DE102020210394B3

DE102020210394B3 - Spülsystem für Hydraulikmaschinen

Info

Publication number: DE102020210394B3
Application number: DE102020210394.1A
Authority: DE
Inventors: Arne Streblau; Martin Wüstefeld
Original assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Current assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2040-08-15
Also published as: US11933411B2; CN114135531A; US20220049778A1; CN216518920U

Abstract

Hydraulikflüssigkeitsspülventil für hydrostatische Einheiten, verwendbar in geschlossenen Hydraulikkreislaufantriebsanwendungen mit einem Spülventilgehäuse mit einem ersten mit einer ersten Arbeitsleitung verbundenen Einlassanschluss, mit einem zweiten mit einer zweiten Arbeitsleitung verbundenen Einlassanschluss und einem Auslassanschluss zum Ablassen von Hydraulikflüssigkeit. Ein doppelseitiger, verschiebbarer Spülventilschieber ist im Spülventilgehäuse in einer zylindrischen Ventilbohrung montiert, der in einer verschobenen Stellung einen Flüssigkeitsstrom entweder vom ersten oder zweiten Einlassanschluss, je nachdem an welchem niedrigerer Hydraulikdruck anliegt, zum Auslassanschluss ermöglicht. Der Spülventilschieber weist auf jeder Seite eine Druckfläche auf, von denen jede mit einem der beiden Einlassanschlüsse verbunden ist. Auf jeder Seite des Spülventilschiebers ist eine Spülventilfeder im Spülventilgehäuse derart angeordnet, dass ein Abstand auf jeder Seite des Spülventilschiebers zwischen einer Federkontaktfläche am Spülventilschieber und einer Federabstützfläche im Spülventilgehäuse größer ist als die axiale Länge der zugehörigen Spülventilfeder, wenn der Spülventilschieber sich in seiner mittleren, nicht verschobenen Stellung befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hydraulikflüssigkeitsspülventil für hydrostatische Einheiten zur Verwendung in geschlossenen Hydraulikkreisläufen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf hydrostatische Einheiten, die ein solches Hydraulikflüssigkeitsspülventil verwenden, und auf hydraulische Antriebseinheiten, die mit einem solchen Hydraulikflüssigkeitsspülventil ausgestattet sind.
In Hydraulikeinheiten, die mit einem geschlossenen Hydraulikkreislauf für die Hydraulikflüssigkeit verbunden sind, wie beispielsweise hydrostatischen Antrieben oder Antriebssystemen, im Speziellen ausgestattet mit hydrostatischen Einheiten wie hydrostatischen Pumpen und hydrostatischen Motoren, leidet die Hydraulikflüssigkeit, die zur Erzeugung von hydraulischen Kräften verwendet wird, und die hydraulische Leistung unter erhöhten Temperaturen während des Betriebes der hydrostatischen Einheit(en). Zusätzlich müssen während des Betriebes von Hydraulikeinheiten bewegliche Teile, wie beispielsweise Lager, Wellenlager, Gleitschuhe etc., für ihre korrekte Funktionsweise als auch zum Schutz vor Überhitzen geschmiert werden. Dieses Schmieren und das Verhindern von Überhitzen wird typischerweise durch ein Spülsystem, auch Kreislaufspülsystem genannt, ausgeführt, um eine bestimmte Menge an Öl, d.h. Hydraulikflüssigkeit, von der Niederdruckseite eines geschlossenen Kreislaufsystems für Kühl- und/oder Erneuerungszwecke zu spülen. Somit wird ein beabsichtigter Flüssigkeitsabfluss von der Niederdruckseite der hydrostatischen Vorrichtung zu einem Bereich der hydrostatischen Einheit mit noch niedrigerem Druck, beispielsweise zu einem Gehäuse der hydrostatischen Einheit oder einem Tank, hergestellt. Dieses gespülte Hydrauliköl fehlt im geschlossenen Kreislauf und muss dem geschlossenen Kreislauf erneut zugeführt werden. Im Allgemeinen wird dies durch ein Einspeisesystem im Inneren der hydrostatischen Einheit ausgeführt, das frische und „kalte“ Hydraulikflüssigkeit aus dem Gehäuse/Tank an der Niederdruckseite zurück in den geschlossenen Hydraulikkreislauf einspeist/pumpt.
Während des Anlaufens einer hydrostatischen Einheit, beispielsweise in einer kalten Umgebung, muss der Hydraulikflüssigkeits-/Ölkreislauf jedoch erwärmt werden, bevor ein normales Fahrverhalten der hydrostatischen Einheit möglich ist. In dieser Inbetriebnahme-Phase, in der die hydrostatische Pumpe eines geschlossenen Kreislaufs typischerweise leerläuft, d.h. kein relevantes Druckniveau erzeugt, erwärmt sich die hydrostatische Pumpe von selbst, da sie beispielsweise ein Druckablassventil enthält, das einige Wärme wegen des Druckverlustes, der durch den Durchfluss der Speisepumpe hervorgerufen wird, produziert. Dieser von der Speisepumpe erzeugte Durchfluss wärmt das Pumpengehäuse auf, jedoch nicht den Rest des geschlossenen Hydraulikkreislaufs. Solange die hydrostatische Pumpe in ihrer Neutralstellung ist, werden die Hydraulikflüssigkeit in den Schläuchen des Systems und der hydrostatische Motor oder die Motoren nicht aufgeheizt und die Schläuche und Antriebsanwendungen des Systems bleiben deswegen kalt.
Beispielsweise zeigt US 2006/0064974 A1 eine hydrostatische Ventilbaugruppe zur Anwendung in einem hydrostatischen Getriebe, das einen geschlossenen Hydraulikkreislauf aufweist. Die Ventilbaugruppe wird zum Steuern des Fluidflusses zwischen drei Leitungen eingesetzt, von denen zwei der Leitungen druckführend sind. Das Ventil weist einen Ventilkörper auf, dessen Anschlüsse mit den Leitungen in Verbindung stehen. Der Ventilkörper wird von Federn bzw. Dämpfern, die beidseitig an seinen Stirnflächen angeordnet sind, in seiner Neutralposition gehalten.
In dieser Situation wäre es vorteilhaft, eine niedrige Durchflussmenge an Hydraulikflüssigkeit zu haben, die durch den gesamten geschlossenen Hydraulikkreislauf zirkuliert, damit der Kreislauf und seine Bauteile und nicht nur die hydrostatische Pumpe ebenfalls aufgewärmt werden.
Auf der anderen Seite treten die höchsten Flüssigkeitstemperaturen in geschlossenen hydrostatischen Kreisläufen normalerweise am hydraulischen Fahrmechanismus auf, beispielsweise einer Rotationseinheit eines hydrostatischen Motors. Nach der Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie befindet sich der hydraulische Motor immer noch auf einem erhöhten Temperaturniveau und benötigt schließlich Kühlung, auch wenn der hydraulische Motor bzw. seine Rotationseinheit sich in Neutralstellung befinden. Hier wäre es ebenso vorteilhaft, eine kleine Menge an Hydraulikflüssigkeitsdurchfluss zu haben, die durch den hydraulischen Kreislauf zirkuliert, der erneuert und/oder gekühlt werden kann.
Es ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche niedrige Menge an hydraulischem Flüssigkeitsdurchfluss während der Aufwärm- und/oder Abkühlphase der Hydraulikeinheit in einem geschlossen Kreislauf bereitzustellen. Des Weiteren sollte das erfindungsgemäße System einfach und zur gleichen Zeit kosteneffizient und robust sein. Zudem sollte das erfindungsgemäße System in bereits existierenden hydrostatischen Einheiten anwendbar sein.
Die Aufgabe wird von der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Hydraulikflüssigkeitsspülventil für hydrostatische Einheiten bereitgestellt wird, das in geschlossenen Hydraulikkreisläufen eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße Hydraulikflüssigkeitsspülventil weist ein Spülventilgehäuse mit einem ersten Einlassanschluss, der mit einer ersten Arbeitsleitung verbunden ist, einem zweiten Einlassanschluss, der mit einer zweiten Arbeitsleitung verbunden ist, und einen Auslassanschluss zum Ablassen/Entspannen von Hydraulikflüssigkeit auf. Ein zweiseitiger, verschiebbarer Spülventilschieber ist im Spülventilgehäuse in einer zylindrischen Bohrung montiert. Der Spülventilschieber erlaubt in einer verschobenen Stellung einen Flüssigkeitsfluss von demjenigen Einlassanschluss zum Auslassanschluss, der ein niedrigeres hydraulisches Druckniveau aufweist, wobei der Spülventilschieber auf jeder Seite eine Druckfläche aufweist. Jede der Druckflächen ist mit einem der beiden Einlassanschlüsse verbunden. Auf jeder Seite des Spülventilschiebers ist eine Spülventilfeder im Spülgehäuse derart angeordnet, dass, wenn sich der Spülventilschieber in seiner mittleren, d.h. nicht verschobenen, Stellung befindet, ein Abstand zwischen einer Federkontaktfläche am Spülventilschieber und einer Federabstützfläche im Spülventilgehäuse auf jeder Seite des Spülventilschiebers größer ist als die axiale Länge der zugehörigen Spülventilfeder.
In anderen Worten ist der Spülventilschieber erfindungsgemäß in der Ventilbohrung in einer schwimmenden Art und Weise aufgenommen, wenn er sich in seiner mittleren Stellung befindet. In seiner mittleren Stellung ist der Spülventilschieber frei von Federkräften, da kein physischer Kontakt zwischen dem Ventilschieber und den Ventilfedern existiert, d.h. ein Abstand zwischen dem Spülventilschieber und der Ventilfeder und/oder der Ventilfeder und ihrer Abstützfläche im Ventilgehäuse vorhanden ist. Somit sind kleine Druckunterschiede ausreichend, um den Spülventilschieber aus seiner mittleren Stellung zu verschieben. In einer geschalteten Stellung erlaubt der Spülventilschieber einen Flüssigkeitsfluss von dem einen Einlassanschluss, an dem ein niedrigerer Hydraulikdruck anliegt, zum Auslassanschluss.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nur der Spülventilschieber schwimmend gelagert und die Spülventilfedern sind in der zylindrischen Spülventilbohrung fixiert und werden so an einer schwimmenden Verschiebung gehindert. Die Spülventilfedern können hier an einem Ende an Abschlusskappen befestigt werden, die beispielsweise in die zylindrische Bohrung des Spülventilgehäuses eingeschraubt werden können, um die zylindrische Bohrung auf beiden Enden zu verschließen. In dieser Ausführungsform ist ein Abstand zwischen den Federn und den Enden des Spülventilschiebers in der mittleren Stellung des Spülventilschiebers vorhanden. Des Weiteren können die Spülventilfedern in einer solchen Ausführung in einer vorgespannten/vorbelasteten Art und Weise eingesetzt werden, wenn die anderen (inneren) Enden der Spülventilfedern sich gegen einen Absatz in der zylindrischen Bohrung abstützen. Durch Einsetzen der Spülventilfedern in einer vorgespannten Art und Weise kann beispielsweise ein Grenzwert zum Zulassen eines größeren Spüldurchflusses während des Betriebs der Hydraulikeinheit festgelegt werden.
Deshalb kann sich der Spülventilschieber in allen Ausführungsbeispielen während des Leerlaufs der Hydraulikeinheit schwimmend verschieben, wenn kein oder beinahe kein Arbeitsdruck im geschlossenen Hydraulikkreislauf erzeugt wird, im Bereich des Abstandes, der zwischen jeder Seite des Spülventilschiebers und der Spülventilfeder und/oder deren Abstützfläche am zugehörigen Ende der zylindrischen Spülventilbohrung bereitgestellt ist. In diesem schwimmenden Bereich kann sich der Spülventilschieber ohne eine Gegenkraft bewegen, da die Spülventilfedern nicht zusammengedrückt werden. Wenn der Spülventilschieber sich also in diesem Bereich bewegt, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass kleine Mengen an Hydraulikflüssigkeitsdurchfluss ermöglicht werden, um ein Aufheizen des geschlossenen Kreislaufes, wenn der Arbeitsbetrieb eines geschlossenen Kreislaufes aufgenommen wird, oder Kühlen von Hydraulikflüssigkeit während Betriebsunterbrechungen zu ermöglichen.
Die Erfindung ermöglicht hier einen Hydraulikflüssigkeitsfluss von dem Einlassanschluss mit niedrigerem Druck zum Auslassanschluss des Spülventils. In der Praxis tritt jedoch eine Hydraulikeinheit mit keiner Verdrängung nicht auf und die Hydraulikeinheit befindet sich immer leicht außerhalb ihrer mittleren Stellung und das Bestimmen, an welchem der beiden Einlassanschlüsse des Spülventils der höhere oder niedrigere Druck anliegt, hängt von einer Vielzahl von Parametern ab. Hierfür wird eine schwimmende Verschiebung des Spülventilschiebers in beide Richtungen derart bereitgestellt, dass bereits sehr kleine Druckunterschiede an den Einlassanschlüssen die Bewegung des Spülventilschiebers aus seiner (theoretischen) mittleren Stellung hervorrufen.
Gemäß der Erfindung ist somit eine Möglichkeit für einen Hydraulikflüssigkeitsfluss über das erfindungsgemäße Hydraulikflüssigkeitsspülventil bereits bei sehr niedrigen Druckunterschieden möglich. Da eine Hydraulikeinheit in einem geschlossenen Kreislaufsystem jedoch fast nie in der Neutralstellung ist, gibt es immer eine sehr kleine Druckdifferenz, die auf die Stirnflächen des Spülventilschiebers wirkt und den Spülventilschieber aus seiner mittleren Position verschiebt. Dabei wird mittels der Abstände zwischen dem Spülventilschieber und seiner jeweiligen Spülventilfeder sichergestellt, dass ein Spülen mit Hydraulikflüssigkeit nur von der Niederdruckseite erfolgen kann, da ein verschobener Spülventilschieber einen Hydraulikflüssigkeitsfluss von dem Einlassanschluss mit dem höheren Druck unterbindet.
Im Sinne der Erfindung können die Abstände, die, wenn der Spülventilschieber sich in seiner mittleren Stellung befindet, vorhanden sind, entweder zwischen der jeweiligen Feder und dem Spülventilschieber oder zwischen der Ventilfeder und deren Abstützfläche am jeweiligen Ende der zylindrischen Bohrung im Spülventilgehäuse oder an beiden Stellen vorhanden sein, da erfindungsgemäß die Ventilfedern ebenso auf eine schwimmende Art und Weise in der zylindrischen Bohrung des Spülventils angeordnet sein können, da deren axiale Länge kürzer ist als die Distanz von deren Schieberkontaktfläche auf dem Schieber zu der Abstützfläche am Ende der zylindrischen Bohrung im Spülventilgehäuse.
In einem allgemeinen Ausführungsbeispiel sind die Spülventilfedern sowie der Spülventilschieber in der Spülventilbohrung auf eine schwimmende Art und Weise aufgenommen, jedoch können die Ventilfedern in einem konkreteren Ausführungsbeispiel an deren Enden entfernt vom Spülventilschieber in der Ventilbohrung befestigt sein, um sie von einer schwimmenden Bewegung abzuhalten. Für die Erfindung ist nur eine Beweglichkeit des Spülventilschiebers ohne Einwirkung von Federkräften in einem kleinen Bereich wesentlich. Nachdem er sich um diesen kleinen Bereich verschoben hat, werden die Abstände geschlossen und ein weiteres Verschieben des Spülventilschiebers drückt die jeweilige Spülventilfeder zusammen. Durch das Bereitstellen dieser schwimmenden Verschieblichkeit bei sehr niedrigen hydraulischen Kräften wird vorzugsweise ein niedriger Hydraulikflüssigkeitsdurchfluss in der Aufwärmphase als auch in der Abkühlphase eines geschlossenen Hydraulikkreislaufes in jeweils einer sehr einfachen, robusten als auch kosteneffizienten Art und Weise ermöglicht. Im Betrieb, d.h. bei Betriebsdruck oder Arbeitsdruck in den Schläuchen, ist ein Spülen mit Hydraulikflüssigkeit an der Pumpe oder dem Motor immer noch möglich, jedoch wird der Spülventilschieber in dieser Situation von Hydraulikflüssigkeit unter hohem Druck gegen eine der Spülventilfedern gedrückt und drückt die selbige zusammen. Dabei wird ein variabler, zum Hochdruck, der auf die zugehörige Druckfläche am Spülventilschieber wirkt, proportionaler Hydraulikflüssigkeitsdurchfluss ermöglicht. Unter diesen Bedingungen verhält sich das erfindungsgemäße Hydraulikflüssigkeitsspülventil wie üblicherweise bekannte Hydraulikflüssigkeitsspülventile.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Spülventilschieber eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei beispielsweise ein Mittelteil des Spülventilschiebers einen reduzierten Durchmesser aufweist, der fluidisch mit dem Auslassanschluss verbunden ist und zumindest in einer verschobenen Stellung mit einem der beiden Einlassanschlüsse überlappt. Dieser im Wesentlichen zylindrisch geformte Spülventilschieber ist des Weiteren in einer zylindrischen Ventilbohrung im Spülventilgehäuse aufgenommen, in dem in einer weiteren Ausgestaltung die zylindrische Ventilbohrung durch Abschlusskappen verschlossen ist. Hier bilden die Räume zwischen den Enden des Spülventilschiebers und den Abschlusskappen Druckkammern aus, von denen jede von einem der beiden damit verbundenen Einlassanschlüsse mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt wird. In diesen beiden Druckkammern können ebenso die Spülventilfedern in der erfindungsgemäßen Art und Weise aufgenommen werden, d.h. derart, dass ein Abstand zwischen einer die Feder berührenden Fläche am Spülventilschieber und einer Federabstützfläche, beispielsweise an der Abschlusskappe, größer ist als die axiale Länge der Spülventilfedern. Dabei wird sichergestellt, dass ein Abstand zwischen der Feder und dem Schieber oder zwischen der Feder und der Abschlusskappe vorhanden ist, der es dem Schieber ermöglicht, eine schwimmende Bewegung in der Ventilbohrung ohne das Angreifen von Federkräften auszuführen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Ventilfedern an den Abschlusskappen befestigt sein, wobei die Abschlusskappen in die zylindrische Ventilbohrung schraubbar sein können, sodass ein Abstand zwischen dem inneren Ende der Feder und der Spülventilschieberkontaktfläche vorhanden ist, wenn sich der Spülventilschieber in seiner mittleren Position befindet. In einer weiteren Ausgestaltung ist dieser Abstand durch Einschrauben der Abschlusskappen einstellbar, beispielsweise bis zu einer variablen Tiefe in die zylindrische Ventilbohrung.
Erfindungsgemäß ist der Spülventilschieber des hydraulischen Spülventils in seiner mittleren Stellung frei von Federkräften und kann bereits durch sehr kleine Druckunterschiede auf seinen beiden Druckflächen aus dieser mittleren Stellung verschoben werden. Wenn der Druckunterschied auf den beiden Druckflächen null ist, d.h. kein Druckunterschied vorhanden ist, kann der Spülventilschieber eine positive oder negative Überdeckung mit den beiden Einlassanschlüssen aufweisen. Wenn eine negative Überdeckung in der mittleren Stellung des Spülventilschiebers vorgesehen ist, kann Spülen mit Hydraulikflüssigkeit aus beiden Arbeitsleitungen gleichzeitig durchgeführt werden. Wenn, auf der anderen Seite, eine positive Überdeckung des Spülventilschiebers mit den beiden Einlassanschlüssen in dessen mittlerer Stellung vorhanden ist, kann kein Spülen mit Hydraulikflüssigkeit durchgeführt werden. Für beide Möglichkeiten, d.h. für negative und positive Überdeckung, ist jedoch ein Spülen mit Hydraulikflüssigkeit von der Niederdruckseite über den Auslass- oder Entspannungsanschluss zum Gehäuse oder Tank der Hydraulikeinheit möglich, sobald eine niedrige oder sogar sehr niedrige Druckdifferenz über den beiden Seiten des Spülventilschiebers vorhanden ist, da der Spülventilschieber aus seiner mittleren Stellung verschoben wird.
Mit Hilfe der beigefügten Figuren werden das oben vorgestellte und andere Merkmale deutlicher werden. Die Erfindung ist dabei nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele begrenzt. Es soll verstanden werden, dass die Merkmale, die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gezeigt sind, kombiniert werden können und nicht auf das Ausführungsbeispiel, in dem sie gezeigt werden, limitiert sind. Des Weiteren sind Abänderungen, die im Bereich des Wissens eines Durchschnittsfachmanns liegen, von der erfinderischen Idee ebenso abgedeckt. Es wird gezeigt in:

1 eine hydrostatische Einheit mit einem Hydraulikflüssigkeitsspülventil gemäß dem Stand der Technik auf schematische Art und Weise;
2 eine hydrostatische Einheit, ausgestattet mit einem Hydraulikflüssigkeitsspülventil gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform auf schematische Art und Weise;
3 eine hydrostatische Einheit, ausgestattet mit einem Hydraulikflüssigkeitsspülventil gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform auf schematische Art und Weise;
4 eine Detailansicht eines Spülventilschiebers gemäß der Erfindung auf schematische Art und Weise;
5 eine Detailansicht eines beispielhaften Spülventils gemäß der Erfindung;
6 ein Diagramm zum Spülen eines Kreislaufes gemäß der Erfindung.

In der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche Bezugsziffern für Elemente von verschiedenen Ausführungsformen verwendet, die die gleiche Funktionalität aufweisen.
1 zeigt eine hydrostatische Einheit, aufweisend ein Spülventil 10 gemäß dem Stand der Technik. Ein Einlassanschluss 5 des Spülventils 10 ist mit einer Arbeitsleitung 3 verbunden. Ein Einlassanschluss 6 des Spülventils 10 ist mit einer Arbeitsleitung 2 verbunden und ein Auslassanschluss 7 ist mit einem Tank 100 verbunden. Angenommen, dass Arbeitsleitung 2 die Hochdruckleitung ist, wie durch das Hochdruckauswahlventil 35 nahegelegt wird, wird der Spülventilschieber 12 entgegen der Federkräfte der zweiten Spülventilfeder 15 nach unten ausgelenkt, da Hochdruck am Einlassanschluss 6 anliegt und auf die Druckfläche 18 wirkt. Der Spülventilschieber 12 ermöglicht in seiner ausgelenkten Stellung dabei einen Flüssigkeitsfluss vom Einlassanschluss 5 zum Auslassanschluss 7, wobei er so ein Spülen von Hydraulikflüssigkeit zum Tank 100 ermöglicht. In dieser Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik, wie in 1 gezeigt, bewegt der auf die Druckfläche 18 wirkende Hochdruck den Spülventilschieber 12 gegen die Kraft der Spülventilfeder 15, die auf der Niederdruckseite des Spülventils 10 angeordnet ist. Aus diesem Ausführungsbeispiel des Standes der Technik kann abgeleitet werden, dass Spülen von Hydraulikflüssigkeit nur von den Federkräften der Spülventilfedern 14 und 15 abhängt und deshalb ein Druck auf eine der Druckflächen 18 oder 19 wirkt, der nicht ausreichend ist, um eine der Federkräfte zu überwinden, den Spülventilschieber 12 in seiner mittleren Stellung belässt, wodurch Spülen von Hydraulikflüssigkeit unterbunden ist.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung für ein Hydraulikflüssigkeitsspülventil, das das Hydraulikflüssigkeitsspülventil gemäß dem Stand der Technik, gezeigt in 1, ersetzt. Der Spülventilschieber 12 des Hydraulikflüssigkeitsspülventils 10 gemäß der Erfindung ist in seiner mittleren Stellung dargestellt, wobei er auf jeder Seite des Spülventilschiebers 12 einen Abstand 47 zwischen den Druckflächen 18 und 19 und den zugehörigen Spülventilfedern 14 und 15 aufweist. Diese Abstände 47 zwischen den Federkontaktflächen 16 und 17 am Spülventilschieber 12 erlauben es dem Spülventilschieber 12, sich aus seiner mittleren Stellung ohne das Einwirken von Federkräften zu bewegen, wenn der Druck am Einlassanschluss 5 oder Einlassanschluss 6 leicht höher als am zugehörigen anderen ist; d.h. wenn der Druckunterschied nicht gleich null ist. Hier reicht die geringste Differenz zwischen den Drücken, die am Einlassanschluss 5 oder Einlassanschluss 6 anliegen, aus, um den Spülventilschieber 12 in eine Richtung zu bewegen. In 2 wird ebenfalls angenommen, dass Arbeitsleitung 2 die Arbeitsleitung mit dem höheren Druck ist. Wenn sich der Spülventilschieber 12 aus seiner mittleren Stellung bewegt, gleitet er ohne Federkräfte in Richtung einer der Spülventilfedern 15 oder 16 - hier Spülventilfeder 15 - bis er sich gegen die gleiche abstützt. Auch wenn der Druckunterschied, der auf die Druckflächen 18 und 19 wirkt, nicht hoch genug ist, um die Spülventilfeder 15 zusammenzudrücken, wird ein Ablassen von Flüssigkeit vom Einlassanschluss 5 - hier dem Niederdruckeinlassanschluss - zum Auslassanschluss 7 ermöglicht.
Wenn der Druck in der Arbeitsleitung 2 ansteigt, d.h. der Druckunterschied zwischen den beiden Einlassanschlüssen 5 und 6 ansteigt, wirkt eine höhere Druckkraft auf die Druckfläche 18 und die Spülventilfeder 15 wird zusammengedrückt. Wenn die Spülventilfeder 15 zusammengedrückt wird, kann eine Menge an Flüssigkeitsspüldurchfluss, die proportional zum Druckunterschied an den Einlassanschlüssen 5 und 6 ist, vom Auslassanschluss 7 über den Einlassanschluss 5 abgelassen werden. Erfindungsgemäß wäre ein Ablassen von Hydraulikflüssigkeit jedoch schon bei Druckdifferenzen zwischen den beiden Arbeitsleitungen 2 und 3 möglich gewesen, die beispielsweise nicht in der Lage sind, die Rotationseinheit 4 anzutreiben.
In 3 wird ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Spülventilschieber 12 in seiner mittleren Stellung ein Spülen von Flüssigkeit aus beiden Einlassanschlüssen 5 oder 6 zum Auslassanschluss 7 unterbindet, da der Spülventilschieber 12 eine positive Überdeckung mit den beiden Einlassanschlüssen 5 oder 6 aufweist, wenn er in seiner mittleren Stellung ist. Diese Situation könnte auftreten, wenn die Druckkräfte, die auf Druckfläche 17 und Druckfläche 18 wirken gleich hoch sind, sodass der erfindungsgemäße Spülventilschieber 12 durch hydraulische Kräfte in seiner mittleren Stellung gehalten wird. Sobald der Druck an einem der Einlassanschlüsse 5 oder 6 ansteigt, verschiebt sich der Spülventilschieber 12 sofort aus seiner mittleren Position, wobei er den Abstand 47 schließt und ein zugehöriges Spülen von Hydraulikflüssigkeit von der Niederdruckseite zum Auslassanschluss 7 ermöglicht.
Mit 4 wird ein Spülventil 10 in einer vergrößerten Ansicht gezeigt. Entgegen dem Spülventilschieber 12 gemäß der Ausführungsform nach 3 weist der Spülventilschieber 12 in 4 eine negative Überdeckung mit den beiden Einlassanschlüssen 5 und 6 auf, weswegen er eine Flüssigkeitsspülung aus beiden Einlassanschlüssen 5 und 6 zum Auslassanschluss 7 ermöglicht, wenn der Spülventilschieber 12 sich in seiner mittleren Stellung befindet.
4 ist eine Detailansicht des Spülventilschiebers 12 gemäß der Erfindung und gemäß der Ausführungsform nach 2. In dieser 4 wird detaillierter gezeigt, dass in der mittleren Stellung des Spülventilschiebers 12 Abstände 47 zwischen den Federn 14 und 15 und deren zugehörigen Federkontaktflächen 16 und 17 am Spülventilschieber 12 vorhanden sind. In 4 sind die Federn 14 und 15 an den Abschlusskappen 40,41 bzw. an den Federabstützflächen 20 und 21 auf den Abschlusskappen 40 und 41 fixiert. In dieser Situation sind die Spülventilfedern 14 und 15 zusammen mit den Abschlusskappen 40 und 41 ortsfest und nur der Spülventilschieber 12 befindet sich in einem schwimmenden Gleichgewicht, das schon dann verändert wird, wenn ein kleiner Druckunterschied zwischen den Einlassanschlüssen 5 und 6 auftritt. In dem Moment, wenn einer der Drücke, die an Einlassanschluss 5 oder 6 anliegen, höher als der andere ist, verschiebt sich der Spülventilschieber 12 in Richtung seiner zugehörigen Spülventilfeder 14 oder 15. Wenn die Druckdifferenz über dem Spülventilschieber 12 groß genug ist, werden die Spülventilfedern 14 oder 15 zusammengedrückt und ein gewöhnliches Spülen des Kreislaufes beginnt. Ein hierfür beschreibendes Diagramm ist in 6 gezeigt.
Ein Durchschnittsfachmann kann aus 4 ableiten, dass mit einer Veränderung der Lage der Abstützflächen 20,21 an den Abschlusskappen 40,41 die Weite der Abstände 47 entsprechend angepasst werden kann. Dabei kann entsprechend die Menge an Hydraulikflüssigkeit, die bei niedrigen Druckunterschieden gespült werden kann, angepasst werden. Ein Durchschnittsfachmann leitet von der Ausführungsform in 4 ebenso ab, dass die Spülventilfedern 14 und 15, wenn sie mit einem Ende an die Abschlusskappen 40 und 41 befestigt sind, in der Spülventilbohrung in einer vorgespannten Art und Weise eingesetzt werden können, sodass ein gewöhnliches Spülen des Kreislaufes bei einer voreingestellten Druckdifferenz über dem Spülventilschieber beginnen kann. Eine solche Ausgestaltung zum Starten einer normalen Kreislaufspülung ist in 6 gezeigt, wobei der Kreislaufspülungsdurchfluss mit der Eigenschaft der eingesetzten Spülventilfedern 14 und 15 zunimmt - in diesem Fall linear -, beginnend bei einer Druckdifferenz von ungefähr 6,5 bar. Bei niedrigeren Druckdifferenzen wird wegen der Abstände 47 zwischen den Kontaktflächen 16 oder 17 des Spülventilschiebers 12 und den zugehörigen Absätzen 24 oder 25 im Spülventilgehäuse 8 nur ein geringfügiges Spülen des Kreislaufs ermöglicht.
In 5 ist eine Detailansicht einer Seite eines Spülventils 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Auch wenn aus Gründen der Darstellung nur eine Seite des Spülventils 10 gezeigt ist, werden Bezugszeichen für beide Seiten angegeben, um anzuzeigen, dass diese Elemente symmetrisch mit Bezugnahme auf den Auslassanschluss 7 auf beiden Seiten des Spülventils 10 gemäß der Erfindung angeordnet sind.
Im Ausführungsbeispiel nach 5 sind die Spülventilfedern 14,15 vorgespannt in der zylindrischen Ventilbohrung 9 mittels der Abschlusskappen 40,41 montiert, die die Federabstützflächen 20,21 in Richtung der Außenseite des Spülventils 10 bereitstellen, wobei die anderen Enden der Spülventilfedern 14,15 sich gegen Absätze 24,25 in der zylindrischen Ventilbohrung 9 abstützen. In dieser Ausführungsform sind Abstände 47 zwischen den Federenden, die sich gegen Absätze 24,25 abstützen, und den Federkontaktflächen 16,17 am Spülventilschieber 12 ausgebildet. Ein Durchschnittsfachmann leitet aus diesem Ausführungsbeispiel ab, dass die Vorspannkräfte der Spülventilfeder 14,15 einfach durch Ein- oder Ausschrauben der Abschlusskappen 40,41 eingestellt werden können.
Aus 5 kann ebenso entnommen werden, dass der Spülventilschieber 12 in seiner mittleren Stellung eine negative Überdeckung mit dem Auslassanschluss 7 aufweist, wobei er dadurch einen kleinen Hydraulikflüssigkeitsfluss aus beiden Einlassanschlüssen 5,6 zum Auslassanschluss 7 ermöglicht. Da sich eine Hydraulikeinheit in einem geschlossenen Kreislaufsystem jedoch beinahe nie in der Neutralstellung befindet, wirkt auf eine der Stirnflächen des Spülventilschiebers 12 immer ein sehr kleiner Druckunterschied und verschiebt den Spülventilschieber 12 aus seiner mittleren Stellung. Aus 5 kann entnommen werden, dass, wenn der Spülventilschieber 12 in Richtung einer Seite bewegt wird, der zugehörige Abstand 47 geschlossen wird, auch wenn die Druckkraft auf der Stirnfläche auf der anderen Seite nicht hoch genug ist, um die Spülventilfeder 14 oder 15 zusammenzudrücken. Jedoch schließt der Spülventilschieber 12 in dieser den Abstand 47 schließenden Stellung die negative Überdeckung (den Flüssigkeitspfad zwischen dem Spülventilschieber 12 und der Spülventilbohrung 9), sodass nur auf der Seite ein Spülen von Hydraulikflüssigkeit ermöglicht wird, auf der der Abstand 47 vorhanden ist, nämlich der Niederdruckseite.
Der in 5 gezeigte Spülventilschieber weist einen Mittelteil 23 mit reduziertem Durchmesser auf, der auf eine abgeschrägte Art und Weise mit den seitlichen Teilen des Spülventilschiebers 12 verbunden ist, um ein proportionales Spülen von Hydraulikflüssigkeit des Spülventils 10 zu ermöglichen, sobald die Druckkraft auf eine Stirnfläche des Spülventilschiebers 12, d.h. der Druck in einer Druckkammer 30 oder 31, hoch genug ist, um die gegenüberliegende Spülventilfeder 14 oder 15 zusammenzudrücken.
Ein Funktionsdiagramm des erfindungsgemäßen Spülventils 10 ist in 6 gezeigt, in der die Größe des Abstandes beispielhaft auf 0.9 mm festgelegt ist und in der der federzusammendrückende Druck, d.h. der Grenzwert für das Spülen mit Hydraulikflüssigkeit unter Betriebsbedingungen, auf 6,5 bar festgelegt ist. Aus dem Diagramm gemäß 6 kann abgeleitet werden, dass die Auslenkung des Spülventilschiebers 12 proportional zum Druckunterschied an den beiden Einlassanschlüssen 5 und 6 ist. Zusammen mit dem in 5 gezeigten, schrägen Spülventilschieber 12 wird eine proportionale Erhöhung der Hydraulikflüssigkeitsspülung mit ansteigendem Druckunterschied an beiden Einlassanschlüssen 5 und 6 erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulische Vorrichtung
2: Arbeitsleitung
3: Arbeitsleitung
4: Rotationseinheit
5: Einlassanschluss
6: Einlassanschluss
7: Auslassanschluss
8: Ventilgehäuse
9: Zylindrische Bohrung
10: Spülventil
12: Spülventilschieber
14: Erste Spülventilfeder
15: Zweite Spülventilfeder
16: Federkontaktfläche
17: Federkontaktfläche
18: Druckfläche
19: Druckfläche
20: Federabstützfläche
21: Federabstützfläche
23: Mittlerer Teil
24: Absatz
25: Absatz
30: Druckkammer
31: Druckkammer
35: Hochdruckauswahlventil
40: Abschlusskappe
41: Abschlusskappe
47: Abstand
100: Tank

Claims

Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) für hydrostatische Einheiten, verwendbar in geschlossenen Hydraulikkreislaufantriebsanwendungen mit einem Spülventilgehäuse (8), mit einem ersten, mit einer ersten Arbeitsleitung (2; 3) verbundenen, Einlassanschluss (5; 6), einem zweiten, mit einer zweiten Einlassleitung (3; 2) verbundenen, Einlassanschluss (6; 5) und einem Auslassanschluss (7) zum Ablassen von Hydraulikflüssigkeit, wobei ein zweiseitiger, verschiebbarer Spülventilschieber (12) im Spülventilgehäuse (8) in einer zylindrischen Ventilbohrung (9) montiert ist, der in einer verschobenen Stellung einen Flüssigkeitsstrom von entweder dem ersten oder dem zweiten Einlassanschluss (5; 6), je nachdem an welchem der niedrigere hydraulische Druck anliegt, zum Auslassanschluss (7) ermöglicht, wobei der Spülventilschieber (12) auf jeder Seite eine Druckfläche (18; 19) aufweist, von denen jede mit einem der beiden Einlassanschlüsse (5; 6) verbunden ist und wobei auf jeder Seite des Spülventilschiebers (12) eine Spülventilfeder (14; 15) derart im Spülventilgehäuse (8) angeordnet ist, dass ein Abstand auf jeder Seite des Spülventilschiebers (12) zwischen einer Federkontaktfläche (16; 17) am Spülventilschieber (12) und einer Federabstützfläche (20; 21) im Spülventilgehäuse (8) größer ist als die axiale Länge der zugehörigen Spülventilfeder (14; 15), wenn der Spülventilschieber (12) in seiner mittleren, nicht verschobenen Stellung ist.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach Anspruch 1, wobei der Spülventilschieber (12) aus seiner mittleren Position ohne Einwirkung von Federkräften verschoben werden kann, bis eine der Spülventilfedern (14; 15) physisch sowohl mit der zugehörigen Federkontaktfläche (16; 17) am Spülventilschieber (12) als auch mit der Federabstützfläche (20; 21) im Spülventilgehäuse (8) in Berührung kommt.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zylindrische Ventilbohrung (9) durch Abschlusskappen (40) verschlossen ist, sodass Räume zwischen den Enden des Spülventilschiebers (12) und den Abschlusskappen (40) Druckkammern (30; 31) ausbilden, von denen jede von einem der beiden Einlassanschlüsse (5; 6) mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit versorgt werden kann und wobei jede der Abschlusskappen (40) eine Federabstützfläche (16; 17) für eine der Spülventilfedern (14; 15) bereitstellt.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach Anspruch 3, wobei die Spülventilfedern (14; 15) so an den Abschlusskappen (40) angebracht sind, dass in der mittleren Stellung des Spülventilschiebers (12) ein Abstand zwischen jedem Ende des Spülventilschiebers (12) und der zugehörigen Spülventilfeder (14; 15) vorhanden ist.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach Anspruch 3, wobei die Spülventilfedern (14; 15) im Spülventilgehäuse (8) vorgespannt aufgenommen sind, wobei eine Seite jeder Spülventilfeder (14; 15) sich gegen einen Absatz (24; 25) in der zylindrischen Ventilbohrung (9) abstützt und das andere Ende sich gegen die zugehörige Abstützfläche (20; 21) der Abschlusskappe (40; 41) abstützt.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach Anspruch 5, wobei die Vorspannkraft der Spülventilfedern (14; 15) über die Abschlusskappen (40) eingestellt werden kann.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die Druckdifferenz an den beiden Einlassanschlüssen (5; 6) größer als null ist, der Spülventilschieber (12) sich in einer verschobenen Stellung befindet und mit einer der Spülventilfedern (14; 15) mit seiner zugehörigen Federkontaktfläche (16; 17) in Kontakt steht, wobei die Spülventilfeder (14; 15) die Federabstützfläche (20; 21) berührt und ein Flüssigkeitsablauf von dem Einlassanschluss (5; 6), an dem ein niedrigerer Druck vorherrscht, zum Auslassanschluss (7) hergestellt ist, wobei ein Flüssigkeitsauslass vom anderen Einlassanschluss (6; 5) unterbunden ist.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spülventilschieber (12) eine der Spülventilfedern (14; 15) zusammendrückt, wenn der Druckunterschied an einem der beiden Einlassanschlüsse (5; 6) größer ist als ein vorher festgelegter Grenzwert und ein Flüssigkeitsstrom vom Einlassanschluss (5; 6), an dem der niedrigere Druck vorherrscht, zum Auslassanschluss (7) hergestellt ist, wobei ein Flüssigkeitsauslass vom anderen Einlassanschluss (6; 5) unterbunden ist.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach Anspruch 8, wobei der Spülventilschieber (12) eine Menge an Flüssigkeitsauslass erlaubt, die proportional zum Druckunterschied ist, wenn der Druckunterschied größer als der vorher festgelegte Grenzwert ist.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spülventilschieber (12) eine allgemein zylindrische Form aufweist, wobei ein Mittelabschnitt (23) einen reduzierten Durchmesser aufweist, der fluidisch mit dem Auslassanschluss (7) verbunden ist und in einer verschobenen Stellung des Spülventilschiebers (12) mit einem der beiden Einlassanschlüsse (5; 6) überlappt.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstände zwischen den Federkontaktflächen (16; 17) am Spülventilschieber (12) und den Federabstützflächen (20; 21) im Spülventilgehäuse (8) oder an den Abschlusskappen (40) einstellbar sind.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschlusskappen (40) Hubbegrenzungen für den Spülventilschieber (12) ausbilden.
Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spülventilschieber (12) in seiner mittleren Stellung eine positive oder negative Überdeckung im Hinblick auf beide Einlassanschlüsse (5; 6) aufweist.
Hydraulische Antriebseinheit mit einem Hydraulikflüssigkeitsspülventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Auslassanschluss (7) zu einem Gehäuse (8) oder einem Tank (100) der hydraulischen Antriebseinheit führt.
Hydraulische Antriebseinheit nach Anspruch 14, wobei das Spülventilgehäuse (8) ein integraler Bestandteil des Gehäuses (8) der hydraulischen Antriebseinheit ist und wobei die Ventilbohrung (9) des Spülventils (10) im Gehäuse (8) der hydraulischen Antriebseinheit ausgebildet ist.