DE19706113A1 - Hydrostatisches Antriebssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit mindestens einem beidseitig betätigbaren, im offenen Kreislauf an eine Pumpe angeschlossenen Verbraucher, dessen Zulauföffnung mittels eines Wegeventils mit einer an die Pumpe angeschlossenen Förderleitung und dessen Ablauföffnung mittels des Wegeventils an eine zu einem Behälter führende Rücklaufleitung anschließbar ist, wobei in der zu dem Behälter führenden Rücklaufleitung ein Vorspannventil und ein Umgehungsventil angeordnet ist.

Hydrostatische Antriebssysteme dieser Art weisen Wegeventile auf, mit denen der Verbraucher entsprechend einer am Wegeventil eingestellten Durchflußrichtung mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Das Druckmittel strömt hierbei von der Förderleitung der Pumpe zur Zulauföffnung des Verbrauchers und von der Ablauföffnung in eine mit dem Behälter in Verbindung stehende Rücklaufleitung. Beim Betrieb des Verbrauchers, beispielsweise beim Absenken einer von einem Zylinder betätigten Last, kann es zu Betriebszuständen kommen, in denen der aus der Ablauföffnung fließende Druckmittelstrom größer ist als der von der Pumpe gelieferte, in die Zulauföffnung fließende Druckmittelstrom. Der von der Pumpe gelieferte Druckmittelstrom reicht somit nicht aus, um die Zulaufseite des Verbrauchers zu füllen. Dadurch tritt an der Zulaufseite des Verbrauchers ein Füllungsmangel auf, der zu Kavitation führt. Um diesen Füllungsmangel zu vermeiden, ist es bekannt, in der Rücklaufleitung ein federbelastetes Vorspannventil anzuordnen, das in Richtung zum Behälter öffnet und den Druck in der Rücklaufleitung entsprechend der Federvorspannung erhöht. Dabei kann die Ablaufseite des Verbrauchers mit der Zulaufseite mittels einer Leitung und eines in Richtung zur Zulaufseite öffnenden Rückschlagventils verbunden werden, wodurch das in der Rücklaufleitung aufgestaute Druckmittel zur Zulaufseite des Verbrauchers fließt. Der von der Pumpe zu liefernde Druckmittelstrom kann dadurch reduziert werden.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß in Betriebszuständen, in denen ebenfalls an der Ablaufseite des Verbrauchers ein Füllungsmangel auftritt, beispielsweise bei wechselnden Belastungszuständen am Verbraucher, und folglich der Druck in der Rücklaufleitung des Verbrauchers zusammenbricht, aufgrund der Sperrwirkung des Vorspannventils kein Druckmittel vom Behälter in Richtung zur Ablauföffnung des Verbrauchers fließen kann. Dadurch können unkontrollierte Bewegungen des Verbrauchers auftreten. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, ein Umgehungsventil zum Vorspannventil in der Ablaufleitung anzuordnen, das in Richtung zur Ablauföffnung des Verbraucher öffnet und einen Druckmittelstrom vom Behälter zur Ablaufseite des Verbrauchers ermöglicht. Der Behälter kann hierzu vorgespannt sein, um einen Druckmittelstrom vom Behälter zur Ablauföffnung des Verbrauchers sicherzustellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Antriebssystem zur Verfügung zu stellen, bei dem das Vorspannventil und das Umgehungsventil einen geringen Platzbedarf aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Umgehungsventil in das Vorspannventil integriert ist.

In der Ablaufleitung des Verbrauchers ist somit lediglich ein einziges Ventil vorzusehen, das zum einen eine Vorspannung der Rücklaufleitung und zum anderen eine Verbindung der Ablauföffnung des Verbrauchers mit dem Behälter herstellt. Ein derartiges kombiniertes Umgehungs- und Vorspannventil hat nur einen geringen Platzbedarf, da durch die Integration des Umgehungsventils in das Vorspannventil kein zusätzlicher Einbauraum benötigt wird. Zudem sind in der Rücklaufleitung keine zusätzlichen Leitungen vorzusehen, die von der Rücklaufleitung abzweigen, um ein Umgehungsventil zum Vorspannventil anzuordnen. Dadurch wird ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Antriebssystem ermöglicht und Kavitation an der Zulauf- und der Ablaufseite des Verbrauchers vermieden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Vorspannventil in Schließrichtung durch die Kraft einer Feder sowie den in der Rücklaufleitung stromab des Vorspannventils anstehenden Druck und in Öffnungsrichtung durch den in der Rücklaufleitung stromauf des Vorspannventils anstehenden Druck und bei der das Umgehungsventil in Schließrichtung durch die Kraft einer Feder sowie den in der Ablaufleitung stromauf des Vorspannventils anstehenden Druck und in Öffnungsrichtung durch den in der Rücklaufleitung stromab des Vorspannventils anstehenden Druck beaufschlagbar ist, weist der Ventilkörper des Vorspannventil eine Längsbohrung auf, die bei geschlossenem Vorspannventil eine Verbindung des Behälters mit der Ablauföffnung des Verbrauchers ermöglicht, und ist in der Längsbohrung der Ventilkörper des Umgehungsventils angeordnet, der in Schließstellung die Verbindung der Ablauföffnung mit dem Behälter sperrt. Durch die Anordnung des Ventilkörpers des Umgehungsventils in der Längsbohrung des Ventilkörpers des Vorspannventils und die Ausbildung eines Ventilsitzes des Umgehungsventils innerhalb der Längsbohrung wird ein besonders platzsparender Aufbau eines Vorspannventils mit einem integrierten Umgehungsventil ermöglicht.

Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn an dem Vorspannventil eine erste, in Schließrichtung wirksame Wirkfläche und eine zweite, in Öffnungsrichtung wirksame Wirkfläche vorgesehen ist, die jeweils an den Stirnflächen des Ventilkörpers ausgebildet sind. Der in der Rücklaufleitung stromauf des Vorspannventils und somit an der zweiten Wirkfläche des Vorspannventils anstehende Druck wird auf einen Wert erhöht, der der Federvorspannung und dem an der ersten Wirkfläche anstehenden Druck stromab des Vorspannventils entspricht.

Von besonderem Vorteil ist es weiterhin, wenn am Ventilkörper des Umgehungsventils eine erste in Öffnungsrichtung wirkende und eine zweite in Schließrichtung wirkende Wirkfläche vorgesehen ist, wobei die zweite Wirkfläche von der der ersten Wirkfläche des Vorspannventils zugewandten Stirnseite des Ventilkörpers des Umgehungsventils gebildet und die erste Wirkfläche zwischen den Stirnseiten des Ventilkörpers des Umgehungsventils angeordnet ist. Dadurch wird auf einfache Weise ermöglicht, den Ventilkörper des Umgehungsventils durch den an der ersten Wirkfläche anstehenden Behälterdruck in Öffnungsrichtung zu betätigen.

Zweckmäßigerweise weist der Ventilkörper des Umgehungsventils an den Stirnseiten unterschiedliche Durchmesser auf, wobei die Stirnseite mit dem größeren Durchmesser die zweite Wirkfläche bildet, und ist im Bereich der Durchmesseränderung die erste Wirkfläche angeordnet. Durch diese Ausgestaltung des Ventilkörpers mit unterschiedlichen Durchmessern weist die Stirnseite, die der Ablaufleitung zugewandt ist, einen kleineren Durchmesser auf als die Stirnfläche, die die in Schließrichtung des Umgehungsventils wirkende zweite Wirkfläche bildet. Dadurch entsteht in dem Bereich der Durchmesseränderung eine erste Wirkfläche, die durch den Druck stromab des Vorspannventils in Öffnungsrichtung des Umgehungsventils wirksam ist.

Mit besonderem Vorteil weist der Ventilkörper des Umgehungsventils eine Längsbohrung auf, mittels der die zweite Wirkfläche des Umgehungsventils mit dem in der Rücklaufleitung stromauf des Vorspannventils anstehenden Druck beaufschlagbar ist. Die Längsbohrung ermöglicht es, den in der Ablaufleitung stromauf des Vorspannventils anstehenden Druck der zweiten Wirkfläche zuzuführen, die an der der Ablaufleitung abgewandten Stirnfläche des Ventilkörpers des Umgehungsventils gebildet ist.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn innerhalb der Längsbohrung des Ventilkörper des Vorspannventils eine Hülse angeordnet ist, die eine Längsbohrung aufweist, in der der Ventilkörper des Umgehungsventils längsverschiebbar gelagert ist, und die Hülse mit der Feder des Vorspannventils und der Feder des Umgehungsventils in Wirkverbindung steht. Dadurch wird ein besonders kostengünstiger Aufbau des Ventils ermöglicht, da die Längsbohrung im Ventilkörper des Vorspannventils als Durchgangsbohrung ausgeführt werden kann. Zudem wird durch die Hülse ermöglicht, den Ventilkörper des Umgehungsventils mit den unterschiedlichen Außendurchmessern auf einfache Weise in den Ventilkörper des Vorspannventils zu montieren.

Besonders zweckmäßig ist es weiterhin, wenn an der Hülse mindestens eine Verbindungsbohrung vorgesehen ist, mittels der die erste Wirkfläche des Vorspannventils mit dem in der Rücklaufleitung stromab des Vorspannventils anstehenden Druck beaufschlagbar ist. Dadurch wird auf einfache Weise ermöglicht, daß an der ersten Wirkfläche des Vorspannventils der Druck stromab des Vorspannventils ansteht. Durch die Verbindung der ersten Wirkfläche des Vorspannventils mit dem Behälter wird weiterhin ermöglicht, daß der Ventilkörper des Vorspannventils in Öffnungsrichtung verschiebbar ist, falls der an der zweiten Wirkfläche des Vorspannventils anstehenden Druck in der Ablaufleitung stromauf des Vorspannventils die an der ersten Wirkfläche anstehenden Kräfte übersteigt.

Mit besonderem Vorteil weist die Hülse einen Flansch auf, der mit der Feder und einem Absatz in der Längsbohrung des Ventilkörpers des Vorspannventils in Wirkverbindung steht und ist im Bereich des Flansches mindestens eine Verbindungsbohrung angeordnet. Durch die an dem Flansch angreifende Feder des Vorspannventils wird die Hülse im Ventilkörper des Vorspannventils kraftschlüssig gehalten. Zudem können die Verbindungsbohrungen zur Verbindung der ersten Wirkfläche des Vorspannventils mit dem Behälter auf einfache Weise hergestellt werden. Dadurch ergibt sich ein besonders kostengünstiger Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine Ventilanordnung 1, die in einer Rücklaufleitung 2 eines nicht mehr dargestellten Wegeventils eines hydrostatischen Antriebssystem angeordnet ist. Die Ventilanordnung 1 weist einen Anschluß 3, der mit dem Wegeventil 3 verbunden ist, und einen Anschluß 4 auf, der eine Verbindung zu einem Behälter herstellt.

Die Ventilanordnung 1 besteht aus einem Ventilkörper 5 eines Vorspannventils 5a, der in einer Längsbohrung 6 eines Gehäuses 7 verschiebbar gelagert ist und an einer Stirnseite mit der Längsbohrung 6 einem Ventilsitz 8 bildet. Das Innere des Ventilkörpers 5 ist von einer Längsbohrung 9 durchsetzt, von der mehrere Radialbohrungen 10 ausgehen. Bei geschlossenem Vorspannventil 5a wird dadurch eine Verbindung des mit der Ablauföffnung des Verbrauchers in Verbindung stehenden Anschlusses 3 und des mit dem Behälter in Verbindung stehenden Anschlusses 4 ermöglicht. In der Längsbohrung 9 ist eine Hülse 11 angeordnet, die mit einem Flansch 12 an einem von der Längsbohrung 9 gebildeten Absatz 13 anliegt. Die Hülse 11 steht im Bereich des Flansches 12 mit einer Feder 14 in Wirkverbindung, die die Hülse 11 und somit den Ventilkörper 5 in Schließrichtung beaufschlagt. Die der Feder 14 zugewandten Stirnflächen des Ventilkörpers 5 und der Hülse 10 bilden eine erste in Schließrichtung des Vorspannventils wirksame Wirkfläche 15, die mittels mehrerer im Bereich des Flansches 11 angeordneten Verbindungsbohrungen 16 bei Verwendung eines vorgespannten Behälters in Schließrichtung zusätzlich durch den stromab des Vorspannventils in der Rücklaufleitung 2 anstehenden Druck des Behälters beaufschlagbar sind. An der der Ablaufleitung zugewandten Stirnseite des Ventilkörpers 5 ist eine zweite Wirkfläche 16 gebildet, die den Ventilkörper 5 in Öffnungsrichtung durch den Druck in der Ablaufleitung stromauf des Vorspannventils beaufschlagt.

Die Hülse 11 weist eine Längsbohrung 17 auf, in der ein Ventilkörper 18 des Umgehungsventils 18a längsverschiebbar gelagert ist. Der Ventilkörper 18 bildet mit der Längsbohrung 9 des Vorspannventils einen Ventilsitz 19, der in geschlossener Stellung die Verbindung des mit dem Wegeventil verbundenen Anschlusses 3 und dem mit dem Behälter verbundenen Anschluß 4 sperrt. Die in der Hülse 11 befindliche Stirnseite des Ventilkörpers 18 bildet eine zweite Wirkfläche 19, die von der Kraft einer Feder 20 und durch den Druck in der Ablaufleitung 2 stromauf des Vorspannventils beaufschlagbar ist. Der Ventilkörper 18 weist hierzu eine Längsbohrung 21 auf, die eine Verbindung der zweiten Wirkfläche 16 mit der Ablaufleitung 2 stromauf des Vorspannventils 5a herstellt. In dem aus der Hülse 11 herausragenden Bereich des Ventilkörpers 18, der den Ventilsitz 19 bildet, ist der Außendurchmesser des Ventilkörpers 11 reduziert, wodurch in dem Bereich der Durchmesseränderung eine erste Wirkfläche 22 entsteht, die zwischen den Stirnseiten des Ventilkörpers 18 angeordnet ist und den Ventilkörper 18 in Öffnungsrichtung mit dem stromab des Umgehungsventil 18a anstehenden Behälterdruck beaufschlagt.

Beim Betrieb des Antriebssystems strömt Druckmittel von der Ablauföffnung des Verbrauchers in die Ablaufleitung 2 und somit an den Anschluß 3 der Ventilanordnung 1. Der Ventilkörper 5 des Vorspannventils 5a befindet sich in der gezeigten Stellung und sperrt die Verbindung des Anschlusses 3 zu dem Anschluß 4 und somit die Verbindung der Ablauföffnung des Verbraucher zum Behälter ab. Über die Längsbohrung 21 des Ventilkörpers 18 ist ebenfalls die zweite Wirkfläche 19 des Ventilkörpers 18 des Umgehungsventils 18a mit dem in der Ablaufleitung stromauf des Vorspannventils 5a anstehende Druck beaufschlagt. Durch die unterschiedlichen Flächen der zweiten Wirkfläche 19 und der der Ablaufleitung 2 zugewandten Stirnfläche des Ventilkörpers 18 des Umgehungsventils 18a und durch die Kraft der Feder 17 wird das Umgehungsventil 18a in der Schließstellung gehalten.

Der Druck in der Ablaufleitung 2 steigt an, bis die an der Wirkfläche 16 des Ventilkörpers 5 des Vorspannventils 5a aufgrund des aufgestauten Druckes anstehende Kraft den Ventilkörper 5 entgegen der Kraft der Feder 9 und gegebenenfalls dem Behälterdruck, der über die Verbindungsbohrungen 16 an der ersten Wirkfläche 15 ansteht, öffnet. Die Ablaufleitung 2 wird somit auf einen entsprechend der Kraft der Feder 14 und dem Behälterdruck sich einstellenden Druck vorgespannt. Beim Betrieb des Verbrauchers wird somit vermieden, daß Druckmittel in Betriebszuständen, in denen der Verbraucher durch eine äußere Kraft angetrieben wird, aus der Ablaufseite des Verbrauchers schneller abfließt als der Zulaufseite durch die Pumpe zur Verfügung gestellt werden kann. Dadurch wird ein Füllungsmangel an der Zulaufseite vermieden.

In einem Betriebszustand, in dem zusätzlich an der Ablaufseite des Verbrauchers ein Füllungsmangel auftritt, beispielsweise bei einer sich ändernden äußeren Last und folglich der aufgestaute Druck in der Ablaufleitung 2 zusammenbricht, geht der Ventilkörper 5 des Vorspannventils 5a in Schließstellung. An der zweiten Wirkfläche 16 des Ventilkörpers 5 und an der zweiten Wirkfläche 19 des Ventilkörpers 18 steht somit kein Druck an. Der Ventilkörner 18 des Umgehungsventils 18a kann dadurch aufgrund des an der ersten Wirkfläche 22 anstehenden Behälterdrucks in Öffnungsstellung gehen, wodurch Druckmittel von dem mit dem Behälter in Verbindung stehenden Anschluß 4 zu dem mit der Ablauföffnung des Verbrauchers verbundenen Anschluß 3 strömt. In derartigen Betriebszuständen wird somit ebenfalls Füllungsmangel an der Ablaufseite des Verbrauchers vermieden.

Claims (9)

1. Hydrostatisches Antriebssystem mit mindestens einem beidseitig betätigbaren, im offenen Kreislauf an eine Pumpe angeschlossenen Verbraucher, dessen Zulauföffnung mittels eines Wegeventils mit einer an die Pumpe angeschlossenen Förderleitung und dessen Ablauföffnung mittels des Wegeventils an eine zu einem Behälter führende Rücklaufleitung (2) anschließbar ist, wobei in der zu dem Behälter führenden Rücklaufleitung ein Vorspannventil (5a) und ein Umgehungsventil (18a) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehungsventil (18a) in das Vorspannventil (5a) integriert ist.

2. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das Vorspannventil (5a) in Schließrichtung durch die Kraft einer Feder (14) sowie den in der Rücklaufleitung (2) stromab des Vorspannventils (5a) anstehenden Druck und in Öffnungsrichtung durch den in der Rücklaufleitung (2) stromauf des Vorspannventils (5a) anstehenden Druck und wobei das Umgehungsventil (18a) in Schließrichtung durch die Kraft einer Feder (20) sowie den in der Ablaufleitung (2) stromauf des Vorspannventils (5a) anstehenden Druck und in Öffnungsrichtung durch den in der Rücklaufleitung (2) stromab des Vorspannventils (5a) anstehenden Druck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (5) des Vorspannventils (5a) eine Längsbohrung (9) aufweist, die bei geschlossenem Vorspannventil (5a) eine Verbindung des Behälters mit der Ablauföffnung des Verbrauchers ermöglicht, und daß in der Längsbohrung (9) der Ventilkörper (18) des Umgehungsventils (18a) angeordnet ist, der in Schließstellung die Verbindung der Ablauföffnung mit dem Behälter sperrt.

3. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilkörper (5) des Vorspannventils (5a) eine erste, in Schließrichtung wirksame Wirkfläche (15) und eine zweite, in Öffnungsrichtung wirksame Wirkfläche (16) vorgesehen ist, die jeweils an den Stirnseiten des Ventilkörpers (5) ausgebildet sind.

4. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilkörper (18) des Umgehungsventils (18a) eine erste (22), in Öffnungsrichtung wirkende und eine zweite (19), in Schließrichtung wirkende Wirkfläche vorgesehen ist, wobei die zweite Wirkfläche (19) von der der ersten Wirkfläche (15) des Vorspannventils (5a) zugewandten Stirnseite des Ventilkörpers (18) des Umgehungsventils (18a) gebildet ist und die erste Wirkfläche (22) zwischen den Stirnseiten des Ventilkörpers (18) des Umgehungsventils (18a) angeordnet ist.

5. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (18) des Umgehungsventils (18a) an den Stirnseiten unterschiedliche Durchmesser aufweist, wobei die Stirnseite mit dem größeren Durchmesser die zweite Wirkfläche (19) bildet und wobei im Bereich der Durchmesseränderung die erste Wirkfläche (22) angeordnet ist.

6. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (18) des Umgehungsventils (18a) eine Längsbohrung (21) aufweist, mittels der die zweite Wirkfläche (19) des Umgehungsventils (18a) mit dem in der Rücklaufleitung (2) stromauf des Vorspannventils (5a) anstehenden Druck beaufschlagbar ist.

7. Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Längsbohrung (9) des Ventilkörpers (5) des Vorspannventils (5a) eine Hülse (11) angeordnet ist, die eine Längsbohrung (17) aufweist, in der der Ventilkörper (18) des Umgehungsventils (18a) längsverschiebbar gelagert ist, und die Hülse (11) mit der Feder (14) des Vorspannventils (5a) sowie der Feder (20) des Umgehungsventils (18a) in Wirkverbindung steht.

8. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülse (11) mindestens eine Verbindungsbohrung (16) vorgesehen ist, mittels der die erste Wirkfläche (15) des Vorspannventils (5a) mit dem in der Rücklaufleitung (2) stromab des Vorspannventils (5a) anstehenden Druck beaufschlagbar ist.

9. Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) einen Flansch (12) aufweist, der mit der Feder (14) und einem Absatz (13) in der Längsbohrung (9) des Ventilkörpers (5) des Vorspannventils (5a) in Wirkverbindung steht und im Bereich des Flansches (12) mindestens eine Verbindungsbohrung (16) angeordnet ist.