber nicht nur eine sichere und schnell reagierende Spüleinrichtung bereitgestellt, sondern auch eine Spüleinrichtung bereitgestellt, deren Bauraum im Vergleich zu Spüleinrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, reduziert ist. Hierbei kann die erfindungsgemäße Spüleinrichtung in Gehäusen von hydraulischen Vorrichtungen, beispielsweise in hydraulischen Pumpen oder Motoren, oder auch in externe (Ventil-)Gehäuse installiert werden, die den Spülflüssigkeitsfluss beispielsweise zu einem Kühlsystem leiten.
Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Spülvorrichtung im Detail durch Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen gezeigt. Diese bevorzugten Ausführungsformen schränken die erfindungsgemäße Idee auf diese Ausführungsformen jedoch nicht ein, was von einem einschlägigen Fachmann leicht erkennbar ist. Die folgenden Figuren zeigen exemplarisch:
1: ein schematisches Schaltdiagramm einer Spüleinrichtung gemäß dem Stand der Technik;
2: ein schematisches Schaltdiagramm gemäß der Erfindung innerhalb eines hydraulischen Systems;
3: ein weiteres schematisches Schaltdiagramm für die Anordnung einer erfindungsgemäßen Spüleinrichtung in einem hydraulischen System;
4: schematisch eine Schnittansicht eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung gemäß 3 in einer Ausgangsstellung;
5: die Ausführungsform gemäß 4 in einem ersten Betriebszustand;
6: die Ausführungsform gemäß 4 in einem zweiten Betriebszustand;
7: die Ausführungsform gemäß 4 in einem dritten Betriebszustand;
8a–8c schematisch eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung mit einem Spülventil, das als Druckbegrenzungsventil verwendet werden kann;
9: schematisch eine alternative Ausführungsform zu der gemäß den 8a bis 8c;
10: ein schematisches Diagramm für Spülbedingungen gemäß der Ausführungsformen der 8a bis 8c und 9;
11: ein schematisches Schaltdiagramm für die zweite bevorzugte Ausführungsform, die in den 8a bis 8c und in 9 gezeigt ist;
12: schematisch ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung gemäß dem schematischen Diagramm der 2 als „Cartridge Design”
1 zeigt schematisch in einem Schaltdiagramm ein Spülsystem, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise das von dem die Lehre der US 6,430,923 B1 ausgeht. In diesem System ist jede der Arbeitsleitungen 2 und 3 eines hydrostatischen Antriebsystems auf einen Wirkdurchmesser 25 oder 26 eines Wechselventilschiebers 22 eines Wechselventils 20 geleitet. Erzeugt die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite eine Druckkraft auf einen Wirkdurchmesser 25 oder 26 die höher ist als die Kraft der Wechselventilfeder 24, die auf der gegenüberliegenden Seite des Wirkdurchmessers 26 oder 25 angeordnet ist, so wird der Wechselventilschieber 22 verschoben und so eine Flüssigkeitsverbindung zum Durchgang 29 für einen Einlass 5 oder 6 ermöglicht – der den Einlass für den Niederdruck darstellt. Der Flüssigkeitsdruck, der in dieser Art und Weise im Durchlass 29 erzeugt wird, wird verwendet, um eine Öffnungsdruckkraft gegen die Kraft der Spülventilfeder auf der Wirkfläche 18 des Spülventilschiebers 12 des Spülventils 10 zu erzeugen. Folglich hängt der Wert der Öffnungskraft von der Flüssigkeitsströmung und dem Flüssigkeitsdruck ab, die das Wechselventil 20 passieren. Endet der Druckabfall bei Öffnen des Spülventils 10 bei einem Druck im Durchgang 29, der geringer ist als der Druck der benötigt wird, um das Spülventil 10 offen zu halten, schließt das Spülventil 10, bis der Druck im Durchgang 29 erneut auf ein ausreichendes Niveau gestiegen ist, um das Spülventil 10 zu öffnen. Solch ein oszillierendes Öffnen und Schließen erzeugt nicht nur Geräusche, die Schäden vermuten lassen, sondern unterbindet auch ein ordnungsgemäßes Spülen bei gewissen Druckbedingungen.
2 zeigt schematisch ein hydrostatisches Schaltdiagramm für ein erfindungsgemäßes Spülen. Für diese Figur und die folgenden Figuren werden gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein hydraulisches System oder eine hydraulische Vorrichtung 1 beispielsweise eine hydrostatische Pumpe oder ein hydrostatischer Motor mit einem Triebwerk 4 ist mit Arbeitsleitungen 2 und 3 verbunden, welche den hydraulischen Antriebsmechanismus, hier das Triebwerk 4, mit hydraulischer Energie versorgen. Hierzu führt eine der beiden Druckleitungen 2 oder 3 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck und die andere Druckleitung führt Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck. Details zum Steuern und Kontrollieren der Auslenkung einer hydrostatischen Einheit, hier des Triebwerks 4, werden vermieden, da diese Details üblicherweise einem einschlägigen Fachmann bekannt sind und für das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Idee, auf dem die erfindungsgemäße Spüleinrichtung 50 basiert, nicht relevant sind.
Ein Wechselventil 20 ist über Druckeinlässe 5 und 6 mit den Arbeitsleitungen 2 und 3 verbunden. Abhängig davon, welche der Arbeitsleitungen 2 oder 3 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck führt, leitet einer der Einlässe 5 oder 6 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck zu einer Ventilbohrung 9 (siehe 4 bis 10 oder 12). Folglich ist der andere ein Einlass für Niederdruck. Der Wechselventilschieber 22 des Wechselventils 20 wird durch zwei Wechselventilfedern 24 elastisch vorgespannt in seiner anfänglich zentrierten Stellung in der Ventilbohrung gehalten. In der anfänglichen Position des Wechselventils 22 ist kein Flüssigkeitsfluss über das Wechselventil 22 möglich, da Durchgänge 29 des Wechselventils 22 verschlossen sind. Die Wirkdurchmesser 25 und 26 des Wechselventilschiebers 22 sind mit den Einlässen 5 und 6 über Verbindungsleitungen 27 und 28 flüssigkeitsverbunden, die unter Druck stehendes Fluid von den Einlässen 5 und 6 zu den Wirkdurchmesser 25 und 26 leiten.
Im Betrieb der hydraulischen Vorrichtung 1 gemäß 2 leitet eine der Arbeitsleitungen 2 oder 3 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck. Angenommen, Arbeitsleitung 2 führt Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck, dann ist Einlass 6 des Wechselventils 20 mit der Hochdruckseite der hydraulischen Vorrichtung 1 verbunden und Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck wirkt entsprechend über die Verbindungsleitung 28 auf den Wirkdurchmesser 26 des Wechselventilschiebers 22.
Andererseits ist Druckeinlass 5 mit der Niederdruckseite der hydraulischen Vorrichtung 1 verbunden und dementsprechend führt Verbindungsleitung 27 hydraulische Flüssigkeit unter Niederdruck zum Wirkdurchmesser 25 des Wechselventilschiebers 22. Bevorzugt sind die Verbindungsleitungen 27 und 28 so ausgelegt, dass sie einen Drosseleffekt aufweisen oder dass Drosselventile in ihnen angeordnet sind, um den Druck von den Druckeinlässen 5, 6 zu reduzieren, bevor diese auf die Wirkdurchmesser 25 oder 26 des Wechselventilschiebers 26 wirken.
Weiter mit dem oben angenommen Beispiel, in welchem die Arbeitsleitung 2 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck führt. Konsequenterweise ist Druckeinlass 6 des Wechselventils 20 unter Hochdruck, wobei Wechselventilschieber 22 verschoben wird, wenn der Hochdruck der auf den Wirkdurchmesser 26 des Wechselventilschiebers 22 wirkt, eine hydraulische Kraft erzeugt, die größer ist als die Federkraft der Wechselventilfeder 22, die am gegenüberliegenden Wirkdurchmesser 25 angeordnet ist, und der Niederdruck-Hydraulikkraft, die ebenfalls darauf wirkt und durch den hydraulischen Druck erzeugt wird, der vom Einlass 5 über die Verbindungsleitung 7 zum Wirkdurchmesser 25 geleitet wird. Die Hydraulikkraft, die auf den Wirkdurchmesser 25 wirkt, wird durch Hydraulikflüssigkeit unter Niederdruck erzeugt. Gemäß der angenommenen Situation und mit Bezug auf 2 wird der Wechselventilschieber 22 nach unten verschoben, wenn die zuvor erwähnten Bedingungen vorliegen. Entsprechend wird Hydraulikflüssigkeit zum Spülventil 11 geleitet, welches im unteren Teil des Schemas für die erfindungsgemäße Spüleinrichtung 50 in 1 gezeigt ist.
Der einschlägige Fachmann erkennt leicht, dass der Wechselventilschieber 22 nach oben verschoben wird, wenn die Betriebsart der hydraulischen Vorrichtung 1 geändert wird, so dass Arbeitsleitung 3 die Arbeitsleitung ist, die Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck führt. Dann wird eine Flüssigkeitsverbindung vom Einlass 6 – der neue Niederdruckeinlass – zum zweiten Spülventil 10 ermöglicht.
Die beiden Spülventile 10, 11, die in 2 gezeigt sind, weisen jeweils einen Spülventilschieber 12, 13 auf, welche in ihren geschlossenen Ausgangsstellungen durch Spülventilfedern 14 und 15 gehalten werden. Wie weiter aus 2 erkennbar ist, führen die Verbindungsleitungen 27 und 28 Hydraulikflüssigkeit direkt von den Einlässen 5, 6 mit demselben Druckniveau zu den Wirkflächen 18, 19 der Spülventilschieber 12, 13, sowie es für das Druckniveau der Fall ist, welches auf die Wirkdurchmesser 25, 26 der Wechselventilschieber 22 wirkt. Dabei sind die Wirkflächen 18, 19 gegenüberliegend zu den entsprechenden Spülventilfedern 14 und 15 und konsequenterweise bestimmen die schließenden Kräfte der Spülventilfedern 14, 15 die Öffnungsdrücke der Spülventile 10 und 11. Diese Öffnungsdrücke definieren einen ersten Grenzdruckwert zum Öffnen und Schließen der Spülventile 10 und 11. Hierbei entnimmt der einschlägige Fachmann, dass die Öffnungsdrücke anfänglich oder auch dynamisch einstellbar oder an die Betriebsbedingungen anpassbar sind, falls dies erwünscht ist; durch einfaches Einstellen der Vorspannkräfte der Spülventilfedern 14, 15. Dasselbe gilt für die Möglichkeit, dass die beiden Öffnungsdrücke für die Spülventile 10, 11 auf unterschiedliche unabhängige Grenzdruckwerte eingestellt werden können und so die Möglichkeit zum Einstellen unterschiedlicher Spüldurchflussvolumen durch die Spülventile 10, 11 gegeben ist. Letzteres kann auch durch die Ausführung unterschiedlicher Größen der Spülflussquerschnittsflächen über die Spülventile 10 und 11 erreicht werden.
Ist der Druck in einer oder beiden Verbindungsleitungen 27 oder 28 größer als der Grenzdruck, der durch das entsprechende Spülventil 10 oder 11 definiert ist, so ermöglicht das zuvor genannte Druckniveau einen Flüssigkeitsstrom vom Wechselventil 20 zur Ablassöffnung 7 der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50. Der Öffnungsdruck der zugehörigen Spülventile 10, 11, d. h. die Minimalkraft, um den Spülventilkolben 12, 13 zu bewegen ist dabei durch die Kraft der Spülventilfedern 14 oder 15 vorgegeben, die auch den Grenzöffnungsdruckwert für jedes Spülventil 10, 11 vorgeben. Konsequenterweise sind beide Spülventile 10, 11 offen, wenn im normalen Betrieb der hydraulischen Vorrichtung der Druck auf der Niederdruckseite den vorgegebenen ersten Grenzdruckwertniveau überschreitet.
Wie weiter aus 2 entnommen werden kann, erfolgt kein Flüssigkeitsspülen vom Niederdruckeinlass zur Ablauföffnung 7, wenn sich das Wechselventil 22 in seiner anfänglich zentrierten Stellung befindet. Der Wechselventilschieber 22 wird in eine seiner zwei möglichen außermittigen Offenstellungen verschoben, wenn die Differenz der auf die beiden Wirkdurchmesser 25 und 26 wirkenden Drücke einen vorbestimmten zweiten Grenzwert überschreitet. Dieser zweite Grenzwert wird durch die Wechselventilfedern 25 bestimmt, da ihre Kräfte überschritten werden müssen, um den Wechselventilschieber 22 in eine seiner außermittigen Stellungen zu verschieben. Sind die Wechselventilfedern 24 einstellbar, so ist der auch der zweite Grenzwert einstellbar.
In der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, sind die zwei Spülventile 10, 11 in Strömungsrichtung der Flüssigkeit, die durch die erfindungsgemäße Spüleinrichtung 50 gespült wird, stromabwärts des Wechselventils 20 angeordnet. Abweichend von der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, zeigt die Ausführungsform in 3 eine Anordnung, bei dem die zwei Spülventile 10, 11 stromaufwärts des Wechselventils 20 angeordnet sind. Wiederum angenommen, dass die Arbeitsleitung 2 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck führt, so öffnet der Flüssigkeitsdruck in Verbindungsleitung 28 das erste Spülventil 10, wenn der Druck auf die Wirkfläche 18 des Spülventilschiebers 12 hoch genug ist, um die elastischen Kräfte der Spülventilfeder 14 zu überwinden. Dasselbe gilt für das Spülventil 11, wenn der Niederdruck am Einlass 5 das Druckniveau überschreitet, welcher durch den ersten vorbestimmten Grenzwert entsprechend der Stärke der Spülventilfeder 15 definiert ist.
Wenn gemäß der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, einer oder beide Drücke, die an den Druckeingängen 5 oder 6 anliegen, hoch genug ist, um ein Spülventil 10 oder 11 zu öffnen, so kann Hydraulikflüssigkeit zum Wechselventil 20 fließen. In 3 ist das Wechselventil 20 wiederum in seiner Anfangsstellung gezeigt, in welcher keine Flüssigkeitsströmung über das Wechselventil 20 möglich ist. Flüssigkeitsströmung über das Wechselventil 20 wird ermöglicht, wenn die hydraulischen Druckkräfte auf die Wirkdurchmesser 25 oder 26 unterschiedlich hoch sind und gleichzeitig die resultierende Hydraulikdruckkraft hoch genug ist, um die elastische Kraft einer Wechselventilfeder 24 zu überwinden. Weiter in dem angenommenen anfänglichen Beispiel, in dem die Arbeitsleitung 2 Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck führt, wird der Wirkdurchmesser 26 mit Hochdruck beaufschlagt. Konsequenterweise wird der Wechselventilschieber 22 wiederum in der Zeichenebene der 3 nach unten verschoben. D. h. in anderen Worten, dass Hydraulikflüssigkeit, welche in die erfindungsgemäße Spüleinrichtung 15 am Einlass 5 eintritt, über das untere Spülventil 11 und das Wechselventil 20 in seiner „unteren Stellung” gespült/geleitet wird, um Hydraulikflüssigkeit über den Auslass 7 abzuleiten, beispielsweise zu einem Tank 100 oder zu einem Motorgehäuse (nicht gezeigt).
4 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50. Die in 4 gezeigten Spüleinrichtung 50 ist in ihrer drucklosen Ausgangsstellung, in welche der Wechselventilschieber 22 durch zwei Wechselventilfedern 24 zentriert ist. Hierbei stützen sich die Wechselventilfedern 24 gegen Endkappen 40 ab, die in distale Enden der Ventilbohrungen 9 des Gehäuses 8 der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung eingeschraubt sind. Konzentrisch um den Ventilschieber 22 sind die Spülventilschieber 12 und 13 an den Endbereichen 21 des Wechselventilschiebers 22 angeordnet. In der drucklosen Ausgangsstellung der Spüleinrichtung 50 stützen sich die Spülventilschieber 12 und 13 ebenfalls gegen die Endkappen 40 ab. Spülventilfedern 14 und 15 spannen die Spülventilschieber 12 und 13 elastisch gegen diese Endkappen 40 vor, so dass die Wirkflächen 18 und 19 der Spülventilschieber 12, 13 sich ebenfalls an den Endkappen 40 abstützen. Die beiden Druckeinlässe 5 und 6 sind über Verbindungsleitungen 27 und 28 mit den Messkammern 30 und 31 verbunden. Der Druck in den Messkammern 30 und 31 entspricht dem Druck an den Einlässen 5 oder 6. Gegebenenfalls ist der Hydraulikdruck in den Messkammern aufgrund der Durchmesser der Verbindungsleitungen 27 und 28 reduziert, welche als Drosselventile agieren, um Überdruck in den Messkammern 30 und 31 zu vermeiden.
In der Ausgangsstellung der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 sind die Flüssigkeitskanäle 16 und 17 in den Spülventilschiebern 12 und 13, die in diesem bevorzugtem Ausführungsbeispiel radial ausgerichtete Öffnungen sind, welche durch den Wechselventilschieber 22 verschlossen werden. Des Weiteren sind diese Öffnungen 16 und 17 nicht in Flüssigkeitsverbindung mit den entsprechenden Druckeinlässen 5 und 6, weil die Spülventilschieber 14 und 15 bewirken, dass die Spülventilschieber 12 und 13 sich an den Endkappen 40 abstützen. Die Spülventilschieber 12, 13, die in 4 gezeigt sind, sind in ihrer entsprechenden Geschlossenstellung angeordnet, da kein Druck oder ein nicht ausreichender Druck auf die Wirkflächen 18 und 19 der Spülventilschieber 12 und 13 wirkt. Der drucklose Wechselventilschieber 22 ist ebenfalls in seiner Geschlossenstellung angeordnet und axial in der Ventilbohrung 9 zentriert.
5 zeigt die erfindungsgemäße Spüleinrichtung 15 in einem ersten Betriebszustand, in welcher die Spülventilschieber 12 und 13 in die Offenstellung verschoben sind, in welchen die Flüssigkeitskanäle 16 und 17 in Flüssigkeitsverbindung mit den entsprechenden Druckeinlässen 5 und 6 stehen, bzw. in Flüssigkeitsverbindung mit Umfangsnuten 35 und 36 stehen, die vorgesehen sind, um in Umfangsrichtung Hydraulikflüssigkeit zu einer Vielzahl von Flüssigkeitskanälen 16 und 17 zu leiten, die auf dem Umfang der Spülventilschieber 12 und 13 angeordnet sind. Die Umfangsnuten 35, 36 können ebenfalls dazu verwendet werden, um Hydraulikflüssigkeit zu anderen Verbrauchern zuzuführen/umzuleiten, beispielsweise an eine Steuereinheit für die hydraulische Vorrichtung. In diesem Zustand, der in 5 gezeigt ist, sind die Drücke in den beiden Messkammern 30 und 31 hoch genug, um die Spülventilfedern 14 und 15 durch Erzeugen einer Druckkraft auf den Wirkflächen 18 und 19 der Spülventilschieber 12 und 13 zu komprimieren. Dabei sind die hydraulischen Kräfte auf die Wirkflächen 18 und 19 der Spülventilschieber 12 und 13 höher als die elastischen Kräfte, die durch die Spülventilfedern 14 und 15 erzeugt werden. Der Betriebszustand, der in 5 gezeigt ist, zeigt ebenfalls, dass die Druckdifferenz in den zwei Messkammern 30 und 31 geringer ist als ein zweiter Grenzwert. Wäre die Druckdifferenz in den zwei Messkammern 30 und 31 höher als der zweite Grenzwert, so wäre der Wechselventilschieber 22 in Richtung einer Endkappe 40 verschoben, welche an der Messkammer angeordnet ist, die Niederdruck aufweist. D. h., dass die Kräfte, die durch den Druck in den Messkammern 30 und 31 erzeugt werden, gemäß dem Beispiel in 4 auch gleich sein können, so dass ihre Differenz nicht hoch genug ist, um den Wechselventilschieber 22 aus seiner zentrierten Stellung zu verschieben. Diese Situation tritt beispielsweise in einem Leerlaufzustand einer hydraulischen Antriebsvorrichtung auf.
In 6 ist ein weiterer Zustand der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 gezeigt, in welcher die Spülventilschieber 12, 13 weiter in ihren entsprechenden Offenstellungen sind, jedoch der Wechselventilschieber 22 in einer seiner zwei Offenstellungen angeordnet ist. Hier ist der Wechselventilschieber 22 in der Zeichenebene der 6 nach rechts verschoben. In diesem Zustand überschreitet die Druckdifferenz der Messkammern 30 und 31 den zweiten Grenzwert. Mit einer Druckdifferenz entsprechend dem zweiten Grenzwert oder höher ist die Druckkraft, die durch den Hydraulikdruck auf der Hochdruckseite der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 – hier in Messkammer 30 – auf den Wirkdurchmesser 25 des Wechselventilschiebers 22 erzeugt wird, größer als die Summe der Gegenkräfte, welche durch die Wechselventilfeder 24, die auf der gegenüberliegenden Seite des Wechselventilschiebers 22 in der Messkammer 31 angeordnet ist, d. h. auf der Niederdruckseite, und die durch die Hydraulikkraft die am Wirkdurchmesser 26 durch den Niederdruck in Messkammer 31 erzeugt wird.
Aus 6 erkennt man, dass die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass 6 und der Ablauföffnung 7 offen ist, da der Wechselventilschieber 22 bis zu seinem physischen Anschlag an der Endkappe 40 verschoben ist. Über die Öffnungen 17, die einen hydraulischen Kanal im Spülventilschieber 12 bilden, wird Spülen über den Niederdruckeinlass 6 ermöglicht. Über die Öffnungen 17 kann Hydraulikflüssigkeit über den Durchgang 29, der im Mittenbereich des Wechselventilschiebers 22 ausgebildet ist, zur Ablauföffnung 7 fließen. Der Durchgang 29 im Mittenbereich 23 des Wechselventilschiebers 22 ist beispielsweise durch einen Bereich mit reduziertem Durchmesser ausgebildet. Folglich können die Komponenten der hydraulischen Antriebsvorrichtung 1, die geschmiert oder gekühlt werden müssen, von dem ermöglichten Hydraulikflüssigkeitsfluss passiert werden, welcher weiter zu einem Flüssigkeitskühler, dem Vorrichtungsgehäuse oder einem Tank abgeleitet werden kann.
7 zeigt einen anderen möglichen Betriebszustand der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50, in welchem nur ein Spülventilschieber in seiner Offenstellung angeordnet ist, nämlich der Spülventilschieber 23, welcher auf der Hochdruckseite der hydraulischen Vorrichtung 1 angeordnet ist, folglich auf der linken Seite in 7. Der andere Spülventilschieber 12 – derjenige, der auf der rechten Seite von 7 gezeigt ist – ist in seiner Geschlossenstellung und hydraulisch mit der Niederdruckseite verbunden. In der Geschlossenstellung ist der Flüssigkeitskanal 17 fluidisch nicht mit dem Niederdruckeinlass 6 der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 verbunden. Eine solche Situation tritt beispielsweise auf, wenn der Niederdruck ein nicht ausreichend hohes Niveau aufweist, um einen hydraulische Druckkraft auf die Wirkfläche 18 des Spülventilschiebers 12 zu erzeugen, welches ein Verschieben des Spülventilschiebers 12 gegen die Kraft der Ventilfeder 14 in eine Offenstellung ermöglicht. In dieser Situation ist der Druck in der Messkammer 31 auf der Niederdruckseite der Spüleinrichtung 50 unterhalb des ersten vordefinierten Grenzwertes. Solch eine Situation tritt beispielsweise auf, wenn ein Notstop für eine Arbeitsmaschine erforderlich ist oder wenn auf der Niederdruckseite kein oder nur zu geringer Druck erzeugt werden kann, z. B. aufgrund eines druckabhängigen Defekts in oder an der Niederdruckleitung.
In 8a bis 8c ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung gezeigt, wobei nur eine Schnittansicht einer Seite der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 gezeigt ist. Hierbei ist der Spülventilschieber 12 auf der Niederdruckseite der hydraulischen Vorrichtungen 1 gezeigt, mit dem entsprechenden Niederdruckeinlass 6, der im Ventilgehäuse 8 angeordnet ist. In 8a ist der Spülventilschieber 12 durch die Spülventilfeder 14 in seine Geschlossenstellung verbracht, was bedeutet, dass der Druck in der Messkammer 31 auf der Niederdruckseite der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 kleiner ist als der erste Grenzwert. Betrachtet man 10, in welcher ein Diagramm des Schieberwegs über den Hydraulikdruck gezeigt ist, erkennt man, dass bis zum Erreichen des ersten Grenzwertes in der Messkammer 31 auf der Niederdruckseite der Hub der Spülventilschiebers 12 gleich null ist. Im Fall, dass der Grenzwert auf der Niederdruckseite den ersten Grenzwert überschreitet, wird der Spülventilschieber 12 gegen die Spülventilfeder 14 in eine Offenstellung verschoben, in der die Öffnung 16 in Fluidverbindung mit dem Niederdruckeinlass 6 steht (vgl. 8b). Betrachtet man wieder 10, so erkennt man, dass der Ventilhub zunimmt entsprechend der Zunahme des Drucks in der Messkammer 31. Erreicht der Druck in der Messkammer 31 einen dritten Grenzwert für den Niederdruck, so überlappt Öffnung 16 nicht mehr den Niederdruckeinlass 6 und ein Flüssigkeitsfluss über die Öffnung 6 ist nicht mehr möglich (vgl. 8c). Gleichzeitig stützt sich der Spülventilschieber 12 an einem Anschlag 42 des Gehäuses 8 ab, welcher beispielsweise innerhalb der Messkammer 31 ausgebildet ist. Dementsprechend bleibt der Schieberhub in 10 konstant, auch wenn der Druck auf der Niederdruckseite steigt. Mit dem schraffierten Bereich in 10 des Hubbereichs des Spülventilschiebers 12 wird gezeigt, dass hydraulisches Spülen von der Niederdruckseite zur Ablauföffnung 7 nur möglich ist, wenn die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite in der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 groß genug ist, um den Wechselventilschieber 22 in seine entsprechende Offenstellung an der Niederdruckseite zu verbringen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel zum Stoppen einer Flüssigkeitsspülung über die erfindungsgemäße Spüleinrichtung 15, wenn ein Niederdruckniveau für ein schadens-freies Spülen zu hoch ist, ist in 9 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel stützt sich der Spülventilschieber 12 auf der Niederdruckseite gegen den Spülventilschieber 13 auf der Hochdruckseite ab, wenn der Niederdruck einen dritten Grenzwert erreicht. Abweichend von der Ausführungsform, die in 8c gezeigt ist, stützen sich in diesem Ausführungsbeispiel die beiden Schieberstangen der beiden Spülventilschieber 12 und 13 gegeneinander ab, um den Durchgang 29 in Richtung Ablassöffnung 7 flüssigkeitsdicht zu machen und so einen Verlust an Hydraulikflüssigkeit bei hohen Drücken zu vermeiden.
Das schematische Schaltdiagramm der 11 zeigt in einer abstrakten Art das Funktionsprinzip der Ausführungsbeispiele, die in den 8a bis 8c und in 9 gezeigt sind. Konsequenterweise sind die Spülventile 10 und 11 als 2/3-Wegeproportionalventile gezeigt, dessen Betätigungskräfte durch den Flüssigkeitsdruck in den Verbindungsleitungen 27 und 28 erzeugt werden.
Mit 12 wird ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spülvorrichtung 50 gezeigt. Im Unterschied zu den Ausführungsformen, die in den 3 bis 9 gezeigt sind, zeigt die Ausführungsform der 12 die Spülventilschieber 12 und 13 innerhalb einer Längsbohrung 44 des Wechselventilschiebers 22 angeordnet. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem schematischen Schaltdiagramm der 2, da die Spülventile 10 und 11 – hydraulisch gesehen in Richtung eines möglichen Spülens – hinter dem Wechselventil 20 angeordnet sind. Die gezeigte Anordnung ist somit ein so genanntes „Cartridge Design”, da das größere Bauteil – hier der Wechselventilschieber 22 – die Spülventilschieber 12 und 13 aufnimmt. Für die leichtere Identifikation, wie oben bereits angedeutet, erhalten gleiche Teile dieselben Bezugszeichen. Da die generelle Funktionsweise der erfindungsgemäßen Spüleinrichtung 50 bereits im Detail mit der Beschreibung der 2 bis 6 erläutert wurde, sollen nur die Unterschiede mit Bezug auf 12 erläutert werden.
Der Wechselventilschieber 22, der in 12 gezeigt ist, kann aus einem zweiteiligen Wechselventilschieber 22 aufgebaut sein, wobei sich die zwei – bevorzugt symmetrischen – Bauteile des Ventilschiebers 22 am Auslass 7 berühren. Hierbei zeigt der Wechselventilschieber 22 eine allgemeine Form einer Buchse. Die Durchgänge 29 des Wechselventilschiebers 22 werden durch radial ausgerichtete Öffnungen geformt, die in den medialen Endbereichen 46 des Wechselventilschiebers 22 angeordnet sind. Gemäß der Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, sind Durchgangsbohrungen 33 in den Schäften des Wechselventilschiebers 22 angeordnet, so dass unter Druck stehende Flüssigkeit am Hochdruckeinlass 5 oder 6 oder am Niederdruckeinlass 6 oder 5 als hydraulische Kraft auf ringförmige Bereiche 48, die auf den Spülventilschiebern 12 und 13 ausgebildet sind, wirken kann. Diese Druckkräfte sind ausgerichtet, um die Spülventilschieber 12 und 13 in ihre Offenstellungen gegen die Spülventilfedern 14 und 15 zu verschieben, welche sich gegen Spülendkappen 45 abstützen. Diese Spülendkappen 45 sind bevorzugt in die distalen Endbereiche 21 der Wechselventilschieber 22 eingeschraubt. Zwischen den Spülendkappen 45 und den Spülventilschiebern 12, 13 ist ein Spalt ausgebildet, wenn die Spülventilschieber 12 und 13 in ihrer (anfänglichen) Geschlossenstellung sind, wie in 8 gezeigt.
Steigt der Hydraulikdruck an einem der Druckeinlässe 5 oder 6 oder an beiden, so wirkt Druckflüssigkeit auf die Ringflächen 48 der Spülventilschieber 12 oder 13 und erzeugen dabei eine Gegenkraft gegen die Kraft der Spülventilfedern 14 und 15 und schließen den Spalt 47, wobei sie gleichzeitig einen Durchgang 29 durch Verschieben der Spülventilschieber 12 oder 13 innerhalb der Längsbohrung 44 der Wechselventilschieber 22 öffnen. In der Ausführungsform der 12 ist der Durchgang 29 zum Ermöglichen eines Spülens von der Niederdruckseite zur Ablauföffnung 7 innerhalb des Wechselventilschiebers 22 angeordnet. Gegenteilig zu den Ausführungsformen, die in den 2 bis 9 gezeigt sind, ist der Wechselventilschieber 22 in seine Offenstellung durch eine Druckkraft auf die Stirnfläche 25 einer Mutter 49, die auf einer Umfangsaußenseite des Wechselventilschiebers 22 befestigt ist, verschoben, wobei der Wechselventilschieber von der Ablauföffnung 7 in Richtung der Endkappen 40 der Ventilbohrung 9 verschoben wird. Die Muttern 49 sind durch Wechselventilfedern 24 elastisch vorgespannt, so dass die Wechselventilfedern 24 den Wechselventilschieber 22 in der Ventilbohrung 9 über die Mutter 49 zentrieren, wenn die erfindungsgemäße Spüleinrichtung 50 in ihrer Ausgangsstellung, d. h. drucklos ist.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikvorrichtung
2: Arbeitsleitung
3: Arbeitsleitung
4: Triebwerk
5: Einlass
6: Einlass
7: Ablauföffnung
8: Gehäuse
9: Ventilbohrung
10: erstes Spülventil
11: zweites Spülventil
12: erster Spülventilschieber
13: zweiter Spülventilschieber
14: erste Spülventilfeder
15: zweite Spülventilfeder
16: erster Flüssigkeitskanal
17: zweiter Flüssigkeitskanal
18: Wirkfläche
19: Wirkfläche
20: Wechselventil
21: Endbereich
22: Wechselventilschieber
23: Mittenbereich
24: Wechselventilfeder
25: Wirkdurchmesser
26: Wirkdurchmesser
27: Verbindungsleitung
28: Verbindungsleitung
29: Durchgang
30: Messkammer
31: Messkammer
33: Durchgangsbohrung
35: Umfangsnut
36: Umfangsnut
40: Endkappen
42: Anschlag
44: Längsbohrung
45: Spülventilendkappe
46: medialer Endbereich
47: Spalt
48: ringförmiger Bereich
49: Mutter
50: Spüleinrichtung
100: Tank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0150880 A1 [0005]
US 6430923 B1 [0005, 0035]
EP 2314897 A2 [0005, 0006]

Claims

Hydraulikflüssigkeitsspüleinrichtung (50) für eine hydrostatische Vorrichtung (1) aufweisend: • ein Ventilgehäuse (8) mit einer zylindrischen Ventilbohrung (9), die einen Hochdruckeinlass (5 oder 6), einen Niederdruckeinlass (6 oder 5) und eine Abflussöffnung (7) aufweist, • einen ersten Spülventilschieber (12), der elastisch vorgespannt innerhalb der Ventilbohrung (9) angeordnet ist, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) und der Abflussöffnung (7) mittels eines ersten Flüssigkeitskanals (16) zu ermöglichen, • einen Wechselventilschieber (22), der elastisch vorgespannt innerhalb der Ventilbohrung (9) angeordnet ist, um die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) und der Auslassöffnung (7) weiter durch einen Flüssigkeitsdurchlass (29) zu ermöglichen, wobei • der erste Spülventilschieber (12) in eine Offenstellung bewegbar ist, in welcher der erste Flüssigkeitskanal (16) geöffnet ist, wenn der Flüssigkeitsdruck am Niederdruckeinlass (6 oder 5) einen ersten Grenzwert überschreitet, und wobei • der Wechselventilschieber (22) in eine Offenstellung bewegbar ist, in der der Flüssigkeitsdurchgang (29) geöffnet ist, um den Niederdruckeinlass (6 oder 5) mit der Auslassöffnung (7) zu verbinden, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckeinlass (5 oder 6) und dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) einen zweiten Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass • der erste Spülventilschieber (12) und der Wechselventilschieber (22) konzentrisch und beweglich zueinander angeordnet sind, und • die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) und der Auslassöffnung (7) nur dann ermöglicht ist, wenn beide, der erste Spülventilschieber (12) und der Wechselventilschieber (22) sich in ihren jeweiligen Offenstellungen befinden.
Spüleinrichtung nach Anspruch 1, aufweisend einen zweiten Spülventilschieber (13) mit einem zweiten Flüssigkeitskanal (17), um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Hochdruckeinlass (5 oder 6) und der Auslassöffnung (7) zu ermöglichen, wobei der erste Spülventilschieber (12) und der zweite Spülventilschieber (13) jeweils an einem Endbereich (21) eines symmetrisch geformten Wechselventilschiebers (22) angeordnet sind, und wobei der Durchgang (29) im zentralen Bereich des Wechselventilschiebers (22) angeordnet ist.
Spüleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher der/die Spülventilschieber (12, 13) eine allgemeine Form einer Buchse aufweist/aufweisen, in der zumindest ein Endbereich (21) des Wechselventilschiebers (22) konzentrisch angeordnet ist, und wobei der/die Flüssigkeitskanal/Flüssigkeitskanäle (16, 17) als radial angeordnete Öffnungen in dem/den Spülventilkolben (12, 13) ausgebildet ist/sind.
Spüleinrichtung nach Anspruch 3, in der die Öffnungen (16, 17) des ersten Spülventilschiebers (12) und des zweiten Spülventilschiebers (13) unterschiedlich groß sind.
Spüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher der Wechselventilschieber (22) eine im Wesentlichen zylindrische Stabform zeigt und der Durchlass (29) durch einen Bereich mit reduziertem Durchmesser oder durch einen längs gerichteten Absatz in einem Mittelbereich (23) des Wechselventilschiebers (22) ausgebildet ist.
Spüleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, in welcher der Wechselventilschieber (22) eine allgemeine Form einer Buchse aufweist, in welcher der/die Spülventilschieber (12, 13) konzentrisch angeordnet ist/sind und wobei der Durchgang (29) axial im Wechselventilschieber (22) angeordnet ist.
Spüleinrichtung nach Anspruch 6, in welcher der/die Spülventilschieber (12, 13) eine allgemeine zylindrische Form aufweisen und der/die Flüssigkeitskanal/Flüssigkeitskanäle (16, 17) durch radial angeordnete Öffnungen in dem Wechselventilschieber (22) ausgebildet ist/sind.
Spüleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die distalen Enden der Ventilbohrung (9) durch Endkappen (40) flüssigkeits-dicht verschlossen sind, um zusammen mit der Ventilbohrung (9) Messkammern (30, 31) auszubilden, die entweder mit dem Hochdruckeinlass (5 oder 6) oder dem Niederdruckeinlass (6 oder 5) in Flüssigkeitsverbindung stehen, wobei die Wirkflächen (18, 19, 25, 26) des/der Spülventilschieber(s) (12, 13) und/oder des Wechselventilschiebers (22) in die Messkammern (30, 31) hineinragen.
Spüleinrichtung nach Anspruch 8, bei der der Wechselventilschieber (22) an beiden Endbereichen (21) durch Wechselventilfedern (24) elastisch gegen die Endkappen (40) vorgespannt ist.
Spüleinrichtung nach Anspruch 9, bei der die Endkappen (40) in die Ventilbohrung (9) des Ventilgehäuses (8) eingeschraubt sind, und damit einen einstellbaren Federsitz für die Einstellung der Vorspannkräfte der Wechselventilfeder (24) bilden.
Spüleinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Endkappen (40) Schieberhubbegrenzungen für den/die Spülventilschieber (12, 13) und/oder den Wechselventilschieber (22) bilden.
Hydraulische Vorrichtung (1) mit einer Spüleinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der ein Hochdruckeinlass (5 oder 6) durch eine Hochdruckleitung der hydraulischen Vorrichtung (1) und ein Niederdruckeinlass (6 oder 5) durch eine Niederdruckleitung der hydraulischen Vorrichtung (1) versorgt wird und bei der eine Auslassöffnung (7) zu einem Gehäuse (8) oder einem Tank (100) der hydraulischen Vorrichtung führt.
Hydraulische Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Ventilgehäuse (8) ein integraler Teil eines Gehäuses der hydraulischen Vorrichtung (1) ist und bei der die Ventilbohrung (9) der Spüleinrichtung (50) im Gehäuse (8) der hydraulischen Vorrichtung angeordnet ist.