DE4329327A1 - Steuereinheit für ein hydraulisches Betriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil - Google Patents
Steuereinheit für ein hydraulisches Betriebssystem, insbesondere DoppelfahrbremsventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein hydraulisches
Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil, mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Fahrbremsventile werden in hydraulischen Antriebssystemen ver
wendet, deren Hydromotoren im offenen Kreislauf betrieben wer
den, beispielsweise in einem Fahrantrieb eines Mobilbaggers. Die
Funktion eines Fahrbremsventils besteht in der Verhinderung ei
nes Überdrehens und somit eines Füllungsmangels von Hydromoto
ren, der ohne Verwendung eines Bremsfahrventils auftreten würde,
sobald die Drehzahl des Hydromotors durch Antrieb von außen,
beispielsweise durch Bergabfahrt ohne Last, die dem zufließenden
Volumenstrom entsprechende Drehzahl übersteigt.
Ein bekanntes Bremsfahrventil ist so ausgebildet, daß ein Fül
lungsmangel des Hydromotors dadurch verhindert wird, daß der ab
fließende Ölstrom nicht direkt in die Arbeitsleitung zum Wege
ventil gelangen kann, sondern über das Fahrbremsventil und zwei
Rückschlagventile beiden Arbeitsleitungen angeboten wird. Hier
durch wird das Rücklauföl bei Unterdruck auf der Zulaufseite er
neut der Zulaufseite zugeführt.
Dieses Fahrbremsventil weist jedoch den Nachteil auf, daß eine
schnelle Reversierbewegung des Bremsventils, insbesondere in
Fällen eines stark gedämpften Schließverhaltens des Bremsven
tils, unmöglich ist, da die vorher offene Rücklaufverbindung das
nach dem Reversieren auf der jeweils anderen Arbeitsleitung an
kommende Öl praktisch während der gesamten Schließzeit des Fahr
bremsventils abfließen läßt, ohne daß eine Umsteuerung der Dreh
richtung des Hydromotors erfolgt.
Wird während der Schließzeit des Fahrbremsventils das von einer
regelbaren Hydropumpe gelieferte Ölvolumen erhöht, da vermeint
lich mit einem geringerem Volumen keine Reversierung erreicht
werden kann, so wird durch das nach der Schließzeit des Fahr
bremsventils von der Pumpe gelieferte höhere Volumen eine extrem
ruckartige Reversierbewegung des Antriebs verursacht.
Diese Verzögerung der Reversierbewegung bzw. die nach der Ver
zögerung möglicherweise auftretende extrem ruckartige Reversier
bewegung führt bei Baustellenfahrzeugen zu einer nicht zufrie
denstellenden Funktion.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerein
heit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppel
fahrbremsventil, der eingangs genannten Art zu schaffen, welches
die sofortige Einleitung der Reversierbewegung des hydraulischen
Antriebssystems auch bei einer stark gedämpften Schließbewegung
des Regelventils ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patent
anspruchs l. Durch das Ersetzen vorzugsweise beider, bei dem be
kannten Fahrbremsventil in den Arbeitsleitungen angeordneten
Rückschlagventilen durch ein 3/2-Schaltventil mit der Funktion
gemäß Anspruch 1 ist gewährleistet, daß praktisch sofort nach
dem Umschalten des Wegeventils in die jeweils andere Stellung
die während des Schließvorgangs des Regelventils noch offene
Rücklaufverbindung getrennt wird, so daß eine unverzügliche
Umkehr der Drehrichtung des Hydromotors erreicht wird.
Dabei können die in den Arbeitsleitungen angeordneten Umschalt
ventile eine positive oder negative Schaltüberdeckung aufweisen,
wobei eine negative Schaltüberdeckung den Vorteil hat, daß die
Reversierbewegung weicher erfolgt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Umschaltventil je
doch auch eine positive Schaltüberdeckung aufweisen. Der Um
schaltvorgang kann sowohl im Fall einer negativen Schaltüberdeckung
als auch im Fall einer positiven Schaltüberdeckung durch
einen Bypass mit definiertem Querschnitt weicher gestaltet wer
den.
Der Bypass ist dabei so ausgebildet, daß während des Verringerns
des Querschnitts der noch offenen Verbindungsleitung im Um
schaltventil während der gesamten Schließzeit des Regelventils
parallel zu diesem Querschnitt ein definiertes Volumen durch den
Bypass und über die noch offene Verbindungsleitung des Regelven
tils abfließen kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die
ansonsten bei einer positiven Schaltüberdeckung auftretenden
Druckspitzen vermieden werden. Diese bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung weist auch gegenüber der Verwendung eines Um
schaltventils mit negativer Schaltüberdeckung den Vorteil auf,
daß während der Schaltbewegung keine undefinierten Zustände
auftreten können.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Umschaltventil
einen durch die Fluidströmung in einem Gehäuse bewegbaren Kolben
auf, welcher in seinen beiden Endstellungen entweder die Rück
laufleitung mit dem betreffenden Anschluß des Regelventils bzw.
die Arbeitsleitung mit dem betreffenden Anschluß des Hydromotors
verbindet.
Diese konstruktive Ausgestaltung des Umschaltventils realisiert
bei geringem konstruktiven Aufwand die geforderten Schaltfunk
tionen und die erforderliche Schaltüberdeckung und ist darüber
hinaus auf einfache Weise zusammen mit den übrigen Komponenten
der erfindungsgemäßen Steuereinheit zu einem einzigen System
integrierbar.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un
teransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
Fig. 1 den Schaltplan eines hydraulischen Antriebssy
stems unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Steuereinheit;
Fig. 2 eine Teilansicht einer konstruktiven Ausgestal
tung eines Umschaltventils mit negativer Schalt
überdeckung für die erfindungsgemäße Steuerein
heit und
Fig. 3 ein Umschaltventil mit positiver Schaltüberdeckung
und Bypass für die erfindungsgemäße Steuer
einheit.
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Komponenten eines hydraulischen
Antriebssystems, wie es beispielsweise bei einem hydraulischen
Bagger zum Einsatz kommt.
Das hydraulische Antriebssystem 1 besteht im wesentlichen aus
einer Hydropumpe 2 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, welche
Öl aus einem Vorratsbehälter oder Tank 3 in eine Leitung 4
pumpt. Die Leitung 4 führt zu einem Wegeventil 10, das in eine
Vorwärtsstellung V1, eine Rückwärtsstellung R1 und eine Mittel
stellung M1 gesteuert werden kann. Die Ansteuerung des Wegeven
tils kann, wie in Fig. 1 dargestellt, beispielsweise durch
Druckbeaufschlagung von hydraulischen Töpfen mittels Steuerlei
tungen 11 und 12 erfolgen. Vorzugsweise ist das Wegeventil 10 so
ausgebildet, daß es durch Federn 13, 14 in seiner Mittelstellung
M1 gehalten bzw. bei drucklosen Steuerleitungen 11, 12 in diese
überführt wird.
In der Mittelstellung M1 des Wegeventils 10 sind die beiden Ar
beitsleitungen 20, 21, welche das Wegeventil mit der erfindungs
gemäßen Steuereinheit 25 verbinden, innerhalb des Wegeventils
miteinander verbunden und stehen mit einer Rücklaufleitung 26
zum Tank 3 in Verbindung. Die Leitung 4 wird im Wegeventil 10 in
der Mittelstellung M1 gesperrt.
Zwischen den Leitungen 4 und 26 ist ein Überdruckventil 28 an
geordnet, welches die Leitung 4 mit der Leitung 26 verbindet,
wenn der Druck in der Leitung 4 einen vorbestimmten Schwellwert
übersteigt.
Der effektive Strömungsquerschnitt der Arbeitsleitungen 20, 21
wird durch innerhalb des Wegeventils angeordnete Drosseln oder
Blenden auf vorbestimmte Werte festgelegt.
Die Leitungen 20, 21 laufen durch eine Drehdurchführung 30, da
sich das Wegeventil 10 mit der Pumpe 2 meist auf einem Drehauf
satz eines Fahrzeuges befindet, während sich der Hydromotor 32
und die Steuereinheit 25, über welche der Hydromotor mit dem
Wegeventil verbunden ist, in einem Unterwagen befinden.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit 25 ist vorzugsweise zu einem
einzigen Hydrobauelement integriert, das üblicherweise als Dop
pelfahrbremsventil bezeichnet wird. Die Erfindung bezieht sich
jedoch selbstverständlich auch auf ein entsprechendes, aus dis
kreten Elementen aufgebautes hydraulisches System.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit bzw. das erfindungsgemäße
Doppelfahrbremsventil 25 weist ein Regelventil 34 auf, dessen
erster Anschluß 34a über jeweils ein Rückschlagventil 36, 38 mit
den Arbeitsleitungen 20, 21 verbunden ist. Die Rückschlagventile
sind dabei so angeordnet, daß Öl vom ersten Anschluß 34a des Re
gelventils 34 den Arbeitsleitungen 20, 21 zugeführt werden kann.
Darüber hinaus sind die Arbeitsleitungen 20, 21 jeweils mit
einem ersten Anschluß 40a, 42a eines Umschaltventils 40, 42 ver
bunden, wobei die zweiten Anschlüsse 40b, 42b der Umschaltventi
le 40, 42 mit dem dritten bzw. zweiten Anschluß 34c, 34b des Re
gelventils 34 verbunden sind. Die jeweils dritten Anschlüsse
40c, 42c der Umschaltventile 40, 42 sind über Leitungen 44, 46
mit jeweils einem Anschluß 32a, 32b des Hydromotors 32 verbun
den.
Zwischen den Leitungen 44, 46 ist eine Parallelschaltung aus
zwei Überdruckventilen 48, 50 angeordnet, wobei die Öffnungs
richtungen der Überdruckventile einander entgegengesetzt gerich
tet sind. Das Überdruckventil 48 öffnet sich zur Leitung 46,
wenn der Druck in der Leitung 44 einen vorgegebenen Schwellwert
überschreitet. In analoger Weise öffnet sich das Überdruckventil
50 zur Leitung 44, wenn der Druck in der Leitung 46 einen vor
gegebenen Schwellwert überschreitet. Auf diese Weise wird eine
Beschädigung des Hydromotors durch einen konstanten Überdruck
oder Druckspitzen in den Leitungen 44 oder 46 vermieden. Der
Hydromotor ist in üblicher Weise über eine Leckleitung 52 zu
einem Auffangbehälter 54 verbunden.
Das Regelventil 34 wird abhängig von den Drücken in den Arbeits
leitungen 20, 21 aus einer Mittelstellung M2 in eine Vorwärts
stellung V2 oder eine Rückwärtsstellung R2 gesteuert. Bei druck
losen Arbeitsleitungen 20, 21 oder annähernd gleichem Druck wird
das Regelventil 34 durch Federn 56, 58 in der Mittelstellung M2
gehalten bzw. in diese rückgestellt.
Die Betätigung des Regelventils 34 erfolgt vorzugsweise, wie in
Fig. 1 dargestellt, durch Druckbeaufschlagung der hydraulischen
Töpfe 60, 62, welche über Drosselrückschlagventile 64, 66 mit
den Arbeitsleitungen 20, 21 verbunden sind. Dabei bewirken die
Drosselrückschlagventile 64, 66, daß bei einer Druckbeaufschla
gung der Leitung 20 bzw. 21 das Regelventil 34 rasch aus seiner
Mittelstellung M2 in die Vorwärtsstellung V2 bzw. in die Rück
wärtsstellung R2 geschaltet wird, da sich der Druck über das
sich jeweils öffnende Rückschlagventil in der Leitung 20 oder 21
praktisch unverzüglich und in voller Höhe am jeweiligen hydraul
ischer Topf 60 bzw. 62 aufbaut.
Befindet sich das Regelventil 34 in der Stellung V2 oder R2 und
wird die betreffende Arbeitsleitung 20 bzw. 21 dadurch drucklos
geschaltet, daß das Wegeventil in seine Mittelstellung M1 ge
schaltet wird, so erfolgt die Rückstellung des Regelventils 34
in seine Mittelstellung M2 durch die von den Federn 56 und 58
ausgeübte Kraft wegen der nunmehr wirksamen Drosselwirkung des
betreffenden Drosselrückschlagventils 64, 66 mehr oder weniger
stark gedämpft. Während dieser Schließzeit des Regelventils 34
bleibt daher - allerdings mit abnehmenden Querschnitt - die ur
sprünglich geschaltete Verbindung zwischen dem ersten und zwei
ten oder ersten und dritten Anschluß des Regelventils 34 beste
hen.
Die Umschaltventile 40, 42 sind, wie in Fig. 1 dargestellt, als
3/2 Ventile ausgebildet. Zwischen den beiden Schaltstellungen
können diese Ventile eine positive oder, wie in Fig. 1 darge
stellt, eine negative Schaltüberdeckung aufweisen.
Bei einer Druckbeaufschlagung einer der beiden Arbeitsleitungen
20 oder 21 wird das betreffende Umschaltventil in seine Vor
wärtsstellung V3, V4 geschaltet. In dieser Schaltstellung ist
die betreffende Arbeitsleitung 20, 21 mit der zugehörigen Ver
bindungsleitung 44, 46 zum Hydromotor 32 verbunden. Gleichzeitig
ist in diesem Schaltzustand die mit dem jeweils zweiten Anschluß
40b, 42b des Umschaltventils 40, 42 und dem dritten bzw. zweiten
Anschluß 34c, 34b des Regelventils 34 verbundene Rücklaufleitung
68, 70 von der betreffenden Leitung 44, 46 getrennt.
Befindet sich das eine der Umschaltventile 40, 42 in seiner Vor
wärtsstellung V3 bzw. V4, so wird durch die entsprechende Druck
beaufschlagung einer der Leitungen 44 bzw. 46 das andere Um
schaltventil in seine Rückwärtsstellung R3 bzw. R4 geschaltet.
In dieser Schaltstellung ist die betreffende Leitung 44 bzw. 46
mit der zugehörigen Rücklaufleitung 68 bzw. 70 verbunden, wobei
gleichzeitig die betreffende Leitung 44 bzw. 46 von der zugehö
rigen Arbeitsleitung 20, 21 getrennt wird.
Das heißt, die Umschaltventile 40, 42 erfüllen einerseits die
Funktion der Rückschlagventile, welche bei dem eingangs genann
ten bekannten Doppelfahrbremsventil anstelle der Umschaltventile
40, 42 vorhanden sind. Zusätzlich stellen diese Umschaltventile
sicher, daß bei einer Druckbeaufschlagung einer der beiden Ar
beitsleitungen 20 oder 21 die zugehörige Rücklaufleitung 68, 70
von der betreffenden Leitung 44 bzw. 46 getrennt wird, falls die
betreffende Arbeitsleitung 20 oder 21 in der Vorwärtsstellung V3
bzw. V4 des jeweiligen Umschaltventils 40 bzw. 42 mit der be
treffenden Leitung 44 bzw. 46 zum Hydromotor 32 verbunden wird.
Nachstehend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Steuerein
heit bzw. des erfindungsgemäßen Doppelfahrbremsventils beschrie
ben.
Wird das Wegeventil in seine Vorwärtsstellung V1 geschaltet, so
wird die Pumpe 2 über die Leitung 4 und die Arbeitsleitung 20
mit dem ersten Anschluß 40a des Umschaltventils 40 verbunden.
Hierdurch wird das Umschaltventil 40 in seine Vorwärtsstellung
V3 geschaltet, so daß die Arbeitsleitung 20 über die Leitung 44
mit dem Hydromotor 32 in Verbindung steht. Über den Hydromotor
32 und die Leitung 46 gelangt das Öl zum dritten Eingang 42c des
Umschaltventils 42, so daß dieses in seine Rückwärtsstellung R4
geschaltet wird. Die Leitung 46 steht somit mit dem zweiten Ein
gang 34b des Regelventils 34 in Verbindung.
Der ankommende Ölstrom trifft auf den Widerstand des Hydromotors
32, so daß in der Arbeitsleitung 20 ein Druck aufgebaut wird und
demzufolge das Regelventil 34 über das Drosselrückschlagventil
64 und den hydraulischen Topf 60 in seine Vorwärtsstellung V2
geschaltet wird. In dieser Stellung ist die Rücklaufleitung 70
mit dem ersten Anschluß 34a des Regelventils 34 verbunden, so
daß das Hydrauliköl über das Rückschlagventil 38, die Arbeits
leitung 21, das Wegeventil 10 und die Rücklaufleitung 26 in den
Tank 3 zurückfließen kann, wodurch der Hydromotor 32 in seiner
Vorwärtsrichtung angetrieben wird.
Wird das Wegeventil 10 wieder in seine Mittelstellung M1 rückge
stellt, so bleibt das Regelventil 34 zunächst nach wie vor in
seiner Vorwärtsstellung V2, da seine Rückstellung in die Mittel
stellung M2 gedämpft erfolgt.
Da in der Mittelstellung M1 des Wegeventils 10 kein Volumen mehr
von der Pumpe 2 in die Arbeitsleitung 20 gefördert wird, wird
dem Hydromotor 32 über die Leitung 44, den ersten Teil der Ar
beitsleitung 20, das Rückschlagventil 36 und die nach wie vor
bestehende Verbindung zwischen dem ersten Anschluß 34a und dem
zweiten Anschluß 34b des Regelventils 34 Öl über die Rücklauf
leitung 70 zugeführt, so daß ein Kavitieren und damit eine Be
schädigung des Hydromotors 32 vermieden wird.
Ein vom Hydromotor 32 in dieser Phase über die Leckleitung 52 in
den Auffangbehälter 54 abgegebenes Leckölvolumen wird über eine
üblich Nachladeeinrichtung 71, bestehend aus einer Nachladepumpe
71a, zwei Rückschlagventilen 71b, 71c und einem Überdruckventil
71d nachgeladen.
Im Prinzip das gleiche Verhalten zeigt das in Fig. 1 dargestell
te hydraulische Antriebssystem für den Fall, daß der Hydromotor
32 durch Antrieb von außen, beispielsweise bei einer lastlosen
Bergabfahrt, eine Drehzahl erreicht, welche die dem zufließenden
Volumenstrom entsprechende Drehzahl übersteigt. Auch in diesem
Fall wird zusätzlich dem über die Arbeitsleitung 20 von der Hy
dropumpe 2 gelieferten Ölvolumen das fehlende Volumen über das
Rückschlagventil 36 und die Verbindung zur Rücklaufleitung 70
zugeführt und der Rest nachgeladen.
Der Betrieb des Hydromotors 32 in umgekehrter Drehrichtung er
folgt analog zu dem vorstehend beschriebenen Vorgang: Das Wege
ventil 10 wild in seine Rückwärtsstellung R1 geschaltet, so daß
die Pumpe 2 über die Leitung 4 der Arbeitsleitung 21 ein ent
sprechendes Volumen zuführt. Hierdurch wird das Umschaltventil
42 in seine Vorwärtsstellung V4 und das Umschaltventil 40 seine
Rückwärtsstellung R3 geschaltet.
Da der ankommende Ölstrom wieder auf den Widerstand des Hydromo
tors 32 trifft, wird in der Arbeitsleitung 21 ein Druck aufge
baut. Demzufolge wird das Regelventil 34 über das Drosselrück
schlagventil 66 und den hydraulischen Topf 62 in seine Rück
wärtsstellung R2 geschaltet.
Das von der Pumpe 2 gelieferte Volumen wird daher über die Lei
tung 4, die Arbeitsleitung 21, das Umschaltventil 42, die Lei
tung 46, den Hydromotor 32, die Leitung 44, das Umschaltventil
40, die Rücklaufleitung 68, das Regelventil 34, das Rückschlag
ventil 36, die Arbeitsleitung 20, das Wegeventil 10 und der
Rücklaufleitung 26 wieder dem Tank 3 zugeführt, so daß der Hy
dromotor 32 in Rückwärtsrichtung betrieben wird.
Wird das Wegeventil 10 wieder in seine Mittelstellung M1 ge
schaltet, so wird dem Hydromotor 32 nunmehr über die Rücklauf
leitung 68, das Regelventil 34, das während seiner Schließzeit -
allerdings mit sich verringerndem Querschnitt - in seiner Rück
wärtsstellung R2 verharrt und über das Rückschlagventil 38 Volu
men in die Arbeitsleitung 21 zugeführt, wodurch ein Kavitieren
des Hydromotors verhindert wird.
Gleiches gilt auch bei Antrieb des Hydromotors von außen, sobald
dessen Drehzahl die dem zufließenden Volumenstrom entsprechende
Drehzahl übersteigt: Auch in diesem Fall wird über die Leitungen
68 das noch offene Regelventil 34 und das Rückschlagventil 38
das fehlende Volumen zugeführt. Es versteht sich von selbst, daß
in diesen Betriebszuständen ein Nachladen des Leckvolumens er
folgt.
Während bei dem eingangs genannten Doppelfahrbremsventil ein Re
versieren der Drehbewegung des Hydromotors erst möglich ist,
nachdem das Regelventil 34 durch die Federbeaufschlagung in sei
ne Mittelstellung M2 rückgestellt ist, kann das Reversieren des
hydraulischen Antriebssystems gemäß Fig. 1 durch die Verwendung
der erfindungsgemäßen Steuereinheit 25 unabhängig hiervon erfol
gen:
Als Ausgangspunkt sei angenommen, daß der Hydromotor 32 in Vor
wärtsrichtung angetrieben wird, d. h. die Pumpe 2 liefert ein der
Drehzahl entsprechendes Volumen über die Leitung 4, die Arbeits
leitung 20 und die Leitung 44 an den Hydromotor und das Volumen
gelangt über die Leitung 46, die Rücklaufleitung 70, das in sei
ner Vorwärtsstellung V2 befindliche Regelventil 34, das Rück
schlagventil 38, die Leitung 21 und die Rücklaufleitung 26 wie
der zurück in den Tank.
Wird nun in dieser Stellung das Wegeventil 10 in seine Rück
wärtsstellung R1 geschaltet, ohne zuvor zumindest für die Rück
stellzeit des Regelventils 34 in seiner Mittelstellung M1 gewe
sen zu sein, so liefert die Pumpe 2 über die Leitung 4, das We
geventil 10 und die Arbeitsleitung 21 ein Volumen an den ersten
Anschluß 42a des Umschaltventils 42. Dieses wird hierdurch so
fort in seine Vorwärtsstellung V4 geschaltet, wodurch die Ar
beitsleitung 21 mit der Leitung 46 verbunden und die Rücklauf
leitung 70 gleichzeitig von der Leitung 46 getrennt wird. Ein
Abfließen des über die Leitung 21 gelieferten Volumens über die
Rücklaufleitung 70, das noch offene Regelventil 34, das Rück
schlagventil 36 und die Arbeitsleitung 20, wie dies bei dem ein
gangs genannten Doppelfahrbremsventil möglich ist, wird daher
vermieden.
Das Volumen gelangt über den Hydromotor 32 und die Leitung 44 an
den dritten Anschluß 40c des Umschaltventils 40, wodurch dieses
in seine Rückwärtsstellung R3 geschaltet wird. Durch Druckaufbau
am Hydromotor 32 wird das Regelventil 34 in seine Rückwärtsstel
lung R2 geschaltet wird.
Der Reversiervorgang erfolgt daher unverzüglich, ohne daß eine
Verzögerung durch die dämpfungsabhängige Schließzeit des Regel
ventils 34 auftritt.
In analoger Weise vollzieht sich der Reversiervorgang zur Umkehr
der Drehbewegung des Hydromotors 32 von dessen Rückwärtsrichtung
in die Vorwärtsrichtung: Hierbei befindet sich das Wegeventil 10
zunächst in seiner Rückwärtsstellung R1, das Umschaltventil 42
in seiner Vorwärtsstellung V4, das Umschaltventil 40 in seiner
Rückwärtsstellung R3 und das Regelventil 34 in seiner Rückwärts
stellung R2.
Wird nun das Wegeventil 10 in seine Vorwärtsstellung V1 geschal
tet, ohne daß hierbei die Schließzeit des Regelventils 34 abge
wartet werden müßte, so wird durch das von der Pumpe 2 über die
Leitung 4 und die Arbeitsleitung 20 gelieferte Volumen das Um
schaltventil 40 sofort in seine Vorwärtsstellung V3 geschaltet
und hierbei die Rücklaufleitung 68 von ihrer Verbindung mit der
Leitung 44 getrennt.
Das Volumen gelangt über die Leitung 44 und den Hydromotor 32
sowie die Leitung 46 des Umschaltventils 42 und schaltet dies
unverzüglich in seine Rückwärtsstellung R4. Durch Druckaufbau am
Hydromotor 32 und in der Arbeitsleitung 20 wird das Regelventil
34 über das Drosselrückschlagventil 64 und der hydraulische Topf
60 in seine Vorwärtsstellung V2 geschaltet, ohne daß diese
Schaltbewegung von der Schließzeit des Regelventils 34 abhängig
wäre.
Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Steu
ereinheit 25, welche zu einem einzigen hydraulischen Bauelement
integriert wurde, das nachfolgend als Doppelfahrbremsventil be
zeichnet wird. Der in Fig. 2 dargestellte Teilschnitt durch das
Doppelfahrbremsventil zeigt insbesondere einen Schnitt durch
eines der Umschaltventile 40, 42, welche in den Grundkörper 72
des Doppelfahrbremsventils 25 integriert sind. Jedes der Ventile
besteht aus einem Ventilkörper 74, welcher in eine entsprechende
Öffnung im Grundkörper 72 eingesetzt, beispielsweise eingepreßt
ist.
Der im wesentlichen hohlzylindrische Ventilkörper 74 weist in
seinem oberen Bereich einen sich verjüngenden Querschnitt auf,
wobei die hierdurch gebildete Ventilöffnung 76 den jeweils er
sten Anschluß 40a, 42a des betreffenden Umschaltventils 40, 42
darstellt. Diese ersten Anschlüsse 40a, 42a sind gleichzeitig
mit den Anschlüssen A, B (Fig. 1) des Doppelfahrbremsventils
verbunden, an welche die vom Doppelfahrbremsventil 10 kommenden
Arbeitsleitungen 20, 21 anschließbar sind.
Da jedoch mittels der Fig. 2 und 3 nur der Aufbau und die
Funktionsweise der Umschaltventile 40, 42 erläutert werden soll,
wurde in diesen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit auf
die Darstellung der Verbindungskanäle zwischen den ersten An
schlüssen 40a, 42a und den Anschlüssen A, B des Doppelfahrbrems
ventils sowie auf die Darstellung der von diesen Kanälen abzwei
genden Verbindungskanäle zu den weiteren Komponenten des Doppel
fahrbremsventils verzichtet.
Im Ventilkörper 74 ist ein Kolben 78 geführt, welcher in seinem
oberen Bereich ebenfalls einen sich verjüngenden Querschnitt
aufweist. Der Kolben 78 ist um einen vorbestimmten Weg axial im
Ventilkörper 74 verschiebbar, wobei der Verschiebeweg des Kol
bens nach oben durch den Anschlag des sich verjüngenden oberen
Bereichs des Kolbens 78 an der Innenwandung des sich ebenfalls
verjüngenden oberen Bereichs des Ventilkörpers 74 begrenzt ist.
In dieser Stellung liegt der Kolben 78 mit der konisch verlau
fenden Außenfläche 80 seines oberen Bereichs im wesentlichen an
der Kante 82 der Innenwandung des oberen Bereichs des Ventilkör
pers 74 an, welche durch einen konisch verlaufenden Bereich 84
und einen axial verlaufenden Bereich 86 der Innenwandung des
Ventilkörpers 74 gebildet wird. Hierzu schließen die Fläche des
konisch verlaufenden Bereichs 84 der Innenwandung des Ventilkör
pers und die konisch verlaufende Außenfläche 80 des Kolbens 78
vorzugsweise einen geringen Winkel ein, um auf diese Weise die
Dichtwirkung zwischen der Kante 82 und der Außenfläche 80 zu
verbessern.
Nach unten wird der axiale Verschiebeweg des Kolbens 78 durch
einen Anschlagsring 88 begrenzt, welcher in den Grundkörper 72
des Doppelfahrbremsventils 25 eingepreßt ist und, wie in Fig. 2
dargestellt, auch die Unterkante des Ventilkörpers 74 über
greift. Gleichzeitig kann der Anschlagring 88 auch zur Fixierung
des Ventilkörpers 74 im Grundkörper 72 dienen sowie zur Ausbil
dung eines Ringraumes 89 zur Aufnahme eines Dichtungskörpers 91.
Der Kolben 78 weist an seiner Unterseite eine Sackbohrung 90
auf, welche mit zumindest einer Bohrung 92 im sich verjüngenden
oberen Bereich des Kolbens 78 in Verbindung steht.
Der Ventilkörper 74 weist in seinem unteren Bereich zumindest
eine horizontal verlaufende Bohrung 94 auf, welche mit der Rück
laufleitung 68 bzw. 70 im Grundkörper 72 des Doppelfahrbremsven
tils in Verbindung steht.
Dabei stellt die Bohrung 94 die Ventilöffnung des jeweils zwei
ten Anschlusses 40b, 42b des betreffenden Umschaltventils 40, 42
dar, welcher mit der jeweils zugehörigen Leitung 68, 70 zum
dritten bzw. zweiten Anschluß 34c, 34b des Regelventils 34 ver
bunden ist. Die Bohrung 94 ist in der oberen Endstellung des
Kolbens 78 in Fig. 2 mit dem Innenraum des Ventilkörpers 74 und
der Öffnung des Anschlagrings 88 verbunden, welche den jeweils
dritten Anschluß 40c, 42c des betreffenden Umschaltventils 40,
42 darstellt.
Diese dritten Anschlüsse der Umschaltventile sind im dargestell
ten Ausführungsbeispiel mit den Anschlüssen A′, B′ des Doppel
fahrbremsventils identisch, welche zum Anschluß des Hydromotors
32 dienen.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des in Fig. 2 dargestellten
Umschaltventils erläutert: Wird von der Pumpe 2 über die Leitung
4, das Wegeventil 10, eine der Arbeitsleitungen 20, 21 und dem
betreffenden Anschluß A, B dem jeweils ersten Anschluß 40a, 42a
des Umschaltventils 40, 42 Volumen zugeführt, so wird der Kolben
78 in seine untere Endlage bewegt, in welcher er mit seinem un
teren Bereich die Öffnung 94 abdichtend verschließt und damit
die Verbindung zwischen dem jeweils dritten Anschluß 40c, 42c
des Umschaltventils zu den Rücklaufleitungen 68, 70 trennt (vgl.
Darstellung der rechten Hälfte in Fig. 2 bzw. Fig. 3).
In dieser Stellung kann das Volumen durch die Ventilöffnung 76,
d. h. den jeweils ersten Anschlüssen 40a, 42a über die Bohrung 92
im konisch verlaufenden oberen Bereich des Ventilkörpers 74 zum
jeweils dritten Anschluß 40c, 42c des Umschaltventils fließen.
Wird dem Umschaltventil dagegen Volumen am jeweils dritten An
schluß 40c, 42c zugeführt, so wird der Kolben 78 aus seiner un
teren Endstellung in die obere Endstellung bewegt, in welcher
er, wie vorstehend beschrieben, den jeweils ersten Anschluß 40a,
42a (die Ventilöffnung 76) abdichtend verschließt und den je
weils dritten Anschluß über die Bohrung 94 im Ventilkörper 74
mit der Rücklaufleitung 68, 70 verbindet.
Dabei weist das Umschaltventil gemäß Fig. 2 eine negative
Schaltüberdeckung auf, d. h. während des Schaltvorgangs bzw. des
Bewegens des Kolbens 78 von seiner einen Endstellung in die an
dere Endstellung stehen alle drei Anschlüsse 40a, 40c bzw. 42a,
42b, 42c miteinander in Verbindung. Hierdurch ergibt sich zwar
der Vorteil, daß ein relativ weicher Übergang zwischen den bei
den Schaltstellungen des Ventils erreicht werden kann. Nachtei
lig hierbei ist jedoch, daß die Kolbenbewegung während des
Schaltvorgangs aufgrund der Verbindung aller drei Anschlüsse des
Ventils miteinander nicht exakt definiert erfolgt.
Diesen Nachteil vermeidet die in Fig. 3 dargestellte Ausfüh
rungsform des Umschaltventils. Hier ist der obere Bereich des
Kolbens so ausgebildet, daß während der gesamten Bewegung des
Kolbens von einer Schaltstellung in die andere entweder nur die
Rücklaufleitung 68, 70 über die Bohrung 94 mit dem jeweils drit
ten Anschluß 40c, 42c oder der jeweils erste Anschluß 40a, 42a,
d. h. die Ventilöffnung 76, über die Bohrung 92 im oberen Bereich
des Kolbens 78 mit dem jeweils dritten Anschluß 40c, 42c des Um
schaltventils 40, 42 verbunden ist.
Dies wird dadurch erreicht, daß der obere Bereich des Kolbens 78
anschließend an den sich konisch verjüngenden Bereich wieder
einen Bereich konstanten Querschnitts aufweist, welcher mit sei
ner Außenfläche 98 derart mit der Innenfläche 86 des Ventilkör
pers 74 zusammenwirkt, daß der jeweils erste Anschluß 40a, 42a
solange abdichtend verschlossen wird, bis die Oberkante der
Außenfläche 98 an der Unterkante der Innenfläche 86 vorbeibewegt
ist. An diesem Punkt der Abwärtsbewegung des Kolbens wurde je
doch die Bohrung 94 bereits durch den unteren Bereich des Kol
bens 78 verschlossen.
Zusätzlich zur Gleitpassung zwischen den Flächen 98 des Kolbens
und der Innenfläche 86 des Ventilkörpers 74 weist der Kolben am
Umfang des sich konisch verjüngenden Bereichs einen Vorsprung
100 auf, welcher in der oberen Endstellung des Kolbens eine zu
sätzliche Dichtwirkung erzeugt und gleichzeitig als exakter An
schlag für die Kolbenbewegung wirkt.
Die Verwendung eines Umschaltventils in dieser Form, welches
eine positive Schaltüberdeckung aufweist, hätte jedoch den Nach
teil, daß sich Druckspitzen, die sich durch das Verschließen der
Bohrung 94 ergeben, unmittelbar auf die mit dem jeweils dritten
Anschluß 40c, 42c des Umschaltventils verbundenen Elemente und
damit auch aüf den Hydromotor 32 auswirken. Gleichzeitig würde
bei der Verwendung eines Ventils mit ausschließlich positiver
Schaltüberdeckung eine sehr harte Reversierbewegung des hydrau
lischen Antriebs erreicht, zu einem Zeitpunkt in dem der Hydrau
likmotor 32 (noch) in seiner ursprünglichen Richtung drehen
kann.
Aus diesem Grund wird, wie in Fig. 3 dargestellt, vorgeschlagen,
im Ventilkörper 74 eine Öffnung 102 vorzusehen, welche mit der
Bohrung 92 im konisch verlaufenden Bereich des Kolbens 78 derar
tig zusammenwirkt, daß solange ein exakt definierbares Volumen
vom jeweils zweiten (aber auch dritten) Anschluß über die Boh
rung 92 und die Öffnung 102 die Rücklaufleitung 68, 70 abfließen
kann. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß zum einen eine de
finierte Kolbenbewegung (wie bei einem Ventil mit rein positiver
Schaltüberdeckung erreicht wird) und sich zum anderen während
des Schaltvorgangs ergebende Druckspitzen über die Bohrung 92
und die Öffnung 102 (wie auch bei einem Ventil mit rein negati
ver Schaltüberdeckung) abbauen können.
Des weiteren wird hierdurch eine weichere Reversierbewegung er
reicht, da sich an den hydraulischen Töpfen aufgrund der Bypass
wirkung nach dem Umschalten des Ventils 40, 42 in die Vorwärts
stellung V3, V4 ein geringerer Druck aufbaut, solange sich das
Regelventil 34 noch in einem offenen Zustand (V2 bzw R2) befin
det.
Daß aufgrund der Öffnung 102 auch in der unteren Endstellung des
Kolbens 78 ein geringes Volumen in die jeweilige Rücklaufleitung
68, 70 abfließen kann, ist im Fall des erfindungsgemäßen Doppel
fahrbremsventils unerheblich, da die Rücklaufleitungen 68, 70
spätestens nach der Rückstellzeit oder Schließzeit des Regelven
tils 34 im Regelventil von einer möglicherweise noch bestehenden
Verbindung zum ersten Anschluß 34a des Regelventils 34 getrennt
werden, wodurch kein Volumen mehr über die Öffnung 102 und die
Leitung 68 bzw. 70 abfließen kann.
Selbstverständlich kann das in den Fig. 2 und 3 dargestellte
Umschaltventil nicht nur in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen
Doppelfahrbremsventil verwendet werden, sondern auch als eigen
ständiges Bauelement für beliebige hydraulische Schaltzwecke
eingesetzt werden, welche die Verwendung eines 3/2-Schaltventils
mit diesen Eigenschaften erfordern.
Eine Integration derartiger Ventile in andere integrierte hy
draulische Elemente ist selbstverständlich ebenfalls möglich.
Dabei kann das Ventil sowohl in seiner Ausführungsform mit einer
negativen Schaltüberdeckung, einer rein positiven Schaltüberdeckung
oder, wie in Fig. 3 dargestellt, mit einer zusätzlichen
Öffnung 102 im Ventilkörper 74 verwendet werden, welche als By
pass wirkt.
Claims (7)
1. Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbeson
dere Doppelfahrbremsventil, mit
einem Regelventil (34), dessen erster Anschluß (34a) über je weils ein Rückschlagventil (36, 38) mit zwei Arbeitsleitungen (20, 21) verbunden ist und dessen zweiter (34b) und dritter (34c) Anschluß mit jeweils einem Anschluß (32b, 32a) eines Hydraulikmotors (32) und jeweils einer Arbeitsleitung (20, 21) verbunden ist,
wobei das Regelventil im Ruhezustand eine Mittelstellung (M2) einnimmt und abhängig von der Richtung des Fluidstroms in den Arbeitsleitungen (20, 21) in eine Vorwärtsstellung (V2) oder eine Rückwärtsstellung (R2) gesteuert wird und wobei die Rückstellung des Regelventils (34) in die Mittelstellung ge dämpft erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder beide Anschlüsse (32a, 32b) des Hydraulikmotors über jeweils ein Umschaltventil (40; 42) mit jeweils einer Arbeitsleitung (20; 21) und dem zugehörigen zweiten oder dritten Anschluß des Schaltventils (34) verbunden sind,
wobei das Umschaltventil (40, 42) bei einer Flußrichtung des Fluids in der zugehörigen Arbeitsleitung (20, 21) in Richtung auf den Hydraulikmotor (32) die Arbeitsleitung (20, 21) mit dem Hydraulikmotor (32) verbindet und den zugehörigen zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) von dem betref fenden Anschluß des Motors (32) trennt und bei umgekehrter Flußrichtung des Fluids den zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) mit dem betreffenden Anschluß des Motors (32) verbindet und die Arbeitsleitung (20, 21) vom betreffen den Anschluß des Motors (32) trennt.
einem Regelventil (34), dessen erster Anschluß (34a) über je weils ein Rückschlagventil (36, 38) mit zwei Arbeitsleitungen (20, 21) verbunden ist und dessen zweiter (34b) und dritter (34c) Anschluß mit jeweils einem Anschluß (32b, 32a) eines Hydraulikmotors (32) und jeweils einer Arbeitsleitung (20, 21) verbunden ist,
wobei das Regelventil im Ruhezustand eine Mittelstellung (M2) einnimmt und abhängig von der Richtung des Fluidstroms in den Arbeitsleitungen (20, 21) in eine Vorwärtsstellung (V2) oder eine Rückwärtsstellung (R2) gesteuert wird und wobei die Rückstellung des Regelventils (34) in die Mittelstellung ge dämpft erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder beide Anschlüsse (32a, 32b) des Hydraulikmotors über jeweils ein Umschaltventil (40; 42) mit jeweils einer Arbeitsleitung (20; 21) und dem zugehörigen zweiten oder dritten Anschluß des Schaltventils (34) verbunden sind,
wobei das Umschaltventil (40, 42) bei einer Flußrichtung des Fluids in der zugehörigen Arbeitsleitung (20, 21) in Richtung auf den Hydraulikmotor (32) die Arbeitsleitung (20, 21) mit dem Hydraulikmotor (32) verbindet und den zugehörigen zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) von dem betref fenden Anschluß des Motors (32) trennt und bei umgekehrter Flußrichtung des Fluids den zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) mit dem betreffenden Anschluß des Motors (32) verbindet und die Arbeitsleitung (20, 21) vom betreffen den Anschluß des Motors (32) trennt.
2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Umschaltventil (40, 42) eine negative Schaltüberdeckung
aufweist.
3. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Umschaltventil (40, 42) eine positive Schaltüberdeckung
aufweist.
4. Steuereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Umschaltventil (40, 42) einen während des Schaltvor
gangs zwischen dem zweiten und dritten Anschluß des Umschalt
ventils (40, 42) wirksamen Bypass (102) mit vorbestimmtem
Querschnitt aufweist.
5. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet,
daß das Umschaltventil (40, 42) einen durch die Fluidströmung in einem Ventilkörper (74) bewegbaren Kolben (78) aufweist,
welcher in der ersten Schaltstellung des Umschaltventils (40, 42) mit einem Endbereich den Querschnitt der Anschlußöffnung (76) für die Arbeitsleitung (20, 21) abdichtend verschließt und eine oder mehrere im Ventilkörper (74) angeordnete Öff nungen (94) zur Verbindung des Querschnitts der Anschlußöff nung (104) für die Verbindungsleitung (44, 46) zum Motor (32) mit dem Querschnitt der Verbindungsleitung zum zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) freigibt und
welcher in der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils (40, 42) mit dem anderen Endbereich die Öffnungen (94) ab dichtend verschließt und den Querschnitt der Anschlußöffnung (76) für die Arbeitsleitung (20, 21) über einen innerhalb des Kolbens verlaufenden Kanal (90, 92) mit dem Querschnitt der Anschlußöffnung (104) für die Verbindungsleitung (44, 46) zum Motor (32) verbindet.
daß das Umschaltventil (40, 42) einen durch die Fluidströmung in einem Ventilkörper (74) bewegbaren Kolben (78) aufweist,
welcher in der ersten Schaltstellung des Umschaltventils (40, 42) mit einem Endbereich den Querschnitt der Anschlußöffnung (76) für die Arbeitsleitung (20, 21) abdichtend verschließt und eine oder mehrere im Ventilkörper (74) angeordnete Öff nungen (94) zur Verbindung des Querschnitts der Anschlußöff nung (104) für die Verbindungsleitung (44, 46) zum Motor (32) mit dem Querschnitt der Verbindungsleitung zum zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) freigibt und
welcher in der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils (40, 42) mit dem anderen Endbereich die Öffnungen (94) ab dichtend verschließt und den Querschnitt der Anschlußöffnung (76) für die Arbeitsleitung (20, 21) über einen innerhalb des Kolbens verlaufenden Kanal (90, 92) mit dem Querschnitt der Anschlußöffnung (104) für die Verbindungsleitung (44, 46) zum Motor (32) verbindet.
6. Steuereinheit nach Anspruch 5, insofern dieser auch auf An
spruch 3 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
eine Endbereich des Kolbens und der diesen umgebende Bereich
des Gehäuses so ausgebildet ist, daß während der Kolbenbewe
gung in die zweite Schaltstellung solange eine Abdichtung des
Querschnitts der Anschlußöffnung (76) für die Arbeitsleitung
erreicht wird, bis die Öffnungen (94) vollständig abdichtend
verschlossen sind.
7. Steuereinheit nach Anspruch 6, insofern dieser auch auf An
spruch 4 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im
Ventilkörper (7) eine Öffnung (102) vorgesehen ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934329327 DE4329327C2 (de) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil |
DE9320900U DE9320900U1 (de) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4329327A1 true DE4329327A1 (de) | 1995-03-02 |
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